JP2011520252A - 熱磁気発生機 - Google Patents
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Abstract
熱磁気材料を有する熱磁気発生機。
(1)一般式(I)の化合物
(AyBy-1)2+δCwDxEz (I)
式中、
Aは、Mn又はCoであり、
Bは、Fe、Cr、又はNiであり、
CとDとEは、CとDとEのうち少なくとも2つ異なり、濃度がゼロでなく、P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As、およびSbから選ばれ、CとDとEの少なくとも一つがGe又はSiであり、
δは、−0.1〜0.1の範囲の数字であり、
w、x、y、zは、0〜1の範囲の数字である(ただし、w+x+z=1);
【選択図】なし
Description
(AyBy-1)2+δCwDxEz (I)
式中、
Aは、Mn又はCoであり、
Bは、Fe、Cr、又はNiであり、
CとDとEは、CとDとEのうち少なくとも2つが異なり、濃度がゼロでなく、P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As、およびSbから選ばれ、CとDとEのうち少なくとも一つがGe又はSiであり、
δは、−0.1〜0.1の範囲の数字であり、
w、x、y、zは、0〜1の範囲の数字である(ただし、w+x+z=1);
(2)一般式(II)及び/又は(III)及び/又は(IV)のLa及びFe系化合物
La(FexAl1-x)13HyまたはLa/FexSi1-x)13Hy (II)
式中、
xは0.7〜0.95の数字であり;
yは、0〜3、好ましくは0〜2の数字である;
La(FexAlyCoz)13またはLa(FexSiyCoz)13 (III)
式中
xは0.7〜0.95の数字であり;
yは0.05〜1−xの数字であり;
zは0.005〜0.5の数字である;
LaMnxFe2-xGe (IV)
式中
xは1.7〜1.95の数字である;
(3)MnTP型のホイスラー合金(式中、Tは遷移金属で、Pはは原子中の電子数e/aが7〜8.5の範囲にあるp−ドープ金属である)。
(4)一般式(V)のGd及びSi系化合物
Gd5(SixGe1-x)4 (V)
式中、xは、0.2〜1の番号である;
(5)Fe2P系化合物、
(6)ペロブスカイト型の亜マンガン酸塩、
(7)一般式(VI)と(VII)の希土類元素含有化合物
Tb5(Si4-xGex) (VI)
式中、x=0、1、2、3、4、
XTiGe (VII)
式中、X=Dy、Ho、Tm、
(8)一般式(VIII)と(IX)のMn系、Sb系あるいはAs系化合物、
Mn2-xZxSb (VIII)
Mn2ZxSb1-x (IX)
式中、
Zは、Cr、Cu、Zn、Co、V、As、Geであり、
xは、0.01〜0.5である、
なお、ZがAsでない場合は、Sbは、Asで置き換えられてもよい。
Gd5(SixGe1-x)4
式中、xは0.2〜1の数字である、
例えば、Gd5(Si0.5Ge0.5)4、Gd5(Si0.425Ge0.575)4、Gd5(Si0.45Ge0.55)4、Gd5(Si0.365Ge0.635)4、Gd5(Si0.3Ge0.7)4、Gd5(Si0.25Ge0.75)4である。
b)適当なら工程a)の反応生成物を固体に変換する工程と、
c)工程a)またはb)の固体を焼結及び/又は熱処理する工程と、
d)工程c)からの焼結及び/又は熱処理後の固体を少なくとも100K/sの冷却速度で急冷する工程とからなる磁気冷却用の熱磁気材料の製造方法が好ましい。
a)金属系材料に相当する量の化学元素及び/又は合金のボールミル中での固相反応、
b)工程a)で得られる材料の溶融紡糸、
c)430〜1200℃の範囲、好ましくは800〜1000℃の範囲の温度で、10秒間又は1分〜5時間、好ましくは30分間〜2時間の工程b)の固体の加熱
d)工程c)からの熱処理成型物の200〜1300K/sの冷却速度での急冷。
プレスしたMnFePGe試料を含む真空石英アンプルを1100℃で10時間維持して、この粉末を焼結させた。この焼結物を650℃で60時間熱処理して均質化させた。炉中でゆっくりと室温まで冷却するのでなく、試料を直ちに室温の水中で急冷した。この水中での急冷で、試料表面が一定程度酸化した。外側の酸化被膜を希酸で洗い流した。XRDパターンは、すべての試料が、Fe2P型の構造で結晶化していることを示した。
Mn1.1Fe0.9P0.81Ge0.19、Mn1.1Fe0.9P0.78Ge0.22、Mn1.1Fe0.9P0.75Ge0.25、およびMn1.2Fe0.8P0.81Ge0.19。これらの試料の熱ヒステリシスの観測値は、順に7K、5K、2K、3Kである。徐冷された試料では熱ヒステリシスが10Kより大きく、この試料と比べると、熱ヒステリシスは大幅に低下している。
MnFeP(GeSb)の溶融紡糸
WO 2004/068512とJ. Appl.Phys. 99、08 Q107 (2006)に記載のように、ボールミル中で高エネルギーを注入して、固相反応法によりまず、多結晶MnFeP(Ge,Sb)合金を製造した。この材料をノズルを有する石英管に入れた。試験槽を10-2mbarにまで脱気し、高純度アルゴンガスで満たした。試料高周波で溶融し、回転銅ドラムを収めた試験槽への差圧によりノズルから吹付けさせた。銅ホイールの表面速度は調整可能で、約105K/sの冷却速度が達成された。次いで、巻き取ったリボンを900℃で1時間熱処理した。
Claims (7)
- 中間的に機械仕事に変換することなく熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱磁気発生機であって、−20℃〜200℃の範囲の温度で作動し、以下の化合物より選ばれる熱磁気材料を有する熱磁気発生機。
(1)一般式(I)の化合物
(AyBy-1)2+δCwDxEz (I)
式中、
Aは、Mn又はCoであり、
Bは、Fe、Cr、又はNiであり、
CとDとEは、CとDとEのうち少なくとも2つ異なり、濃度がゼロでなく、P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As、およびSbから選ばれ、CとDとEの少なくとも一つがGe又はSiであり、
δは、−0.1〜0.1の範囲の数字であり、
w、x、y、zは、0〜1の範囲の数字である(ただし、w+x+z=1);
(2)一般式(II)及び/又は(III)及び/又は(IV)のLa及びFe系化合物
La(FexAl1-x)13HyまたはLa/FexSi1-x)13Hy (II)
式中、
xは0.7〜0.95の数字であり;
yは、0〜3、好ましくは0〜2の数字である;
La(FexAlyCoz)13またはLa(FexSiyCoz)13 (III)
式中
xは0.7〜0.95の数字であり;
yは0.05〜1−xの数字であり;
zは0.005〜0.5の数字である;
LaMnxFe2-xGe (IV)
式中
xは1.7〜1.95の数字である;
(3)MnTP型のホイスラー合金(式中、Tは遷移金属で、Pはは原子中の電子数e/aが7〜8.5の範囲にあるp−ドープ金属である)、
(4)一般式(V)のGd及びSi系化合物
Gd5(SixGe1-x)4 (V)
式中、xは、0.2〜1の番号である;
(5)Fe2P系化合物、
(6)ペロブスカイト型の亜マンガン酸塩、
(7)一般式(VI)と(VII)の希土類元素含有化合物
Tb5(Si4-xGex) (VI)
式中、x=0、1、2、3、4、
XTiGe (VII)
式中、X=Dy、Ho、Tm、
(8)一般式(VIII)と(IX)のMnとSbあるいはAs系の化合物、
Mn2-xZxSb (VIII)
Mn2ZxSb1-x (IX)
式中、
Zは、Cr、Cu、Zn、Co、V、As、Geであり、
xは、0.01〜0.5である、
なお、ZがAsでない場合は、Sbは、Asで置き換えられてもよい。 - 前記熱磁気材料が、少なくとも、MnとFeとPと、必要ならSbに加え、さらにGe、Si、As、FeとSi、GeとAs、SiとAs、あるいはGeとSiとAsを含む一般式(I)の4元化合物から選ばれる
請求項1に記載の熱磁気発生機。 - 地熱源または工業プロセスの廃熱または太陽エネルギーまたは太陽熱収集器からの熱エネルギーが変換可能なように設計された請求項1または2に記載の熱磁気発生機。
- 前記エネルギー変換が20〜150℃の範囲の温度で実施される請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱磁気発生機。
- 前記金属系材料が、
a)所望の金属系材料に相当する量の化学元素及び/又は合金を、固相及び/又は液相で反応させる工程と、
b)適当なら工程a)の反応生成物を固体に変換する工程と、
c)工程a)またはb)の固体を焼結及び/又は熱処理する工程と、
d)工程c)からの焼結及び/又は熱処理後の固体を少なくとも100K/sの冷却速度で急冷する工程とにより製造される請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱磁気発生機。 - 熱エネルギーから電気エネルギーへの変換が、より広い温度範囲を利用できるように、磁気熱量効果が異なる温度で発生する、一連の少なくとも3つの異なる金属系材料を含む
請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱磁気発生機。 - 前記熱磁気材料が、管状、板状、メッシュ状、格子状、リボン状、ワイヤ状または棒状で存在する請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱磁気発生機。
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