WO2013038996A1 - 磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置 - Google Patents

磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2013038996A1
WO2013038996A1 PCT/JP2012/072861 JP2012072861W WO2013038996A1 WO 2013038996 A1 WO2013038996 A1 WO 2013038996A1 JP 2012072861 W JP2012072861 W JP 2012072861W WO 2013038996 A1 WO2013038996 A1 WO 2013038996A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
heat
magnetic structure
magnetocaloric material
magnetic field
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/072861
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
田崎　豊
高橋　秀和
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to CN201280043740.2A priority Critical patent/CN103782116B/zh
Priority to US14/344,081 priority patent/US9810454B2/en
Priority to EP12831129.7A priority patent/EP2762801B1/en
Publication of WO2013038996A1 publication Critical patent/WO2013038996A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/012—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials adapted for magnetic entropy change by magnetocaloric effect, e.g. used as magnetic refrigerating material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic structure and a magnetic air conditioner using the same. More specifically, the present invention relates to a magnetic structure with improved heat conduction characteristics and a magnetic air conditioner using the same.
  • a vapor compression mechanism has been used for air conditioning units.
  • the vapor compression mechanism uses a gaseous medium such as chlorofluorocarbon gas or alternative chlorofluorocarbon gas, and repeatedly produces exhaust heat by compression of the gaseous medium and heat absorption by expansion, thereby producing a cooling / heating effect.
  • a gaseous medium such as chlorofluorocarbon gas or alternative chlorofluorocarbon gas
  • COP thermal efficiency
  • the magnetic refrigeration mechanism uses a magnetic material that exhibits a magnetocaloric effect.
  • the magnetocaloric effect refers to a phenomenon in which when the magnetic field environment changes due to application and removal of a magnetic field, the temperature of the magnetic material itself changes according to the change.
  • the magnetic refrigeration mechanism makes use of the magnetocaloric effect of the magnetic material to generate a cooling / heating effect by repeatedly performing exhaust heat by applying (removing) the magnetic field and absorbing heat by removing (applying) the magnetic field. Is.
  • the advantages of the magnetic refrigeration mechanism are that it has a COP of about 3-4, which is higher than the vapor compression mechanism and is excellent in energy efficiency, and because it does not use chlorofluorocarbon or alternative chlorofluorocarbon, it also gives consideration to the environment. It is done.
  • Patent Document 1 discloses an invention relating to a magnetic refrigerator using a magnetic refrigeration mechanism. More specifically, the magnetic refrigerator includes a magnetic material block in which a plurality of positive magnetic materials and negative magnetic materials are alternately arranged, a magnetic field increase / decrease unit, and a thermal switch unit. At this time, a positive magnetic material is one in which the temperature of the magnetic material increases due to the application of the magnetic field, and a temperature of the magnetic material decreases due to the removal of the magnetic field. Falls and the temperature of the magnetic material rises due to the removal of the magnetic field.
  • a mechanism for obtaining the refrigeration effect (and the heating effect) by the method described in Patent Document 1 will be briefly described below with specific examples.
  • A is 25 ° C.
  • B is 20 ° C.
  • C is 30 ° C.
  • D is 25 ° C.
  • the thermal switch section is inserted between AB and CD.
  • heat is conducted between the magnetic materials connected by the thermal switch unit, and the temperature gradient is eliminated. That is, A and B are 22.5 ° C., and C and D are 27.5 ° C. Note that heat conduction does not occur between B and C due to the heat insulating effect of the air layer.
  • the temperature in A decreases and the temperature increases in D.
  • the temperature gradient with D increases.
  • a cooling effect is obtained from A and a heating effect is obtained from D.
  • Patent Document 1 changes a medium conventionally used for heat conduction from a liquid refrigerant to a solid heat switch unit. By changing to a solid heat switch unit, a magnetic field application / removal of a magnetic refrigeration apparatus is performed at a high frequency. This contributes to downsizing of the apparatus. This is because the heat conduction characteristic of the solid is higher than the heat conduction characteristic using the liquid, and thus the time required for eliminating the temperature gradient (heat conduction between magnetic materials) by the thermal switch unit is shortened. Further, by changing the heat conduction medium from the liquid refrigerant to the solid heat switch unit, there is a possibility that a refrigerant driving mechanism becomes unnecessary and an inexpensive magnetic refrigeration apparatus can be obtained.
  • the present invention has been made in view of such problems of the conventional technology. And the objective is to provide the magnetic structure which improved the thermal conductivity in the inside of a magnetic material, in order to implement
  • achieve the high frequency of the application / removal of the magnetic field in a magnetic refrigeration mechanism. Another object of the present invention is to provide a magnetic air conditioner using a magnetic structure with improved thermal conductivity.
  • a magnetic structure includes a magnetocaloric material that changes in temperature by applying and removing a magnetic field, and a high thermal conductive member that is in contact with the magnetocaloric material and has a higher thermal conductivity than the magnetocaloric material.
  • a magnetic air conditioner includes a plurality of the magnetic structures, a thermal switch unit that is disposed between the magnetic structures and conducts and blocks heat, and a plurality of magnetic structures. And a magnetic field increase / decrease unit for applying and removing a magnetic field.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a positional relationship between a magnetic structure and a thermal switch unit when the magnetic structure according to the present embodiment is applied to a magnetic air conditioner.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of the magnetic structure shown in FIG. 1 in the first embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB of the magnetic structure shown in FIG. 1 in the first embodiment.
  • the high thermal conductivity member has a flat plate structure.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA of the magnetic structure of FIG. 1 in the second embodiment.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of the magnetic structure of FIG. 1 in the second embodiment.
  • the high thermal conductivity member has a honeycomb structure.
  • FIG. 5 is a photograph showing the microstructure of the high thermal conductivity member used in the third embodiment.
  • the high thermal conductivity member has a porous structure.
  • 6A and 6B are explanatory views for explaining the magnetic structure of the fourth embodiment, in which FIG. 6A is a perspective view showing a main part, and FIG. 6B is a magnetic field applied when configured as a magnetic air conditioner. It is sectional drawing explaining the relationship with a magnetic force line.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating only the high heat conduction member and the eddy current prevention member of the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view for explaining an example in which the insertion form of the eddy current preventing member is different as a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view for explaining an example in which the insertion form of the eddy current preventing member is different as another modified example of the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing a temperature change at a low temperature end in the magnetic air conditioner.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 1 of the thermal switch section.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 2 of the thermal switch unit.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 3 of the thermal switch section.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 4 of the thermal switch section.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining another form 5 of the thermal switch unit.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 6 of the thermal switch section.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 7 of the
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a positional relationship between a magnetic structure and a heat switch unit that conducts heat of the magnetic structure to another magnetic structure or a heat exchanger (described later).
  • a material that undergoes a temperature change upon application and removal of a magnetic field is referred to as “magnetocaloric material”, and a structure that includes this magnetocaloric material and a high thermal conductivity member and other components is referred to as “magnetic structure”.
  • the basic structure of the magnetic air conditioner has a magnetic structure 1, thermal switch parts 3a and 3b, and a magnetic field increase / decrease part (not shown).
  • the thermal switch portions 3a and 3b are arranged on both surfaces of the magnetic structure 1 so as to be inserted and removed. Then, heat is conducted to other magnetic structures or heat exchangers by insertion and removal of the thermal switch portions 3a and 3b.
  • the thermal switch portion 3a As shown in FIG. 1, on the right side of the magnetic structure 1, the thermal switch portion 3a is inserted. On the other hand, on the left surface of the magnetic structure 1, the thermal switch 3b is removed. In addition, the right surface of the magnetic structure 1 is a surface on the side where the thermal switch portion 3a is disposed, and this is hereinafter referred to as a first surface. Further, the left surface of the magnetic structure 1 is a surface on the side where the thermal switch portion 3b is disposed, and this is hereinafter referred to as a second surface.
  • different magnetic structures or heat exchangers are present on the surfaces of the thermal switch portions 3a and 3b opposite to the surfaces in contact with the magnetic structure 1, respectively. Then, solid heat conduction between the magnetic structure 1 and another magnetic structure or heat exchanger is performed via the thermal switch portions 3a and 3b. Therefore, the first surface and the second surface of the magnetic structure 1 become surfaces that conduct heat to other members.
  • the heat exchanger is provided at the end of a block in which a plurality of magnetic structures and thermal switches are arranged. At one end, a low temperature side heat exchanger that extracts the generated cooling effect is disposed, and at the other end, a high temperature side heat exchanger that extracts the generated heating effect is disposed.
  • the magnetic structure 1 in FIG. 1 Since the front surface, back surface, top surface, and bottom surface of the magnetic structure 1 in FIG. 1 do not contact the heat switch portions 3a and 3b, heat exchange between these four surfaces is not performed via the heat switch portion. Therefore, in FIG. 1, the magnetic structure 1 is covered with a casing 5 having heat insulation properties so that heat generated by the magnetocaloric material in the magnetic structure 1 does not diffuse outside the magnetic structure 1.
  • a pair of permanent magnets is installed so that the magnetic structure 1 is sandwiched between the front and back surfaces of the magnetic structure 1.
  • the permanent magnet approaches and separates from the magnetic structure 1 to apply and remove the magnetic field. Since this magnetic field increase / decrease part is the same as the structure conventionally used for the magnetic air conditioning apparatus, detailed description is abbreviate
  • the high thermal conductivity member is an element that constitutes the magnetic structure 1 together with the magnetocaloric material.
  • a plate-like member may be continuously arranged from the first surface to the second surface of the magnetic structure 1, or a plurality of members are connected to heat the first surface to the second surface. May be conducted. If the function of the magnetic structure 1 is considered here, “two different surfaces” are usually surfaces that face each other and are in contact with the thermal switch portions 3a and 3b. And since the high heat conductive member conducts heat between “two different surfaces”, it functions as a heat path in the magnetic structure 1.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA of the magnetic structure 1 shown in FIG. 1 in the first embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB of the magnetic structure 1 shown in FIG. 1 in the first embodiment.
  • the high heat conductive member 9 has a flat plate structure.
  • the magnetocaloric material 7 also has a flat plate structure.
  • the magnetic structure 1 has a structure in which the magnetocaloric material 7 and the high thermal conductive member 9 are alternately stacked.
  • the high thermal conductivity members 9 are all arranged in a straight line. Moreover, as shown in FIG.2 (b), the high heat conductive member 9 becomes a plate shape which continued from the 1st surface to the 2nd surface. Thereby, heat can be efficiently conducted in the magnetic structure 1.
  • the heat conduction direction is from the first surface to the second surface direction or vice versa, and the magnetocaloric material 7 and the high heat conduction member 9 are alternately stacked in a direction crossing the heat conduction direction. Will be.
  • the stacking direction of the magnetocaloric material 7 and the high heat conducting member 9 is substantially perpendicular to the heat conducting direction. Thereby, heat conduction can be performed between the first surface and the second surface by the high heat conductive member 9 at the shortest distance.
  • the lamination direction of the magnetocaloric material 7 and the high heat conductive member 9 may be any direction that can conduct heat from the first surface of the magnetic structure 1 to the second surface (or vice versa). Therefore, the stacking direction of the magnetocaloric material 7 and the high heat conducting member 9 does not necessarily have to be orthogonal to the heat conducting direction, and may be inclined obliquely with respect to the heat conducting direction, for example.
  • the surface that conducts heat to the other members of the outer surface of the magnetic structure 1 is constituted by a high thermal conductive wall 11 having a higher thermal conductivity than the magnetocaloric material 7. Yes. That is, the high thermal conductive wall 11 is formed on the entire first surface and second surface of the magnetic structure 1. The end portion of the magnetocaloric material 7 and / or the high heat conduction member 9 in the direction of conducting heat is in contact with the high heat conduction wall 11. Since the heat conducted from the magnetocaloric material 7 and / or the high heat conducting member 9 has a structure in which a plurality of these are laminated, there is a possibility that heat variation occurs between the members at each end.
  • the entire surface of the first surface and the second surface is configured by the high heat conductive wall 11, so that the heat with variation is diffused over the entire surface of the high heat conductive wall 11. As a result, the heat conduction between the magnetic structure 1 and the adjacent thermal switch portions 3a and 3b is made more efficient.
  • the heat insulating elastic body 13 improves the adhesion between the laminated magnetocaloric material 7 and the high heat conduction member 9, and an air layer is formed between the plate-like magnetocaloric material 7 and the high heat conduction member 9. To be prevented.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a main part in which the main part of FIG. 2 (b) is enlarged.
  • the magnetocaloric material 7 and the high thermal conductive member 9, and the magnetocaloric material 7 and the high thermal conductive wall 11 are joined by a bonding agent 15 having high thermal conductivity.
  • the bonding agent 15 enables rapid heat conduction between the magnetocaloric material 7 and the high heat conducting member 9 or between the magnetocaloric material 7 and the high heat conducting wall 11.
  • the high heat conductive member 9 and the high heat conductive wall 11 are not bonded with a bonding agent, but may be bonded with a bonding agent.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA of the magnetic structure 1 shown in FIG. 1 in the second embodiment.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of the magnetic structure 1 shown in FIG. 1 in the second embodiment.
  • the high heat conductive member 9 has a honeycomb structure in which hexagonal columnar holes are regularly arranged. And the magnetocaloric material 7 is filled in the hole.
  • the hexagonal columnar side surface is linear. 4B, the right surface (the first surface, the surface on which the thermal switch portion 3a in FIG. 1 is disposed) to the left surface (the second surface, the surface on which the thermal switch portion 3b in FIG. 1 is disposed). ), A high thermal conductive member 9 is disposed. Thereby, heat can be quickly conducted between the first surface and the second surface of the magnetic structure 1.
  • FIG. 4 the magnetic structure 1 of FIG. 1 is rotated by 90 degrees, that is, FIG. 4 (a).
  • FIG. 4B may be replaced with each other.
  • the high heat conductive wall 11 is provided on the surfaces (first surface and second surface) in contact with the high heat conductive member 9.
  • at least 2 selected from the group consisting of the magnetocaloric material 7, the high thermal conductive member 9, and the high thermal conductive wall 11 is used. Two members may be joined with a bonding agent.
  • FIG. 4 shows a form in which hexagonal columnar holes are regularly arranged as a honeycomb structure
  • the present embodiment is not limited to such a form.
  • a structure in which cylindrical holes (including elliptical cylinders) and polygonal holes such as triangular columns, quadrangular columns, and pentagonal columns are regularly arranged may be used.
  • the surface that does not conduct heat may be covered with a heat insulating elastic body and further covered with a casing, as in the first embodiment.
  • the magnetocaloric material 7 is filled in the holes of the high thermal conductive member 9 having a honeycomb structure, it is necessary to press the high thermal conductive member 9 and the magnetocaloric material 7. Because there is no.
  • the concrete material of a heat insulation elastic body is mentioned later, since some heat insulation materials have an elastic force, it called the heat insulation elastic body here.
  • FIG. 5 is a photograph showing the microstructure of the high thermal conductivity member used in the third embodiment.
  • the high thermal conductivity member of the present embodiment has a porous structure.
  • the magnetic structure of this embodiment is filled with the magnetocaloric material inside the hole 9a of the high heat conductive member 9 which has a porous structure.
  • the high heat conductive member 9 is continuously connected in a mesh shape. Thereby, the high heat conductive member 9 having a porous structure can efficiently conduct heat within the magnetic structure.
  • a high heat conduction wall may be formed. Further, at least two members selected from the group consisting of a magnetocaloric material, a high heat conductive member, and a high heat conductive wall may be bonded with a bonding agent.
  • the surface that does not conduct heat may be covered with a heat insulating elastic body and further covered with a housing, as in the first embodiment.
  • the concrete material of a heat insulation elastic body is mentioned later, since some heat insulation materials have an elastic force, it called the heat insulation elastic body here.
  • the present invention is not limited to this, and other embodiments that can be conceived by those skilled in the art are also included in the technical scope of the present invention.
  • it is good also as a magnetic structure which combined 1st Embodiment and 2nd Embodiment.
  • the porosity of the high thermal conductive member is appropriately determined by those skilled in the art.
  • any component of the magnetic structure including the high thermal conductive wall, the bonding agent, the heat insulating elastic body, the casing, and other components is also appropriately determined by those skilled in the art.
  • the magnetocaloric material increases or decreases in temperature when a magnetic field is applied or removed, and forms the core of a magnetic refrigeration mechanism.
  • the magnetocaloric material is classified into a positive magnetocaloric material and a negative magnetocaloric material.
  • a positive magnetocaloric material is one in which the temperature of the magnetocaloric material increases when a magnetic field is applied, and the temperature of the magnetic material decreases when the magnetic field is removed.
  • a positive magnetocaloric material is in a paramagnetic state (magnetic spin is disordered) when no magnetism is applied, and is in a ferromagnetic state (a state in which magnetic spins are aligned in one direction) when magnetism is applied. This is a material in which a paramagnetic state and a ferromagnetic state are generated reversibly.
  • a negative magnetocaloric material is one in which the temperature of the magnetocaloric material is lowered by applying a magnetic field, and the temperature of the magnetic material is raised by removing the magnetic field.
  • a negative magnetocaloric material is an antiferromagnetic state when no magnetism is applied, and becomes a ferromagnetic state when magnetism is applied.
  • the antiferromagnetic state refers to a state in which adjacent magnetic spins are aligned in opposite directions.
  • the ferromagnetic state refers to a state where magnetic spins are aligned in one direction.
  • a positive magnetocaloric material has a larger temperature change due to application (removal) of a magnetic field than a negative magnetocaloric material, but tends to be slow in heat conduction.
  • the positive magnetocaloric material used in the present embodiment is not particularly limited, but is Gd—Y, Gd—Dy, Gd—Er, Gd—Ho, La (Fe, Si) 13 , La (Fe). , Al) 13 or the like.
  • the thermal conductivity of the Gd-Dy system is 10 (W / (m ⁇ K)), and the La (Fe, Si) 13 system has 9 (W / (m ⁇ K). K)).
  • the negative magnetocaloric material used in the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include magneto-caloric materials such as Fe—Rh alloy, Co—Mn—Si—Ge system, Ni—Mn—Sn system and the like. These thermal conductivities are, for example, 20 (W / (m ⁇ K)) in the Ni—Mn—Sn system.
  • magnetocaloric material or negative magnetocaloric material it is not always necessary to use the same positive magnetocaloric material or negative magnetocaloric material as the magnetocaloric material, and a plurality of positive magnetocaloric materials or negative magnetocaloric materials may be used.
  • different types of magnetocaloric materials may be filled in each hole of the honeycomb structure, or plural kinds of magnetocaloric materials may be filled in the holes of the honeycomb structure.
  • the shape of the magnetocaloric material is not particularly limited, and a known shape can be used.
  • a plate-shaped magnetocaloric material may be used as it is, or a spherical magnetocaloric material molded into a flat plate structure may be used.
  • the high thermal conductivity member is a component of the magnetic structure that contributes to efficient conduction of all or part of the heat generated by the magnetocaloric material.
  • the high heat conductive member communicates between at least two different surfaces (a first surface and a second surface opposite to the first surface in each embodiment) of the surface of the magnetic structure. By including the high heat conductive member, all or part of the heat generated in the magnetocaloric material can be quickly conducted.
  • the high heat conducting member is for helping heat conduction in the magnetic structure, and some heat may be conducted through the magnetocaloric material.
  • a high heat conductive member consisted of one member
  • it is not limited to the form comprised from a single high heat conductive member, While two or more high heat conductive members are contacting. It may be configured.
  • the type of high thermal conductivity member applied varies depending on the application. When trying to reduce the size of the device as much as possible when applied to a heating / cooling / heating device, it is necessary to increase the frequency of magnetic field application / removal as much as possible, so use a highly heat-conductive member with high thermal conductivity. Is preferred.
  • the high heat conductive member is appropriately selected by those skilled in the art according to the desired magnetic structure, and a suitable high heat conductive member can be used. In addition, you may adjust the heat conductive characteristic of a magnetic structure using a multiple types of high heat conductive member.
  • the high thermal conductivity member is not particularly limited as long as it is a member having higher thermal conductivity than the magnetocaloric material.
  • the high thermal conductivity member has a thermal conductivity of 200 (W / (m ⁇ K)) or more.
  • Specific examples of the high heat conductive member include aluminum alloys, copper, carbon nanotubes, composite materials composed of aluminum alloys and carbon nanotubes, and the like.
  • the thermal conductivity of aluminum alloy is about 200 (W / (m ⁇ K)), and the thermal conductivity of copper is about 380 (W / (m ⁇ K)).
  • the thermal conductivity of the carbon nanotube is about 6000 (W / (m ⁇ K)), and the thermal conductivity of the composite material composed of the aluminum alloy and the carbon nanotube is about 800 (W / (m ⁇ K)). is there. It can be understood from these high values of thermal conductivity that the heat generated in the magnetic structure can be efficiently conducted by including the high thermal conductivity member in the magnetic structure.
  • the shape of the high heat conductive member is a flat plate structure in the first embodiment, a honeycomb structure in the second embodiment, and a porous structure in the third embodiment.
  • the shape of the high thermal conductive member is not limited to the shape of the above three embodiments, and other shapes may be used.
  • the high heat conduction wall is an optional component of the magnetic structure having a role of efficiently conducting heat conducted in the magnetic structure to the heat switch unit.
  • the material for the high heat conductive wall is not particularly limited as long as it has excellent heat conductivity, and the same material as the above high heat conductive member is used. For example, since copper has a high thermal conductivity, it is possible to quickly diffuse the variably conducted heat over the entire surface.
  • the shape of the high heat conduction wall is not particularly limited, but it is preferably a planar shape so that the contact area with the heat switch portion is increased from the viewpoint of conducting solid heat conduction with the heat switch portion in the magnetic air conditioner.
  • it is not always necessary to form the entire surface of the magnetic structure, and it may be formed only on a part of the surface.
  • the bonding agent is an optional component of the magnetic structure having a role of assisting heat conduction between at least two members selected from the group consisting of a magnetocaloric material, a high heat conductive member, and a high heat conductive wall.
  • An air layer may be formed between these members. As described above, since the air layer has a high heat insulating effect, the members are joined with a bonding agent to efficiently conduct heat between the members. It is preferable.
  • the magnetocaloric material and the high heat conduction member have a flat plate structure and are laminated on each other, an air layer may be formed between the magnetocaloric material and the high heat conduction member. There is. Therefore, it is preferable to form a bonding layer with a bonding agent between the magnetocaloric material and the high thermal conductivity member.
  • the high thermal conductivity member has a honeycomb structure and is densely filled in the holes of the high thermal conductivity member. For this reason, it is unlikely that heat conduction is hindered by the formation of the air layer.
  • the high heat conductive member has a porous structure, and the magnetocaloric material is densely filled in the holes. Therefore, it is unlikely that heat conduction is hindered by the formation of the air layer. Therefore, in the second and third embodiments, although it is not necessary to form a bonding layer with a bonding agent between the magnetocaloric material and the high thermal conductivity member, the adhesion between the magnetocaloric material and the high thermal conductivity member is further improved. For this purpose, bonding may be performed using a bonding agent.
  • an air layer may be formed in any of the first to third embodiments for joining the magnetocaloric material and / or the high heat conduction member to the high heat conduction wall. Therefore, it is preferable to form a bonding layer using a bonding agent between the magnetocaloric material and / or the high heat conductive member and the high heat conductive wall.
  • the bonding agent is not particularly limited as long as it does not attenuate the generated heat and does not inhibit heat conduction. Therefore, examples of the bonding agent include gold, copper, palladium, tin, lead, zinc, bismuth, cadmium, indium, and alloys or eutectics containing these metals. Furthermore, you may mix aluminum, silver, etc. as an additive. Of these, Sn-Zn-Al, which does not contain lead with a small amount of aluminum added to a tin-zinc alloy, has a high thermal conductivity of 66 (W / (m ⁇ K)) and is environmentally friendly. Are preferably used.
  • tin, lead, indium and the like which are easily fusible metals, are preferable because the temperature at the time of bonding is low, so that the bonding energy can be reduced, and because the adhesion to the bonding portion is high, voids can be reduced.
  • the bonding agent is not particularly limited, but can be bonded by a known method such as diffusion bonding, micro bonding, mechanical bonding, eutectic bonding, ultrasonic bonding, soldering, or the like.
  • the bonding agent not only forms a bonding layer that completely excludes the air layer, but also includes bonding by other methods within the technical scope of the present invention. That is, an air layer may exist as long as heat generated in the magnetocaloric material is conducted between the members. For example, it is possible to join the members at regular intervals using rod-like carbon nanotubes.
  • the heat insulating elastic body has a role of heat insulating so that the heat generated or absorbed by the magnetic structure is not diffused to members other than the conducting member.
  • the heat insulating elastic body has a role of improving the adhesion between the magnetocaloric material and the high thermal conductive member.
  • the adhesion is also improved.
  • the heat insulating elastic body having the role of improving adhesion is mainly used in the first embodiment.
  • the first embodiment has a structure in which a plate-like magnetocaloric material and a high heat conductive member are laminated. For this reason, the laminated plate-like magnetocaloric material and the high heat conduction member can be pressed by inserting a heat insulating elastic body in either one of the outer sides of the termination layer of the laminated body. As a result, the formation of an air layer between the magnetocaloric material and the high thermal conductive member can be suppressed, and the thermal conductivity of the magnetic structure can be further improved.
  • the position where the heat insulating elastic body is disposed is a surface other than the surface that conducts heat to other members in the magnetic structure (that is, the surface that does not conduct heat).
  • the heat insulating elastic body is not particularly limited as long as it can prevent the heat generated in the magnetic structure from being radiated to the outside and can press the laminated magnetocaloric material and the high heat conduction member.
  • Specific examples of the heat insulating elastic body include, for example, natural rubber, acrylic rubber, nitrile rubber, isoprene rubber, urethane rubber, ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, silicon rubber, styrene-butadiene rubber, butadiene rubber. And fluororubber.
  • the present invention can be applied to other than the first embodiment. In that case, no elastic force is required. Conversely, when emphasizing the elastic force, a leaf spring, a coil spring, or the like is provided between the housing and the end layer of the laminated body so that an air layer is formed so as to provide the elastic force with heat insulation. Good.
  • the case is an arbitrary component of the magnetic structure having a role of holding the heat generated by the magnetocaloric effect inside the magnetic structure without dissipating the heat to the outside.
  • the magnetic structure when the magnetic structure includes a housing, the magnetic structure has a polyhedral structure. And the surface other than the surface which conducts heat to other members among the outer surfaces of the magnetic structure is covered with a casing. That is, the housing covers a surface other than the surface having the surface from which the high heat conductive member is exposed. This casing is preferably bonded to the magnetic structure in order to effectively exhibit a heat insulating action.
  • the housing is disposed outside the heat insulating elastic body.
  • the casing used in this embodiment is not particularly limited as long as it has low thermal conductivity.
  • the housing include glass wool, rock wool, cellulose fiber, phenol foam, polystyrene foam, rigid urethane foam, polyvinyl chloride foam, polyimide foam, EPDM (ethylene propylene diene rubber) foam, and extruded polystyrene foam.
  • the air conditioner includes a magnetic structure block, a thermal switch unit, and a magnetic field increase / decrease unit as minimum components.
  • the magnetic structure block is a structure in which two or more magnetic structures are arranged at regular intervals.
  • the magnetic structure according to the above embodiment is used as at least one of the magnetic structure blocks, but a known structure may be used as the magnetic structure constituting the other magnetic structure block. However, from the viewpoint of increasing the frequency of application / removal of the magnetic field, it is preferable that all the magnetic structures constituting the magnetic structure block use the magnetic structure according to this embodiment.
  • the heat switch part is a solid heat conducting member arranged so that it can be inserted and removed between the magnetic structures constituting the magnetic structure block.
  • the thermal switch part When the thermal switch part is inserted into the gap between the magnetic structures, heat conduction occurs between adjacent magnetic structures via the thermal switch part, and the temperature gradient is eliminated.
  • the thermal switch part when the thermal switch part is separated from the gap between the magnetic structures, an air layer having a high thermal insulation effect is formed because there is no thermal switch part, and the adjacent magnetic structures are separated via the separated thermal switch part. Heat conduction does not occur. Since the thermal switch unit conducts solid heat conduction between the magnetic structures, the thermal switch unit and the magnetic structure are in contact with each other at at least one point. From the viewpoint of conducting solid heat conduction efficiently, it is preferable that the thermal switch portion and the magnetic structure are in contact with each other on the largest possible surface.
  • a solid heat conducting member serving as the heat switch portion for example, a metal such as aluminum, copper or stainless steel having good heat conductivity is preferable.
  • the heat conducting member may be a single metal or an alloy of the metal, or a composite material of a plurality of metals. Further, the heat conducting member may be ceramics having good heat conductivity.
  • the magnetic field increase / decrease part consists of a pair of permanent magnets and is installed in a form that sandwiches the magnetocaloric material.
  • a set of permanent magnets allows the application and removal of a magnetic field.
  • the means for applying and removing the magnetic field is performed by moving the permanent magnet.
  • the above-mentioned heat insulating elastic body may have a property of weakening the magnetic force.
  • a heat insulating elastic body having a property of weakening the magnetic force it is preferable to arrange the magnetic field lines from the magnetic field increasing / decreasing part so as not to pass through the heat insulating elastic body.
  • FIGS. 2A and 2B in the cross-sectional views of FIGS. 2A and 2B, the magnetic structure 1 is sandwiched between the heat insulating elastic bodies 13 on the upper surface and the lower surface. Therefore, in order to effectively use the magnetic field lines generated by the magnetic field increasing / decreasing unit, it is preferable to dispose the magnetic field increasing / decreasing unit on the front surface and the back surface in FIG. .
  • the heat insulating elastic body does not have the property of weakening the magnetic force or is weak, it may be arranged so that the magnetic lines of force pass through the heat insulating elastic body.
  • the type, size, shape, etc. of the thermal switch part and permanent magnet used are not particularly limited, and known ones are appropriately selected according to the desired air conditioning unit.
  • Other members and the like applied to the magnetic air conditioner are also appropriately selected by those skilled in the art according to the desired air conditioner.
  • a low-temperature side heat exchanger that extracts the cooling effect generated by the magnetic refrigeration mechanism a high-temperature side heat exchanger that extracts the heating effect generated by the magnetic refrigeration mechanism, and a control unit that controls the magnetic cooling and heating apparatus, There are motors for operating the magnetic air conditioner.
  • an eddy current preventing member is inserted in order to reduce eddy current loss generated when a magnetic field is applied.
  • FIG. 6A and 6B are explanatory views for explaining the magnetic structure of the present embodiment, in which FIG. 6A is a perspective view showing a main part, and FIG. 6B is a magnetic field line of a magnetic field applied when configured as a magnetic air conditioner. It is sectional drawing explaining the relationship.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating only the high heat conductive member and the eddy current preventing member extracted for explaining the present embodiment.
  • the magnetic structure 1 of the present embodiment is basically formed by laminating a plate-like magnetocaloric material 7 and a plate-like high heat conductive member 9 as in the first embodiment.
  • the stacking direction is the direction of the magnetic lines of magnetic field applied when configured as a magnetic cooling / heating device. That is, both the magnetocaloric material 7 and the high heat conducting member 9 are arranged in a direction crossing the magnetic field lines.
  • the eddy current prevention member 41 is further inserted.
  • a plurality of eddy current prevention members 41 are arranged in a direction parallel to the magnetic field lines (arrow S in the figure).
  • the plate-like magnetocaloric material 7 and the high heat conductive member 9 are divided by the eddy current preventing member 41.
  • the role of the eddy current preventing member 41 is to prevent or suppress the eddy current generated when the magnetic lines of force pass through the plate-like magnetocaloric material 7 and the high heat conducting member 9.
  • the eddy current is a current that is generated in a spiral shape with the direction crossing the magnetic lines of force passing through the conductive member.
  • heat is generated by the resistance of the conductive member due to the current, which becomes an eddy current loss.
  • both the magnetocaloric material 7 and the high thermal conductive member 9 are conductive members, and heat is generated by eddy current. Then, even if the magnetocaloric material 7 is cooled (endothermic) by applying a magnetic field, there is a possibility that a sufficient cooling effect cannot be obtained due to the heat generated by this eddy current loss.
  • the eddy current is prevented by arranging a plurality of eddy current preventing members 41 in a direction parallel to the lines of magnetic force and dividing the plate-like magnetocaloric material 7 and the high heat conducting member 9. I try not to flow.
  • the eddy current preventing member 41 In order to prevent the eddy current from flowing, the eddy current preventing member 41 needs to have an electric conductivity lower than at least the electric conductivity of the high heat conducting member 9.
  • the electrical conductivity of the material described above as a specific example of the material used as the high thermal conductivity member is as follows.
  • Aluminum (Al simple substance) is 37.4 ⁇ 10 6 (Siemens / m) (0 ° C.)
  • copper is 59.0 ⁇ 10 6 (Siemens / m) (0 ° C.)
  • carbon nanotube is 7.5 ⁇ 10 7 (Siemens / m) (0 ° C.).
  • the eddy current prevention member 41 can prevent or suppress the generation of eddy currents by using a material having a lower electrical conductivity than these high heat conduction members.
  • the material having low electrical conductivity is preferably a material having a value of less than 1.0 ⁇ 10 1 (Siemens / m) (0 ° C.).
  • the eddy current prevention member 41 is arranged so as to divide the direction (the first surface to the second surface) in which heat is conducted. For this reason, if a material having a low thermal conductivity is used as the eddy current preventing member 41, the heat conduction in the magnetic structure is deteriorated even though a high thermal conductive member is inserted. Therefore, the eddy current preventing member 41 is also made of a material having a thermal conductivity higher than that of at least the magnetocaloric material. That is, the eddy current preventing member 41 uses a material having a thermal conductivity higher than that of the magnetocaloric material and a lower electrical conductivity than that of the high thermal conductivity member.
  • diamond-like carbon is preferable as the eddy current preventing member 41.
  • diamond-like carbon differs slightly depending on its structure and density, for example, its electrical conductivity is 10 ⁇ 12 (Siemens / m) and its thermal conductivity is 200 to 700 (W / (m ⁇ K)).
  • a heat conductive ceramic can be used as the eddy current preventing member 41.
  • the thermally conductive ceramic include, for example, silicon nitride ceramics.
  • the electrical conductivity of silicon nitride ceramics is 3.0 ⁇ 10 ⁇ 11 (Siemens / m), and the thermal conductivity is 200 (W / (m ⁇ K)).
  • 8 and 9 are perspective views for explaining different examples of the insertion form of the eddy current preventing member. 8 and 9 are also perspective views illustrating only the high heat conduction member and the eddy current prevention member. And in FIG. 8, the form which isolate
  • the high heat conductive member 9 As described above, by forming the high heat conductive member 9 every other layer or by dividing the high heat conductive member 9 in combination with the insertion of the eddy current preventing member, generation of eddy current can be further prevented or suppressed.
  • the eddy current prevention member 41 is also made of a material having high thermal conductivity. Therefore, in such a configuration, the heat transmitted through the high heat conduction member 9 is transmitted to the eddy current prevention member 41 and again to the high heat conduction member 9, and finally conducted from the first surface 41a to the second surface 41b. Will be.
  • Pe ( ⁇ 2/6) ⁇ Bm 2 ⁇ f 2 ⁇ T 2 ⁇ ⁇
  • Bm maximum magnetic flux density
  • f frequency
  • T plate thickness
  • ⁇ electrical conductivity
  • the amount of Gd (MCM) used is the same, and the thickness of the divided Gd (MCM) is 1/10, the amount of heat generated by the eddy current Can be 0.0438W. Therefore, even after one hour, the temperature rise of Gd (MCM) is only 0.1 degree.
  • FIG. 10 is a graph showing a temperature change at a low temperature end in the magnetic cooling / heating apparatus assuming such a magnetic cooling / heating performance.
  • the eddy current prevention member can prevent or suppress eddy current generated particularly in the high heat conduction member, thereby preventing or suppressing unnecessary heat generation due to eddy current loss. it can.
  • the plate-like magnetocaloric material and the high thermal conductive member are divided by the eddy current preventing member, eddy currents generated in both of them can be prevented or suppressed.
  • the thermal switch portions 3a and 3b disposed between the magnetic structures and between the magnetic structure and the heat exchanger are inserted and removed between them, Switching between heat conduction and interruption. That is, the thermal switch unit itself is moved.
  • a heat exchanger there exist a low temperature side heat exchange part and a high temperature side heat exchange part as mentioned above.
  • a magnetic air conditioner using a thermal switch section that conducts heat between them without moving (inserting and removing) the thermal switch section itself will be described.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 1 of the thermal switch section.
  • the thermal switch unit 30A is disposed between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic structure 10A
  • the thermal switch unit 30B is disposed between the magnetic structure 10A and the magnetic structure 10B.
  • the thermal switch sections 30A and 30B have the same structure and function.
  • the magnetic structure 10A and the magnetic structure 10B use any of the magnetic structures according to the embodiments described above.
  • thermal switch part 30A and 30B demonstrated here are arrange
  • thermal switch portions 30A and 30B are arranged on both opposing surfaces of the magnetic structure 10A.
  • the thermal switch portions 30A and 30B are integrated on both opposing surfaces of the magnetic structure 10A by bonding or adhesion.
  • the low temperature side heat exchange part 40A and the magnetic structure 10B exist on both sides of the magnetic structure 10A.
  • the thermal switch unit 30A is bonded or bonded to the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic structure 10A
  • the thermal switch unit 30B is bonded or bonded to the magnetic structure 10A and the magnetic structure 10B. Therefore, the low temperature side heat exchange part 40A, the thermal switch part 30A, the magnetic structure 10A, the thermal switch part 30B, and the magnetic structure 10B are integrated.
  • a pair of permanent magnets 21AM and 26AM are installed on the upper and lower surfaces of the magnetic structure 10A so as to sandwich the magnetic structure 10A.
  • a pair of permanent magnets 21BH and 26BH are also installed on the upper and lower surfaces of the thermal switch section 30B so as to sandwich the thermal switch section 30B. Then, the permanent magnets 21AM and 26AM approach and separate from the magnetic structure 10A to apply and remove the magnetic field. Further, the permanent magnets 21BH and 26BH approach and separate from the thermal switch unit 30B to apply and remove the magnetic field.
  • the thermal switch sections 30A and 30B include a transition body that undergoes a phase transition to an insulator and a metal by applying and removing magnetism.
  • the transition body includes at least one or more types of charge alignment insulators. Therefore, when magnetism is applied to the transition body, the phase transition to the metal occurs and the thermal conductivity becomes relatively large. Further, when magnetism is removed from the transition body, the phase transition to an insulator causes a relatively small thermal conductivity.
  • the thermal switch part 30A since no magnetism is applied to the thermal switch part 30A, the thermal switch part 30A has a property as an insulator, making it difficult for conduction electrons to flow, and the low temperature side heat exchange part 40A and the magnetic structure. Heat is not conducted between 10A.
  • the thermal switch part 30B since magnetism is applied to the thermal switch part 30B by the permanent magnets 21BH and 26BH, the thermal switch part 30B has a property as a metal, and conduction electrons easily flow, so that the magnetic structure 10A and the magnetic structure Heat is conducted between the body 10B.
  • phonons and conduction electrons are responsible for heat conduction of solids. In this embodiment, the flow of conduction electrons is controlled by magnetism.
  • charge-aligned insulators where electrons are repelled and localized due to the presence of a large amount of electrons and a strong correlation between the electrons. Yes.
  • charge-aligned insulators an external field that directly affects the properties (degrees of freedom) of electrons other than charges, such as the spin and orbit of electrons, changes the phase of the insulator to metal.
  • magnetism acts on electron spin, it moves a large amount of localized electrons like an avalanche, causing the insulator to phase change to metal.
  • the thermal switch unit of the present embodiment actively utilizes this phenomenon to constitute a magnetic air conditioner.
  • Gd 0.55 Sr 0.45 MnO and Pr 0.5 Ca 0.5 MnO 3 are used as the charge alignment insulator that is metallized when magnetism is applied.
  • the thermal switch portion when the thermal switch portion is formed of a transition body including a charge alignment insulator, the magnitude of thermal conductivity can be greatly changed by applying and removing magnetism, and the thermal switch section can function as a thermal switch.
  • the thermal switch portions 30A and 30B whose thermal conductivity changes due to the application and removal of magnetism are used, the heat conduction with the adjacent magnetic structure can be interrupted only by the application and removal of magnetism. Therefore, it is not necessary to move the thermal switch part itself and insert and remove between the heat exchanger and the magnetic structure, and between the magnetic structures, thereby improving the durability of the thermal switch part and at the same time reliability. Will also improve.
  • the frequency of the magnetic air conditioner in order to mount the magnetic air conditioner on-board, downsizing is required, but in order to reduce the size, it is necessary to increase the frequency of the magnetic air conditioner. In order to increase the frequency, it is necessary to conduct heat conduction between the magnetic structures at a high speed (for example, about 0.1 second). If the thermal switch parts 30A and 30B of this embodiment are used, the frequency can be easily increased by shortening the period of applying magnetism.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 2 of the thermal switch unit.
  • the thermal switch unit 130 according to the second embodiment includes electrodes 31A and 31B attached to the magnetic structures 10A and 10B, and a metal / insulating phase transition body 32 attached between the electrodes 31A and 31B.
  • One surface of the electrode 31A is attached to one surface of the magnetic structure 10A by bonding or adhesion.
  • One surface of the electrode 31B is attached to one surface of the magnetic structure 10B by bonding or adhesion.
  • both surfaces of the metal / insulating phase transition body 32 are attached to the other surfaces of the electrode 31A and the electrode 31B by bonding or adhesion.
  • the magnetic structure 10A, the thermal switch unit 130, and the magnetic structure 10B are integrated.
  • the other magnetic structure and the thermal switch part constituting the air conditioning apparatus are also integrated by bonding or bonding as described above.
  • positioned between a magnetic structure and a heat exchanger is also integrated by joining or adhesion
  • the electrodes 31A and 31B are made of a metal such as aluminum or copper having good conductivity.
  • the metal used for the electrodes 31A and 31B may be the above metal alone or an alloy of the above metals. Since heat is conducted between the magnetic structures 10A and 10B via the electrodes 31A and 31B, the electrodes 31A and 31B are preferably made of a metal having a higher thermal conductivity.
  • the adhesive for adhering the electrodes 31A and 31B to the magnetic structures 10A and 10B and the metal / insulating phase transition body 32 one having a high thermal conductivity is used.
  • an adhesive in which metal powder is mixed in the adhesive to such an extent that the adhesiveness is not hindered and the thermal conductivity is improved is used.
  • An insulator exhibiting a phase transition between a metal and an insulator is an inorganic oxide mott insulator or an organic mott insulator.
  • the inorganic oxide Mott insulator includes at least a transition metal element.
  • Mott insulator LaTiO 3 , SrRuO 4 , and BEDT-TTF (TCNQ) are known.
  • the metal / insulating phase transition body 32 is a material whose thermal conductivity changes greatly by applying and removing voltage, such as an inorganic oxide mott insulator or an organic mott insulator containing at least a transition metal element.
  • a ZnO single crystal thin film electric double layer FET, a TMTSF / TCNQ stacked FET element, or the like can also be used.
  • the thermal switch unit 130 is a thermal switch that controls the movement of heat by applying and removing voltage.
  • the thermal conduction of the thermal switch section 130 can be controlled by applying and removing voltage, heat can be transported without sliding the thermal switch section between the magnetic structures. For this reason, it is not necessary to give the thermal switch part sliding durability, and the reliability of the thermal switch part is improved. Moreover, the mechanical loss by friction can be eliminated and the loss for driving a thermal switch part can be reduced.
  • the thermal switch unit can transport heat only in the direction of alignment with the magnetic structure, and the thermal conductivity of the thermal switch unit can be larger than that of the sliding type, so that there is no thermal loss during heat transport. Can be small.
  • the heat switch unit can connect the magnetic structures using all the contact surfaces in accordance with the application and removal of voltage, so that the heat transport capability and the heat transport efficiency can be improved.
  • the thermal conduction of the thermal switch unit 130 can be interrupted by applying and removing voltage to the electrodes 31A and 31B.
  • a voltage can be easily applied to the metal / insulating phase transition body 32.
  • an inorganic oxide Mott insulator, an organic Mott insulator, a ZnO single crystal thin film electric double layer FET, or a TMTSF / TCNQ stacked FET element containing at least a transition metal element is used as the metal / insulating phase transition body 32, Responsiveness of change in conductivity is improved.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 3 of the thermal switch section.
  • auxiliary electrodes 33A and 33B are further added to the thermal switch unit 130 described in the second embodiment.
  • Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
  • the auxiliary electrodes 33A and 33B are attached to the metal / insulating phase transition body 32 by bonding or adhesion.
  • the auxiliary electrodes 33A and 33B do not have to consider thermal conductivity.
  • the adhesive for adhering the auxiliary electrodes 33A and 33B to the metal / insulating phase transition body 32 need not take thermal conductivity into consideration. This is because thermoelectrons do not pass through the auxiliary electrodes 33A and 33B and the adhesive.
  • the auxiliary electrodes 33A and 33B apply a voltage in the orthogonal direction to the electrodes 31A and 31B.
  • a DC voltage is applied between the auxiliary electrode 33A and the auxiliary electrode 33B, the distribution of electrons in the metal / insulating phase transition body 32 is biased toward the auxiliary electrodes 33A and 33B.
  • the resistance of the thermoelectrons moving between the magnetic structure 10A and the magnetic structure 10B is reduced, and the thermoelectrons easily move. That is, by providing the auxiliary electrodes 33A and 33B, the thermal conductivity of the metal / insulating phase transition body 32 can be further increased.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 4 of the thermal switch section.
  • the electrodes 31A and 31B are not provided between the metal / insulating phase transition body 32, the magnetic structure 10A, and the magnetic structure 10B, but the metal / insulating phase transition body 32. It is provided so that a voltage can be applied from a direction orthogonal to the moving direction of the thermoelectrons moving inside. Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
  • the metal / insulating phase transition body 32 is directly attached to the magnetic structures 10A and 10B.
  • the metal / insulating phase transition body 32 and the magnetic structures 10A and 10B are attached by bonding or an adhesive.
  • the adhesive used at this time has a high thermal conductivity.
  • the electrodes 31A and 31B are attached to the metal / insulating phase transition body 32 by bonding or adhesion.
  • the electrodes 31A and 31B do not have to consider thermal conductivity.
  • the adhesive for adhering the electrodes 31A and 31B to the metal / insulating phase transition body 32 may not consider thermal conductivity. This is because thermoelectrons do not pass through the electrodes 31A and 31B and the adhesive.
  • the electrodes 31A and 31B apply a voltage in a direction orthogonal to the moving direction of the thermoelectrons moving in the metal / insulating phase transition body 32.
  • a DC voltage is applied between the electrode 31A and the electrode 31B, the distribution of electrons in the metal / insulating phase transition body 32 is shifted in the direction of the electrodes 31A and 31B. For this reason, the resistance of the thermoelectrons moving between the magnetic structure 10A and the magnetic structure 10B is reduced, and the thermoelectrons easily move.
  • the thermal conductivity of the thermal switch unit 130 according to the fourth embodiment is larger than that in the second and third embodiments.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining another form 5 of the thermal switch unit.
  • the thermal switch unit 130 is configured such that a metal / insulating phase transition body 32 is directly attached to the magnetic structures 10A and 10B so that a DC voltage can be applied to the magnetic structures 10A and 10B.
  • the metal / insulating phase transition body and the magnetic structures 10A and 10B are attached by bonding or adhesive.
  • An adhesive having a high thermal conductivity is used.
  • Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
  • the thermal conductivity of the thermal switch unit 130 is larger than those in the forms 2 and 3.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 6 of the thermal switch section.
  • an insulator 34 is added to the thermal switch unit 130. Specifically, as shown in FIG. 16, an insulator 34 that prevents the movement of thermoelectrons is provided between the electrode 31 ⁇ / b> A and the metal / insulating phase transition body 32. In FIG. 16, the insulator 34 is added to the configuration of the first embodiment, but the insulator 34 may be added to the configurations of the second to fourth embodiments. Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
  • the insulator 34 is provided to prevent the movement of electrons other than thermal electrons.
  • a DC voltage is applied between the electrode 31A and the electrode 31B, a current flows between the electrode 31A and the electrode 31B, but in addition to the thermoelectrons that are originally desired to move, the electrons that are not involved in heat transport are moved excessively. There is a possibility that.
  • the insulator 34 In order to prevent the excessive movement of electrons not involved in the heat transport, by attaching the insulator 34 to the metal / insulating phase transition body 32, it is possible to prevent a decrease in the thermal conductivity of the metal / insulating phase transition body 32.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining another embodiment 7 of the thermal switch section.
  • a polarizing body 35 is added to the thermal switch unit 130 in FIG. 14 according to the fourth embodiment. Specifically, a polarizing body 35 that promotes the movement of thermoelectrons is disposed between the electrode 31 ⁇ / b> A and the metal / insulating phase transition body 32.
  • the polarizing body 35 is formed from at least one of a dielectric and an ionic liquid. Other configurations and operations are the same as those in the fourth embodiment.
  • the polarizing body 35 takes out electrons moving in the metal / insulating phase transition body 32 and injects electrons into the metal / insulating phase transition body 32. For this reason, the distribution state of the electrons in the metal / insulating phase transition body 32 changes, and thermal electrons easily flow. By disposing the polarization body 35, the thermal conductivity of the metal / insulating phase transition body 32 can be further increased.
  • the thermal switch unit 130 when the thermal switch unit 130 whose thermal conductivity is changed by applying and removing a voltage is used, the heat conduction with the adjacent magnetic structure is applied and removed. Can only be intermittent. Therefore, it is not necessary to move the thermal switch part itself between the heat exchanger and the magnetic structure, and between the magnetic structures, thereby improving the durability of the thermal switch part and at the same time reliability. Will also improve.
  • the thermal switch unit 130 of this embodiment can increase the frequency by shortening the cycle of turning the voltage on and off.
  • the magnetic structure according to the present invention by providing a high thermal conductivity member having a higher thermal conductivity than that of the magnetocaloric material in the magnetic structure, all or part of the heat generated in the magnetocaloric material is reduced to the magnetic structure. It can be quickly conducted in the body.
  • the magnetic cooling / heating device of the present invention is a magnetic cooling / heating device in which a plurality of the magnetic structures are arranged together with the thermal switch unit, so that the magnetic structure has good thermal conductivity, so that high frequency application / removal of the magnetic field is possible. This can contribute to further downsizing of the apparatus.

Abstract

　本発明の磁性構造体は、磁場の印加および除去によって温度変化が生じる磁気熱量材料と、磁気熱量材料と接し、磁気熱量材料より熱伝導率の高い高熱伝導部材と、を有する。また、本発明の磁気冷暖房装置は、複数の上記磁性構造体と、磁性構造体同士の間に配置されていて熱の伝導および遮断を行う熱スイッチ部と、複数の磁性構造体のそれぞれに磁場の印加、除去を行う磁場増減部と、を有する。磁気熱量材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材を磁性構造体内に設けたことで、磁気熱量材料に生じた熱の全部または一部を、磁性構造体内で迅速に伝導させることができる。

Description

磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置
　本発明は、磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置に関する。より詳細には、本発明は、熱伝導特性が向上した磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置に関する。
　従来、冷暖房装置には蒸気圧縮機構が利用されている。蒸気圧縮機構とは、フロンガスや代替フロンガス等の気体媒体を用いて、気体媒体の圧縮による排熱および膨張による吸熱を繰り返し行うことで冷暖房効果を生じさせるものである。しかしながら、圧縮段階において多大なエネルギーを必要とすることもあり、熱効率（ＣＯＰ）は約１．５と低い。また、蒸気圧縮機構では、フロンガスや代替フロンガス等を用いることから、環境に対する問題点も指摘されている。
　このような背景から、近年、蒸気圧縮機構に代わるものとして磁気冷凍機構の技術が注目されている。磁気冷凍機構とは、磁気熱量効果を発現する磁気材料を利用するものである。ここで、磁気熱量効果とは、磁場の印加および除去によって磁場環境が変化すると、その変化に応じて磁気材料自身の温度が変化する現象をいう。磁気冷凍機構は、より具体的には、磁気材料の磁気熱量効果を利用して、磁場の印加（除去）による排熱および磁場の除去（印加）による吸熱を繰り返し行うことで冷暖房効果を生じさせるものである。磁気冷凍機構の利点としては、ＣＯＰが約３～４と蒸気圧縮機構よりも高い値を示しエネルギー効率に優れる点、およびフロンガスや代替フロンガス等を用いないため環境にも配慮されている点が挙げられる。
　例えば特許文献１には、磁気冷凍機構を利用した磁気冷凍機に係る発明が開示されている。より詳細には、正の磁気材料および負の磁気材料を交互に複数個配置した磁気材料ブロックと、磁場増減部と、熱スイッチ部と、を具備したことを特徴とする磁気冷凍機である。この際、正の磁気材料とは磁場の印加によって磁気材料の温度が上昇し、磁場の除去によって磁気材料の温度が降下するものであり、負の磁気材料とは磁場の印加によって磁気材料の温度が降下し、磁場の除去によって磁気材料の温度が上昇するものである。特許文献１に記載の方法によって冷凍効果（および暖房効果）が得られる機構について具体例を挙げて以下に簡単に説明する。
　はじめに、磁気材料からなるブロックが、負の磁気材料Ａ－正の磁気材料Ｂ－負の磁気材料Ｃ－正の磁気材料Ｄの順で配列されていると仮定する。また、正の磁気材料および負の磁気材料の磁場の印加または除去による温度変化は５℃であり、最初の各磁気材料の温度は２５℃であると仮定する。磁場増減部により磁場を印加すると、負の磁気材料であるＡおよびＣは温度が降下し、正の磁気材料であるＢおよびＤは温度が上昇する。つまり、ＡおよびＣは２０℃となり、ＢおよびＤは３０℃となる。その結果、互いに隣接する正の磁気材料と負の磁気材料との間に温度勾配が形成されることとなる。
　次に、Ｂ－Ｃ間に熱スイッチ部を挿入する。そうすると、熱スイッチ部によってＢからＣに熱が伝導してＢ－Ｃ間の温度勾配が解消される。一方、熱スイッチ部を介して他の磁気材料と接触していないＡおよびＤについては、空気層の断熱効果により温度が維持される。つまり、Ａは２０℃、ＢおよびＣは２５℃、Ｄは３０℃となる。そして次に、Ｂ－Ｃ間の熱スイッチ部を除去してから、磁場増減部により磁場を除去する。磁場の除去によって、負の磁気材料であるＡおよびＣは温度が上昇し、正の磁気材料であるＢおよびＤは温度が降下する。つまり、Ａは２５℃、Ｂは２０℃、Ｃは３０℃、Ｄは２５℃となる。次に、Ａ－Ｂ間およびＣ－Ｄ間に熱スイッチ部を挿入する。これによって、熱スイッチ部で連結された磁気材料間で熱が伝導して温度勾配が解消される。つまり、ＡおよびＢは２２．５℃、ＣおよびＤは２７．５℃となる。なお、Ｂ－Ｃ間では、空気層による断熱効果により熱伝導は生じない。以上のように、磁場の印加－熱スイッチ部の挿入－磁場の除去－熱スイッチ部の離脱を繰り返すことによって、Ａでは温度が低下していき、Ｄでは温度が上昇していくため、ＡとＤとの間の温度勾配が大きくなっていく。結果として、Ａからは冷房効果が、Ｄからは暖房効果が得られるのである。
　ところで、磁場の印加および除去の１秒当たりの回転数を磁場の周波数（単位はＨｚ）と呼ぶ。特許文献１は、従来熱伝導に用いられてきた媒体を液体の冷媒から固体の熱スイッチ部に変更するものであり、固体の熱スイッチ部への変更によって磁気冷凍装置の磁場印加・除去の高周波化が可能となり、装置の小型化に寄与する。この理由は、固体の熱伝導特性が液体を利用した熱の伝導特性よりも高いため、熱スイッチ部による温度勾配の解消（磁気材料間の熱伝導）に要する時間が短縮されるためである。また、液体の冷媒から固体の熱スイッチ部に熱伝導媒体を変更することによって、冷媒の駆動機構が不要となり、安価な磁気冷凍装置となる可能性がある。
特開２００７－１４７２０９号公報
　しかしながら、特許文献１の磁気冷凍装置によっても、十分な装置の小型化が実現したとはいえない。今後、磁気冷暖房装置は、電動車両や家庭機器等の様々な分野に応用されていくものと考えられるが、現状では未だ装置の小型化が十分ではなく、電動車両や家庭機器等への実用化には至っていない。
　磁気冷暖房装置の小型化を実現するためには、磁気冷凍機構への磁場の印加・除去を高周波化させる必要がある。磁気冷凍機構への磁場の印加・除去を高周波化することによって、所望の冷暖房効果を得るために必要とされる磁気材料が小型化できるためである。すなわち、磁気材料が小さいために一度の磁場の印加で生じる磁気材料の温度変化が小さい場合であっても、磁場の印加および除去を高周波で繰り返し行うことで、所望の冷暖房効果が得られるのである。しかしながら、磁気冷凍機構における、熱スイッチ部を介した磁気材料間の温度勾配の解消には長時間を要する場合が多く、このことが磁場の高周波化を実現するための問題点となることが判明した。
　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、磁気冷凍機構における磁場の印加・除去の高周波化を実現するために、磁気材料の内部における熱伝導性を向上させた磁性構造体を提供することにある。また、本発明の目的は、熱伝導性を向上させた磁性構造体を用いた磁気冷暖房装置を提供することにある。
　本発明の第一の態様に係る磁性構造体は、磁場の印加および除去によって温度変化が生じる磁気熱量材料と、磁気熱量材料と接し、磁気熱量材料より熱伝導率の高い高熱伝導部材と、を有する。
　本発明の第二の態様に係る磁気冷暖房装置は、複数の上記磁性構造体と、磁性構造体同士の間に配置されていて熱の伝導および遮断を行う熱スイッチ部と、複数の磁性構造体のそれぞれに磁場の印加、除去を行う磁場増減部と、を有する。
図１は、本実施形態に係る、磁性構造体を磁気冷暖房装置に適用した際の磁性構造体と熱スイッチ部との位置関係を模式的に示した図である。 図２（ａ）は、第１実施形態において、図１に示す磁性構造体のＡ－Ａ線に沿った断面図である。また、図２（ｂ）は、第１実施形態において、図１に示す磁性構造体のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。本実施形態では高熱伝導部材は平板構造を有する。 図３は、図２（ｂ）の一部を拡大した図である。 図４（ａ）は、第２実施形態において、図１の磁性構造体のＡ－Ａ線に沿った断面図である。また、図４（ｂ）は、第２実施形態において、図１の磁性構造体のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。本実施形態では高熱伝導部材はハニカム構造を有する。 図５は、第３実施形態に用いられる高熱伝導部材のミクロ構造を示す写真である。本実施形態では、高熱伝導部材は多孔体構造を有する。 図６は、第４実施形態の磁性構造体を説明するための説明図であり、（ａ）は要部を示す斜視図、（ｂ）は磁気冷暖房装置として構成した場合に印加される磁場の磁力線との関係を説明する断面図である。 図７は、第４実施形態の高熱伝導部材と渦電流防止部材のみを抜き出して描いた斜視図である。 図８は、第４実施形態の変形例として、渦電流防止部材の挿入形態が異なる例を説明するための斜視図である。 図９は、第４実施形態の他の変形例として、渦電流防止部材の挿入形態が異なる例を説明するための斜視図である。 図１０は、磁気冷暖房装置における低温端の温度変化を示すグラフである。 図１１は、熱スイッチ部の他の形態１を説明するための説明図である。 図１２は、熱スイッチ部の他の形態２を説明するための説明図である。 図１３は、熱スイッチ部の他の形態３を説明するための説明図である。 図１４は、熱スイッチ部の他の形態４を説明するための説明図である。 図１５は、熱スイッチ部の他の形態５を説明するための説明図である。 図１６は、熱スイッチ部の他の形態６を説明するための説明図である。 図１７は、熱スイッチ部の他の形態７を説明するための説明図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　本発明を適用した実施形態に共通する、磁気冷暖房装置の基本構造について説明する。図１は、磁性構造体と、この磁性構造体の熱を他の磁性構造体または熱交換器（後述）へ伝導する熱スイッチ部との位置関係を模式的に示した図である。ここでは、磁場の印加および除去によって温度変化が生じる材料を「磁気熱量材料」と称し、この磁気熱量材料とともに高熱伝導部材、およびその他の構成要素からなる構造体を「磁性構造体」と称する。
　磁気冷暖房装置の基本構造は、磁性構造体１、熱スイッチ部３ａおよび３ｂ、並びに磁場増減部（図示せず）を有する。熱スイッチ部３ａおよび３ｂは、磁性構造体１の両面に挿入および離脱可能に配置されている。そして、この熱スイッチ部３ａおよび３ｂの挿入および離脱によって、他の磁性構造体または熱交換器へ熱を伝導する。
　図１に示すように、磁性構造体１の右面では、熱スイッチ部３ａが挿入された状態となっている。一方、磁性構造体１の左面では、熱スイッチ部３ｂが除去された状態となっている。なお、磁性構造体１の右面は熱スイッチ部３ａが配置されている側の面であり、以後、これを第１面という。また、磁性構造体１の左面は熱スイッチ部３ｂが配置されている側の面であり、以後、これを第２面という。そして、図示されていないが、熱スイッチ部３ａおよび３ｂの磁性構造体１と接する面の反対の面には、それぞれ別の磁性構造体または熱交換器が存在している。そして熱スイッチ部３ａおよび３ｂを介して、磁性構造体１と別の磁性構造体または熱交換器との固体熱伝導が行われる。したがって、磁性構造体１の第１面および第２面が他の部材に熱を伝導する面となる。
　熱交換器は、複数の磁性構造体および熱スイッチ部が並んだブロックの終端に設けられている。一方の端には、生じた冷房効果を取り出す低温側熱交換器、他方の端には生じた暖房効果を取り出す高温側熱交換器が配置されている。
　図１の磁性構造体１の前面、背面、上面、および下面は、熱スイッチ部３ａおよび３ｂと接しないため、これら４つの面は熱スイッチ部を介した熱のやり取りは行われない。よって、図１においては、磁性構造体１内の磁気熱量材料で生じた熱が磁性構造体１外部に拡散しないように、断熱性を有する筐体５で磁性構造体１が覆われている。
　磁場増減部では、磁性構造体１の前面および背面に磁性構造体１を挟むように１組の永久磁石が設置されている。そして、この永久磁石が磁性構造体１に近接および離隔することで、磁場の印加および除去を行う。この磁場増減部については、従来から磁気冷暖房装置に用いられている構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　高熱伝導部材は、磁気熱量材料とともに磁性構造体１を構成する要素である。高熱伝導部材は、板状の部材が磁性構造体１の第１面から第２面まで連続して配置されていてもよいし、複数の部材が連結されて第１面から第２面まで熱を伝導するようになっていてもよい。ここで磁性構造体１の機能を考慮すれば、通常、「２つの異なる面」は対向する面であり、熱スイッチ部３ａおよび３ｂと接する面である。そして高熱伝導部材は、「２つの異なる面」の間で熱を伝導しているため、磁性構造体１中において熱の通り道として機能する。
　［磁性構造体］
　以下、磁性構造体において内部の構成が異なる形態を、第１実施形態～第３実施形態として説明する。
　［第１実施形態：高熱伝導部材が平板構造である磁性構造体］
　図２（ａ）は、第１実施形態において、図１に示す磁性構造体１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。また、図２（ｂ）は、第１実施形態において、図１に示す磁性構造体１のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。
　本実施形態では高熱伝導部材９は平板構造を有する。磁気熱量材料７もまた平板構造を有する。そして、磁性構造体１は、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９とが交互に積層された構造となっている。
　図２（ａ）および（ｂ）に示すように、高熱伝導部材９はいずれも直線状に配置されている。また、図２（ｂ）に示すように、高熱伝導部材９が第１面から第２面まで連続した板形状となっている。これにより、磁性構造体１内で効率的に熱を伝導することができる。この形態では、熱の伝導方向は第１面から第２面方向またはその逆方向であり、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９とは、この熱伝導方向に対して交差する方向に交互に積層されていることになる。なお、図２において、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９の積層方向は、熱伝導方向に対してほぼ直交する方向となっている。これにより、第１面と第２面の間を最短距離で高熱伝導部材９により熱伝導できる。
　なお、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９の積層方向は、磁性構造体１の第１面から第２面（またはその逆）に熱の伝導ができる方向であればよい。そのため、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９の積層方向は必ずしも熱伝導方向に対して直交する方向でなくてもよく、例えば熱伝導方向に対して斜めに傾いていてもよい。
　また、図２（ｂ）に示すように、磁性構造体１の外表面のうち他の部材に熱を伝導する面が、磁気熱量材料７より熱伝導率の高い高熱伝導壁１１によって構成されている。つまり、磁性構造体１の第１面および第２面の面全体に高熱伝導壁１１が形成されている。磁気熱量材料７および／または高熱伝導部材９における熱を伝導する方向の端部はこの高熱伝導壁１１に接している。磁気熱量材料７および／または高熱伝導部材９から伝導された熱は、これらが複数積層された構成のため、それぞれの端部においては部材間で熱のバラツキを生じる可能性がある。第１面および第２面の面全体がこの高熱伝導壁１１によって構成することで、バラツキのある熱が高熱伝導壁１１の面全体に拡散する。これにより、磁性構造体１と隣接する熱スイッチ部３ａおよび３ｂとの熱伝導をより効率化することになる。
　また、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、磁気熱量材料７および高熱伝導部材９の積層体の上面および下面、すなわち磁性構造体１を構成する外表面のうち、他の部材へ熱を伝導する面以外の面の少なくとも一部は、断熱弾性体１３で覆われている。さらに断熱弾性体１３は筐体５で被覆されている。この断熱弾性体１３および／または筐体５により、磁気熱量材料で生じた熱の磁性構造体１外部への放熱を防止している。また、断熱弾性体１３および／または筐体５により、磁性構造体が外気温度より低い場合は外気によって不要に温められるのを防止する。さらに、断熱弾性体１３は、積層された磁気熱量材料７および高熱伝導部材９の間の密着性を向上させて、板状の磁気熱量材料７と高熱伝導部材９との間に空気層が形成されるのを防止する。
　図３は、図２（ｂ）の要部を拡大した要部拡大図である。図３に示すように、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９、および磁気熱量材料７と高熱伝導壁１１とは、熱伝導性が高い接合剤１５で接合されている。この接合剤１５により、磁気熱量材料７と高熱伝導部材９との間、または磁気熱量材料７と高熱伝導壁１１との間で速やかな熱伝導が可能となる。なお、本実施形態では高熱伝導部材９と高熱伝導壁１１とは接合剤では接合されていないが、これらの間も接合剤で接合されていてもよい。
　［第２実施形態：高熱伝導部材がハニカム構造である磁性構造体］
　図４（ａ）は、第２実施形態において、図１に示す磁性構造体１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。また、図４（ｂ）は、第２実施形態において、図１に示す磁性構造体１のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。
　本実施形態の磁性構造体では、図４（ａ）に示すように、高熱伝導部材９は、六角柱状の孔が規則的に配列したハニカム構造となっている。そして、孔の内部に磁気熱量材料７が充填されている。
　また、図４（ｂ）に示すように、六角柱形状の側面部が直線状となっている。図４（ｂ）において右面（第１面、図１における熱スイッチ部３ａが配置されている側の面）から左面（第２面、図１における熱スイッチ部３ｂが配置されている側の面）にかけて高熱伝導部材９が配置されている。これにより、磁性構造体１の第１面と第２面の間で迅速に熱を伝導することができる。
　なお、本実施形態では、第１面と第２面とが連続的に高熱伝導部材９で繋がっている限り、図１の磁性構造体１を９０度回転させた形態、すなわち図４（ａ）と図４（ｂ）とを入れ替えた形態としてもよい。また、図４（ｂ）においても、高熱伝導部材９と接する面（第１面および第２面）は高熱伝導壁１１が設けられている。なお、図４（ａ）および（ｂ）には図示されていないが、第１実施形態と同様に、磁気熱量材料７、高熱伝導部材９および高熱伝導壁１１からなる群から選択される少なくとも２つの部材間を接合剤で接合してもよい。
　なお、図４では、ハニカム構造として六角柱形状の孔が規則的に配列された形態を示したが、本実施形態はこのような形状に限定されない。例えば、円柱状（楕円柱を含む）の孔や、三角柱、四角柱、五角柱等の多角柱の孔が規則的に配列した構造であってもよい。
　また、本実施形態においても熱を伝導しない面は、第１実施形態と同様に、断熱弾性体によって覆い、さらに筐体で被覆してもよい。ただし、断熱弾性体の代わりに、弾性体としての性能がない断熱材を使用してもよい。これは、すでに説明したとおり、第２実施形態では、ハニカム構造を有する高熱伝導部材９の孔の内部に磁気熱量材料７を充填しているため、高熱伝導部材９および磁気熱量材料７押さえつける必要がないからである。なお、断熱弾性体の具体的な材料については後述するが、断熱材の中には弾性力を併せ持つものあるので、ここでは断熱弾性体と称した。
　［第３実施形態：高熱伝導部材が多孔体構造である磁性構造体］
　図５は、第３実施形態に用いられる高熱伝導部材のミクロ構造を示す写真である。
　図５から明らかなように、本実施形態の高熱伝導部材は多孔体構造を有する。そして、本実施形態の磁性構造体は、多孔体構造を有する高熱伝導部材９の孔９ａの内部に磁気熱量材料が充填されている。このため、図１に示す磁性構造体１のＡ－Ａ線に沿った断面、およびＢ－Ｂ線に沿った断面では、高熱伝導部材９は、網目状に連続的に繋がった形状となる。これにより、多孔体構造を有する高熱伝導部材９が磁性構造体内で効率的に熱を伝導することができる。
　本実施形態においても第１実施形態および第２実施形態と同様に、高熱伝導壁が形成されていてもよい。また、磁気熱量材料、高熱伝導部材および高熱伝導壁からなる群から選択される少なくとも２つの部材間を接合剤で接合してもよい。
　本実施形態においても熱を伝導しない面は、第１実施形態と同様に、断熱弾性体によって覆い、さらに筐体で被覆してもよい。ただし、断熱弾性体の代わりに、弾性体としての性能がない断熱材を使用してもよい。これは、すでに説明したとおり、第３実施形態では多孔体構造を有する高熱伝導部材９の孔９ａの内部に磁気熱量材料７を充填しているため、押さえつける必要がないからである。なお、断熱弾性体の具体的な材料については後述するが、断熱材の中には弾性力を併せ持つものあるので、ここでは断熱弾性体と称した。
　以上のように、第１実施形態～第３実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者が想到しうるその他の実施形態もまた本発明の技術的範囲に包含される。例えば、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせた磁性構造体としてもよい。また、磁性構造体に必要な性能を得るために、磁気熱量材料の形状およびサイズ、高熱伝導部材の形状およびサイズ、積層の間隔（第１実施形態）、ハニカム構造の形状（第２実施形態）、高熱伝導部材の空隙率（第３実施形態）は当業者によって適宜決定される。また、高熱伝導壁、接合剤、断熱弾性体、筐体、その他の構成要素を含む磁性構造体の任意の構成要素等についても同様に、当業者によって適宜決定される。
　以下、上述の各実施形態の磁性構造体に共通して用いている部材について、詳細に説明する。
　（磁気熱量材料）
　磁気熱量材料は、磁場の印加または除去によって温度が上昇または降下するものであり、磁気冷凍機構の中核をなすものである。
　磁気熱量材料は、正の磁気熱量材料と負の磁気熱量材料とに分類される。上述のように、正の磁気熱量材料とは磁場の印加によって磁気熱量材料の温度が上昇し、磁場の除去によって磁気材料の温度が降下するものである。具体的には、正の磁気熱量材料は、磁気を印加していないときには常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態とが可逆的に生じる材料である。
　一方、負の磁気熱量材料とは磁場の印加によって磁気熱量材料の温度が降下し、磁場の除去によって磁気材料の温度が上昇するものである。具体的には、負の磁気熱量材料は、磁気を印加していないときには反強磁性状態となり、磁気を印加すると強磁性状態となる、強磁性状態と反強磁性状態とが可逆的に生じる材料である。ここで、反強磁性状態とは、隣り合う磁気スピンが互いに反対方向を向いて整列する状態をいう。また、強磁性状態とは、磁気スピンが一方向に揃う状態をいう。なお、一般的に、正の磁気熱量材料は負の磁気熱量材料と比較して、磁場の印加（除去）による温度変化は大きいが、熱伝導が遅い傾向にある。
　本実施形態に用いられる正の磁気熱量材料としては、特に制限されないが、Ｇｄ－Ｙ系、Ｇｄ－Ｄｙ系、Ｇｄ－Ｅｒ系、Ｇｄ－Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３、Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３等の磁気熱量材料が挙げられる。これらの熱伝導率は、例えば、Ｇｄ－Ｄｙ系の熱伝導率は、１０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））で、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３系のものは、９（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
　一方、本実施形態に用いられる負の磁気熱量材料としては、特に制限されないが、Ｆｅ－Ｒｈ合金、Ｃｏ－Ｍｎ－Ｓｉ－Ｇｅ系、Ｎｉ－Ｍｎ－Ｓｎ系等の磁気熱量材料が挙げられる。これらの熱伝導率は、例えば、Ｎｉ－Ｍｎ－Ｓｎ系では、２０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
　磁気熱量材料としては必ずしも同一の正の磁気熱量材料または負の磁気熱量材料を用いる必要はなく、複数種の正の磁気熱量材料または負の磁気熱量材料を用いてもよい。例えば、第２実施形態においては、ハニカム構造の孔内ごとに異なる種類の磁気熱量材料をそれぞれ充填してもよいし、ハニカム構造の孔内に複数種の磁気熱量材料を充填させてもよい。また、正の磁気熱量材料および負の磁気熱量材料を混合して、磁場を印加（除去）した際に磁気熱量材料に生じる温度変化を調節することも可能である。しかしながら、磁気冷凍機構のメカニズムを考慮すると、磁場の印加・除去の高周波化および磁気冷凍機構の高出力化の観点から、１つの磁性構造体中には単一の磁気熱量材料を用いることが好ましい。
　磁気熱量材料の形状は、特に制限されず、公知の形状のものを用いることができる。例えば、第１実施形態においては、平板形状の磁気熱量材料をそのまま用いてもよいし、球状の磁気熱量材料を平板構造に成型加工したものを用いてもよい。
　（高熱伝導部材）
　高熱伝導部材は、磁気熱量材料で発生した熱の全部または一部の効率的な伝導に寄与する、磁性構造体の構成要素である。高熱伝導部材は、磁性構造体の表面の少なくとも２つの異なる２面（各実施形態では第１面とそれに対向する第２面）の間に連通している。高熱伝導部材を含むことによって、磁気熱量材料に生じた熱の全部または一部を迅速に伝導させることができる。高熱伝導部材は、磁性構造体中の熱の伝導を助けるためのものであり、一部の熱については磁気熱量材料を介して伝導する場合もある。
　なお、各実施形態では、高熱伝導部材は一つの部材からなる場合を例に説明したが、単一の高熱伝導部材から構成される形態に限定されず、２以上の高熱伝導部材が接触しながら構成される形態であってもよい。
　適用される高熱伝導部材の種類は、用途によって異なる。熱冷暖房装置に適用した際に可能な限り装置を小型化しようとする場合には、できるだけ磁場の印加・除去を高周波化する必要があることから、高い熱伝導性を有する高熱伝導部材を用いることが好ましい。高熱伝導部材は、所望する磁性構造体に応じて当業者により適宜選択され、好適な高熱伝導部材を用いることができる。なお、複数種の高熱伝導部材を用いて磁性構造体の熱伝導特性を調節してもよい。
　高熱伝導部材としては、磁気熱量材料よりも高い熱伝導性を備える部材であれば特に制限されない。好ましくは、高熱伝導部材は、２００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上の熱伝導率を有する。高熱伝導部材の具体例としては、アルミニウム合金、銅、カーボンナノチューブ、アルミニウム合金とカーボンナノチューブとからなる複合材料等が挙げられる。アルミニウム合金の熱伝導率は約２００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、銅の熱伝導率は約３８０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。また、カーボンナノチューブの熱伝導率は約６０００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、アルミニウム合金とカーボンナノチューブとからなる複合材料の熱伝導率は約８００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。これら熱伝導率の値の高さからも、磁性構造体中に高熱伝導部材を含有することによって、磁性構造体で生じた熱を効率的に伝導できることが理解される。
　高熱伝導部材の形状は、第１実施形態では平板構造であり、第２実施形態ではハニカム構造であり、第３実施形態では多孔体構造である。しかし、高熱伝導部材の形状は、上記３つの実施形態の形状には限定されず、その他の形状のものを用いてもよい。
　（高熱伝導壁）
　高熱伝導壁は、磁性構造体内で伝導された熱を熱スイッチ部に効率的に伝導する役割を有する磁性構造体の任意の構成要素である。
　高熱伝導壁の材料としては、熱伝導率に優れるものであれば特に制限されず、上述の高熱伝導部材と同様のものが用いられる。例えば、銅は熱伝導率が高いため、伝導されたバラツキのある熱を速やかに面全体に拡散させることができる。
　高熱伝導壁の形状は、特に限定されないが、磁気冷暖房装置において熱スイッチ部と固体熱伝導を行う観点から、熱スイッチ部と接触面積が高まるように平面形状であることが好ましい。高熱伝導壁を形成する際には、必ずしも磁性構造体の面全体に形成させる必要はなく、面の一部分のみに形成させてもよい。
　（接合剤）
　接合剤は、磁気熱量材料、高熱伝導部材、および高熱伝導壁からなる群から選択される少なくとも２つの部材間の熱伝導を助ける役割を有する磁性構造体の任意の構成要素である。これらの部材間には空気層が形成される場合があり、上述のように、空気層は断熱効果が高いことから、接合剤で部材間を接合して部材間の熱伝導を効率的に行うことが好ましい。
　特に、第１実施形態は、磁気熱量材料と高熱伝導部材とが平板構造を有し、相互に積層されているため、磁気熱量材料と高熱伝導部材との間に空気層が形成される可能性がある。そのため、磁気熱量材料と高熱伝導部材との間に接合剤で接合層を形成することが好ましい。
　一方、第２実施形態では、高熱伝導部材はハニカム構造を有し、高熱伝導部材の孔内に密に充填されている。このため、空気層の形成によって熱伝導が妨げられる可能性は低い。また第３実施形態においても高熱伝導部材は多孔体構造を有し、孔内に磁気熱量材料が密に充填されていることから、空気層の形成によって熱伝導が妨げられる可能性は低い。したがって、第２および第３実施形態においては磁気熱量材料と高熱伝導部材との間に接合剤で接合層を形成する必要性は乏しいが、磁気熱量材料と高熱伝導部材との接着性をより向上させる目的で接合剤により接合を行ってもよい。
　なお、磁気熱量材料および／または高熱伝導部材と、高熱伝導壁との接合については、上記第１実施形態～第３実施形態のいずれの形態においても空気層が形成される可能性がある。そのため、磁気熱量材料および／または高熱伝導部材と高熱伝導壁との間には、接合剤を用いて接合層を形成することが好ましい。
　上記接合剤としては、発生した熱を減弱せず、かつ、熱伝導を阻害しないものあれば特に制限されない。そのため、接合剤としては、金、銅、パラジウム、スズ、鉛、亜鉛、ビスマス、カドミウム、インジウム、およびこれらの金属を含む合金または共晶体が挙げられる。さらに、アルミニウム、銀等を添加物として混合してもよい。これらのうち、スズ－亜鉛合金にアルミニウムを微量添加した鉛を含まないＳｎ－Ｚｎ－Ａｌは、熱伝導率が６６（Ｗ／（ｍ・Ｋ））と高い値を示し、環境にも優しいことから好ましく用いられる。これらの中でも易融金属であるスズ、鉛、インジウムなどは接合時の温度が低いので、接合エネルギーを低減でき、また接合部分への密着性が高いため空隙を低減できるので好ましい。
　接合剤は、特に限定されないが、公知の方法、例えば、拡散接合、マイクロ接合、機械接合、共晶接合、超音波接合、はんだ付け等によって接合することができる。
　また、接合剤は完全に空気層を排除した接合層を形成するだけでなく、その他の手法によって接合することも本発明の技術的範囲に含まれる。すなわち、磁気熱量材料に生じた熱が部材間で伝導するものであれば、空気層が存在していてもよい。例えば、棒状のカーボンナノチューブを用いて一定間隔で部材間の接合を行うことが挙げられる。
　（断熱弾性体）
　断熱弾性体は、第１に、磁性構造体で発生または吸収した熱を、伝導する部材以外に発散させないように、断熱する役割を有する。
　第２に、断熱弾性体は、磁気熱量材料と高熱伝導部材との間の密着性を向上させる役割を有する。なお、磁気熱量材料と高熱伝導部材を接着している場合は接着性も向上する。この密着性向上の役割を有する断熱弾性体は、主として第１実施形態に用いられる。すでに説明したように、第１実施形態は、板状の磁気熱量材料と高熱伝導部材を積層した構造である。このため、積層体の終端層における外側のいずれか一方に断熱弾性体を入れることで、積層された板状の磁気熱量材料と高熱伝導部材を押さえつけることができる。これにより磁気熱量材料および高熱伝導部材の部材間に空気層が形成されることを抑制して、磁性構造体の熱伝導特性をより向上させることができる。
　断熱弾性体が配置される位置は、磁性構造体における、他の部材に熱を伝導する表面以外の面（すなわち熱を伝導しない面）である。断熱弾性体は、磁性構造体中で生じた熱を外部に放熱することを防ぎ、積層した磁気熱量材料および高熱伝導部材を押さえつけることができれば特に制限されない。断熱弾性体の具体例としては、例えば天然ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、スチレン－ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
　なお、断熱性能だけを重視する場合は、第１実施形態以外にも適用可能である。その場合、弾性力は不要である。逆に、弾性力を重視する場合、板バネやコイルばねなどを筐体と積層体の終端層との間に設けることにより、空気層を形成させて断熱性と共に弾性力を備えるようにしてもよい。
　（筐体）
　筐体は、磁気熱量効果によって生じた熱を外部に放熱させずに、磁性構造体内に保持する役割を有する磁性構造体の任意の構成要素である。筐体の性質上、磁性構造体が筐体を含む場合には、磁性構造体は多面体構造を有する。そして、磁性構造体の外表面のうち他の部材に熱を伝導する面以外の面が、筐体で被覆されている。つまり、筐体は、高熱伝導部材が露出する表面を有する面以外の面を被覆する。この筐体は、断熱作用を効果的に発揮するために、磁性構造体と接着させることが好ましい。一実施形態において、磁性構造体が断熱弾性体を有する場合には、筐体は断熱弾性体の外部に配置される。
　本実施形態に用いられる筐体としては、熱伝導性が低いものであれば特に制限はない。当該筐体としては、グラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、ポリイミドフォーム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）フォーム、押出発泡ポリスチレン等が挙げられる。
　（その他の構成要素）
　上記磁性構造体の各構成の他、所望の用途、機能に応じてその他の構成を磁性構造体に含有させてもよい。例えば、熱伝導をさらに高める目的で、ダイヤモンドの粉末（ナノダイヤ等）を高熱伝導グリースとして含有させてもよい。また、磁気冷暖房装置に適用する際に所望の目的を達成するために、適宜公知の添加物を含有させてもよい。
　［冷暖房装置］
　本発明における磁気冷暖房装置では、上述のいずれかの実施形態に係る磁性構造体を用いている。このため、本実施形態の冷暖房装置は、磁性構造体の高い熱伝導特性によって磁場の印加・除去の高周波化が可能となり、高出力化および小型化された装置となる。なお、冷暖房装置は、磁性構造体ブロック、熱スイッチ部、および磁場増減部を最小の構成要素として含む。
　磁性構造体ブロックは、２つ以上の磁性構造体を一定の間隔で配置したものである。前記磁性構造体ブロックの少なくとも１つは、上記実施形態に係る磁性構造体を用いるが、その他の磁性構造体ブロックを構成する磁性構造体については公知のものを用いてもよい。ただ、磁場の印加・除去の高周波化の観点から、磁性構造体ブロックを構成する全ての磁性構造体が、本実施形態に係る磁性構造体を用いることが好ましい。
　熱スイッチ部は、それ自身が前記磁性構造体ブロックを構成する磁性構造体の間に挿入および離脱可能なように配置された固体の熱伝導部材である。熱スイッチ部が磁性構造体の間隔に挿入された場合には、熱スイッチ部を介して隣り合う磁性構造体間で熱伝導が生じて温度勾配が解消される。一方、熱スイッチ部が磁性構造体の間隔から離脱した場合には、熱スイッチ部がないために断熱効果の高い空気層が形成され、離脱された熱スイッチ部を介して隣り合う磁性構造体間の熱伝導は生じない。なお、熱スイッチ部は、磁性構造体間において固体熱伝導を行うものであるため、熱スイッチ部と磁性構造体とは少なくとも１点で接している。効率的に固体熱伝導を行う観点から、熱スイッチ部と磁性構造体とは可能な限り大きい面で接していることが好ましい。
　このような熱スイッチ部となる固体の熱伝導部材としては、例えば熱伝導性の良いアルミニウムや銅、ステンレスなどの金属が好ましい。また、熱伝導部材としては、前記金属の単体または合金、あるいは複数金属の複合材などでもよい。さらに、熱伝導部材としては、熱伝導性の良いセラミックスなどでもよい。
　磁場増減部は、１組の永久磁石からなり、磁気熱量材料を挟む形で設置される。１組の永久磁石により磁場の印加および除去が可能となる。一実施形態において、磁場の印加および除去の手段については、永久磁石を移動させることで行われる。
　ここで、上述の断熱弾性体は磁力を弱める性質を有する場合がある。磁力を弱める性質を有する断熱弾性体を用いた場合は、磁場増減部からの磁力線が断熱弾性体を通過しないように配置することが好ましい。例えば図２（ａ）および（ｂ）を参照して説明すると、図２（ａ）および（ｂ）の断面図では、磁性構造体１は上面および下面において断熱弾性体１３で挟まれている。よって、磁場増減部によって生じる磁力線を効果的に利用するためには、図１において、磁場増減部を前面および背面に配置することで、磁力線が断熱弾性体１３を通過しないようにすることが好ましい。断熱弾性体が磁力を弱める性質がないか弱い場合は、磁力線が断熱弾性体を通過するように配置しても差し支えない。
　用いられる熱スイッチ部および永久磁石の種類、サイズおよび形状等は特に限定されず、所望の冷暖房装置に応じて公知のものが適宜選択される。磁気冷暖房装置に適用されるその他の部材等も所望の冷暖房装置に応じて、当業者により適宜選択される。なお、その他の部材としては、磁気冷凍機構によって生じた冷房効果を取り出す低温側熱交換器、磁気冷凍機構によって生じた暖房効果を取り出す高温側熱交換器、および磁気冷暖房装置を制御する制御部、磁気冷暖房装置を作動させるモータ等がある。
　［第４実施形態：渦電流防止部材入りの実施形態］
　第４実施形態は、磁場の印加時に発生する渦電流損を低減させるために、渦電流防止部材を挿入した形態である。
　図６は、本実施形態の磁性構造体を説明するための説明図であり、（ａ）は要部を示す斜視図、（ｂ）は磁気冷暖房装置として構成した場合に印加される磁場の磁力線との関係を説明する断面図である。また、図７は本実施形態を説明するために、高熱伝導部材と渦電流防止部材のみを抜き出して描いた斜視図である。
　本実施形態の磁性構造体１は、基本的には第１実施形態と同様に、板状の磁気熱量材料７と、同じく板状の高熱伝導部材９が積層されている。積層方向は、磁気冷暖房装置として構成した場合に印加される磁場の磁力線の方向となっている。すなわち、磁気熱量材料７も高熱伝導部材９も磁力線を横切る方向に配置されている。
　そして本実施形態では、さらに渦電流防止部材４１を挿入している。図示した構造においては、渦電流防止部材４１は、磁力線（図中矢印Ｓ）と平行な方向に複数配置されている。そして、渦電流防止部材４１によって、板状の磁気熱量材料７および高熱伝導部材９を分断している。
　渦電流防止部材４１の役割は、板状の磁気熱量材料７および高熱伝導部材９を磁力線が通ることで発生する渦電流を防止または抑制することにある。渦電流は、周知のように、導電性のある部材に磁力線が通ることで、磁力線が横切る方向を軸として渦巻き状に発生する電流である。このような渦電流が発生するとその電流によって導電性部材の抵抗により発熱が起こり、これが渦電流損となる。磁性構造体では、磁気熱量材料７および高熱伝導部材９は共に導電性のある部材であるため、渦電流によって発熱が起こる。すると、磁気熱量材料７が磁場の印加により冷却（吸熱）されても、この渦電流損の発熱によって十分な冷却効果が得られなくなるおそれがある。
　そこで、本実施形態は、図示すように、渦電流防止部材４１を磁力線と平行な方向に複数配置して板状の磁気熱量材料７および高熱伝導部材９を分断することで、この渦電流が流れないようにしている。
　渦電流を流れなくするためには、渦電流防止部材４１は、少なくとも高熱伝導部材９の電気伝導率よりも低い電気伝導率である必要がある。
　ここで高熱伝導部材として用いられる材料の具体例として前述した材料の電気伝導率は、次のとおりである。アルミニウム（Ａｌ単体）は３７．４×１０６（ジーメンス／ｍ）（０℃）であり、銅は５９．０×１０６（ジーメンス／ｍ）（０℃）であり、カーボンナノチューブは７．５×１０７（ジーメンス／ｍ）（０℃）である。
　したがって、渦電流防止部材４１は、これら高熱伝導部材よりも電気伝導率が低い材料を使用することで、渦電流の発生を防止または抑制することができる。電気伝導率が低い材料としては、好ましくは、１．０×１０１（ジーメンス／ｍ）（０℃）未満の材料である。
　ここで渦電流防止部材４１は、熱の伝導される方向（第１面から第２面）を分断するように配置されている。このため渦電流防止部材４１として、仮に熱伝導率の低い材料を用いると、せっかく高熱伝導部材を入れたにもかかわらず、磁性構造体内の熱伝導が悪くなってしまう。そこで、渦電流防止部材４１においても、熱伝導率が少なくとも磁気熱量材料よりも高い材料を用いる。つまり、渦電流防止部材４１は、熱伝導率が磁気熱量材料よりも高く、かつ電気伝導率が高熱伝導部材よりも低い材料を用いる。
　具体的には、渦電流防止部材４１としては、例えばダイヤモンドライクカーボンが好ましい。ダイヤモンドライクカーボンは、その構造や密度により若干異なるものの、例えば電気伝導率は１０－１２（ジーメンス／ｍ）、熱伝導率は２００～７００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
　また、渦電流防止部材４１としては、熱伝導性セラミックを用いることができる。熱伝導性セラミックスの具体例としては、例えば窒化ケイ素セラミックスがある。窒化ケイ素セラミックスの電気伝導率は３．０×１０－１１（ジーメンス／ｍ）、熱伝導率は２００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
　（第４実施形態の変形例）
　図８および図９は、渦電流防止部材の挿入形態の異なる例を説明するための斜視図である。なお、図８および図９も高熱伝導部材と渦電流防止部材のみを抜き出して描いた斜視図である。そして、図８では、積層した高熱伝導部材を一層おきに分離した形態を示す。また、図９では、積層した高熱伝導部材の全てを分離した形態を示す。
　このように、高熱伝導部材９を、一層おきに、または全て分断した形態とすることで、渦電流防止部材の挿入とあいまって、いっそう渦電流の発生を防止または抑制することができる。
　なお、すでに説明したとおり、渦電流防止部材４１も高熱伝導の材料を用いている。そのため、このような形態とした場合、高熱伝導部材９を伝わった熱が渦電流防止部材４１に伝わり、再び高熱伝導部材９に伝わって、最終的に第１面４１ａから第２面４１ｂに伝導されることになる。
　（渦電流損の見積もり計算）
　ここで、下記式を使って渦電流損を計算した結果を説明する。
　Ｐｅ＝（π２／６）・Ｂｍ２・ｆ２・Ｔ２・σ
　式中、Ｐｅ：渦電流損、Ｂｍ：最大磁束密度、ｆ：振動数、Ｔ：板厚、σ：電気伝導率である。
　また、計算にあたっては下記の磁気冷暖房装置を想定した。
　冷暖房性能：６ｋＷ、２リットル
　磁気熱量材料（ＭＣＭ）：Ｇｄ（ガドリニウム）
　Ｇｄ（ＭＣＭ）の厚み：１ｍｍ
　Ｇｄの物性として、比熱：０．０７１（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）、電気伝導率：０．７３６×１０６（ジーメンス／ｍ）
　Ｇｄ使用量：５．２６ｋｇ
　磁場印加振動数：５０Ｈｚ
　磁場の強さ：１．５Ｔ
　（計算結果）
　渦電流によるＭＣＭ（Ｇｄ）の発熱量（ｓ）：４．３８Ｗ、１分間の温度上昇率：０．１７度、１時間後で１０度上昇する。
　ここで、低電気伝導性材料からなる渦電流防止部材を挿入し、Ｇｄ（ＭＣＭ）の使用量は同じで、分断されたＧｄ（ＭＣＭ）の厚みを１／１０にすると、渦電流による発熱量は０．０４３８Ｗにできる。したがって、１時間後でもＧｄ（ＭＣＭ）の温度上昇は０．１度の温度上昇で済む。
　さらに、磁気冷暖房装置として、磁気冷暖房運転開始時は、室温（２５℃）から低温端において－５℃まで冷やせる装置を想定した。すなわち、２５℃の空気と熱交換の開始時は、空気と低温端では３０℃の温度差を確保できる装置である。図１０は、このような磁気冷暖房性能を想定した磁気冷暖房装置における低温端の温度変化を示すグラフである。
　上記の計算結果から、渦電流防止部材を挿入しない場合（図１０中「実施例１」）は、１時間経過後は、低温端の温度は５℃になる。そうすると空気と低温端では２０℃の温度差になり、冷房能力が３０％以上低下することになる。
　一方、渦電流防止部材を挿入した場合（図１０中「実施例２」）、冷暖房能力の低下は、ほぼゼロにすることができる。したがって、渦電流の発生を防止または抑制することで、この様な対策を行わない場合と比較して冷暖房能力が、５０％向上する。
　以上説明したように、第４実施形態によれば、渦電流防止部材によって、特に高熱伝導部材に発生する渦電流を防止または抑制して、渦電流損による不要な発熱を防止または抑制することができる。特に、本実施形態では、板状の磁気熱量材料および高熱伝導部材の両方を渦電流防止部材によって分断したことで、これら両方に発生する渦電流を防止または抑制することができる。
　なお、ここでは、板状の磁気熱量材料および高熱伝導部材を積層した形態を例示して説明した。しかし、第２実施形態や第３実施形態においても、同様に渦電流防止部材を磁力線と平行な方向となるように配置することで、同様の効果を得ることができる。
　［他の冷暖房装置］
　すでに説明した実施形態では、磁性構造体同士の間、および磁性構造体と熱交換器の間に配置される熱スイッチ部３ａおよび３ｂは、それらの間に挿入および離脱することで、それらの間の熱の伝導と遮断を切り替えている。すなわち、熱スイッチ部自身を移動させている。ちなみに、熱交換器としては、上述のように、低温側熱交換部および高温側熱交換部が存在する。ここでは熱スイッチ部の他の形態として、熱スイッチ部自身を移動（挿入および離脱）させなくても、それらの間の熱伝導を行う熱スイッチ部を用いた磁気冷暖房装置について説明する。
　＜熱スイッチ部の他の形態１＞
　図１１は、熱スイッチ部の他の形態１を説明するための説明図である。
　図示した磁気冷暖房装置においては、低温側熱交換部４０Ａと磁性構造体１０Ａとの間に熱スイッチ部３０Ａを、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂの間に熱スイッチ部３０Ｂを配置している。ここで熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂは、構造および機能は同じものである。また、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂは、すでに説明した各実施形態による磁性構造体のいずれかを用いている。また、図示しないが、他の磁性構造体同士の間、および磁性構造体と高温側熱交換部との間にも、ここで説明する熱スイッチ部３０Ａおよび３０Ｂが配置されることになる。
　図１１に示すように、磁性構造体１０Ａの対向する両面に熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂが配置されている。熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂは、磁性構造体１０Ａの対向する両面に接合または接着によって一体化する。磁性構造体１０Ａの両隣には低温側熱交換部４０Ａと磁性構造体１０Ｂが存在する。熱スイッチ部３０Ａは低温側熱交換部４０Ａと磁性構造体１０Ａに接合または接着され、熱スイッチ部３０Ｂは磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂに接合または接着される。したがって、低温側熱交換部４０Ａ、熱スイッチ部３０Ａ、磁性構造体１０Ａ、熱スイッチ部３０Ｂ、磁性構造体１０Ｂは一体化する。
　さらに、磁性構造体１０Ａの上面および下面には、磁性構造体１０Ａを挟むように１組の永久磁石２１ＡＭ，２６ＡＭが設置されている。また、熱スイッチ部３０Ｂの上面および下面にも、熱スイッチ部３０Ｂを挟むように１組の永久磁石２１ＢＨ，２６ＢＨが設置されている。そして、永久磁石２１ＡＭ，２６ＡＭが磁性構造体１０Ａに近接および離隔することで、磁場の印加および除去を行う。さらに、永久磁石２１ＢＨ，２６ＢＨが熱スイッチ部３０Ｂに近接および離隔することで、磁場の印加および除去を行う。
　（熱スイッチ部の動作）
　熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂは、９テスラ程度の磁気が印加されると、印加される前よりも熱伝導率が大きくなる。熱伝導率の大きさの変化は、１００倍から３０００倍の範囲である。したがって、熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂは、磁気が印加されなければ熱伝導率は極めて小さくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性構造体１０Ａ、磁性構造体１０Ｂの間では熱を伝導しない。一方、熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂは、磁気が印加されると熱伝導率は極めて大きくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性構造体１０Ａ、磁性構造体１０Ｂの間で熱が伝導する。
　図１１に示すように、熱スイッチ部３０Ａ，３０Ｂは、磁気の印加・除去によって絶縁体・金属に相転移する転移体を含む。転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含む。したがって、転移体に磁気を印加すると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなる。また、転移体から磁気を除去すると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる。
　図１１の場合、熱スイッチ部３０Ａには磁気が印加されていないので、熱スイッチ部３０Ａは絶縁体としての性質を持ち、伝導電子が流れ難くなって、低温側熱交換部４０Ａと磁性構造体１０Ａとの間では熱が伝導しない。一方、熱スイッチ部３０Ｂには、永久磁石２１ＢＨ，２６ＢＨによって磁気が印加されているので、熱スイッチ部３０Ｂは金属としての性質を持ち、伝導電子が流れやすくなって、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂとの間で熱が伝導する。一般的に固体の熱伝導は、フォノンおよび伝導電子が担っていることが知られている。本実施形態では、伝導電子の流れを磁気によって制御する。
　ここで、磁気を印加することで絶縁体から金属に相転移するメカニズムを解明する研究の結果によれば、次のような報告がなされた。
　遷移金属の酸化物の中には、大量の電子が存在し電子間の相関が強い物質であるために電子同士が反発し合い局在化した、電荷整列絶縁体という絶縁体が多く存在している。電荷整列絶縁体では、電子のスピンや軌道など、電荷以外の電子の持つ性質（自由度）に直接作用する外場が、絶縁体を金属に相変化させる。特に、磁気が電子のスピンに作用すると、局在している大量の電子を雪崩のように動かし、絶縁体を金属に相変化させる。報告によると、ネオジウムストロンチウムマンガン酸化物を用いた場合、温度１０Ｋ（－２３６℃），２．４テスラの磁気では電気抵抗率が５００Ωｍと高い絶縁体状態であったが、９テスラの磁気では電気抵抗率が０．２Ωｍと４桁ほど減少したことが示された。本形態の熱スイッチ部はこの現象を積極的に利用して、磁気冷暖房装置を構成している。なお、本実施形態では、磁気を印加すると金属化する電荷整列絶縁体として、Ｇｄ０．５５Ｓｒ０．４５ＭｎＯ、Ｐｒ０．５Ｃａ０．５ＭｎＯ３を用いる。
　このように、熱スイッチ部を、電荷整列絶縁体を含む転移体で形成すると、磁気の印加、除去によって、熱伝導率の大きさを大きく変えることができ、熱スイッチとして機能させることができる。磁気の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱スイッチ部３０Ａ、３０Ｂを用いると、隣接する磁性構造体との熱伝導を、磁気の印加、除去だけで断続させることができる。したがって、熱スイッチ部自身を移動させて、熱交換器と磁性構造体の間、磁性構造体同士の間を挿入および離脱させる必要がなくなるため、熱スイッチ部の耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。
　また、上述のように、磁気冷暖房装置を車載するためには小型化が要求されるが、小型化するためには磁気冷暖房装置の高周波化が必要である。高周波化するためには、磁性構造体間の熱伝導を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本実施形態の熱スイッチ部３０Ａ、３０Ｂを用いれば、磁気を印加する周期を短くすることで容易に高周波化できる。
　＜熱スイッチ部の他の形態２＞
　図１２は、熱スイッチ部の他の形態２を説明するための説明図である。本形態２に係る熱スイッチ部１３０は、磁性構造体１０Ａ，１０Ｂに取り付ける電極３１Ａ，３１Ｂと、電極３１Ａ，３１Ｂの間に取り付ける金属／絶縁相転移体３２とによって構成される。電極３１Ａの一方の面は磁性構造体１０Ａの一方の面に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ｂの一方の面は磁性構造体１０Ｂの一方の面に接合または接着によって取り付ける。同様に、金属／絶縁相転移体３２の両面は電極３１Ａと電極３１Ｂの他方の面に接合または接着によって取り付ける。したがって、磁性構造体１０Ａ、熱スイッチ部１３０、磁性構造体１０Ｂは一体化される。図示はしていないが、冷暖房装置を構成する他の磁性構造体と熱スイッチ部も上記のように接合または接着によって一体化される。また、磁性構造体と熱交換器の間に配置される熱スイッチ部も上記のように接合または接着によって一体化される。
　電極３１Ａ，３１Ｂは導電性の良好なアルミニウムや銅などの金属を用いる。電極３１Ａ，３１Ｂに用いる金属は、上記金属の単体でもよく、上記金属の合金でもよい。磁性構造体１０Ａ，１０Ｂの間では電極３１Ａ，３１Ｂを介して熱が伝導するので、電極３１Ａ，３１Ｂは熱伝導率のより大きい金属を用いることが好ましい。
　電極３１Ａ，３１Ｂを磁性構造体１０Ａ，１０Ｂおよび金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤は、熱伝導率の大きいものを用いる。例えば、接着性が妨げられない程度に接着剤中に金属粉を混ぜ込み、熱伝導性を改善した接着剤を用いる。
　金属／絶縁相転移体３２は、電圧を印加すると絶縁体から金属に相転移し、熱伝導率が大きくなり、逆に、電圧を遮断すると金属から絶縁体に相転移し、熱伝導率が小さくなる性質を持つものである。金属と絶縁体の相互間の相転移を示す絶縁体は、無機酸化物モット絶縁体または有機モット絶縁体がある。無機酸化物モット絶縁体は少なくとも遷移金属元素を含む。モット絶縁体としては、ＬａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ４、ＢＥＤＴ－ＴＴＦ（ＴＣＮＱ）が知られている。金属と絶縁体の相互間の相転移が可能なデバイスとして現在知られているものは、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子がある。熱は、熱電子および格子結晶によって移送することができる。ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴおよびＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子は、電圧を印加すると熱電子が活発に移動するようになる性質を利用する。本形態では、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体や有機モット絶縁体など、電圧の印加除去によって熱伝導率が大きく変化するものを用いる。また、金属／絶縁相転移体３２には、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子なども用いることができる。
　図１２に示すように、電極３１Ａと電極３１Ｂとの間に直流電圧Ｖを印加すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に大きくなって、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂとの間で熱の移動が起こる。一方、電極３１Ａと電極３１Ｂとの間の直流電圧Ｖを除去すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に小さくなって、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂとの間の熱の移動が阻止される。したがって、熱スイッチ部１３０は、電圧の印加、除去によって熱の移動を制御する熱スイッチとなる。
　熱スイッチ部１３０の熱伝導の断続は、電圧の印加、除去によって制御できるので、磁性構造体間に熱スイッチ部を摺動させずに熱を輸送させることができる。このため、熱スイッチ部に摺動の耐久性を持たせる必要がなく、熱スイッチ部の信頼性が向上する。また、摩擦による機械的な損失をなくすことができ、熱スイッチ部を駆動させるための損失を低減できる。さらに、熱スイッチ部は磁性構造体との並び方向にのみ熱を輸送でき、熱スイッチ部の熱伝導率は摺動型のものに比較して大きくできるので、熱の輸送に際して熱的な損失が小さくできる。加えて、熱スイッチ部は、電圧の印加、除去に応じて、磁性構造体間を全ての接触面を使って接続できるので、熱輸送能力および熱輸送効率を向上させることができる。
　熱スイッチ部１３０の熱伝導の断続は、電極３１Ａ，３１Ｂに電圧を印加、除去することによって行うことができる。電極３１Ａ，３１Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２に容易に電圧を印加することができる。また、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子を用いると、熱伝導率の変化の応答性が良好になる。
　＜熱スイッチ部の他の形態３＞
　図１３は熱スイッチ部の他の形態３を説明するための説明図である。
　本形態３に係る熱スイッチ部１３０は、形態２で説明した熱スイッチ部１３０に、さらに補助電極３３Ａ，３３Ｂを追加している。その他の構成および動作は、形態２と同様である。
　補助電極３３Ａ，３３Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。補助電極３３Ａ，３３Ｂは、熱伝導性を考慮しなくても良い。また補助電極３３Ａ，３３Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も、熱伝導性を考慮しなくても良い。補助電極３３Ａ，３３Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。
　補助電極３３Ａ，３３Ｂは、電極３１Ａ，３１Ｂに対して、直交方向に電圧を印加する。補助電極３３Ａと補助電極３３Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が補助電極３３Ａ，３３Ｂの方向に偏る。このため、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂとの間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。つまり、補助電極３３Ａ，３３Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。
　＜熱スイッチ部の他の形態４＞
　図１４は、熱スイッチ部の他の形態４を説明するための説明図である。
　本形態４に係る熱スイッチ部１３０は、電極３１Ａ，３１Ｂを、金属／絶縁相転移体３２と磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂとの間には設けずに、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して直交する方向から電圧が印加できるように設ける。その他の構成および動作は、形態２と同様である。
　したがって、金属／絶縁相転移体３２は、磁性構造体１０Ａ，１０Ｂに直接取り付ける。金属／絶縁相転移体３２と磁性構造体１０Ａ，１０Ｂとは、接合または接着剤で取り付ける。このときに用いる接着剤は、熱伝導性の大きいものを用いる。
　電極３１Ａ，３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ａ，３１Ｂは熱伝導性を考慮しなくても良い。また、電極３１Ａ，３１Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくても良い。電極３１Ａ，３１Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。
　電極３１Ａ，３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して、直交方向に電圧を印加する。電極３１Ａと電極３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が電極３１Ａ，３１Ｂの方向に偏って相転移する。このため、磁性構造体１０Ａと磁性構造体１０Ｂとの間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。
　形態２，３の場合には、熱電子の通過方向に電極３１Ａ，３１Ｂが存在するので、熱電子にとっては電極３１Ａ，３１Ｂが障害物となる。このため、電極３１Ａ，３１Ｂの存在は熱伝導率を小さくする方向に働く。しかし、形態４の場合には、金属／絶縁相転移体３２を磁性構造体１０Ａ，１０Ｂに直接取り付けるので、電極３１Ａ，３１Ｂの存在は熱伝導率を下げる方向には働かない。したがって、本形態４に係る熱スイッチ部１３０の熱伝導率は、形態２，３の場合と比較して、大きくなる。
　＜熱スイッチ部の他の形態５＞
　図１５は、熱スイッチ部の他の形態５を説明するための説明図である。
　本形態５に係る熱スイッチ部１３０は、金属／絶縁相転移体３２を磁性構造体１０Ａ，１０Ｂに直接取り付け、磁性構造体１０Ａ，１０Ｂに直流電圧を印加できるようにしたものである。金属／絶縁相転移体と磁性構造体１０Ａ，１０Ｂとは接合または接着剤で取り付ける。接着剤は熱伝導率の大きいものを用いる。その他の構成および動作は、形態２と同様である。
　磁性構造体１０Ａ，１０Ｂを電極の代わりに用いると、構造が単純化され、また、部品点数の減少と製造工程の簡略化が図れる。また、形態４の場合と同様に、熱スイッチ部１３０の熱伝導率は、形態２、３の場合と比較して、大きくなる。
　＜熱スイッチ部の他の形態６＞
　図１６は熱スイッチ部の他の形態６を説明するための説明図である。
　本形態６は、熱スイッチ部１３０に絶縁体３４を追加している。具体的には、図１６に示すように、熱電子の移動を妨げる絶縁体３４を電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に設けている。図１６では、形態１の構成に絶縁体３４を追加しているが、形態２から４の構成に対して絶縁体３４を追加しても良い。その他の構成および動作は、形態２と同様である。
　絶縁体３４は、熱電子以外の電子の移動を阻止するために設ける。電極３１Ａと電極３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、電極３１Ａと電極３１Ｂとの間に電流が流れるが、本来移動してほしい熱電子に加え、熱輸送に関与しない電子を過剰に移動させてしまう可能性がある。この熱輸送に関与しない電子の過剰の移動を防ぐために、絶縁体３４を金属／絶縁相転移体３２に取り付けることによって、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率の低下を防止できる。
　＜熱スイッチ部の他の形態７＞
　図１７は熱スイッチ部の他の形態７を説明するための説明図である。
　本形態７は、形態４に係る図１４の熱スイッチ部１３０に分極体３５を追加している。具体的には、電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に熱電子の移動を促す分極体３５を配置する。分極体３５は、誘電体およびイオン性液体のうちの少なくとも１種類以上から形成する。その他の構成および動作は、形態４と同様である。
　分極体３５は、金属／絶縁相転移体３２内を移動する電子を取り出したり、金属／絶縁相転移体３２内に電子を注入したりする。このため、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布状態が変化して、熱電子が流れやすくなる。分極体３５を配置することで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。
　熱スイッチ部の他の形態２～７のように、電圧の印加，除去によって熱伝導率が変化する熱スイッチ部１３０を用いると、隣接する磁性構造体との熱伝導を、電圧の印加，除去だけで断続させることができる。したがって、熱スイッチ部自身を移動させて、熱交換器と磁性構造体の間、磁性構造体同士の間に挿入および離脱させる必要がなくなるため、熱スイッチ部の耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。
　例えば磁気冷暖房装置を車載するためには小型化が要求され、小型化するためには磁気冷暖房装置の高周波化が必要である。高周波化するためには、磁性構造体間の熱伝導を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本実施形態の熱スイッチ部１３０は、電圧をＯＮ、ＯＦＦする周期を短くすることで高周波化できる。
　特願２０１１－２０１０９３号（出願日：２０１１年９月１４日）、特願２０１２－１４３４２５号（出願日：２０１２年６月２６日）及び特願２０１２－１７２１５４号（出願日：２０１２年８月２日）の全内容は、ここに援用される。
　以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形および改良が可能であることは、当業者には自明である。
　本発明に係る磁性構造体によれば、磁気熱量材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材を磁性構造体内に設けたことで、磁気熱量材料に生じた熱の全部または一部を、磁性構造体内で迅速に伝導させることができる。
　また、本発明の磁気冷暖房装置は、上記磁性構造体を複数、熱スイッチ部とともに並べて磁気冷暖房装置としたので、磁性構造体の熱伝導性がよいことから磁場印加・除去の高周波化が可能となり、装置のさらなる小型化に寄与することができる。
　１，１０Ａ，１０Ｂ　磁性構造体
　３ａ，３ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，１３０　熱スイッチ部
　５　筐体
　７　磁気熱量材料
　９　高熱伝導部材
　１１　高熱伝導壁
　１３　断熱弾性体
　１５　接合剤
　４１　渦電流防止部材

Claims (12)

  1. 　磁場の印加および除去によって温度変化が生じる磁気熱量材料と、
    　前記磁気熱量材料と接し、前記磁気熱量材料より熱伝導率の高い高熱伝導部材と、
    　を有することを特徴とする磁性構造体。
  2. 　前記磁気熱量材料および前記高熱伝導部材が平板構造を有して交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性構造体。
  3. 　前記高熱伝導部材がハニカム構造を有し、前記ハニカム構造の孔の内部に前記磁気熱量材料が充填された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性構造体。
  4. 　前記高熱伝導部材が多孔体構造を有し、前記多孔体構造の孔の内部に前記磁気熱量材料が充填された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性構造体。
  5. 　磁性構造体の外表面のうち他の部材に熱を伝導する面が、前記磁気熱量材料より熱伝導率の高い高熱伝導壁によって構成され、
    　前記高熱伝導部材の熱を伝導する方向の端部が、前記高熱伝導壁に接していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁性構造体。
  6. 　前記磁場の印加による磁力線の方向と平行に配置された渦電流防止部材をさらに有し、
    　前記渦電流防止部材は、前記高熱伝導部材よりも電気伝導率が低く、かつ、前記磁気熱量材料より熱伝導率の高い材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁性構造体。
  7. 　前記渦電流防止部材は、ダイヤモンドライクカーボンまたは熱伝導性セラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載の磁性構造体。
  8. 　前記磁気熱量材料、前記高熱伝導部材および前記高熱伝導壁からなる群から選択される少なくとも２つの部材間が接合剤を介して接合されていることを特徴とする請求項５に記載の磁性構造体。
  9. 　磁性構造体が多面体構造よりなり、磁性構造体の外表面のうち他の部材に熱を伝導する面以外の面が、筐体で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁性構造体。
  10. 　磁性構造体の外表面のうち他の部材に熱を伝導する面以外の面の一部が、断熱材により覆われていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁性構造体。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の複数の磁性構造体と、
    　前記磁性構造体同士の間に配置されていて熱の伝導および遮断を行う熱スイッチ部と、
    　前記複数の前記磁性構造体のそれぞれに磁場の印加、除去を行う磁場増減部と、
    　を有することを特徴とする磁気冷暖房装置。
  12. 　請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の複数の磁性構造体と、
    　前記磁性構造体同士の間に配置されていて熱の伝導および遮断を行う熱スイッチ部と、
    　前記複数の前記磁性構造体のそれぞれに磁場の印加、除去を行う磁場増減部と、
    　を有し、
    　前記磁場増減部は、前記磁場増減部からの磁力線が前記磁性構造体に設けられている断熱材を通過しない位置に配置されていることを特徴とする磁気冷暖房装置。
PCT/JP2012/072861 2011-09-14 2012-09-07 磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置 WO2013038996A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280043740.2A CN103782116B (zh) 2011-09-14 2012-09-07 磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置
US14/344,081 US9810454B2 (en) 2011-09-14 2012-09-07 Magnetic structure and magnetic air-conditioning and heating device using same
EP12831129.7A EP2762801B1 (en) 2011-09-14 2012-09-07 Magnetic structure

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011201093 2011-09-14
JP2011-201093 2011-09-14
JP2012-143425 2012-06-26
JP2012143425 2012-06-26
JP2012-172154 2012-08-02
JP2012172154A JP5966740B2 (ja) 2011-09-14 2012-08-02 磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013038996A1 true WO2013038996A1 (ja) 2013-03-21

Family

ID=47883227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/072861 WO2013038996A1 (ja) 2011-09-14 2012-09-07 磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9810454B2 (ja)
EP (1) EP2762801B1 (ja)
JP (1) JP5966740B2 (ja)
CN (1) CN103782116B (ja)
WO (1) WO2013038996A1 (ja)

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014010476B3 (de) * 2014-07-15 2015-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Klimatisierungseinrichtung mit zumindest einem Wärmerohr, insbesondere Thermosiphon
JP2016023839A (ja) * 2014-07-17 2016-02-08 日産自動車株式会社 冷暖房装置
CN104409190B (zh) * 2014-11-28 2017-01-04 华南理工大学 一种用于室温磁制冷机的高效磁场结构
KR102522939B1 (ko) * 2015-06-19 2023-04-17 마그네토 비.브이. 패킹된-스크린 타입 자기열량 요소
CN105118594A (zh) * 2015-08-27 2015-12-02 安徽大地熊新材料股份有限公司 高热导率的稀土铁系R-Fe-B 磁体及其制备方法
FR3041086A1 (fr) * 2015-09-11 2017-03-17 Cooltech Applications Procede de fabrication d'un element magnetocalorique monobloc, element magnetocalorique obtenu et appareil thermique comportant au moins un tel element magnetocalorique
DE102015119103A1 (de) * 2015-11-06 2017-05-11 Technische Universität Darmstadt Verfahren zum Herstellen eines magnetokalorischen Verbundmaterials und Verbundmaterial mit einem magnetokalorischen Pulver
US10541070B2 (en) 2016-04-25 2020-01-21 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Method for forming a bed of stabilized magneto-caloric material
US10299655B2 (en) 2016-05-16 2019-05-28 General Electric Company Caloric heat pump dishwasher appliance
US10274231B2 (en) 2016-07-19 2019-04-30 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Caloric heat pump system
US10295227B2 (en) 2016-07-19 2019-05-21 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Caloric heat pump system
US10281177B2 (en) 2016-07-19 2019-05-07 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Caloric heat pump system
US10047980B2 (en) 2016-07-19 2018-08-14 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Linearly-actuated magnetocaloric heat pump
US10047979B2 (en) 2016-07-19 2018-08-14 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Linearly-actuated magnetocaloric heat pump
US10222101B2 (en) 2016-07-19 2019-03-05 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Linearly-actuated magnetocaloric heat pump
US10443585B2 (en) 2016-08-26 2019-10-15 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Pump for a heat pump system
US10451321B2 (en) * 2016-09-02 2019-10-22 General Engineering & Research, L.L.C. Solid state cooling device
CN106382763B (zh) * 2016-09-09 2019-04-23 南京大学 基于热开关的全固态室温铁电制冷机
US10386096B2 (en) 2016-12-06 2019-08-20 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magnet assembly for a magneto-caloric heat pump
US10288326B2 (en) 2016-12-06 2019-05-14 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Conduction heat pump
DE102016224922A1 (de) 2016-12-14 2018-06-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer solchen Klimatisierungseinrichtung
DE102016224925B4 (de) 2016-12-14 2024-01-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug
DE102016224923A1 (de) 2016-12-14 2018-06-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung, Verwendung einer solchen Kühlvorrichtung für eine mobile Anwendung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Kühlvorrichtung
WO2018117030A1 (ja) * 2016-12-19 2018-06-28 株式会社フジクラ 熱交換器及び磁気ヒートポンプ装置
US10527325B2 (en) 2017-03-28 2020-01-07 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Refrigerator appliance
US11009282B2 (en) 2017-03-28 2021-05-18 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Refrigerator appliance with a caloric heat pump
US10451320B2 (en) 2017-05-25 2019-10-22 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Refrigerator appliance with water condensing features
CN106996250A (zh) * 2017-06-12 2017-08-01 安徽灵感科技有限公司 一种新型多功能锌合金门
US10451322B2 (en) 2017-07-19 2019-10-22 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Refrigerator appliance with a caloric heat pump
US10422555B2 (en) 2017-07-19 2019-09-24 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Refrigerator appliance with a caloric heat pump
US10520229B2 (en) 2017-11-14 2019-12-31 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Caloric heat pump for an appliance
US11022348B2 (en) 2017-12-12 2021-06-01 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Caloric heat pump for an appliance
US10557649B2 (en) 2018-04-18 2020-02-11 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Variable temperature magneto-caloric thermal diode assembly
US10830506B2 (en) 2018-04-18 2020-11-10 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Variable speed magneto-caloric thermal diode assembly
US10782051B2 (en) 2018-04-18 2020-09-22 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly
US10648705B2 (en) 2018-04-18 2020-05-12 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly
US10641539B2 (en) 2018-04-18 2020-05-05 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly
US10648704B2 (en) 2018-04-18 2020-05-12 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly
US10876770B2 (en) 2018-04-18 2020-12-29 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Method for operating an elasto-caloric heat pump with variable pre-strain
US10551095B2 (en) 2018-04-18 2020-02-04 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly
US10648706B2 (en) 2018-04-18 2020-05-12 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly with an axially pinned magneto-caloric cylinder
US10989449B2 (en) 2018-05-10 2021-04-27 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly with radial supports
US11054176B2 (en) 2018-05-10 2021-07-06 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly with a modular magnet system
US11015842B2 (en) 2018-05-10 2021-05-25 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly with radial polarity alignment
US11092364B2 (en) 2018-07-17 2021-08-17 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly with a heat transfer fluid circuit
US10684044B2 (en) 2018-07-17 2020-06-16 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Magneto-caloric thermal diode assembly with a rotating heat exchanger
CN109442796B (zh) * 2018-09-21 2020-06-09 横店集团东磁股份有限公司 磁制冷机用填充床
FR3090830B1 (fr) * 2018-12-20 2022-03-11 Commissariat Energie Atomique Dispositif de refroidissement comprenant une ceramique de grenat paramagnetique
US11168926B2 (en) 2019-01-08 2021-11-09 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Leveraged mechano-caloric heat pump
US11149994B2 (en) 2019-01-08 2021-10-19 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Uneven flow valve for a caloric regenerator
US11193697B2 (en) 2019-01-08 2021-12-07 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Fan speed control method for caloric heat pump systems
US11274860B2 (en) 2019-01-08 2022-03-15 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Mechano-caloric stage with inner and outer sleeves
US11112146B2 (en) 2019-02-12 2021-09-07 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Heat pump and cascaded caloric regenerator assembly
CN110056684B (zh) * 2019-04-24 2021-04-16 宿迁海沁节能科技有限公司 一种阻断半导体热电制冷热量与冷量回流的阀门
US11015843B2 (en) 2019-05-29 2021-05-25 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Caloric heat pump hydraulic system
CN111174459B (zh) * 2020-01-13 2021-05-14 华南理工大学 一种微元回热系统
KR20230060734A (ko) * 2021-10-28 2023-05-08 한국재료연구원 자기냉각용 복합체 및 이를 포함하는 amr용 베드
CN114919871B (zh) * 2022-03-31 2023-04-18 安徽邮谷快递智能科技有限公司 快递物流冷链共配箱及物流配送方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59219670A (ja) * 1983-05-27 1984-12-11 株式会社東芝 低磁場型磁気冷凍機
JP2007147209A (ja) 2005-11-30 2007-06-14 Toshiba Corp 磁気冷凍機
JP2008051412A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Chubu Electric Power Co Inc 磁気冷凍装置
JP2008082662A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Toshiba Corp 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍方法
JP2009520946A (ja) * 2005-12-21 2009-05-28 株式会社大宇エレクトロニクス 磁気冷凍機
JP2010516042A (ja) * 2007-02-12 2010-05-13 ヴァキュームシュメルツェ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー 磁気熱交換用構造体及びその製造方法
JP2010525291A (ja) * 2007-12-27 2010-07-22 ヴァキュームシュメルツェ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー 磁気熱量活性物質を有する複合構造体及びその製造方法
JP2010531968A (ja) * 2008-05-16 2010-09-30 ヴァキュームシュメルツェ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー 磁気熱交換用構造体及び磁気熱交換用構造体の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7621046B2 (en) * 2002-07-01 2009-11-24 Nanjing University Moulding process of composite material including high-thermal conductor and room-temperature magnetic refrigerant
FR2937466B1 (fr) * 2008-10-16 2010-11-19 Cooltech Applications Generateur thermique magnetocalorique
US20110048031A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 General Electric Company Magneto-caloric regenerator system and method
TWI403682B (zh) * 2009-09-17 2013-08-01 Delta Electronics Inc 磁製冷結構
US20110154832A1 (en) * 2009-12-29 2011-06-30 General Electric Company Composition and method for producing the same
US8375727B2 (en) * 2010-06-11 2013-02-19 Chun Shig SOHN Cooling device
JP5060602B2 (ja) * 2010-08-05 2012-10-31 株式会社東芝 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59219670A (ja) * 1983-05-27 1984-12-11 株式会社東芝 低磁場型磁気冷凍機
JP2007147209A (ja) 2005-11-30 2007-06-14 Toshiba Corp 磁気冷凍機
JP2009520946A (ja) * 2005-12-21 2009-05-28 株式会社大宇エレクトロニクス 磁気冷凍機
JP2008051412A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Chubu Electric Power Co Inc 磁気冷凍装置
JP2008082662A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Toshiba Corp 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍方法
JP2010516042A (ja) * 2007-02-12 2010-05-13 ヴァキュームシュメルツェ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー 磁気熱交換用構造体及びその製造方法
JP2010525291A (ja) * 2007-12-27 2010-07-22 ヴァキュームシュメルツェ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー 磁気熱量活性物質を有する複合構造体及びその製造方法
JP2010531968A (ja) * 2008-05-16 2010-09-30 ヴァキュームシュメルツェ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー 磁気熱交換用構造体及び磁気熱交換用構造体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2762801A1 (en) 2014-08-06
US9810454B2 (en) 2017-11-07
JP5966740B2 (ja) 2016-08-10
JP2014029251A (ja) 2014-02-13
CN103782116A (zh) 2014-05-07
CN103782116B (zh) 2016-01-06
US20140338365A1 (en) 2014-11-20
EP2762801B1 (en) 2019-04-17
EP2762801A4 (en) 2015-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5966740B2 (ja) 磁性構造体およびこれを用いた磁気冷暖房装置
JP6000814B2 (ja) 磁気冷凍デバイス及び磁気冷凍システム
JP6079498B2 (ja) 磁気冷暖房装置
JP4649389B2 (ja) 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍方法
US20130255279A1 (en) Magnetic refrigeration device and magnetic refrigeration system
JP5807723B2 (ja) 磁気冷暖房装置
EP3027980B1 (en) Method for electrocaloric energy conversion
JP2008082663A (ja) 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍方法
JP2011258755A (ja) 熱拡散体および発熱体の冷却装置
JP2014095535A (ja) 磁気冷暖房装置
CN112254370B (zh) 基于热电磁耦合的全固态能量转换制冷器件
WO2012056577A1 (ja) 熱交換器および磁気冷凍システム
CN112066591A (zh) 热电磁复合制冷系统
CN103515522A (zh) 热电冷却模块及其制造方法
US20200348055A1 (en) Magnetocaloric refrigerator or heat pump comprising an externally activatable thermal switch
JP2016023878A (ja) 冷暖房装置
JP2008141161A (ja) ペルチェモジュール
CN113494785B (zh) 一种全固态磁制冷器件及其使用方法和应用
JP7037688B1 (ja) エネルギー変換素子およびこれを用いた温度調節装置
JP2016023839A (ja) 冷暖房装置
Petelin et al. A conceptual design of a thermal switch capacitor in a magnetocaloric device: experimental characterization of properties and simulations of operating characteristics
CN117091315A (zh) 一种单磁场运行的全固态磁制冷装置及其应用
JP2014214943A (ja) 磁気冷暖房装置および冷暖房システム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12831129

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14344081

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012831129

Country of ref document: EP