JP2014228166A - 磁気冷凍装置用磁気作業物質および磁気冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の磁気冷凍装置用磁気作業物質は、化学式Mn3+xM1+yCz1Bz2(ここで、Mは、Sn,Al,Ga,Zn,Cu,Ag,Niのグループ中から選択された1種または2種以上の元素である、−0.2≦x≦0.2、−0.2≦y≦0.2、0<z1<1、0<z2<1)であることが好ましい。このようにすることにより、室温領域(250Kから350Kとする)にキュリー点Tcを有する磁気冷凍装置用磁気作業物質を得ることができる。Mn量の化学量論関係からのずれを表す組成パラメータxは、−0.2から0.2の範囲内であることが好ましい。この組成パラメータxが、−0.2より小さい場合は磁化を担うスピンを形成するMnが少なくなるため、十分な磁気エントロピー変化ΔSmが得られなくなる。またこの組成パラメータxが0.2より大きくなる場合、キュリー点Tcが室温領域(ここでは250Kから350Kとする)を越えてしまい、実用上の利点が薄れることになる。M量の化学量論関係からのずれを表すパラメータyは、−0.2から0.2の範囲内であることが好ましい。この組成パラメータyが、−0.2より小さい場合キュリー点Tcが室温領域(ここでは250Kから350Kとする)を越えてしまい、実用上の利点が薄れることになる。またこの組成パラメータyが0.2より大きくなる場合、余分なMにより偏析や意図しない化合物を生じやすくなり、十分な磁気エントロピー変化ΔSmが得られなくなる。C量およびB量の化学量論量からのずれを表すパラメータz1およびz2は、それぞれが0から1の範囲内であることが望ましい。この組成パラメータz1またはz2が、それぞれが1より大きくなると余分なCおよびBにより意図しない化合物を生じやすくなる。なお、ここで言う十分な磁気熱量効果とは、磁場を0から8.0×105A/mまで変化させたときのΔSmが1.0J/kgK以上であることである。
本発明の別の実施形態の磁気冷凍装置についてその一例を説明する、磁気冷凍装置は、例えば、図1のような構成により実現できる。実施形態1で得られた略球状の副数の磁気冷凍装置用磁気作業物質1を充填したAMRベッド5を用意し、その両端に熱交換ユニット4,4’を設置する。その上で、まず、熱交換流体2がAMRベッド5の低温端熱交換ユニット4’にある間に、磁気を変化させるためのユニット、ここではマグネット3をもしいて断熱的な磁場印加を行う。こうすることにより磁気冷凍装置用磁気作業物質1の温度を上昇させる。この状態で熱交換流体2を高温端熱交換ユニット4へ押し流すと、熱交換流体2が発熱した磁気冷凍装置用磁気作業物質1と熱の授受を行いながら移動する。こうすることで、AMRベッド5の両端に温度差を生じさせることができる。このとき高温端で得られる熱量を、高温放熱ユニット6を介して外部に放熱させ、熱交換流体2の温度を初期の状態まで下げる。続いて印加されていた磁場を除去すると、今度は逆に磁気冷凍装置用磁気作業物質1が熱交換流体2から熱を吸収するため熱交換流体2の温度が初期の状態よりさらに低下する。ここで得られる冷熱を、冷熱放熱ユニット7を介して対象(例えば冷却したい室温の空気)を熱交換させる。放熱後の熱交換流体2は初期の温度に戻るため、上記のサイクルを繰り返すことで連続した運転を行うことが出来る。
実施例1〜5および比較例1〜2は、Mn3+xM1+yCz1Bz2において、M元素としてSnを使用した。実施例1は、最終的に得られる組成比がx=0、y=0、z1=0.97、z2=0.03となるように原料粉末を調合し、焼成を行った。焼成は850℃において10時間の焼成を行って試料を得た。焼成はAr雰囲気中、大気圧下において行った。また、実施例2〜8は、表1に記載した組成比になるように原料粉末のz1およびz2を調合した以外は、実施例1と同様に行った。さらに、比較例1及び2は、表1に記載した組成となるように原料粉末を調合した以外は、実施例1と同様に行った。
実施例9〜14および比較例3〜4は、Mn3+xM1+yCz1Bz2において、M元素としてSnを使用した。最終的に得られる組成がz1=0.95、z2=0.05となるように原料粉末を調合した上で、実施例9は、Mn量とM量の化学量論関係からのずれを表す組成パラメータxが―0.2、yが0.2となるように材料を調合した。同様に実施例10は、x=−0.1,y=0.1、実施例11は、x=0.1,y=−0.1、実施例12は、x=0.2,y=−0.2となるように材料を調合した。また、比較例3並びに4は、Mn量とM量の化学量論関係からのずれを表す組成パラメータxが−0.3並びに0.3、yが0.3並びに−0.3となるように材料を調合した。実施例13はxが0.2、yが0.0、実施例14はxが0.0、yが0.2となるように材料を調合した。実施例9〜14および比較例3〜4は、原料粉末の調合以外は実施例1と同様に行った。
実施例15〜17は、Mn3+xM1+yCz1Bz2において、M元素をSnに代えてAl,Ga,Znを使用した。最終的に得られる組成がz1=0.95、z2=0.05となるように原料粉末を調合した上で、実施例15は、Mn量とM量の化学量論関係からのずれを表す組成パラメータxが0.0、yが0.0となるように材料を調合した。同様に実施例16は、x=0.1,y=−0.1、実施例17は、x=0.0,y=0.0となるように材料を調合した。実施例15〜17は、原料粉末の調合以外は実施例1と同様に行った。
実施例18〜23は、Mn3+xM1+yCz1Bz2において、M元素としてSnとさらにAl,Ga,Zn,Ni,Cu,Agのうち1種以上を使用した。実施例18は、Sn0.9Al0.1、実施例19は、Sn0.9Ga0.1、実施例20は、Sn0.75Zn0.2Ni0.05、実施例21は、Sn0.9Ni0.1、実施例22は、Sn0.9Cu0.1、実施例23は、Sn0.9Ag0.1とした。実施例18〜23はz1=0.95、z2=0.05となるように原料粉末を調合した以外は、実施例1と同様に行った。
比較例5では、市販されている粒状の金属Gdを用意した。
Claims (5)
- 化学式Mn3+xM1+yCz1Bz2(ここで、Mは、Sn,Al,Ga,Zn,Cu,Ag,Niのグループ中から選択された1種または2種以上の元素である、−0.2≦x≦0.2、−0.2≦y≦0.2、0<z1<1、0<z2<1)であることを特徴とする磁気冷凍装置用磁気作業物質。
- 化学式Mn3+xM1+yCz1Bz2(ここで、Mは、Sn,Al,Ga,Zn,Cu,Ag,Niのグループ中から選択された1種または2種以上の元素である、−0.2≦x≦0.2、−0.2≦y≦0.2、0.03≦z1≦0.97、0.03≦z2≦0.97)であることを特徴とする請求項1に記載の磁気冷凍装置用磁気作業物質。
- 前記z1およびz2において0.5≦z1+z2≦1.5であることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気冷凍装置用磁気作業物質。
- 前記Mに選択される2種の元素のうち少なくとも1種はSn,Al,Ga,Znの中から選択され、そのモル比はMの総量に対して75mol%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の磁気冷凍装置用磁気作業物質。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の磁気冷凍装置用磁気作業物質を使用することを特徴とする磁気冷凍装置。
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