JP6205838B2 - 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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Description
本発明の実施形態の磁気冷凍装置用磁気作業物質についてその一例を説明する。磁気冷凍装置用磁気作業物質は、化学式Mn3+xM1−xC(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とする。)で表される主相と副相Cとの混合物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)にキュリー点を有する磁気作業物質を得ることができる。Mn量とM量と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以上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△Smが得られなくなる。またこの組成パラメータxが、0.2から大きくなる場合、キュリー点が室温領域(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。
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、大きく分けて磁界を変化させる(磁場の印加および除去)ためのユニットと磁気冷凍装置用磁気作業物質の温度変化を取り出す熱交換ユニットとにより構成される。例えば、図1に示すようなユニットによって構成される。実施形態1で得られた略球状をした複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、磁界を変化させるためのユニット、ここではマグネット3を用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。このため、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1〜4および比較例1〜2は、Mn3+xM1−xCにおいて、M元素としてSnを使用した。実施例1は、副相面積比Iを2.5%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40時間の焼成を行って試料を得た。いずれの焼成もAr雰囲気中、大気圧下において行った。また、実施例2〜4は、副相面積比Iを10%、25%、35%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。さらに、比較例1及び2は、副相面積比を0%ならびに50%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5〜8および比較例3〜4は、Mn3+xM1−xCにおいて、M元素としてSnを使用した。副相面積比Iを10%となるように原料粉末を調合した上で、実施例5〜8は、Mn量とM量と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,−0.1,0.1,0.2となるように材料を調合した。また、比較例3及び4は、Mn量とM量と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となるように材料を調合した。実施例5〜8および比較例3〜4は、原料粉末の調合以外は実施例2と同様に行った。
実施例9〜11は、Mn3+xM1−xCにおいて、M元素をSnに代えてAl,Ga,Znを使用し、副相面積比Iを10%となるように材料を調合した以外は実施例2と同様に行った。
実施例12〜17は、Mn3+xM1−xC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。M元素に占めるそれぞれの元素の割合は次のようにした。実施例12は、Sn0.9Al0.1、実施例13は、Sn0.9Ga0.1、実施例14は、Sn0.75Zn0.2Ni0.05、実施例15は、Sn0.9Ni0.1、実施例16は、Sn0.9Cu0.1、実施例17は、Sn0.9Ag0.1とした。副相面積比Iを10%となるように材料を調合した以外は実施例2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。
・・・低温端熱交換ユニット、5・・・AMRベッド、6・・・高熱放熱ユニット、7・・・冷熱放熱ユニット
Claims (4)
- 化学式Mn3+xM1−xC(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)で表される主相と副相Cとの混合物であり、
CuKα1放射線(1.54056Åの波長)により測定したXRDパターンにおいて、2θ値が25°〜28°中に前記副相Cのピークを有し、
前記副相Cのピーク面積を前記主相に帰属するピークのうち最も大きなピーク面積で割った値に100をかけた値を副相面積比I%とした場合にその値が10%≦I≦35%であることを特徴とする磁気冷凍装置用磁気作業物質。 - 主相に帰属するピークのうち最も強いピークが(111)面の反射ピーク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または2に記載の磁気冷凍装置用磁気作業物質。
- 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を含むことを特徴とする磁気冷凍装置。
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JP2013106256A JP6205838B2 (ja) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | 磁気冷凍装置用磁気作業物質および磁気冷凍装置 |
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