[发明专利]磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置。更详细而言，本发明涉及提高热传导特性的磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置。

背景技术

目前，制冷制热装置中利用蒸气压缩机构。蒸气压缩机构是通过使用氟利昂气体或代替氟利昂气体等气体介质，反复进行气体介质的压缩引起的排热及膨胀引起的吸热而产生制冷制热效果的机构。但是，在压缩阶段中，有时也需要大量的能量，且热效率（COP）大约低为1.5。另外，由于蒸气压缩机构中使用氟利昂气体或代替氟利昂气体等，因此，被指出有对环境的问题。

由于这种背景，近年来，作为代替蒸气压缩机构的机构，磁制冷机构的技术被受关注。磁制冷机构是利用发挥磁热效应的磁性材料的机构。在此，磁热效应是指当磁场环境通过磁场的施加及去除进行变化时，磁性材料本身的温度根据该变化而进行变化的现象。更具体而言，磁制冷机构是通过利用磁性材料的磁热效应，并反复进行磁场的施加（去除）引起的排热及磁场的去除（施加）引起的吸热而产生制冷制热效果的机构。作为磁制冷机构的优点，可列举COP为约3～4显示比蒸气压缩机构高的值而能量效率优异的点及由于未使用氟利昂气体或代替氟利昂气体等而也考虑到了环境上的影响的点。

例如专利文献1中公开有利用磁制冷机构的磁制冷机的发明。更详细而言，磁制冷机的特征在于具备：交替地配置有多个正磁性材料及负磁性材料的磁性材料块、磁场增减部、热开关部。此时，正磁性材料是磁性材料的温度通过磁场的施加而上升，且磁性材料的温度通过磁场的去除而下降的材料，负磁性材料是磁性材料的温度通过磁场的施加而下降，且磁性材料的温度通过磁场的去除而上升的材料。以下，列举具体例对通过专利文献1所记载的方法而得到制冷效果（及制热效果）的机构进行简单地说明。

首先，假定由磁性材料构成的块以负磁性材料A－正磁性材料B－负磁性材料C－正磁性材料D的顺序排列。还假定正磁性材料及负磁性材料的磁场的施加或去除引起的温度变化为5℃，且最初的各磁性材料的温度为25℃。当利用磁场增减部施加磁场时，作为负磁性材料的A及C的温度下降，作为正磁性材料的B及D的温度上升。即，A及C成为20℃，B及D成为30℃。其结果，在相互邻接的正磁性材料和负磁性材料之间形成温度梯度。

其次，在B－C间插入热开关部。然后，利用热开关部从B向C传导热，消除B－C间的温度梯度。另一方面，关于经由热开关部未与其它磁性材料接触的A及D，利用空气层的隔热效果维持温度。即，A成为20℃，B及C成为25℃，D成为30℃。进而，去除B－C间的热开关部后，利用磁场增减部去除磁场。由于磁场的去除，作为负磁性材料的A及C的温度上升，而作为正磁性材料的B及D的温度下降。即，A成为25℃，B成为20℃，C成为30℃，D成为25℃。接着，在A－B间及C－D间插入热开关部。由此，在由热开关部连结的磁性材料间进行传导热，而消除温度梯度。即，A及B成为22.5℃，C及D成为27.5℃。另外，在B－C间，通过空气层的隔热效果，未产生热传导。如上，通过反复进行磁场的施加－热开关部的插入－磁场的去除－热开关部的脱离，A中温度降低时，D中温度上升，因此，A与D之间的温度梯度变大。作为结果，利用A得到制冷效果，利用D得到制热效果。

但是，将磁场的施加及去除的每1秒的转数称为磁场频率（单位为Hz）。专利文献1中，将以往可用于热传导的介质从液体制冷剂变更成固体的热开关部，通过向固体的热开关部的变更，可以进行磁制冷装置的磁场施加、去除的高频化，而有助于装置的小型化。该原因是由于固体的热传导特性比利用液体的热传导特性高，因此，可缩短消除热开关部引起的温度梯度（磁性材料间的热传导）所需要的时间。另外，通过将热传导介质从液体制冷剂变更成固体的热开关部，而不需要制冷剂的驱动机构，可能成为廉价的磁制冷装置。

专利文献1：（日本）特开2007－147209号公报

但是，即使利用专利文献1的磁制冷装置，也不能实现装置的充分的小型化。将来，考虑将磁制冷制热装置应用到电动车辆或家庭设备等各种各样的领域中，但现状为装置的小型化还不充分，不能实现向电动车辆或家庭设备等的实用化。