JP2009221494A - Magnetic refrigerating material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば冷凍庫、冷蔵庫等の家電製品、ガス液化産業、超伝導素子などに好適に用いられる磁気冷凍材料に関するものである。 The present invention relates to a magnetic refrigeration material suitably used for home appliances such as a freezer and a refrigerator, a gas liquefaction industry, a superconducting element, and the like.
近年、地球温暖化、オゾン層の破壊などの環境問題を引き起こすフロン系ガスを冷媒として用いる従来の気体冷凍方式に代わる新しい磁気冷凍方式が提案されている。この磁気冷凍方式では、磁性体を冷媒(磁気冷凍材料)とし、その磁気熱量効果つまり等温状態で磁性体の磁気秩序を磁場で変化させた際に生じる磁気エントロピー変化及び断熱状態で磁性体の磁気秩序を磁場で変化させた際に生じる断熱温度変化を利用する。従って、この磁気冷凍方式によれば、フロンガスを使用することなく冷凍を行うことができ、従来の気体冷凍方式に比べて冷凍効率が高いという利点がある。 In recent years, a new magnetic refrigeration system has been proposed in place of the conventional gas refrigeration system that uses chlorofluorocarbon-based gases that cause environmental problems such as global warming and ozone layer destruction as refrigerants. In this magnetic refrigeration system, the magnetic material is a refrigerant (magnetic refrigeration material), and the magnetocaloric effect, that is, the magnetic entropy change that occurs when the magnetic order of the magnetic material is changed by a magnetic field in an isothermal state and the magnetic properties of the magnetic material in an adiabatic state The adiabatic temperature change that occurs when the order is changed by a magnetic field is used. Therefore, according to this magnetic refrigeration method, refrigeration can be performed without using chlorofluorocarbon gas, and there is an advantage that the refrigeration efficiency is higher than that of the conventional gas refrigeration method.
係る磁気冷凍方式に用いられる磁気冷凍材料として、低い磁場で大きな磁気熱量効果を示す効率の良い材料が探索されている。そのような磁気冷凍材料として、ガドリニウム(Gd)又はその化合物が知られている。このガドリニウム又はその化合物は磁気冷凍性能に優れているが、ガドリニウムは高価な元素であることから、磁気冷凍材料のコストが嵩むという欠点があった。 As a magnetic refrigeration material used in such a magnetic refrigeration system, an efficient material that exhibits a large magnetocaloric effect at a low magnetic field has been searched. As such a magnetic refrigeration material, gadolinium (Gd) or a compound thereof is known. This gadolinium or a compound thereof is excellent in magnetic refrigeration performance, but gadolinium is an expensive element, so that there is a drawback that the cost of the magnetic refrigeration material increases.
そこで、磁気冷凍材料として、La(FexSi1−x)13なる化合物が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。すなわち、該磁気冷凍材料は、NaZn13型La(FexSi1−x)13Hyにおいて、Ceを部分置換、Hを吸収させ、その組成をNaZn13型La1−zCez(FexSi1−x)13Hyとしたものである。この磁気冷凍材料によれば、170〜340Kの温度で磁気熱量効果を向上させることができる。
しかしながら、特許文献1に記載されている磁気冷凍材料では、磁気冷凍性能を表す磁気エントロピー変化(ΔSM)の最大値は大きいが、磁気冷凍材料の動作温度範囲が狭いため、その取扱いが難しいという問題があった。従って、安価で磁気冷凍性能に優れる上に、動作温度範囲の広い磁気冷凍材料が求められている。
However, in the magnetic refrigeration material described in
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、安価で磁気冷凍性能に優れると共に、動作温度範囲の広い磁気冷凍材料を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art, and the object thereof is to provide a magnetic refrigeration material that is inexpensive and excellent in magnetic refrigeration performance and has a wide operating temperature range. There is to do.
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の磁気冷凍材料は、磁界の変化に基づいて温度が変化する磁気冷凍材料であって、下記の一般式(1)で表される化合物よりなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the magnetic refrigeration material according to
La(Fe1−x−yCoySix)13 ・・・(1)
ここで、xは0.05〜0.16及びyは0.04〜0.10である。
請求項2の磁気冷凍材料は、請求項1に係る発明において、前記一般式(1)における1−x−yは0.82〜0.90であることを特徴とする。
La (Fe 1-xy Co y Si x ) 13 (1)
Here, x is 0.05 to 0.16 and y is 0.04 to 0.10.
The magnetic refrigeration material according to
請求項3の磁気冷凍材料は、請求項1又は請求項2に係る発明において、前記一般式(1)におけるxは0.06〜0.12、yは0.04〜0.08、及び1−x−yは0.82〜0.88であることを特徴とする。
The magnetic refrigeration material according to claim 3 is the invention according to
請求項4の磁気冷凍材料は、請求項1から請求項3のいずれか1項に係る発明において、磁気エントロピーの変化量が5〜11J/kg・Kであることを特徴とする。
請求項5の磁気冷凍材料は、請求項1から請求項4のいずれか1項に係る発明において、磁気冷凍性能を示す相対冷却力(RCP、Relative Cooling Power)が140〜180J/kgであることを特徴とする。
The magnetic refrigeration material according to
The magnetic refrigeration material according to claim 5 is the invention according to any one of
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項1に記載の磁気冷凍材料は、前記一般式(1)で表される化合物よりなるものである。この一般式(1)で表される化合物は、磁気冷凍性能を示す磁気エントロピー変化量の最大値や相対冷却力について従来のガドリニウムに比べて遜色がない。さらに、係る一般式(1)で表される化合物は、従来のLa(FexSi1−x)13なる化合物に比べて磁気エントロピーの変化量の最大値は若干低下するが、動作温度範囲が拡大する。加えて、一般式(1)で表される化合物は従来のガドリニウムやその化合物に比較して安価に入手することができる。従って、安価で磁気冷凍性能に優れると共に、動作温度範囲の広い磁気冷凍材料を提供することができる。
According to the present invention, the following effects can be exhibited.
The magnetic refrigeration material of
請求項2の磁気冷凍材料では、前記一般式(1)における1−x−yは0.82〜0.90である。このため、請求項1に係る発明の効果を一層向上させることができる。
請求項3の磁気冷凍材料では、前記一般式(1)におけるxは0.06〜0.12、yは0.04〜0.08、及び1−x−yは0.82〜0.88である。従って、請求項1又は請求項2に係る発明の効果に加えて、磁気冷凍性能を最も高めることができ、最も効率良く磁気冷凍効果を発揮することができる。
In the magnetic refrigeration material according to
In the magnetic refrigeration material according to claim 3, x in the general formula (1) is 0.06 to 0.12, y is 0.04 to 0.08, and 1-xy is 0.82 to 0.88. It is. Therefore, in addition to the effect of the invention according to
請求項4の磁気冷凍材料では、磁気エントロピーの変化量が5〜11J/kg・kである。このため、請求項1から請求項3のいずれかに係る発明の効果に加えて、磁気エントロピーの変化量を従来のガドリニウムよりも高めることができる。
In the magnetic refrigeration material according to
請求項5の磁気冷凍材料では、磁気冷凍性能を示す相対冷却力(RCP)が140〜180J/kgである。そのため、請求項1から請求項4のいずれかに係る発明の効果に加えて、RCPを従来のガドリニウムに比べて十分に高めることができ、磁気冷凍性能を向上させることができる。
In the magnetic refrigeration material according to claim 5, the relative cooling power (RCP) indicating the magnetic refrigeration performance is 140 to 180 J / kg. Therefore, in addition to the effect of the invention according to any one of
以下、本発明の最良と思われる実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の磁気冷凍材料(磁気作業物質)は、磁界の変化に基づいて温度が変化する磁気冷凍材料である。すなわち、磁気冷凍材料は増磁されることによって温度が上昇し、減磁されることによって温度が低下する。該磁気冷凍材料は、下記の一般式(1)で表されるランタン(La)、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)の化合物(金属間化合物)よりなるものである。
In the following, embodiments that are considered to be the best of the present invention will be described in detail.
The magnetic refrigeration material (magnetic working substance) of this embodiment is a magnetic refrigeration material whose temperature changes based on a change in magnetic field. That is, the temperature of the magnetic refrigeration material is increased by increasing the magnetization, and the temperature is decreased by demagnetizing. The magnetic refrigeration material is composed of a compound (intermetallic compound) of lanthanum (La), iron (Fe), cobalt (Co) and silicon (Si) represented by the following general formula (1).
La(Fe1−x−yCoySix)13 ・・・(1)
但し、xは0.05〜0.16及びyは0.04〜0.10である。
この場合、1−x−yは0.74〜0.91となる。
La (Fe 1-xy Co y Si x ) 13 (1)
However, x is 0.05-0.16 and y is 0.04-0.10.
In this case, 1-xy is 0.74 to 0.91.
図1は鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)の三元状態図を表し、上記一般式(1)で表される化合物の組成は斜線で示した範囲である。磁気冷凍材料の組成をこの範囲に設定することにより、磁気冷凍材料の磁気冷凍性能(磁気熱量効果)を高め、動作温度範囲を広げることができる。磁気冷凍材料を構成する鉄、コバルト及びケイ素のいずれかの成分の組成が上記の範囲を外れると、磁気冷凍材料の磁気冷凍性能が低下するか又はその動作温度範囲が狭くなる。 FIG. 1 shows a ternary phase diagram of iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si), and the composition of the compound represented by the general formula (1) is in a range indicated by oblique lines. By setting the composition of the magnetic refrigeration material within this range, the magnetic refrigeration performance (magnetocaloric effect) of the magnetic refrigeration material can be enhanced and the operating temperature range can be expanded. If the composition of any of iron, cobalt, and silicon constituting the magnetic refrigeration material is out of the above range, the magnetic refrigeration performance of the magnetic refrigeration material is reduced or the operating temperature range is narrowed.
前記一般式(1)における1−x−yは0.82〜0.90であることが好ましく、その場合には磁気冷凍性能を一層高め、動作温度範囲を一層広げることができる。さらに、一般式(1)におけるxは0.06〜0.12、yは0.04〜0.08、及び1−x−yは0.82〜0.88であることが最も好ましい。この場合、磁気冷凍性能を最も高めることができ、最も効率良く磁気冷凍効果を発揮することができる。なお、一般式(1)におけるxを0.06〜0.11、yを0.05〜0.08、及び1−x−yを0.81〜0.89に設定することもできる。この場合にも、上記とほぼ同様の最も優れた効果を発揮することができる。 1-xy in the general formula (1) is preferably 0.82 to 0.90. In that case, the magnetic refrigeration performance can be further enhanced and the operating temperature range can be further expanded. Furthermore, x in the general formula (1) is most preferably 0.06 to 0.12, y is 0.04 to 0.08, and 1-xy is 0.82 to 0.88. In this case, the magnetic refrigeration performance can be enhanced most, and the magnetic refrigeration effect can be exhibited most efficiently. In general formula (1), x can be set to 0.06 to 0.11, y can be set to 0.05 to 0.08, and 1-xy can be set to 0.81 to 0.89. Also in this case, the most excellent effect similar to the above can be exhibited.
一般式(1)で表される化合物は、常磁性状態から強磁性へのメタ磁性転移を示し、磁化、比熱などの物性が大きく変化する材料である。このため、磁気冷凍性能を示す磁気エントロピー変化量(−ΔSM)の最大値(−ΔSmax)や相対冷却力(RCP)について、従来のガドリニウムに比べて同等以上の性能を示す。 The compound represented by the general formula (1) is a material that exhibits a metamagnetic transition from a paramagnetic state to ferromagnetism, and whose physical properties such as magnetization and specific heat change greatly. For this reason, the maximum value (−ΔSmax) and the relative cooling power (RCP) of the magnetic entropy change amount (−ΔS M ) indicating the magnetic refrigeration performance are equal to or higher than those of conventional gadolinium.
ここで、磁気エントロピー変化量(−ΔSM)を示すΔSMは、Maxellの下記に示す関係式(2)を用いて磁化温度曲線から求めることができる。 Here, ΔS M indicating the amount of change in magnetic entropy (−ΔS M ) can be obtained from the magnetization temperature curve using the following relational expression (2) of Maxell.
また、相対冷却力(RCP)は、次式(3)で定義される。
RCP=−ΔSmax×δT ・・・(3)
但し、−ΔSmaxは−ΔSMの最大値を示し、δTは−ΔSMのピークの半値幅を示す。
Further, the relative cooling power (RCP) is defined by the following equation (3).
RCP = −ΔSmax × δT (3)
However, -DerutaSmax represents the maximum value of -ΔS M, δT denotes a half-value width of the peak of -ΔS M.
さらに、前記一般式(1)で表される化合物は、従来のLa(FexSi1−x)13なる化合物に比べて磁気エントロピーの変化量の最大値は若干低下するが、動作温度範囲が拡大する性質を示す。加えて、一般式(1)で表される化合物は、従来のガドリニウムやその化合物に比較して安価に入手することができる。そのため、該磁気冷凍材料は安価で磁気冷凍性能に優れる上に、動作温度範囲を拡大することができる。 Further, the compound represented by the general formula (1), the maximum value of the variation of the magnetic entropy slightly decreases as compared with conventional La (Fe x Si 1-x ) 13 comprising a compound, but the operating temperature range Shows the expanding nature. In addition, the compound represented by the general formula (1) can be obtained at a lower cost than conventional gadolinium and its compounds. Therefore, the magnetic refrigeration material is inexpensive and excellent in magnetic refrigeration performance, and the operating temperature range can be expanded.
磁気冷凍性能を示す磁気エントロピーの変化量−ΔSM(J/kg・K)は、その変化量を従来のガドリニウムよりも高めるために、5〜11J/kg・Kであることが好ましく、6〜11J/kg・Kであることがより好ましい。磁気エントロピーの変化量が5J/kg・Kより低い場合には、磁気冷凍性能が不足し、磁気冷凍の効率が低下する。その一方、11J/kg・Kより高い場合には、動作温度範囲が狭くなって取扱性が悪くなる傾向を示して好ましくない。 The amount of change in magnetic entropy indicating magnetic refrigeration performance −ΔS M (J / kg · K) is preferably 5 to 11 J / kg · K in order to increase the amount of change over conventional gadolinium, More preferably, it is 11 J / kg · K. When the amount of change in magnetic entropy is lower than 5 J / kg · K, the magnetic refrigeration performance is insufficient and the efficiency of magnetic refrigeration decreases. On the other hand, if it is higher than 11 J / kg · K, the operating temperature range becomes narrow and the handling property tends to deteriorate, which is not preferable.
このような磁気エントロピーの変化量−ΔSM(J/kg・K)の最大値を示す温度(キュリー温度)は、273K(0℃)〜308K(35℃)であることが好ましい。磁気エントロピーの変化量の最大値を示す温度が常温近傍の温度であれば、磁気冷凍材料の動作を常温近傍にて容易に行うことができる。 The temperature (Curie temperature) showing the maximum value of the magnetic entropy variation −ΔS M (J / kg · K) is preferably 273 K (0 ° C.) to 308 K (35 ° C.). If the temperature showing the maximum value of the change in magnetic entropy is near room temperature, the magnetic refrigeration material can be easily operated near room temperature.
また、磁気冷凍性能を示す相対冷却力(RCP)は、従来のガドリニウムに比べて十分に高めることができ、磁気冷凍性能を向上させるために、140〜180J/kgであることが好ましく、150〜180J/kgであることがより好ましい。RCPが150J/kg未満の場合には、磁気冷凍材料による冷却能力に欠け、好ましくない。一方、180J/kgを超える場合には、磁気エントロピーの変化量が高くなり過ぎるか、又は動作温度が常温近傍から外れて好ましくない。 Further, the relative cooling power (RCP) showing the magnetic refrigeration performance can be sufficiently increased as compared with the conventional gadolinium, and in order to improve the magnetic refrigeration performance, it is preferably 140 to 180 J / kg, 150 to More preferably, it is 180 J / kg. When RCP is less than 150 J / kg, the cooling capacity by the magnetic refrigeration material is insufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 180 J / kg, the amount of change in magnetic entropy becomes too high, or the operating temperature is not preferable because it is out of the normal temperature.
次に、上記の磁気冷凍材料を用いる磁気冷凍装置の構造について説明する。
図3は磁気冷凍装置10を模式的に示す図であって、その図に示すように、磁気冷凍装置10の円筒状をなす固定子11の内側には、180度対向する位置に各一対の磁気作業体12a、12bが配置されている。これらの磁気作業体12a、12bより内方には、回転子としての永久磁石13が配設され、該永久磁石13の回転により磁気作業体12a、12bに磁界を発生させるようになっている。
Next, the structure of the magnetic refrigeration apparatus using the magnetic refrigeration material will be described.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the
前記各磁気作業体12a、12b内には、磁気冷凍材料14a、14bが収容されている。各磁気作業体12a、12aには、固定子11の外部に導出される低温配管15a、15aと高温配管16a、16aとが各々接続され、冷却媒体としての水の循環経路が形成されている。ここで、一対の磁気作業体12a、12a間では、低温配管15a、15aと高温配管16a、16aとが接続され、他の一対の磁気作業体12b、12b間では、低温配管15b、15bと高温配管16b、16bとが各々接続されている。
一方、隣接する一対の磁気作業体12a、12b間では、被冷却物17を冷却するための冷却装置18を介して低温配管15a、15b同士が接続されている。また、隣接する他の一対の磁気作業体12a、12bの高温配管16a、16bは、ロータリー弁19を介して循環装置(ポンプ)20及び排熱交換器21に接続されている。ロータリー弁19では、循環装置20から供給される冷却水が高温配管16a、16bへ交互に供給されるようになっている。
On the other hand, between the adjacent magnetic working
このように構成された磁気冷凍装置10の動作について説明する。
永久磁石13が0°及び180°の位置にあるときには、それに対向する位置にある磁気作業体12a、12aの磁気冷凍材料14a、14aは、増磁されて温度が上昇する。その一方、これらと90°位相が異なる90°及び270°の位置にある磁気作業体12b、12bの磁気冷凍材料14b、14bは減磁されて温度が低下する。
Operation | movement of the
When the
このとき、ロータリー弁19を介して冷却水を、図3の実線の矢印で示すように、循環装置20から90°位置の磁気作業体12bの高温配管16b、その位置の磁気作業体12b、低温配管15b、270°位置の磁気作業体12bの高温配管16b、その位置の磁気作業体12b、低温配管15b、冷却装置18へと循環させる。このとき、温度低下した磁気冷凍材料14bで冷却された冷却水により、冷却装置18において被冷却物17が冷却される。
At this time, as shown by the solid line arrow in FIG. 3, the cooling water is passed through the
さらに、そこから180°位置の磁気作業体12aの低温配管15a、その位置の磁気作業体12a、高温配管16a、0°位置の磁気作業体12aの低温配管15a、その位置の磁気作業体12a、高温配管16a、ロータリー弁19、排熱交換器21及び循環装置20へと循環させる。このとき、冷却装置18からの冷却水は、増磁されて温度が上昇した磁気冷凍材料14aを冷却して排熱交換器21に戻り、仕事分の熱量を放出する。
Further, the
続いて、永久磁石13を90°回転させると、0°及び180°の位置にある磁気作業体12aの磁気冷凍材料14aは、減磁されて温度が低下し、90°及び270°の位置にある磁気作業体12bの磁気冷凍材料14bは増磁されて温度が上昇する。このとき、ロータリー弁19も弁体が90°回転しているため、図3の破線矢印に示すように、今度は逆に0°位置の磁気作業体12aの磁気冷凍材料14aから冷却水を循環させることになる。
Subsequently, when the
永久磁石13の回転を繰り返すことにより、各磁気作業体12bの低温配管15b接続側の温度は、冷凍能力と熱負荷とがバランスする温度まで低下する。その一方、各磁気作業体12aの高温配管15a接続側の温度は、排熱交換器21の排熱能力と冷凍能力とがバランスしてほぼ一定温度に達する。
By repeating the rotation of the
以上詳述した実施形態によって発揮される効果を以下にまとめて記載する。
・ 本実施形態における磁気冷凍材料14a、14bは、前記一般式(1)で表される化合物より構成される。この一般式(1)で表される化合物は、磁気冷凍性能を示す磁気エントロピー変化量(−ΔSM)の最大値や相対冷却力(RCP)が従来のガドリニウム(Gd)と同等以上の性能を示す。さらに、係る一般式(1)で表される化合物は、従来のLa(FexSi1−x)13なる化合物に比べて磁気エントロピーの変化量の最大値は若干低下するが、動作温度範囲が拡大する。加えて、一般式(1)で表される化合物は従来のガドリニウムに比較して安価に入手することができる。従って、安価で磁気冷凍性能に優れると共に、動作温度範囲の広い磁気冷凍材料を提供することができる。よって、この磁気冷凍材料を使用することにより、高効率、省エネルギーで地球環境にやさしい磁気冷凍方式の冷凍空調システムを実現することができる。
The effects exhibited by the embodiment described in detail above will be collectively described below.
-
・ 前記一般式(1)における1−x−yは0.82〜0.90であることにより、上記の効果を一層向上させることができる。
・ 前記一般式(1)におけるxは0.06〜0.12、yは0.04〜0.08、及び1−x−yは0.82〜0.88であることにより、磁気冷凍性能を最も高めることができ、最も効率良く磁気冷凍効果を発揮することができる。
-By said 1-xy in the said General formula (1) being 0.82-0.90, said effect can be improved further.
-In the general formula (1), x is 0.06-0.12, y is 0.04-0.08, and 1-xy is 0.82-0.88. The magnetic refrigeration effect can be exhibited most efficiently.
・ 磁気エントロピーの変化量が5〜11J/kg・kであることにより、磁気エントロピーの変化量を従来のガドリニウムよりも高めることができる。
・ 磁気冷凍性能を示す相対冷却力(RCP)が140〜180J/kgであることにより、RCPを従来のガドリニウムに比べて十分に高めることができ、磁気冷凍性能を向上させることができる。
-The amount of change in magnetic entropy is 5 to 11 J / kg · k, so that the amount of change in magnetic entropy can be higher than that of conventional gadolinium.
-By the relative cooling power (RCP) which shows magnetic refrigerating performance being 140-180 J / kg, RCP can fully be raised compared with the conventional gadolinium, and magnetic refrigerating performance can be improved.
以下、実施例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はそれら実施例の範囲に限定されるものではない。
(実施例1)
実施例1では磁気冷凍材料として、ランタン(La)、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)の化合物であるLa(Fe0.86Co0.06Si0.08)13を用いた。ここで、x=0.08、y=0.06及び1−x−y=0.86である。該磁気冷凍材料の組成を三元状態図を表す図1中に示した。この磁気冷凍材料は、ランタン(La)、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)をアーク溶解し、その後1050℃で2週間焼鈍することにより製造した。得られた磁気冷凍材料であるLa(Fe0.86Co0.06Si0.08)13について、温度T(K)に対する磁気エントロピーの変化量−ΔSM(J/kg・K)を測定し、その結果を図2に示した。なお、従来のガドリニウム(Gd)についても磁気エントロピーの変化量−ΔSM(J/kg・K)を測定し、併せて図2に示した。
Hereinafter, although the embodiment will be described more specifically with reference to examples, the present invention is not limited to the scope of these examples.
Example 1
In Example 1, La (Fe 0.86 Co 0.06 Si 0.08 ) 13 which is a compound of lanthanum (La), iron (Fe), cobalt (Co) and silicon (Si) is used as the magnetic refrigeration material. It was. Here, x = 0.08, y = 0.06, and 1-xy = 0.86. The composition of the magnetic refrigeration material is shown in FIG. 1 representing a ternary phase diagram. This magnetic refrigeration material was manufactured by arc melting lanthanum (La), iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si), followed by annealing at 1050 ° C. for 2 weeks. With respect to La (Fe 0.86 Co 0.06 Si 0.08 ) 13 which is the obtained magnetic refrigeration material, the amount of change in magnetic entropy with respect to temperature T (K) −ΔS M (J / kg · K) was measured. The results are shown in FIG. For conventional gadolinium (Gd), the amount of change in magnetic entropy −ΔS M (J / kg · K) was also measured and is shown in FIG.
図2に示したように、実施例1の磁気冷凍材料は、約277K(約4℃)で磁気エントロピー変化量が9.9(J/kg・K)という最大値を示した。この最大値は、ガドリニウム(Gd)の最大値約4.7(J/kg・K)に比べて十分に大きい値を示した。また、相対冷却力(RCP)は167(J/kg)であり、従来のガドリニウム(Gd)のそれと同等であった。
(実施例2)
実施例2では磁気冷凍材料として、ランタン(La)、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)の化合物であるLa(Fe0.86Co0.07Si0.07)13を用いた。ここで、x=0.07、y=0.07及び1−x−y=0.86である。該磁気冷凍材料の組成を三元状態図を表す図1中に示した。この磁気冷凍材料は、組成を若干変更した以外は実施例1と同様にして製造した。得られた磁気冷凍材料であるLa(Fe0.86Co0.07Si0.07)13について、温度T(K)に対する磁気エントロピーの変化量−ΔSM(J/kg・K)を測定し、その結果を図2に示した。
As shown in FIG. 2, the magnetic refrigeration material of Example 1 showed a maximum value of about 277 K (about 4 ° C.) and a magnetic entropy change amount of 9.9 (J / kg · K). This maximum value was sufficiently larger than the maximum value of gadolinium (Gd) of about 4.7 (J / kg · K). The relative cooling power (RCP) was 167 (J / kg), which was equivalent to that of conventional gadolinium (Gd).
(Example 2)
In Example 2, La (Fe 0.86 Co 0.07 Si 0.07 ) 13 which is a compound of lanthanum (La), iron (Fe), cobalt (Co) and silicon (Si) is used as the magnetic refrigeration material. It was. Here, x = 0.07, y = 0.07, and 1-xy = 0.86. The composition of the magnetic refrigeration material is shown in FIG. 1 representing a ternary phase diagram. This magnetic refrigeration material was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition was slightly changed. With respect to La (Fe 0.86 Co 0.07 Si 0.07 ) 13 which is the obtained magnetic refrigeration material, the amount of change in magnetic entropy with respect to temperature T (K) −ΔS M (J / kg · K) was measured. The results are shown in FIG.
図2に示したように、実施例2の磁気冷凍材料は、約288K(約15℃)で磁気エントロピー変化量が6.9(J/kg・K)という最大値を示した。この最大値は、ガドリニウム(Gd)の最大値約4.7(J/kg・K)に比べて十分に大きい値を示した。また、相対冷却力(RCP)は151(J/kg)であり、従来のガドリニウム(Gd)のそれと同等であった。
(実施例3)
実施例3では磁気冷凍材料として、ランタン(La)、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)の化合物であるLa(Fe0.84Co0.06Si0.10)13を用いた。ここで、x=0.10、y=0.06及び1−x−y=0.84である。該磁気冷凍材料の組成を三元状態図を表す図1中に示した。この磁気冷凍材料は、組成を若干変更した以外は実施例1と同様にして製造した。得られた磁気冷凍材料であるLa(Fe0.84Co0.06Si0.10)13について、温度T(K)に対する磁気エントロピーの変化量−ΔSM(J/kg・K)を測定し、その結果を図2に示した。
As shown in FIG. 2, the magnetic refrigeration material of Example 2 showed a maximum value of about 288 K (about 15 ° C.) and a magnetic entropy change amount of 6.9 (J / kg · K). This maximum value was sufficiently larger than the maximum value of gadolinium (Gd) of about 4.7 (J / kg · K). The relative cooling power (RCP) was 151 (J / kg), which was equivalent to that of conventional gadolinium (Gd).
(Example 3)
In Example 3, La (Fe 0.84 Co 0.06 Si 0.10 ) 13 which is a compound of lanthanum (La), iron (Fe), cobalt (Co) and silicon (Si) is used as the magnetic refrigeration material. It was. Here, x = 0.10, y = 0.06, and 1-xy = 0.84. The composition of the magnetic refrigeration material is shown in FIG. 1 representing a ternary phase diagram. This magnetic refrigeration material was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition was slightly changed. With respect to La (Fe 0.84 Co 0.06 Si 0.10 ) 13 which is the obtained magnetic refrigeration material, the amount of change in magnetic entropy with respect to temperature T (K) −ΔS M (J / kg · K) was measured. The results are shown in FIG.
図2に示したように、実施例3の磁気冷凍材料は、約304K(約31℃)で磁気エントロピー変化量が6.8(J/kg・K)という最大値を示した。この最大値は、ガドリニウム(Gd)の最大値約4.7(J/kg・K)に比べて十分に大きい値を示した。また、相対冷却力(RCP)は166(J/kg)であり、従来のガドリニウム(Gd)のそれと同等であった。 As shown in FIG. 2, the magnetic refrigeration material of Example 3 showed a maximum value of about 6.8 (J / kg · K) at about 304 K (about 31 ° C.). This maximum value was sufficiently larger than the maximum value of gadolinium (Gd) of about 4.7 (J / kg · K). The relative cooling power (RCP) was 166 (J / kg), which was equivalent to that of conventional gadolinium (Gd).
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 磁気冷凍材料の組成に関し、図1に示す三元状態図の斜線で示す範囲内で、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)のいずれかの組成を具体的に適宜設定することができる。
It should be noted that the embodiment described above can be modified and embodied as follows.
Regarding the composition of the magnetic refrigeration material, one of the compositions of iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si) is specifically set as appropriate within the range indicated by the oblique lines in the ternary phase diagram shown in FIG. be able to.
・ 磁気冷凍材料の組成について、磁気冷凍性能、動作温度範囲、コストなどの要求に応じて鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)のいずれかの成分を重視して設定することができる。 ・ The composition of the magnetic refrigeration material can be set with emphasis on any component of iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si) according to requirements such as magnetic refrigeration performance, operating temperature range, and cost. it can.
・ 磁気冷凍材料の組成につき、磁気エントロピー変化量(−ΔSM)、相対冷却力(RCP)などの要求に応じて鉄(Fe)、コバルト(Co)及びケイ素(Si)のいずれかの成分を重視して設定することができる。 ・ With regard to the composition of the magnetic refrigeration material, any component of iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si) is required according to the requirements such as magnetic entropy change (−ΔS M ) and relative cooling power (RCP). Can be set with emphasis.
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〇 前記一般式(1)におけるxは0.06〜0.11、yは0.05〜0.08、及び1−x−yは0.81〜0.89であることを特徴とする請求項3に記載の磁気冷凍材料。このように構成した場合、請求項3に係る発明の効果に加えて、磁気冷凍性能を最も高めることができ、最も効率良く磁気冷凍効果を発揮することができる。
Next, the technical idea that can be grasped from the embodiment will be described below.
The x in the general formula (1) is 0.06 to 0.11, y is 0.05 to 0.08, and 1-xy is 0.81 to 0.89.
〇 前記磁気エントロピーの変化量の最大値を示す温度が0〜35℃であることを特徴とする請求項4に記載の磁気冷凍材料。このように構成した場合、請求項4に係る発明の効果に加えて、磁気冷凍材料の動作を常温近傍にて容易に行うことができる。
The magnetic refrigeration material according to
14a、14b…磁気冷凍材料、T…温度、−ΔSM…磁気エントロピー変化量。 14a, 14b ... magnetic refrigeration materials, T ... temperature, -ΔS M ... magnetic entropy change.
Claims (5)
下記の一般式(1)で表される化合物よりなることを特徴とする磁気冷凍材料。
La(Fe1−x−yCoySix)13 ・・・(1)
ここで、xは0.05〜0.16及びyは0.04〜0.10である。 A magnetic refrigeration material whose temperature changes based on a change in a magnetic field,
A magnetic refrigeration material comprising a compound represented by the following general formula (1):
La (Fe 1-xy Co y Si x ) 13 (1)
Here, x is 0.05 to 0.16 and y is 0.04 to 0.10.
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