JP6601300B2 - 熱磁気サイクル装置 - Google Patents

Description

ここに開示される発明は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置に関し、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置として利用することができる。

特許文献１は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置のひとつである磁気熱量効果型ヒートポンプ装置を開示している。この装置は、磁性体と熱交換する一次媒体と、外部の熱系統に利用される二次媒体との間に熱交換器を設けている。装置は、それぞれが磁性体を収容する複数の作動室を有している。装置は、複数の作動室のそれぞれに対応する複数の一次媒体通路を有している。二次媒体のための二次媒体通路は、複数の一次媒体通路の中の一次媒体と、二次媒体とが、順に、一度だけ熱交換するように形成されている。

特開２０１４−６２６８２号公報

従来技術の構成では、一次媒体と二次媒体とが熱交換することにより、二次媒体の温度が徐々に変化する。このため、二次媒体の流れに沿って、一次媒体にも温度差が生じる。例えば、一次媒体と二次媒体とが最初に熱交換する一次媒体通路内の一次媒体と、一次媒体と二次媒体とが最後に熱交換する一次媒体通路内の一次媒体との間に温度差が生じる。一次媒体の温度差は、複数の作動室において磁性体が発揮する磁気熱量効果に差を生じさせる。例えば、磁性体に高い磁気熱量効果を発揮させることができない場合が生じる。このため、高効率の熱磁気サイクル装置を提供することが困難であった。

上述の観点において、または言及されていない他の観点において、熱磁気サイクル装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、複数の磁気熱量素子の温度差が抑制される熱磁気サイクル装置を提供することである。

開示される他のひとつの目的は、高効率の熱磁気サイクル装置を提供することである。

ここに開示された熱磁気サイクル装置は、磁気熱量効果を発揮する複数の磁気熱量素子（１２）、複数の磁気熱量素子と熱交換する一次媒体を流すための複数の一次通路（２６、６２）を区画形成する通路部材（２１、６１）、複数の一次通路の中の一次媒体と二次媒体との熱交換を提供する熱交換器（５１、５６）、および複数の一次通路における同じ温度となるべき複数の部分の間にまたがって配置され、通路部材を経由する熱移動より大きい熱移動を提供する熱輸送部材を備え、熱輸送部材は、複数の一次通路の径方向内側に配置されている。
ここに開示された熱磁気サイクル装置は、磁気熱量効果を発揮する複数の磁気熱量素子（１２）、複数の磁気熱量素子と熱交換する一次媒体を流すための複数の一次通路（２６、６２）を区画形成する通路部材（２１、６１）、複数の一次通路の中の一次媒体と二次媒体との熱交換を提供する熱交換器（５１、５６）、および複数の一次通路における同じ温度となるべき複数の部分の間にまたがって配置され、通路部材を経由する熱移動より大きい熱移動を提供する熱輸送部材を備え、熱輸送部材は、ヒートパイプを有する。

開示される熱磁気サイクル装置によると、複数の部分の間に熱輸送部材が配置される。熱輸送部材は、通路部材を経由する熱移動より大きい熱移動を提供する。このため、複数の一次通路の中の一次媒体に温度差が生じると、熱輸送部材が熱移動を提供する。これにより、一次媒体の温度差が抑制される。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の断面図である。 第１実施形態の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）の断面図である。 第１実施形態の熱輸送部材の斜視図である。 第２実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第３実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第４実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第４実施形態の熱交換器の斜視図である。 第５実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第５実施形態の熱交換器の斜視図である。 第６実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第６実施形態の熱交換器の斜視図である。 第７実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る車両用空調装置１０を示す。図２は、熱交換器の断面を示す。図１は、図２に示されたＩ−Ｉ線における断面を示す。図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線における断面を示す。

車両用空調装置１０は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１１を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１１はＭＨＰ（Magneto-caloric effect Heat Pump）装置１１とも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、熱磁気サイクル装置を提供する。

この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。

ＭＨＰ装置１１は、磁気熱量素子１２を備える。磁気熱量素子１２は、ＭＣＥ（Magneto-Caloric Effect）素子１２とも呼ばれる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。ＭＣＥ素子１２は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリニウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。

一群のＭＣＥ素子１２は、ＭＣＥ素子１２の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有する。複数の部分のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の部分は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果（ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ））を発揮する。高温端に近い部分は、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い部分は、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い部分は、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。

ＭＣＥ素子１２のそれぞれの部分が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、ＭＣＥ素子１２の材料組成などに依存する。複数の部分は、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の部分の高効率温度帯は、高温端と低温端との間において、高温端から徐々に低下する分布を示す。この高効率温度帯の分布は、定常状態における高温端と低温端との間の温度分布にほぼ対応する。

この実施形態では、定常運転において高温端と低温端との間に作り出される定常温度差を複数の部分が分担する。これにより、それぞれの部分において高い効率が得られる。言い換えると、ＭＣＥ素子１２は、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ユニットが所定の閾値を上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。ＭＣＥ素子１２のそれぞれの部分の温度が、高効率温度帯から外れると、その部分は高い効率を発揮できない。この結果、ＭＣＥ素子１２全体の効率も低下する。

ひとつのＭＣＥ素子１２とそれに関連する要素は、磁気熱量素子ユニットを構成する。磁気熱量素子ユニットは、ＭＣＤ（Magneto-Caloric effectDevice）ユニットとも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲ(ActiveMagnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを備える。

磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子１２を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子１２が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置１３は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、または電磁石を備える。

熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体を流すための流体機器を備える。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体をＭＣＥ素子１２に沿って流す装置である。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れＦＭ、ＦＮを発生させる。往復的な流れＦＭ、ＦＮは、主成分としての往復流れと、高周波の脈動成分としての流れとを含むことができる。

この実施形態では、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による磁場の増減に同期して熱輸送媒体を往復的に移動させる。熱輸送装置１４は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置１４は、一次媒体を流すためのポンプ４１、４２を備える。ポンプ４１、４２は、ひとつのＭＣＥ素子１２に関して一次媒体の往復流れを供給する。ポンプ４１、４２は、ＭＣＥ素子１２の両端に配置されている。ポンプ４１、４２は、相補的に吸入行程と吐出工程とを実行するように配置されている。

ＭＨＰ装置１１は、動力源としてのモータ（ＭＴＲ）１５を備える。モータ１５は、磁場変調装置１３の動力源である。モータ１５は、熱輸送装置１４の動力源である。ＭＨＰ装置１１の動力源として設けられたモータ１５は、車載の電池によって駆動される。また、モータ１５は、磁場変調装置１３を提供するロータコア２４を回転駆動する。これにより、モータ１５と磁場変調装置１３とは、ＭＣＥ素子１２へ外部磁場を印加する状態と、ＭＣＥ素子１２から外部磁場を除去した状態（外部磁場を印加しない状態）との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ１５は、熱輸送装置１４のポンプ４１、４２を駆動する。これにより、モータ１５とポンプ４１、４２とは、ひとつのＭＣＥ素子１２において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。

ポンプ４１、４２は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲサイクルとして機能させるための一次媒体の往復流をＭＣＤユニット内に生じさせる。ポンプ４１、４２は、容積型の往復流ポンプである。ポンプ４１、４２は、斜板型のピストンポンプである。ポンプ４１、４２は、多気筒のアキシャルピストンポンプである。ひとつのＭＣＥ素子１２に、ポンプ４１のひとつの気筒と、ポンプ４２のひとつの気筒とが対応付けられている。ひとつのＭＣＥ素子１２に対応付けられた２つの気筒は、相補的に作動する。これにより、ひとつのＭＣＥ素子１２の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流が提供される。この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、熱的に並列接続された複数のＭＣＥ素子１２を備える。ＭＨＰ装置１１は、熱的に並列接続された１０基のＭＣＥ素子１２を有する。ポンプ４１、４２は、１０気筒である。

ＭＨＰ装置１１は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング２１を備える。ハウジング２１は、その中心軸上に回転軸２２を回転可能に支持する。回転軸２２は、モータ１５の出力軸に連結されている。ハウジング２１は、回転軸２２の周囲に、磁場変調装置１３を収容するための収容室２３を区画形成している。収容室２３は、円柱状の空間である。回転軸２２には、ロータコア２４が固定されている。ロータコア２４は、ハウジング２１とともに、磁束を通すためのヨークを提供する。ロータコア２４は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア２４には、永久磁石２５が固定されている。永久磁石２５は、部分円筒状であり、その断面が扇型である。永久磁石２５は、ロータコア２４の外周面に固定されている。

ロータコア２４と永久磁石２５とは、それらの周囲に、永久磁石２５が提供する外部磁場が強くなる領域と、永久磁石２５が提供する外部磁場が弱くなる領域とを形成する。外部磁場が弱くなる領域では、外部磁場がほぼ除去された状態が提供される。ロータコア２４と永久磁石２５とは、回転軸２２の回転に同期して回転する。よって、外部磁場が強い領域と、外部磁場が弱い領域とは、回転軸２２の回転に同期して回転する。この結果、ロータコア２４と永久磁石２５との周囲の一点においては、外部磁場が強く印加される期間と、外部磁場が弱くなりほぼ除去された期間とが繰り返して生じる。したがって、ロータコア２４と永久磁石２５とは、外部磁場の印加および除去を繰り返す磁場変調装置１３を提供する。ロータコア２４と永久磁石２５とは、ＭＣＥ素子１２への外部磁場の印加と除去とを切換える装置を提供する。なお、磁場の語は磁界と読み替えることができる。

ハウジング２１は、少なくともひとつの作業室２６を区画形成している。作業室２６は、収容室２３に隣接して設けられている。ハウジング２１は、収容室２３の径方向外側に、等間隔に配置された複数の作業室２６を区画形成している。この実施形態では、ひとつのハウジング２１は、１０の作業室２６を区画形成している。作業室２６のそれぞれは、ハウジング２１の軸方向に沿って長手方向を有する柱状空間を形成している。ひとつの作業室２６は、ポンプ４１のひとつの気筒と、ポンプ４２のひとつの気筒とに対応するように設けられている。ひとつの作業室２６の両側に、ふたつの気筒が配置されている。

作業室２６は、一次媒体を流すための一次通路を提供する。ハウジング２１は、一次媒体を流すための複数の一次通路を区画形成する通路部材でもある。作業室２６内には、その長手方向に沿って一次媒体が流れる。一次媒体は、作業室２６内を長手方向に沿って往復するように流れる。

さらに、作業室２６は、ＭＣＥ素子１２を収容する収容室を提供する。ハウジング２１は、作業室２６が形成された容器を提供している。作業室２６の中には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質としてのＭＣＥ素子１２が配置されている。

ひとつのＭＣＥ素子１２は、ＭＨＰ装置１１の軸方向に沿って長手方向を有する棒状に形成されている。ＭＣＥ素子１２は、作業室２６内を流れる一次媒体と十分に熱交換できる形状に形成されている。それぞれのＭＣＥ素子１２は、素子ベッドとも呼ばれる。

ＭＣＥ素子１２は、磁場変調装置１３によって印加、または除去される外部磁場の影響下に置かれる。すなわち、回転軸２２が回転すると、ＭＣＥ素子１２を磁化させるための外部磁場が印加された状態と、ＭＣＥ素子１２から上記外部磁場が除去された状態とが交互に切換えられる。

ＭＨＰ装置１１は、ＭＨＰ装置１１によって得られた高温を輸送する高温系統１６を備える。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１によって得られた高温を利用する熱機器でもある。ＭＨＰ装置１１は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を輸送する低温系統１７を備える。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を利用する熱機器でもある。高温系統１６と低温系統１７とは、熱輸送媒体を一次媒体とし、この一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５１、５６を備える。熱交換器５１、５６の構成は、参照によって導入することができる特開２０１４−６２６８２号公報にも開示されている。

高温系統１６は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５１を備える。二次媒体は、高温系統１６において熱を輸送するために利用される熱輸送媒体である。二次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。高温系統１６は、二次媒体が循環的に流される通路５２を備える。高温系統１６は、二次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５３を備える。例えば、熱交換器５３は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統１６は、二次媒体を流すためのポンプ５４を備える。ポンプ５４は、二次媒体が熱交換器５１、通路５２、および熱交換器５３を循環的に流れるように二次媒体を流す。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１の高温端から熱を持ち去り、高温端を冷却する機器でもある。

低温系統１７は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５６を備える。二次媒体は、低温系統１７において熱を輸送するために利用される熱輸送媒体である。二次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。低温系統１７は、二次媒体が循環的に流される通路５６を備える。低温系統１７は、二次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５８を備える。例えば、熱交換器５８は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。低温系統１７は、二次媒体を流すためのポンプ５９を備える。ポンプ５９は、二次媒体が熱交換器５６、通路５７、および熱交換器５８を循環的に流れるように二次媒体を流す。低温系統１７は、ＭＨＰ装置１１の低温端に熱を持ち込み、低温端を加熱する機器でもある。

熱交換器５１、５６は、複数のＭＣＥ素子１２の両端に、対称的に配置されている。熱交換器５１、５６は、互いに対応する構成要素を有している。以下では、熱交換器５６が詳細に説明されている。この説明は、熱交換器５１にも適用することができる。熱交換器５６は、ボディ６１を有する。ボディ６１は、複数の部材を組み合わせることによって形成されている。ボディ６１は、一次媒体を流すための複数の一次通路６２を区画形成する通路部材である。ボディ６１は、二次媒体を流すための複数の二次通路６３を区画形成する通路部材でもある。ボディ６１は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を促進するために、それらの間に高い熱伝達率を実現できるように形成されている。この実施形態では、ボディ６１は、アルミニウム系の金属製である。ボディ６１は、銅系の金属製、または樹脂材料製でもよい。

熱交換器５６は、一次媒体が流れるための一次通路６２を有する。ボディ６１は、一次通路６２を区画形成している。ボディ６１は、複数の一次通路６２を有する。複数の一次通路６２は、複数の作業室２６の延長上に位置している。複数の一次通路６２は、円周上に分散的に配置されている。複数の一次通路６２は、熱交換器５６に周方向に沿って等間隔に配置されている。ひとつの一次通路６２は、ひとつの作業室２６に対応している。図示の例では、１０個の一次通路６２が設けられている。一次通路６２は、円柱状の熱交換器５６を軸方向に沿って貫通している。一次通路６２内には、熱交換に寄与する広い面積を提供するために、複数のフィンが配置されている。

熱交換器５６は、二次媒体が流れるための二次通路６３を有する。ボディ６１は、二次通路６３を区画形成している。二次通路６３は、熱交換器５６の周方向に沿って延びている。二次通路６３は、入口から出口に向かう一方向の通路である。二次通路６３は、熱交換器５６の周方向に沿って一方向に延びる通路である。二次通路６３は、複数の一次通路６２の近傍を通過している。二次通路６３は、複数の一次通路６２の近傍を順に通過している。二次通路６３は、複数の一次通路６２の近傍を一度ずつ通過する。二次通路６３は、円柱状の熱交換器５６の径方向外側部分を一周するように形成されている。二次通路６３内には、熱交換に寄与する広い面積を提供するために、複数のフィンが配置されている。

この構成では、ＭＨＰ装置１１が作動状態にあるとき、一次通路６２には一次媒体が流れ、二次通路６３には二次媒体が流れる。二次通路６３を通過する二次媒体は、複数の一次通路６２内の一次媒体と、順に、かつ一度だけ熱交換する。二次媒体の温度は、二次通路６３内を流れるに従って徐々に変化する。この結果、二次通路６３の上流に位置するひとつの一次通路６２内の一次媒体の温度と、複数の二次通路６３のうち上記ひとつの一次通路６２より下流に位置する他の一次通路６２内の一次媒体の温度との間には差が生じる。このような温度差は、ひとつ、または複数のＭＣＥ素子１２が高い効率で機能することを妨げる。

例えば、低温系統１７では、二次媒体の温度は、二次通路６３の入口から出口に向けて徐々に低下する。この二次媒体の温度は、複数の一次通路６２の中の一次媒体の温度に影響する。二次通路６３の入口近傍のひとつの一次通路６２内の一次媒体は比較的高い温度となる。一方、二次通路６３の出口近傍の他の一次通路６２内の一次媒体は比較的低い温度となる。この結果、それら一次通路６２に対応するＭＣＥ素子１２の温度は、最適温度値から、さらには最適温度範囲からずれることがある。この場合、ＭＣＥ素子１２が発揮する磁気熱量効果が減少するか、または、０（ゼロ）になる。

図１に戻り、車両用空調装置１０は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。２つの熱交換器５３、５８は、車両用空調装置１０の一部を提供する。熱交換器５３は、熱交換器５８より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器５３は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器５８は、熱交換器５３より低温になる低温側熱交換器である。熱交換器５８は、室外熱交換器とも呼ばれる。車両用空調装置１０は、高温側の熱交換器５３、および／または低温側の熱交換器５６を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。

車両用空調装置１０は、冷房装置または暖房装置として利用される。車両用空調装置１０は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を再び加熱する加熱器とを備えることができる。ＭＨＰ装置１１は、車両用空調装置１０における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、熱交換器５３は上記加熱器として用いることができる。また、熱交換器５８は上記冷却器として用いることができる。

ＭＨＰ装置１１が温熱供給源として利用されるとき、熱交換器５３を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。このとき、熱交換器５８を通過した空気は車両の室外に排出される。ＭＨＰ装置１１が冷熱供給源として利用されるとき、熱交換器５８を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。このとき、熱交換器５３を通過した空気は車両の室外に排出される。ＭＨＰ装置１１は、除湿装置として利用されることもある。この場合、熱交換器５８を通過した空気は、その後に、熱交換器５３を通過し、室内に供給される。ＭＨＰ装置１１は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。

車両用空調装置１０は、制御装置（ＣＮＴＲ）１８を備える。制御装置１８は、車両用空調装置１０の制御可能な複数の要素を制御する。例えば、制御装置１８は、ＭＨＰ装置１１の作動と停止とを少なくとも切換えるようにモータ１５を制御する。制御装置１８は、ＭＨＰ装置１１をヒートポンプとして機能させるように、モータ１５を経由して、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。制御装置１８は、ＭＣＥ素子１２の両端に高温端と低温端とを発生させるように、モータ１５を経由して、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。

制御装置１８は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置１８は、処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムを記憶する記憶媒体としてのメモリ（ＭＭＲ）とを有する。制御装置１８は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置１８によって実行されることによって、制御装置１８をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１８を機能させる。制御装置１８が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。

この実施形態では、ひとつのＭＣＥ素子１２と、ひとつの作業室２６と、熱交換器５１のひとつの一次通路と、熱交換器５６のひとつの一次通路６２とによって、ひとつのＭＣＤユニットが形成されている。ＭＨＰ装置１１は、複数のＭＣＤユニットを有している。これら複数のＭＣＤユニットは、それらの低温端が隣接し、それらの高温端が隣接するように配置されている。複数のＭＣＤユニットは、周方向に沿って円筒状に配置されている。複数のＭＣＤユニットは、少なくともひとつの熱交換器５１または５６において、複数の一次通路６２の中の一次媒体が、共通の二次媒体と熱交換するように配置されている。複数のＭＣＤユニットは、少なくともひとつの熱交換器５１または５６において、二次通路６３の延在方向、すなわち二次媒体の流れ方向に沿って、複数の低温端が隣接し、複数の高温端が隣接するように配置されている。

ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材７１、７２を備える。熱輸送部材７１または熱輸送部材７２の一方だけが設けられていてもよい。熱輸送部材７１、７２は、複数のＭＣＤユニットにわたって設けられている。熱輸送部材７１、７２は、複数のＭＣＤユニットにおける同じ温度となるべき部位の間にまたがって配置されている。熱輸送部材７１、７２は、熱交換器５１、５６内の一次通路６２と熱的に結合して配置されている。

熱輸送部材７１、７２は、通路部材としてのボディ６１を経由する熱移動より大きい熱移動を提供する。熱輸送部材７１、７２は、複数のＭＣＤユニットの間における温度差を抑制するように熱を輸送する。熱輸送部材７１、７２は、二次媒体の流れに依存することなく、複数の一次通路６２の間の温度差を抑制するように、その温度差に応じた熱量を、それらの間において移動させる。言い換えると、熱輸送部材７１、７２は、複数の一次通路６２の間の温度差に依存した熱移動を提供する。熱輸送部材７１、７２は、熱交換器５１、５６を形成するボディ６１の材料より大きい熱輸送能力を提供する。熱輸送部材７１、７２がもつ熱輸送能力を熱伝導率として評価した場合、熱輸送部材７１、７２の熱伝導率は、ボディ６１の材料の熱伝導率より高い。熱輸送部材７１、７２の熱伝導率は、ボディ６１の材料の熱伝導率より数倍高い。

熱輸送部材７１は、媒体の移動によって熱を輸送する。熱輸送部材７１は、動的な熱移動、または積極的な熱移動を提供する部材である。動的な熱移動は、物質を熱が伝導する静的な熱移動から明確に区別される。積極的な熱移動は、物質を熱が伝導する受動的な熱移動から明確に区別される。熱輸送部材７１は、媒体の移動と、媒体の相転移との両方を利用して熱を輸送する。

熱輸送部材７１は、熱交換器５１に設けられている。熱輸送部材７２は、熱交換器５６に設けられている。熱輸送部材７１、７２は、複数の一次通路６２に隣接して配置されている。熱輸送部材７１、７２は、複数の一次通路６２の径方向内側に配置されている。熱輸送部材７１、７２は、複数の一次通路６２にまたがって周方向に延びている。

図３に図示されるように、熱輸送部材７２は、内部にチャンネル７３を有する。チャンネル７３は、高温部において液体から気体への相転移を生じ、低温部において気体から液体への相転移を生じる媒体を収容している。熱輸送部材７２は、ヒートパイプである。ヒートパイプは、自励振動式ヒートパイプである。自励振動式ヒートパイプは、高温端における気泡の拡大と、低温端における気泡の縮小とを利用して、液柱を高温端と低温端との間で移動させる。

熱輸送部材７１、７２は、隣接する２つの一次通路６２にまたがって延びている。熱輸送部材７１、７２は、複数の一次通路６２にわたって延びている。熱輸送部材７１、７２は、Ｃ字型断面をもつ円筒状である。熱輸送部材７１、７２は、その一端部を二次通路６３の入口に対応する部分に位置づけている。熱輸送部材７１、７２は、その他端部を二次通路６３の出口に対応する部分に位置づけている。熱輸送部材７１、７２は、二次通路６３の入口と出口との間における、複数の一次通路６２の間の温度差を抑制する。

以上に述べた実施形態によると、熱輸送部材７１、７２により、複数の一次通路６２の間における温度差が抑制される。これにより、熱交換器５１、５６に起因する一次媒体の温度差が抑制される。この結果、複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。複数のＭＣＥ素子１２の間における温度差が抑制され、高効率の熱磁気サイクル装置が提供される。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ヒートパイプによって熱輸送部材７１、７２が提供されている。これに代えて、この実施形態では、固体熱伝導部材によって熱輸送部材７１、７２が提供される。

図４に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材２７２を有する。熱輸送部材２７２は、固体熱伝導部材である。固体熱伝導部材の材料は、ボディ６１の材料とは異なる。固体熱伝導部材は、ボディ６１の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率をもつ材料で作られている。ボディ６１が樹脂製である場合、固体熱伝導部材は、鉄、銅、アルミニウムなどの金属製である。ボディ６１が炭素鋼などの鉄系金属である場合、固体熱伝導部材はアルミニウム系または銅系の金属製である。この実施形態によると、簡単な構成によって複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、複数の一次通路６２の径方向内側に熱輸送部材７１、７２が配置されている。これに代えて、この実施形態では、複数の一次通路６２の径方向外側に熱輸送部材７１、７２が配置される。

図５に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材３７２を有する。熱輸送部材３７２は、複数の一次通路６２の径方向外側に配置されている。ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材７２と熱輸送部材３７２との両方を備える。これに代えて、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材３７２だけを備えていてもよい。複数の熱輸送部材７２、３７２の両方はヒートパイプによって提供されている。複数の熱輸送部材７２、３７２のいずれか一方、または両方は、固体熱伝導部材によって提供されてもよい。この実施形態でも、複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、二次通路６３は、一周分に相当する単一通路である。二次通路６３は、複数の一次通路６２と一回だけ熱交換を実行する。これに代えて、この実施形態では、二次通路４６３は、複数の一次通路６２と複数回の熱交換を実行するように配置されている。

図６および図７に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材を備えない。二次通路４６３は、周方向の端部において少なくとも１回は折り返す往復通路である。二次通路４６３は、複数の一次通路６２にまたがって延びている。二次通路４６３は、複数の一次通路６２にまたがって往復して延びている。二次通路４６３は、ひとつの一次通路６２の中の一次媒体と２回以上熱交換するように二次媒体を流す。二次通路４６３は、周方向の端部において２回折り返している。二次通路４６３は、複数の一次通路６２と複数回の熱交換を実行するように配置されている。二次通路４６３は、往復パスを提供している。

熱交換器５６は、複数の周方向通路４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃと、隣接する周方向通路の端部を連通する２つの折り返し部４６３ｄ、４６３ｅを有する。３つの周方向通路４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃは、複数の一次通路６２にまたがって延びている。３つの周方向通路４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃは互いに平行である。３つの周方向通路４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃは、それらの端部において折り返し部４６３ｄ、４６３ｅを経由して連通している。

周方向通路４６３ａにおける二次媒体は、複数の一次通路６２内の一次媒体と熱交換することにより、それら一次媒体に温度差を生じさせる場合がある。周方向通路４６３ａにおける二次媒体の流れ方法は、周方向通路４６３ｂにおける二次媒体の流れ方向とは逆である。よって、周方向通路４６３ｂにおける二次媒体の流れは、複数の一次通路６２内の一次媒体と熱交換することにより、それら一次媒体に逆方向の温度差を生じさせる。よって、周方向通路４６３ｂにおける二次媒体の流れは、周方向通路４６３ａにおける二次媒体の流れにより生じた一次媒体の温度差を減少させる。複数の周方向通路４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃは、一次媒体の温度差を抑制しながら、一次媒体と二次媒体との熱交換を提供する。この実施形態でも、複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。

第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態に代えて、二次通路４６３と熱輸送部材７２との両方を備えていてもよい。図８および図９に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材７２と、往復パスを形成する二次通路４６３とを備える。この実施形態でも、複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。

第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、二次通路６３、４６３は、複数の一次通路６２にまたがって延びるように周方向に沿って延びている。これに代えて、この実施形態では、二次通路６６３は、複数の一次通路６２と平行に延びるように配置されている。

図１０および図１１に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材７２を備える。二次通路６６３は、一次通路６２と平行に延びる平行通路である。二次通路６６３は、一次通路６２と平行な平行パスを提供している。二次通路６６３は、二次媒体が複数の一次通路６２内の一次媒体と順に熱交換することがないように配置されている。

熱交換器５６は、周方向通路６６３ａ、複数の軸方向通路６６３ｂ、および周方向通路６６３ｃを有する。周方向通路６６３ａは、複数の軸方向通路６６３ｂと連通している。周方向通路６６３ａは、二次媒体の入口と連通している。周方向通路６６３ａは、複数の軸方向通路６６３ｂに二次媒体を分配する分配通路である。

複数の軸方向通路６６３ｂは、入口および出口に対して並列的に延びている。軸方向通路６６３ｂは、一次通路６２に沿って延びている。軸方向通路６６３ｂは、一次通路６２の中の一次媒体と平行に二次媒体を流す。

周方向通路６６３ｃは、複数の軸方向通路６６３ｂと連通している。周方向通路６６３ｃは、二次媒体の出口と連通している。周方向通路６６３ｃは、複数の軸方向通路６６３ｂから二次媒体を集める集積通路である。

二次媒体は、周方向通路６６３ａによって入口から複数の軸方向通路６６３ｂへ分配される。二次媒体は、複数の軸方向通路６６３ｂにおいて、一次通路６２内の一次媒体と熱交換する。二次媒体は、周方向通路６６３ｃによって複数の軸方向通路６６３ｂから出口へ集められる。周方向通路６６３ａ、６６３ｃにおける一次媒体と二次媒体との間の熱交換量は、軸方向通路６６３ｂにおける熱交換量より格段に小さい。軸方向通路６６３ｂ内の二次媒体は、複数の一次通路６２内の一次媒体と順に熱交換することがない。ひとつの軸方向通路６６３ｂ内の二次媒体は、それと対応する一次通路６２内の一次媒体と一度だけ熱交換する。このため、複数の一次通路６２内の一次媒体の間に大きい温度差を与えない。この実施形態でも、複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。

第７実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、熱輸送部材７２は、熱交換器５６内に設けられている。これに代えて、この実施形態では、熱輸送部材７７１、７７２は、ハウジング２１に設けられている。

図１２に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送部材７７１、７７２を有する。熱輸送部材７７１、７７２は、ハウジング２１に設けられている。熱輸送部材７７１、７７２は、ＭＣＥ素子１２を収容する一次通路としての作業室２６と熱的に結合して配置されている。熱輸送部材７７１、７７２は、作業室２６の径方向外側に配置されている。熱輸送部材７７１、７７２は、複数の作業室２６にまたがって延びるように配置されている。熱輸送部材７７１、７７２は、熱交換器５１、５６の近傍に設けられている。熱輸送部材７７１、７７２は、複数の作業室２６内の一次媒体の間の温度差を抑制するように熱を輸送する。熱輸送部材７７１、７７２が周方向に関して発揮する熱輸送能力は、熱輸送部材７７１、７７２が軸方向に関して発揮する熱輸送能力より高い。これにより、ＭＣＥ素子１２によって生成された軸方向における温度差を損なうことなく、周方向における複数のＭＣＤユニット間の温度差が抑制される。

他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

上記実施形態では、斜板式ポンプによって多気筒ポンプを提供した。これに代えて、他の形式の容積型ポンプを利用してもよい。また、熱輸送装置１４は、モータ１５によって駆動されない別体の装置として構成されてもよい。また、上記第１実施形態では、ポンプの１気筒に、一つの作業室を対応させて配置した。これに代えて、複数の気筒とひとつの作業室、またはひとつの気筒と複数の作業室、または複数の気筒と複数の作業室を対応させて配置してもよい。

上記実施形態では、車両用空調装置が提供される。これに代えて、住宅用の空調装置を提供してもよい。また、水を加熱または冷却する装置、例えば給湯装置または冷水機を提供してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするＭＨＰ装置１１を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。

上記実施形態では、熱磁気サイクル装置の一形態であるＭＨＰ装置１１が提供される。これに代えて、熱磁気サイクル装置の一形態である熱磁気エンジン装置を提供してもよい。例えば、上記実施形態のＭＨＰ装置１１の磁場変化と熱輸送媒体の流れとの位相を調節することにより熱磁気エンジン装置を提供することができる。

上記実施形態では、熱輸送部材７２、３７２、７７２によって、熱輸送部材の複数の設置位置が例示されている。熱輸送部材は、例示された複数の設置位置のうちのひとつ、または複数の設置位置に設けることができる。さらに、熱輸送部材は、複数のＭＣＤユニット上の他の位置に設けられてもよい。また、熱輸送部材は、熱交換器５１、５６の軸方向端面上に設けられてもよい。上記実施形態では、熱輸送部材７２、２７２によって、熱輸送部材の複数の構造が例示されている。熱輸送部材は、例示された複数の構造のひとつ、またはそれらの組み合わせによって提供することができる。例えば、ヒートパイプと固体熱伝導部材とを併用してもよい。

上記実施形態では、熱輸送部材はＣ字状の断面を有する。これに代えて、熱輸送部材は、閉じた環状に形成することができる。また、熱輸送部材は、複数の環状のヒートパイプの束として提供されてもよい。

上記実施形態では、熱輸送部材は、ＭＣＤユニットにおける一次媒体の通路を形成する部材と熱的に結合している。これにより、熱輸送部材は、複数の一次通路または作業室の間の温度差を抑制する。これに代えて、上記熱的な結合を、断続する機構を設けてもよい。例えば、一次通路に温度差が生じているときのみ、熱的な結合を提供するように構成されてもよい。

上記実施形態では、熱輸送部材は、ボディ６１またはハウジング２１に設けられている。熱輸送部材は、ボディ６１またはハウジング２１を介して、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供している。これに代えて、熱輸送部材を一次媒体に直接に接触するように配置してもよい。

１０ 車両用空調装置、１１ 磁気熱量効果型ヒートポンプ（ＭＨＰ）装置、
１２ 磁気熱量（ＭＣＥ）素子、１３ 磁場変調装置、１４ 熱輸送装置、
１５ モータ、１６ 高温系統、１７ 低温系統、１８ 制御装置、
２１ ハウジング、２２ 回転軸、２３ 収容室、２４ ロータコア、
２５ 永久磁石、２６ 作業室、４１、４２ ポンプ、
５１、５３、５６、５８ 熱交換器、５２、５７ 通路、５４、５９ ポンプ、
６１ ボディ、６２ 一次通路、６３ 二次通路、
４６３ 二次通路（往復パス）、６６３ 二次通路（平行パス）、
７１、７２、３７２、７７１、７７２ 熱輸送部材（ヒートパイプ）、
２７２ 熱輸送部材（固体熱伝導部材）。

Claims (10)

1. 磁気熱量効果を発揮する複数の磁気熱量素子（１２）、
   複数の前記磁気熱量素子と熱交換する一次媒体を流すための複数の一次通路（２６、６２）を区画形成する通路部材（２１、６１）、
   複数の前記一次通路の中の一次媒体と二次媒体との熱交換を提供する熱交換器（５１、５６）、および
   複数の前記一次通路における同じ温度となるべき複数の部分の間にまたがって配置され、前記通路部材を経由する熱移動より大きい熱移動を提供する熱輸送部材を備え、
   前記熱輸送部材は、複数の前記一次通路の径方向内側に配置されている熱磁気サイクル装置。
2. 前記熱輸送部材は、ヒートパイプを有する請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
3. 磁気熱量効果を発揮する複数の磁気熱量素子（１２）、
   複数の前記磁気熱量素子と熱交換する一次媒体を流すための複数の一次通路（２６、６２）を区画形成する通路部材（２１、６１）、
   複数の前記一次通路の中の一次媒体と二次媒体との熱交換を提供する熱交換器（５１、５６）、および
   複数の前記一次通路における同じ温度となるべき複数の部分の間にまたがって配置され、前記通路部材を経由する熱移動より大きい熱移動を提供する熱輸送部材を備え、
   前記熱輸送部材は、ヒートパイプを有する熱磁気サイクル装置。
4. 複数の前記磁気熱量素子は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子であり、
   さらに、前記磁気熱量素子に印加される前記外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）、および
   前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子を流す熱輸送装置（１４）を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
5. 複数の前記一次通路は、円周上に分散的に配置されており、
   前記熱輸送部材は、複数の前記一次通路にまたがって周方向に延びている請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
6. 前記熱輸送部材は、複数の前記一次通路の径方向外側に配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
7. 前記熱輸送部材は、前記熱交換器内の前記一次通路（６２）、または前記磁気熱量素子を収容する前記一次通路（２６）と熱的に結合して配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
8. 前記熱輸送部材は、固体熱伝導部材を有する請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
9. 前記熱交換器は、複数の前記一次通路にまたがって往復して延びており、複数の前記一次通路の中の前記一次媒体と複数回熱交換するように前記二次媒体を流すための二次通路（４６３）を有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
10. 前記熱交換器は、複数の前記一次通路に沿って平行に延びており、複数の前記一次通路の中の前記一次媒体と平行に前記二次媒体を流すための二次通路（６６３）を有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。

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