JP6885169B2 - 磁気熱量効果材料、複合材料、カスケード、磁気ヒートポンプシステム、及び磁気熱量効果材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示の他の局面は、NaZn13型結晶構造を有する原料に表面酸化膜を形成し、不活性ガス雰囲気において加熱し、水素を吸収させ、急冷して成る磁気熱量効果材料である。本開示の他の局面である磁気熱量効果材料は、ΔSが大きい。
1.磁気熱量効果材料及びその製造方法
本開示の磁気熱量効果材料は、NaZn13型結晶構造を有する原料に表面酸化膜を形成し、不活性ガス雰囲気において加熱し、水素を吸収させ、急冷することで製造できる。
不活性ガス雰囲気において加熱する工程(以下では活性化工程とする)における不活性ガスとしては、例えば、水素、窒素、アルゴン等が挙げられる。活性化工程における温度は、300〜500℃の範囲が好ましい。この範囲内である場合、磁気熱量効果材料のΔSを一層大きくすることができる。活性化工程の時間は、10分間〜4時間が好ましい。この範囲内である場合、磁気熱量効果材料のΔSを一層大きくすることができる。不活性ガス雰囲気において加熱することにより、表面酸化膜が原料の内部に拡散すると推測される。
原料に吸収させる水素の量を変えることにより、磁気熱量効果材料のキュリー温度を変えることができる。水素吸収工程における温度を変えることにより、水素の吸収量を変え、さらには、磁気熱量効果材料のキュリー温度を変えることができる。
本開示の複合材料は、上述した磁気熱量効果材料と、樹脂と、を含む。樹脂としては、熱硬化性樹脂、若しくは熱可塑性樹脂であればよく、例えば、エポキシ樹脂、ナイロン等が挙げられる。複合材料の全質量に対する樹脂の比率は、例えば、5〜20質量%とすることができる。複合材料の全質量に対する磁気熱量効果材料の比率は、例えば、80〜95質量%とすることができる。複合材料は、磁気熱量効果材料、及び樹脂に加えて、さらに他の成分を含んでいてもよい。複合材料の形態は、例えば、樹脂の海の中に、磁気熱量効果材料の粒子が分散した形態とすることができる。複合材料は、例えば、磁気熱量効果材料と、樹脂とを混合することで製造できる。
本開示のカスケードは、キュリー温度が異なる複数の磁気作業物質を組み合わせたものである。磁気作業物質の少なくとも一部は、上述した磁気熱量効果材料、又は、上述した複合材料である。隣接する磁気作業物質におけるキュリー温度の差は、例えば、3℃以下である。本開示のカスケードは、ΔSが大きい磁気熱量効果材料、又は、複合材料から成る磁気作業物質を備えるので、性能が高い。
本開示の磁気ヒートポンプシステムは、上述したカスケードを備える。磁気ヒートポンプシステムの基本的な形態は、公知の磁気ヒートポンプシステムから適宜選択することができる。図2に、磁気ヒートポンプシステム21の例を示す。
作動液体27は容器23内に充填されている。作動液体27はLLCである。第1ピストン29は、容器23における一方の端部から、容器23内に差し込まれている。第2ピストン31は、容器23における反対の端部から、容器23内に差し込まれている。第1ピストン29及び第2ピストン31は、同期して、容器23の軸方向に移動可能である。第1ピストン29及び第2ピストン31が移動すると、作動液体27も、容器23の軸方向に沿って移動する。
(1)実施例1
図3に基づき、磁気熱量効果材料の製造に用いる製造装置51の構成を説明する。製造装置51は、炉53と、ヒーター55と、トレイ57と、ガス導入管59と、冷却板61と、を備える。炉53は内部に空間を有する箱状の部材である。炉53は図示しない開閉扉を備えている。ヒーター55は、炉53の内部に設けられている。トレイ57は上方が開口した容器である。トレイ57はヒーター55の上に設置される。トレイ57に、磁気熱量効果材料の製造に用いる原料62を収容することができる。ヒーター55をオンにしたとき、炉53内の温度(以下では炉内温度とする)は上昇し、原料62は加熱される。
以上の工程により、磁気熱量効果材料が得られた。磁気熱量効果材料には、THが355.7の場合のものと、371.2の場合のものと、381.6の場合のものと、392.0の場合のものと、404.9の場合のものとがある。
実施例2は、基本的な内容は実施例1と同様であるため、相違点について以下に説明する。前述した実施例1では、図4に示す工程で磁気熱量効果材料を製造した。これに対し、実施例2では、図6に示す工程で磁気熱量効果材料を製造した。
以上の工程により、磁気熱量効果材料が得られた。磁気熱量効果材料のΔSを測定した。その結果を図7に示す。図7に示すように、ΔSの値は大きかった。
18個の磁気作業物質を組み合わせたカスケードを製造した。個々の磁気作業物質は、実施例1と同様の方法で製造した磁気熱量効果材料から成る。製造のときにTHを変更することにより、18個の磁気作業物質は、少しずつキュリー温度が異なる。図8に、キュリー温度が高い順に並べた18個の磁気作業物質を示す。図8において「Tcピッチ」とは、図8において1つ下の行に記載された磁気作業物質のキュリー温度との差である。いずれのTcピッチも3℃以下である。
(4)実施例4
実施例4は、基本的な内容は実施例1と同様であるため、相違点について以下に説明する。実施例4では、原料62における粒子径Dを様々に変えて磁気熱量効果材料を製造した。そして、それぞれの磁気熱量効果材料のΔSを測定した。その結果を図13に示す。粒子径Dが小さいほど、ΔSは大きかった。
前述した実施例1では、図4に示す工程で磁気熱量効果材料を製造した。これに対し、比較例1では、図9に示す工程で磁気熱量効果材料を製造した。
次に、工程P3dにおいて、冷却板61をヒーター55に当接させ、炉内温度を急冷し、室温付近まで下げる。急冷の速度は、TH℃から150℃に達するまでの時間が1分間以下となる速度である。工程P3dは急冷工程に対応する。
以上の工程により、磁気熱量効果材料が得られた。磁気熱量効果材料のΔSを測定した。その結果を図10に示す。図10に示すように、ΔSの値は小さかった。
前述した実施例1では、図4に示す工程で磁気熱量効果材料を製造した。これに対し、比較例2では、図11に示す工程で磁気熱量効果材料を製造した。
以上の工程により、磁気熱量効果材料が得られた。磁気熱量効果材料のΔSを測定した。その結果を図12に示す。図12に示すように、キュリー温度が過度に高くなった。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
Claims (9)
- NaZn13型結晶構造を有する原料に表面酸化膜を形成し、
不活性ガス雰囲気において加熱し、
水素を吸収させ、
水素を吸収させるときの温度から、150℃に達するまでの時間が1分間以下となるように急冷する磁気熱量効果材料の製造方法。 - 請求項1に記載の磁気熱量効果材料の製造方法であって、
前記原料は、粒子径が1〜1000μmである粒子の集合体である磁気熱量効果材料の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の磁気熱量効果材料の製造方法であって、
前記表面酸化膜の膜厚が5〜100nmである磁気熱量効果材料の製造方法。 - NaZn13型結晶構造を有する原料に、前記原料の酸化物から成る表面酸化膜を形成し、
不活性ガス雰囲気において加熱し、
水素を吸収させ、
水素を吸収させるときの温度から、150℃に達するまでの時間が1分間以下となるように急冷して成る磁気熱量効果材料。 - 請求項4に記載の磁気熱量効果材料であって、
前記原料は、粒子径が1〜1000μmである粒子の集合体である磁気熱量効果材料。 - 請求項4又は5に記載の磁気熱量効果材料であって、
前記表面酸化膜の膜厚が5〜100nmである磁気熱量効果材料。 - 請求項4〜6のいずれか1項に記載の磁気熱量効果材料と、樹脂と、を含む複合材料。
- キュリー温度が異なる複数の磁気作業物質(41)を組み合わせたカスケード(25)であって、
前記磁気作業物質の少なくとも一部が、請求項4〜6のいずれか1項に記載の磁気熱量効果材料、又は、請求項7に記載の複合材料であるカスケード。 - 請求項8に記載のカスケードを備える磁気ヒートポンプシステム(21)。
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