磁気冷暖房装置
【課題】熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させる。
【解決手段】同一の磁気熱量効果を有する磁性体１０Ａ−１０Ｆと磁性体１０Ａ−１０Ｆの熱を輸送する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇとを交互に配置する熱輸送器５０−１と、熱輸送器５０−１の一端に熱伝導部３０Ａを介して配置する低温側熱交換部４０Ａと、熱輸送器５０−１の他端に熱伝導部３０Ｇを介して配置する高温側熱交換部４０Ｂと、熱輸送器５０−１の各磁性体１０Ａ−１０Ｆ及び各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに選択的に磁気を印加し除去する永久磁石と、を有し、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、永久磁石が磁気を印加すると各磁性体１０Ａ−１０Ｆとの熱伝導を可能にし、磁気を除去すると各磁性体１０Ａ−１０Ｆとの熱伝導を遮断する。
【解決手段】同一の磁気熱量効果を有する磁性体１０Ａ−１０Ｆと磁性体１０Ａ−１０Ｆの熱を輸送する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇとを交互に配置する熱輸送器５０−１と、熱輸送器５０−１の一端に熱伝導部３０Ａを介して配置する低温側熱交換部４０Ａと、熱輸送器５０−１の他端に熱伝導部３０Ｇを介して配置する高温側熱交換部４０Ｂと、熱輸送器５０−１の各磁性体１０Ａ−１０Ｆ及び各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに選択的に磁気を印加し除去する永久磁石と、を有し、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、永久磁石が磁気を印加すると各磁性体１０Ａ−１０Ｆとの熱伝導を可能にし、磁気を除去すると各磁性体１０Ａ−１０Ｆとの熱伝導を遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷暖房装置に係り、特に、磁気熱量効果を発現する磁性体の熱を、磁気の印加、除去によって熱の伝導が制御できる熱伝導部を利用して輸送する磁気冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている室温域の冷凍機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の相変化を利用している。最近では、フロンガスの排出に伴うオゾン層破壊の問題が露呈し、さらに、代替フロンガスの排出に伴う地球温暖化への影響も懸念されている。このため、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒を用いた冷凍機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。
【０００３】
このような背景から、最近になって注目されるようになった冷凍技術が磁気冷凍技術である。磁性体の中には、その磁性体に印加する磁界の大きさが変化すると、その変化に応じて自身の温度を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。この磁気熱量効果を発現する磁性体を利用して熱を輸送する冷凍技術が磁気冷凍技術である。
【０００４】
磁気冷凍技術を応用した冷凍機としては、例えば、下記特許文献１に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機がある。この磁気冷凍機は以下のような構成によって熱を伝導させる。
【０００５】
正の磁気熱量効果を有する材料層Ａと、負の磁気熱量効果を有する材料層Ｂと、磁気の印加により熱伝導率が大きくなり磁気の除去により熱伝導率が小さくなる材料ａと、磁気の印加により熱伝導率が小さくなり磁気の除去により熱伝導率が大きくなる材料ｂと、を備える。
【０００６】
これらの材料をＡａＢｂ又はＡｂＢａの順に積層して磁気冷凍層ユニットを形成し、磁気冷凍層ユニットに磁場印加手段で磁気を印加、除去することで、Ａ、Ｂで発生した熱を磁気冷凍層ユニットの一端から他端に輸送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている発明の場合、磁気熱量効果を有する材料として２種類の材料を用い、また、熱伝導率が変化する材料として２種類の材料を用いている。
【０００９】
このように、磁気熱量効果を有する材料及び熱伝導率が変化する材料として、それぞれ２種類の材料を用いると、それぞれの材料の熱に対する特性が不揃いになることから、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を招く。
【００１０】
例えば、正の磁気熱量効果を有する材料層Ａと、負の磁気熱量効果を有する材料層Ｂとの磁気熱量効果を同一にすることは困難である。このため、同じ強さの磁気を印加、除去したとしても、材料層Ａと材料層Ｂとでは発熱量が同一ではなく上昇下降する温度の幅が異なる。また、磁気の印加により熱伝導率が大きくなり磁気の除去により熱伝導率が小さくなる材料ａと、磁気の印加により熱伝導率が小さくなり磁気の除去により熱伝導率が大きくなる材料ｂとの熱伝導率を同一にすることは困難である。このため、同じ強さの磁気を印加、除去したとしても、材料ａと材料ｂとの熱の伝え方が異なる。
【００１１】
このように、同じ強さの磁気を印加したとしても、発熱及び吸熱する熱量が異なり、熱伝導率も異なるのでは、効率的に熱を輸送させることはできない。また、異なる材料を用いることは製造面、コスト面でも不利になる。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するために成されたものであり、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる、磁気冷暖房装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送器、低温側熱交換部、高温側熱交換部及び磁気印加除去部を有する。
【００１４】
熱輸送器は、同一の磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する。低温側熱交換部は、熱輸送器の一端に熱伝導部を介して配置する。高温側熱交換部は、熱輸送器の他端に熱伝導部を介して配置する。磁気印加除去部は、熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部に選択的に磁気を印加し除去する。各熱伝導部は、磁気印加除去部が磁気を印加すると各磁性体との熱伝導を可能にし、磁気を除去すると各磁性体との熱伝導を遮断する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、磁性体として、同一の磁気熱量効果を有する材料を用い、各熱伝導部として、磁気を印加すると各磁性体との熱伝導を可能にし、磁気を除去すると各磁性体との熱伝導を遮断する材料を用いた。したがって、磁性体と熱伝導部材は、それぞれ１種類の材料を用いれば良いので、それぞれの材料の熱に対する特性が揃い、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の熱輸送器を配置した固定部の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の磁気印加除去部を配置した上側の回転部の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の磁気印加除去部を配置した下側の回転部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図５】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図６】本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。
【図７】本発明に係る磁気冷暖房装置の効果を示すグラフである。
【図８】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の固定部の構成図である。
【図９】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の上側の回転部の構成図である。
【図１０】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の下側の回転部の構成図である。
【図１１】実施形態１に係る磁気冷暖房装置のＡ−Ｂ断面図である。
【図１２】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の磁性体の作動温度の相違の説明に供する図である。
【図１３】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の熱伝導部の構造図である。
【図１４】実施形態１に係る磁気冷暖房装置において磁性体と熱伝導部に印加、除去する磁気のタイミングと期間の説明に供する図である。
【図１５】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。
【図１６】図９の空調制御部と空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。
【図１７】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【図１８】実施形態２に係る磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理図である。
【図１９】実施形態２に係る磁気冷暖房装置の構成図である。
【図２０】実施形態２に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
各実施形態を説明する前に本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理を説明する。
【００１８】
（磁気冷暖房装置の動作原理）
＜固定部の構成＞
図１は複数の熱輸送器を配置した固定部の構成を示す図である。円形状の固定部は分離部１３０Ａ−１３０Ｄで区分した４つの熱輸送器１−４を有する。各熱輸送器は低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに熱を伝導させる。各熱輸送器は磁性体と熱伝導部を交互に配置して形成する。磁性体には、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。熱伝導部には、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる同一材料を用いる。
【００１９】
たとえば、熱輸送器１は、磁性体１００Ａ−１００Ｅと熱伝導部３００Ａ−３００Ｇとを交互に配置している。具体的には、低温側熱交換部４００Ａから熱伝導部３００Ａ−磁性体１００Ａ−熱伝導部３００Ｂ−磁性体１００Ｂ−熱伝導部３００Ｃ−磁性体１００Ｃ−熱伝導部３００Ｄ−磁性体１００Ｄ−熱伝導部３００Ｅ−磁性体１００Ｅ−熱伝導部３００Ｆ−磁性体１００Ｆ−熱伝導部３００Ｇの順に配置して高温側熱交換部４００Ｂに至る。低温側熱交換部４００Ａと熱伝導部３００Ａ、熱伝導部３００Ａから熱伝導部３００Ｇまでの各熱伝導部と磁性体、熱伝導部３００Ｇと高温側熱交換部４００Ｂは相互に隙間なく接続してある。熱輸送器２−４の構成も熱輸送器１の構成と同一である。
【００２０】
＜回転部の構成＞
図２及び図３に示す回転部は、図１に示した固定部を上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。回転部の構成は下記のとおりである。
【００２１】
図２は、複数の磁気印加除去部を配置した上側の回転部の構成を示す図である。円形状の上側の回転部は分離部２００ＡＵ−２００ＤＵで区分した４つの磁気印加除去部１Ｕ−４Ｕを有する。図２に示す上側の回転部は、図の表側を図１に示す固定部の表側に対向して位置させ、上側の回転部の中心を固定部の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図２は、固定部に対向して位置させた上側の回転部を固定部に向かって上から透視した状態を表している。
【００２２】
磁気印加除去部１Ｕは、熱輸送器１に磁気印加除去部１Ｕが対峙する時刻Ｔ１の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ａに対向する永久磁石２１０ＡＭ、熱伝導部３００Ｂに対向する永久磁石２１０ＢＨ、磁性体１００Ｃに対向する永久磁石２１０ＣＭ、熱伝導部３００Ｄに対向する２１０ＤＨ、磁性体１００Ｅに対向する永久磁石２１０ＥＭ、熱伝導部３００Ｆに対向する永久磁石２１０ＦＨを有する。
磁気印加除去部２Ｕは、熱輸送器１に磁気印加除去部２Ｕが対峙する時刻Ｔ２の時に、回転部の外周から内周に向けて、熱伝導部３００Ａに対向する永久磁石２２０ＡＨ、磁性体１００Ｂに対向する永久磁石２２０ＢＭ、熱伝導部３００Ｃに対向する永久磁石２２０ＣＨ、磁性体１００Ｄに対向する永久磁石２２０ＤＭ、熱伝導部３００Ｅに対向する２２０ＥＨ、磁性体１００Ｆに対向する永久磁石２２０ＦＭ、熱伝導部３００Ｇに対向する永久磁石２２０ＧＨを有する。
【００２３】
磁気印加除去部３Ｕと磁気印加除去部４Ｕは上側の回転部の中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｕと磁気印加除去部２Ｕと同一である。磁気印加除去部３Ｕは時刻Ｔ３の時に熱輸送器１と対峙し、磁気印加除去部４Ｕは時刻Ｔ４の時に熱輸送器１と対峙する。
【００２４】
図３は、複数の磁気印加除去部を配置した下側の回転部の構成を示す図である。円形状の下側の回転部は分離部２００ＡＤ−２００ＤＤで区分した４つの磁気印加除去部１Ｄ−４Ｄを有する。図３に示す下側の回転部は、図の表側を図１に示す固定部の裏側に対向して位置させ、下側の回転部の中心を固定部の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図３は、固定部に対向して位置させた下側の回転部を固定部側から見た状態を表している。
【００２５】
磁気印加除去部１Ｄは、熱輸送器１に磁気印加除去部１Ｄが対峙する時刻Ｔ１の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ａに対向する永久磁石２６０ＡＭ、熱伝導部３００Ｂに対向する永久磁石２６０ＢＨ、磁性体１００Ｃに対向する永久磁石２６０ＣＭ、熱伝導部３００Ｄに対向する２６０ＤＨ、磁性体１００Ｅに対向する永久磁石２６０ＥＭ、熱伝導部３００Ｆに対向する永久磁石２６０ＦＨを有する。
磁気印加除去部２Ｄは、熱輸送器１に磁気印加除去部２Ｄが対峙する時刻Ｔ２の時に、回転部の外周から内周に向けて、熱伝導部３００Ａに対向する永久磁石２７０ＡＨ、磁性体１００Ｂに対向する永久磁石２７０ＢＭ、熱伝導部３００Ｃに対向する永久磁石２７０ＣＨ、磁性体１００Ｄに対向する永久磁石２７０ＤＭ、熱伝導部３００Ｅに対向する２７０ＥＨ、磁性体１００Ｆに対向する永久磁石２７０ＦＭ、熱伝導部３００Ｇに対向する永久磁石２７０ＧＨを有する。
【００２６】
磁気印加除去部３Ｄと磁気印加除去部４Ｄは下側の回転部の中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｄと磁気印加除去部２Ｄと同一である。磁気印加除去部３Ｄは時刻Ｔ３の時に熱輸送器１と対峙し、磁気印加除去部４Ｄは時刻Ｔ４の時に熱輸送器１と対峙する。
上側の回転部の各磁気印加除去部１Ｕ−４Ｕと下側の回転部の各磁気印加除去部１Ｄ−４Ｄは固定部の各熱輸送器１−４を介して上下方向で対向する。上側の回転部と下側の回転部は、上側の回転部の分離部２００ＡＵ−２００ＤＵと下側の回転部の分離部２００ＡＤ−２００ＤＤが常に対向するように、相対的な位置を変えずに同期して回転する。
【００２７】
＜熱輸送の原理＞
図４及び図５は、本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。図４は、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２の２つの状態を示す。時刻Ｔ１の状態は、図１の固定部のＡ−Ａ線が図２及び図３の上側と下側の回転部のＡ−Ａ線と一致している状態である。つまり、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部１Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部１Ｄに対峙している状態である。また、時刻Ｔ２の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部２Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部２Ｄに対峙している状態である。図５は、時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の２つの状態を示す。時刻Ｔ３の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部３Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部３Ｄに対峙している状態である。また、時刻Ｔ４の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部４Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部４Ｄに対峙している状態である。
【００２８】
時刻Ｔ１では、図４に示す通り、磁性体１００Ａに永久磁石２１０ＡＭと２６０ＡＭが位置し、熱伝導部３００Ｂに永久磁石２１０ＢＨと２６０ＢＨが位置する。また、磁性体１００Ｃに永久磁石２１０ＣＭと２６０ＣＭが位置し、熱伝導部３００Ｄに永久磁石２１０ＤＨと２６０ＤＨが位置する。また、磁性体１００Ｅに永久磁石２１０ＥＭと２６０ＥＭが位置し、熱伝導部３００Ｆに永久磁石２１０ＦＨと２６０ＦＨが位置する。
【００２９】
時刻Ｔ２では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ１から９０度時計方向に回転するので、図４に示す通り、熱伝導部３００Ａに永久磁石２２０ＡＨと２７０ＡＨが位置する。また、磁性体１００Ｂに永久磁石２２０ＢＭと２７０ＢＭが位置し、熱伝導部３００Ｃに永久磁石２２０ＣＨと２７０ＣＨが位置する。また、磁性体１００Ｄに永久磁石２２０ＤＭと２７０ＤＭが位置し、熱伝導部３００Ｅに永久磁石２２０ＥＨと２７０ＥＨが位置する。また、磁性体１００Ｆに永久磁石２２０ＦＭと２７０ＦＭが位置し、熱伝導部３００Ｇに永久磁石２２０ＧＨと２７０ＧＨが位置する。
【００３０】
時刻Ｔ３では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ２からさらに９０度時計方向に回転するので、図５に示す通り、磁性体１００Ａに永久磁石２３０ＡＭと２８０ＡＭが位置し、熱伝導部３００Ｂに永久磁石２３０ＢＨと２８０ＢＨが位置する。また、磁性体１００Ｃに永久磁石２３０ＣＭと２８０ＣＭが位置し、熱伝導部３００Ｄに永久磁石２３０ＤＨと２８０ＤＨが位置する。また、磁性体１００Ｅに永久磁石２３０ＥＭと２８０ＥＭが位置し、熱伝導部３００Ｆに永久磁石２３０ＦＨと２８０ＦＨが位置する。
【００３１】
時刻Ｔ４では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ３からさらに９０度時計方向に回転するので、図５に示す通り、熱伝導部３００Ａに永久磁石２４０ＡＨと２９０ＡＨが位置する。また、磁性体１００Ｂに永久磁石２４０ＢＭと２９０ＢＭが位置し、熱伝導部３００Ｃに永久磁石２４０ＣＨと２９０ＣＨが位置する。また、磁性体１００Ｄに永久磁石２４０ＤＭと２９０ＤＭが位置し、熱伝導部３００Ｅに永久磁石２４０ＥＨと２９０ＥＨが位置する。また、磁性体１００Ｆに永久磁石２４０ＦＭと２９０ＦＭが位置し、熱伝導部３００Ｇに永久磁石２４０ＧＨと２９０ＧＨが位置する。
【００３２】
このように、永久磁石の位置関係を追うと、時刻Ｔ１からＴ４に移行する間に、時刻Ｔ１とＴ２における、永久磁石、磁性体、熱伝導部の同じ位置関係が２回繰り返される。
【００３３】
上記のように、各磁性体には正の磁性体を用いているので、磁気が印加されると発熱し、磁気が除去されると吸熱する。また、熱伝導部には磁気の印加除去によって熱伝導率が変化する材料を用いているので、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる。
【００３４】
したがって、時刻Ｔ１からＴ４に移行するにしたがって、低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに向けて熱が移動し、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間に温度差ができる。温度差ができる原理は次のとおりである。
【００３５】
図６は、本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。熱が移動していく様子は図４と図５を参照しながら説明する。
【００３６】
まず前提として、全ての磁性体が同一材料で形成されており、全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が５℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体は、磁気が印加されると５℃温度が上昇し、磁気が除去されると５℃温度が下降する特性を持っていると想定する。また、全ての熱伝導部材も磁気の印加、除去によって同じように熱伝導率が大きくなりまた小さくなる特性を持っていると想定する。
【００３７】
まず、初期の時刻Ｔ１の状態では全ての磁性体１００Ａ−１００Ｆ及び熱伝導部３００Ａ−３００Ｇが室温の２０℃になっている。低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間で、交互に配置した磁性体と熱伝導部は熱輸送器を形成する。
【００３８】
次に、時刻Ｔ２の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ１で示す状態から時刻Ｔ２で示すような状態になる。その結果、図６に示すように、磁性体１００Ａの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ａによる熱伝導が可能になって、低温側熱交換部４００Ａから磁性体１００Ａに熱が移動する。また、磁性体１００Ｂ、１００Ｄの温度が５℃上昇し、磁性体１００Ｃ、１００Ｅの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ｃ、３００Ｅによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ｂから磁性体１００Ｃに、磁性体１００Ｄから磁性体１００Ｅに熱が移動する。また、磁性体１００Ｆの温度が５℃上昇し、熱伝導部３００Ｇによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ｆから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。
【００３９】
時刻Ｔ２の状態では、磁気が除去された磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が１５℃に下降し、磁気が印加された磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が２５℃に上昇する。このため、図６に示すように、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００４０】
この熱の移動によって、図６のＴ２´の状態で示すように、低温側熱交換部４００Ａと磁性体１００Ａの温度が１７．５℃になり、磁性体１００Ｆと高温側熱交換部４００Ｂの温度が２２．５℃になる。
【００４１】
次に、時刻Ｔ２´の状態からＴ３の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ２に示す状態から図５の時刻Ｔ３で示すような状態になる。その結果、磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が５℃上昇し、磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ａから磁性体１００Ｂに、磁性体１００Ｃから磁性体１００Ｄに、磁性体１００Ｅから磁性体１００Ｆに熱が移動する。
【００４２】
時刻Ｔ３の状態では、磁気が印加された磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が２２．５℃または２５℃に上昇し、磁気が除去された磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が１５℃または１７．５℃に下降する。このため、図６に示すように、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００４３】
この熱の移動によって、図６のＴ３´に示すように、低温側熱交換部４００Ａの温度が１７．５℃になり、磁性体１００Ａ、１００Ｂの温度が１８．７５℃になる。磁性体１００Ｃ、１００Ｄの温度が２０℃になり、磁性体１００Ｅ、１００Ｆの温度が２１．２５℃になる。高温側熱交換部４０Ｂの温度は２２．５℃のままである。
【００４４】
次に、時刻Ｔ３´の状態からＴ４の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ２で示した状態と同一の状態になる。その結果、図６のＴ２. Ｔ４に示すような状態となって、低温側熱交換部４００Ａから磁性体１００Ａに熱が移動し、磁性体１００Ｂから磁性体１００Ｃに、磁性体１００Ｄから磁性体１００Ｅに熱が移動し、磁性体１００Ｆから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。
【００４５】
以上の通り、上側の回転部と下側の回転部が同期して１回転する度に、時刻Ｔ１の状態から時刻Ｔ４の状態が繰り返されて、低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。時間が経過するにしたがって、図７に示すように、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間の温度差が安定する。この状態で、低温側熱交換部４００Ａの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部４００Ｂの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。
【００４６】
なお、図１−図７の説明は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いた場合に当てはまる。発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として負の磁性体を用いた場合には、熱の移動方向は図４−図６に示した方向とは逆になる。したがって、負の磁性体を用いた場合、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの位置が図１、図４−図６とは逆になる。
【００４７】
本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理は以上のとおりである。次に、本発明に係る磁気冷暖房装置の実施形態を［実施形態１］と［実施形態２］に分けて説明する。［実施形態１］に係る磁気冷暖房装置は、磁性体と熱伝導部を交互に配置した熱輸送器を複数環状に配置した形態を有する。［実施形態２］に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送器を直線状に配置した形態を有する。
【００４８】
［実施形態１］
次に、図８−図１１を参照して実施形態１に係る磁気冷暖房装置の構成について説明する。実施形態１に係る磁気冷暖房装置の動作原理は上述の動作原理と同一である。図８は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の固定部の構成図である。図９は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の上側の回転部の構成図である。図１０は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の下側の回転部の構成図である。図１１は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の図８−図１０に示すＡ−Ｂ断面図である。
【００４９】
（磁気冷暖房装置の構成）
＜固定部の構成＞
図８及び図１１に示すように、磁気冷暖房装置の固定部１０００は円形状に形成する。固定部１０００の中心部分には円筒状の高温側熱交換部４０Ｂを設け、高温側熱交換部４０Ｂを取り囲むように円形状の低温側熱交換部４０Ａを設ける。低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の空間に１ｍｍ程度の厚みの熱輸送器配置板１５０（図１１参照）をはめ込み、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとで固定する。
【００５０】
熱輸送器配置板１５０上の中心角３０度の扇状の空間に、図８及び図１１に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体１０Ａ−１０Ｆとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇとを交互に配置する。交互に配置した磁性体１０Ａ−１０Ｆと熱伝導部３０Ａ−３０Ｇで１つの熱輸送器５０−１を構成する。熱輸送器５０−１に隣接する中心角３０度の扇状の空間に、図８に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体１１Ａ−１１Ｆとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部３１Ａ−３１Ｇとを交互に配置する。交互に配置した磁性体１１Ａ−１１Ｆと熱伝導部３１Ａ−３１Ｇで１つの熱輸送器５０−２を構成する。
【００５１】
図８に示すように、熱輸送器配置板１５０上には、中心角３０度ごとに１つの扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…を配置し、熱輸送器配置板１５０上には、並列に合計１２個の扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…を形成する。なお、１２個の扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…のそれぞれの間には熱絶縁を図るための空間を形成してある。また、低温側熱交換部４０Ａは熱輸送器５０−１、５０−２、…の一端に熱伝導部（熱輸送器５０−１の場合には熱伝導部３０Ａ）を介して配置する。さらに、高温側熱交換部４０Ｂは熱輸送器５０−１、５０−２、…の他端に熱伝導部（熱輸送器５０−１の場合には熱伝導部３０Ｇ）を介して配置する。低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの内部には、熱交換効率を向上させるためフィン４１（図１１参照）と４２（図８参照）を設けている。
【００５２】
熱輸送器配置板１５０は、互いに独立して分離された１２個の熱輸送器５０−１、５０−２、…を配置している。このため、熱輸送器５０−１、５０−２、…が輸送している熱を奪わないように、熱輸送器配置板１５０は断熱性の高い材料で形成するか、熱輸送器配置板１５０と熱輸送器５０−１、５０−２、…との間に断熱性の高い材料を挟む。なお、熱輸送器配置板１５０は磁性体に印加される磁束を減少させてはならないので、磁束を通過させやすい材料で形成することが好ましい。また、熱輸送器５０は熱輸送器配置板１５０の上側に設けたが、熱輸送器配置板１５０の下側に設けても良い。また、熱輸送器配置板１５０は上下の熱輸送器配置板１５０に挟まれるように設けても良い。
【００５３】
＜磁性体の構成＞
磁性体１０Ａ−１０Ｆは、本実施形態では同一材料で形成しており、同一材料として正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。
【００５４】
正の磁性体の材料は、ＧｄやＧｄをベースとした合金である、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３やＬａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３などの磁性材料を用いることができる。
【００５５】
一方、本実施形態では用いていないが、磁性体１０Ａ−１０Ｆに同一材料として負の磁性材料を用いることもできる。負の磁性体の材料としては、ＦｅＲｈ合金、ＣｏＭｎＳｉＧｅ系、ＮｉＭｎＳｎ系などの磁性材料を用いることができる。
【００５６】
一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁気の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、磁気冷暖房装置全体として安定した熱伝達特性が得られ熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いることが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いることが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、磁性体１０Ａ−１０Ｆ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｇの形状を、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状とした。しかし、これ以外の形状、例えば、球状、楕円体状、立方体状、円柱状、楕円柱状などの形状を採用しても良い。
【００５８】
また、磁性体１０Ａ−１０Ｆに正または負の磁性体を用い、さらにこれらの磁性体１０Ａ−１０Ｆの作動温度を全て同一のものとすることができる。しかし、これに限らず、磁性体の作動温度が異なるものを配置することもできる。例えば、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｆから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａに向けて段階的に作動温度が低い磁性体を配置することもできる。ここで、作動温度が高い磁性体と作動温度が低い磁性体との相違は、磁気熱量効果を発現する温度域が高い温度であるか低い温度であるかという点にある。
【００５９】
図１２は、磁性体の作動温度の相違の説明に供する図である。この図は、具体的には、ＬａＣｅＦｅＣｏＳｉ系の磁気エントロピー変化量（縦軸）と温度（横軸）の関係を示している。Ｃｏの量を増やすと、最も磁気熱量効果が大きくなる温度が、図に示すように２２５Ｋ、２５０Ｋ、２７０Ｋ、２９０Ｋと変化する。他の材料に関しても、組成比を変えると、磁気熱量効果が発現する温度領域を変えることができる。
【００６０】
したがって、図１２に示すように、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｆから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａに向けて段階的に、高温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（高温用）、中温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（中温用）、低温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（低温用）、という順番に並べると、高温側熱交換部４０Ｂと低温側熱交換部４０Ａと間の温度差をさらに大きく取ることができる。
【００６１】
磁性体の作動温度が異なるものは、磁気熱量効果を発現する温度領域が異なる磁気材料でそれぞれの磁性体を形成しても良いし、１種類の磁気材料の材料組成比を変化させることによって磁気熱量効果を発現する温度領域がそれぞれ異なる磁性体を形成しても良い。
【００６２】
このように、熱輸送器５０−１、５０−２、…内において、磁性体の位置に応じて最適な作動温度を選択すると、均一の作動温度の磁性体を用いた熱輸送器５０−１、５０−２、…よりも、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間で、より大きな温度差を得ることができ、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【００６３】
次に、実施形態１に係る磁気冷暖房装置が採用する熱伝導部の具体的な構造について説明する。
【００６４】
本実施形態に係る熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁性体１０Ａ−１０Ｆが磁気熱量効果により発生した熱を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに向けて伝導する。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気の印加、除去により熱伝導率が大きく変化する特性を持つ。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは全て同一の材料で形成される。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気を印加すると熱伝導率が大きくなり、磁気を除去すると熱伝導率が小さくなる。このため、熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気の印加、除去によって磁性体１０Ａ−１０Ｆに熱を伝導させたりさせなかったりすることができ、磁性体の並び方向に向けて効率的に熱を伝達させることができる。
【００６５】
＜熱伝導部の構成＞
図１３は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の熱伝導部の構造図である。
【００６６】
図８に示したように、実施形態１に係る磁気冷暖房装は、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に熱伝導部３０Ａを、磁性体１０Ａ−１０Ｆのそれぞれの磁性体間に熱伝導部３０Ｂ−３０Ｆを、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間に熱伝導部３０Ｇをそれぞれ接続する。
【００６７】
図１３では、磁性体１０Ａの対向する両面に接続する熱伝導部３０Ａと３０Ｂを例示する。熱伝導部３０Ａ、３０Ｂは、磁性体１０Ａの対向する両面に接合又は接着によって一体化する。磁性体１０Ａの両隣には低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｂが存在する。熱伝導部３０Ａは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａに接合又は接着され、熱伝導部３０Ｂは磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂに接合又は接着される。したがって、低温側熱交換部４０Ａ、熱伝導部３０Ａ、磁性体１０Ａ、熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｂ…は一体化する。
【００６８】
＜熱伝導部の動作＞
熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、９テスラ程度の磁気が印加されると、印加される前よりも熱伝導率が大きくなる。熱伝導率の大きさの変化は、１００倍から３０００倍の範囲である。したがって、熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、磁気が印加されなければ熱伝導率は極めて小さくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂの間では熱を伝導しない。一方、熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、磁気が印加されると熱伝導率は極めて大きくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂの間で熱が伝導する。
【００６９】
図１３に示すように、熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、磁気の印加、除去によって絶縁体、金属に相転移する転移体を含む。転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含む。したがって、転移体に磁気を印加すると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなる。また、転移体から磁気を除去すると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる。
【００７０】
図１３の場合、熱伝導部３０Ａには磁気が印加されていないので、熱伝導部３０Ａは絶縁体としての性質を持ち、伝導電子が流れ難くなって、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間では熱が伝導しない。一方、熱伝導部３０Ｂには、永久磁石２１ＢＨ、２６ＢＨによって磁気が印加されているので、熱伝導部３０Ｂは金属としての性質を持ち、伝導電子が流れやすくなって、磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂとの間で熱が伝導する。一般的に固体の熱伝導は、フォノン及び伝導電子が担っていることが知られている。本実施形態ででは、伝導電子の流れを磁気によって制御する。
【００７１】
磁気を印加することで絶縁体から金属に相転移するメカニズムを解明する研究の結果によれば、次のような報告がなされた。
【００７２】
遷移金属の酸化物の中には、大量の電子が存在し電子間の相関が強い物質であるために、電子同士が反発し合い局在化した、電荷整列絶縁体という絶縁体が多く存在している。電荷整列絶縁体では、電子のスピンや軌道など、電荷以外の電子の持つ性質（自由度）に直接作用する外場が、電荷整列絶縁体という絶縁体を金属に相変化させる。特に、磁気が電子のスピンに作用すると、局在している大量の電子を雪崩のように動かし、絶縁体を金属に相変化させる。報告によると、ネオジウムストロンチウムマンガン酸化物を用いた場合、温度１０Ｋ（−２３６℃）２．４テスラの磁気では電気抵抗率が５００Ωｍと高い絶縁体状態であったが、９テスラの磁気では電気抵抗率が０．２Ωｍと４桁ほど減少したことが示された。本実施形態の熱伝導部はこの現象を積極的に利用して、磁気冷暖房装置を構成している。なお、本実施形態では、磁気を印加すると金属化する電荷整列絶縁体として、Ｇｄ０．５５Ｓｒ０．４５ＭｎＯ、Ｐｒ０．５Ｃａ０．５ＭｎＯ３を用いる。
【００７３】
このように、熱伝導部を、電荷整列絶縁体を含む転移体で形成すると、磁気の印加、除去によって、熱伝導率の大きさを大きく変えることができ、熱スイッチとして機能させることができる。磁気の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱伝導部３０Ａ、３０Ｂを用いると、隣接する磁性体との熱伝導を、磁気の印加、除去だけで断続させることができる。磁気冷暖房装置を車載するためには小型化が要求されるが、小型化するためには磁気冷暖房装置の高周波化が必要である。高周波化するためには、磁性体間の熱伝達を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本実施形態の熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気を印加する周期を短くすることで容易に高周波化できる。
【００７４】
＜回転部の構成＞
図９及び図１０に示す回転部は、図８に示した固定部１０００を上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。回転部の構成は下記のとおりである。
【００７５】
円形状の上側の回転部２０００Ａは、図９の表側を図８に示す固定部１０００の表側に対向して位置させ、上側の回転部２０００Ａの中心を固定部１０００の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図９は、固定部１０００に対向して位置させた上側の回転部２０００Ａを固定部１０００に向かって上から透視した状態を表している（図１１参照）。
【００７６】
図９に示す磁気印加除去部１Ｕは、ある時刻で、図８に示した熱輸送器５０−１に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ａの外周から内周に向けて、磁性体１０Ａに対向する永久磁石２１ＡＭ、熱伝導部３０Ｂに対向する永久磁石２１ＢＨ、磁性体１０Ｃに対向する永久磁石２１ＣＭ、熱伝導部３０Ｄに対向する２１ＤＨ、磁性体１０Ｅに対向する永久磁石２１ＥＭ、熱伝導部３０Ｆに対向する永久磁石２１ＦＨを有する。
図９に示す磁気印加除去部２Ｕは、上記と同じ時刻で図８に示した熱輸送器５０−２に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ａの外周から内周に向けて、熱伝導部３０Ａに対向する永久磁石２２ＡＨ、磁性体１０Ｂに対向する永久磁石２２ＢＭ、熱伝導部３０Ｃに対向する永久磁石２２ＣＨ、磁性体１０Ｄに対向する永久磁石２２ＤＭ、熱伝導部３０Ｅに対向する２２ＥＨ、磁性体１０Ｆに対向する永久磁石２２ＦＭ、熱伝導部３０Ｇに対向する永久磁石２２ＧＨを有する。
【００７７】
回転部２０００Ａに存在するその他の磁気印加除去部は、回転部２０００Ａの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｕまたは磁気印加除去部２Ｕと同一である。なお、永久磁石の周方向の長さは、磁性体に対向する永久磁石（磁性体用）の長さが熱伝導部に対向する永久磁石（熱伝導部用）の長さよりも長く、磁性体に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置と熱伝導部に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置は一致している。
円形状の下側の回転部２０００Ｂは、図１０の表側を図８に示す固定部１０００の裏側に対向して位置させ、下側の回転部２０００Ｂの中心を固定部１０００の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図１０は、固定部１０００に対向して位置させた下側の回転部２０００Ｂを固定部１０００側から見た状態を表している（図１１参照）。
【００７８】
図１０に示す磁気印加除去部１Ｄは、上記と同じ時刻で、図８に示した熱輸送器５０−１に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ｂの外周から内周に向けて、磁性体１０Ａに対向する永久磁石２６ＡＭ、熱伝導部３０Ｂに対向する永久磁石２６ＢＨ、磁性体１０Ｃに対向する永久磁石２６ＣＭ、熱伝導部３０Ｄに対向する２６ＤＨ、磁性体１０Ｅに対向する永久磁石２６ＥＭ、熱伝導部３０Ｆに対向する永久磁石２６ＦＨを有する。
図１０に示す磁気印加除去部２Ｄは、上記と同じ時刻で図８に示した熱輸送器５０−２に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ｂの外周から内周に向けて、熱伝導部３０Ａに対向する永久磁石２７ＡＨ、磁性体１０Ｂに対向する永久磁石２７ＢＭ、熱伝導部３０Ｃに対向する永久磁石２７ＣＨ、磁性体１０Ｄに対向する永久磁石２７ＤＭ、熱伝導部３０Ｅに対向する２７ＥＨ、磁性体１０Ｆに対向する永久磁石２７ＦＭ、熱伝導部３０Ｇに対向する永久磁石２７ＧＨを有する。
【００７９】
回転部２０００Ｂに存在するその他の磁気印加除去部は、回転部２０００Ｂの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｄまたは磁気印加除去部２Ｄと同一である。なお、永久磁石の周方向の長さは、磁性体に対向する永久磁石の長さが熱伝導部に対向する永久磁石の長さよりも長く、磁性体に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置と熱伝導部に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置は一致している。磁性体用の永久磁石と熱伝導部用の永久磁石の長さは回転部２０００Ａのそれらの長さと同一である。
上側の回転部２０００Ａの各磁気印加除去部１Ｕ、２Ｕ、…と下側の回転部２０００Ｂの各磁気印加除去部１Ｄ、２Ｄ、…は固定部１０００の各熱輸送器５０−１、５０−２、…を介して上下方向で対向する。上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、磁気印加除去部１Ｕと磁気印加除去部１Ｄを対峙させた状態で相対的な位置を変えずに同期して回転する。
【００８０】
＜磁気冷暖房装置の動作＞
図１１は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の図８−図１０に示すＡ−Ｂ断面図である。図に示すように、上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、ごく狭い間隔を設けて固定部１０００を挟む。
【００８１】
図１１は図８−図１０に示す固定部と回転部を組み上げた状態におけるＡ−Ｂ断面図である。したがって、Ａ断面では、熱輸送器５０−１を構成する磁性体１０Ａに永久磁石２１ＡＭと２６ＡＭが対向する。熱輸送器３０Ｂに永久磁石２１ＢＨと２６ＢＨが対向する。磁性体１０Ｃに永久磁石２１ＣＭと２６ＣＭが対向する。熱輸送器３０Ｄに永久磁石２１ＤＨと２６ＤＨが対向する。磁性体１０Ｅに永久磁石２１ＥＭと２６ＥＭが対向する。熱輸送器３０Ｆに永久磁石２１ＦＨと２６ＦＨが対向する。この状態は、図８に示す熱輸送器５０−１に図９、図１０で示す磁気印加除去部１Ｕと１Ｄが対向している状態である。
【００８２】
また、Ｂ断面では、熱輸送器５０−２を構成する熱輸送器３１Ａに永久磁石２２ＡＨと２７ＡＨが対向する。磁性体１１Ｂに永久磁石２２ＢＭと２７ＢＭが対向する。熱輸送器３１Ｃに永久磁石２２ＣＨと２７ＣＨが対向する。磁性体１１Ｄに永久磁石２２ＤＭと２７ＤＭが対向する。熱輸送器３１Ｅに永久磁石２２ＥＨと２７ＥＨが対向する。磁性体１１Ｆに永久磁石２２ＦＭと２７ＦＭが対向する。熱輸送器３１Ｇに永久磁石２２ＧＨと２７ＧＨが対向する。この状態は、図８に示す熱輸送器５０−２に図９、図１０で示す磁気印加除去部２Ｕと２Ｄが対向している状態である。
【００８３】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂが同期して回転すると、３０度回転する度に、各熱輸送器５０−１、５０−２、…において、上述のＡ断面の状態とＢ断面の状態が繰り返される。したがって、各熱輸送器５０−１、５０−２、…において、図４−６で説明したのと同一のことが繰り返され、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、１１Ａ−１１Ｆ、…で発生した熱が熱伝導部３０Ａ−３０Ｇ、３１Ａ−３１Ｇ、…を介して低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに伝達される。
【００８４】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂとが同期して回転すると、熱輸送器５０−１を構成する磁性体１０Ａ−１０Ｆと熱伝導部３０Ａ−３０Ｇには、図１４に示すようなタイミングで、図１４に示すような期間、磁気が印加される。具体的には、図９に示す磁気印加除去部１Ｕのように、永久磁石２１ＡＭ、２１ＣＭ、２１ＥＭの周方向の長さが永久磁石２１ＢＨ、２１ＤＨ、２１ＦＨの周方向の長さよりも長くしてある。このため、図８の熱輸送器５０−１を例に取ると、図１４に示すように、磁気の印加のタイミングは磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの方が早く、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆの方が遅くなる。一方、磁気の除去のタイミングは磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの方が遅く、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆの方が早くなる。磁性体の磁気の印加時間が長く熱伝導部の磁気の印加時間が短いのは、磁性体に対向する永久磁石の長さが熱伝導部に対向する永久磁石の長さよりも回転方向（移動方向）に長くしてあるからである。図１４に示すようなタイミングで、図１４に示すような期間、磁気が印加されることは、熱輸送器５０−１以外の熱輸送器でも同じである。
【００８５】
以上のように、図１４に示すようなタイミングで、図１４に示すような期間、磁気を印加すると、磁性体と熱伝導部に磁気を印加するタイミングの違い（位相差）によって、磁性体が発熱してから熱伝導が開始され、磁性体から十分に熱が移動してから熱伝導が遮断することができる。なお、本実施形態では、図１４に示すようなタイミングで磁気の印加、除去を行ない、図１４に示すような期間、磁性体の発熱、熱伝導部による熱伝導を行ったが、このようなタイミングや期間には限らない。タイミングや期間の調整は、永久磁石の周方向の長さと、周方向の中心位置を相対的にずらすことで実現できる。本実施形態では、磁性体、熱伝導部への磁気の印加、除去のタイミング、磁性体、熱伝導部に磁気を印加する期間を、図１４に示すように最適化している。
【００８６】
磁気冷暖房装置の構成の説明に戻ると、図１１に示すように、上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂはその中心部が開口し、その中心部にはベアリング４１０Ａ、４１０Ｂを設けてある。また、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの外周部にはベアリグ４２０Ａ、４２０Ｂを設けてある。ベアリング４１０Ａ、４１０Ｂ、ベアリング４２０Ａ、４２０Ｂは、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを固定部１０００の上下面で回転自在に支持する。したがって、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは高温側熱交換部４０Ｂを回転軸として図示矢印方向（図９、図１０参照）に回転する。
【００８７】
上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂの一方の面の外周にはリングギア４３０Ａ、４３０Ｂを取り付ける。リングギア４３０Ａ、４３０Ｂは、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂのギア３６０Ａ、３６０Ｂと噛み合う。サーボモータ３５０Ａが回転すると、ギア３６０Ａと噛み合うリングギア４３０Ａが自転して上側の回転部２０００Ａが回転する。また、サーボモータ３５０Ｂが回転すると、ギア３６０Ｂと噛み合うリングギア４３０Ｂが自転して下側の回転部２０００Ｂが回転する。サーボモータ３５０Ａと３５０Ｂを同期して回転させると、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが一体的に回転する。
【００８８】
本実施形態では、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂを同期して回転させる。したがって、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは高温側熱交換部４０Ｂを中心に、固定部１０００を挟むようにして同一の回転速度で回転する。両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを同期させて回転するには、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの基準位置とサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転位置を検出することが必要である。そのため、図１１に示すように、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの基準位置を検出するための基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂを設けてある。また、サーボモータ３５０Ａと３５０Ｂの回転位置を検出するための回転位置検出センサをサーボモータ３５０Ａと３５０Ｂに内蔵してある。
【００８９】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂに配置する永久磁石は、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂの間でＮ極とＳ極とが対峙するように極性を考慮して配置する。上側の回転部２０００Ａの片面に配置した永久磁石と下側の回転部２０００Ｂの片面に配置した永久磁石は、常に対峙した状態となるように、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは同期して回転させる。たとえば、図１１に示すように、上側の回転部２０００Ａの永久磁石２１ＡＭ、２１ＢＨ、２１ＣＭ、２１ＤＨ、２１ＥＭ、２１ＦＨ、２２ＡＨ、２２ＢＭ、２２ＣＨ、２２ＤＭ、２２ＥＨ、２２ＦＭ、２２ＧＨと下側の回転部２０００Ｂの永久磁石２６ＡＭ、２６ＢＨ、２６ＣＭ、２６ＤＨ、２６ＥＭ、２６ＦＨ、２７ＡＨ、２７ＢＭ、２７ＣＨ、２７ＤＭ、２７ＥＨ、２７ＦＭ、２７ＧＨは、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが回転中または停止中にかかわらず常に対峙した状態である。
【００９０】
なお、本実施形態では、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂに配置する磁気印加除去部に永久磁石を用いたが、電磁石を用いても良い。電磁石を用いた場合には、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの構造が複雑になる。回転した状態で、電磁石への給電がきるように配線する必要があるからである。したがって、本実施形態では、永久磁石を用いている。
【００９１】
また、図１１に示すように、固定部１０００に上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂを取り付けた状態で、固定部１０００、上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂで囲まれた内部空間は、減圧または真空に近い環境にする。内部空間を減圧または真空に近い環境にすれば、各熱輸送器５０−１、５０−２、…は、真空内、または減圧下の環境内で設置されることになって、内部の空気への放熱が防止され、また、永久磁石が回転することによる空気抵抗が減少されるからである。
【００９２】
両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが回転すると、固定部１０００の各熱輸送器５０−１、５０−２、…では、３０度回転するごとに、図４に示した時刻Ｔ１の状態と時刻Ｔ２の状態を繰り返される。このため、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが３０度回転するごとに、各熱輸器５０−１、５０−２、…の磁性体が発熱と吸熱を繰り返し、熱伝導部が熱の輸送と遮断を繰り返す。磁性体の単位時間当たりの発熱量は、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度によって変化する。発熱量を大きくしたければ両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を速くする。大きな発熱量が必要なければ両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を遅くする。
【００９３】
各熱輸送器５０−１、５０−２、…の磁性体が発熱しまた吸熱するときの熱を、低温側熱交換器４０Ａから高温側熱交換器４０Ｂに伝達させ、要求される熱量が得られるようにするためには、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を最適化しなければならない。両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度の最適化を制御するものが、図１５以降に示す制御系である。
【００９４】
図１５は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。また、図１６は、図１５の空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。
【００９５】
図１５に示すように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の制御系は、基準位置検出センサ２５０Ａ、基準位置検出センサ２５０Ｂ、空調情報入力部４６０、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂ、サーボモータ制御部３８０、空調制御部４５０を有する。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂは、自身の回転位置を検出する回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂを備えている。
【００９６】
基準位置検出センサ２５０Ａは上側の回転部２０００Ａ（図１１参照）に設定した基準位置を検出する。基準位置は回転部２０００Ａの外周に設ける。例えば、光を反射する反射体を上側の回転部２０００Ａの外周に取り付けた場合には、その反射体の取り付け位置が基準位置となる。この場合、基準位置検出センサ２５０Ａには受発光素子を用い、反射体が受発光素子からの光を反射すると、基準位置が検出される。
【００９７】
基準位置検出センサ２５０Ｂは下側の回転部２０００Ｂに設定した基準位置を検出する。その他は基準位置検出センサ２５０Ａと同一である。
【００９８】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂに設ける基準位置は、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂの永久磁石が固定部１０００を介して正しく向き合うように（図１１に示すように）、正確な位置に設定する。したがって、上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、基準位置検出センサ２５０Ａと基準位置検出センサ２５０Ｂが、基準位置を常に同時に検出するように、同一の速度で同期して回転する。
【００９９】
空調情報入力部４６０は空調に必要な情報を入力する。空調に必要な情報は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度である。空調情報入力部４６０の具体的な説明については、後述の図１６に基づいて行う。
【０１００】
サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂは、熱輸送器５０−１、５０−２、…の各磁性体に選択的に磁気を印加し除去するため上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂを駆動するモータである。具体的には、サーボモータ３５０Ａは、図９に示したように永久磁石が配置してある上側の回転部２０００Ａを回転させる。また、サーボモータ３５０Ｂは、図１０に示したように永久磁石が配置してある下側の回転部２０００Ｂを回転させる。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂには、それぞれのサーボモータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂを設けてある。回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置は、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂの回転速度を同期させるために用いる。
【０１０１】
サーボモータ制御部３８０は、回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置と、基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂで検出した基準位置を用いて、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転を制御する。サーボモータ制御部３８０は、運転条件に応じてサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度を制御する。ここで、運転条件とは、熱輸送器５０−１、５０−２、…の要求熱量、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差である。
【０１０２】
空調制御部４５０は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を総括的に制御する。空調制御部４５０の具体的な説明については、後述の図１７の動作フローチャートに基づいて行う。
【０１０３】
図１６に示すように、空調情報入力部４６０は、温度設定部４６２、低温側熱交換部入口温度センサ４６４、低温側熱交換部出口温度センサ４６６、高温側熱交換部入口温度センサ４６８、高温側熱交換部出口温度センサ４７０を有する。
【０１０４】
温度設定部４６２は、磁気冷暖房装置が空調する車室内の温度を設定するコントローラである。低温側熱交換部入口温度センサ４６４は、図８、図１１に示した固定部１０００の低温側熱交換部４０Ａに供給される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部入口温度センサ４６４は、低温側熱交換部４０Ａの冷媒入口部分に設ける。
【０１０５】
低温側熱交換部出口温度センサ４６６は、図８及び図１１に示した固定部１０００の低温側熱交換部４０Ａから排出される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部出口温度センサ４６６は、低温側熱交換部４０Ａの冷媒出口部分に設ける。高温側熱交換部入口温度センサ４６８は、図８及び図１１に示した高温側熱交換部４０Ｂに供給される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部入口温度センサ４６８は、高温側熱交換部４０Ｂの冷媒入口部分に設ける。高温側熱交換部出口温度センサ４７０は、高温側熱交換部４０Ｂから排出される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部出口温度センサ４７０は、高温側熱交換部４０Ｂの冷媒出口部分に設ける。
【０１０６】
温度設定部４６２、低温側熱交換部入口温度センサ４６４、低温側熱交換部出口温度センサ４６６、高温側熱交換部入口温度センサ４６８、高温側熱交換部出口温度センサ４７０を設けるのは、固定部１０００でどの程度の熱量を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動させなければならないかを知るためである。移動させなければならない熱量がわかれば、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度を調整することができる。
空調制御部４５０は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度を用いて、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度を調整する。
【０１０７】
次に、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を、図１７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。図１７は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【０１０８】
（磁気冷暖房装置の動作）
まず、操作者は、温度設定部４６２から車室内の設定温度を入力する。設定温度が入力されると、空調制御部４５０は、要求熱量と要求温度差を入力する（Ｓ１）。空調制御部４５０は、車室内の空間容量、現在の車室内の温度、車室内の設定温度を参照して、車室内を設定温度にするために必要な要求熱量を求める。また、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの温度差を求める。この求めた値を、要求熱量、要求温度差として入力する。
【０１０９】
次に、空調制御部４５０は、入力した要求熱量と要求温度差をあらかじめ記憶しているマップと照合して磁気印加周波数ｆを取得する（Ｓ２）。
【０１１０】
空調制御部４５０は磁気冷暖房装置を運転する（Ｓ３）。つまり、空調制御部４５０は、求めた磁気印加周波数ｆを実現するために、サーボモータ制御部３８０に回転数の指示を出す。磁気印加周波数は、１つの磁性体に対して１秒間に何回磁気の印加除去をするかを示すものである。例えば、磁気印加周波数ｆが６Ｈｚであったとすると、図８−図１１に示す構成の磁気冷暖房装置の場合、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが１秒間に１回転すると６回磁気の印加除去が行われるので、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂに要求される回転数は６０ｒｐｍである。サーボモータ制御部３８０には、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが６０ｒｐｍで回転するために必要なサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転数を指示する。
【０１１１】
次に、空調制御部４５０は、空調動作を終了する指示が成されたか否かを判断する（Ｓ４）。空調動作の終了が指示されなければ（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ３に戻り、空調動作の終了が指示されると（Ｓ４：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【０１１２】
以上のように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置では、永久磁石が配置されている両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを回転させるだけで、低温側熱交換器４０Ａから高温側熱交換器４０Ｂに向けて熱を移動させることができる。
【０１１３】
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理を図面に基づいて詳細に説明する。
【０１１４】
（磁気冷暖房の原理）
図１８は、実施形態２に係る磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理図である。実施形態１と同様、磁性体１０Ａ−１０Ｄには、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。また、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅには、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる同一材料を用いる。
【０１１５】
磁気印加除去部２０Ａ、２０Ｂ、磁気印加除去部２０Ｃ、２０Ｄ、磁気印加除去部２０Ｇ、２０Ｈは、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅを挟むようにして、磁性体１０Ａ−１０Ｄ、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅの間で往復移動する。
【０１１６】
まず、図１８Ａの状態から図１８Ｂの状態になる。すなわち、磁気印加除去部２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａ及び熱伝導部３０Ｂから磁性体１０Ｂ及び熱伝導部３０Ｃに、磁気印加除去部２０Ｃ、２０Ｄが磁性体１０Ｃ及び熱伝導部３０Ｄから磁性体１０Ｄ及び熱伝導部３０Ｅに、磁気印加除去部２０Ｇ、２０Ｈが熱伝導部３０Ａに、一斉に移動する。
【０１１７】
次に、図１８Ｂの状態から図１８Ａの状態になる。すなわち、磁気印加除去部２０Ａ−２０Ｈが一斉に図示左方向に移動して、磁気印加除去部と磁性体、熱伝導部の位置関係が図１８Ａの状態に戻る。
【０１１８】
したがって、磁気印加除去部が往復移動すると、図１８Ａと図１８Ｂの状態が交互に繰り返される。本実施形態では、同一の磁気印加除去部によって、磁性体と熱伝導部に同時に磁気を印加する。熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する原理は実施形態１（図１−図７参照）と同じである。
【０１１９】
（磁気冷暖房装置の構成）
図１９は、実施形態２に係る磁気冷暖房装置の構成図である。実施形態２に係る磁気冷暖房装置は熱輸送器を直線的に設けている。
【０１２０】
図１９に示すように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置５００は、ベース板５２０の長手方向の両端に、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂを取り付ける。ベース板５２０の低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間には、図１８と同様に、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅを交互に直線状に並べて配置する。磁性体を直線状に並べたときには、細長い空間に熱伝達機構を構成させることができ、狭い空間を有効利用できる。
【０１２１】
磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、ベース板５２０上に直接接合しても良いが、磁気熱量効果を有効に利用できるようにするためには、ベース板５２０は熱抵抗の大きな材料で構成することが望ましい。熱抵抗が小さいと、磁性体１０Ａ−１０Ｄで発生した熱がベース板５２０を伝って放熱されてしまうからである。また、熱抵抗を大きくするために、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、ベース板５２０上に直接接合するのではなく、ベース板５２０との間に熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を設けても良い。
【０１２２】
磁性体１０Ａ−１０Ｄは、本実施形態では上述の通り正の磁性体を用いるが、負の磁性材料で形成することもできる。正負の磁性体の材料や形状については実施形態１で述べた。また、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が小さくなる。熱伝導部が磁気の印加、除去によって熱伝導率を変化する原理は実施形態１で述べた。実施形態２で用いる磁性体と熱伝導部は実施形態１と同一である。
【０１２３】
磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｃは、これらを図示左右方向に直線状に往復移動させるスライダー５４０に取り付ける。スライダー５４０は、ベース板５２０の長手方向に沿って往復移動する。スライダー５４０はスライドガイド５８０に取り付ける。スライドガイド５８０は固定部５７０Ａ及び５７０Ｂによって支持される。
【０１２４】
固定部５７０Ａ及び５７０Ｂはベース板５２０の下部両端に位置しスライドガイド５８０を支持する。スライダー５４０は、ボールねじやリニアスライダーなどの直線移動機構５８５に取り付けられ、スライドガイド５８０に沿って直線状に往復移動する。直線移動機構５８５は磁気回路駆動部５９０によって駆動される。磁気回路駆動部５９０はモータの回転を直線運動に変えるカム機構を有するものや、リニアモータ、圧電アクチュエータを用いることができる。
【０１２５】
（磁気冷暖房装置の動作）
図２０は、実施形態２に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。磁気冷暖房装置５００の動作は空調制御部６００が総括的に制御する。
【０１２６】
空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１１）。空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、入力されるのを待ち、入力されれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）次のステップに進む。
【０１２７】
空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されると、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃを往復移動させる。例えば、図１８Ａ、Ｂに示すように、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ａと熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｃと熱伝導部３０Ｄの位置から、磁性体１０Ｂと熱伝導部３０Ｃ、磁性体１０Ｄと熱伝導部３０Ｅの位置に、磁気印加部５３０Ｃを熱伝導部３０Ａの位置に、移動させる。このとき、磁性体１０Ａ、１０Ｃは吸熱し、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは発熱する。また、熱伝導部３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅの熱伝導率が大きくなる。さらに、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ｂと熱伝導部３０Ｃ、磁性体１０Ｄと熱伝導部３０Ｅの位置から、磁性体１０Ａと熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｃと熱伝導部３０Ｄの位置に、磁気印加部５３０Ｃを、熱伝導部３０Ａの位置から、低温熱交換部４０Ａ上に移動させる。このとき、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは吸熱し、磁性体１０Ａ、１０Ｃは発熱する。また、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄの熱伝導率が大きくなる。この動作を繰り返すことで、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動する（Ｓ１２）。
【０１２８】
そして、空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１３）。空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップ１２の処理に戻る。つまり、空調制御部６００は、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃを往復移動させる。空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されない限り、上記のステップＳ１２の動作を繰り返す。磁気冷凍の終了信号が入力されれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）処理を終了して、磁気冷暖房装置５００の動作を終了する。
【０１２９】
以上のように磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃを往復移動させることによって、図７に示すグラフのように、低温側熱交換部４０Ａの温度を下げ、高温側熱交換部４０Ｂの温度を上げることができ、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間に温度差を生じさせることができる。
【０１３０】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、以下のような効果を得ることができる。
【０１３１】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、磁性体として、同一の磁気熱量効果を有する材料を用い、各熱伝導部として、磁気の印加、除去によって熱伝導を断続する同一の材料を用いた。したがって、磁性体と熱伝導部材は、それぞれ１種類の材料を用いれば良いので、それぞれの材料の熱に対する特性が揃い、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１３２】
実施形態１に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去する磁性体用磁石と、熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去する熱伝導部用磁石とを、個別に配置した。したがって、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出せる磁気の強さと、熱伝導部の熱伝導率の変化の幅を最大限に引き出せる磁気の強さとを個別に設定することができる。そのため、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１３３】
実施形態２に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器の各磁性体と各熱伝導部に対して共通の磁気印加除去部を配置した。このため磁気印加除去部の構成を簡素化できる。
【０１３４】
実施形態１に係る磁気冷暖房装置では、磁気印加除去部における磁性体用磁石と熱伝導部用磁石とは、熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去するタイミングと熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去するタイミングとが異なるように配置している。このため、磁性体に発生した熱を最適なタイミングで隣接する磁性体などに伝達させることができ、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１３５】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器は、低温側熱交換器と高温側熱交換器との間で、複数並列に配置するので、磁気冷暖房装置の熱量を向上させることができる。熱輸送器を並列にどの程度配置するかは、磁気冷暖房装置に要求される熱量によって決める。
【０１３６】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部材に選択的に磁気を印加し除去するため磁気印加除去部を熱輸送器に対して相対的に移動させる駆動部を有しているので、駆動部の動作（回転数や往復移動の頻度）を変えることで、磁気冷暖房装置に要求される熱量を供給できる。
【０１３７】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、熱伝導部は、低温側熱交換部と磁性体との間、複数の磁性体との間、磁性体と高温側熱交換部との間で接合又は接着により一体化されるので、熱的な接触抵抗の低減が図れ、熱輸送器の製造が容易になる。
【０１３８】
実施形態１に係る磁気冷暖房装置において、真空内、または減圧下の環境内に熱輸送器を設置すると、熱輸送器を構成する磁性体と熱伝導部の断熱性を向上させることができる。そのため、低温側熱交換部から高温側熱交換部に効率的に熱を輸送させることができ磁気冷暖房装置の高出力化及びコンパクト化を達成することができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１０Ａ−１０Ｆ、１１Ａ−１１Ｆ 磁性体、
２１ＡＭ−２１ＥＭ、２２ＢＭ−２２ＦＭ 永久磁石（磁性体用）、
２１ＢＨ−２１ＦＨ、２２ＡＨ−２２ＧＨ 永久磁石（熱伝導部用）、
３０Ａ−３０Ｇ、３１Ａ−３１Ｇ 熱伝導部、
４０Ａ 低温側熱交換部、
４０Ｂ 高温側熱交換部、
５０−１、５０−２ 熱輸送器、
２５０Ａ、２５０Ｂ 基準位置検出センサ、
３５０Ａ、３５０Ｂ サーボモータ（モータ）、
４５０、６００ 空調制御部、
１０００ 固定部、
２０００Ａ、２０００Ｂ 回転部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷暖房装置に係り、特に、磁気熱量効果を発現する磁性体の熱を、磁気の印加、除去によって熱の伝導が制御できる熱伝導部を利用して輸送する磁気冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている室温域の冷凍機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の相変化を利用している。最近では、フロンガスの排出に伴うオゾン層破壊の問題が露呈し、さらに、代替フロンガスの排出に伴う地球温暖化への影響も懸念されている。このため、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒を用いた冷凍機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。
【０００３】
このような背景から、最近になって注目されるようになった冷凍技術が磁気冷凍技術である。磁性体の中には、その磁性体に印加する磁界の大きさが変化すると、その変化に応じて自身の温度を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。この磁気熱量効果を発現する磁性体を利用して熱を輸送する冷凍技術が磁気冷凍技術である。
【０００４】
磁気冷凍技術を応用した冷凍機としては、例えば、下記特許文献１に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機がある。この磁気冷凍機は以下のような構成によって熱を伝導させる。
【０００５】
正の磁気熱量効果を有する材料層Ａと、負の磁気熱量効果を有する材料層Ｂと、磁気の印加により熱伝導率が大きくなり磁気の除去により熱伝導率が小さくなる材料ａと、磁気の印加により熱伝導率が小さくなり磁気の除去により熱伝導率が大きくなる材料ｂと、を備える。
【０００６】
これらの材料をＡａＢｂ又はＡｂＢａの順に積層して磁気冷凍層ユニットを形成し、磁気冷凍層ユニットに磁場印加手段で磁気を印加、除去することで、Ａ、Ｂで発生した熱を磁気冷凍層ユニットの一端から他端に輸送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている発明の場合、磁気熱量効果を有する材料として２種類の材料を用い、また、熱伝導率が変化する材料として２種類の材料を用いている。
【０００９】
このように、磁気熱量効果を有する材料及び熱伝導率が変化する材料として、それぞれ２種類の材料を用いると、それぞれの材料の熱に対する特性が不揃いになることから、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を招く。
【００１０】
例えば、正の磁気熱量効果を有する材料層Ａと、負の磁気熱量効果を有する材料層Ｂとの磁気熱量効果を同一にすることは困難である。このため、同じ強さの磁気を印加、除去したとしても、材料層Ａと材料層Ｂとでは発熱量が同一ではなく上昇下降する温度の幅が異なる。また、磁気の印加により熱伝導率が大きくなり磁気の除去により熱伝導率が小さくなる材料ａと、磁気の印加により熱伝導率が小さくなり磁気の除去により熱伝導率が大きくなる材料ｂとの熱伝導率を同一にすることは困難である。このため、同じ強さの磁気を印加、除去したとしても、材料ａと材料ｂとの熱の伝え方が異なる。
【００１１】
このように、同じ強さの磁気を印加したとしても、発熱及び吸熱する熱量が異なり、熱伝導率も異なるのでは、効率的に熱を輸送させることはできない。また、異なる材料を用いることは製造面、コスト面でも不利になる。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するために成されたものであり、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる、磁気冷暖房装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送器、低温側熱交換部、高温側熱交換部及び磁気印加除去部を有する。
【００１４】
熱輸送器は、同一の磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する。低温側熱交換部は、熱輸送器の一端に熱伝導部を介して配置する。高温側熱交換部は、熱輸送器の他端に熱伝導部を介して配置する。磁気印加除去部は、熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部に選択的に磁気を印加し除去する。各熱伝導部は、磁気印加除去部が磁気を印加すると各磁性体との熱伝導を可能にし、磁気を除去すると各磁性体との熱伝導を遮断する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、磁性体として、同一の磁気熱量効果を有する材料を用い、各熱伝導部として、磁気を印加すると各磁性体との熱伝導を可能にし、磁気を除去すると各磁性体との熱伝導を遮断する材料を用いた。したがって、磁性体と熱伝導部材は、それぞれ１種類の材料を用いれば良いので、それぞれの材料の熱に対する特性が揃い、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の熱輸送器を配置した固定部の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の磁気印加除去部を配置した上側の回転部の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の磁気印加除去部を配置した下側の回転部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図５】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図６】本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。
【図７】本発明に係る磁気冷暖房装置の効果を示すグラフである。
【図８】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の固定部の構成図である。
【図９】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の上側の回転部の構成図である。
【図１０】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の下側の回転部の構成図である。
【図１１】実施形態１に係る磁気冷暖房装置のＡ−Ｂ断面図である。
【図１２】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の磁性体の作動温度の相違の説明に供する図である。
【図１３】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の熱伝導部の構造図である。
【図１４】実施形態１に係る磁気冷暖房装置において磁性体と熱伝導部に印加、除去する磁気のタイミングと期間の説明に供する図である。
【図１５】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。
【図１６】図９の空調制御部と空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。
【図１７】実施形態１に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【図１８】実施形態２に係る磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理図である。
【図１９】実施形態２に係る磁気冷暖房装置の構成図である。
【図２０】実施形態２に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
各実施形態を説明する前に本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理を説明する。
【００１８】
（磁気冷暖房装置の動作原理）
＜固定部の構成＞
図１は複数の熱輸送器を配置した固定部の構成を示す図である。円形状の固定部は分離部１３０Ａ−１３０Ｄで区分した４つの熱輸送器１−４を有する。各熱輸送器は低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに熱を伝導させる。各熱輸送器は磁性体と熱伝導部を交互に配置して形成する。磁性体には、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。熱伝導部には、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる同一材料を用いる。
【００１９】
たとえば、熱輸送器１は、磁性体１００Ａ−１００Ｅと熱伝導部３００Ａ−３００Ｇとを交互に配置している。具体的には、低温側熱交換部４００Ａから熱伝導部３００Ａ−磁性体１００Ａ−熱伝導部３００Ｂ−磁性体１００Ｂ−熱伝導部３００Ｃ−磁性体１００Ｃ−熱伝導部３００Ｄ−磁性体１００Ｄ−熱伝導部３００Ｅ−磁性体１００Ｅ−熱伝導部３００Ｆ−磁性体１００Ｆ−熱伝導部３００Ｇの順に配置して高温側熱交換部４００Ｂに至る。低温側熱交換部４００Ａと熱伝導部３００Ａ、熱伝導部３００Ａから熱伝導部３００Ｇまでの各熱伝導部と磁性体、熱伝導部３００Ｇと高温側熱交換部４００Ｂは相互に隙間なく接続してある。熱輸送器２−４の構成も熱輸送器１の構成と同一である。
【００２０】
＜回転部の構成＞
図２及び図３に示す回転部は、図１に示した固定部を上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。回転部の構成は下記のとおりである。
【００２１】
図２は、複数の磁気印加除去部を配置した上側の回転部の構成を示す図である。円形状の上側の回転部は分離部２００ＡＵ−２００ＤＵで区分した４つの磁気印加除去部１Ｕ−４Ｕを有する。図２に示す上側の回転部は、図の表側を図１に示す固定部の表側に対向して位置させ、上側の回転部の中心を固定部の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図２は、固定部に対向して位置させた上側の回転部を固定部に向かって上から透視した状態を表している。
【００２２】
磁気印加除去部１Ｕは、熱輸送器１に磁気印加除去部１Ｕが対峙する時刻Ｔ１の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ａに対向する永久磁石２１０ＡＭ、熱伝導部３００Ｂに対向する永久磁石２１０ＢＨ、磁性体１００Ｃに対向する永久磁石２１０ＣＭ、熱伝導部３００Ｄに対向する２１０ＤＨ、磁性体１００Ｅに対向する永久磁石２１０ＥＭ、熱伝導部３００Ｆに対向する永久磁石２１０ＦＨを有する。
磁気印加除去部２Ｕは、熱輸送器１に磁気印加除去部２Ｕが対峙する時刻Ｔ２の時に、回転部の外周から内周に向けて、熱伝導部３００Ａに対向する永久磁石２２０ＡＨ、磁性体１００Ｂに対向する永久磁石２２０ＢＭ、熱伝導部３００Ｃに対向する永久磁石２２０ＣＨ、磁性体１００Ｄに対向する永久磁石２２０ＤＭ、熱伝導部３００Ｅに対向する２２０ＥＨ、磁性体１００Ｆに対向する永久磁石２２０ＦＭ、熱伝導部３００Ｇに対向する永久磁石２２０ＧＨを有する。
【００２３】
磁気印加除去部３Ｕと磁気印加除去部４Ｕは上側の回転部の中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｕと磁気印加除去部２Ｕと同一である。磁気印加除去部３Ｕは時刻Ｔ３の時に熱輸送器１と対峙し、磁気印加除去部４Ｕは時刻Ｔ４の時に熱輸送器１と対峙する。
【００２４】
図３は、複数の磁気印加除去部を配置した下側の回転部の構成を示す図である。円形状の下側の回転部は分離部２００ＡＤ−２００ＤＤで区分した４つの磁気印加除去部１Ｄ−４Ｄを有する。図３に示す下側の回転部は、図の表側を図１に示す固定部の裏側に対向して位置させ、下側の回転部の中心を固定部の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図３は、固定部に対向して位置させた下側の回転部を固定部側から見た状態を表している。
【００２５】
磁気印加除去部１Ｄは、熱輸送器１に磁気印加除去部１Ｄが対峙する時刻Ｔ１の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ａに対向する永久磁石２６０ＡＭ、熱伝導部３００Ｂに対向する永久磁石２６０ＢＨ、磁性体１００Ｃに対向する永久磁石２６０ＣＭ、熱伝導部３００Ｄに対向する２６０ＤＨ、磁性体１００Ｅに対向する永久磁石２６０ＥＭ、熱伝導部３００Ｆに対向する永久磁石２６０ＦＨを有する。
磁気印加除去部２Ｄは、熱輸送器１に磁気印加除去部２Ｄが対峙する時刻Ｔ２の時に、回転部の外周から内周に向けて、熱伝導部３００Ａに対向する永久磁石２７０ＡＨ、磁性体１００Ｂに対向する永久磁石２７０ＢＭ、熱伝導部３００Ｃに対向する永久磁石２７０ＣＨ、磁性体１００Ｄに対向する永久磁石２７０ＤＭ、熱伝導部３００Ｅに対向する２７０ＥＨ、磁性体１００Ｆに対向する永久磁石２７０ＦＭ、熱伝導部３００Ｇに対向する永久磁石２７０ＧＨを有する。
【００２６】
磁気印加除去部３Ｄと磁気印加除去部４Ｄは下側の回転部の中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｄと磁気印加除去部２Ｄと同一である。磁気印加除去部３Ｄは時刻Ｔ３の時に熱輸送器１と対峙し、磁気印加除去部４Ｄは時刻Ｔ４の時に熱輸送器１と対峙する。
上側の回転部の各磁気印加除去部１Ｕ−４Ｕと下側の回転部の各磁気印加除去部１Ｄ−４Ｄは固定部の各熱輸送器１−４を介して上下方向で対向する。上側の回転部と下側の回転部は、上側の回転部の分離部２００ＡＵ−２００ＤＵと下側の回転部の分離部２００ＡＤ−２００ＤＤが常に対向するように、相対的な位置を変えずに同期して回転する。
【００２７】
＜熱輸送の原理＞
図４及び図５は、本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。図４は、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２の２つの状態を示す。時刻Ｔ１の状態は、図１の固定部のＡ−Ａ線が図２及び図３の上側と下側の回転部のＡ−Ａ線と一致している状態である。つまり、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部１Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部１Ｄに対峙している状態である。また、時刻Ｔ２の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部２Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部２Ｄに対峙している状態である。図５は、時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の２つの状態を示す。時刻Ｔ３の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部３Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部３Ｄに対峙している状態である。また、時刻Ｔ４の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部４Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部４Ｄに対峙している状態である。
【００２８】
時刻Ｔ１では、図４に示す通り、磁性体１００Ａに永久磁石２１０ＡＭと２６０ＡＭが位置し、熱伝導部３００Ｂに永久磁石２１０ＢＨと２６０ＢＨが位置する。また、磁性体１００Ｃに永久磁石２１０ＣＭと２６０ＣＭが位置し、熱伝導部３００Ｄに永久磁石２１０ＤＨと２６０ＤＨが位置する。また、磁性体１００Ｅに永久磁石２１０ＥＭと２６０ＥＭが位置し、熱伝導部３００Ｆに永久磁石２１０ＦＨと２６０ＦＨが位置する。
【００２９】
時刻Ｔ２では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ１から９０度時計方向に回転するので、図４に示す通り、熱伝導部３００Ａに永久磁石２２０ＡＨと２７０ＡＨが位置する。また、磁性体１００Ｂに永久磁石２２０ＢＭと２７０ＢＭが位置し、熱伝導部３００Ｃに永久磁石２２０ＣＨと２７０ＣＨが位置する。また、磁性体１００Ｄに永久磁石２２０ＤＭと２７０ＤＭが位置し、熱伝導部３００Ｅに永久磁石２２０ＥＨと２７０ＥＨが位置する。また、磁性体１００Ｆに永久磁石２２０ＦＭと２７０ＦＭが位置し、熱伝導部３００Ｇに永久磁石２２０ＧＨと２７０ＧＨが位置する。
【００３０】
時刻Ｔ３では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ２からさらに９０度時計方向に回転するので、図５に示す通り、磁性体１００Ａに永久磁石２３０ＡＭと２８０ＡＭが位置し、熱伝導部３００Ｂに永久磁石２３０ＢＨと２８０ＢＨが位置する。また、磁性体１００Ｃに永久磁石２３０ＣＭと２８０ＣＭが位置し、熱伝導部３００Ｄに永久磁石２３０ＤＨと２８０ＤＨが位置する。また、磁性体１００Ｅに永久磁石２３０ＥＭと２８０ＥＭが位置し、熱伝導部３００Ｆに永久磁石２３０ＦＨと２８０ＦＨが位置する。
【００３１】
時刻Ｔ４では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ３からさらに９０度時計方向に回転するので、図５に示す通り、熱伝導部３００Ａに永久磁石２４０ＡＨと２９０ＡＨが位置する。また、磁性体１００Ｂに永久磁石２４０ＢＭと２９０ＢＭが位置し、熱伝導部３００Ｃに永久磁石２４０ＣＨと２９０ＣＨが位置する。また、磁性体１００Ｄに永久磁石２４０ＤＭと２９０ＤＭが位置し、熱伝導部３００Ｅに永久磁石２４０ＥＨと２９０ＥＨが位置する。また、磁性体１００Ｆに永久磁石２４０ＦＭと２９０ＦＭが位置し、熱伝導部３００Ｇに永久磁石２４０ＧＨと２９０ＧＨが位置する。
【００３２】
このように、永久磁石の位置関係を追うと、時刻Ｔ１からＴ４に移行する間に、時刻Ｔ１とＴ２における、永久磁石、磁性体、熱伝導部の同じ位置関係が２回繰り返される。
【００３３】
上記のように、各磁性体には正の磁性体を用いているので、磁気が印加されると発熱し、磁気が除去されると吸熱する。また、熱伝導部には磁気の印加除去によって熱伝導率が変化する材料を用いているので、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる。
【００３４】
したがって、時刻Ｔ１からＴ４に移行するにしたがって、低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに向けて熱が移動し、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間に温度差ができる。温度差ができる原理は次のとおりである。
【００３５】
図６は、本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。熱が移動していく様子は図４と図５を参照しながら説明する。
【００３６】
まず前提として、全ての磁性体が同一材料で形成されており、全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が５℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体は、磁気が印加されると５℃温度が上昇し、磁気が除去されると５℃温度が下降する特性を持っていると想定する。また、全ての熱伝導部材も磁気の印加、除去によって同じように熱伝導率が大きくなりまた小さくなる特性を持っていると想定する。
【００３７】
まず、初期の時刻Ｔ１の状態では全ての磁性体１００Ａ−１００Ｆ及び熱伝導部３００Ａ−３００Ｇが室温の２０℃になっている。低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間で、交互に配置した磁性体と熱伝導部は熱輸送器を形成する。
【００３８】
次に、時刻Ｔ２の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ１で示す状態から時刻Ｔ２で示すような状態になる。その結果、図６に示すように、磁性体１００Ａの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ａによる熱伝導が可能になって、低温側熱交換部４００Ａから磁性体１００Ａに熱が移動する。また、磁性体１００Ｂ、１００Ｄの温度が５℃上昇し、磁性体１００Ｃ、１００Ｅの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ｃ、３００Ｅによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ｂから磁性体１００Ｃに、磁性体１００Ｄから磁性体１００Ｅに熱が移動する。また、磁性体１００Ｆの温度が５℃上昇し、熱伝導部３００Ｇによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ｆから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。
【００３９】
時刻Ｔ２の状態では、磁気が除去された磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が１５℃に下降し、磁気が印加された磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が２５℃に上昇する。このため、図６に示すように、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００４０】
この熱の移動によって、図６のＴ２´の状態で示すように、低温側熱交換部４００Ａと磁性体１００Ａの温度が１７．５℃になり、磁性体１００Ｆと高温側熱交換部４００Ｂの温度が２２．５℃になる。
【００４１】
次に、時刻Ｔ２´の状態からＴ３の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ２に示す状態から図５の時刻Ｔ３で示すような状態になる。その結果、磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が５℃上昇し、磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ａから磁性体１００Ｂに、磁性体１００Ｃから磁性体１００Ｄに、磁性体１００Ｅから磁性体１００Ｆに熱が移動する。
【００４２】
時刻Ｔ３の状態では、磁気が印加された磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が２２．５℃または２５℃に上昇し、磁気が除去された磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が１５℃または１７．５℃に下降する。このため、図６に示すように、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００４３】
この熱の移動によって、図６のＴ３´に示すように、低温側熱交換部４００Ａの温度が１７．５℃になり、磁性体１００Ａ、１００Ｂの温度が１８．７５℃になる。磁性体１００Ｃ、１００Ｄの温度が２０℃になり、磁性体１００Ｅ、１００Ｆの温度が２１．２５℃になる。高温側熱交換部４０Ｂの温度は２２．５℃のままである。
【００４４】
次に、時刻Ｔ３´の状態からＴ４の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ２で示した状態と同一の状態になる。その結果、図６のＴ２. Ｔ４に示すような状態となって、低温側熱交換部４００Ａから磁性体１００Ａに熱が移動し、磁性体１００Ｂから磁性体１００Ｃに、磁性体１００Ｄから磁性体１００Ｅに熱が移動し、磁性体１００Ｆから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。
【００４５】
以上の通り、上側の回転部と下側の回転部が同期して１回転する度に、時刻Ｔ１の状態から時刻Ｔ４の状態が繰り返されて、低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。時間が経過するにしたがって、図７に示すように、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間の温度差が安定する。この状態で、低温側熱交換部４００Ａの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部４００Ｂの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。
【００４６】
なお、図１−図７の説明は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いた場合に当てはまる。発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として負の磁性体を用いた場合には、熱の移動方向は図４−図６に示した方向とは逆になる。したがって、負の磁性体を用いた場合、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの位置が図１、図４−図６とは逆になる。
【００４７】
本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理は以上のとおりである。次に、本発明に係る磁気冷暖房装置の実施形態を［実施形態１］と［実施形態２］に分けて説明する。［実施形態１］に係る磁気冷暖房装置は、磁性体と熱伝導部を交互に配置した熱輸送器を複数環状に配置した形態を有する。［実施形態２］に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送器を直線状に配置した形態を有する。
【００４８】
［実施形態１］
次に、図８−図１１を参照して実施形態１に係る磁気冷暖房装置の構成について説明する。実施形態１に係る磁気冷暖房装置の動作原理は上述の動作原理と同一である。図８は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の固定部の構成図である。図９は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の上側の回転部の構成図である。図１０は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の下側の回転部の構成図である。図１１は、実施形態１に係る磁気冷暖房装置の図８−図１０に示すＡ−Ｂ断面図である。
【００４９】
（磁気冷暖房装置の構成）
＜固定部の構成＞
図８及び図１１に示すように、磁気冷暖房装置の固定部１０００は円形状に形成する。固定部１０００の中心部分には円筒状の高温側熱交換部４０Ｂを設け、高温側熱交換部４０Ｂを取り囲むように円形状の低温側熱交換部４０Ａを設ける。低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の空間に１ｍｍ程度の厚みの熱輸送器配置板１５０（図１１参照）をはめ込み、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとで固定する。
【００５０】
熱輸送器配置板１５０上の中心角３０度の扇状の空間に、図８及び図１１に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体１０Ａ−１０Ｆとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇとを交互に配置する。交互に配置した磁性体１０Ａ−１０Ｆと熱伝導部３０Ａ−３０Ｇで１つの熱輸送器５０−１を構成する。熱輸送器５０−１に隣接する中心角３０度の扇状の空間に、図８に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体１１Ａ−１１Ｆとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部３１Ａ−３１Ｇとを交互に配置する。交互に配置した磁性体１１Ａ−１１Ｆと熱伝導部３１Ａ−３１Ｇで１つの熱輸送器５０−２を構成する。
【００５１】
図８に示すように、熱輸送器配置板１５０上には、中心角３０度ごとに１つの扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…を配置し、熱輸送器配置板１５０上には、並列に合計１２個の扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…を形成する。なお、１２個の扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…のそれぞれの間には熱絶縁を図るための空間を形成してある。また、低温側熱交換部４０Ａは熱輸送器５０−１、５０−２、…の一端に熱伝導部（熱輸送器５０−１の場合には熱伝導部３０Ａ）を介して配置する。さらに、高温側熱交換部４０Ｂは熱輸送器５０−１、５０−２、…の他端に熱伝導部（熱輸送器５０−１の場合には熱伝導部３０Ｇ）を介して配置する。低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの内部には、熱交換効率を向上させるためフィン４１（図１１参照）と４２（図８参照）を設けている。
【００５２】
熱輸送器配置板１５０は、互いに独立して分離された１２個の熱輸送器５０−１、５０−２、…を配置している。このため、熱輸送器５０−１、５０−２、…が輸送している熱を奪わないように、熱輸送器配置板１５０は断熱性の高い材料で形成するか、熱輸送器配置板１５０と熱輸送器５０−１、５０−２、…との間に断熱性の高い材料を挟む。なお、熱輸送器配置板１５０は磁性体に印加される磁束を減少させてはならないので、磁束を通過させやすい材料で形成することが好ましい。また、熱輸送器５０は熱輸送器配置板１５０の上側に設けたが、熱輸送器配置板１５０の下側に設けても良い。また、熱輸送器配置板１５０は上下の熱輸送器配置板１５０に挟まれるように設けても良い。
【００５３】
＜磁性体の構成＞
磁性体１０Ａ−１０Ｆは、本実施形態では同一材料で形成しており、同一材料として正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。
【００５４】
正の磁性体の材料は、ＧｄやＧｄをベースとした合金である、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３やＬａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３などの磁性材料を用いることができる。
【００５５】
一方、本実施形態では用いていないが、磁性体１０Ａ−１０Ｆに同一材料として負の磁性材料を用いることもできる。負の磁性体の材料としては、ＦｅＲｈ合金、ＣｏＭｎＳｉＧｅ系、ＮｉＭｎＳｎ系などの磁性材料を用いることができる。
【００５６】
一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁気の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、磁気冷暖房装置全体として安定した熱伝達特性が得られ熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いることが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いることが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、磁性体１０Ａ−１０Ｆ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｇの形状を、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状とした。しかし、これ以外の形状、例えば、球状、楕円体状、立方体状、円柱状、楕円柱状などの形状を採用しても良い。
【００５８】
また、磁性体１０Ａ−１０Ｆに正または負の磁性体を用い、さらにこれらの磁性体１０Ａ−１０Ｆの作動温度を全て同一のものとすることができる。しかし、これに限らず、磁性体の作動温度が異なるものを配置することもできる。例えば、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｆから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａに向けて段階的に作動温度が低い磁性体を配置することもできる。ここで、作動温度が高い磁性体と作動温度が低い磁性体との相違は、磁気熱量効果を発現する温度域が高い温度であるか低い温度であるかという点にある。
【００５９】
図１２は、磁性体の作動温度の相違の説明に供する図である。この図は、具体的には、ＬａＣｅＦｅＣｏＳｉ系の磁気エントロピー変化量（縦軸）と温度（横軸）の関係を示している。Ｃｏの量を増やすと、最も磁気熱量効果が大きくなる温度が、図に示すように２２５Ｋ、２５０Ｋ、２７０Ｋ、２９０Ｋと変化する。他の材料に関しても、組成比を変えると、磁気熱量効果が発現する温度領域を変えることができる。
【００６０】
したがって、図１２に示すように、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｆから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａに向けて段階的に、高温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（高温用）、中温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（中温用）、低温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（低温用）、という順番に並べると、高温側熱交換部４０Ｂと低温側熱交換部４０Ａと間の温度差をさらに大きく取ることができる。
【００６１】
磁性体の作動温度が異なるものは、磁気熱量効果を発現する温度領域が異なる磁気材料でそれぞれの磁性体を形成しても良いし、１種類の磁気材料の材料組成比を変化させることによって磁気熱量効果を発現する温度領域がそれぞれ異なる磁性体を形成しても良い。
【００６２】
このように、熱輸送器５０−１、５０−２、…内において、磁性体の位置に応じて最適な作動温度を選択すると、均一の作動温度の磁性体を用いた熱輸送器５０−１、５０−２、…よりも、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間で、より大きな温度差を得ることができ、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【００６３】
次に、実施形態１に係る磁気冷暖房装置が採用する熱伝導部の具体的な構造について説明する。
【００６４】
本実施形態に係る熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁性体１０Ａ−１０Ｆが磁気熱量効果により発生した熱を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに向けて伝導する。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気の印加、除去により熱伝導率が大きく変化する特性を持つ。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは全て同一の材料で形成される。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気を印加すると熱伝導率が大きくなり、磁気を除去すると熱伝導率が小さくなる。このため、熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気の印加、除去によって磁性体１０Ａ−１０Ｆに熱を伝導させたりさせなかったりすることができ、磁性体の並び方向に向けて効率的に熱を伝達させることができる。
【００６５】
＜熱伝導部の構成＞
図１３は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の熱伝導部の構造図である。
【００６６】
図８に示したように、実施形態１に係る磁気冷暖房装は、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に熱伝導部３０Ａを、磁性体１０Ａ−１０Ｆのそれぞれの磁性体間に熱伝導部３０Ｂ−３０Ｆを、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間に熱伝導部３０Ｇをそれぞれ接続する。
【００６７】
図１３では、磁性体１０Ａの対向する両面に接続する熱伝導部３０Ａと３０Ｂを例示する。熱伝導部３０Ａ、３０Ｂは、磁性体１０Ａの対向する両面に接合又は接着によって一体化する。磁性体１０Ａの両隣には低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｂが存在する。熱伝導部３０Ａは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａに接合又は接着され、熱伝導部３０Ｂは磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂに接合又は接着される。したがって、低温側熱交換部４０Ａ、熱伝導部３０Ａ、磁性体１０Ａ、熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｂ…は一体化する。
【００６８】
＜熱伝導部の動作＞
熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、９テスラ程度の磁気が印加されると、印加される前よりも熱伝導率が大きくなる。熱伝導率の大きさの変化は、１００倍から３０００倍の範囲である。したがって、熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、磁気が印加されなければ熱伝導率は極めて小さくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂの間では熱を伝導しない。一方、熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、磁気が印加されると熱伝導率は極めて大きくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂの間で熱が伝導する。
【００６９】
図１３に示すように、熱伝導部３０Ａと３０Ｂは、磁気の印加、除去によって絶縁体、金属に相転移する転移体を含む。転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含む。したがって、転移体に磁気を印加すると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなる。また、転移体から磁気を除去すると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる。
【００７０】
図１３の場合、熱伝導部３０Ａには磁気が印加されていないので、熱伝導部３０Ａは絶縁体としての性質を持ち、伝導電子が流れ難くなって、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間では熱が伝導しない。一方、熱伝導部３０Ｂには、永久磁石２１ＢＨ、２６ＢＨによって磁気が印加されているので、熱伝導部３０Ｂは金属としての性質を持ち、伝導電子が流れやすくなって、磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂとの間で熱が伝導する。一般的に固体の熱伝導は、フォノン及び伝導電子が担っていることが知られている。本実施形態ででは、伝導電子の流れを磁気によって制御する。
【００７１】
磁気を印加することで絶縁体から金属に相転移するメカニズムを解明する研究の結果によれば、次のような報告がなされた。
【００７２】
遷移金属の酸化物の中には、大量の電子が存在し電子間の相関が強い物質であるために、電子同士が反発し合い局在化した、電荷整列絶縁体という絶縁体が多く存在している。電荷整列絶縁体では、電子のスピンや軌道など、電荷以外の電子の持つ性質（自由度）に直接作用する外場が、電荷整列絶縁体という絶縁体を金属に相変化させる。特に、磁気が電子のスピンに作用すると、局在している大量の電子を雪崩のように動かし、絶縁体を金属に相変化させる。報告によると、ネオジウムストロンチウムマンガン酸化物を用いた場合、温度１０Ｋ（−２３６℃）２．４テスラの磁気では電気抵抗率が５００Ωｍと高い絶縁体状態であったが、９テスラの磁気では電気抵抗率が０．２Ωｍと４桁ほど減少したことが示された。本実施形態の熱伝導部はこの現象を積極的に利用して、磁気冷暖房装置を構成している。なお、本実施形態では、磁気を印加すると金属化する電荷整列絶縁体として、Ｇｄ０．５５Ｓｒ０．４５ＭｎＯ、Ｐｒ０．５Ｃａ０．５ＭｎＯ３を用いる。
【００７３】
このように、熱伝導部を、電荷整列絶縁体を含む転移体で形成すると、磁気の印加、除去によって、熱伝導率の大きさを大きく変えることができ、熱スイッチとして機能させることができる。磁気の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱伝導部３０Ａ、３０Ｂを用いると、隣接する磁性体との熱伝導を、磁気の印加、除去だけで断続させることができる。磁気冷暖房装置を車載するためには小型化が要求されるが、小型化するためには磁気冷暖房装置の高周波化が必要である。高周波化するためには、磁性体間の熱伝達を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本実施形態の熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、磁気を印加する周期を短くすることで容易に高周波化できる。
【００７４】
＜回転部の構成＞
図９及び図１０に示す回転部は、図８に示した固定部１０００を上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。回転部の構成は下記のとおりである。
【００７５】
円形状の上側の回転部２０００Ａは、図９の表側を図８に示す固定部１０００の表側に対向して位置させ、上側の回転部２０００Ａの中心を固定部１０００の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図９は、固定部１０００に対向して位置させた上側の回転部２０００Ａを固定部１０００に向かって上から透視した状態を表している（図１１参照）。
【００７６】
図９に示す磁気印加除去部１Ｕは、ある時刻で、図８に示した熱輸送器５０−１に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ａの外周から内周に向けて、磁性体１０Ａに対向する永久磁石２１ＡＭ、熱伝導部３０Ｂに対向する永久磁石２１ＢＨ、磁性体１０Ｃに対向する永久磁石２１ＣＭ、熱伝導部３０Ｄに対向する２１ＤＨ、磁性体１０Ｅに対向する永久磁石２１ＥＭ、熱伝導部３０Ｆに対向する永久磁石２１ＦＨを有する。
図９に示す磁気印加除去部２Ｕは、上記と同じ時刻で図８に示した熱輸送器５０−２に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ａの外周から内周に向けて、熱伝導部３０Ａに対向する永久磁石２２ＡＨ、磁性体１０Ｂに対向する永久磁石２２ＢＭ、熱伝導部３０Ｃに対向する永久磁石２２ＣＨ、磁性体１０Ｄに対向する永久磁石２２ＤＭ、熱伝導部３０Ｅに対向する２２ＥＨ、磁性体１０Ｆに対向する永久磁石２２ＦＭ、熱伝導部３０Ｇに対向する永久磁石２２ＧＨを有する。
【００７７】
回転部２０００Ａに存在するその他の磁気印加除去部は、回転部２０００Ａの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｕまたは磁気印加除去部２Ｕと同一である。なお、永久磁石の周方向の長さは、磁性体に対向する永久磁石（磁性体用）の長さが熱伝導部に対向する永久磁石（熱伝導部用）の長さよりも長く、磁性体に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置と熱伝導部に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置は一致している。
円形状の下側の回転部２０００Ｂは、図１０の表側を図８に示す固定部１０００の裏側に対向して位置させ、下側の回転部２０００Ｂの中心を固定部１０００の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図１０は、固定部１０００に対向して位置させた下側の回転部２０００Ｂを固定部１０００側から見た状態を表している（図１１参照）。
【００７８】
図１０に示す磁気印加除去部１Ｄは、上記と同じ時刻で、図８に示した熱輸送器５０−１に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ｂの外周から内周に向けて、磁性体１０Ａに対向する永久磁石２６ＡＭ、熱伝導部３０Ｂに対向する永久磁石２６ＢＨ、磁性体１０Ｃに対向する永久磁石２６ＣＭ、熱伝導部３０Ｄに対向する２６ＤＨ、磁性体１０Ｅに対向する永久磁石２６ＥＭ、熱伝導部３０Ｆに対向する永久磁石２６ＦＨを有する。
図１０に示す磁気印加除去部２Ｄは、上記と同じ時刻で図８に示した熱輸送器５０−２に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ｂの外周から内周に向けて、熱伝導部３０Ａに対向する永久磁石２７ＡＨ、磁性体１０Ｂに対向する永久磁石２７ＢＭ、熱伝導部３０Ｃに対向する永久磁石２７ＣＨ、磁性体１０Ｄに対向する永久磁石２７ＤＭ、熱伝導部３０Ｅに対向する２７ＥＨ、磁性体１０Ｆに対向する永久磁石２７ＦＭ、熱伝導部３０Ｇに対向する永久磁石２７ＧＨを有する。
【００７９】
回転部２０００Ｂに存在するその他の磁気印加除去部は、回転部２０００Ｂの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｄまたは磁気印加除去部２Ｄと同一である。なお、永久磁石の周方向の長さは、磁性体に対向する永久磁石の長さが熱伝導部に対向する永久磁石の長さよりも長く、磁性体に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置と熱伝導部に対向する永久磁石の長さ方向の中心位置は一致している。磁性体用の永久磁石と熱伝導部用の永久磁石の長さは回転部２０００Ａのそれらの長さと同一である。
上側の回転部２０００Ａの各磁気印加除去部１Ｕ、２Ｕ、…と下側の回転部２０００Ｂの各磁気印加除去部１Ｄ、２Ｄ、…は固定部１０００の各熱輸送器５０−１、５０−２、…を介して上下方向で対向する。上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、磁気印加除去部１Ｕと磁気印加除去部１Ｄを対峙させた状態で相対的な位置を変えずに同期して回転する。
【００８０】
＜磁気冷暖房装置の動作＞
図１１は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の図８−図１０に示すＡ−Ｂ断面図である。図に示すように、上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、ごく狭い間隔を設けて固定部１０００を挟む。
【００８１】
図１１は図８−図１０に示す固定部と回転部を組み上げた状態におけるＡ−Ｂ断面図である。したがって、Ａ断面では、熱輸送器５０−１を構成する磁性体１０Ａに永久磁石２１ＡＭと２６ＡＭが対向する。熱輸送器３０Ｂに永久磁石２１ＢＨと２６ＢＨが対向する。磁性体１０Ｃに永久磁石２１ＣＭと２６ＣＭが対向する。熱輸送器３０Ｄに永久磁石２１ＤＨと２６ＤＨが対向する。磁性体１０Ｅに永久磁石２１ＥＭと２６ＥＭが対向する。熱輸送器３０Ｆに永久磁石２１ＦＨと２６ＦＨが対向する。この状態は、図８に示す熱輸送器５０−１に図９、図１０で示す磁気印加除去部１Ｕと１Ｄが対向している状態である。
【００８２】
また、Ｂ断面では、熱輸送器５０−２を構成する熱輸送器３１Ａに永久磁石２２ＡＨと２７ＡＨが対向する。磁性体１１Ｂに永久磁石２２ＢＭと２７ＢＭが対向する。熱輸送器３１Ｃに永久磁石２２ＣＨと２７ＣＨが対向する。磁性体１１Ｄに永久磁石２２ＤＭと２７ＤＭが対向する。熱輸送器３１Ｅに永久磁石２２ＥＨと２７ＥＨが対向する。磁性体１１Ｆに永久磁石２２ＦＭと２７ＦＭが対向する。熱輸送器３１Ｇに永久磁石２２ＧＨと２７ＧＨが対向する。この状態は、図８に示す熱輸送器５０−２に図９、図１０で示す磁気印加除去部２Ｕと２Ｄが対向している状態である。
【００８３】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂが同期して回転すると、３０度回転する度に、各熱輸送器５０−１、５０−２、…において、上述のＡ断面の状態とＢ断面の状態が繰り返される。したがって、各熱輸送器５０−１、５０−２、…において、図４−６で説明したのと同一のことが繰り返され、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、１１Ａ−１１Ｆ、…で発生した熱が熱伝導部３０Ａ−３０Ｇ、３１Ａ−３１Ｇ、…を介して低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに伝達される。
【００８４】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂとが同期して回転すると、熱輸送器５０−１を構成する磁性体１０Ａ−１０Ｆと熱伝導部３０Ａ−３０Ｇには、図１４に示すようなタイミングで、図１４に示すような期間、磁気が印加される。具体的には、図９に示す磁気印加除去部１Ｕのように、永久磁石２１ＡＭ、２１ＣＭ、２１ＥＭの周方向の長さが永久磁石２１ＢＨ、２１ＤＨ、２１ＦＨの周方向の長さよりも長くしてある。このため、図８の熱輸送器５０−１を例に取ると、図１４に示すように、磁気の印加のタイミングは磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの方が早く、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆの方が遅くなる。一方、磁気の除去のタイミングは磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの方が遅く、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆの方が早くなる。磁性体の磁気の印加時間が長く熱伝導部の磁気の印加時間が短いのは、磁性体に対向する永久磁石の長さが熱伝導部に対向する永久磁石の長さよりも回転方向（移動方向）に長くしてあるからである。図１４に示すようなタイミングで、図１４に示すような期間、磁気が印加されることは、熱輸送器５０−１以外の熱輸送器でも同じである。
【００８５】
以上のように、図１４に示すようなタイミングで、図１４に示すような期間、磁気を印加すると、磁性体と熱伝導部に磁気を印加するタイミングの違い（位相差）によって、磁性体が発熱してから熱伝導が開始され、磁性体から十分に熱が移動してから熱伝導が遮断することができる。なお、本実施形態では、図１４に示すようなタイミングで磁気の印加、除去を行ない、図１４に示すような期間、磁性体の発熱、熱伝導部による熱伝導を行ったが、このようなタイミングや期間には限らない。タイミングや期間の調整は、永久磁石の周方向の長さと、周方向の中心位置を相対的にずらすことで実現できる。本実施形態では、磁性体、熱伝導部への磁気の印加、除去のタイミング、磁性体、熱伝導部に磁気を印加する期間を、図１４に示すように最適化している。
【００８６】
磁気冷暖房装置の構成の説明に戻ると、図１１に示すように、上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂはその中心部が開口し、その中心部にはベアリング４１０Ａ、４１０Ｂを設けてある。また、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの外周部にはベアリグ４２０Ａ、４２０Ｂを設けてある。ベアリング４１０Ａ、４１０Ｂ、ベアリング４２０Ａ、４２０Ｂは、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを固定部１０００の上下面で回転自在に支持する。したがって、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは高温側熱交換部４０Ｂを回転軸として図示矢印方向（図９、図１０参照）に回転する。
【００８７】
上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂの一方の面の外周にはリングギア４３０Ａ、４３０Ｂを取り付ける。リングギア４３０Ａ、４３０Ｂは、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂのギア３６０Ａ、３６０Ｂと噛み合う。サーボモータ３５０Ａが回転すると、ギア３６０Ａと噛み合うリングギア４３０Ａが自転して上側の回転部２０００Ａが回転する。また、サーボモータ３５０Ｂが回転すると、ギア３６０Ｂと噛み合うリングギア４３０Ｂが自転して下側の回転部２０００Ｂが回転する。サーボモータ３５０Ａと３５０Ｂを同期して回転させると、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが一体的に回転する。
【００８８】
本実施形態では、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂを同期して回転させる。したがって、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは高温側熱交換部４０Ｂを中心に、固定部１０００を挟むようにして同一の回転速度で回転する。両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを同期させて回転するには、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの基準位置とサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転位置を検出することが必要である。そのため、図１１に示すように、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの基準位置を検出するための基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂを設けてある。また、サーボモータ３５０Ａと３５０Ｂの回転位置を検出するための回転位置検出センサをサーボモータ３５０Ａと３５０Ｂに内蔵してある。
【００８９】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂに配置する永久磁石は、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂの間でＮ極とＳ極とが対峙するように極性を考慮して配置する。上側の回転部２０００Ａの片面に配置した永久磁石と下側の回転部２０００Ｂの片面に配置した永久磁石は、常に対峙した状態となるように、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは同期して回転させる。たとえば、図１１に示すように、上側の回転部２０００Ａの永久磁石２１ＡＭ、２１ＢＨ、２１ＣＭ、２１ＤＨ、２１ＥＭ、２１ＦＨ、２２ＡＨ、２２ＢＭ、２２ＣＨ、２２ＤＭ、２２ＥＨ、２２ＦＭ、２２ＧＨと下側の回転部２０００Ｂの永久磁石２６ＡＭ、２６ＢＨ、２６ＣＭ、２６ＤＨ、２６ＥＭ、２６ＦＨ、２７ＡＨ、２７ＢＭ、２７ＣＨ、２７ＤＭ、２７ＥＨ、２７ＦＭ、２７ＧＨは、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが回転中または停止中にかかわらず常に対峙した状態である。
【００９０】
なお、本実施形態では、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂに配置する磁気印加除去部に永久磁石を用いたが、電磁石を用いても良い。電磁石を用いた場合には、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの構造が複雑になる。回転した状態で、電磁石への給電がきるように配線する必要があるからである。したがって、本実施形態では、永久磁石を用いている。
【００９１】
また、図１１に示すように、固定部１０００に上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂを取り付けた状態で、固定部１０００、上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂで囲まれた内部空間は、減圧または真空に近い環境にする。内部空間を減圧または真空に近い環境にすれば、各熱輸送器５０−１、５０−２、…は、真空内、または減圧下の環境内で設置されることになって、内部の空気への放熱が防止され、また、永久磁石が回転することによる空気抵抗が減少されるからである。
【００９２】
両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが回転すると、固定部１０００の各熱輸送器５０−１、５０−２、…では、３０度回転するごとに、図４に示した時刻Ｔ１の状態と時刻Ｔ２の状態を繰り返される。このため、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが３０度回転するごとに、各熱輸器５０−１、５０−２、…の磁性体が発熱と吸熱を繰り返し、熱伝導部が熱の輸送と遮断を繰り返す。磁性体の単位時間当たりの発熱量は、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度によって変化する。発熱量を大きくしたければ両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を速くする。大きな発熱量が必要なければ両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を遅くする。
【００９３】
各熱輸送器５０−１、５０−２、…の磁性体が発熱しまた吸熱するときの熱を、低温側熱交換器４０Ａから高温側熱交換器４０Ｂに伝達させ、要求される熱量が得られるようにするためには、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を最適化しなければならない。両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度の最適化を制御するものが、図１５以降に示す制御系である。
【００９４】
図１５は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。また、図１６は、図１５の空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。
【００９５】
図１５に示すように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の制御系は、基準位置検出センサ２５０Ａ、基準位置検出センサ２５０Ｂ、空調情報入力部４６０、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂ、サーボモータ制御部３８０、空調制御部４５０を有する。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂは、自身の回転位置を検出する回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂを備えている。
【００９６】
基準位置検出センサ２５０Ａは上側の回転部２０００Ａ（図１１参照）に設定した基準位置を検出する。基準位置は回転部２０００Ａの外周に設ける。例えば、光を反射する反射体を上側の回転部２０００Ａの外周に取り付けた場合には、その反射体の取り付け位置が基準位置となる。この場合、基準位置検出センサ２５０Ａには受発光素子を用い、反射体が受発光素子からの光を反射すると、基準位置が検出される。
【００９７】
基準位置検出センサ２５０Ｂは下側の回転部２０００Ｂに設定した基準位置を検出する。その他は基準位置検出センサ２５０Ａと同一である。
【００９８】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂに設ける基準位置は、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂの永久磁石が固定部１０００を介して正しく向き合うように（図１１に示すように）、正確な位置に設定する。したがって、上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、基準位置検出センサ２５０Ａと基準位置検出センサ２５０Ｂが、基準位置を常に同時に検出するように、同一の速度で同期して回転する。
【００９９】
空調情報入力部４６０は空調に必要な情報を入力する。空調に必要な情報は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度である。空調情報入力部４６０の具体的な説明については、後述の図１６に基づいて行う。
【０１００】
サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂは、熱輸送器５０−１、５０−２、…の各磁性体に選択的に磁気を印加し除去するため上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂを駆動するモータである。具体的には、サーボモータ３５０Ａは、図９に示したように永久磁石が配置してある上側の回転部２０００Ａを回転させる。また、サーボモータ３５０Ｂは、図１０に示したように永久磁石が配置してある下側の回転部２０００Ｂを回転させる。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂには、それぞれのサーボモータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂを設けてある。回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置は、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂの回転速度を同期させるために用いる。
【０１０１】
サーボモータ制御部３８０は、回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置と、基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂで検出した基準位置を用いて、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転を制御する。サーボモータ制御部３８０は、運転条件に応じてサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度を制御する。ここで、運転条件とは、熱輸送器５０−１、５０−２、…の要求熱量、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差である。
【０１０２】
空調制御部４５０は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を総括的に制御する。空調制御部４５０の具体的な説明については、後述の図１７の動作フローチャートに基づいて行う。
【０１０３】
図１６に示すように、空調情報入力部４６０は、温度設定部４６２、低温側熱交換部入口温度センサ４６４、低温側熱交換部出口温度センサ４６６、高温側熱交換部入口温度センサ４６８、高温側熱交換部出口温度センサ４７０を有する。
【０１０４】
温度設定部４６２は、磁気冷暖房装置が空調する車室内の温度を設定するコントローラである。低温側熱交換部入口温度センサ４６４は、図８、図１１に示した固定部１０００の低温側熱交換部４０Ａに供給される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部入口温度センサ４６４は、低温側熱交換部４０Ａの冷媒入口部分に設ける。
【０１０５】
低温側熱交換部出口温度センサ４６６は、図８及び図１１に示した固定部１０００の低温側熱交換部４０Ａから排出される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部出口温度センサ４６６は、低温側熱交換部４０Ａの冷媒出口部分に設ける。高温側熱交換部入口温度センサ４６８は、図８及び図１１に示した高温側熱交換部４０Ｂに供給される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部入口温度センサ４６８は、高温側熱交換部４０Ｂの冷媒入口部分に設ける。高温側熱交換部出口温度センサ４７０は、高温側熱交換部４０Ｂから排出される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部出口温度センサ４７０は、高温側熱交換部４０Ｂの冷媒出口部分に設ける。
【０１０６】
温度設定部４６２、低温側熱交換部入口温度センサ４６４、低温側熱交換部出口温度センサ４６６、高温側熱交換部入口温度センサ４６８、高温側熱交換部出口温度センサ４７０を設けるのは、固定部１０００でどの程度の熱量を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動させなければならないかを知るためである。移動させなければならない熱量がわかれば、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度を調整することができる。
空調制御部４５０は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度を用いて、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度を調整する。
【０１０７】
次に、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を、図１７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。図１７は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【０１０８】
（磁気冷暖房装置の動作）
まず、操作者は、温度設定部４６２から車室内の設定温度を入力する。設定温度が入力されると、空調制御部４５０は、要求熱量と要求温度差を入力する（Ｓ１）。空調制御部４５０は、車室内の空間容量、現在の車室内の温度、車室内の設定温度を参照して、車室内を設定温度にするために必要な要求熱量を求める。また、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの温度差を求める。この求めた値を、要求熱量、要求温度差として入力する。
【０１０９】
次に、空調制御部４５０は、入力した要求熱量と要求温度差をあらかじめ記憶しているマップと照合して磁気印加周波数ｆを取得する（Ｓ２）。
【０１１０】
空調制御部４５０は磁気冷暖房装置を運転する（Ｓ３）。つまり、空調制御部４５０は、求めた磁気印加周波数ｆを実現するために、サーボモータ制御部３８０に回転数の指示を出す。磁気印加周波数は、１つの磁性体に対して１秒間に何回磁気の印加除去をするかを示すものである。例えば、磁気印加周波数ｆが６Ｈｚであったとすると、図８−図１１に示す構成の磁気冷暖房装置の場合、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが１秒間に１回転すると６回磁気の印加除去が行われるので、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂに要求される回転数は６０ｒｐｍである。サーボモータ制御部３８０には、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが６０ｒｐｍで回転するために必要なサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転数を指示する。
【０１１１】
次に、空調制御部４５０は、空調動作を終了する指示が成されたか否かを判断する（Ｓ４）。空調動作の終了が指示されなければ（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ３に戻り、空調動作の終了が指示されると（Ｓ４：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【０１１２】
以上のように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置では、永久磁石が配置されている両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを回転させるだけで、低温側熱交換器４０Ａから高温側熱交換器４０Ｂに向けて熱を移動させることができる。
【０１１３】
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理を図面に基づいて詳細に説明する。
【０１１４】
（磁気冷暖房の原理）
図１８は、実施形態２に係る磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理図である。実施形態１と同様、磁性体１０Ａ−１０Ｄには、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。また、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅには、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる同一材料を用いる。
【０１１５】
磁気印加除去部２０Ａ、２０Ｂ、磁気印加除去部２０Ｃ、２０Ｄ、磁気印加除去部２０Ｇ、２０Ｈは、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅを挟むようにして、磁性体１０Ａ−１０Ｄ、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅの間で往復移動する。
【０１１６】
まず、図１８Ａの状態から図１８Ｂの状態になる。すなわち、磁気印加除去部２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａ及び熱伝導部３０Ｂから磁性体１０Ｂ及び熱伝導部３０Ｃに、磁気印加除去部２０Ｃ、２０Ｄが磁性体１０Ｃ及び熱伝導部３０Ｄから磁性体１０Ｄ及び熱伝導部３０Ｅに、磁気印加除去部２０Ｇ、２０Ｈが熱伝導部３０Ａに、一斉に移動する。
【０１１７】
次に、図１８Ｂの状態から図１８Ａの状態になる。すなわち、磁気印加除去部２０Ａ−２０Ｈが一斉に図示左方向に移動して、磁気印加除去部と磁性体、熱伝導部の位置関係が図１８Ａの状態に戻る。
【０１１８】
したがって、磁気印加除去部が往復移動すると、図１８Ａと図１８Ｂの状態が交互に繰り返される。本実施形態では、同一の磁気印加除去部によって、磁性体と熱伝導部に同時に磁気を印加する。熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する原理は実施形態１（図１−図７参照）と同じである。
【０１１９】
（磁気冷暖房装置の構成）
図１９は、実施形態２に係る磁気冷暖房装置の構成図である。実施形態２に係る磁気冷暖房装置は熱輸送器を直線的に設けている。
【０１２０】
図１９に示すように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置５００は、ベース板５２０の長手方向の両端に、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂを取り付ける。ベース板５２０の低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間には、図１８と同様に、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅを交互に直線状に並べて配置する。磁性体を直線状に並べたときには、細長い空間に熱伝達機構を構成させることができ、狭い空間を有効利用できる。
【０１２１】
磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、ベース板５２０上に直接接合しても良いが、磁気熱量効果を有効に利用できるようにするためには、ベース板５２０は熱抵抗の大きな材料で構成することが望ましい。熱抵抗が小さいと、磁性体１０Ａ−１０Ｄで発生した熱がベース板５２０を伝って放熱されてしまうからである。また、熱抵抗を大きくするために、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、ベース板５２０上に直接接合するのではなく、ベース板５２０との間に熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を設けても良い。
【０１２２】
磁性体１０Ａ−１０Ｄは、本実施形態では上述の通り正の磁性体を用いるが、負の磁性材料で形成することもできる。正負の磁性体の材料や形状については実施形態１で述べた。また、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が小さくなる。熱伝導部が磁気の印加、除去によって熱伝導率を変化する原理は実施形態１で述べた。実施形態２で用いる磁性体と熱伝導部は実施形態１と同一である。
【０１２３】
磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｃは、これらを図示左右方向に直線状に往復移動させるスライダー５４０に取り付ける。スライダー５４０は、ベース板５２０の長手方向に沿って往復移動する。スライダー５４０はスライドガイド５８０に取り付ける。スライドガイド５８０は固定部５７０Ａ及び５７０Ｂによって支持される。
【０１２４】
固定部５７０Ａ及び５７０Ｂはベース板５２０の下部両端に位置しスライドガイド５８０を支持する。スライダー５４０は、ボールねじやリニアスライダーなどの直線移動機構５８５に取り付けられ、スライドガイド５８０に沿って直線状に往復移動する。直線移動機構５８５は磁気回路駆動部５９０によって駆動される。磁気回路駆動部５９０はモータの回転を直線運動に変えるカム機構を有するものや、リニアモータ、圧電アクチュエータを用いることができる。
【０１２５】
（磁気冷暖房装置の動作）
図２０は、実施形態２に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。磁気冷暖房装置５００の動作は空調制御部６００が総括的に制御する。
【０１２６】
空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１１）。空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、入力されるのを待ち、入力されれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）次のステップに進む。
【０１２７】
空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されると、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃを往復移動させる。例えば、図１８Ａ、Ｂに示すように、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ａと熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｃと熱伝導部３０Ｄの位置から、磁性体１０Ｂと熱伝導部３０Ｃ、磁性体１０Ｄと熱伝導部３０Ｅの位置に、磁気印加部５３０Ｃを熱伝導部３０Ａの位置に、移動させる。このとき、磁性体１０Ａ、１０Ｃは吸熱し、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは発熱する。また、熱伝導部３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅの熱伝導率が大きくなる。さらに、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ｂと熱伝導部３０Ｃ、磁性体１０Ｄと熱伝導部３０Ｅの位置から、磁性体１０Ａと熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｃと熱伝導部３０Ｄの位置に、磁気印加部５３０Ｃを、熱伝導部３０Ａの位置から、低温熱交換部４０Ａ上に移動させる。このとき、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは吸熱し、磁性体１０Ａ、１０Ｃは発熱する。また、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄの熱伝導率が大きくなる。この動作を繰り返すことで、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動する（Ｓ１２）。
【０１２８】
そして、空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１３）。空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップ１２の処理に戻る。つまり、空調制御部６００は、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃを往復移動させる。空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されない限り、上記のステップＳ１２の動作を繰り返す。磁気冷凍の終了信号が入力されれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）処理を終了して、磁気冷暖房装置５００の動作を終了する。
【０１２９】
以上のように磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃを往復移動させることによって、図７に示すグラフのように、低温側熱交換部４０Ａの温度を下げ、高温側熱交換部４０Ｂの温度を上げることができ、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間に温度差を生じさせることができる。
【０１３０】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、以下のような効果を得ることができる。
【０１３１】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、磁性体として、同一の磁気熱量効果を有する材料を用い、各熱伝導部として、磁気の印加、除去によって熱伝導を断続する同一の材料を用いた。したがって、磁性体と熱伝導部材は、それぞれ１種類の材料を用いれば良いので、それぞれの材料の熱に対する特性が揃い、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１３２】
実施形態１に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去する磁性体用磁石と、熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去する熱伝導部用磁石とを、個別に配置した。したがって、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出せる磁気の強さと、熱伝導部の熱伝導率の変化の幅を最大限に引き出せる磁気の強さとを個別に設定することができる。そのため、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１３３】
実施形態２に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器の各磁性体と各熱伝導部に対して共通の磁気印加除去部を配置した。このため磁気印加除去部の構成を簡素化できる。
【０１３４】
実施形態１に係る磁気冷暖房装置では、磁気印加除去部における磁性体用磁石と熱伝導部用磁石とは、熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去するタイミングと熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去するタイミングとが異なるように配置している。このため、磁性体に発生した熱を最適なタイミングで隣接する磁性体などに伝達させることができ、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１３５】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器は、低温側熱交換器と高温側熱交換器との間で、複数並列に配置するので、磁気冷暖房装置の熱量を向上させることができる。熱輸送器を並列にどの程度配置するかは、磁気冷暖房装置に要求される熱量によって決める。
【０１３６】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部材に選択的に磁気を印加し除去するため磁気印加除去部を熱輸送器に対して相対的に移動させる駆動部を有しているので、駆動部の動作（回転数や往復移動の頻度）を変えることで、磁気冷暖房装置に要求される熱量を供給できる。
【０１３７】
実施形態１、２に係る磁気冷暖房装置では、熱伝導部は、低温側熱交換部と磁性体との間、複数の磁性体との間、磁性体と高温側熱交換部との間で接合又は接着により一体化されるので、熱的な接触抵抗の低減が図れ、熱輸送器の製造が容易になる。
【０１３８】
実施形態１に係る磁気冷暖房装置において、真空内、または減圧下の環境内に熱輸送器を設置すると、熱輸送器を構成する磁性体と熱伝導部の断熱性を向上させることができる。そのため、低温側熱交換部から高温側熱交換部に効率的に熱を輸送させることができ磁気冷暖房装置の高出力化及びコンパクト化を達成することができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１０Ａ−１０Ｆ、１１Ａ−１１Ｆ 磁性体、
２１ＡＭ−２１ＥＭ、２２ＢＭ−２２ＦＭ 永久磁石（磁性体用）、
２１ＢＨ−２１ＦＨ、２２ＡＨ−２２ＧＨ 永久磁石（熱伝導部用）、
３０Ａ−３０Ｇ、３１Ａ−３１Ｇ 熱伝導部、
４０Ａ 低温側熱交換部、
４０Ｂ 高温側熱交換部、
５０−１、５０−２ 熱輸送器、
２５０Ａ、２５０Ｂ 基準位置検出センサ、
３５０Ａ、３５０Ｂ サーボモータ（モータ）、
４５０、６００ 空調制御部、
１０００ 固定部、
２０００Ａ、２０００Ｂ 回転部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する熱輸送器と、
前記熱輸送器の一端に前記熱伝導部を介して配置する低温側熱交換部と、
前記熱輸送器の他端に前記熱伝導部を介して配置する高温側熱交換部と、
前記熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部に選択的に磁気を印加し除去する磁気印加除去部と、を有し、
各熱伝導部は、前記磁気印加除去部が磁気を印加すると各磁性体との熱伝導を可能にし、磁気を除去すると前記各磁性体との熱伝導を遮断することを特徴とする磁気冷暖房装置。
【請求項２】
前記磁気印加部には、前記熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去する磁性体用磁石と、前記熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去する熱伝導部用磁石とが、個別に配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項３】
前記磁気印加除去部における前記磁性体用磁石と前記熱伝導部用磁石とは、前記熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去するタイミングと前記熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去するタイミングとが異なるように配置することを特徴とする請求項２に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項４】
前記熱伝導部は、磁気が印加されると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる、転移体を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項５】
前記転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含むことを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項６】
前記同一の磁気熱量効果を有する磁性体は、磁気を印加すると発熱し除去すると吸熱する正の磁性体、又は、磁気を印加すると吸熱し除去すると発熱する負の磁性体の、いずれか一方の磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項７】
前記熱輸送器に配置する磁性体は、前記高温側熱交換部に隣り合う磁性体から前記低温側熱交換部に隣り合う磁性体に向けて、段階的に作動温度を低めたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項８】
前記熱輸送器は、前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器との間で、複数並列に配置することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項９】
前記熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部材に選択的に磁気を印加し除去するため前記磁気印加除去部を前記熱輸送器に対して相対的に移動させる駆動部を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項１０】
前記熱伝導部は、低温側熱交換部と磁性体との間、複数の磁性体との間、磁性体と高温側熱交換部との間で接合又は接着により一体化されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項１】
同一の磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する熱輸送器と、
前記熱輸送器の一端に前記熱伝導部を介して配置する低温側熱交換部と、
前記熱輸送器の他端に前記熱伝導部を介して配置する高温側熱交換部と、
前記熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部に選択的に磁気を印加し除去する磁気印加除去部と、を有し、
各熱伝導部は、前記磁気印加除去部が磁気を印加すると各磁性体との熱伝導を可能にし、磁気を除去すると前記各磁性体との熱伝導を遮断することを特徴とする磁気冷暖房装置。
【請求項２】
前記磁気印加部には、前記熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去する磁性体用磁石と、前記熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去する熱伝導部用磁石とが、個別に配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項３】
前記磁気印加除去部における前記磁性体用磁石と前記熱伝導部用磁石とは、前記熱輸送器の各磁性体に対して磁気を印加、除去するタイミングと前記熱輸送器の各熱伝導部に対して磁気を印加、除去するタイミングとが異なるように配置することを特徴とする請求項２に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項４】
前記熱伝導部は、磁気が印加されると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる、転移体を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項５】
前記転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含むことを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項６】
前記同一の磁気熱量効果を有する磁性体は、磁気を印加すると発熱し除去すると吸熱する正の磁性体、又は、磁気を印加すると吸熱し除去すると発熱する負の磁性体の、いずれか一方の磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項７】
前記熱輸送器に配置する磁性体は、前記高温側熱交換部に隣り合う磁性体から前記低温側熱交換部に隣り合う磁性体に向けて、段階的に作動温度を低めたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項８】
前記熱輸送器は、前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器との間で、複数並列に配置することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項９】
前記熱輸送器の各磁性体及び各熱伝導部材に選択的に磁気を印加し除去するため前記磁気印加除去部を前記熱輸送器に対して相対的に移動させる駆動部を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項１０】
前記熱伝導部は、低温側熱交換部と磁性体との間、複数の磁性体との間、磁性体と高温側熱交換部との間で接合又は接着により一体化されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【図７】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１８】
【図１９】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−１０８６６３（Ｐ２０１３−１０８６６３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３２５６（Ｐ２０１１−２５３２５６）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
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