JP2016003836A - Magnetic structure, heat exchanger, and refrigeration cycle system - Google Patents

Magnetic structure, heat exchanger, and refrigeration cycle system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic structure capable of increasing a magnetic entropy variation ΔS as compared with a case of solely using a magneto-calorific material.SOLUTION: A magnetic structure (1) comprises: at least one magneto-calorific material portion (3); and at least one ferromagnetic material portion (5). The magneto-calorific material portion (3) is constituted by a magneto-calorific material that is a magnetic material exhibiting a magneto-calorific effect. The ferromagnetic material portion (5) is constituted by a ferromagnetic material. One magneto-calorific material portion (3) and one ferromagnetic material portion (5) are aligned at positions adjacent to each other.

Description

本発明は、主に空調、冷蔵、冷凍などに用いられる冷凍サイクルシステムで利用される磁性構造体と、当該磁性構造体を利用して構成された熱交換器及び冷凍サイクルシステムに関する。   The present invention relates to a magnetic structure used in a refrigeration cycle system mainly used for air conditioning, refrigeration, refrigeration, and the like, a heat exchanger configured using the magnetic structure, and a refrigeration cycle system.

磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料を利用して、冷熱（及び温熱）を得ることが可能な冷凍サイクルシステムが知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。また、下記特許文献１には、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３、Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３、ＦｅＲｈ合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｇｅ系、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｎ系等の磁気熱量材料が挙げられている。   There is known a refrigeration cycle system that can obtain cold (and hot) heat using a magnetocaloric material that is a magnetic material exhibiting a magnetocaloric effect (see, for example, Patent Document 1 below). Patent Document 1 listed below includes Gd—Y, Gd—Dy, Gd—Er, Gd—Ho, La (Fe, Si) 13, La (Fe, Al) 13, FeRh alloy, Co—. Magneto-caloric materials such as Mn-Si-Ge and Ni-Mn-Sn are listed.

特開２０１４−２９２５１号公報JP 2014-29251 A

ところで、上述のようなシステムにおいては、冷凍性能を更に向上させることが課題となっている。このような課題を解決するには、磁場の強さ（磁束密度）を変化させたときの磁気エントロピーの変化量ΔＳを大きくすることが重要である。   By the way, in the system as described above, it is a problem to further improve the refrigeration performance. In order to solve such a problem, it is important to increase the amount of change ΔS of the magnetic entropy when the strength of the magnetic field (magnetic flux density) is changed.

そこで、本件発明者は、上述の磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくする手法について、様々な検討を重ねた。その結果、磁気熱量材料を特定の材料と組み合わせて用いることにより、磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳが大きくなることを見いだした。   Accordingly, the inventor of the present invention has made various studies on the method for increasing the above-described magnetic entropy change amount ΔS. As a result, it has been found that by using a magnetocaloric material in combination with a specific material, the magnetic entropy change amount ΔS becomes larger than when the magnetocaloric material is used alone.

以下に説明する技術は、上述のような知見に基づいて完成されたものであり、磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくすることが可能な技術である。   The technology described below has been completed based on the above-described knowledge, and is a technology capable of increasing the magnetic entropy change amount ΔS as compared with the case where a magnetocaloric material is used alone.

以下に説明する磁性構造体は、少なくとも一つの磁気熱量材料部と、少なくとも一つの強磁性材料部とを有する。少なくとも一つの磁気熱量材料部は、磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される。少なくとも一つの強磁性材料部は、強磁性材料によって構成される。これら一つの磁気熱量材料部及び一つの強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられている。   The magnetic structure described below has at least one magnetocaloric material part and at least one ferromagnetic material part. At least one magnetocaloric material portion is composed of a magnetocaloric material that is a magnetic material exhibiting a magnetocaloric effect. At least one ferromagnetic material portion is made of a ferromagnetic material. These one magnetocaloric material part and one ferromagnetic material part are arranged adjacent to each other.

このように構成された磁性構造体によれば、当該磁性構造体に対して磁場を印加するに当たって、磁場の印加方向を、互いに隣り合う位置に並べられた磁気熱量材料部及び強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とすることができる。すなわち、磁気熱量材料部と強磁性材料部が互いに隣り合う位置に配列されて、それらの配列方向と磁場の印加方向とが一致するように磁場を印加することができる。   According to the magnetic structure configured as described above, when applying a magnetic field to the magnetic structure, the application direction of the magnetic field is changed between the magnetocaloric material portion and the ferromagnetic material portion arranged at positions adjacent to each other. The direction can be from either one to the other. That is, the magnetocaloric material portion and the ferromagnetic material portion are arranged at positions adjacent to each other, and the magnetic field can be applied so that the arrangement direction thereof coincides with the application direction of the magnetic field.

そして、このように強磁性材料部を磁気熱量材料部と組み合わせて上述のような方向から磁場を印加すると、磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、上述の磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくすることができる。これは、本件発明者が実験を重ねる中で見いだした事項である。現時点において、このような効果が得られる理由は、明確に解明されてはいない。ただし、いくつかの可能性を検討すれば、以下のような要因があるのではないかと推測される。   And, when the magnetic material is applied from the above-mentioned direction by combining the ferromagnetic material part with the magnetocaloric material part in this way, the above-mentioned magnetic entropy change amount ΔS is made larger than when the magnetocaloric material is used alone. Can do. This is a matter that the present inventor found during repeated experiments. At present, the reason why such an effect is obtained has not been clearly clarified. However, if several possibilities are examined, it is presumed that there are the following factors.

第一に、強磁性材料そのものは、通常、単独では顕著な磁気熱量効果を示すことはない。しかし、磁気熱量材料と強磁性材料とを隣り合わせに配置して磁場を印加することにより、強磁性材料にも磁気熱量効果が発現し、磁気熱量材料及び強磁性材料の双方を含む全体としての磁気熱量効果が、磁気熱量材料単独での磁気熱量効果を上回っているのではないかと考えられる。第二に、磁気熱量材料と強磁性材料とを隣り合わせに配置すると、磁場の発生源から強磁性材料に向かって磁束が集中する。そのため、強磁性材料が配置されていない場合に比べ、磁気熱量材料に磁束が通りやすくなり、磁気熱量効果が向上する可能性もある。   First, ferromagnetic materials themselves usually do not show significant magnetocaloric effects alone. However, by placing a magnetocaloric material and a ferromagnetic material next to each other and applying a magnetic field, the magnetocaloric effect also appears in the ferromagnetic material, and the entire magnetism including both the magnetocaloric material and the ferromagnetic material is exhibited. It is thought that the caloric effect exceeds the magnetocaloric effect of the magnetocaloric material alone. Second, when the magnetocaloric material and the ferromagnetic material are arranged next to each other, the magnetic flux concentrates from the magnetic field generation source toward the ferromagnetic material. Therefore, compared with the case where no ferromagnetic material is arranged, magnetic flux easily passes through the magnetocaloric material, and the magnetocaloric effect may be improved.

以上のような要因は、いずれか一方が主要因かもしれないし、両方が主要因かもしれない。あるいは、以上のような要因以外にも何らかの他の要因が作用している可能性もある。ただし、いずれにしても、上記のような位置に配設された強磁性材料部を採用することにより、磁気エントロピー変化量ΔＳが磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも大きくなることは、本件発明者が実施した実験結果（詳細は後述する実施形態参照。）から明らかである。   Either of these factors may be the main factor, or both may be the main factor. Alternatively, some other factor may be acting in addition to the above factors. However, in any case, by adopting the ferromagnetic material portion disposed at the position as described above, the magnetic entropy change amount ΔS becomes larger than that when the magnetocaloric material is used alone. It is clear from the result of the experiment conducted by the person (see the embodiment described later for details).

したがって、上述のような構成を採用した磁性構造体を利用することにより、例えば、同量の磁気熱量材料を使用する場合であれば、磁気熱量材料を単独で用いる場合に比べ、磁気冷凍性能を向上させることができる。あるいは、同程度の磁気冷凍性能を確保する場合であれば、磁気熱量材料を単独で用いる場合に比べ、磁気熱量材料の使用量を削減することができる。そのため、磁気熱量材料の使用量を削減できる分だけ、装置やシステムをコンパクトにすることが可能となり、それらの製造コストを抑えることも可能となる。   Therefore, by using a magnetic structure employing the above-described configuration, for example, if the same amount of magnetocaloric material is used, the magnetic refrigeration performance is improved compared to the case where the magnetocaloric material is used alone. Can be improved. Alternatively, if the same degree of magnetic refrigeration performance is ensured, the amount of magnetocaloric material used can be reduced compared to the case where the magnetocaloric material is used alone. Therefore, the apparatus and the system can be made compact by the amount that can reduce the amount of use of the magnetocaloric material, and the manufacturing cost thereof can be suppressed.

また、以上のような磁気構造体を利用すれば、例えば、以下のような熱交換器を構成することができる。すなわち、熱交換器は、上述のような磁性構造体を有し、磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、磁性構造体の発熱時には液状媒体を加熱可能、かつ、磁性構造体の吸熱時には液状媒体を冷却可能に構成される。   Moreover, if the above magnetic structures are utilized, for example, the following heat exchanger can be configured. That is, the heat exchanger has the magnetic structure as described above, and the liquid medium can be heated when the magnetic structure is heated by bringing the magnetic structure and the liquid medium into contact with each other. Sometimes the liquid medium is configured to be cooled.

このように構成された熱交換器においては、上述の通り、磁性構造体の磁気冷凍性能を向上させることができるので、熱交換器における加熱性能及び冷却性能が向上する。あるいは、十分な磁気冷凍性能を確保しながら磁性構造体をコンパクトにすることもできるので、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。   In the heat exchanger configured as described above, as described above, the magnetic refrigeration performance of the magnetic structure can be improved, so that the heating performance and cooling performance of the heat exchanger are improved. Alternatively, the magnetic structure can be made compact while ensuring sufficient magnetic refrigeration performance, so that the heat exchanger can be made compact.

また、以上のような熱交換器を利用すれば、例えば、以下のような冷凍サイクルシステムを構成することができる。すなわち、冷凍サイクルシステムは、上述のような熱交換器と、磁場印加部とを備える。磁場印加部は、熱交換器に対して、磁場を印加する状態と磁場を印加しない状態とを切り替え可能に構成される。磁性構造体は、上述の通り、磁場を印加すると発熱する一方、磁場の印加を止めると吸熱する。熱交換器は、磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、磁性構造体の発熱時には液状媒体を加熱し、磁性構造体の吸熱時には液状媒体を冷却する。   Moreover, if the above heat exchangers are utilized, for example, the following refrigeration cycle system can be configured. That is, the refrigeration cycle system includes a heat exchanger as described above and a magnetic field application unit. The magnetic field application unit is configured to be switchable between a state in which a magnetic field is applied and a state in which no magnetic field is applied to the heat exchanger. As described above, the magnetic structure generates heat when a magnetic field is applied, and absorbs heat when the application of the magnetic field is stopped. The heat exchanger contacts the magnetic structure and the liquid medium, thereby heating the liquid medium when the magnetic structure generates heat and cooling the liquid medium when the magnetic structure absorbs heat.

このように構成された冷凍サイクルシステムにおいては、上述の通り、磁性構造体の磁気冷凍性能を向上させることができるので、熱交換器における加熱性能及び冷却性能が向上し、冷凍サイクルシステムとしての性能も向上する。あるいは、十分な磁気冷凍性能を確保しながら磁性構造体をコンパクトにすることもできるので、熱交換器のコンパクト化を図ることができ、冷凍サイクルシステムとしてもコンパクト化を図ることができる。   In the refrigeration cycle system configured in this way, as described above, the magnetic refrigeration performance of the magnetic structure can be improved, so the heating performance and cooling performance in the heat exchanger are improved, and the performance as a refrigeration cycle system is improved. Will also improve. Alternatively, since the magnetic structure can be made compact while ensuring sufficient magnetic refrigeration performance, the heat exchanger can be made compact and the refrigeration cycle system can be made compact.

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。   In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The technical scope of this invention is limited is not.

第一実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 1st embodiment. 冷凍サイクルシステムの一例を示す概念図である。It is a key map showing an example of a refrigerating cycle system. 性能試験に用いた磁性構造体を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic structure used for the performance test. 性能試験に用いた磁性構造体の磁気エントロピー変化量ΔＳを示すグラフである。It is a graph which shows magnetic entropy variation | change_quantity (DELTA) S of the magnetic structure used for the performance test. 比較試験に用いた磁性構造体の磁気エントロピー変化量ΔＳを示すグラフである。It is a graph which shows magnetic entropy variation | change_quantity (DELTA) S of the magnetic structure used for the comparative test. 第二実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 2nd embodiment. 第三実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 3rd embodiment. 第四実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 4th embodiment. 第五実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 5th embodiment. 第六実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 6th embodiment. 第七実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic structure illustrated as 7th embodiment.

次に、上述の磁性構造体、熱交換器、及び冷凍サイクルシステムについて、例示的な実施形態を挙げて説明する。
（１）第一実施形態
［磁性構造体の構成］
図１に示すように、第一実施形態における磁性構造体１は、磁気熱量材料部３と、強磁性材料部５，５と、非磁性材料部７，７とを備える。磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末によって構成されている。すなわち、本実施形態でいう磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末によって構成されている部分全体を意味し、磁気熱量材料部３の中には複数の粉末粒子が含まれている。 Next, the above-described magnetic structure, heat exchanger, and refrigeration cycle system will be described with reference to exemplary embodiments.
(1) First embodiment [Configuration of magnetic structure]
As shown in FIG. 1, the magnetic structure 1 according to the first embodiment includes a magnetocaloric material portion 3, ferromagnetic material portions 5 and 5, and nonmagnetic material portions 7 and 7. The magnetocaloric material portion 3 is composed of a powder of magnetocaloric material. That is, the magnetocaloric material portion 3 in the present embodiment means the entire portion constituted by the magnetocaloric material powder, and the magnetocaloric material portion 3 includes a plurality of powder particles.

本実施形態の場合、磁気熱量材料としては、ＬａＦｅＳｉ系磁気熱量材料が使用されている。ただし、磁気熱量材料部３を形成する磁気熱量材料は、他の磁気熱量材料であってもよく、例えば、ＬａＦｅＳｉＨ系磁気熱量材料、ＭｎＡｓ系磁気熱量材料、Ｇｄ系磁気熱量材料等であってもよい。磁気熱量材料の粉末は、その粒子径が１ｍｍ前後（粒子径０．５−１．５ｍｍ程度）とされている。   In the present embodiment, a LaFeSi-based magnetocaloric material is used as the magnetocaloric material. However, the magnetocaloric material forming the magnetocaloric material portion 3 may be another magnetocaloric material, for example, a LaFeSiH magnetocaloric material, a MnAs magnetocaloric material, a Gd magnetocaloric material, or the like. Good. The powder of the magnetocaloric material has a particle size of about 1 mm (particle size of about 0.5 to 1.5 mm).

強磁性材料部５は、強磁性材料によって形成された面状体（以下、面状強磁性体ともいう。）によって構成されている。本実施形態の場合、強磁性材料としては、Ｆｅ（厳密には、Ｆｅを主成分とするＦｅ系材料。）が使用されている。ただし、強磁性材料部５を形成する強磁性材料は、他の強磁性材料であってもよく、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの中から選ばれる一種以上を主成分として含む金属（例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎ合金など。）であってもよい。なお、強磁性材料部５を形成する強磁性材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を主成分として含む金属類であれば、強磁性材料としての特性を阻害しない範囲内で、他の副成分（他の金属、炭素、窒素等。）が含まれていてもよい。   The ferromagnetic material portion 5 is configured by a planar body (hereinafter also referred to as a planar ferromagnetic body) formed of a ferromagnetic material. In the present embodiment, Fe (strictly speaking, an Fe-based material containing Fe as a main component) is used as the ferromagnetic material. However, the ferromagnetic material forming the ferromagnetic material portion 5 may be another ferromagnetic material, for example, a metal containing at least one selected from Fe, Co, and Ni as a main component (for example, Fe-Co alloy, Fe-Ni alloy, Fe-Co-Ni alloy, Fe-N alloy, etc.). If the ferromagnetic material forming the ferromagnetic material portion 5 is a metal containing Fe, Co, Ni, or the like as a main component, other subcomponents ( Other metals, carbon, nitrogen, etc.) may be included.

非磁性材料部７は、非磁性材料によって形成された面状体（以下、面状非磁性体ともいう。）によって構成されている。本実施形態の場合、非磁性材料としては、エポキシ樹脂が使用されている。ただし、非磁性材料部７を形成する非磁性材料は、他の非磁性材料であってもよく、例えば、エポキシ樹脂以外の各種樹脂材料や各種セラミック材料等であってもよい。   The nonmagnetic material portion 7 is configured by a planar body (hereinafter also referred to as a planar nonmagnetic body) formed of a nonmagnetic material. In the present embodiment, an epoxy resin is used as the nonmagnetic material. However, the nonmagnetic material forming the nonmagnetic material portion 7 may be another nonmagnetic material, for example, various resin materials other than epoxy resin, various ceramic materials, or the like.

一対の強磁性材料部５，５は、互いの間に間隔を空けて配置されている。一対の非磁性材料部７，７も、互いの間に間隔を空けて配置されている。強磁性材料部５，５及び非磁性材料部７，７を構成する各面状体は、それぞれ略長方形状に形成され、それぞれの長辺同士が互いに接合されて、長辺に対して垂直な断面形状が略四角形となる筒状体９を構成している。なお、強磁性材料部５，５については、それぞれの形状を理解しやすくするため、非磁性材料部７に重なって見えない部分を破線で示してある。   A pair of ferromagnetic material parts 5 and 5 are arranged at intervals between each other. The pair of nonmagnetic material portions 7 are also arranged with a space between each other. The planar bodies constituting the ferromagnetic material portions 5 and 5 and the nonmagnetic material portions 7 and 7 are each formed in a substantially rectangular shape, and their long sides are joined to each other and perpendicular to the long sides. A cylindrical body 9 having a substantially quadrangular cross section is configured. The portions of the ferromagnetic material portions 5 and 5 that are not visible to overlap the nonmagnetic material portion 7 are indicated by broken lines in order to facilitate understanding of the respective shapes.

本実施形態において、筒状体９は、端部の寸法Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ１０ｍｍ以下（例えば、５−１０ｍｍ程度。）とされ、軸方向長Ｌ３が１００ｍｍ以下（例えば、５０−１００ｍｍ程度。）とされている。また、強磁性材料部５を構成する面状強磁性体の板厚Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ１ｍｍ以下（例えば、０．１−１ｍｍ程度。）とされている。   In the present embodiment, the cylindrical body 9 has the end dimensions L1 and L2 of 10 mm or less (for example, about 5-10 mm) and the axial length L3 of 100 mm or less (for example, about 50-100 mm). It is said that. Further, the plate thicknesses T1 and T2 of the planar ferromagnet constituting the ferromagnetic material portion 5 are each 1 mm or less (for example, about 0.1-1 mm).

筒状体９の内周側は、液状媒体（例えば、水、アルコールなど。）の流路として利用される。その流路内に磁気熱量材料の粉末を充填することにより、上述の磁気熱量材料部３が構成されている。筒状体９の内周側に液状媒体が供給された際、その液状媒体は、磁気熱量材料の粉末粒子に接触しつつ、粉末粒子間の隙間を通り抜けることで、流路内を流通する。なお、図１では図示を省略してあるが、筒状体９の端面にある開口は、図示しないフィルター（例えば、メッシュ状のフィルター等。）により封鎖され、これにより、磁気熱量材料の粉末が筒状体９の外部へこぼれないように構成されている。   The inner peripheral side of the cylindrical body 9 is used as a flow path for a liquid medium (for example, water, alcohol, etc.). The magnetocaloric material portion 3 described above is configured by filling the flow path with powder of the magnetocaloric material. When the liquid medium is supplied to the inner peripheral side of the cylindrical body 9, the liquid medium flows through the flow path by passing through the gaps between the powder particles while contacting the powder particles of the magnetocaloric material. Although not shown in FIG. 1, the opening on the end surface of the cylindrical body 9 is blocked by a filter (not shown) (for example, a mesh-like filter). It is configured not to spill out of the cylindrical body 9.

以上のように構成された磁性構造体１において、磁気熱量材料部３は、二つの強磁性材料部５間に挟まれる位置に配設され、磁気熱量材料部３及び強磁性材料部５は、互いに隣り合う位置に並べられている。このような磁性構造体１に対し、磁場を印加する際には、磁場の印加方向が、互いに隣り合う位置に並べられた磁気熱量材料部３及び強磁性材料部５のいずれか一方から他方へ向かう方向とされる。すなわち、図１に例示した構造でいえば、磁場の印加方向は、一方の強磁性材料部５から磁気熱量材料部３へ向かう方向、更には磁気熱量材料部３から他方の強磁性材料部５へ向かう方向とされる。   In the magnetic structure 1 configured as described above, the magnetocaloric material portion 3 is disposed at a position sandwiched between two ferromagnetic material portions 5, and the magnetocaloric material portion 3 and the ferromagnetic material portion 5 are They are lined up next to each other. When a magnetic field is applied to such a magnetic structure 1, the direction in which the magnetic field is applied is changed from one of the magnetocaloric material part 3 and the ferromagnetic material part 5 arranged at positions adjacent to each other to the other. It is said that the direction is heading. That is, in the structure illustrated in FIG. 1, the magnetic field is applied in the direction from one ferromagnetic material portion 5 to the magnetocaloric material portion 3, and from the magnetocaloric material portion 3 to the other ferromagnetic material portion 5. It is said that the direction is heading.

強磁性材料部５との位置関係を考慮して、上述のような方向へ磁場を印加すると、強磁性材料部５が設けられていない場合に比べ、磁性構造体１における磁気エントロピーの変化量ΔＳを大きくすることができる。磁気エントロピー変化量ΔＳがどの程度大きくなるのかについては、後述する。   When the magnetic field is applied in the above-described direction in consideration of the positional relationship with the ferromagnetic material part 5, the amount of change ΔS of the magnetic entropy in the magnetic structure 1 is greater than when the ferromagnetic material part 5 is not provided. Can be increased. How large the magnetic entropy change amount ΔS will be described later.

［冷凍サイクルシステム、及び熱交換器の構成］
以上のような磁性構造体１は、冷凍サイクルシステムの構成要素として有用である。冷凍サイクルシステムの具体的な構造については様々な方式が考えられる。上述の磁性構造体１は、どのような方式のシステムにおいても採用可能であるが、一例としては、例えば、図２に示すような冷凍サイクルシステムを挙げることができる。 [Configuration of refrigeration cycle system and heat exchanger]
The magnetic structure 1 as described above is useful as a component of the refrigeration cycle system. Various systems can be considered for the specific structure of the refrigeration cycle system. The above-described magnetic structure 1 can be employed in any type of system. As an example, a refrigeration cycle system as shown in FIG. 2 can be exemplified.

この冷凍サイクルシステム１１は、複数の磁性構造体１，１，１，１，…を有する熱交換器１２と、熱交換器１２に対して磁場を印加する状態（図２中の上段の状態）と磁場を印加しない状態（図２中の下段の状態）とを切り替え可能に構成された磁場印加部１３と、液状媒体を圧送するポンプ１５と、液状媒体の循環方向を正逆いずれかの方向に切り替えるバルブ１６と、排熱用熱交換器１７と、冷熱取得用熱交換器１８とを備える。   This refrigeration cycle system 11 has a heat exchanger 12 having a plurality of magnetic structures 1, 1, 1, 1,... And a state in which a magnetic field is applied to the heat exchanger 12 (upper state in FIG. 2). And a state in which no magnetic field is applied (lower state in FIG. 2), a magnetic field application unit 13 configured to be switchable, a pump 15 that pumps the liquid medium, and a circulation direction of the liquid medium in either the forward or reverse direction And a heat exchanger for exhaust heat 17 and a heat exchanger 18 for obtaining cold energy.

図２においては、図を簡略にする都合上、熱交換器１２内に四つの磁性構造体１，１，１，１が描かれているが、通常は、更に多数の磁性構造体１が熱交換器１２内に配設される。また、それら多数の磁性構造体１のうち、いくつかは図２に示したように直列に接続されるが、そのように直列に接続された磁性構造体１，１，１，１，…を一組とする構造物が、複数組並列に接続されて熱交換器１２内に配設されている。これら多数の磁性構造体１，１，１，１，…は、それぞれが磁場の印加方向を考慮して、図１に示したような向きにして（すなわち、磁場の印加方向が、一方の強磁性材料部５から磁気熱量材料部３へ向かう方向、更には、磁気熱量材料部３から他方の強磁性材料部５へ向かう方向となるような向きにして）配置される。   In FIG. 2, four magnetic structures 1, 1, 1, 1 are drawn in the heat exchanger 12 for the sake of simplicity. Usually, however, a larger number of magnetic structures 1 are heated. Arranged in the exchanger 12. Further, among these many magnetic structures 1, some are connected in series as shown in FIG. 2, but the magnetic structures 1, 1, 1, 1,. A plurality of sets of structures are connected in parallel and arranged in the heat exchanger 12. Each of these magnetic structures 1, 1, 1, 1,... Is oriented in the direction shown in FIG. 1 in consideration of the magnetic field application direction (that is, the magnetic field application direction is one of the strong magnetic fields). The magnetic material portion 5 is arranged in a direction from the magnetocaloric material portion 3, and further in a direction from the magnetocaloric material portion 3 to the other ferromagnetic material portion 5.

磁場印加部１３は、永久磁石又は電磁石等によって構成される。磁場印加部１３は、例えば、熱交換器１２に対して相対的に移動するように構成される。これにより、磁場印加部１３が熱交換器１２に近接した場合は、熱交換器１２に対して磁場を印加する状態（図２中の上段の状態）となる。また、磁場印加部１３が熱交換器１２から離間した場合は、磁場を印加しない状態（図２中の下段の状態）となる。なお、磁場印加部１３を熱交換器１２に対して相対的に移動させるための具体的手法としては、磁場印加部１３側を移動させてもよいし、熱交換器１２側を移動させてもよいし、双方を移動させてもよい。なお、図２中には、磁場印加部１３による磁場の印加方向を二点鎖線の矢印で示してある。   The magnetic field application unit 13 is configured by a permanent magnet or an electromagnet. The magnetic field application unit 13 is configured to move relative to the heat exchanger 12, for example. Thereby, when the magnetic field application part 13 approaches the heat exchanger 12, it will be in the state (upper stage state in FIG. 2) which applies a magnetic field with respect to the heat exchanger 12. FIG. When the magnetic field application unit 13 is separated from the heat exchanger 12, the magnetic field is not applied (lower state in FIG. 2). As a specific method for moving the magnetic field application unit 13 relative to the heat exchanger 12, the magnetic field application unit 13 side may be moved, or the heat exchanger 12 side may be moved. You may move both. In FIG. 2, the direction in which the magnetic field is applied by the magnetic field application unit 13 is indicated by a two-dot chain line arrow.

図２中の上段に示すように、磁場印加部１３から熱交換器１２中の磁性構造体１，１，１，１，…に対して磁場を印加すると、各磁性構造体１が発熱する。このとき、バルブ１６を図２中の上段に示す第一ポジションに切り替えると、ポンプ１５から圧送される液状媒体は図中時計回りに循環する。液状媒体は、各磁性構造体１を流通し、その際、液状媒体と各磁性構造体１との間で熱交換が行われて、液状媒体が加熱される。加熱された液状媒体は、排熱用熱交換器１７において空気又は冷却水との間で熱交換されて冷却される。   2, when a magnetic field is applied from the magnetic field application unit 13 to the magnetic structures 1, 1, 1, 1,... In the heat exchanger 12, each magnetic structure 1 generates heat. At this time, when the valve 16 is switched to the first position shown in the upper part of FIG. 2, the liquid medium fed from the pump 15 circulates clockwise in the figure. A liquid medium distribute | circulates each magnetic structure 1, At that time, heat exchange is performed between a liquid medium and each magnetic structure 1, and a liquid medium is heated. The heated liquid medium is cooled by exchanging heat with air or cooling water in the heat exchanger 17 for exhaust heat.

こうして各磁性構造体１で発生した熱が系外へと放出されたら、図２中の下段に示すように、磁場印加部１３を熱交換器１２から離間させ、磁性構造体１，１，１，１，…に対する磁場の印加を止める。これにより、各磁性構造体１は冷却される。このとき、バルブ１６を図２中の下段に示す第二ポジションに切り替えると、ポンプ１５から圧送される液状媒体は図中反時計回りに循環する。液状媒体は、各磁性構造体１を流通し、その際、液状媒体と各磁性構造体１との間で熱交換が行われて、液状媒体が冷却される。冷却された液状媒体は、冷熱取得用熱交換器１８において空気との間で熱交換される。これにより、例えば、冷却された空気で冷房を行ったり、冷蔵庫内の温度を低下させたりすることができる。   When the heat generated in each magnetic structure 1 is released to the outside of the system in this way, the magnetic field application unit 13 is separated from the heat exchanger 12 as shown in the lower part of FIG. , 1,..., 1,. Thereby, each magnetic structure 1 is cooled. At this time, when the valve 16 is switched to the second position shown in the lower part of FIG. 2, the liquid medium pumped from the pump 15 circulates counterclockwise in the figure. A liquid medium distribute | circulates each magnetic structure 1, and heat exchange is performed between a liquid medium and each magnetic structure 1 in that case, and a liquid medium is cooled. The cooled liquid medium is heat-exchanged with air in the cold-heat obtaining heat exchanger 18. Thereby, for example, cooling with cooled air can be performed, or the temperature in the refrigerator can be reduced.

以上のような二つの状態は交互に切り替えられ、これにより、系外への排熱と冷熱取得を交互に繰り返すことができる。また、このような冷凍サイクルシステムを複数系統設けて、それらの位相をずらして運転することにより、各系統では二つの状態を交互に切り替えながら、常に一以上の系統では冷熱取得を行えば、実質的に連続運転を実施することも可能である。   The two states as described above are switched alternately, whereby the exhaust heat to the outside of the system and the cold energy acquisition can be alternately repeated. In addition, by providing a plurality of such refrigeration cycle systems and operating them with their phases shifted, each system always switches between two states, while at least one system always obtains cold, It is also possible to carry out continuous operation.

［強磁性材料部の有無による性能の違い］
次に、強磁性材料部５の有無による性能の違いを検証するため、二つの試料Ａ，Ｂを用意し、振動試料型磁力計（ＶＳＭ；Vibrating Sample Magnetometer）を利用して、各試料Ａ，Ｂの磁化特性を測定した。 [Difference in performance with and without ferromagnetic material]
Next, in order to verify the difference in performance depending on the presence or absence of the ferromagnetic material portion 5, two samples A and B are prepared, and each sample A, B is obtained using a vibrating sample magnetometer (VSM). The magnetization characteristics of B were measured.

一方の試料Ａは、図３に示すような磁性構造体１９である。この磁性構造体１９は、円筒形（直径２．５ｍｍ）のホルダ２０と、ホルダ２０内に上述の磁気熱量材料の粉末を充填して構成された磁気熱量材料部３と、磁気熱量材料部３を挟んで両側に配設された強磁性材料部５，５とを備える。本実験において、強磁性材料部５，５は、ホルダ２０内に強磁性材料である鉄粉を充填して構成した。また、もう一方の試料Ｂは、図３に示すような磁性構造体１９から、強磁性材料部５，５をなくし、磁気熱量材料部３を残した構造とした。   One sample A is a magnetic structure 19 as shown in FIG. The magnetic structure 19 includes a cylindrical holder 20 (diameter 2.5 mm), a magnetocaloric material portion 3 configured by filling the holder 20 with the above-described magnetocaloric material powder, and a magnetocaloric material portion 3. And ferromagnetic material portions 5 and 5 disposed on both sides of the substrate. In this experiment, the ferromagnetic material portions 5 and 5 were configured by filling the holder 20 with iron powder as a ferromagnetic material. The other sample B has a structure in which the ferromagnetic material portions 5 and 5 are removed from the magnetic structure 19 as shown in FIG. 3 and the magnetocaloric material portion 3 is left.

磁気熱量材料部３の軸方向寸法は１．５ｍｍ、強磁性材料部５，５の軸方向寸法はそれぞれ１ｍｍとした。磁場の印加方向は、ホルダ２０の軸方向と同方向である。これら二つの試料Ａ，Ｂについて、温度１７６Ｋから２００Ｋまで１Ｋごとに、０−２Ｔ（テスラ）までの磁化曲線（ＭＨ曲線）を測定し、測定した磁化曲線から、下記数式を用いてΔＳを算出した。   The axial dimension of the magnetocaloric material part 3 was 1.5 mm, and the axial dimension of the ferromagnetic material parts 5 and 5 was 1 mm. The application direction of the magnetic field is the same as the axial direction of the holder 20. For these two samples A and B, a magnetization curve (MH curve) from 0 to 2T (Tesla) is measured every 1 K from a temperature of 176 K to 200 K, and ΔS is calculated from the measured magnetization curve using the following formula. did.

Figure 2016003836
これらの試料Ａ，Ｂについて、温度と磁気エントロピーの変化量ΔＳとの関係をグラフ化した。図４は試料Ａについてのグラフ、図５は試料Ｂについてのグラフである。また、各図中において、実線のグラフは磁場変化が０−２Ｔの場合に対応するグラフ、破線のグラフは磁場変化が０−１Ｔの場合に対応するグラフである。
Figure 2016003836
 For these samples A and B, the relationship between temperature and magnetic entropy change ΔS was graphed. 4 is a graph for sample A, and FIG. 5 is a graph for sample B. Moreover, in each figure, a solid line graph is a graph corresponding to the case where the magnetic field change is 0-2T, and a broken line graph is a graph corresponding to the case where the magnetic field change is 0-1T.

これらのグラフから明らかなように、強磁性材料部５，５がない場合、磁気エントロピー変化量の最大値ΔＳMAXは３０程度である（図５の実線グラフ参照。）。これに対し、強磁性材料部５，５がある場合は、磁気エントロピー変化量の最大値ΔＳMAXは３４程度まで向上する（図４の実線グラフ参照。）。各試料Ａ，Ｂともに、磁場変化が０−１Ｔの場合は、０−２Ｔの場合よりも磁気エントロピー変化量ΔＳは小さくなる傾向はある。しかし、その場合でも、強磁性材料部５，５がある方が、強磁性材料部５，５がない場合より、磁気エントロピー変化量ΔＳは大きくなる。 As is clear from these graphs, when there is no ferromagnetic material portion 5, 5, the maximum value ΔS MAX of the magnetic entropy change amount is about 30 (see the solid line graph in FIG. 5). In contrast, when the ferromagnetic material portions 5 and 5 are present, the maximum value ΔS MAX of the magnetic entropy change amount is improved to about 34 (see the solid line graph in FIG. 4). In both samples A and B, when the magnetic field change is 0-1T, the magnetic entropy change amount ΔS tends to be smaller than in the case of 0-2T. However, even in this case, the amount of change in magnetic entropy ΔS is greater when the ferromagnetic material portions 5 and 5 are present than when the ferromagnetic material portions 5 and 5 are not present.

したがって、強磁性材料部５，５を設けることにより、磁気熱量材料部３を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくでき、冷凍サイクルシステムの性能を向上させることができるものと考えられる。   Therefore, it is considered that by providing the ferromagnetic material portions 5 and 5, the magnetic entropy change amount ΔS can be increased and the performance of the refrigeration cycle system can be improved as compared with the case where the magnetocaloric material portion 3 is used alone. It is done.

（２）第二実施形態
次に、第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態以降の実施形態は、第一実施形態と共通部分が多いので、第一実施形態との相違点を中心に詳述し、共通部分に関しては、第一実施形態と同じ符号を付すだけにとどめ、その詳細な説明を省略する。 (2) Second Embodiment Next, a second embodiment will be described. Since the second and subsequent embodiments have many common parts with the first embodiment, the differences from the first embodiment will be described in detail, and the common parts will be denoted by the same reference numerals as the first embodiment. The detailed description will be omitted.

図６に示すように、第二実施形態における磁性構造体２１は、非磁性材料部７が筒状に構成されている点で第一実施形態とは相違する。強磁性材料部５，５は、非磁性材料部７の内周側に配設されている。磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末を強磁性材料部５，５間に充填することによって構成されている。   As shown in FIG. 6, the magnetic structure 21 in the second embodiment is different from the first embodiment in that the nonmagnetic material portion 7 is formed in a cylindrical shape. The ferromagnetic material portions 5 and 5 are disposed on the inner peripheral side of the nonmagnetic material portion 7. The magnetocaloric material portion 3 is configured by filling the magnetic material portion 5 between the ferromagnetic material portions 5 and 5.

このような磁性構造体２１でも、第一実施形態と同様に、強磁性材料部５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体２１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。   Even in such a magnetic structure 21, as in the first embodiment, compared to the case where the ferromagnetic material portions 5 and 5 are not provided (that is, the magnetocaloric material portion 3 is provided alone). In addition, the magnetocaloric effect of the magnetic structure 21 as a whole can be improved.

（３）第三実施形態
次に、第三実施形態について説明する。図７に示すように、第三実施形態における磁性構造体３１は、複数（本実施形態では三つ。）の磁気熱量材料部３，３，３と、複数（本実施形態では四つ。）の強磁性材料部５，５，５，５とを有する。これら複数の磁気熱量材料部３，３，３と複数の強磁性材料部５，５，５，５は、交互に並べられ、これにより、各磁気熱量材料部３は、それぞれの両側にある強磁性材料部５，５間に挟まれる位置に配設されている。各磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末を強磁性材料部５，５間に充填することによって構成されている。 (3) Third Embodiment Next, a third embodiment will be described. As shown in FIG. 7, the magnetic structure 31 in the third embodiment includes a plurality (three in the present embodiment) of magnetocaloric material portions 3, 3, and 3 and a plurality (four in the present embodiment). The ferromagnetic material portions 5, 5, 5, and 5. The plurality of magnetocaloric material portions 3, 3, 3 and the plurality of ferromagnetic material portions 5, 5, 5, 5 are arranged alternately, whereby each magnetocaloric material portion 3 is strongly positioned on both sides. It is disposed at a position sandwiched between the magnetic material portions 5 and 5. Each magnetocaloric material portion 3 is configured by filling a magnetocaloric material powder between the ferromagnetic material portions 5 and 5.

このような磁性構造体３１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５，５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３，３，３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体３１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。   Even in such a magnetic structure 31, as in the above-described embodiments, when the ferromagnetic material portions 5, 5, 5, and 5 are not provided (that is, the magnetocaloric material portions 3, 3, and 3 are independent). When provided, the magnetocaloric effect of the magnetic structure 31 as a whole can be improved.

（４）第四実施形態
次に、第四実施形態について説明する。図８に示すように、第四実施形態における磁性構造体４１は、上述の第二実施形態における特徴点と第三実施形態における特徴点とを兼ね備えている。具体的には、非磁性材料部７が筒状に構成されている点で、第二実施形態と同様の構成となっている。また、複数の磁気熱量材料部３，３，３と複数の強磁性材料部５，５，５，５が交互に並べられている点において、第三実施形態と同様の構成となっている。 (4) Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 8, the magnetic structure 41 in the fourth embodiment has both the feature points in the second embodiment and the feature points in the third embodiment. Specifically, it has the same configuration as the second embodiment in that the nonmagnetic material portion 7 is configured in a cylindrical shape. Further, the configuration is the same as that of the third embodiment in that the plurality of magnetocaloric material portions 3, 3, 3 and the plurality of ferromagnetic material portions 5, 5, 5, 5 are alternately arranged.

このような磁性構造体４１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５，５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３，３，３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体４１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。   Even in such a magnetic structure 41, as in the above-described embodiments, when the ferromagnetic material portions 5, 5, 5, and 5 are not provided (that is, the magnetocaloric material portions 3, 3, and 3 are independent). As compared with the case where the magnetic structure 41 is provided, the magnetocaloric effect of the magnetic structure 41 as a whole can be improved.

（５）第五実施形態
次に、第五実施形態について説明する。図９に示すように、第五実施形態における磁性構造体５１は、磁気熱量材料部３が、複数（本実施形態では五つ。）の磁気熱量材料の成形体によって構成されている点で、上述の各実施形態とは相違する。すなわち、本実施形態でいう磁気熱量材料部３は、複数の磁気熱量材料成形体によって構成されている部分全体を意味し、磁気熱量材料部３の中には磁気熱量材料成形体が含まれている。 (5) Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the magnetic structure 51 in the fifth embodiment is such that the magnetocaloric material portion 3 is formed of a plurality of (in this embodiment, five) magnetocaloric material molded bodies. This is different from the above-described embodiments. That is, the magnetocaloric material part 3 in the present embodiment means the entire part constituted by a plurality of magnetocaloric material molded bodies, and the magnetocaloric material part 3 includes a magnetocaloric material molded body. Yes.

磁気熱量材料の成形体は、どのような手法で作成されていてもかまわないが、例えば、以下のような手順で作製することができる。まず、磁気熱量材料を構成する元素の粉末を所定の割合（例えば、Ｌａ：１７ｗｔ％、Ｆｅ：７８ｗｔ％、Ｓｉ：５ｗｔ％。）で調合する。そして、その粉末原料を用いて、溶融急冷法（ストリップキャスト法）等によって合金化する。その合金を微粉化し、放電プラズマ焼結装置（ＳＰＳ装置）等により加圧及び加熱して成形物を得る。そして、その成形物を切断、研削、研磨などによって所望の形状（本実施形態の場合は薄板状。）に加工すれば、所期の磁気熱量材料成形体を得ることができる。なお、得られた成形体に対しては、更に後加工を施してもよく、例えば、水素炉（フロー炉）に投入して水素を吸蔵させてもよい。   The compact of the magnetocaloric material may be produced by any method, but can be produced by the following procedure, for example. First, powders of elements constituting the magnetocaloric material are prepared at a predetermined ratio (for example, La: 17 wt%, Fe: 78 wt%, Si: 5 wt%). Then, the powder raw material is used for alloying by a melt quenching method (strip casting method) or the like. The alloy is pulverized and pressed and heated by a discharge plasma sintering apparatus (SPS apparatus) or the like to obtain a molded product. Then, if the molded product is processed into a desired shape (in the case of the present embodiment, a thin plate shape) by cutting, grinding, polishing, or the like, an intended magnetocaloric material molded body can be obtained. The obtained molded body may be further post-processed. For example, hydrogen may be stored in a hydrogen furnace (flow furnace).

こうして得られた磁気熱量材料成形体は、複数の磁気熱量材料成形体が間隔を空けて平行に配置されることにより、上述の磁気熱量材料部３が構成される。磁気熱量材料成形体間にある隙間は、上述した液状媒体の流路となる。また、各磁気熱量材料成形体は、強磁性材料部５，５の間に挟まれる。本実施形態の場合、強磁性材料部５を構成する強磁性材料成形体には溝が刻設され、この溝に磁気熱量材料成形体の端部を組み込むことにより、各磁気熱量材料成形体が強磁性材料部５，５間に保持されている。ただし、磁気熱量材料成形体と強磁性材料成形体との接合箇所は、上述のような溝以外の手法を利用して接合されていてもよい。例えば、磁気熱量材料成形体と強磁性材料成形体とを接着剤で接着してもよいし、磁気熱量材料成形体と強磁性材料成形体に対して高温熱処理を施して両者を接合してもよい。   In the thus obtained magnetocaloric material molded body, a plurality of magnetocaloric material molded bodies are arranged in parallel at intervals, whereby the above-described magnetocaloric material part 3 is configured. The gap between the magnetocaloric material molded bodies serves as the liquid medium flow path described above. Each magnetocaloric material molded body is sandwiched between the ferromagnetic material portions 5 and 5. In the case of this embodiment, a groove is formed in the ferromagnetic material molded body constituting the ferromagnetic material portion 5, and each magnetocaloric material molded body is formed by incorporating the end of the magnetocaloric material molded body into this groove. It is held between the ferromagnetic material portions 5 and 5. However, the junction between the magnetocaloric material molded body and the ferromagnetic material molded body may be joined using a technique other than the groove as described above. For example, the magnetocaloric material molded body and the ferromagnetic material molded body may be bonded with an adhesive, or the magnetocaloric material molded body and the ferromagnetic material molded body may be subjected to high-temperature heat treatment and joined together. Good.

このような磁性構造体５１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体５１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。   Even in such a magnetic structure 51, as in the above-described embodiments, when the ferromagnetic material portions 5 and 5 are not provided (that is, when the magnetocaloric material portion 3 is provided alone). In comparison, the magnetocaloric effect of the magnetic structure 51 as a whole can be improved.

（６）第六実施形態
次に、第六実施形態について説明する。図１０に示すように、第六実施形態における磁性構造体６１は、上述の第四実施形態における特徴点と第五実施形態における特徴点とを兼ね備えている。具体的には、複数（本実施形態では三つ。）の磁気熱量材料部３，３，３と複数（本実施形態では四つ。）の強磁性材料部５，５，５，５が交互に並べられている点において、第四実施形態と同様の構成となっている。各磁気熱量材料部３が、複数（本実施形態では五つ。）の磁気熱量材料の成形体によって構成されている点は、第五実施形態と同様の構成となっている。 (6) Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment will be described. As shown in FIG. 10, the magnetic structure 61 in the sixth embodiment has both the feature points in the fourth embodiment and the feature points in the fifth embodiment. Specifically, a plurality (three in the present embodiment) of magnetocaloric material portions 3, 3, and 3 and a plurality (four in the present embodiment) of ferromagnetic material portions 5, 5, 5, and 5 are alternated. Are the same as those of the fourth embodiment. Each magnetocaloric material portion 3 is configured by a plurality (five in the present embodiment) of magnetocaloric material molded bodies, and has the same configuration as that of the fifth embodiment.

このような磁性構造体６１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５，５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３，３，３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体６１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。   Even in such a magnetic structure 61, as in the above-described embodiments, when the ferromagnetic material portions 5, 5, 5, and 5 are not provided (that is, the magnetocaloric material portions 3, 3, and 3 are independent). As compared with the case where the magnetic structure 61 is provided, the magnetocaloric effect of the magnetic structure 61 as a whole can be improved.

（７）第七実施形態
次に、第七実施形態について説明する。図１１に示すように、第七実施形態における磁性構造体７１は、第二実施形態と類似の構成とされているが、第二実施形態においては二つあった強磁性材料部５が、第七実施形態においては一つとされている点で、第二実施形態とは相違する。この場合、磁場の印加方向は、強磁性材料部５から磁気熱量材料部３へ向かう方向、及び磁気熱量材料部３から強磁性材料部５へ向かう方向のうち、いずれの方向とされていてもよい。 (7) Seventh Embodiment Next, a seventh embodiment will be described. As shown in FIG. 11, the magnetic structure 71 in the seventh embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment, but in the second embodiment, the two ferromagnetic material portions 5 are The seventh embodiment is different from the second embodiment in that the number is one. In this case, the application direction of the magnetic field may be any of the direction from the ferromagnetic material part 5 toward the magnetocaloric material part 3 and the direction from the magnetocaloric material part 3 toward the ferromagnetic material part 5. Good.

このような磁性構造体７１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体７１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。   Even in such a magnetic structure 71, as in the above-described embodiments, compared to the case where the ferromagnetic material portion 5 is not provided (that is, the magnetocaloric material portion 3 is provided alone). The magnetocaloric effect of the magnetic structure 71 as a whole can be improved.

（８）他の実施形態
以上、磁性構造体、熱交換器、及び冷凍サイクルシステムについて、例示的な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。 (8) Other Embodiments While the magnetic structure, the heat exchanger, and the refrigeration cycle system have been described with reference to the exemplary embodiments, the present invention is limited to the exemplary embodiments described above. However, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、冷凍サイクルシステムの具体的構成について、一例を例示したが、冷凍サイクルシステム自体は例示した構成以外のものであってもよく、その場合でも、上述の磁性構造体を採用することで、磁気冷凍性能の向上を図ることができる。   For example, in the above-described embodiment, an example of the specific configuration of the refrigeration cycle system is illustrated, but the refrigeration cycle system itself may be other than the illustrated configuration, and even in that case, the above-described magnetic structure is used. By adopting it, it is possible to improve the magnetic refrigeration performance.

また、第五実施形態及び第六実施形態では、五つの磁気熱量材料成形体で一つの磁気熱量材料部３を構成する例を示したが、磁気熱量材料部３を構成する磁気熱量材料成形体の数は任意であり、四つ以下あるいは六つ以上であってもよい。また、複数の磁気熱量材料部３，３，３…を備える場合、各磁気熱量材料部３は全く同じ構造でなくてもよく、例えば、ある磁気熱量材料部３と別の磁気熱量材料部３とで、それぞれに含まれる磁気熱量材料成形体の数や、磁気熱量材料粉末の充填量が異なっていてもよい。   In the fifth embodiment and the sixth embodiment, an example in which one magnetocaloric material part 3 is configured by five magnetocaloric material molded bodies has been described. However, a magnetocaloric material molded body that configures the magnetocaloric material part 3. Is arbitrary, and may be four or less or six or more. Further, when a plurality of magnetocaloric material parts 3, 3, 3... Are provided, the magnetocaloric material parts 3 do not have to have the same structure. For example, one magnetocaloric material part 3 and another magnetocaloric material part 3 The number of magnetocaloric material compacts contained in each and the filling amount of the magnetocaloric material powder may be different.

なお、上記各実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。   Note that the functions of one component in each of the above embodiments may be distributed as a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be integrated into one component. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be replaced with a known configuration having the same function. Moreover, you may abbreviate | omit a part of structure of the said embodiment as long as a subject can be solved. In addition, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment. In addition, all the aspects included in the technical idea specified only by the wording described in the claim are embodiment of this invention.

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…磁性構造体、３…磁気熱量材料部、５…強磁性材料部、７…非磁性材料部、９…筒状体、１１…冷凍サイクルシステム、１２…熱交換器、１３…磁場印加部、１５…ポンプ、１６…バルブ、１７…排熱用熱交換器、１８…冷熱取得用熱交換器、１９…磁性構造体、２０…ホルダ。   1, 21, 31, 41, 51, 61, 71 ... magnetic structure, 3 ... magnetocaloric material part, 5 ... ferromagnetic material part, 7 ... nonmagnetic material part, 9 ... cylindrical body, 11 ... refrigeration cycle system DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Heat exchanger, 13 ... Magnetic field application part, 15 ... Pump, 16 ... Valve, 17 ... Heat exchanger for exhaust heat, 18 ... Heat exchanger for cold-heat acquisition, 19 ... Magnetic structure, 20 ... Holder.

Claims (10)

磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される少なくとも一つの磁気熱量材料部（３）と、
強磁性材料によって構成される少なくとも一つの強磁性材料部（５）と
を有し、
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられている
磁性構造体。 At least one magnetocaloric material part (3) constituted by a magnetocaloric material which is a magnetic material exhibiting a magnetocaloric effect;
At least one ferromagnetic material part (5) composed of a ferromagnetic material,
The one magnetocaloric material part and the one ferromagnetic material part are arranged at positions adjacent to each other. 一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、双方に対して磁場が印加されるように構成され、当該磁場の印加方向が、互いに隣り合う位置に並べられた前記磁気熱量材料部及び前記強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とされている
請求項１に記載の磁性構造体。 One magnetocaloric material part and one ferromagnetic material part are configured such that a magnetic field is applied to both, and the magnetocaloric material is arranged such that the application direction of the magnetic field is arranged adjacent to each other The magnetic structure according to claim 1, wherein the magnetic structure is in a direction from one of the portion and the ferromagnetic material portion toward the other. 少なくとも一つの前記磁気熱量材料部と、少なくとも二つの前記強磁性材料部とを有し、
一つの前記磁気熱量材料部は、二つの前記強磁性材料部間に挟まれる位置に配設されている
請求項１又は請求項２に記載の磁性構造体。 Having at least one magnetocaloric material portion and at least two ferromagnetic material portions;
The magnetic structure according to claim 1, wherein one of the magnetocaloric material portions is disposed at a position sandwiched between the two ferromagnetic material portions. 複数の前記磁気熱量材料部と、複数の前記強磁性材料部とを有し、
複数の前記磁気熱量材料部と複数の前記強磁性材料部とが交互に並べられることにより、複数の前記磁気熱量材料部は、それぞれの両側にある前記強磁性材料部間に挟まれる位置に配設されている
請求項３に記載の磁性構造体。 A plurality of the magnetocaloric material parts, and a plurality of the ferromagnetic material parts,
By arranging the plurality of magnetocaloric material portions and the plurality of ferromagnetic material portions alternately, the plurality of magnetocaloric material portions are arranged at positions sandwiched between the ferromagnetic material portions on both sides. The magnetic structure according to claim 3. 液状媒体が流通可能な流路を有し、
前記磁気熱量材料部は、前記流路内に配置された磁気熱量材料の粒子又は成形体によって構成され、前記液状媒体が前記粒子又は前記成形体に接触しつつ前記流路内を流通するように構成されている
請求項１−請求項４のいずれか一項に記載の磁性構造体。 Having a flow path through which the liquid medium can circulate;
The magnetocaloric material portion is constituted by particles or a molded body of a magnetocaloric material disposed in the flow path so that the liquid medium flows through the flow path while being in contact with the particles or the molded body. It is comprised. The magnetic structure as described in any one of Claims 1-4. 非磁性材料によって構成される非磁性材料部（７）
を有し、
前記強磁性材料部は、それぞれが強磁性材料によって形成された複数の面状強磁性体を、互いの間に間隔を空けて配設してなる構造を有し、
前記非磁性材料部は、前記強磁性材料部を挟んで両側に配設され、
前記流路は、間隔を空けて隣り合う位置にある一対の面状強磁性体と前記非磁性材料部とによって囲まれる領域として構成されている
請求項５に記載の磁性構造体。 Nonmagnetic material part composed of nonmagnetic material (7)
Have
The ferromagnetic material portion has a structure in which a plurality of planar ferromagnets each formed of a ferromagnetic material are disposed with a space between each other,
The nonmagnetic material part is disposed on both sides of the ferromagnetic material part,
The magnetic structure according to claim 5, wherein the flow path is configured as a region surrounded by a pair of planar ferromagnets and the nonmagnetic material portion that are adjacent to each other with a space therebetween. 前記強磁性材料部は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの中から選ばれる一種以上を主成分として含む強磁性材料によって構成されている
請求項１−請求項６のいずれか一項に記載の磁性構造体。 The magnetic structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the ferromagnetic material portion is made of a ferromagnetic material containing as a main component one or more selected from Fe, Co, and Ni. body. 前記磁気熱量材料部は、ＬａＦｅＳｉ系磁気熱量材料、ＬａＦｅＳｉＨ系磁気熱量材料、ＭｎＡｓ系磁気熱量材料、Ｇｄ系磁気熱量材料の中から選ばれる一種以上を含む磁気熱量材料によって構成されている
請求項１−請求項７のいずれか一項に記載の磁性構造体。 2. The magnetocaloric material portion is composed of a magnetocaloric material including at least one selected from a LaFeSi based magnetocaloric material, a LaFeSiH based magnetocaloric material, a MnAs based magnetocaloric material, and a Gd based magnetocaloric material. -The magnetic structure according to any one of claims 7 to 9. 磁場を印加すると発熱する一方、前記磁場の印加を止めると吸熱する磁性構造体（１）を有し、当該磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、前記磁性構造体の発熱時には前記液状媒体を加熱可能、かつ、前記磁性構造体の吸熱時には前記液状媒体を冷却可能に構成されており、
前記磁性構造体は、
磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される少なくとも一つの磁気熱量材料部と、
強磁性材料によって構成される少なくとも一つの強磁性材料部と
を有し、
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられて、双方に対して磁場が印加されるように構成され、当該磁場の印加方向が、前記磁気熱量材料部及び前記強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とされている
熱交換器。 It has a magnetic structure (1) that generates heat when a magnetic field is applied and absorbs heat when the application of the magnetic field is stopped. By contacting the magnetic structure with a liquid medium, the liquid structure is heated when the magnetic structure generates heat. The medium can be heated, and the liquid medium can be cooled when the magnetic structure absorbs heat.
The magnetic structure is
At least one magnetocaloric material portion composed of a magnetocaloric material which is a magnetic material exhibiting a magnetocaloric effect;
And at least one ferromagnetic material portion composed of a ferromagnetic material,
One magnetocaloric material part and one ferromagnetic material part are arranged adjacent to each other so that a magnetic field is applied to both, and the direction in which the magnetic field is applied depends on the magnetocaloric quantity. A heat exchanger that is directed from one of the material portion and the ferromagnetic material portion to the other. 磁場を印加すると発熱する一方、前記磁場の印加を止めると吸熱する磁性構造体を有し、当該磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、前記磁性構造体の発熱時には前記液状媒体を加熱可能、かつ、前記磁性構造体の吸熱時には前記液状媒体を冷却可能に構成された熱交換器（１２）と、
前記熱交換器に対して、磁場を印加する状態と磁場を印加しない状態とを切り替え可能に構成された磁場印加部（１３）と
を備え、
前記磁性構造体は、
磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される少なくとも一つの磁気熱量材料部と、
強磁性材料によって構成される少なくとも一つの強磁性材料部と
を有し、
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられて、双方に対して前記磁場印加部から磁場が印加されるように構成され、当該磁場の印加方向が、前記磁気熱量材料部及び前記強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とされている
冷凍サイクルシステム。 It has a magnetic structure that generates heat when a magnetic field is applied and absorbs heat when the application of the magnetic field is stopped. By contacting the magnetic structure and the liquid medium, the liquid medium is heated when the magnetic structure generates heat. A heat exchanger (12) configured to be capable of cooling the liquid medium at the time of heat absorption of the magnetic structure;
A magnetic field application unit (13) configured to switch between a state in which a magnetic field is applied and a state in which a magnetic field is not applied to the heat exchanger;
The magnetic structure is
At least one magnetocaloric material portion composed of a magnetocaloric material which is a magnetic material exhibiting a magnetocaloric effect;
And at least one ferromagnetic material portion composed of a ferromagnetic material,
One magnetocaloric material part and one ferromagnetic material part are arranged at positions adjacent to each other, and are configured such that a magnetic field is applied to the both from the magnetic field application part, and the direction in which the magnetic field is applied Is a direction from one of the magnetocaloric material part and the ferromagnetic material part to the other.
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