[发明专利]护套一体型磁制冷部件、其制备方法和磁制冷系统

说明书

本发明提供不使磁制冷材料的磁热效应和导热率降低，而可抑制磁制冷系统内的磁制冷材料随着时间推移而劣化的护套一体型磁制冷部件、其制备方法和使用该护套一体型磁制冷部件的磁制冷系统。本发明为线状或薄带状的护套一体型磁制冷部件，其具有含有非强磁性的金属材料的护套部(1)和含有磁制冷材料的芯部(2)。本发明的护套一体型磁制冷部件的制备方法包括：在含有非强磁性的金属材料的管的空洞中填充磁制冷材料的粉末的工序，和通过选自槽辊轧制、型锻加工和拉拔加工的1种或2种以上的加工方法将填充有所述磁制冷材料的粉末的管加工成线状的工序。本发明的磁制冷系统具备将本发明的护套一体型磁制冷部件用于AMR床来进行AMR循环的装置。

技术领域

本发明涉及在磁制冷系统中高效地发挥作用的护套一体型磁制冷部件、其制备方法和使用该护套一体型磁制冷部件的磁制冷系统。

背景技术

由于氟利昂类是破坏臭氧层的物质，也是地球变暖的气体，所以为了保护环境而不使用氟利昂的新型制冷空调系统受到关注。虽然代替氟利昂的制冷剂的开发正活跃地进行，但在性能、成本和安全性方面能够令人满意的新型制冷剂尚未达到实用化。

另一方面，不同于目前的制冷空调系统，利用熵(Entropy)随磁场的增大而变化(磁热效应，ΔS)的磁制冷系统受到关注。作为ΔS的绝对值较大的材料，可列举出Mn(As_1-xSb_x) (专利文献1)或La(Fe_1-xSi_x)₁₃H_x (专利文献2)等。特别是前者的ΔS非常大，为-30J/kgK，可成为优异的磁制冷材料，但由于成分中的As显示出毒性，所以实质上难以应用。La(Fe_1-xSi_x)₁₃H_x的ΔS为~-25J/kgK，仅次于Mn(As_1-xSb_x)，也较大，并且构成元素未显示出毒性，不是稀有金属，因此是最有希望的物质。另外，ΔS的变化限定在显示磁热效应的物质的居里温度(Tc)附近，一种材料只能在某一点的温度下工作，因此无法形成需要产生实质上较宽的温度差的制冷系统。因此，为了改变工作温度而采用了用其它的元素取代成分中的一部分的方法。

这些物质在室温附近(-70~+70℃左右)工作是必要条件。但是，不同于用作在气体制冷中难以生成的极低温的方法的目前的磁制冷，由于在上述工作温度下不能忽视晶格振动，所以存在磁热效应降低的问题。开发了利用该晶格振动作为蓄热效应的AMR (ActiveMagnetic Refrigeration)循环，并且利用磁热效应的室温附近的制冷空调系统已经成为现实。

在AMR循环中，在具有水等热介质可通过的间隙的状态下填充磁制冷材料(称为床部)，用永磁体(Permanent magnet，永久磁铁)等施加磁场，在磁制冷材料的熵降低的同时，释放的热流过介质，由此将热驱逐到床的一侧(高温端)，接着移除永磁体的磁场，在熵升高的同时，温度降低，夺走热的介质流过与先前相反的一侧，由此使床的另一侧为低温(低温端)。通过重复该循环，在高温端与低温端之间产生温度差。在AMR循环中，如上所述，填充的磁制冷材料通过从高温端侧到低温端侧依次填充Tc从高到低的不同组合物(级联填充)，可产生较大的温度差。