JP7108183B2 - 磁気冷凍システム - Google Patents
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Description
本開示は、磁気冷凍システムに関する。
特許文献1には、熱を輸送する磁気冷凍機が開示されている。この磁気冷凍機は、磁性体を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニットと、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部と、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部と、熱伝導部と、磁気印加部と、制御部とを備えている。熱伝導部は、磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間の熱伝導、または、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部との間および磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部との間の熱伝導、のいずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材を介して交互に行う。磁気印加部は、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体、または、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体、のいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する。制御部は、熱伝導部と前記磁気印加部との動作を制御する。
特許文献1のような磁気冷凍機では、磁性体とその磁性体と熱的に接触する部材(低温側熱交換部または高温側熱交換部または別の磁性体)との間の熱抵抗が高くなるほど、その磁性体と部材との間において熱が伝わりにくくなるので、熱輸送の効率が低下してしまう。
本開示の目的は、磁気冷凍システムにおける熱輸送の効率を向上させることにある。
本開示の第1の態様は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向けて熱を輸送する磁気冷凍システムであって、それぞれが磁場印加と該磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わるように構成され、前記低温側熱交換部(11)と前記高温側熱交換部(12)との間に配列される複数の熱輸送部(20)と、前記低温側熱交換部(11)から前記高温側熱交換部(12)へ向かう熱輸送方向において前記複数の熱輸送部(20)のうち磁場が印加される熱輸送部(20)と磁場が印加されない熱輸送部(20)とが交互に並ぶように、該複数の熱輸送部(20)に磁場を印加する磁場印加ユニット(35)と、前記複数の熱輸送部(20)のうち前記磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される熱輸送部(20)が周期的に切り換えられ、且つ、前記低温側熱交換部(11)と前記複数の熱輸送部(20)と前記高温側熱交換部(12)との熱的な接触状態が周期的に切り換えられるように、該複数の熱輸送部(20)および該磁場印加ユニット(35)のうち少なくとも該複数の熱輸送部(20)を周期的に移動させる駆動機構(40)とを備え、前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、前記熱輸送方向における端部(20a)が伝熱を促進させる伝熱促進部となっていることを特徴とする。
第1の態様では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を伝熱促進部にすることにより、熱輸送部(20)とその熱輸送部(20)と熱的に接触する部材(低温側熱交換部(11)または高温側熱交換部(12)または別の熱輸送部(20))との間の熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
本開示の第2の態様は、第1の態様において、前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、前記熱輸送方向における端面が凹凸面となっていることを特徴とする。
第2の態様では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面を凹凸面にすることによって、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部での伝熱を促進させることができる。すなわち、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部を伝熱促進部にすることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
本開示の第3の態様は、第1または第2の態様において、前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質により構成されて前記磁場印加と該磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わる本体部(200)と、該本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、該本体部(200)の前記熱輸送方向における端部に設けられて該熱輸送部(20)の該熱輸送方向における端部(20a)を構成する第1伝熱部材(201)とを有していることを特徴とする。
第3の態様では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部を第1伝熱部材(201)で構成することにより、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部での伝熱を促進させることができる。すなわち、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部を伝熱促進部にすることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
本開示の第4の態様は、第3の態様において、前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、前記本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、該本体部(200)の内部を前記熱輸送方向に延びて前記第1伝熱部材(201)に接続される第2伝熱部材(202)をさらに有していることを特徴とする。
第4の態様では、熱輸送部(20)の本体部(200)の内部に第2伝熱部材(202)を設けることによって、熱輸送部(20)内における熱輸送方向への熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
本開示の第5の態様は、第1~第4の態様のいずれか1つにおいて、前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)には、該熱輸送部(20)の前記熱輸送方向における両端面を除く部分を覆う断熱部材(203)が設けられていることを特徴とする。
第5の態様では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両端面を除く部分を断熱部材(203)で覆うことにより、熱輸送部(20)の放熱を抑制して熱輸送部(20)内における熱輸送方向への熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
本開示の第6の態様は、第1~第5の態様のいずれか1つにおいて、前記磁場印加ユニット(35)は、それぞれが磁場を印加するように構成されて前記熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列される複数の磁場印加部(30)を有し、前記複数の熱輸送部(20)の各々は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含み、前記複数の磁場印加部(30)の各々により印加される磁場の強度は、前記複数の熱輸送部(20)のうち前記熱輸送方向に並んで配置されて該磁場印加部(30)による磁場印加の対象となる熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量および磁気エントロピー変化量に応じて設定されていることを特徴とする。
第6の態様では、磁場印加部(30)により印加される磁場の強度を調節することによって、磁場印加部(30)により磁場が印加される熱輸送部(20)の磁場印加に伴う熱量変化量を調節することができる。これにより、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるようにすることができるので、複数の熱輸送部(20)における磁場印加に伴う熱量変化量のばらつきを低減することができる。
本開示の第7の態様は、第1~第6の態様のいずれか1つにおいて、前記複数の熱輸送部(20)の各々は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含み、前記複数の熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量は、該熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と前記磁場印加ユニット(35)により該熱輸送部(20)に印加される磁場の強度とに応じて設定されていることを特徴とする。
第7の態様では、熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量を調節することによって、熱輸送部(20)の磁場印加に伴う熱量変化量を調節することができる。これにより、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるようにすることができるので、複数の熱輸送部(20)における磁場印加に伴う熱量変化量のばらつきを低減することができる。
本開示の第8の態様は、第1~第7の態様のいずれか1つにおいて、前記磁場印加ユニット(35)は、それぞれが磁場を印加するように構成されて前記熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列される複数の磁場印加部(30)を有し、前記複数の磁場印加部(30)のうち少なくとも2つの磁場印加部(30)は、1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれていることを特徴とする。
第8の態様では、2つの磁場印加部(30)が1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれているので、2つの磁場印加部(30)が2つの磁気回路(それぞれが1つの磁石を有する2つの磁気回路)に別々に含まれている場合よりも、磁石(301)の数を削減することができる。これにより、磁気冷凍システム(10)のコストを低減することができる。
本開示の第9の態様は、第1~第8の態様のいずれか1つにおいて、前記磁場印加ユニット(35)は、固定されており、前記駆動機構(40)は、前記複数の熱輸送部(20)を前記熱輸送方向に移動させることを特徴とする。
第9の態様では、磁場印加ユニット(35)が固定されているので、磁場印加ユニット(35)を周期的に移動させるための機構を省略することができる。これにより、磁場印加ユニット(35)を周期的に移動させる場合よりも、磁気冷凍システム(10)のサイズおよび駆動のためのエネルギを低減することができる。
本開示の第10の態様は、第9の態様において、前記複数の熱輸送部(20)には、少なくとも、前記熱輸送方向に間隔をおいて並んで配置される2つの第1熱輸送部(21)と、該2つの第1熱輸送部(21)の間に配置される1つの第2熱輸送部(22)とが含まれており、前記駆動機構(40)は、前記第1熱輸送部(21)を前記熱輸送方向に移動させるスライド機構(405)と、前記熱輸送方向に移動する前記第1熱輸送部(21)に押されて該熱輸送方向に移動する前記第2熱輸送部(22)の可動範囲を規制する規制部(406)とを有していることを特徴とする。
第10の態様では、熱輸送方向に移動する第1熱輸送部(21)によって第2熱輸送部(22)を熱輸送方向に移動させることができる。これにより、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向に移動させるスライド機構(405)に加えて第2熱輸送部(22)を熱輸送方向に移動させる別のスライド機構が設けられている場合よりも、第1熱輸送部(21)とともに第2熱輸送部(22)を熱輸送方向に移動させるための制御を容易にすることができる。
本開示の第11の態様は、第1~第10の態様のいずれか1つにおいて、前記複数の熱輸送部(20)は、前記熱輸送方向をX軸方向とし該熱輸送方向と直交する第1方向をY軸方向とする二次元状、または、該熱輸送方向をX軸方向とし該第1方向をY軸方向とし該熱輸送方向および該第1方向と直交する第2方向をZ軸方向とする三次元状に配列されていることを特徴とする。
以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
(実施形態1)
図1および図2は、実施形態1の磁気冷凍システム(10)の構成を例示している。磁気冷凍システム(10)は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向けて熱を輸送する。具体的には、磁気冷凍システム(10)は、複数の熱輸送部(20)と、磁場印加ユニット(35)と、駆動機構(40)と、制御部(100)とを備えている。
図1および図2は、実施形態1の磁気冷凍システム(10)の構成を例示している。磁気冷凍システム(10)は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向けて熱を輸送する。具体的には、磁気冷凍システム(10)は、複数の熱輸送部(20)と、磁場印加ユニット(35)と、駆動機構(40)と、制御部(100)とを備えている。
なお、以下では、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向かう方向である熱輸送方向をX軸方向とし、熱輸送方向と直交する第1方向をY軸方向とし、熱輸送方向および第1方向と直交する方向をZ軸方向としている。また、以下では、Z軸方向が鉛直方向である場合を例に挙げている。
〔熱輸送部〕
複数の熱輸送部(20)は、それぞれが磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わるように構成されている。そして、複数の熱輸送部(20)は、低温側熱交換部(11)と高温側熱交換部(12)との間に配列されている。複数の熱輸送部(20)の各々は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含んでいる。磁気作業物質は、例えば、Gd5(Ge0.5Si0.5)4、La(Fe1-xSix)13、La(Fe1-xCoxSiy)13、La(Fe1-xSix)13Hy、Mn(As0.9Sb0.1)などである。
複数の熱輸送部(20)は、それぞれが磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わるように構成されている。そして、複数の熱輸送部(20)は、低温側熱交換部(11)と高温側熱交換部(12)との間に配列されている。複数の熱輸送部(20)の各々は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含んでいる。磁気作業物質は、例えば、Gd5(Ge0.5Si0.5)4、La(Fe1-xSix)13、La(Fe1-xCoxSiy)13、La(Fe1-xSix)13Hy、Mn(As0.9Sb0.1)などである。
この例では、熱輸送部(20)は、磁場印加により発熱状態となり、磁場印加の解除により吸熱状態となる。すなわち、熱輸送部(20)は、磁場印加により発熱して磁場印加の解除により吸熱する磁気作業物質によって構成されている。また、この例では、熱輸送部(20)は、直方体状に形成されている。
なお、複数の熱輸送部(20)には、少なくとも、熱輸送方向(X軸方向)に間隔をおいて並んで配置される2つの第1熱輸送部(21)と、2つの第1熱輸送部(21)の間に配置される1つの第2熱輸送部(22)とが含まれている。この例では、低温側熱交換部(11)と高温側熱交換部(12)との間に5つの熱輸送部(20)が熱輸送方向に並んで配置されている。この5つの熱輸送部(20)には、熱輸送方向に間隔をおいて並んで配置される3つの第1熱輸送部(21)と、3つの第1熱輸送部(21)の間にそれぞれ配置される2つの第2熱輸送部(22)とが含まれている。
以下では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における長さを「第1距離長さ(L1)」とし、熱輸送方向において隣り合う2つの熱輸送部(20)を熱的に非接触にすることが可能な隙間の熱輸送方向における長さを第1距離長さ(L1)に加算して得られる長さを「第2距離長さ(L2)」とする。
〔磁場印加ユニット〕
磁場印加ユニット(35)は、熱輸送方向(X軸方向)において複数の熱輸送部(20)のうち磁場が印加される熱輸送部(20)と磁場が印加されない熱輸送部(20)とが交互に並ぶように、複数の熱輸送部(20)に磁場を印加する。
磁場印加ユニット(35)は、熱輸送方向(X軸方向)において複数の熱輸送部(20)のうち磁場が印加される熱輸送部(20)と磁場が印加されない熱輸送部(20)とが交互に並ぶように、複数の熱輸送部(20)に磁場を印加する。
この例では、磁場印加ユニット(35)は、複数の磁場印加部(30)を有している。複数の磁場印加部(30)は、それぞれが磁場を印加するように構成されている。そして、複数の磁場印加部(30)は、熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列されている。
具体的には、この例では、3つの磁場印加部(30)が熱輸送方向に並んで配置されている。すなわち、熱輸送方向における低温側(低温側熱交換部(11)側)から高温側(高温側熱交換部(12)側)へ向けて、第1番目の磁場印加部(30)と第2番目の磁場印加部(30)と第3番目の磁場印加部(30)が順に並んでいる。
第1番目の磁場印加部(30)は、低温側熱交換部(11)から熱輸送方向に第2距離長さ(L2)だけ進んだ位置にある第1地点と第1地点から熱輸送方向に第1距離長さ(L1)だけ進んだ位置にある第2地点との間の区間(第1磁場印加区間)に配置されている。第2番目の磁場印加部(30)は、第2地点から第2距離長さ(L2)だけ進んだ位置にある第3地点と第3地点から熱輸送方向に第1距離長さ(L1)だけ進んだ位置にある第4地点との間の区間(第2磁場印加区間)に配置されている。第3番目の磁場印加部(30)は、第4地点から第2距離長さ(L2)だけ進んだ位置にある第5地点と第5地点から熱輸送方向に第1距離長さ(L1)だけ進んだ位置にある第6地点との間の区間(第3磁場印加区間)に配置されている。高温側熱交換部(12)は、第6地点に位置している。また、磁場印加部(30)の熱輸送方向における有効長さ(磁場印加部(30)により磁場を印加することが可能な範囲の長さ)は、第1距離長さ(L1)以下に設定されている。
すなわち、この例では、第1磁場印加区間は、第1番目の磁場印加部(30)により磁場が印加される区間であり、第2磁場印加区間は、第2番目の磁場印加部(30)により磁場が印加される区間であり、第3磁場印加区間は、第3番目の磁場印加部(30)により磁場が印加される区間である。そして、低温側熱交換部(11)と第1磁場印加区間との間の区間(第1磁場印加解除区間)と、第1磁場印加区間と第2磁場印加区間との間の区間(第2磁場印加解除区間)と、第2磁場印加区間と第3磁場印加区間との間の区間(第3磁場印加解除区間)は、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない区間である。
例えば、第1磁場印加区間に熱輸送部(20)が進入すると、熱輸送部(20)に磁場が印加されて熱輸送部(20)が吸熱状態から発熱状態に切り換わり、第1磁場印加区間から熱輸送部(20)が脱出すると、熱輸送部(20)に対する磁場印加が解除されて熱輸送部(20)が発熱状態から吸熱状態に切り換わる。第2磁場印加区間および第3磁場印加区間についても同様である。
図3に示すように、磁場印加部(30)は、磁気回路(300)に含まれている。磁気回路(300)は、磁石(301)とヨーク(302)とにより構成されている。磁石(301)は、例えば、永久磁石である。ヨーク(302)は、磁性材料(例えば鉄)により構成されている。この例では、ヨーク(302)は、YZ平面における断面形状がC字状に形成され、Z軸方向に所定の間隔をおいて互いに対向する2つの腕部を有している。磁石(301)は、Z軸方向に扁平な直方体状に形成され、ヨーク(302)の一方の腕部(この例では上側の腕部)に固定されている。このような構成により、磁石(301)とヨーク(302)の他方の腕部(この例では下側の腕部)との間に配置された熱輸送部(20)に磁場を印加することができる。すなわち、この例では、ヨーク(302)の2つの腕部の間に磁場印加部(30)が設けられている。
〔駆動機構〕
駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)のうち磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される熱輸送部(20)が周期的に切り換えられ、且つ、低温側熱交換部(11)と複数の熱輸送部(20)と高温側熱交換部(12)との熱的な接触状態が周期的に切り換えられるように、複数の熱輸送部(20)および磁場印加ユニット(35)のうち少なくとも複数の熱輸送部(20)を周期的に移動させる。
駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)のうち磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される熱輸送部(20)が周期的に切り換えられ、且つ、低温側熱交換部(11)と複数の熱輸送部(20)と高温側熱交換部(12)との熱的な接触状態が周期的に切り換えられるように、複数の熱輸送部(20)および磁場印加ユニット(35)のうち少なくとも複数の熱輸送部(20)を周期的に移動させる。
この例では、磁場印加ユニット(35)は、固定されている。駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。具体的には、駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)の状態を第1状態(図1に示す状態)と第2状態(図5に示す状態)とに切り換える。なお、図1および図5では、磁場印加により発熱状態となっている熱輸送部(20)に細かいドットのハッチングが付され、磁場印加の解除により吸熱状態となっている熱輸送部(20)に粗いドットのハッチングが付されている。
〈第1状態〉
図1に示すように、第1状態では、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される区間に第1熱輸送部(21)が配置され、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない区間に第2熱輸送部(22)が配置される。この例では、3つの磁場印加区間に3つの第1熱輸送部(21)が配置され、2つの磁場印加解除区間(第2磁場印加解除区間と第3磁場印加解除区間)に2つの第2熱輸送部(22)が配置される。これにより、第1熱輸送部(21)が発熱状態となり、第2熱輸送部(22)が吸熱状態となる。また、発熱状態の第1熱輸送部(21)は、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における高温側に隣り合う吸熱状態の第2熱輸送部(22)または高温側熱交換部(12)と熱的に接触する一方で、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における低温側に隣り合う吸熱状態の第2熱輸送部(22)または低温側熱交換部(11)と熱的に非接触となる。
図1に示すように、第1状態では、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される区間に第1熱輸送部(21)が配置され、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない区間に第2熱輸送部(22)が配置される。この例では、3つの磁場印加区間に3つの第1熱輸送部(21)が配置され、2つの磁場印加解除区間(第2磁場印加解除区間と第3磁場印加解除区間)に2つの第2熱輸送部(22)が配置される。これにより、第1熱輸送部(21)が発熱状態となり、第2熱輸送部(22)が吸熱状態となる。また、発熱状態の第1熱輸送部(21)は、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における高温側に隣り合う吸熱状態の第2熱輸送部(22)または高温側熱交換部(12)と熱的に接触する一方で、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における低温側に隣り合う吸熱状態の第2熱輸送部(22)または低温側熱交換部(11)と熱的に非接触となる。
〈第2状態〉
図5に示すように、第2状態では、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される区間に第2熱輸送部(22)が配置され、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない区間に第1熱輸送部(21)が配置される。この例では、2つの磁場印加区間(第1磁場印加区間と第2磁場印加区間)に2つの第2熱輸送部(22)が配置され、3つの磁場印加解除区間に3つの第1熱輸送部(21)が配置される。これにより、第2熱輸送部(22)が発熱状態となり、第1熱輸送部(21)が吸熱状態となる。そして、吸熱状態の第1熱輸送部(21)は、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における低温側に隣り合う発熱状態の第2熱輸送部(22)または低温側熱交換部(11)と熱的に接触する一方で、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における高温側に隣り合う発熱状態の第2熱輸送部(22)または高温側熱交換部(12)と熱的に非接触となる。
図5に示すように、第2状態では、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される区間に第2熱輸送部(22)が配置され、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない区間に第1熱輸送部(21)が配置される。この例では、2つの磁場印加区間(第1磁場印加区間と第2磁場印加区間)に2つの第2熱輸送部(22)が配置され、3つの磁場印加解除区間に3つの第1熱輸送部(21)が配置される。これにより、第2熱輸送部(22)が発熱状態となり、第1熱輸送部(21)が吸熱状態となる。そして、吸熱状態の第1熱輸送部(21)は、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における低温側に隣り合う発熱状態の第2熱輸送部(22)または低温側熱交換部(11)と熱的に接触する一方で、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における高温側に隣り合う発熱状態の第2熱輸送部(22)または高温側熱交換部(12)と熱的に非接触となる。
なお、この例において、2つの部材が熱的に接触する状態とは、2つの部材が直接的に接触する状態のことであり、2つの部材が熱的に非接触となる状態とは、2つの部材が所定の隙間を隔てて離れている状態のことである。
〔駆動機構の構成〕
実施形態1では、駆動機構(40)は、可動支持機構(400)と第1スライド機構(401)と第2スライド機構(402)とを有している。
実施形態1では、駆動機構(40)は、可動支持機構(400)と第1スライド機構(401)と第2スライド機構(402)とを有している。
〈可動支持機構〉
可動支持機構(400)は、複数の熱輸送部(20)を熱輸送方向(X軸方向)に移動可能に支持している。この例では、可動支持機構(400)は、複数の可動台(50)とガイド部材(55)とを有している。
可動支持機構(400)は、複数の熱輸送部(20)を熱輸送方向(X軸方向)に移動可能に支持している。この例では、可動支持機構(400)は、複数の可動台(50)とガイド部材(55)とを有している。
複数の可動台(50)は、それぞれが直方体状に形成されている。そして、複数の可動台(50)は、熱輸送方向に並んで配置され、熱輸送方向に並んで配置された複数の熱輸送部(20)にそれぞれ連結されて複数の熱輸送部(20)をそれぞれ支持している。ガイド部材(55)は、熱輸送方向に延び、複数の可動台(50)を熱輸送方向に案内する。
なお、複数の可動台(50)には、第1熱輸送部(21)を支持する第1可動台(51)と、第2熱輸送部(22)を支持する第2可動台(52)とが含まれている。この例では、5つの熱輸送部(20)にそれぞれ対応する5つの可動台(50)が熱輸送方向に並んで配置されている。この5つの可動台(50)には、熱輸送方向に間隔をおいて並んで配置されて3つの第1熱輸送部(21)にそれぞれ対応する3つの第1可動台(51)と、3つの第1可動台(51)の間にそれぞれ配置されて2つの第2熱輸送部(22)にそれぞれ対応する2つの第2熱輸送部(22)とが含まれている。
第1可動台(51)には、第1ネジ孔(51a)と第1挿通孔(51b)とが設けられている。第1ネジ孔(51a)は、後述する第1ボールネジ(401a)が挿通されて第1ボールネジ(401a)と噛み合う。第1挿通孔(51b)は、後述する第2ボールネジ(402a)が挿通されるが第2ボールネジ(402a)と噛み合わない。
第2可動台(52)には、第2ネジ孔(52a)と第2挿通孔(52b)とが設けられている。第2ネジ孔(52a)は、後述する第2ボールネジ(402a)が挿通されて第2ボールネジ(402a)と噛み合う。第2挿通孔(52b)は、後述する第1ボールネジ(401a)が挿通されるが第1ボールネジ(401a)と噛み合わない。
〈第1スライド機構〉
第1スライド機構(401)は、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。この例では、第1スライド機構(401)は、第1ボールネジ(401a)と第1モータ(401b)とを有している。
第1スライド機構(401)は、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。この例では、第1スライド機構(401)は、第1ボールネジ(401a)と第1モータ(401b)とを有している。
第1ボールネジ(401a)は、熱輸送方向に延び、第1可動台(51)の第1ネジ孔(51a)と第2可動台(52)の第2挿通孔(52b)とに挿通される。なお、第1ボールネジ(401a)は、第1可動台(51)の第1ネジ孔(51a)と噛み合うが、第2可動台(52)の第2挿通孔(52b)とは噛み合わない。
第1モータ(401b)は、第1ボールネジ(401a)を回転駆動させる。第1ボールネジ(401a)を第1回転方向に回転させることにより、第1ボールネジ(401a)と噛み合う第1ネジ孔(51a)が設けられた第1可動台(51)が熱輸送方向の一方側から他方側へ向けて移動し、第1可動台(51)とともに第1熱輸送部(21)が熱輸送方向の一方側から他方側へ向けて移動する。また、第1ボールネジ(401a)を第1回転方向の逆方向である第2回転方向に回転させることにより、第1ボールネジ(401a)と噛み合う第1ネジ孔(51a)が設けられた第1可動台(51)が熱輸送方向の他方側から一方側へ向けて移動し、第1可動台(51)とともに第1熱輸送部(21)が熱輸送方向の他方側から一方側へ向けて移動する。
〈第2スライド機構〉
第2スライド機構(402)は、第2熱輸送部(22)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。この例では、第2スライド機構(402)は、第2ボールネジ(402a)と第2モータ(402b)とを有している。
第2スライド機構(402)は、第2熱輸送部(22)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。この例では、第2スライド機構(402)は、第2ボールネジ(402a)と第2モータ(402b)とを有している。
第2ボールネジ(402a)は、熱輸送方向に延び、第2可動台(52)の第2ネジ孔(52a)と第1可動台(51)の第1挿通孔(51b)とに挿通される。なお、第2ボールネジ(402a)は、第2可動台(52)の第2ネジ孔(52a)と噛み合うが、第1可動台(51)の第1挿通孔(51b)とは噛み合わない。
第2モータ(402b)は、第2ボールネジ(402a)を回転駆動させる。第2ボールネジ(402a)を第1回転方向に回転させることにより、第2ボールネジ(402a)と噛み合う第2ネジ孔(52a)が設けられた第2可動台(52)が熱輸送方向の一方側から他方側へ向けて移動し、第2可動台(52)とともに第2熱輸送部(22)が熱輸送方向の一方側から他方側へ向けて移動する。また、第2ボールネジ(402a)を第1回転方向の逆方向である第2回転方向に回転させることにより、第2ボールネジ(402a)と噛み合う第2ネジ孔(52a)が設けられた第2可動台(52)が熱輸送方向の他方側から一方側へ向けて移動し、第2可動台(52)とともに第2熱輸送部(22)が熱輸送方向の他方側から一方側へ向けて移動する。
〔制御部〕
制御部(100)は、駆動機構(40)の動作を制御する。例えば、制御部(100)は、プロセッサと、プロセッサと電気的に接続されてプロセッサを動作させるためのプログラムや情報などを記憶するメモリとにより構成されている。
制御部(100)は、駆動機構(40)の動作を制御する。例えば、制御部(100)は、プロセッサと、プロセッサと電気的に接続されてプロセッサを動作させるためのプログラムや情報などを記憶するメモリとにより構成されている。
〔熱輸送部の構成〕
複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向(X軸方向)における端部(20a)が伝熱を促進させる伝熱促進部となっている。具体的には、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向における端面が凹凸面となっている。この例では、複数の熱輸送部(20)の全てにおいて、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両方の端部(20a)が伝熱促進部となっている。具体的には、複数の熱輸送部(20)の全てにおいて、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両方の端面が凹凸面となっている。
複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向(X軸方向)における端部(20a)が伝熱を促進させる伝熱促進部となっている。具体的には、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向における端面が凹凸面となっている。この例では、複数の熱輸送部(20)の全てにおいて、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両方の端部(20a)が伝熱促進部となっている。具体的には、複数の熱輸送部(20)の全てにおいて、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両方の端面が凹凸面となっている。
なお、この例では、熱輸送方向において隣り合う2つの熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面(すなわち互いに接触する凹凸面)は、互いに嵌り合うようになっている。このような構成により、2つの熱輸送部(20)の接触面積を増加させることができるので、2つの熱輸送部(20)の間の熱移動を促進させることができる。
また、この例では、低温側熱交換部(11)の接触面(11a)は、熱輸送方向において低温側熱交換部(11)の隣に位置する熱輸送部(20)と熱的に接触する面であり、凹凸面となっている。そして、熱輸送方向において隣り合う低温側熱交換部(11)の接触面(11a)と熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面(すなわち互いに接触する凹凸面)は、互いに嵌り合うようになっている。このような構成により、低温側熱交換部(11)と熱輸送部(20)との接触面積を増加させることができるので、低温側熱交換部(11)と熱輸送部(20)との間の熱移動を促進させることができる。
また、この例では、高温側熱交換部(12)の接触面(12a)は、熱輸送方向において高温側熱交換部(12)の隣に位置する熱輸送部(20)と熱的に接触する面であり、凹凸面となっている。そして、熱輸送方向において隣り合う高温側熱交換部(12)の接触面(12a)と熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面(すなわち互いに接触する凹凸面)は、互いに嵌り合うようになっている。このような構成により、高温側熱交換部(12)と熱輸送部(20)との接触面積を増加させることができるので、高温側熱交換部(12)と熱輸送部(20)との間の熱移動を促進させることができる。
〔熱輸送部の内部構造〕
また、図4に示すように、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)(この例では複数の熱輸送部(20)の全て)は、本体部(200)と、第1伝熱部材(201)と、第2伝熱部材(202)とを有している。
また、図4に示すように、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)(この例では複数の熱輸送部(20)の全て)は、本体部(200)と、第1伝熱部材(201)と、第2伝熱部材(202)とを有している。
〈本体部〉
本体部(200)は、磁気作業物質により構成されている。そして、本体部(200)は、磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わる。この例では、本体部(200)は直方体状に形成されている。
本体部(200)は、磁気作業物質により構成されている。そして、本体部(200)は、磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わる。この例では、本体部(200)は直方体状に形成されている。
〈第1伝熱部材〉
第1伝熱部材(201)は、本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。具体的には、第1伝熱部材(201)は、磁気作業物質の熱伝達率よりも高い熱伝達率を有する高熱伝導材料により構成されている。高熱伝導材料は、例えば、金,銀,銅,アルミニウムなどの金属や、熱伝導グリスや、液体金属(ガリウムインジウムなどの合金)や、グラファイトや、カーボンナノチューブなどである。そして、第1伝熱部材(201)は、本体部(200)の熱輸送方向における端部に設けられて熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を構成している。この例では、第1伝熱部材(201)は、金属などの固体により構成されて矩形の板状に形成されている。また、第1伝熱部材(201)の外面は、凹凸面となっている。
第1伝熱部材(201)は、本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。具体的には、第1伝熱部材(201)は、磁気作業物質の熱伝達率よりも高い熱伝達率を有する高熱伝導材料により構成されている。高熱伝導材料は、例えば、金,銀,銅,アルミニウムなどの金属や、熱伝導グリスや、液体金属(ガリウムインジウムなどの合金)や、グラファイトや、カーボンナノチューブなどである。そして、第1伝熱部材(201)は、本体部(200)の熱輸送方向における端部に設けられて熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を構成している。この例では、第1伝熱部材(201)は、金属などの固体により構成されて矩形の板状に形成されている。また、第1伝熱部材(201)の外面は、凹凸面となっている。
〈第2伝熱部材〉
第2伝熱部材(202)は、本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。具体的には、第2伝熱部材(202)は、磁気作業物質の熱伝達率よりも高い熱伝達率を有する高熱伝導材料により構成されている。そして、第2伝熱部材(202)は、本体部(200)の内部を熱輸送方向に延びて第1伝熱部材(201)に接続されている。なお、第2伝熱部材(202)は、棒状に形成されていてもよいし、板状に形成されていてもよい。
第2伝熱部材(202)は、本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。具体的には、第2伝熱部材(202)は、磁気作業物質の熱伝達率よりも高い熱伝達率を有する高熱伝導材料により構成されている。そして、第2伝熱部材(202)は、本体部(200)の内部を熱輸送方向に延びて第1伝熱部材(201)に接続されている。なお、第2伝熱部材(202)は、棒状に形成されていてもよいし、板状に形成されていてもよい。
〈断熱部材〉
また、図4に示すように、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)には、断熱部材(203)が設けられている。断熱部材(203)は、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両端面を除く部分を覆っている。なお、断熱部材(203)は、本体部(200)の断熱性よりも高い断熱性を有している。具体的には、断熱部材(203)は、磁気作業物質の断熱性よりも高い断熱性を有する高断熱性材料により構成されている。高断熱性材料は、例えば、発泡樹脂や、グラスウールなどである。この例では、断熱部材(203)は、矩形の筒状に形成されている。
また、図4に示すように、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)には、断熱部材(203)が設けられている。断熱部材(203)は、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両端面を除く部分を覆っている。なお、断熱部材(203)は、本体部(200)の断熱性よりも高い断熱性を有している。具体的には、断熱部材(203)は、磁気作業物質の断熱性よりも高い断熱性を有する高断熱性材料により構成されている。高断熱性材料は、例えば、発泡樹脂や、グラスウールなどである。この例では、断熱部材(203)は、矩形の筒状に形成されている。
〔磁気冷凍システムの動作〕
次に、図1および図5を参照して、実施形態1の磁気冷凍システム(10)の動作について説明する。なお、図1および図5において、白抜き矢印は、熱が輸送される方向を示している。
次に、図1および図5を参照して、実施形態1の磁気冷凍システム(10)の動作について説明する。なお、図1および図5において、白抜き矢印は、熱が輸送される方向を示している。
図1に示すように、第1状態では、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される3つの磁場印加区間に3つの第1熱輸送部(21)が配置され、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない2つの磁場印加解除区間(第2磁場印加解除区間と第3磁場印加解除区間)に2つの第2熱輸送部(22)が配置される。これにより、3つの第1熱輸送部(21)が発熱状態となり、2つの第2熱輸送部(22)が吸熱状態となる。また、3つの発熱状態の第1熱輸送部(21)の各々は、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向(X軸方向)における高温側に隣り合う吸熱状態の第2熱輸送部(22)または高温側熱交換部(12)と熱的に接触する一方で、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における低温側に隣り合う吸熱状態の第2熱輸送部(22)または低温側熱交換部(11)と熱的に非接触となる。これにより、発熱状態の第1熱輸送部(21)から、その発熱状態の第1熱輸送部(21)と熱的に接触する吸熱状態の第2熱輸送部(22)(または高温側熱交換部(12))へ向けて熱が輸送される。
次に、複数の熱輸送部(20)の状態が第1状態に切り換えられてから予め定められた周期時間が経過すると、駆動機構(40)は、熱輸送方向における低温側(低温側熱交換部(11)側)へ向けて、3つの第1熱輸送部(21)を第2距離長さ(L2)だけ移動させるとともに、2つの第2熱輸送部(22)を第1距離長さ(L1)だけ移動させる。これにより、複数の熱輸送部(20)の状態が第1状態(図1に示した状態)から第2状態(図5に示した状態)に遷移する。
図5に示すように、第2状態では、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される2つの磁気印加区間(第1磁気印加区間と第2磁気印加区間)に2つの第2熱輸送部(22)が配置され、磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない3つの磁気印加解除区間に3つの第1熱輸送部(21)が配置される。これにより、2つの第2熱輸送部(22)が発熱状態となり、3つの第1熱輸送部(21)が吸熱状態となる。そして、3つの吸熱状態の第1熱輸送部(21)の各々は、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向(X軸方向)における低温側に隣り合う発熱状態の第2熱輸送部(22)または低温側熱交換部(11)と熱的に接触する一方で、その第1熱輸送部(21)の熱輸送方向における高温側に隣り合う発熱状態の第2熱輸送部(22)または高温側熱交換部(12)と熱的に非接触となる。これにより、発熱状態の第2熱輸送部(22)(または低温側熱交換部(11))から、その発熱状態の第2熱輸送部(22)(または低温側熱交換部(11))と熱的に接触する吸熱状態の第1熱輸送部(21)へ向けて熱が輸送される。
次に、複数の熱輸送部(20)の状態が第2状態に切り換えられてから予め定められた周期時間が経過すると、駆動機構(40)は、熱輸送方向における高温側(高温側熱交換部(12)側)へ向けて、3つの第1熱輸送部(21)を第2距離長さ(L2)だけ移動させるとともに、2つの第2熱輸送部(22)を第1距離長さ(L1)だけ移動させる。これにより、複数の熱輸送部(20)の状態が第2状態(図5に示した状態)から第1状態(図1に示した状態)に遷移する。
以上の動作が繰り返し行われることにより、低温側熱交換部(11)における温度が次第に低下していくとともに、高温側熱交換部(12)における温度が次第に上昇していく。
〔実施形態1の効果〕
以上のように、実施形態1の磁気冷凍システム(10)は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向けて熱を輸送する。磁気冷凍システム(10)は、複数の熱輸送部(20)と磁場印加ユニット(35)と駆動機構(40)とを備えている。複数の熱輸送部(20)は、それぞれが磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わるように構成され、低温側熱交換部(11)と高温側熱交換部(12)との間に配列される。磁場印加ユニット(35)は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向かう熱輸送方向において複数の熱輸送部(20)のうち磁場が印加される熱輸送部(20)と磁場が印加されない熱輸送部(20)とが交互に並ぶように、複数の熱輸送部(20)に磁場を印加する。駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)のうち磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される熱輸送部(20)が周期的に切り換えられ、且つ、低温側熱交換部(11)と複数の熱輸送部(20)と高温側熱交換部(12)との熱的な接触状態が周期的に切り換えられるように、複数の熱輸送部(20)および磁場印加ユニット(35)のうち少なくとも複数の熱輸送部(20)を周期的に移動させる。複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向における端部(20a)が伝熱を促進させる伝熱促進部となっている。
以上のように、実施形態1の磁気冷凍システム(10)は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向けて熱を輸送する。磁気冷凍システム(10)は、複数の熱輸送部(20)と磁場印加ユニット(35)と駆動機構(40)とを備えている。複数の熱輸送部(20)は、それぞれが磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わるように構成され、低温側熱交換部(11)と高温側熱交換部(12)との間に配列される。磁場印加ユニット(35)は、低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向かう熱輸送方向において複数の熱輸送部(20)のうち磁場が印加される熱輸送部(20)と磁場が印加されない熱輸送部(20)とが交互に並ぶように、複数の熱輸送部(20)に磁場を印加する。駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)のうち磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される熱輸送部(20)が周期的に切り換えられ、且つ、低温側熱交換部(11)と複数の熱輸送部(20)と高温側熱交換部(12)との熱的な接触状態が周期的に切り換えられるように、複数の熱輸送部(20)および磁場印加ユニット(35)のうち少なくとも複数の熱輸送部(20)を周期的に移動させる。複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向における端部(20a)が伝熱を促進させる伝熱促進部となっている。
実施形態1では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を伝熱促進部にすることにより、熱輸送部(20)とその熱輸送部(20)と熱的に接触する部材(低温側熱交換部(11)または高温側熱交換部(12)または別の熱輸送部(20))との間の熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
また、実施形態1の磁気冷凍システム(10)において、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、熱輸送方向における端面が凹凸面となっている。
実施形態1では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面を凹凸面にすることによって、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面が平坦面となっている場合よりも、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面の面積(すなわち伝熱面積)を増加させることができるので、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部での伝熱を促進させることができる。すなわち、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部を伝熱促進部にすることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
また、実施形態1の磁気冷凍システム(10)において、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、本体部(200)と、第1伝熱部材(201)とを有している。本体部(200)は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質により構成されて磁場印加と磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わる。第1伝熱部材(201)は、本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、本体部(200)の熱輸送方向における端部に設けられて熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を構成している。
実施形態1では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部を第1伝熱部材(201)で構成することにより、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部での伝熱を促進させることができる。すなわち、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部を伝熱促進部にすることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
また、実施形態1の磁気冷凍システム(10)において、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、第2伝熱部材(202)をさらに有している。第2伝熱部材(202)は、本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、本体部(200)の内部を熱輸送方向に延びて第1伝熱部材(201)に接続されている。
実施形態1では、熱輸送部(20)の本体部(200)の内部に第2伝熱部材(202)を設けることによって、熱輸送部(20)内における熱輸送方向への熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
また、実施形態1の磁気冷凍システム(10)において、複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)には、断熱部材(203)が設けられている。断熱部材(203)は、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両端面を除く部分を覆う。
実施形態1では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における両端面を除く部分を断熱部材(203)で覆うことにより、熱輸送部(20)の放熱を抑制して熱輸送部(20)内における熱輸送方向への熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
また、実施形態1の磁気冷凍システム(10)において、磁場印加ユニット(35)は、固定されている。駆動機構(40)は、複数の熱輸送部(20)を熱輸送方向に移動させる。
実施形態1では、磁場印加ユニット(35)が固定されているので、磁場印加ユニット(35)を周期的に移動させるための機構を省略することができる。これにより、磁場印加ユニット(35)を周期的に移動させる場合よりも、磁気冷凍システム(10)のサイズおよび駆動のためのエネルギを低減することができる。
(実施形態1の変形例1:磁場の強度の設定)
複数の磁場印加部(30)の各々により印加される磁場の強度は、複数の熱輸送部(20)のうち熱輸送方向(X軸方向)に並んで配置されてその磁場印加部(30)による磁場印加の対象となる熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量および磁気エントロピー変化量に応じて設定されていてもよい。例えば、第1番目の磁場印加部(30)により印加される磁場の強度は、第1番目の磁場印加部(30)による磁場印加の対象となる第1番目の第1熱輸送部(21)および第1番目の第2熱輸送部(22)の各々における磁気作業物質の含有量および磁気エントロピー変化量に応じて設定されていてもよい。
複数の磁場印加部(30)の各々により印加される磁場の強度は、複数の熱輸送部(20)のうち熱輸送方向(X軸方向)に並んで配置されてその磁場印加部(30)による磁場印加の対象となる熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量および磁気エントロピー変化量に応じて設定されていてもよい。例えば、第1番目の磁場印加部(30)により印加される磁場の強度は、第1番目の磁場印加部(30)による磁場印加の対象となる第1番目の第1熱輸送部(21)および第1番目の第2熱輸送部(22)の各々における磁気作業物質の含有量および磁気エントロピー変化量に応じて設定されていてもよい。
この実施形態1の変形例1の磁気冷凍システム(10)では、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるように、複数の磁場印加部(30)の各々により印加される磁場の強度が設定されている。例えば、熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量と磁気エントロピー変化量との積が小さくなるに連れて、磁場印加部(30)によりその熱輸送部(20)に印加される磁場の強度が高くなっている。なお、磁場印加部(30)により印加される磁場の強度は、磁場印加部(30)と熱輸送部(20)との間のギャップの長さや磁場印加部(30)を含む磁気回路(300)における磁気抵抗や磁石(301)の磁場強度などに依存している。すなわち、磁場印加部(30)と熱輸送部(20)との間のギャップの長さや磁場印加部(30)を含む磁気回路(300)における磁気抵抗を調節することや磁石(301)を磁場強度の異なる磁石に変更することにより、磁場印加部(30)により印加される磁場の強度を調節することが可能である。
〔実施形態1の変形例1の効果〕
以上のように、実施形態1の変形例1では、磁場印加部(30)により印加される磁場の強度を調節することによって、磁場印加部(30)により磁場が印加される熱輸送部(20)の磁場印加に伴う熱量変化量を調節することができる。これにより、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるようにすることができるので、複数の熱輸送部(20)における磁場印加に伴う熱量変化量のばらつきを低減することができる。
以上のように、実施形態1の変形例1では、磁場印加部(30)により印加される磁場の強度を調節することによって、磁場印加部(30)により磁場が印加される熱輸送部(20)の磁場印加に伴う熱量変化量を調節することができる。これにより、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるようにすることができるので、複数の熱輸送部(20)における磁場印加に伴う熱量変化量のばらつきを低減することができる。
(実施形態1の変形例2:磁気作業物質の含有量の設定)
複数の熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量は、その熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と磁場印加ユニット(35)によりその熱輸送部(20)に印加される磁場の強度とに応じて設定されていてもよい。例えば、第1番目の熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量は、第1番目の熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と磁場印加ユニット(35)の第1番目の磁場印加部(30)により第1番目の熱輸送部(20)に印加される磁場の強度とに応じて設定されていてもよい。
複数の熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量は、その熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と磁場印加ユニット(35)によりその熱輸送部(20)に印加される磁場の強度とに応じて設定されていてもよい。例えば、第1番目の熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量は、第1番目の熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と磁場印加ユニット(35)の第1番目の磁場印加部(30)により第1番目の熱輸送部(20)に印加される磁場の強度とに応じて設定されていてもよい。
この実施形態1の変形例2の磁気冷凍システム(10)では、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるように、複数の熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量が設定されている。例えば、熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と磁場印加ユニット(35)により熱輸送部(20)に印加される磁場の強度との積が小さくなるに連れて、その熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量が多くなっている。
〔実施形態1の変形例2の効果〕
以上のように、実施形態1の変形例2の磁気冷凍システム(10)では、熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量を調節することによって、熱輸送部(20)の磁場印加に伴う熱量変化量を調節することができる。これにより、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるようにすることができるので、複数の熱輸送部(20)における磁場印加に伴う熱量変化量のばらつきを低減することができる。
以上のように、実施形態1の変形例2の磁気冷凍システム(10)では、熱輸送部(20)における磁気作業物質の含有量を調節することによって、熱輸送部(20)の磁場印加に伴う熱量変化量を調節することができる。これにより、複数の熱輸送部(20)の各々における磁場印加に伴う熱量変化量が均一になるようにすることができるので、複数の熱輸送部(20)における磁場印加に伴う熱量変化量のばらつきを低減することができる。
(実施形態1の変形例3:磁気回路の構成)
図6に示すように、複数の磁場印加部(30)のうち少なくとも2つの磁場印加部(30)は、1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれていてもよい。
図6に示すように、複数の磁場印加部(30)のうち少なくとも2つの磁場印加部(30)は、1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれていてもよい。
図6の例では、3つの磁場印加部(30)のうち第1番目の磁場印加部(30)と第2番目の磁場印加部(30)が1つの磁気回路(300)に含まれている。この磁気回路(300)を形成するヨーク(302)は、第1ヨーク(305)と第2ヨーク(306)と第3ヨーク(307)とにより構成されている。第1ヨーク(305)と第2ヨーク(306)は、熱輸送方向(X軸方向)に並んで配置され、第2方向(Z軸方向)において第3ヨーク(307)と所定の間隔をおいて対向している。磁石(301)は、第1ヨーク(305)と第2ヨーク(306)との間に挟まれて固定されている。このような構成により、第1ヨーク(305)と第3ヨーク(307)との間に配置された熱輸送部(20)と、第2ヨーク(306)と第3ヨーク(307)との間に配置された熱輸送部(20)とに磁場を印加することができる。すなわち、この例では、第1ヨーク(305)と第3ヨーク(307)との間に第1番目の磁場印加部(30)が設けられ、第2ヨーク(306)と第3ヨーク(307)との間に第2番目の磁場印加部(30)が設けられている。
〔実施形態1の変形例3の効果〕
以上のように、実施形態1の変形例3の磁気冷凍システム(10)において、磁場印加ユニット(35)は、複数の磁場印加部(30)を有する。複数の磁場印加部(30)は、それぞれが磁場を印加するように構成されて熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列される。複数の磁場印加部(30)のうち少なくとも2つの磁場印加部(30)は、1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれている。
以上のように、実施形態1の変形例3の磁気冷凍システム(10)において、磁場印加ユニット(35)は、複数の磁場印加部(30)を有する。複数の磁場印加部(30)は、それぞれが磁場を印加するように構成されて熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列される。複数の磁場印加部(30)のうち少なくとも2つの磁場印加部(30)は、1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれている。
実施形態1の変形例3では、2つの磁場印加部(30)が1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれているので、2つの磁場印加部(30)が2つの磁気回路(それぞれが1つの磁石を有する2つの磁気回路)に別々に含まれている場合よりも、磁石(301)の数を削減することができる。これにより、磁気冷凍システム(10)のコストを低減することができる。
(実施形態2)
図7および図8は、実施形態2の磁気冷凍システム(10)の構成を例示している。実施形態2の磁気冷凍システム(10)は、駆動機構(40)の構成が図1に示した実施形態1の磁気冷凍システム(10)と異なっている。なお、実施形態2の磁気冷凍システム(10)のその他の構成は、図1に示した実施形態1の磁気冷凍システム(10)の構成と同様となっている。
図7および図8は、実施形態2の磁気冷凍システム(10)の構成を例示している。実施形態2の磁気冷凍システム(10)は、駆動機構(40)の構成が図1に示した実施形態1の磁気冷凍システム(10)と異なっている。なお、実施形態2の磁気冷凍システム(10)のその他の構成は、図1に示した実施形態1の磁気冷凍システム(10)の構成と同様となっている。
〔駆動機構〕
実施形態2では、駆動機構(40)は、可動支持機構(400)とスライド機構(405)と規制部(406)とを有している。
実施形態2では、駆動機構(40)は、可動支持機構(400)とスライド機構(405)と規制部(406)とを有している。
〈可動支持機構〉
実施形態1と同様に、可動支持機構(400)は、複数の可動台(50)とガイド部材(55)とを有している。複数の可動台(50)には、第1可動台(51)と第2可動台(52)とが含まれている。なお、実施形態2では、第1可動台(51)には、ネジ孔(51c)が設けられ、第2可動台(52)には、挿通孔(52c)が設けられている。ネジ孔(51c)は、後述するボールネジ(405a)が挿通されてボールネジ(405a)と噛み合う。挿通孔(52c)は、ボールネジ(405a)が挿通されるがボールネジ(405a)と噛み合わない。
実施形態1と同様に、可動支持機構(400)は、複数の可動台(50)とガイド部材(55)とを有している。複数の可動台(50)には、第1可動台(51)と第2可動台(52)とが含まれている。なお、実施形態2では、第1可動台(51)には、ネジ孔(51c)が設けられ、第2可動台(52)には、挿通孔(52c)が設けられている。ネジ孔(51c)は、後述するボールネジ(405a)が挿通されてボールネジ(405a)と噛み合う。挿通孔(52c)は、ボールネジ(405a)が挿通されるがボールネジ(405a)と噛み合わない。
〈スライド機構〉
実施形態1の第1スライド機構(401)と同様に、スライド機構(405)は、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。この例では、スライド機構(405)は、ボールネジ(405a)とモータ(405b)とを有している。
実施形態1の第1スライド機構(401)と同様に、スライド機構(405)は、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向(X軸方向)に移動させる。この例では、スライド機構(405)は、ボールネジ(405a)とモータ(405b)とを有している。
ボールネジ(405a)は、熱輸送方向に延び、第1可動台(51)のネジ孔(51c)と第2可動台(52)の挿通孔(52c)とに挿通される。ボールネジ(405a)は、第1可動台(51)のネジ孔(51c)と噛み合うが、第2可動台(52)の挿通孔(52c)とは噛み合わない。
モータ(405b)は、ボールネジ(405a)を回転駆動させる。ボールネジ(405a)を第1回転方向に回転させることにより、ボールネジ(405a)と噛み合うネジ孔(51c)が設けられた第1可動台(51)が熱輸送方向の一方側から他方側へ向けて移動し、第1可動台(51)とともに第1熱輸送部(21)が熱輸送方向の一方側から他方側へ向けて移動する。また、ボールネジ(405a)を第1回転方向の逆方向である第2回転方向に回転させることにより、ボールネジ(405a)と噛み合うネジ孔(51c)が設けられた第1可動台(51)が熱輸送方向の他方側から一方側へ向けて移動し、第1可動台(51)とともに第1熱輸送部(21)が熱輸送方向の他方側から一方側へ向けて移動する。
〈規制部〉
規制部(406)は、熱輸送方向(X軸方向)に移動する第1熱輸送部(21)に押されて熱輸送方向に移動する第2熱輸送部(22)の可動範囲を規制する。
規制部(406)は、熱輸送方向(X軸方向)に移動する第1熱輸送部(21)に押されて熱輸送方向に移動する第2熱輸送部(22)の可動範囲を規制する。
規制部(406)は、1つまたは複数(この例では2つ)の可動片(406a)とストッパ(406b)とを有している。
可動片(406a)は、第2熱輸送部(22)に設けられ、第2熱輸送部(22)から熱輸送方向と直交する第1方向(Y軸方向)に突出している。この例では、2つの可動片(406a)が2つの第2熱輸送部(22)からそれぞれ突出している。
ストッパ(406b)は、熱輸送方向に移動する第2熱輸送部(22)に設けられた可動片(406a)と接触することで第2熱輸送部(22)の熱輸送方向における移動を阻止する。この例では、ストッパ(406b)には、4つの固定片が設けられており、熱輸送方向における低温側(低温側熱交換部(11)側)から高温側(高温側熱交換部(12)側)へ向けて、第1番目の固定片と第2番目の固定片と第3番目の固定片と第4番目の固定片が所定の間隔をおいて順に並んでいる。
図7に示すように、ストッパ(406b)の第2番目の固定片および第4番目の固定片は、熱輸送方向における高温側(高温側熱交換部(12)側)へ向けて移動する第2熱輸送部(22)の可動片(406a)と接触することで、第2熱輸送部(22)の熱輸送方向における移動を阻止して第2熱輸送部(22)を磁場印加解除区間(磁場印加ユニット(35)により磁場が印加されない区間)に停止させる。図7に示すように、第1状態では、2つの第2熱輸送部(22)が2つの磁場印加解除区間(第1磁場印加解除区間と第2磁場印加解除区間)に配置される。
図8に示すように、ストッパ(406b)の第1番目の固定片および第3番目の固定片は、熱輸送方向における低温側(低温側熱交換部(11)側)へ向けて移動する第2熱輸送部(22)の可動片(406a)と接触することで、第2熱輸送部(22)の熱輸送方向における移動を阻止して第2熱輸送部(22)を磁場印加区間(磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される区間)に停止させる。図8に示すように、第2状態では、2つの第2熱輸送部(22)が2つの磁場印加区間(第1磁場印加区間と第2磁場印加区間)に配置される。
〔磁気冷凍システムの動作〕
次に、図7および図8を参照して、実施形態2の磁気冷凍システム(10)の動作について説明する。
次に、図7および図8を参照して、実施形態2の磁気冷凍システム(10)の動作について説明する。
図7に示すように、第1状態では、図1に示した実施形態1の第1状態と同様に、発熱状態の第1熱輸送部(21)から、その発熱状態の第1熱輸送部(21)と熱的に接触する吸熱状態の第2熱輸送部(22)(または高温側熱交換部(12))へ向けて熱が輸送される。
次に、複数の熱輸送部(20)の状態が第1状態に切り換えられてから予め定められた周期時間が経過すると、駆動機構(40)は、熱輸送方向における低温側(低温側熱交換部(11)側)へ向けて、3つの第1熱輸送部(21)を第2距離長さ(L2)だけ移動させる。また、2つの第2熱輸送部(22)は、熱輸送方向における低温側へ向けて移動する3つの第1熱輸送部(21)のうち2つの第1熱輸送部(21)に押されて、熱輸送方向における低温側へ向けて第1距離長さ(L1)だけ移動する。これにより、複数の熱輸送部(20)の状態が第1状態(図7に示した状態)から第2状態(図8に示した状態)に遷移する。
図8に示すように、第2状態では、図5に示した実施形態1の第2状態と同様に、発熱状態の第2熱輸送部(22)(または低温側熱交換部(11))から、その発熱状態の第2熱輸送部(22)(または低温側熱交換部(11))と熱的に接触する吸熱状態の第1熱輸送部(21)へ向けて熱が輸送される。
次に、複数の熱輸送部(20)の状態が第2状態に切り換えられてから予め定められた周期時間が経過すると、駆動機構(40)は、熱輸送方向における高温側(高温側熱交換部(12)側)へ向けて、3つの第1熱輸送部(21)を第2距離長さ(L2)だけ移動させる。また、2つの第2熱輸送部(22)は、熱輸送方向における高温側へ向けて移動する3つの第1熱輸送部(21)のうち2つの第1熱輸送部(21)に押されて、熱輸送方向における高温側へ向けて第1距離長さ(L1)だけ移動する。これにより、複数の熱輸送部(20)の状態が第2状態(図8に示した状態)から第1状態(図7に示した状態)に遷移する。
以上の動作が繰り返し行われることにより、低温側熱交換部(11)における温度が次第に低下していくとともに、高温側熱交換部(12)における温度が次第に上昇していく。
〔実施形態2の効果〕
実施形態2の磁気冷凍システム(10)では、実施形態1の磁気冷凍システム(10)による効果と同様の効果を得ることができる。例えば、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を伝熱促進部にすることにより、熱輸送部(20)とその熱輸送部(20)と熱的に接触する部材(低温側熱交換部(11)または高温側熱交換部(12)または別の熱輸送部(20))との間の熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
実施形態2の磁気冷凍システム(10)では、実施形態1の磁気冷凍システム(10)による効果と同様の効果を得ることができる。例えば、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を伝熱促進部にすることにより、熱輸送部(20)とその熱輸送部(20)と熱的に接触する部材(低温側熱交換部(11)または高温側熱交換部(12)または別の熱輸送部(20))との間の熱移動を促進させることができる。これにより、熱輸送の効率を向上させることができる。
また、実施形態2の磁気冷凍システム(10)において、複数の熱輸送部(20)には、少なくとも、熱輸送方向に間隔をおいて並んで配置される2つの第1熱輸送部(21)と、2つの第1熱輸送部(21)の間に配置される1つの第2熱輸送部(22)とが含まれている。駆動機構(40)は、スライド機構(405)と、規制部(406)とを有している。スライド機構(405)は、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向に移動させる。規制部(406)は、熱輸送方向に移動する第1熱輸送部(21)に押されて熱輸送方向に移動する第2熱輸送部(22)の可動範囲を規制する。
実施形態2では、熱輸送方向に移動する第1熱輸送部(21)によって第2熱輸送部(22)を熱輸送方向に移動させることができる。これにより、第1熱輸送部(21)を熱輸送方向に移動させるスライド機構(405)に加えて第2熱輸送部(22)を熱輸送方向に移動させる別のスライド機構が設けられている場合よりも、第1熱輸送部(21)とともに第2熱輸送部(22)を熱輸送方向に移動させるための制御を容易にすることができる。
(その他の実施形態)
図9に示すように、複数の熱輸送部(20)は、熱輸送方向をX軸方向とし熱輸送方向と直交する第1方向をY軸方向とする二次元状に配列されていてもよい。
図9に示すように、複数の熱輸送部(20)は、熱輸送方向をX軸方向とし熱輸送方向と直交する第1方向をY軸方向とする二次元状に配列されていてもよい。
図9の例では、ヨーク(302)は、YZ平面における断面形状がL字状に形成され、Y軸方向に延びる腕部を有している。磁石(301)は、直方体状に形成され、Z軸方向においてヨーク(302)の腕部と対向するように配置されている。このような構成により、磁石(301)とヨーク(302)の腕部との間に配置された熱輸送部(20)に磁場を印加することができる。すなわち、この例では、磁石(301)とヨーク(302)の腕部との間に磁場印加部(30)が設けられている。
図10に示すように、複数の熱輸送部(20)は、熱輸送方向をX軸方向とし第1方向をY軸方向とし熱輸送方向および第1方向と直交する第2方向をZ軸方向とする三次元状に配列されていてもよい。
図10の例では、ヨーク(302)は、YZ平面における断面形状がF字状に形成され、第1腕部(302a)と第2腕部(302b)と連結部(302c)を有している。磁石(301)は、第1磁石(301a)と第2磁石(301b)とにより構成されている。ヨーク(302)の第1腕部(302a)および第2腕部(302b)と第1磁石(301a)と第2磁石(301b)は、それぞれ直方体状に形成されている。そして、Z軸方向の一方側から他方側へ向けて第1腕部(302a)と第1磁石(301a)と第2腕部(302b)と第2磁石(301b)とが所定の間隔をおいて順に配置されている。ヨーク(302)の連結部(302c)は、ヨーク(302)の第1腕部(302a)および第2腕部(302b)と第1磁石(301a)と第2磁石(301b)とを連結している。このような構成により、ヨーク(302)の第1腕部(302a)と第1磁石(301a)との間に配置された熱輸送部(20)と、第1磁石(301a)とヨーク(302)の第2腕部(302b)との間に配置された熱輸送部(20)と、ヨーク(302)の第2腕部(302b)と第2磁石(301b)との間に配置された熱輸送部(20)に磁場を印加することができる。すなわち、この例では、ヨーク(302)の第1腕部(302a)と第1磁石(301a)との間と、第1磁石(301a)とヨーク(302)の第2腕部(302b)との間と、ヨーク(302)の第2腕部(302b)と第2磁石(301b)との間に磁場印加部(30)が設けられている。
また、以上の説明では、磁場印加ユニット(35)が固定されて駆動機構(40)が複数の熱輸送部(20)を熱輸送方向に移動させる場合を例に挙げたが、駆動機構(40)は、磁場印加ユニット(35)および複数の熱輸送部(20)の両方を熱輸送方向に移動させるように構成されていてもよい。
また、以上の説明では、熱輸送部(20)が磁場印加により発熱状態となり磁場印加の解除により吸熱状態となる場合を例に挙げたが、熱輸送部(20)は、磁場印加により吸熱状態となり磁場印加の解除により発熱状態となるように構成されていてもよい。すなわち、熱輸送部(20)は、磁場印加により発熱して磁場印加の解除により吸熱する磁気作業物質によって構成されていてもよいし、磁場印加により吸熱して磁場印加の解除により発熱する磁気作業物質によって構成されていてもよい。
また、以上の説明では、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面が凹凸面となっており、且つ、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)が第1伝熱部材(201)で構成されている場合を例に挙げたが、熱輸送部(20)の端部(20a)が第1伝熱部材(201)で構成されていない状態(例えば本体部(200)の熱輸送方向における端部が熱輸送部(20)の端部(20a)を構成している状態)で、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面が凹凸面となっていてもよいし、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面が凹凸面となっていない状態(例えば熱輸送部(20)の熱輸送方向における端面が平坦面となっている状態)で、熱輸送部(20)の端部(20a)が第1伝熱部材(201)で構成されていてもよい。いずれの場合であっても、熱輸送部(20)の熱輸送方向における端部(20a)を伝熱促進部にすることができる。
また、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり置換したりしてもよい。
以上説明したように、本開示は、磁気冷凍システムとして有用である。
10 磁気冷凍システム
11 低温側熱交換部
12 高温側熱交換部
20 熱輸送部
21 第1熱輸送部
22 第2熱輸送部
20a 端部
200 本体部
201 第1伝熱部材
202 第2伝熱部材
203 断熱部材
30 磁場印加部
300 磁気回路
301 磁石
302 ヨーク
35 磁場印加ユニット
40 駆動機構
400 可動支持機構
401 第1スライド機構
402 第2スライド機構
405 スライド機構
406 規制部
11 低温側熱交換部
12 高温側熱交換部
20 熱輸送部
21 第1熱輸送部
22 第2熱輸送部
20a 端部
200 本体部
201 第1伝熱部材
202 第2伝熱部材
203 断熱部材
30 磁場印加部
300 磁気回路
301 磁石
302 ヨーク
35 磁場印加ユニット
40 駆動機構
400 可動支持機構
401 第1スライド機構
402 第2スライド機構
405 スライド機構
406 規制部
Claims (11)
- 低温側熱交換部(11)から高温側熱交換部(12)へ向けて熱を輸送する磁気冷凍システムであって、
それぞれが磁場印加と該磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わるように構成され、前記低温側熱交換部(11)と前記高温側熱交換部(12)との間に配列される複数の熱輸送部(20)と、
前記低温側熱交換部(11)から前記高温側熱交換部(12)へ向かう熱輸送方向において前記複数の熱輸送部(20)のうち磁場が印加される熱輸送部(20)と磁場が印加されない熱輸送部(20)とが交互に並ぶように、該複数の熱輸送部(20)に磁場を印加する磁場印加ユニット(35)と、
前記複数の熱輸送部(20)のうち前記磁場印加ユニット(35)により磁場が印加される熱輸送部(20)が周期的に切り換えられ、且つ、前記低温側熱交換部(11)と前記複数の熱輸送部(20)と前記高温側熱交換部(12)との熱的な接触状態が周期的に切り換えられるように、該複数の熱輸送部(20)および該磁場印加ユニット(35)のうち少なくとも該複数の熱輸送部(20)を周期的に移動させる駆動機構(40)とを備え、
前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、前記熱輸送方向における端部(20a)が伝熱を促進させる伝熱促進部となっている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1において、
前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、前記熱輸送方向における端面が凹凸面となっている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1または2において、
前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質により構成されて前記磁場印加と該磁場印加の解除に応じて発熱状態と吸熱状態とに切り換わる本体部(200)と、該本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、該本体部(200)の前記熱輸送方向における端部に設けられて該熱輸送部(20)の該熱輸送方向における端部(20a)を構成する第1伝熱部材(201)とを有している
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項3において、
前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)は、前記本体部(200)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、該本体部(200)の内部を前記熱輸送方向に延びて前記第1伝熱部材(201)に接続される第2伝熱部材(202)をさらに有している
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1~4のいずれか1つにおいて、
前記複数の熱輸送部(20)のうち少なくとも1つの熱輸送部(20)には、該熱輸送部(20)の前記熱輸送方向における両端面を除く部分を覆う断熱部材(203)が設けられている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1~5のいずれか1つにおいて、
前記磁場印加ユニット(35)は、それぞれが磁場を印加するように構成されて前記熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列される複数の磁場印加部(30)を有し、
前記複数の熱輸送部(20)の各々は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含み、
前記複数の磁場印加部(30)の各々により印加される磁場の強度は、前記複数の熱輸送部(20)のうち前記熱輸送方向に並んで配置されて該磁場印加部(30)による磁場印加の対象となる熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量および磁気エントロピー変化量に応じて設定されている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1~6のいずれか1つにおいて、
前記複数の熱輸送部(20)の各々は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含み、
前記複数の熱輸送部(20)の各々における磁気作業物質の含有量は、該熱輸送部(20)における磁気作業物質の磁気エントロピー変化量と前記磁場印加ユニット(35)により該熱輸送部(20)に印加される磁場の強度とに応じて設定されている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1~7のいずれか1つにおいて、
前記磁場印加ユニット(35)は、それぞれが磁場を印加するように構成されて前記熱輸送方向に所定の間隔をおいて配列される複数の磁場印加部(30)を有し、
前記複数の磁場印加部(30)のうち少なくとも2つの磁場印加部(30)は、1つの磁石(301)を有する1つの磁気回路(300)に含まれている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1~8のいずれか1つにおいて、
前記磁場印加ユニット(35)は、固定されており、
前記駆動機構(40)は、前記複数の熱輸送部(20)を前記熱輸送方向に移動させる
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項9において、
前記複数の熱輸送部(20)には、少なくとも、前記熱輸送方向に間隔をおいて並んで配置される2つの第1熱輸送部(21)と、該2つの第1熱輸送部(21)の間に配置される1つの第2熱輸送部(22)とが含まれており、
前記駆動機構(40)は、
前記第1熱輸送部(21)を前記熱輸送方向に移動させるスライド機構(405)と、
前記熱輸送方向に移動する前記第1熱輸送部(21)に押されて該熱輸送方向に移動する前記第2熱輸送部(22)の可動範囲を規制する規制部(406)とを有している
ことを特徴とする磁気冷凍システム。 - 請求項1~10のいずれか1つにおいて、
前記複数の熱輸送部(20)は、前記熱輸送方向をX軸方向とし該熱輸送方向と直交する第1方向をY軸方向とする二次元状、または、該熱輸送方向をX軸方向とし該第1方向をY軸方向とし該熱輸送方向および該第1方向と直交する第2方向をZ軸方向とする三次元状に配列されている
ことを特徴とする磁気冷凍システム。
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