JP5463596B2

JP5463596B2 - 磁気熱量効果素子

Info

Publication number: JP5463596B2
Application number: JP2011528388A
Authority: JP
Inventors: ヘイツラー，ジャン−クローデ; ムラー，クリスティアン; ハム，ジャン−ルー
Original assignee: クールテックアプリケーションズエス．エイ．エス．
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: US20110173993A1; WO2010034907A8; FR2936364A1; BRPI0918824B1; JP2012503754A; EP2340570B1; FR2936364B1; PL2340570T3; US8683815B2; BRPI0918824A2; WO2010034907A1; EP2340570A1

Description

本発明は、異なるキュリー温度を有し、磁気熱量効果を有する少なくとも２つの隣接する集合体からなる１列で構成される磁気熱量効果素子に関する。このような集合体は、発熱器に搭載されるようになっていることが好ましい。

常温での磁気冷却技術は２０数年以上前から知られており、環境配慮および持続可能な開発の観点でこの技術がもたらす利点は承知している。また、この技術の熱出力および効率には限度があることも知られている。そのため、この分野に関わる研究者はこぞってこのような発熱器の性能改善に取り組み、磁力、磁気熱量効果素子の性能、冷却液と磁気熱量効果素子との間の熱交換面積、熱交換器の性能など、さまざまなパラメータを研究している。

磁気熱量効果材料の選択は重要であり、磁気熱量効果を有する発熱器の性能に直接影響を及ぼす。磁気熱量効果は、磁気熱量効果材料の相転移の領域でキュリー温度前後に達したときに最高となる。ただし、この材料は、１次相転移性で磁気熱量効果の最大効力がキュリー温度前後に限定した温度範囲に限られるか、２次相転移性でこれよりも効力は小さいが温度範囲が広いかのどちらかである。つまり、特に困難なのは、幅広い温度層で機能することができる磁気熱量発生器を作製し、発生器の温度レベルを外部温度に適応させることである。

磁気熱量効果による熱発生器の多くは、磁気熱量効果材料の磁化と消磁のサイクルに応じて冷却液を磁気熱量効果材料に沿わせるか、同材料に通過させて反対の２方向に循環させ、磁気熱量効果材料の磁気熱量効果を利用している。使用した冷却液も同じく、外部回路を用いてカロリーおよび／またはフリゴリーを熱的に交換するようになっている。磁気熱量効果材料を含む熱発生器を始動させると、冷却液が循環することにより磁気熱量効果材料の両端の間に温度勾配を得ることができる。この温度勾配が得られるかどうかは、冷却液の最初の温度およびその流量、キュリー温度の磁気熱量効果の強度、および磁気熱量効果材料の長さに左右される。最初の温度と磁気熱量効果材料のキュリー温度が近いほど早く温度勾配が達成され、熱発生器はこの温度勾配が生じてから作動し、外部回路を用いて熱エネルギーを生成または交換することができる。ただし、冷却液の最初の温度は制御されず、熱発生器の外部温度と同じであるため、たとえば−２０から＋６０^０Ｃまでの非常に幅広い範囲に及ぶことがある。このような条件では、磁気熱量効果材料をキュリー温度および発生器が搭載される環境または機能する環境に応じて選択する必要がある。効率を上げるためには、あるひとつの適用に対して環境の種類ごとに発生器を作製することになる。

装備する特定の熱発生器数を抑えるための対策は、転移領域の大きい磁気熱量効果材料、すなわち２次相転移性の材料を使用することである。ただし、この材料の磁気熱量効果は弱く、この対策では熱発生器から容認可能な効率を得ることはできないため、利益は限られる。

もうひとつの提案は、熱発生器内に複数の１次相転移性の磁気熱量効果材料を内蔵することである。しかし、この対策にはこの材料の転移領域が小さいことによる不都合がある。磁気熱量効果材料の転移領域が冷却液の温度に達しなければ、この材料の一部には磁気熱量効果が生じないこともあるからである。さらに、磁気熱量効果素子の熱い端部と冷たい端部との間の温度勾配が得られるまでの時間は、使用する材料が多いために長くなってしまう。

本発明は、熱流束を生成し、熱発生器に搭載することができる磁気熱量効果集合体であって、あらゆるタイプの温度環境で機能し、発生器が機能するレベルに達するまでの時間、すなわち磁気熱量効果素子の両端の間に所定の温度勾配が得られるまでの時間が短く、最終的には暖房、冷房、温度調節、冷却などに適用するのに適した効率を供給する磁気熱量効果集合体を提供して、上記の不都合を緩和することを目的とする。

そのため、本発明は、前述した類の磁気熱量効果素子であって、同一集合体の中にある磁気熱量効果材料が同一のキュリー温度を有することと、集合体のキュリー温度が低い順に配置されることと、前記磁気熱量効果素子が磁気熱量効果素子の熱い端部と冷たい端部との両端間の温度勾配による起動手段を有することとを特徴とする磁気熱量効果素子に関する。

起動手段は、磁気熱量効果素子の両端間で温度勾配が生じるのを加速させて迅速に定常状態を達成することが目的であり、この両端は前記磁気熱量効果素子の両極端にある集合体で構成される。

集合体（ｅｎｓｅｍｂｌｅ）という語は、組み立てられた素子が互いに連続していることを指すとともに、それぞれが冷却液を通すことができる一体構造であることも指す。

本発明によれば、起動手段は集合体を形成する磁気熱量効果材料の転移領域よりも大きい転移領域を有する磁気熱量効果材料で構成することができる。

このほか、集合体を構成する磁気熱量効果材料は１次相転移性であり、起動手段を形成する磁気熱量効果材料は２次相転移性とすることができる。

本発明の第１の実施形態では、各集合体は、磁気熱量効果材料のプレートを前記集合体の間に冷却液が通過するように互いに間隔をあけて積み重ねることによって構成することができる。

よって起動手段を形成する磁気熱量効果材料は、少なくとも１枚のプレートが少なくとも１つの磁気熱量効果材料製の集合体の中および／または集合体に沿って水平方向に搭載される形態を取ることができ、同材料の転移領域は前記集合体のキュリー温度を範囲に含める。

変形例では、少なくとも１つの集合体が、少なくとも２枚の磁気熱量効果材料製のプレートが前記集合体の中および／または集合体に沿って水平方向に配列されて搭載される形態の起動手段を備えることができ、前記プレートで形成される組み立て体の転移領域は前記集合体のキュリー温度を範囲に含める。

もうひとつの変形例によれば、起動手段を形成する磁気熱量効果材料は、少なくとも１枚のプレートが磁気熱量効果材料製の２つの集合体の中および／または集合体に沿って水平方向に搭載される形態を取ることができ、前記２つの集合体のうちの１つと同じ磁気熱量効果材料で構成される。

さらにもうひとつの変形例によれば、磁気熱量効果材料間で起動手段を起動させることができ、起動手段を形成する磁気熱量効果材料は、少なくとも２枚の平行なプレートがそれぞれ少なくとも２つの集合体の中および／または集合体に沿って水平方向に搭載される形態を取って前記プレートが前記集合体のうちの少なくとも１つで互いに隣接するようにし、各プレートの転移領域は搭載される集合体のキュリー温度を含むことができる。

本発明の第２の実施形態では、各集合体は、磁気熱量効果材料製の多孔質の部品で構成することができる。

この構成では、起動手段を形成する磁気熱量効果材料は、少なくとも１本の小さなバーが、少なくとも１つの磁気熱量効果材料製の集合体にほぼ水平方向に搭載される形態を取ることができる。

また、本発明は、磁気熱量効果を有する熱発生器であって、少なくとも１つの磁気熱量効果素子と、前記磁気熱量効果素子が磁場変動の影響を受けてこの磁場に加熱サイクルおよび冷却サイクルを交互に生成するために配置される少なくとも１つの磁気的構成と、集合体に対してほぼ垂直な方向に前記磁気熱量効果素子を交互に通過して磁場の変動と同期化する冷却液とを有し、前記磁気熱量効果素子の熱い端部と冷たい端部との両端間の温度勾配を達成してこの温度勾配を維持する熱発生器において、前記磁気熱量効果素子が前述の定義に応じて作製されることを特徴とする熱発生器に関する。

本発明およびその利点は、添付の図を参照しながら、例として挙げた非限定的ないくつかの実施形態に沿った説明を読むことによりさらに明らかとなるであろう。以下、図を説明する。

本発明の第１の実施形態の６つの変形例による磁気熱量効果素子を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の６つの変形例による磁気熱量効果素子を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の６つの変形例による磁気熱量効果素子を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の６つの変形例による磁気熱量効果素子を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の６つの変形例による磁気熱量効果素子を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の６つの変形例による磁気熱量効果素子を示す平面図である。本発明の第２の実施形態による磁気熱量効果素子の斜視図である。図７Ａの部分的な断面図である。図４に示す磁気熱量効果素子の熱い端部と冷たい端部の温度を示すグラフである。第１の実施形態に追加の２変形例による磁気熱量効果素子の平面図である。第１の実施形態に追加の２変形例による磁気熱量効果素子の平面図である。本発明の第３の実施形態による磁気熱量効果素子の平面図である。

図に示す実施例では、同一の部品または部分には同一の符号を付している。

図１を見ると、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に沿って示した磁気熱量効果素子１は、磁気熱量効果による熱発生器に搭載されるものである。この素子は、磁気熱量効果材料製のプレート５からなる１０個の集合体ＭＣ１−１０で構成される。この第１の実施形態では、各集合体ＭＣ１−１０はさまざまに異なる磁気熱量効果材料で作製され、同一のプレート５からなる組み立て体で構成される。

各集合体ＭＣ１−１０では、これらのプレート５は、隣接する２つのプレート５の間を冷却液が循環してプレートと熱エネルギーを交換できるように互いに間隔があけられている。このために、冷却液が通過する間隔を確保するための間隔をあける装置または分離装置（図示せず）でプレート５を２枚ずつ分離することができる。冷却液の循環方法は、図１の矢印Ｆで示している。

集合体ＭＣ１−１０は、キュリー温度の低い順に配置される。

図１〜図４にそれぞれ示す磁気熱量効果を有する集合体１、１０、２０および３０は、同一磁気熱量効果材料製の集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０で構成される。たとえば、材料ＭＣ１のキュリー温度は−１８．５℃、材料ＭＣ２は−９．１℃、材料ＭＣ３は１．２℃、材料ＭＣ４は１４．１℃、材料ＭＣ５は２９．５℃である。さまざまなキュリー温度を有する磁気熱量効果材料を使用することにより、本発明による磁気熱量効果素子を搭載した熱発生器を適用できる可能性が増大するため、この熱発生器は幅広い温度範囲で機能することができ、高い熱出力を発揮することができる。

本発明による磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０を熱発生器（図示せず）に搭載する際は、集合体ＭＣ１−２１およびＭＡ１〜３４が磁場変動の影響を受けてこの磁場に加熱サイクルおよび冷却サイクルを交互に生成するように磁場を考慮した構成で配置する。冷却液は、これらのサイクルと同期化するように動き、また、往来の運動に沿って交互となるように動いて磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０の熱い端部６と冷たい端部７の両端の間に温度勾配を生成してそれを維持する。

このような磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０を搭載する熱発生器は、前記磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、さらに詳細には、この熱発生器が１つまたは複数の外部回路に収容される磁気熱量効果材料によって産生された熱エネルギーを放出するようになっている。この放出は、冷却液との熱交換によって行われる。温度勾配が達成されると、磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０は定常状態となる。これにより、この勾配が迅速に達成されるほど、熱発生器は迅速に作動するようになる。

この温度勾配が得られる時間を短縮するため、図１に示す磁気熱量効果素子１は起動手段を搭載し、この起動手段は、２枚ずつ組み合わされている８枚のプレートＭＡ１およびＭＡ２で作製され、線形状のＭＣ１〜ＭＣ５およびＭＣ６〜ＭＣ１０の５つの集合体の中に挿入され、ＭＡ１またはＭＡ２の２組のプレートはＭＣ１〜ＭＣ５の集合体とＭＣ６〜ＭＣ１０の集合体を形成する２列のプレート５によって分離されている。プレートＭＡ１を形成し、５つの集合体ＭＣ１〜ＭＣ５に搭載される材料は、前記集合体を構成して材料の転移領域よりも大きい転移領域を有し、前記材料のキュリー温度すべてを範囲に含む。材料ＭＡ１は、実際にはキュリー温度が５．５℃、転移領域または転移範囲が６０℃となるように選択される。つまりこれは２次相転移性の材料である。逆に、集合体ＭＣ１〜ＭＣ５の材料は、これよりも強い磁気熱量効果を有するが、キュリー温度（約１２℃の範囲）前後のみの１次相転移性の材料である。

したがって、磁気熱量効果素子１の第１の５つの集合体ＭＣ１〜ＭＣ５ではプレートＭＡ１を形成する材料は−２５℃〜＋３５℃の温度範囲で活性となる。よって始動時の冷却液の温度は、単純にこの範囲内でなければならず、この範囲はきわめて広い。これらの集合体ＭＣ１〜ＭＣ５を通過する冷却液の動きおよび磁場の変動により、起動するプレートＭＡ１の両端間に温度勾配を生じさせることができ、熱伝導および熱対流によって生じるこの温度勾配によって集合体ＭＣ１〜ＭＣ５を構成する各材料のキュリー温度に迅速に達して、これらの集合体の磁気熱量効果力を利用することができる。

同じく、次の５つの集合体ＭＣ６〜ＭＣ１０の磁気熱量効果材料はキュリー温度の低い順に並べられ、１次相転移性である。５つの集合体ＭＣ６〜ＭＣ１０の起動手段を形成するプレートＭＡ２は、集合体ＭＣ６〜ＭＣ１０の材料のキュリー温度を範囲に含める転移領域を有する磁気熱量効果材料製であり、これによって熱発生器が作動状態、すなわち定常状態となる温度勾配を迅速に達成することができる。

したがって、キュリー温度の低い順に並べられた磁気熱量効果材料からなる複数の隣接する集合体によって、同一の磁気熱量効果素子の両端間に高い温度勾配を実現することができるため、高効率を得ることができる。この温度勾配による起動手段を搭載することによってさらに迅速に定常状態に達することができる。よって本発明による磁気熱量効果素子１を搭載する熱発生器は、きわめて迅速に高い効率に達する。

図２は本発明の第２の実施変形例を示しており、磁気熱量効果素子１０はプレート５からなる１０個の集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０で構成され、このプレートは前述の１次相転移性タイプの磁気熱量効果素子１と同一の材料で作製され、キュリー温度の低い順に並んでいる。

この磁気熱量効果素子１０では、起動手段は同じくプレートＭＡ１およびＭＡ２の形状をしている。磁気熱量効果素子１０のうち、プレートＭＡ１は５つの集合体ＭＣ１〜ＭＣ５に搭載されるラインを形成し、プレートＭＡ２は５つの集合体ＭＣ６〜ＭＣ１０に搭載されるラインを形成する。このプレートＭＡ１およびＭＡ２は、磁気熱量効果素子１０を形成する材料のラインと交互に、すなわち集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０を形成する材料の１ラインごとに分離して配置される。

起動手段は、同一材料で作製される同一集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０と連結しているため、図１に示す磁気熱量効果素子１と同一の材料で作製される。

磁気熱量効果素子１について説明したのと同じ利点がこの磁気熱量効果素子１０にも適用される。磁気熱量効果素子１０を始動する段階では、集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０の材料は、冷却液の温度がこの材料の転移領域内にあり、起動するプレートＭＡ１およびＭＡ２が加熱サイクルと冷却サイクルの影響を受け、前記起動するプレートＭＡ１およびＭＡ２は、その両端間に温度勾配が発生し、熱伝導および熱対流によって集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０の材料を迅速に活性することができ、同材料の冷却液の温度は始動時には転移領域にはない。

図３は本発明の第３の実施変形例を示しており、磁気熱量効果素子２０は、１次相転移性のタイプでキュリー温度の低い順に並んだ磁気熱量効果素子１に使用されるものと同一の材料で作製されるプレート５からなる１０個の集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０で構成される。

この磁気熱量効果素子２０では、起動手段は、前記磁気熱量効果素子２０に搭載される３枚のプレートＭＡ１およびＭＡ２で構成される２つの集合体の形状をしている。

ここでもまた、この起動手段ＭＡ１およびＭＡ２は、同一材料で作製される同一集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０と連結しているため、図１に示す磁気熱量効果素子１と同一の材料で作製される。

前述したのと同じ利点がこの磁気熱量効果素子２０にも適用される。磁気熱量効果材料製のプレートＭＡ１からなる第１の集合体によって、磁気熱量効果素子２０の集合体ＭＣ１〜ＭＣ５の起動を実現することができ、磁気熱量効果材料製のプレートＭＡ２からなる第２の集合体によって集合体ＭＣ６〜ＭＣ１０の起動を実現することができる。

図５を見ると、本発明の第１の実施形態の第５の変形例に沿って示した磁気熱量効果素子４０は、キュリー温度の低い順に配置される磁気熱量効果材料製のプレート５からなる５つの集合体ＭＣ１１−１５で構成されている。この実施形態では、冷却液はさまざまなプレート５の間のスペースを循環してこれらのプレートとの熱交換を行う。この磁気熱量効果素子４０の温度勾配の達成は、集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５にそれぞれ配置されてプレート５と同じ長さであるプレートＭＡ６〜ＭＡ１０によって実現される。同じように、各集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５は特定の起動手段を有する。この実施例では、２枚のプレートＭＡ６〜ＭＡ１０は各集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５にそれぞれ搭載されている。当然のことだが、これよりも多く搭載したり１つのみ搭載したりするようにもできる。

起動手段を形成するプレートＭＡ６〜ＭＡ１０は、それぞれ搭載される集合体の材料のキュリー温度を範囲に含む転移領域を有しており、これによって発熱器が作動可能な定常状態となる温度勾配を迅速に達成することができる。

図６に示す磁気熱量効果素子５０は、第６の変形例に従って作製されるものであり、前述の磁気熱量効果素子４０の集合体と同一の磁気熱量効果材料からなる集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５で構成される。磁気熱量効果素子５０では、起動手段は集合体ＭＣ１１〜１５を形成する小プレート５からなる列にそれぞれ搭載される３枚のプレートＭＡ１１〜ＭＡ２５で作製される。この実施形態では、連結する３枚のプレートＭＡ１１〜ＭＡ２５の全体の転移領域は、搭載される集合体のキュリー温度を範囲に含んでいる。ここでもまた、これらのプレートＭＡ１１〜ＭＡ２５を集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５のプレート５のうちの１つまたは複数のラインに搭載することも可能である。この例では、起動プレートＭＡ１１〜ＭＡ２５の２ラインは各集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５に搭載されている。

図９を見ると、本発明の第１の実施形態の第７の変形例に従って示した磁気熱量効果素子７０も同じく、図５に関して説明した磁気熱量効果素子４０の集合体と同一の磁気熱量効果材料からなる集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５で構成される。この実施形態では、温度勾配による起動はプレートＭＡ２７〜ＭＡ３０によって実現され、この各プレートは２つの集合体にまたがり、それぞれ集合体ＭＣ１１とＭＣ１２、ＭＣ１２とＭＣ１３、ＭＣ１３とＭＣ１４、ＭＣ１４とＭＣ１５にまたがって配置されている。このプレートはそれぞれプレート５と同じ長さであり、配置される２つの集合体のうちの一方を構成している磁気熱量効果材料と同じもので作製される。したがって、この例では、プレートＭＡ２７は集合体ＭＣ１１を構成する材料で作製され、プレートＭＡ２８は集合体ＭＣ１２を構成する材料で作製され、プレートＭＡ２９は集合体ＭＣ１３を構成する材料で作製され、プレートＭＡ３０は集合体ＭＣ１４を構成する材料で作製される。同じように、集合体の各ペアは共通の起動手段を有し、この起動手段により磁気熱量効果素子７０の両端６および７の間の温度勾配をさらに迅速に達成することができる。この実施例でも同じく、２枚のプレートＭＡ２７〜ＭＡ３０はそれぞれ集合体ＭＣ１１〜ＭＣ１５に搭載される。当然のことだが、プレートはこれよりも多く搭載したり１つのみ搭載したりするようにもできる。

図１０は、端部のプレートＭＡ３１およびＭＡ３２の幅が長く、このプレートＭＡ３１およびＭＡ３２がそれぞれ磁気熱量効果素子８０の冷たい端部７または熱い端部６にまで伸びているというこれ以前の図とは異なる磁気熱量効果素子８０の構成を示している。この構成により、とりわけ冷却液を均質の流量で磁気熱量効果素子８０に循環させることが可能となる。

図７Ａおよび７Ｂは、本発明の第２の実施形態による磁気熱量効果素子６０を示しており、集合体ＭＣ１６〜ＭＣ１９は、それぞれ磁気熱量効果材料の多孔質ブロックで構成され、この孔を冷却液が通過する。この多孔質ブロックＭＣ１６〜１９には磁気熱量効果材料製のバーＭＡ２６が貫通しており、その相転移領域はこの多孔質ブロックのキュリー温度を範囲に含める。起動の原理は第１の実施形態で説明したものと同じであり、バーＭＡ２６によって各多孔質ブロックＭＣ１６〜１９の中で転移領域に含まれる温度を得ることができ、このブロックは変動する磁場の作用により加熱と冷却のサイクルを交互に実現することができる。よって磁気熱量効果素子６０の始動段階の継続時間は短縮される。図に示す実施形態では、２本のバーＭＡ２６が搭載され、その転移領域は集合体ＭＣ１６〜ＭＣ１９のキュリー温度を範囲に含む。当然のことだが、これよりも多いまたは少ないバーを１つまたは複数の多孔質ブロックに貫通させてもよい。

図４に示す磁気熱量効果素子３０は、第１の実施形態に従って作製されたものであり、磁気熱量効果を有する集合体１、１０および３０と同じ磁気熱量効果材料で作製されるプレート５からなる１０個の集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０で構成され、この集合体は１次相転移性でキュリー温度の低い順に並んでいる。起動手段も同じく２次相転移性の磁気熱量効果材料のプレートＭＡ１〜ＭＡ５の形状で作製されている。このプレートＭＡ１〜ＭＡ５は、中央に３本のラインを形成するように磁気熱量効果素子３０内に配置される。このプレートは、集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０を構成するさまざまな材料と熱レベルで協働するようになっている５つの異なる材料で作製されている。

したがって、このプレートＭＡ１〜ＭＡ５で形成される３本のラインを考えると、中央のラインの両側に位置する２本のラインは同一である。この２本のラインは、集合体ＭＣ１、ＭＣ２およびＭＣ３に搭載されて転移領域が前記集合体を構成する材料のキュリー温度を範囲に含める材料で作製される第１のプレートＭＡ３と、集合体ＭＣ４〜ＭＣ８に搭載されて転移領域が前記集合体を構成する材料のキュリー温度を範囲に含める材料で作製される第２のプレートＭＡ４と、集合体ＭＣ９およびＭＣ１０に搭載されて転移領域が前記集合体を構成する材料のキュリー温度を範囲に含める材料で作製される第３のプレートＭＡ５とで構成される。中央のラインは、集合体ＭＣ１〜ＭＣ５に搭載されて転移領域が前記集合体を構成する材料のキュリー温度を範囲に含める材料で作製される第１のプレートＭＡ１と、集合体ＭＣ６〜ＭＣ１０に搭載される第２のプレートＭＡ２で構成される。集合体ＭＣ１〜ＭＣ１０のプレート５を構成する材料は前述の実施例の材料と同じであり、２つのプレートＭＡ１およびＭＡ２は前述のプレートＭＡ１およびＭＡ２を構成する材料と同じ材料で構成することができる。

図４に示す磁気熱量効果素子３０では、起動手段が熱伝導および熱対流によってこの手段の間で反応するために効率が上がる。このため、磁気熱量効果素子３０の起動にかかる時間はさらに短縮され、磁気熱量効果を有するこの集合体３０を１つまたは複数搭載している熱発生器は、きわめて迅速に定常状態に達する。

図８に示す温度グラフは、この現象を表している。起動手段を搭載する前の磁気熱量効果素子３０の熱い端部ＭＣ１０の時間ごとの温度変化を示すＣ２の曲線は、起動手段を搭載している磁気熱量効果素子３０を示すＣ１の曲線の温度よりも定常状態の温度に達するのが遅いことがわかる。これは、磁気熱量効果素子の冷たい端部ＭＣ１の温度変化を示すＣ３およびＣ４（それぞれ起動手段を搭載する前と搭載している磁気熱量効果素子３０）の曲線に関しても同様である。このような起動手段を搭載することにより、さまざまな初期温度から迅速に定常状態に達することができる。とりわけ熱い端部６側が２６℃に達するには、起動手段なしでは１００秒必要であるが、起動手段を搭載するとこの時間が２０秒に短縮される。

本発明の第１の実施形態では、磁気熱量効果素子および起動手段を形成する集合体ＭＣ１〜１０はいずれも磁気熱量効果材料製のプレートの組み立て体で作製されているが、本発明の適用分野を逸脱しない限り別の構成も可能である。

このほか、起動手段ＭＡ１〜ＭＡ５は、プレート形状であればどのような長さであってもよく、磁気熱量効果素子を形成する集合体の最低一部、最大で全体にかかるようにしてもよい。

さらに、第１の実施形態に沿って説明した例では、集合体ＭＣ１〜ＭＣ１５を形成するさまざまなプレート５は、互いに間隔をあけて中に冷却液を循環させてこのプレート５と熱エネルギーの交換ができるようになっている。図１１に示した特殊な形態では、起動手段ＭＡ３３、ＭＡ３４が同一集合体ＭＣ２０、ＭＣ２１のうちの隣接する２つのプレート５の間に間隔をあける装置または分離装置を形成するように設計してもよい。この図１１では、磁気熱量効果素子９０は磁気熱量効果材料からなる隣接する２つの集合体ＭＣ２０およびＭＣ２１を有し、この集合体は起動手段ＭＡ３３およびＭＡ３４を形成する間隔材で間を分離されているプレート５で構成されている。冷却液の循環方法は、矢印Ｆで示している。

このような構成では、起動手段ＭＡ３３、ＭＡ３４によって、冷却液が通る間隔を確保することができると同時に、温度勾配による迅速な起動を実現する、すなわち磁気熱量効果素子の両端間で実用的な温度勾配を迅速に達成することができる。

以上の記載により、本発明は定めた目的、すなわち熱発生器に搭載するために熱流束を生成し、外部温度の条件と関係なくきわめて迅速に大量の熱エネルギーを産生することができる磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０を提供するという目的を達成することができる。

その上、この磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０を構成する部品はすべて再製可能な工業プロセスに沿って作製することができる。

磁気熱量効果素子１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０は、暖房、冷房、温度調節、冷却などの分野で工業用にも家庭用にも用途を見出すことができ、競争に耐えるコストで、占有面積も少ない。

本発明は、記載した実施例に限定されるものではなく、添付の請求項に定義する保護範囲を逸脱しないかぎり、当業者に自明のあらゆる修正および変形例も範囲内である。

Claims

異なるキュリー温度を有し、磁気熱量効果を有する少なくとも２つの隣接する集合体（ＭＣ１〜２１）からなる１列で構成される磁気熱量効果素子であって、同一集合体（ＭＣ１〜２１）の中にある磁気熱量効果材料が同一のキュリー温度を有することと、前記集合体（ＭＣ１〜２１）がキュリー温度の低い順に配置されることと、前記磁気熱量効果素子（１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０）が前記磁気熱量効果素子（１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０）の熱い端部（６）と冷たい端部（７）との両端間の温度勾配による起動手段（ＭＡ１〜３４）を有し、
前記起動手段（ＭＡ１〜２６）は、前記集合体（ＭＣ１〜１９）を形成する磁気熱量効果材料の転移領域よりも大きい転移領域を有する磁気熱量効果材料で構成されることを特徴とする磁気熱量効果素子（１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０）。
前記集合体（ＭＣ１〜１９）を構成する前記磁気熱量効果材料は１次相転移性であることと、起動手段（ＭＡ１〜２６）を形成する磁気熱量効果材料は２次相転移性であることとを特徴とする、請求項１に記載の磁気熱量効果素子。
前記各集合体（ＭＣ１〜１５）は、磁気熱量効果材製のプレート（５）を前記集合体（ＭＣ１〜１５）の間に冷却液が通過するように互いに間隔をあけて積み重ねることによって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の磁気熱量効果素子。
前記起動手段を形成する前記磁気熱量効果材料は、少なくとも１枚のプレート（ＭＡ１〜２５）が少なくとも１つの磁気熱量効果材料製の集合体（ＭＣ１〜１０）の中に搭載される、および／または集合体に沿って水平方向に搭載される形態であり、前記材料の転移領域は前記集合体（ＭＣ１〜１０）のキュリー温度を範囲に含めることを特徴とする、請求項３に記載の磁気熱量効果素子。
少なくとも１つの集合体（ＭＣ１１〜１５）が、少なくとも２枚の磁気熱量効果材料製のプレート（ＭＡ１１〜２５）が前記集合体（ＭＣ１１〜１５）の中に搭載される、および／または集合体に沿って水平方向に配列されて搭載される形態の起動手段を備えることと、前記プレート（ＭＡ１１〜２５）で形成される組み立て体の転移領域は前記集合体（ＭＣ１１〜１５）のキュリー温度を範囲に含めることを特徴とする、請求項３に記載の磁気熱量効果素子。
前記起動手段を形成する前記磁気熱量効果材料は、少なくとも１枚のプレート（ＭＡ２７〜３２）が磁気熱量効果材料製の２つの集合体（ＭＣ１１、ＭＣ１２；ＭＣ１２、ＭＣ１３；ＭＣ１３、ＭＣ１４；ＭＣ１４、ＭＣ１５）の中に搭載される、および／または集合体に沿って水平方向に搭載される形態を取り、前記２つの集合体（ＭＣ１１、ＭＣ１２；ＭＣ１２、ＭＣ１３；ＭＣ１３、ＭＣ１４；ＭＣ１４、ＭＣ１５）のうちの１つと同じ磁気熱量効果材料で構成されることを特徴とする、請求項３に記載の磁気熱量効果素子。
前記起動手段を形成する前記磁気熱量効果材料は、少なくとも２枚の平行なプレート（ＭＡ１〜５）がそれぞれ少なくとも２つの集合体（ＭＣ１〜１０）の中に搭載される、および／または集合体に沿って水平方向に搭載される形態を取って前記プレート（ＭＡ１〜５）が前記集合体（ＭＣ１〜１０）のうちの少なくとも１つで互いに隣接するようになることと、各プレート（ＭＡ１〜５）の転移領域は搭載される集合体（ＭＣ１〜１０）のキュリー温度を範囲に含めることとを特徴とする、請求項３に記載の磁気熱量効果素子。
前記各集合体（ＭＣ１６〜１９）は、磁気熱量効果材料製の多孔質の部品で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の磁気熱量効果素子。
前記起動手段を形成する前記磁気熱量効果材料（ＭＡ２６）は、少なくとも１本のバーが、少なくとも１つの磁気熱量効果材料製の集合体（ＭＣ１６〜１９）にほぼ水平方向に搭載される形態を取ることを特徴とする、請求項８に記載の磁気熱量効果素子。
磁気熱量効果を有する熱発生器であって、少なくとも１つの磁気熱量効果素子と、前記磁気熱量効果素子が磁場変動の影響を受けて前記磁場に加熱サイクルおよび冷却サイクルを交互に生成するために配置される少なくとも１つの磁場を考慮した構成と、集合体にほぼ垂直な方向に前記磁気熱量効果素子を交互に通過して磁場の変動と同期化する冷却液とを有し、前記磁気熱量効果素子の熱い端部と冷たい端部との両端間の温度勾配を達成してこの温度勾配を維持する熱発生器において、前記磁気熱量効果素子は請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気熱量効果素子であることを特徴とする熱発生器。