JP2015524908A - 鉄、シリコン、ランタニドを含む合金を含まない磁気熱量材料を含む一体型部品、およびその部品を含む熱発生機 - Google Patents

Abstract

本発明の主題は、鉄、シリコンおよびランタニドを含む合金を含まない磁気熱量材料をベースとした一体型部品であって、− 前記部品が、第１の方向（Ｄｘ）および第２の方向（Ｄｙ）によって画定された第１の平面内に位置する基部と、前記基部に固定されたＮ個の単一ブレード（Ｌａ，ｉ）のセットとを備え、− 前記ブレードが、第１の方向の第１の寸法（ＤＬａｉ，ｘ）、第２の方向の第２の寸法（ＤＬａｉ，ｙ）、ならびに、第１の寸法および第２の寸法に対して直角である第３の方向（Ｄｚ）の第３の寸法（ＤＬａｉ，ｚ）を有し、− ｉ番目のブレードが、（ｉ＋１）番目のブレードからｉ番目の距離（ｄｉ）だけ分離され、− 第２の寸法と第１の寸法との比が１０以上であり、− 第３の寸法と第１の寸法との比が６以上であり、− 第１の寸法が、ｉ番目のブレードを（ｉ＋１）番目のブレードから分離している前記距離と同程度の大きさであることを特徴とする、一体型部品である。本発明の一体型部品を備えた熱発生機もまた、本発明の主題である。

Description

本発明の分野は、熱機器、より詳細には磁気冷気発生機の分野である。

一般に冷気製造は、絶えず変わるニーズに対処し、気体の圧縮および膨張に基づいた従来の冷蔵技術の効率が不十分なままであるにもかかわらず、最近では、特に空調および食料の保存に使用される世界の電力消費のうちのかなりの割合を示している。

アンモニア、二酸化硫黄、二酸化炭素またはクロロメタンなどの最初の冷媒は、人および環境に非常に有毒であった。それらはクロロフルオロカーボンに置き換えられたが、それ自体、温室効果およびオゾン層の破壊の一因となるために、２０００年初期に禁止された。現在使用されているハイドロクロロフルオロカーボンは、より少ない割合ではあるが、初期の冷媒と同じ破壊効果を持ち続けているために、この問題は残っている。

したがってこの状況において、一方で冷媒ガスを排除し、他方でエネルギー効果を改善することができる新規の冷気製造技術の開発には、エネルギーおよび環境の点で２重の利点がある。特に挙げることができる代替技術には、熱音響冷蔵、熱電冷蔵または磁気冷蔵が含まれる。

磁気冷蔵は、特定の材料の磁気熱量効果（ＥＭＣ）を利用し、磁気熱量効果は、特定の材料が磁場を受けた時のそれらの温度変化からなる。したがって、これらの材料を一連の磁化および消磁のサイクルにさらし、かつ伝熱流体と熱交換を行って、可能な限り最も広い温度変化を得ればよい。そのような磁気冷蔵サイクルの効率は、従来の冷蔵サイクルの効率を約３０％上回る。

磁気冷蔵で達成することができるこの省エネルギーにより、家庭用もしくは産業用の空調または冷蔵の用途に対して磁気冷蔵が特に興味深くなる。

材料の温度がそのキュリー温度（Ｔｃ）に近い時、磁気熱量効果（ＥＭＣ）は最大となる。キュリー温度（Ｔｃ）とは、材料がその自発磁化を失う温度である。この温度より高い温度では、材料は常磁性状態と呼ばれる無秩序状態にある。

ガドリニウム、ヒ素またはＭｎＦｅタイプの特定の合金などのいくつかの磁性材料が、上述の用途に特によく適する磁気熱量特性を示す。

これらの合金、特にＳｉベースの合金の中で、得ようとするキュリー温度に応じてＬａＦｅＳｉＣｏベースまたはＬａＦｅＳｉ（Ｈ）ベースの合金を使用し得ることが、既知の慣例である。水素またはコバルトなどの軽原子をＬａＦｅＳｉ化合物に挿入することは、材料のＥＭＣ効果を高く維持しながらキュリー温度を高める有効な方法であり得る。そのような材料は、大量市場用途を可能にする製造費と共に、それらの磁気熱量特性から特に興味深く、それらの磁気熱量特性は、ガドリニウムなどの材料の磁気熱量特性より好ましい。

一般に、そのような磁気熱量材料の特性を利用するために、磁気低温技術は、これらの材料と、水ベースであり得る伝熱液体との相互作用を利用する。

材料は磁場中に置かれると、ほぼ瞬間的に温まり、磁場から取り除かれると、同様の熱力学によって冷める。

これらの磁性段階中に、伝熱液体と呼ばれる液体が材料を通過し、伝熱液体は、いわゆる磁化段階中に材料と接触して温められ、または、いわゆる消磁段階中に材料と接触して冷却される。

従来、伝熱流体は、直線チャンネルまたは磁気熱量材料内に存在し現れる孔部内を循環し、この循環は、最小の液圧ヘッドロスで最大の交換表面領域を得るために、流体の層流モードの液圧流に対応している。

したがって、サイクルは、
− 磁化段階（磁性状態＝１）、
− 消磁段階（磁性状態＝０）
を含み、各段階において利用可能なエネルギーに反映される。

このサイクルは、数ヘルツの周波数まで繰り返される。周波数が増加すると、装置によって伝えられる熱出力（例えば：冷却）も増加する。

この出力が周波数の増加に比例して増加するためには、この熱流を増加させ得る、材料と液体との間の熱交換特性を有する必要がある。

したがって、磁気熱量材料からなる部品と、それと接触して循環する伝熱流体との間で確実に最適に熱交換を行うには、前記部品の幾何形状が極めて重要である。

前記ブレード間の流体の循環を可能にする磁気熱量材料の層状構造を使用し、したがって伝熱流体との交換表面領域を増加させることが、既知の慣例である。

次いで、熱交換工程を最良に制御するために、材料の前記ブレード間の距離を再現性良く、絶えず、かつ非常に正確に測定することが必要である。これには、満足のいく熱交換特性を得るために必要な幾何学パラメータを確実に制御しながら、相互のブレード位置決め要素を使用する必要がある。

この状況において、本発明は、磁気熱量材料からなる最適化された部品構造、およびそのような部品を製造することができる方法を提案する。一方、現在実施されている従来技術では、大衆部品では達成される寸法が過度に小さいために、熱交換を最適化するために必要な形状比を達成することができない。

より具体的には、本発明の主題は、鉄、シリコンおよびランタニドを含む合金を含まない少なくとも１つの磁気熱量材料をベースとした、一体型部品、すなわち単一ピースからなるものであって、
− 前記部品が、第１の方向Ｄｘ、および第１の方向Ｄｘに対して直角である第２の方向Ｄｙによって画定された第１の平面内に位置する基部と、前記基部に固定されたＮ個の単一ブレードＬ_ａ，ｉのセットとを備え、
− 前記ブレードが、第１の方向の第１の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}、第２の方向の第２の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}、ならびに、第１の寸法および第２の寸法に対して直角である第３の方向Ｄｚの第３の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}を有し、
− ｉ番目のブレードが、（ｉ＋１）番目のブレードに実質的に平行で、（ｉ＋１）番目のブレードからｉ番目の距離ｄ_ｉだけ分離され、
− 第２の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}と第１の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}との比が１０以上であり、
− 第３の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}と第１の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}との比が６以上であり、
− 第１の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}が、ｉ番目のブレードを（ｉ＋１）番目のブレードから分離している前記距離ｄ_ｉと同程度の大きさである
ことを特徴とする、一体型部品である。

特に適切な寸法は、以下の範囲内にあり得る。
０．１ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}≦０．８ｍｍ
１０ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}≦１００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}≦２５ｍｍ、好ましくは約１２ｍｍであり得る。

本発明の変形例によれば、ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの距離は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

有利なことには、本発明の別の主題は、本発明による一体型部品を２つ備えた複合部品であり、前記２つの部品は、頭と尾とを合わせて埋め込まれ、ブレード間の空き空間を減少させることができる。

本発明の変形例によれば、ブレードは凸状上部表面を備える。

本発明の変形例によれば、前記基部は、ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの間のくり抜き表面を備える。

有利なことには、そのへこみの形状は凹状タイプであり得、へこみは、ブレード間を循環するための伝熱流体の速度を高めるように最適化された曲率半径を有する。典型的には、曲率半径は約０．１ｍｍであり得る。

典型的には、一体型部品のブレードの数は、約１０〜約３０のブレードであり得る。

異なるキュリー温度で動作する磁気熱量要素、したがって異なる磁気熱量材料からなる部品を備えた熱発生装置を製造することが有利であり得、これらの部品は、マーキング要素を存在させることによって、容易に認識可能でなければならないことに留意されたい。

このため本発明の変形例によれば、ブレードのセットは、前記一体型部品のマーキングを構成することができる、他のブレードの寸法と異なる第３の寸法の少なくとも１つのブレードを備える。ブレードＬ_ａ，１、…、Ｌ_ａ，Ｎのセットに関するブレードＬ_ａ，ｉの位置決めは、所与のキュリー温度に関連する。

同様に、特有の印を基部に組み込むこともでき、特にこの場合、前記基部は、前記一体型部品のマーキングを構成することができる、他のくり抜かれた表面とは異なってくり抜かれた、ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの間の少なくとも１つの表面を備える。

有利なことには、頭と尾とを合わせて嵌合された２つのブロックを有する構造では、ブロックの他のブレードの寸法より大きい第３の寸法のブレードが、共形寸法の基部のへこみに嵌合され、これにより、均一かつ仕様に準拠する流体ブレード厚を保証する２つのブロックを相対的に位置決めすることができる。したがって、これらの注目すべき寸法は、マーキングおよび位置決めの機能、またはこれらの機能のうちの１つのみを発揮し得る。

一体型部品によって流体の流れ構造を最適化するために、基部の第３の方向の寸法Ｄ_Ｅ，ｚと基部の第２の方向の寸法Ｄ_Ｅ，ｙとの比は１／５〜１／３０程度であり、
− 基部の第３の方向の寸法Ｄ_Ｅ，ｚと第３の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}との比は約１／２０であり、
− 第１の寸法Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}は、優先的に、基部の第３の方向の寸法Ｄ_Ｅ，ｚと実質的に等しい。

本発明の変形例によれば、基部は基部材料からなり、ブレードは少なくとも１つの磁気熱量材料からなり、基部材料と磁気熱量材料とは異なる。典型的には、基部は、磁気熱量材料より安価な非磁気熱量材料で製造することができる。

本発明の変形例によれば、一体型部品は、少なくとも２つの異なる磁気熱量材料からなる少なくとも２連のブレードを備える。したがって、例えば異なる磁気熱量材料、ひいてはキュリー温度が異なるものを混合することによって、部品およびその熱特性を特定の一連の仕様に細かく合わせることができる。

本発明の変形例によれば、一体型部品は、ガドリニウム、ＭｎＦｅ系の合金、ＭｎＦｅＳｎの合金およびＧｄＴｂ系の合金から選択された少なくとも１つの磁気熱量材料を含む。

本発明の変形例によれば、磁気熱量材料は、第１の磁気熱量材料の少なくとも１つの粉末と有機バインダとを含む複合材料である。

本発明の別の主題は、伝熱流体が通過するための開口部を備えた、少なくとも１つの磁気熱量要素を含む熱モジュールであって、前記磁気熱量要素が、本発明による少なくとも１つの一体型部品または１つの複合部品を備えることを特徴とする、熱モジュールである。

本発明の変形例によれば、モジュールは、一体型部品で充填されているハウジングを備えた環状構成を備える。

本発明の変形例によれば、その構成は、流体が通過するためのチャンネルを備える。

本発明の変形例によれば、熱モジュールは、放射状に分布した枝部を有する平坦なディスク構造を備え、前記枝部は、前記ハウジングおよびＶ字形端部を備える。そのような構造では、有利には、一体型部品がＶ字形の幾何形状を有し、それらの基部上のブレードのセットは、第２の方向Ｄｙに少なくとも部分的に折り畳まれている。

本発明の変形例によれば、枝部はＶの形に配置され、Ｖ字部の端部は入口／出口を備える。

本発明の別の主題は、前記磁気熱量要素の両側で交互に入れ替わって駆動され、伝熱流体が通過する、本発明の少なくとも１つの熱モジュールを備えた熱発生機であって、前記磁気熱量要素を磁場変動に交互にさらし、前記磁気熱量要素内に加熱および冷却サイクルを交互に作るように作動する磁気構成を備えた熱発生機である。

これらの可能な変形例すべてにおける、本発明による一体型部品を製造するために、出願人は、優れた熱性能レベルを得て、それを大衆産業開発の制約と相関させて行うように寸法付けする点で課される制約のすべてに、押出法または共押出法が特によく適すると考えた。

このため、本発明は、
− 磁気熱量材料の少なくとも１つの粉末、または少なくとも１つの磁気熱量材料と有機バインダとの混合物を、少なくとも１つの加熱シース（Ｆｉ）を備えた少なくとも１つの押出機本体（Ｅｘ）に連続的に導入するステップと、
− 磁気熱量材料の前記粉末、および適切な場合はバインダを、１つまたは複数の押出機本体内に位置する少なくとも１つの押出スクリュ（Ｖｉ）によって、混合し、均質化し、かつ融解するステップと、
− 少なくとも１つのインプリントを備えた少なくとも１つの押出ダイ（ｆｉｌ）によって、前記磁気熱量材料を含む前記混合物を成形し、本発明による一体型部品の成形を可能にするステップと、
− 前記少なくとも１つのダイが、前記一体型部品の構造を画定するステップと
を含む、一体型部品製造方法によって実施することができる。

変形例によれば、本発明を実施することができる方法は、専用手段を使用して、前記少なくとも１つのダイの出力部において、空間内で徐々に冷却するステップをさらに含む。

変形例によれば、専用手段は、冷却／焼戻流体が循環することができる少なくとも１つのチャンネルを備えた少なくとも１つのセクションを含むダイを備える。

変形例によれば、ダイは、それぞれインプリントを備えた複数のセクションを含み、少なくとも２つのセクションが断熱プレートによって分離され、断熱プレートの厚さは、２つのセクション間に温度差をもたらすように決定されている。

変形例によれば、１つまたは複数の押出本体はそれぞれ、２つの共回転スクリュを備える。

変形例によれば、本発明を実施することができる方法は、
− 基部に固定された磁気熱量材料のストリップからなるセットを連続的に製造するステップと、
− 個々の一体型部品を画定するために、前記セットを切断するステップと
を含む。

変形例によれば、本発明を実施することができる方法は、１つまたは複数の押出機本体に沿って分布した異なる供給手段を通して、異なる材料を導入するステップを含む。

変形例によれば、本発明を実施することができる方法は、磁気熱量材料の少なくとも１つの粉末を含む複合材料を製造するために、供給手段を通して有機バインダを導入するステップを含む。

変形例によれば、前記一体型部品は第２の方向Ｄｙに、異なる材料から空間的に構成され、本発明を実施することができる方法は、基部に固定された一続きの異なる磁気熱量材料を示す連続的なストリップのセットを製造するために、異なる磁気熱量材料を順次導入するステップと、ストリップの前記セットから単一の一体型部品を切断するステップとを含む。

添付の図を参照し、非限定的な例として挙げる以下の説明を読めば、本発明が一層よく理解され、他の利点が明らかになる。

櫛形構造を備えた、本発明による第１の変形例の一体型部品における第１の例を示す。 本発明による第１の変形例の一体型部品における第２の例を示す。 本発明による第１の変形例の一体型部品における第３の例を示す。 本発明による第１の変形例の一体型部品における第５の例を示す。 本発明の一体型部品２つからなるアセンブリの例を示す。 突出部を存在させることによって、ブレード間の決定された空間を維持するように構成された前記ブレードを備えた一体型部品を示す。 突出部を存在させることによってブレード間の決定された空間を維持するように構成された前記ブレードを備えた一体型部品を備えたアセンブリを示す。 突出部を存在させることによってブレード間の決定された空間を維持するように構成された前記ブレードを備えた一体型部品を備えたアセンブリを示す。 突出部を存在させることによって、ブレード間の決定された空間を維持するように構成された前記ブレードと、アセンブリに組み込まれた一体型部品を調整可能にするように構成された基部とを備えた一体型部品を示す。 突出部を存在させることによってブレード間の決定された空間を維持するように構成された前記ブレードと、アセンブリに組み込まれた一体型部品を調整可能にするように構成された基部とを備えた一体型部品を示す。 突出部を存在させることによってブレード間の決定された空間を維持するように構成された前記ブレードと、アセンブリに組み込まれた一体型部品を調整可能にするように構成された基部とを備えた一体型部品を示す。 本発明の一体型部品を製造することができる押出機を概略的に示す。 原材料を順次導入する押出法によって得られる例示的一体型部品を示す。 共押出機の場合の複数の押出機本体の出力部における押出チャンバを示す。 共押出機によって得られる一体型部品の第１の例を示す。 共押出機によって得られる一体型部品の第２の例を示す。 本発明の例示的押出法で使用される冷却チャンネルを備えたダイセクションの立面図を示す。 図１１に示したダイのセクション間に組み込まれた絶縁プレートの立面図を示す。 本発明の方法で使用される押出機の図を示す。 折り畳まれた構造の変形例の一体型部品を示す。 本発明の熱モジュールの例における分解図を示す。 図１７に示した熱モジュールを組み込んだ熱発生機を示す。

一般に本発明の一体型部品は、穴あき領域が測定されて設けられ、伝熱流体を通過させるように最適化された幾何学パラメータを示す、磁気熱量材料に組み込まれた構造を備える。

本発明の変形例によれば、一体型部品は櫛形構造を備え得る。この特に有利な変形例の第１の例を図１に示す。

より具体的に一体型部品は、この構造において、基部Ｅと、前記基部に固定されたブレードＬ_ａ，１、…、Ｌ_ａ，ｉ、…、Ｌ_ａ，Ｎのセットとを有する櫛形構造を備える。これらのブレードの寸法は、それぞれＤｘ、ＤｙおよびＤｚで示す方向によればＤ_{Ｌａｉ，ｘ}、Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}およびＤ_{Ｌａｉ，ｚ}である。

さらに、２つのブレードＬ_ａ，ｉおよびＬ_{ａ，ｉ＋１}は、前記ブレード間を循環する流体ブレードに対応するための距離が同じにならないアセンブリの場合（２つの流体ブレードおよび１つの材料ブレード）を除き、距離ｄ_ｉだけ離間されている。

一体型部品は、単一の磁気熱量材料からなり得る。一体型部品は、以下に説明する実施方法に適合し続ける組成物および冶金構造を有する粉末ベース材料であり得る。一体型部品はまた、例えばポリプロピレンであり得るポリマーからなる有機バインダを含み、磁気熱量材料の粉末が分散している複合材料であり得る。典型的には、粉末の充填体積比率は５０％〜９０％程度であり得る。

目的が、水ベースであり得る伝熱流体と、磁気交番を受ける磁気熱量材料からなる部品との相互作用の最適化である、目標とする磁気低温技術用途では、目的は、熱交換工程に関わる以下の主な特性を制御し、最適化することである。

主な決定特性を以下の基準に従って挙げる。
基準１：熱交換係数：ｈ（Ｗ／ｍ^２Ｋ）
基準２：伝熱液体のブレードの厚さ
基準３：伝熱液体のブレードの高さ
基準４：磁気熱量材料のブレードの厚さ
基準５：磁気熱量材料のブレードの高さ
基準６：磁気熱量材料のブレードの長さ
基準７：磁気熱量材料のブレードの数

したがって、基準２〜７は、磁気熱量材料のブロックの幾何形状を画定する。これらの基準を基準１と組み合わせることにより、磁気熱量材料のブロックの熱交換容量を定めることができる。

これは、伝熱液体が循環する細溝を含む磁気熱量材料ブロックの幾何形状に反映される。したがって、材料のこれらの薄いブレードは、それらの間に液体のブレードを画定する。

材料のブレードが厚すぎると、液体は次のサイクルの前に、ブレードの磁気熱量効果から生じるエネルギーを十分に迅速に抽出することができない（材料の熱伝導率が、伝熱フラックスを制限する）。

水のブレードの高さが十分に高くなければ、磁気熱量材料のブレードにおける２つの表面上に存在する交換表面領域は、係数ｈの関数としての十分な出力を抽出するのに十分ではない。

熱交換係数ｈは、水のブレードの厚さに大きく依存する。水のブレードの厚さが減少すると、熱交換係数ｈは増加する。

このため典型的には、ブレードの寸法およびブレード間の空間寸法は、有利には以下のとおりであり得る。
− ０．１ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}≦０．８ｍｍ
− １０ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}≦１００ｍｍ
− ５ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}≦２５ｍｍ、好ましくは、Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}は約１２ｍｍであり得る。
− ０．１≦ｄ_ｉ≦１ｍｍ、好ましくは、ｄ_ｉは約０．２ｍｍであり得る。

図１に示した例によれば、一体型部品は、ブレード間の伝熱流体の循環速度を最適化し、伝熱流体中の乱れの発生を制限するために、前記ブレード間に特定の表面をさらに備える。このために、適切な曲率半径を有する、基部Ｅの高さで２つの隣接するブレードＤ_ＬａｉとＤ_{Ｌａｉ＋１}との間に位置する凹状表面Ｓ_ｃｉを設けることができる。ブレードの上部表面はまた、凸状表面Ｓ_Ｌａ，ｉであり得る。

大量生産中に例えば、一体型部品が作られる１つまたは複数の材料に関連する熱的性質の点で、１つの一体型部品を別の一体型部品から認識することを可能にする識別要素を、基部に固定されたすべてのブレードの中から製造することが有利であり得る。これについては、他のものより凹状である基部表面を、連続した２つのブレード間に設けることができ、または他のブレードの高さより高いブレード高さを設けることができる。ブレードＬ_ａ，１とＬ_ａ，２との間の凹状表面は、より大きくくり抜かれている。

図２に示した、本発明のこの変形例の第２の例によれば、一体型部品はまた、熱交換流体との熱交換表面領域を増加させるために基部内に製造された、いわゆる基部チャンネルＣ_Ｅｘ，ｙを備える。端部ブレード、すなわちブレードＬ_ａ，１およびＬ_ａ，Ｎを基部の縁部に対してずらし、または後退させることによっても、側面チャンネルＣ_Ｅｙ，ｚを形成し、このことを、この目的のために冷気発生機の熱モジュール内に設けられたハウジング内に部品が位置決めされる場合、ブレードＣＬ_ａ，ｉ間に画定されたチャンネルを補足しながら、行い得ることに留意されたい。

図３に示した、本発明のこの変形例の第３の例によれば、磁気熱量材料のブレードは、基部の高さに現れ、または現れない、前記ブレードＬ_ａ，ｉ内の統合チャネルＣＬｉ_ａ，ｉを備え得る。図３の図は、チャンネルが現れている構造に関する。

図示していない、本発明のこの変形例の第４の例によれば、前記ブレードＬ_ａ，ｉ内の前記統合チャネルＣＬｉ_ａ，ｉは、前記ブレードＬ_ａ，ｉを形成する材料の透磁率よりも大きい透磁率を示す磁気熱量材料または非磁気熱量材料を含み得、そのような材料を統合することにより、一体型部品が磁場を受けた時に磁気誘導の強度を増加させることができる。

図４に示した、本発明のこの変形例の第５の例によれば、１つまたは複数のインデント部を、周辺部Ｅ_ｐ１およびＥ_ｐ２を備えた基部Ｅの高さに設けることもできる。これらの周辺部Ｅ_ｐ１およびＥ_ｐ２の存在によっても、この目的のために冷気発生機の熱モジュール内に設けられたハウジング内に部品が位置決めされる場合、伝熱流体用の相補的チャンネルを形成し得ることを可能にする。

図示していない本発明の別の変形例によれば、一体型部品はまた、伝熱流体を流すための穴あき領域を備えた固体の磁気熱量材料を含むことができ、前記領域は、第１の方向Ｄｘおよび第３の寸法Ｄｚに対して直角である第２の方向Ｄｙに穴があけられている。

方向Ｄｘのこれらの穴あき領域の寸法、および方向Ｄｚの寸法ｄＲ_ａｉ，ｚは、第２の寸法の寸法ｄＲ_ａｉ，ｙより１桁小さい。

穴あき領域間の距離は、典型的には約数十ミリメートルであり得る。

このタイプの構造では、穴あき領域は、六角形の穴あき領域を有するハニカムタイプの構造で構成することができる。

有利なことには、熱発生機に組み込まれた一体型部品を使用する熱モジュールは、図５に示すように、本発明の一体型部品２つ、Ｐ_１およびＰ_２が頭と尾とを合わせて埋め込まれている複合部品を組み込むことができる。この構造により、図４に示した距離ｄｉ_１，２によって画定された流体のブレードの厚さをさらに薄くし、このことをブレードＬ_ａ１，ｉとＬ_ａ２，ｉとの間、またはＬ_ａ２，ｉとＬ_{ａ１，ｉ＋１}との間で行うことができる。したがって、典型的には、０．１ｍｍよりさらに薄い流体ブレード厚ｄｉ_１，２を達成することができ、一方、これは既知技術では現在できない。

この場合、第１のブロックと異なる特性の材料からなるブレードをマーキングするための要素でもあり得る、少なくとも１つの位置決め要素を設け、前記位置決め要素は、基部内をくり抜かれた第２のブロックの表面と対向して位置決めされた、他のブレードの寸法より大きい第３の寸法の少なくとも１つのブレードからなり、前記くり抜きは、前記第１のブロックの少なくとも１つのブレードの端部を補足するように寸法付けされることが有利である。このタイプの構造は、図５の下部ブロックの右から２番目のブレードと、左から２番目のへこみとによって、図に示されている。

図６ａ、図６ｂおよび図６ｃに示した本発明の変形例によれば、一体型部品は有利には、ブレード間に比較的一定の間隔を課し、そのことを、流体が前記ブレードＬ_ａ，ｉ間を流れる時の動作中に行うことを可能にする突出部を有するブレードを備え、これにより、ブレードの機械的強度を高めることもできる。複合構造では、これらの突出部の存在によっても、ブレードの機械的強度を高めることができる。

図７ａ、図７ｂおよび図７ｃに示した本発明の別の変形例によれば、突出部を有するブレードを備えた一体型部品はまた、基部の高さにくり抜きパターンを有する一体型部品に埋め込むことができ、動作中の機械的強度を確実に高めるために、相補的部品のブレードＬ_ａ，ｉの端部が耐えられるようになる。

本発明を実施するために、一体型部品の幾何形状を製造するための押出法であって、優れた再現性および特に有利な製造費と共に要求される寸法を達成することができる押出法を使用することが提案されている。

事実、流体の非常に薄いブレードに対応する、磁気熱量材料のブレード間の非常に小さい寸法を有する部品を製造することは、現在、第１に磁気熱量材料の固形ブロックを製造し、次いで、第２にこのブロックを機械加工することを必要とする。ブロックは、約１２００℃での粉末焼結によって製造することができる。放電加工によるチャンネルの製造を試みることはできるが、焼結により、ブロック内に機械的応力および張力が発生する。これにより、既に製造されたブロックまたはブレードが破損し得る。さらに、放電加工ワイヤの直径は非常に小さくなければならず、これにより非常に脆弱になるため、数十ミリメートルより小さい寸法を達成することができる放電加工ワイヤの直径が、真の問題となる。

一般に、押出しは、撹拌および加熱（機械的かつ熱的）により均質化され融解された可鍛材料を連続的に変形させる方法である。シース（シリンダ）内では、１つまたは複数のスクリュによって圧縮および撹拌された材料が、ダイの方へ押され、成形される。

より具体的には、押出機は、少なくとも１つの加熱筒状シース（温度調整された）を備えた押出本体を備え、シース内部では、モータを取り付けた１つ（または２つ）のスクリュが回転し、ペレットまたは粉末を供給するホッパを有する計量供給装置によって、前記シースのアパーチャを通して押出機の本体は材料供給される。

押出スクリュは、流動化され均質化された材料を連続的に撹拌、圧縮、切断、および加熱し、ダイの方へ輸送する。材料を押してダイを通過させることによって、ダイは流動物質に所望の形状を与える。

本発明では、特に、磁気熱量材料の粉末と、ポリプロピレン、ポリカーボネートまたはポリエチレンからなり得るバインダとをベースとした複合材料の一体型部品を製造するための、図８に概略的に示したもののような押出機を使用することができる。

そのような機械は特に、
− 少なくとも１つの加熱システムによって制御された個々のシースモジュールＦｉのセットをそれ自体備えた押出本体Ｅｘであって、
− 有利には、同じ方向に回転し、それによって約１５０ｂａｒの出力圧力を達成することを可能にする、共にＶｉとして示す２つの共回転押出スクリュを備え、
前記押出スクリュが、異なる撹拌、減圧、加速および他のそのようなモジュールを備え得、したがって押出機の本体に導入される原材料が１つのスクリュモジュールから他のスクリュモジュールに移送され、それらスクリュモジュールが、協働して混合容量を増加させ、導入された原材料の圧縮および輸送を行う、押出本体と、
− 必要ならば、流動化および撹拌された材料ｍ_ｆｌを受け取り、それを１つまたは複数のダイの方へ推進する圧縮チャンバＣＰと、
− 磁気熱量材料粉末とバインダとをベースとした複合材料ｍ_ｐｌの一体型部品の形状を複製するダイｆ_ｉｌと
を備える。

例えば、押出スクリュの長さは、１メートル〜４メートル、好ましくは２メートルであり得、その長さは、その直径に１０〜２４の係数を掛けたものに相当し得る。

圧力が大きすぎる（典型的には、２００ｂａｒより大きい）場合には、開いて、材料を放出するゲートバルブを設け得ることを考慮すると、回転速度は８０ｒｐｍ〜４００ｒｐｍであり、最大圧力は約２００ｂａｒであり得る。

材料温度は、１８０℃（押出スクリュおよびシースの温度に相当する）〜２４０℃であり得る。ダイの温度としては、材料のダイへの付着を低減するために、材料温度より数度高くなり得る。

押出スクリュは、スクリュピッチが異なり、かつ／もしくは逆であり、撹拌要素（押出スクリュの軸上に積み重ねることができる）を有する、複数の異なるスクリュ要素またはモジュールを備え得る。

本発明を実施するために選択された方法によって、方向Ｄｙに異なる材料のストリップのセクションを連続的に形成するために、順次押出機本体を供給することが可能である。

したがって、図９に示した本発明の別の変形例によれば、ブレードは、異なる磁気熱量材料からなる領域を備えることができ、異なる材料のキュリー温度に依存する動作温度全体の点でさらなる自由度を有することができる。示すように、３つの領域はそれぞれ、第１の磁気熱量材料Ｍ_{ｃａｌ３０}、第２の磁気熱量材料Ｍ_{ｃａｌ３１}、第３の磁気熱量材料Ｍ_{ｃａｌ３２}を含む。２つの異なる材料間の界面ではなく、同一の材料内で切断することによって、切断作業において高品質の界面を製造するために、一体型部品の大量生産中には押出機の本体に沿って分布した異なる計量装置を介して押出機本体を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３０}の粉末を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３１}の粉末を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３２}の粉末を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３２}の粉末を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３１}の粉末を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３０}の粉末を供給し、
−計量装置を介して、材料Ｍ_{ｃａｌ３０}の粉末を供給し
などの手順に従い、次いで個々の部品をすべて共に切断することが有利であり得る。

さらに、方向Ｄｘ、Ｄｙによって画定された平面と平行な平面内に、異なる材料からなる一体型部品を製造するために、共押出法を使用することが特に有利で適切である。

このために、複数の押出機本体が並行して使用され、すべての押出機本体が、図１０に概略的に示すような単一の圧縮チャンバＣＰ内に現れている。図１０は、３つの押出機本体Ｅｘ_１、Ｅｘ_２およびＥｘ_３によって材料供給される圧縮チャンバを示し、押出機本体Ｅｘ_１、Ｅｘ_２およびＥｘ_３自体には、異なる材料Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３が供給される。

したがって、特に、基部Ｅが基部材料Ｍ_Ｅと呼ばれる第１の材料で製造され、ブレードが第２の材料Ｍ_ｃａｌで製造され、前記第２の材料は磁気熱量材料であるが、基部材料は磁気熱量材料である必要がない、図１１に示した一体型部品を形成することが可能である。

図１２に示した別の変形例によれば、ブレードＬ_ａ，ｉは、方向Ｄｚに分布した２つの異なる磁気熱量材料Ｍ_{ｃａｌ４０}およびＭ_{ｃａｌ４１}からなり得、基部は、磁気熱量的であってもよいし、もしくは磁気熱量的でなくてもよい基部材料Ｍ_Ｅと呼ばれる第３の材料から作ることができ、または作られない。

一般に、押出または共押出製造方法では、前記一体型部品が前記ダイｆ_ｉｌから外された後にその形状を確実に維持するため、前記一体型部品を冷却するための手段を設けることができる。この冷却手段の利点は、一体型部品がダイｆ_ｉｌから離れる時に変形しないようにすることである。この冷却の目的は、一体型部品を極めて迅速に約２００℃の温度から、周囲温度に近い温度にすることである。この冷却手段には、複数の変形例があり得る。

図示していない第１の変形例は、外部冷却手段を使用すること、したがって低温（例えば、約５℃）、低速（一体型部品が変形しないようにするための適切な速度）で空気のブレードを用いて、ダイを離れる際に一体型部品を冷却することにある。

図１３〜図１５に示した第２の変形例は、一体型部品のインプリントを備えたダイｆ_ｉｌに冷却手段を組み込むことにある。このために、少なくとも最後のセクション（出力部に位置する）が、冷却剤（液体または気体）を循環させるための少なくとも１つのチャンネルＣ_ａを備えた複数のセクションＴｉを備えたダイｆ_ｉｌに、入口Ｆ_ｌｉｎおよび出口Ｆ_ｌｏｕｔを設けることが可能である。この流体の温度により、一体型部品をダイｆ_ｉｌ内で成形しながらでさえ、冷却することができる。例えば、ＰＥＥＫなどの合成または複合材料のプレートによって製造された断熱材部品Ｉ_ｓを、ダイｆ_ｉｌの少なくとも２つのセクション間に係合することができ、図１４に示したこの絶縁プレートは、変形例において開口部Ｏｉ_Ｉｓと、部品のインプリントに近い穴あき形状とを備える。

図１５は、４つのセクションＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３およびＴ_４を備えたダイを有する押出機の概略図を示す。セクションＴ_１、Ｔ_２およびＴ_３は、冷却剤を循環させるための冷却チャンネルを備える。セクションＴ_４は、部品の初期形状を製造する。３つのセクションＴ_１、Ｔ_２およびＴ_３は、くり抜かれた領域または開口部Ｏｉ_Ｉｓ（材料がない）を有する絶縁プレートＩ_ｓによって、第１のセクションＴ_４から断熱されている。そのような構造では、温度が異なる流体を異なるセクションＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３内で循環させることによって、一体型部品を徐々に冷却することが想定されてもよいし、または想定されなくてもよい。セクションＴ_３内を循環する流体の温度が最も高く、セクションＴ_１内を循環する流体の温度が最も低くなり得る。また、特に冷却チャンネルを備えたセクション間に、他の絶縁プレートを組み込むことを想定することが可能である。

本発明は、そのような複数のセクションに限定されず、例えば、冷却チャンネルを備えた１つのセクションと、冷却チャンネルのない別のセクションとの２つのセクションを組み込むことを想定することが可能である。

本発明によれば、有利には、先に説明した一体型部品を熱モジュールに組み込むことができる。

そのために、有利な変形例によれば、一体型部品はＶ字形の幾何形状を有し得、それらの基部上のブレードのセットが、図１６に示すように第２の方向Ｄｙに湾曲している。

図１７は、それぞれが、頭と尾とを合わせて対になった一体型部品の対を備えた１つまたは複数の複合部品Ｐ_{（１−２）ｉ}を備えた個々のセットを組み込んだ例示的熱モジュール構造のすべての構成要素の分解図を示す。有利なことには、モジュールは蓋部Ｃ_ｏｕで覆われた、平坦なディスクの形をした支持構造Ｓ_ｓを備え得る。Ｖ字部の枝部の端部に流体の入口／出口を有する平坦なディスク内に、一体型部品をＶ字形に位置決めすることは、特に適切である。事実、この構造により、一方では多くの材料物質を限られた容積に配置し、他方では伝熱流体回路（図示せず）を単純化することができ、ダクトはＶ字部の自由端に連結することができる。

図示していない変形例では、支持構造Ｓ_Ｓは、図５に示すような頭と尾とを合わせて埋め込まれた２つの一体型部品を備えた複合部品を受けるのに適切である。

図１８は、磁気システムＳＭおよび熱交換器Ｅ_ｔｃｈに連結された、図１７に示したモジュールを組み込んだ熱発生機を示す。

Claims (30)

1. 鉄、シリコンおよびランタニドを含む合金を含まない磁気熱量材料を含む一体型部品であって、
   − 前記部品が、第１の方向（Ｄｘ）および第２の方向（Ｄｙ）によって画定された第１の平面内に位置する基部（Ｅ）と、前記基部（Ｅ）に固定されたＮ個の単一ブレード（Ｌ_ａ，ｉ）のセットとを備え、
   − 前記ブレードが、前記第１の方向（Ｄ_ｘ）の第１の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}）、前記第２の方向（Ｄ_ｙ）の第２の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}）、ならびに、前記第１の寸法および前記第２の寸法に対して直角である第３の方向（Ｄｚ）の第３の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}）を有し、
   − ｉ番目のブレードが、（ｉ＋１）番目のブレードからｉ番目の距離（ｄ_ｉ）だけ分離され、
   − 前記第２の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}）と前記第１の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}）との比が１０以上であり、
   − 前記第３の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}）と前記第１の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}）との比が６以上であり、
   − 前記第１の寸法が、ｉ番目のブレード（Ｌ_ａ，ｉ）を（ｉ＋１）番目のブレード（Ｌ_{ａ，ｉ＋１}）から分離している前記距離（ｄ_ｉ）と同程度の大きさである
   ことを特徴とする、一体型部品。
2. 前記第１の寸法が、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度（０．１ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}≦０．８ｍｍ）であることを特徴とする、請求項１に記載の一体型部品。
3. 前記第２の寸法が、１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度（１０ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｙ}≦１００ｍｍ）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の一体型部品。
4. 前記第３の寸法が、６ｍｍ〜２５ｍｍ程度（６ｍｍ≦Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}≦２５ｍｍ）であり、場合によっては、約１２ｍｍであり得ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の一体型部品。
5. ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの距離（ｄｉ）が、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度（０．１≦ｄ_ｉ≦１ｍｍ）であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の一体型部品。
6. 前記ブレードが、凸状上部表面（Ｓ_Ｌａ，ｉ）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の一体型部品。
7. 前記基部が、ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの間のくり抜き表面（Ｓ_Ｃｉ）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の一体型部品。
8. 前記基部が、ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの間の凹状表面を備えることを特徴とする、請求項７に記載の一体型部品。
9. ブレードの前記セットが、前記一体型部品のマーキングおよび／または位置決め要素を構成することができる、他のブレードの寸法と異なる第３の寸法の少なくとも１つのブレードを備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の一体型部品。
10. 前記基部が、前記一体型部品のマーキングおよび／または位置決め要素を構成することができる、他のくり抜かれた表面とは異なってくり抜かれた、ｉ番目のブレードと（ｉ＋１）番目のブレードとの間の少なくとも１つの表面を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の一体型部品。
11. ブレードの少なくとも１つのサブセットが、前記第２の方向Ｄｙに沿って延在する少なくとも１つの突出部を有し、前記突出部が、２つの隣接するブレード間の空間を測定するように、前記基部と、前記基部と反対側のブレードの端部との間に位置していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の一体型部品。
12. − 前記基部の前記第３の方向の寸法（Ｄ_Ｅ，ｚ）と前記基部の前記第２の方向の寸法（Ｄ_Ｅ，ｙ）との比が１／５〜１／３０程度であり、
    − 前記基部の前記第３の方向の寸法（Ｄ_Ｅ，ｚ）と前記第３の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｚ}）との比が約１／２０であり、
    − 前記第１の寸法（Ｄ_{Ｌａｉ，ｘ}）が、優先的に、前記基部の前記第３の方向の前記寸法（Ｄ_Ｅ，ｚ）と実質的に等しい
    ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の一体型部品。
13. 前記基部が基部材料からなり、前記ブレードが少なくとも１つの磁気熱量材料からなり、前記基部材料と前記磁気熱量材料とが異なることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の一体型部品。
14. 前記一体型部品が、少なくとも２つの異なる磁気熱量材料からなる少なくとも２連のブレードを備えることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の一体型部品。
15. ブレードの少なくとも１つのサブセットが、異なる磁気熱量材料からなる前記第２の方向（Ｄｙ）に分布した領域を備えることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の一体型部品。
16. ブレードの少なくとも１つのサブセットが、異なる磁気熱量材料からなる前記第３の方向（Ｄｚ）に分布した領域を備えることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の一体型部品。
17. 前記一体型部品が、前記基部の高さに現れ、または現れない統合チャネル（ＣＬｉ_ａ，ｉ）を有するブレードを備えることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の一体型部品。
18. 前記基部が、流体の通過専用の、前記第１の平面内の少なくとも１つのチャンネル（Ｃ_Ｅｘ，ｙ）を備えることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の一体型部品。
19. 前記基部が、周辺部（Ｅ_ｐ１、Ｅ_ｐ２）を備えることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の一体型部品。
20. 前記基部の周囲に位置する、少なくとも１番目のブレード（Ｌ_ａ，１）またはＮ番目のブレード（Ｌ_ａ，Ｎ）が、前記第１の平面内で前記基部の端部に対してずれていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の一体型部品。
21. 前記一体型部品が、Ｖ字形であり得る、前記第２の方向に沿って少なくとも部分的に折り畳まれた構造を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の一体型部品。
22. 少なくとも１つの磁気熱量材料が、ガドリニウム、ＭｎＦｅ系の合金、ＭｎＦｅＳｎの合金およびＧｄＴｂ系の合金から選択されていることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の一体型部品。
23. 少なくとも１つの磁気熱量材料が、第１の磁気熱量材料の少なくとも１つの粉末と有機バインダとを含む複合材料であることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の一体型部品。
24. 前記バインダが、ポリプロピレン、ポリカーボネートまたはポリエチレンからなることを特徴とする、請求項２３に記載の一体型部品。
25. ２つの前記部品（Ｐ_１、Ｐ_２）が、頭と尾とを合わせて埋め込まれ、ブレード間の空き空間を減少させ得ることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の一体型部品を２つ備えた複合部品。
26. − 第１の部品が、前記他のブレードの寸法より大きい第３の寸法の少なくとも１つのブレードを備えたブレードのセットを備え、
    − 第２の部品が、前記他のブレードの寸法より大きい第３の寸法のブレードと同じ数の、より大きい深さまでくり抜かれた表面を備えた基部を備え、
    − 前記第１の部品より大きい第３の寸法の前記少なくとも１つのブレードが、前記第２の部品のより大きい深さまでくり抜かれた前記表面のうちの１つを補足する形状である
    ことを特徴とする、請求項２５に記載の一体型部品を２つ備えた複合部品。
27. 伝熱流体が通過するための開口部を備えた、少なくとも１つの磁気熱量要素を含む熱モジュールであって、前記磁気熱量要素が、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の少なくとも１つの一体型部品または１つの複合部品を備えることを特徴とする、熱モジュール。
28. 前記熱モジュールが、一体型部品を備えたハウジングを備え、かつ伝熱流体を通過させるためのチャンネルを含み得る環状構成を備えることを特徴とする、請求項２７に記載の熱モジュール。
29. 前記熱モジュールが、放射状に分布した枝部を有する平坦なディスク構造を備え、前記枝部が、前記ハウジングと、伝熱流体の入口／出口を含み得るＶ字形端部とを備えることを特徴とする、請求項２７または２８に記載の熱モジュール。
30. 前記磁気熱量要素の両側で交互に入れ替わって駆動され、伝熱流体が通過する、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの熱モジュールを備えた熱発生機であって、前記磁気熱量要素を磁場変動に交互にさらし、前記磁気熱量要素内に加熱および冷却サイクルを交互に作るように作動する磁気構成を備えた熱発生機。

Images