特許 6136054 熱流束生成方法および磁気熱量効果による熱発生器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6136054

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】熱流束生成方法および磁気熱量効果による熱発生器

(51)【国際特許分類】

   F25B 21/00 20060101AFI20170522BHJP

【ＦＩ】

   F25B21/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-506706(P2013-506706)

(86)(22)【出願日】2011年4月27日

(65)【公表番号】特表2013-525738(P2013-525738A)

(43)【公表日】2013年6月20日

(86)【国際出願番号】FR2011000255

(87)【国際公開番号】WO2011135205

(87)【国際公開日】20111103

【審査請求日】2014年4月16日

【審判番号】不服2016-5962(P2016-5962/J1)

【審判請求日】2016年4月21日

(31)【優先権主張番号】10/53253

(32)【優先日】2010年4月28日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】308026872

【氏名又は名称】クールテック アプリケーションズ エス．エー．エス．

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】ヘイツラー，ジャン−クローデ

(72)【発明者】

【氏名】ムラー，クリスティアン

【合議体】

【審判長】 紀本 孝

【審判官】 窪田 治彦

【審判官】 結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−１８３２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０３４９０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２４９１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５７７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F25B21/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を有する少なくとも１つの熱モジュール（１）から熱流束を生成する方法であって、
前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）は、直列に接続されて冷却液に貫いて通過され、それぞれの前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）は、加熱段階とこれに続く冷却段階とに相当する異なる磁気段階を交互に生成する変動磁場が印加され、隣接する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）では互いに逆の磁気段階が同時に生成されるように前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に変動磁場が印加され、
前記冷却液は、磁場変動と同期化して前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過して循環し、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）の間が２つの異なる流体回路（８、９）を介して接続され、前記２つの異なる流体回路はそれぞれ冷回路（８）と称する冷却される冷却液の回路と、温回路（９）と称する加熱される冷却液の回路であって、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）全体が前記２つの異なる流体回路（８、９）を介して直列に接続され、前記２つの異なる流体回路（８、９）自体は並列に接続される方法において、さらに、
冷却液を、隣接する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に同時に互いに逆の方向に循環させること、すなわち、冷却段階の作用を受ける前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過する冷却液を前記熱モジュール（１）の冷端部（３）と称される第１の端部の方向に循環させると同時に、加熱段階の作用を受ける前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過する冷却液を温端部（４）と称される前記熱モジュール（１）の第２の端部の方向に循環させること、
隣接する２つの前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を前記２つの異なる流体回路で接続し、前記２つの異なる流体回路（８、９）はそれぞれ中間受容領域を形成する区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）を有し、前記区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）は隣接する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）の間に配置され、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）から出てくる冷却液を受容した後に次の前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に再注入するように配列され、前記２つの異なる流体回路（８、９）の前記区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）は互いに分離されていること、
加熱の磁気段階の作用を受けた前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）から前記温回路（９）を通過して出てくる冷却液を、前記温回路（９）に備えられた前記区画（９１、９２、９３）に保留し、次の磁気段階では、加熱の磁気段階の作用を受ける次の前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に循環させる一方で、冷却の磁気段階の作用を受けた前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）から前記冷回路（８）を通過して出てくる冷却液を前記冷回路（８）に備えられた前記区画（８１、８２、８３）に保留し、次の磁気段階では、冷却の磁気段階の作用を受ける次の前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に循環させるようにすること、および、
一方の端部に前記２つの異なる流体回路（８、９）が接続されていない２つの前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）の前記一方の端部のそれぞれを、前記熱モジュール（１）の前記冷端部（３）および前記温端部（４）とし、前記冷端部（３）および前記温端部（４）は熱エネルギーの交換のために外部装置または外部回路と接続されていること、を特徴とする方法。

【請求項2】

前記熱モジュール（１）内に、それぞれが異なるキュリー温度を有する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を、前記熱モジュール（１）の前記温端部（４）の方向へ向かってキュリー温度が高くなっていく順に配置することからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記熱モジュール（１）の前記温端部（４）の方向へ向かってキュリー温度が高くなっていく順に配列された複数の磁気熱量効果材料から前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を作製することからなることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

少なくとも２つの磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）と磁化配列（５）とを備える少なくとも１つの熱モジュール（１）を有する、熱流束を生成する熱発生器であって、
前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）は、冷却液が貫いて通過するように配列され、
前記磁化配列（５）は、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に変動磁場を印加するように構成され、それぞれの前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に加熱段階とこれに続く冷却段階とに相当する異なる磁気段階を交互に生成し、かつ、隣接する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）では互いに逆の磁気段階を同時に生成し、
前記冷却液は、磁場変動と同期化して前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過して循環し、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過する冷却液の循環は、循環させる手段（６１、６２、６３；７１、７２、７３）によって行われ、
前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）の間が２つの異なる流体回路（８、９）を介して接続され、前記２つの異なる流体回路はそれぞれ冷回路（８）と称する冷却される冷却液の回路と、温回路（９）と称する加熱される冷却液の回路であって、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）全体が前記２つの異なる流体回路（８、９）を介して直列に接続され、前記２つの異なる流体回路（８、９）自体は並列に接続される熱発生器において、さらに、
冷却液を、隣接する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に同時に互いに逆の方向に循環させること、すなわち、冷却段階の作用を受ける前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過する冷却液を前記熱モジュール（１）の冷端部（３）と称される第１の端部の方向に循環させると同時に、加熱段階の作用を受ける前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を通過する冷却液を温端部（４）と称される前記熱モジュール（１）の第２の端部の方向に循環させること、
隣接する２つの前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）を前記２つの異なる流体回路で接続し、前記２つの異なる流体回路（８、９）はそれぞれ中間受容領域を形成する区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）を有し、前記区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）は隣接する前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）の間に配置され、前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）から出てくる冷却液を受容した後に次の前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に再注入するように配列され、前記２つの異なる流体回路（８、９）の前記区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）は互いに分離されていること、
加熱の磁気段階の作用を受けた前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）から前記温回路（９）を通過して出てくる冷却液を、前記温回路（９）に備えられた前記区画（９１、９２、９３）に保留し、次の磁気段階では、加熱の磁気段階の作用を受ける次の前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に循環させる一方で、冷却の磁気段階の作用を受けた前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）から前記冷回路（８）を通過して出てくる冷却液を前記冷回路（８）に備えられた前記区画（８１、８２、８３）に保留し、次の磁気段階では、冷却の磁気段階の作用を受ける次の前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）に循環させるようにすること、および、
一方の端部に前記２つの異なる流体回路（８、９）が接続されていない２つの前記磁気熱量効果素子（２１、２２、２３、２４）の前記一方の端部のそれぞれを、前記熱モジュール（１）の前記冷端部（３）および前記温端部（４）とし、前記冷端部（３）および前記温端部（４）は熱エネルギーの交換のために外部装置または外部回路と接続されていること、を特徴とする熱発生器。

【請求項5】

前記循環させる手段（６１、６２、６３；７１、７２、７３）は、冷却液の前記所定容量を吸引・送出するように配列された前記区画（８１、８２、８３；９１、９２、９３）にピストンを備えることを特徴とする、請求項４に記載の熱発生器。

【請求項6】

前記２つの異なる流体回路（８、９）は、前記２つの異なる流体回路（８、９）内の冷却液の循環が前記冷回路（８）と前記温回路（９）とで互いに逆方向になるように冷却液の循環方向を制御する手段を備えることを特徴とする、請求項４および５のうちいずれか一項に記載の熱発生器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも２つの磁気熱量素子を有する少なくとも１つの熱モジュールから熱流束を生成する方法であって、磁気熱量素子は、２つずつ連結して流体連通するように接続され、同素子を冷却液が貫いて通過し、それぞれの磁気熱量素子で、加熱段階とこれに続く冷却段階とに相当する異なる磁気段階を交互に生成する変動磁場を印加され、冷却液は、磁場変動と同期化するように前記磁気熱量素子を同時に通過して循環する方法に関する。

【0002】

本発明はまた、前記方法を実施するための熱発生器であって、連結して互いに流体連通するように接続され、冷却液が貫いて通過するように配列された少なくとも２つの磁気熱量素子と、加熱段階と冷却段階とに相当する２つの連続する磁気段階をそれぞれの磁気熱量素子で交互に生成する変動磁場を、それぞれの磁気熱量素子に印加するようになっている磁化配列とを備える少なくとも１つの熱モジュールを有し、前記磁気熱量素子を通過する冷却液の循環は、磁場変動と同期化する循環手段によって行われる熱発生器も目的とする。

【背景技術】

【0003】

室温での磁気冷却技術は２０数年以上前から知られており、環境配慮および持続可能な開発の点でこの技術がもたらす利点が認識されている。また、この技術の有用な発熱力および効率には限度があることも知られている。そのため、この分野に関わる研究でこのような発熱器の性能が改善される傾向にあり、磁力、磁気熱量素子の性能、冷却液と磁気熱量素子との間の熱交換面積、熱交換器の性能など、さまざまなパラメータについて研究されている。

【0004】

磁気熱量材料の選択は決定的なものであり、磁気熱量による発熱器の性能に直接影響を及ぼす。この性能を向上させるための一つの対策が、この組み立て体の両端間の温度勾配を上げるために、キュリー温度の異なる複数の磁気熱量材料を連結することである。

【0005】

そのため、図１Ａおよび１Ｂに示すような少なくとも１つの熱モジュールＭを有する熱発生器が知られており、この熱発生器は、隣接して一列に配置される磁気熱量材料ＭＣと、ピストンＰのような冷却液の循環手段とを有し、この循環手段は、磁気熱量材料ＭＣ全体を通過して同材料の端から端まで、磁気熱量材料ＭＣの冷側Ｆと温側Ｃとの間を往来する動きに従って、磁場変動（図示せず）と同期化するように冷却液を駆動するようになっている。図１Ａおよび１Ｂに示すように、これらのピストンＰは、磁気熱量材料ＭＣ全体の両側に配置され、一方向に動いたのちにその反対方向に動くのを交互に繰り返し、図１Ａおよび１Ｂは、両端位置にある２つのピストンを示す。

【0006】

図１Ａおよび１Ｂからわかるように、流体は、磁気熱量材料が加熱サイクルの作用を受ける際に温端部Ｃへ向かう方向（冷却液の移動方向は点線の矢印で示している。図１Ａを参照）か、磁気熱量材料が冷却サイクルに従う際に冷端部Ｆへ向かう逆方向（冷却液が動く方向は実線の矢印で示している。図１Ｂを参照）に動く。

【0007】

この熱モジュールＭは、温度勾配を達成するために材料全体を通過させて冷却液を循環させる必要があるという欠点を備えている。複数の磁気熱量素子ＭＣを使用することにより、前記冷却液が通過する材料の長さが長くなってしまう。したがって、サイクル数（１サイクルは磁気熱量素子の１回の加熱と１回の冷却と定義する）を減らさないようにするためには、冷却液の速度を上げる必要がある。ところが、速度を上げると圧力が上がる作用が生じ、これによって電荷損失が増して冷却液と磁気熱量素子との間の熱交換率が低下し、磁気熱量による熱発生器の熱効率低下を招く。

【0008】

磁気熱量による熱発生器の発熱力を上げるには、１秒あたりのサイクル数を増やすという可能性があることも認識されている。ところが、それによって速度が増す作用が生じ、前述の欠点も引き起こされる。

【0009】

図１Ａおよび１Ｂに示すような熱モジュールＭを有する熱発生器では、使用する材料数が多いため、両端間で得られる温度勾配を達成するには事前にある程度長い時間作動させる必要がある。

【0010】

本出願者は、まだ公開されていない仏国特許出願第０８／０５９０１号で、同量または同じ長さの材料を用いて公知の熱発生機の熱効率を向上させることができる磁気熱量による熱発生器を提供した。

【0011】

本出願者はまた、国際特許第２００７／０２６０６２号および国際特許第２００８／０１２４１１号において、モジュール構成で磁気熱量材料と接触している温回路と冷回路との２つの異なる回路を有する、磁気熱量による熱発生器も提供した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】仏国特許出願第０８／０５９０１号

【特許文献2】国際特許第２００７／０２６０６２号

【特許文献3】国際特許第２００８／０１２４１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、前述の先行技術の欠点を緩和し、仏国特許出願第０８／０５９０１号の目的を含む変形例において磁気熱量による熱発生器を用いて容易に実施でき、向上した熱効率を示し、前記熱発生器の温端部と冷端部との間により大きい温度勾配を達成することもでき、これによってさらに迅速に、同量または同じ長さの磁気熱量材料での効率を向上させることができる熱流束生成方法を提供することに焦点を当てている。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この目的のため、本発明は、前述した類の方法であって、さらに、
− 前記磁気熱量素子を２つの異なる流体回路によって２つずつ接続することと、
− それぞれの素子で逆の磁気段階が同時に生成されるように、前記磁気熱量素子２つのうちの１つに逆の磁場変動を印加することと、
− ２つずつの前記磁気熱量素子に冷却液を逆の２方向に同時に循環させ、加熱の磁気段階の後に前記流体回路のうちの一方を通過して前記磁気熱量素子のうちの１つから出てくる流体の容量を、次の磁気段階では、加熱の磁気段階の作用を受ける磁気熱量素子に循環させるようにする一方で、冷却の磁気段階の後にもう一方の前記流体回路を通過して前記磁気熱量素子のうちの１つから出てくる流体の容量を、次の磁気段階では、冷却の磁気段階の作用を受ける次の磁気熱量素子に循環させるようにし、この逆も同様になるようにすることと、
− ２つの逆の磁気段階の間で、前記磁気熱量素子のうちの１つから出てきた冷却液を中間受容領域に保留することと
からなることを特徴とする方法に関する。

【0015】

本発明は、前述したような熱発生器であって、前記磁気熱量素子は２つの異なる流体回路によって２つずつ流体連通するように接続され、この流体回路は、それぞれ少なくとも１つの区画を有し、この区画は、１つの磁気段階で前記磁気熱量素子のうちの１つから出てくる冷却液の所定容量を受容することができ、これを次の磁気段階で次の磁気熱量素子の方へ送出することができることを特徴とする熱発生器も目的とする。

【0016】

本発明による方法は、とりわけ、冷却段階の作用を受けるそれぞれの磁気熱量素子を通過する、冷端部と称する前記熱モジュールの第１の端部の方向と、加熱段階の作用を受けるそれぞれの磁気熱量素子を通過する、温端部と称する前記熱モジュールの第２の端部の方向とに、冷却液を同時に循環させることからなる方法にすることができる。

【0017】

本方法は、さらに、２つの異なる回路（それぞれ冷回路と称する冷却される流体回路と、温回路と称する加熱される流体回路）を介して磁気熱量素子を２つずつ流体連通するように接続し、前記２つの回路はそれぞれ中間受容領域を形成する区画を有し、この区画は、隣接する２つの磁気熱量素子の間に配置され、磁気熱量素子から出てくる冷却液を受容した後に次の磁気熱量素子に再び注入するように配列されることからなる方法にすることができる。

【0018】

本方法を実施する温度範囲を拡大するため（例えば−２５℃〜＋６５℃）、本発明による方法は、前記熱モジュール内に、それぞれが異なるキュリー温度を有する磁気熱量素子を、前記熱モジュールの温端部の方向へ向かってキュリー温度が高くなっていく順に配置することからなる方法にすることができる。

【0019】

この構成では、前記方法は、前記熱モジュールの温端部の方向へ向かってキュリー温度が高くなっていく順に配列された複数の磁気熱量材料から前記磁気熱量素子を作製することからなる方法にしてもよい。

【0020】

本発明による方法を実施する熱発生器では、前記循環手段は、冷却液の前記所定容量を吸引・送出するように配列された各区画にピストンを備えることができる。

【0021】

さらに、前記磁気熱量素子は、２つの異なる並列の回路（それぞれ冷回路と称する冷却される流体回路と、温回路と称する加熱される流体回路）を介して流体連通するように互いに接続することができ、これらの回路は、前記回路内の冷却液の循環が逆方向になるように冷却液の循環方向を制御する手段を備える。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本発明およびその利点は、添付の図を参照しながら、非限定的に例として挙げた実施形態に沿った次の説明文を読むことによりさらに明らかになるだろう。

【0023】

【図1A】先行技術による熱モジュールの概略図である。

【図1B】先行技術による熱モジュールの概略図である。

【図2A】４つの磁気熱量素子で構成された熱モジュールの概略図であり、本発明による方法の連続する３段階のうちの１段階で前記素子を通過する冷却液の動きを示す図である。

【図2B】４つの磁気熱量素子で構成された熱モジュールの概略図であり、本発明による方法の連続する３段階のうちの１段階で前記素子を通過する冷却液の動きを示す図である。

【図2C】４つの磁気熱量素子で構成された熱モジュールの概略図であり、本発明による方法の連続する３段階のうちの１段階で前記素子を通過する冷却液の動きを示す図である。

【図3】本発明による熱モジュールの一実施形態の斜視図である。

【図4】図３の熱モジュールの一部の立面図である。

【図5A】図３の熱モジュールを図４の面Ｃ−Ｃに沿って切断した断面図であり、第１の磁気段階にある熱モジュールを示す図である。

【図5B】図３の熱モジュールを図４の面Ｄ−Ｄに沿って切断した断面図であり、第１の磁気段階にある熱モジュールを示す図である。

【図6】図３の熱モジュールの一部の立面図であり、図４と同じ図である。

【図7A】図３の熱モジュールを図６の面Ａ−Ａに沿って切断した断面図であり、第２の磁気段階にある熱モジュールを示す図である。

【図7B】図３の熱モジュールを図６の面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図であり、第２の磁気段階にある熱モジュールを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図示した実施例では、同じ部品または部分には同一の符号を付している。

【0025】

添付の図２から図７に示した熱モジュール１は、図の左を冷端部３、右を温端部４と定義する４つの磁気熱量素子２１、２２、２３、２４を有し、これらの素子は２つずつ接続される、つまり隣接する磁気熱量素子２１と２２、２２と２３、２３と２４が接続される。これらの磁気熱量素子２１、２２、２３、２４は、２つの異なる流体回路８および９、つまり冷回路８と温回路９とでそれぞれ互いに接続される。磁気熱量素子２１、２２、２３および２４は、並列に接続された２つの異なる流体回路８および９で直列に接続される。それぞれの流体回路８、９は、冷却液を循環させる手段を形成するピストン６１、６２、６３；７１、７２、７３と、対応する磁気熱量素子２１、２２、２３、２４に流体連通するように接続される区画８１、８２、８３および９１、９２、９３を形成する各ピストンのチャンバとを備える。前記区画８１、８２、８３、９１、９２、９３は、冷却液の中間受容領域を作製し、前記流体はここで、２つの磁気段階の間で吸入・送出される。さらに、回路８、９は、例えば逆止弁のような冷却液の循環方向を制御する手段（図５Ａおよび図５Ｂを参照）も備える。これらの冷却液制御手段は、回路８、９内の冷却液の循環方向を、例えば図のように、回路８は右から左すなわち温端部４から冷端部３へ、回路９は左から右すなわち冷端部３から温端部４へ強制することを目的とする。

【0026】

磁気熱量素子２１、２２、２３および２４のキュリー温度は、冷端部３から温端部４に向かって高くなり、磁気熱量素子２４は、キュリー温度が最も高く、熱モジュール１の温端部４に配置されている。変形例では、それぞれの磁気熱量素子２を、複数の異なる磁気熱量材料を組み合わせて作製し、同じくキュリー温度が高くなっていく順に配置してもよい。これらの磁気熱量素子は、流体を通過させる通路（図示せず）を有し、この通路は、たとえば中実ブロックに加工するか溝入りプレートを積層した集合体で得られる、ミニチャンネルまたはマイクロチャンネルなどの多孔質材料の孔で構成することができる。

【0027】

熱モジュール１の冷端部３および温端部４は、該熱モジュール１の両端部に配置される２つの磁気熱量素子２１および２４の冷端部および温端部と同じものである。これらの端部も、当然ながら、ピストンまたは図２Ａから図２Ｃには図示していないその他のあらゆる同等の装置など、１つまたは複数の冷却液循環手段と接続される。これらの端部は、熱交換器またはカロリーおよび／またはフリゴリーを１つまたは複数の外部装置に分散させることができるその他のあらゆる同等の手段と連結してもよい。

【0028】

図３、図５Ａ、図５Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示した熱モジュール１は、４つの磁気熱量素子２１、２２、２３および２４が一列に配列される線形的な構造を有する。当然ながら、これ以外のあらゆる適切な形態でもよい。

【0029】

図３、図５Ａ、図５Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂには、磁気熱量素子２１〜２４に変動磁場を印加することができる磁化配列５は図示していない。しかし、前記磁化配列５は、図２Ａから図２Ｃに概略的に示している。磁化配列は、磁気熱量素子２１〜２４に対して相対的に移動する永久磁石、またはその他のあらゆる同様の手段で構成することができる。

【0030】

それぞれの磁気熱量素子２１、２２、２３、２４には、ピストン６１、６２、６３；７１、７２、７３に駆動される冷却液を通過させることができ、同素子は、冷却段階と加熱段階とを交互に生成する磁化配列５を介して変動磁場を印加され、1回の磁気サイクルは、対応する磁気熱量素子２１、２２、２３、２４の冷却段階および加熱段階と一致する２つの磁気段階からなる。ピストン６１、６２、６３；７１、７２、７３の動きは、冷却液が、加熱サイクルの作用を受けているそれぞれの磁気熱量素子２１および２３または２２および２４を通過して温端部４の方向へ移動し、冷却サイクルの作用を受けているそれぞれの磁気熱量素子２２および２４または２１および２３を通過して冷端部３の方向へ移動するように、磁場変動と同期化する。この動きは、２つの異なる回路８および９それぞれが、直列の磁気熱量素子２１、２２、２３、２４と接続していることにより可能になる。実際、冷回路と称する第１の流体回路８は、冷却サイクルの作用を受けているときのみ冷却液を図の右から左へ移動させて磁気熱量素子２１、２２、２３、２４を通過させる働きをし、温回路と称する第２の流体回路９は、加熱サイクルの作用を受けているときのみ冷却液を図の左から右へ移動させて磁気熱量素子２１、２２、２３、２４を通過させる働きをする。これはチャンバ８１、８２、８３；９１、９２、９３についても同様であり、第１の部分８１、８２、８３は、第１の流体回路８に対応し、冷却サイクルの作用を受けているときの磁気熱量素子２１、２２、２３、２４を通過して冷却される冷却液のみを受け入れ、第２の部分９１、９２、９３は、第２の流体回路９に対応し、温サイクルの作用を受けているときの磁気熱量素子２１、２２、２３、２４を通過して加熱される冷却液のみを受け入れる。

【0031】

すでに述べたように、それぞれの回路８、９には冷却液制御手段が搭載され、この回路内で冷却液の循環方向を強制する。換言すれば、２つの磁気熱量素子の間では、冷回路と称する回路８が一方向に冷却液を循環させ、温回路と称するもう１つの回路９が反対方向に冷却液を循環させるようになっている。前記回路８、９の循環方向が変化することはなく、それぞれの回路が冷却液を単一方向に、つまり１つの磁気熱量素子からこの素子が前記回路８、９で接続されている磁気熱量素子の方へ循環させるようになっている。これによれば、磁気熱量素子２１と２２とを接続している温回路９および冷回路８を考える場合、温回路９は、加熱段階の後に磁気熱量素子２１から出てくる冷却液を、受容領域９１に一時的に保留または通過させて磁気熱量素子２２の方へ送出するようになっており、冷回路８は、冷却段階の後に磁気熱量素子２２から出てくる冷却液を、受容領域８１に一時的に保留または通過させて磁気熱量素子２１の方へ送出するようになっている。温回路９は、冷却液を温端部４の方へ循環させ、冷回路８は冷却液を冷端部３の方へ循環させる。中間受容領域８１、９１により、冷却液を２つの磁気段階の間で保留することができる。

【0032】

図２Ａから図２Ｃは、本方法の連続する３つの磁気段階にある熱モジュール１を示す。図２Ａ、図２Ｃならびに図５Ａおよび図５Ｂは、磁気熱量素子２１、２２、２３、２４が同じ磁気状態にある熱モジュール１を示す。すなわち、図で左から出発している第１および第３の磁気熱量素子２１および２３は、磁化配列５によって生成される磁場または増磁を印加されて加熱段階にあり、熱モジュール１の他の２つの磁気熱量素子２２および２４は、ゼロ磁場または減磁を印加されて冷却段階にある。

【0033】

逆の効果を有する磁気熱量材料の場合、磁場または増磁を印加されることによって同材料が冷却され、この磁場が後退する、または弱磁もしくは減磁を印加されることによって同材料が加熱される。よって、本発明による方法は変わらないままであり、サイクルの段階のみが磁場変動に対して逆になる。

【0034】

図２Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂは、第１の磁気熱量素子２１および第３の磁気熱量素子２３が冷却段階にある熱モジュール１を示す。なぜなら、この磁気熱量素子は磁場を印加されておらず、他の２つの磁気熱量素子２２および２４が磁化配列５によって生成される磁場を印加されて加熱段階にあるためである。冷却液の循環は、ピストン６１、６２、６３；７１、７２、７３によって制御される。

【0035】

図２Ａ、図５Ａおよび図５Ｂは、第１の磁気段階を示し、この段階では、励磁した（磁場または増磁を印加された）第１の磁気熱量素子２１と、励磁していない（磁場を印加されていない、または減磁を印加された）第２の磁気熱量素子２２との間、および励磁した第３の磁気熱量素子２３と励磁していない第４の磁気熱量素子２４との間にそれぞれ位置するピストン６１、７１および６３、７３は、吸引モードで下に移動し、その結果、ピストンのチャンバまたは区画８１、９１および８３、９３は冷却液を吸引し、他の２つのピストン６２および７２は送出モードで上に移動し、その結果、ピストンのチャンバまたは区画８２、９２は、中に入っている冷却液を排出する。

【0036】

図２Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂは、第２の磁気段階を示し、この段階では、今度は励磁していない第１の磁気熱量素子２１と励磁した第２の磁気熱量素子２２との間、および励磁していない第３の磁気熱量素子２３と励磁した第４の磁気熱量素子２４との間にそれぞれ位置するピストン６１、７１および６３、７３は、送出モードで上に移動し、その結果、ピストンのチャンバまたは区画８１、９１および８３、９３は、中に入っている冷却液を排出し、他の２つのピストン６２および７２は、吸引モードで下に移動し、その結果、ピストンのチャンバまたは区画８２、９２は冷却液を吸引する。

【0037】

図２Ｃは、図２Ａに示した第１の磁気段階と同じである第３の磁気段階を示す。

【0038】

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図５Ａ、図５Ｂ、７図Ａおよび図７Ｂを見ると、加熱の作用を受けている第１の磁気熱量素子２１を通過して循環し、図２Ａの第１の磁気段階にあるチャンバ９１の方へ誘導されている冷却液は、図２Ｂの第２の磁気段階では、同じく加熱の作用を受けている第２の磁気熱量素子２２を通過して循環し、チャンバ９２の方へ誘導されたのち、図２Ｃの第３の磁気段階では、加熱の作用を受けている第３の磁気熱量素子２３を通過して循環し、チャンバ９３の方向へ誘導されることがわかる。同にように、冷却液は、冷却の作用を受けている第４の磁気熱量素子２４を通過して循環し、図２Ａの第１の磁気段階にあるチャンバ８３の方へ誘導され、図２Ｂの第２の磁気段階では、同じく冷却の作用を受けている第３の磁気熱量素子２３を通過して循環し、チャンバ８２の方へ誘導されたのち、図２Ｃの第３の磁気段階では、冷却の作用を受けている第２の磁気熱量素子２２を通過して循環し、チャンバ８１の方へ誘導される。

【0039】

したがって、冷端部３から温端部４に向かって図の左から右へ循環する冷却液は、磁気熱量素子を通過するときに、同素子それぞれの加熱状態を利用してそれぞれの磁気熱量素子２１〜２４によって順次加熱されるため、前記温端部４に近づくにつれて加熱される。これと同時に、温端部４から冷端部３へ向かって図の右から左へ循環する冷却液は、磁気熱量素子を通過するときに、同素子それぞれの冷却状態を利用してそれぞれの磁気熱量素子２４〜２１によって順次冷却されるため、前記冷端部３に近づくにつれて冷却される。さらに、冷流体回路８および温流体回路９は、加熱される際の磁気熱量素子を通過して循環する冷却液の容量が、冷却される際の磁気熱量素子２１〜２４を通過して循環する冷却液の容量と一切混ざらないように分離されている。とりわけ磁気熱量素子２１〜２４をキュリー温度が高くなっていく順に配置したこのような構成、およびこのような方法により、熱モジュール１の温端部と冷端部との間の温度勾配を増大させることができ、この温度勾配を迅速に達成することができる。換言すれば、本発明により、大きな温度勾配を迅速に得ることができ、それによってこのような熱モジュール１から引き出すことができる有用で強力な発熱力を得ることができる。

【0040】

本発明による方法により、熱モジュール１の温端部４と冷端部３との間に温度勾配を生み出すことができ、外部装置または外部回路との熱エネルギーの採取または交換が行われる際にはこの勾配を維持することができる。本発明による熱発生器は、実際に、（暖房、冷房、温度調節などに）使用する１つまたは複数の外部回路との熱エネルギーの交換を目的としており、それぞれの熱モジュール１の冷端部３または温端部４の少なくとも一方に接続され、場合によっては熱交換器を介して接続される。温チャンバまたは冷チャンバを熱モジュール１の温端部４または冷端部３と関連付けるか流体連通するように接続することもできる。

【0041】

さらに、分離する方法で、すなわち隣接する２つの磁気熱量素子の間に循環手段を介して冷却液を駆動することは、流体が磁気熱量素子ＭＣすべてを最初の磁気熱量素子から最後の磁気熱量素子まで第１の方向で同時に循環したのち、同じ磁気熱量素子ＭＣを今度は第１の方向とは逆の方向で循環する（図１Ａおよび１Ｂを参照）という公知の熱発生器と比べて多数の利点がある。

【0042】

第１の利点は、電荷損失が分散されて減少することにあり、ピストン６１、６２、６３；７１、７２、７３に駆動される冷却液は、それぞれの磁気段階に１つの磁気熱量素子２しか通過せず、熱モジュール１を構成する磁気熱量素子２のすべては通過しないという点である。

【0043】

そのために、図２Ａから図２Ｃでは、矢印は冷却液の移動方向を示し、点線の矢印は温端部４へ向かう動きに相当し、実線の矢印は冷端部３に向かう動きを示す。

【0044】

第２の利点は、図１Ａおよび図１Ｂに示した先行技術の公知のシステムと、磁気熱量材料が同じ長さである本発明によるシステムとを比較すると明らかになる。磁気熱量素子ＭＣを通過する冷却液の速度が同じ場合、熱モジュール１を有する本発明による熱発生器では、サイクル数が４倍になることがわかる。その結果、このような熱発生器の発熱力も同じ割合で増大する。

【0045】

例を挙げると、冷却液の速度が１００ｍｍ／秒で、磁気熱量素子１つあたりの長さが１００ミリメートルの場合、
− 図１Ａおよび図１Ｂに示した先行技術の公知のシステムの磁気熱量素子ＭＣすべてを通過するのに必要な時間は、（４×１００）÷１００＝４秒であり、これは０．２５ヘルツの周波数に等しい。
− 一方、本発明による熱発生器１の磁気熱量素子２１〜２４すべてを通過するのに必要な時間は、（１×１００）÷１００＝１秒であり、これは１ヘルツの周波数に等しく、つまり４倍速い。

【0046】

また、引き続き本発明による熱発生器１を先行技術の公知のシステムと比較すると、同じサイクル数（消磁と励磁）に対し、冷却液の移動速度は、本発明による熱発生器１では４分の１になる。その結果、本発明では電荷損失が減少し、それによって冷却液の移動に必要なエネルギーが減少し、熱交換の時間が長くなり、これによって交換される発熱力が増大するという効果が生じる。

【0047】

例を挙げると、加熱段階（または励磁段階）１秒かつ冷却段階（または消磁段階）が1秒であり、磁気熱量素子１つあたりの長さが１００ミリメートルに相当する０．５ヘルツの周波数の場合、
− 図１Ａおよび図１Ｂに示した先行技術の公知のシステムの磁気熱量素子ＭＣすべてを１秒間で通過するには、冷却液の速度が、（４×０．１００）÷１＝０．４ｍ／秒である必要がある。
− 一方、本発明による熱モジュール１の磁気熱量素子２１、２２、２３、２４すべてを通過するには、それぞれの共通チャンバで駆動される冷却液の速度は、（１×０．１００）÷１＝０．１ｍ／秒である。

【0048】

添付の図面には、ピストン８１、８２、８３；７１、７２、７３の操作手段は図示していない。この操作手段は、例えばこの手段自体の回転軸に取り付けられる制御カム、またはこれと同等の手段で作製することができる。

【0049】

このような構成では、複数の熱モジュール１を例えば星状に、モジュールを互いに９０°の角度に沿ってずらして配置し、同じく互いに９０°の角度に沿ってずらしたこれに対応するローブを有する制御カムを作製することもでき、この場合前記熱モジュールは、それぞれのローブがそれぞれの前記熱モジュール１のピストンを作動させるように、軸回りに半径方向に配置される。

【0050】

図示していない第２の実施形態では、ピストン８１、８２、８３；７１、７２、７３の操作は、前記熱モジュール１の全長にわたって往来する並進運動に沿って移動し誘導用の溝を有する操作用のスライドによって行われ、この溝に各ピストンの対応する結合素子が誘導される。誘導用の溝は、鋸歯形状にすることができ、ピストンは、操作用スライドに対してほぼ水平に配置することができる。

【0051】

有利には、本方法は、冷却液を磁気熱量素子２１〜２４全体を通過して循環させ、磁気熱量素子１の冷端部３と温端部４との２つの端部の間で大きな温度勾配を迅速に達成することからなる。本方法では、冷却液の第１の部分は、冷端部３の方向へ循環し、磁気熱量素子が冷却段階にあるときのみ磁気熱量素子２４〜２１を通過し、冷却液の第２の部分は、これと同時に温端部４の方向へ循環し、磁気熱量素子が加熱段階にあるときのみ磁気熱量素子２１〜２４を通過する。そのため、冷回路８を循環する流体は、冷端部３に近づくにつれて冷却され、キュリー温度が低くなっていく順に配列された磁気熱量素子２４〜２１を通過して同素子と熱交換するのに対し、温回路９を循環する冷却液は、温端部４に近づくにつれて加熱され、キュリー温度が高くなっていく順に配列された磁気熱量素子２１〜２４を通過して同素子と熱交換する。

【0052】

当然ながら、本発明は、記載したこれらの実施形態に限定されるものではなく、ピストン８１、８２、８３；７１、７２、７３を操作できるあらゆるタイプの装置も適切である。

【0053】

本発明による熱発生器は、１つまたは複数の熱モジュール１を備えることができる。この熱モジュールの数および空間的配置は、可能な外形寸法および必要な発熱力によって異なる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本明細書により、本発明が設定した目的、すなわち、簡易な構造で効率が向上した１つまたは複数の熱モジュール１を有する熱発生器を提案するという目的を達成できることが明らかになる。

【0055】

このような熱発生器であれば、暖房、冷房、温度調節、冷却またはその他の分野で、競争に耐え得る費用かつ場所を取らない寸法で、工業用にも家庭用にも用途を見出すことができる。

【0056】

さらに、この熱発生器を構成する部品はすべて、再製可能な工業プロセスに従って作製することができる。

【0057】

本発明は、記載した実施例に限定されるものではなく、添付の請求項に定義した保護範囲内である限り、当業者に自明のあらゆる修正および変形例も範囲に含まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】