[發明專利]磁冷凍用材料以及磁冷凍元件

無效

• 申請號: 201380011610.5
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN104136867A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 齊藤明子;富松師浩;小林忠彥;加治志織;八木亮介
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;H01F1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王永紅

技術領域

本發明的實施方式涉及磁冷凍用材料以及磁冷凍元件。

背景技術

作為跟人們的日常生活有密切關系的常溫域的冷熱技術，有冷藏庫、冷凍庫、以及室內空調。這樣的冷熱技術，運用氣體的壓縮膨脹循環。但是，氣體冷媒對環境的影響；伴隨特定氟利昂氣體的環境排放導致的臭氧層破壞，伴隨氟利昂替代氣體的環境排放導致地球溫暖化的影響已成為大問題。為此，往自然冷媒(CO₂，氨氣及異丁烷等)的冷媒轉換也正在進行著?，F在需求對環境友好，安全并高效的新冷熱技術。

近年，作為環境友好型且高效的冷凍技術候補，對磁冷凍技術的期待高漲，室溫磁冷凍技術的研究開發正活躍地進行著。向磁性物質施加磁場，將施加磁場的大小以絕熱狀態變化則磁性物質的溫度變化。此現象稱為磁熱效應。應用磁熱效應，構成了磁冷凍循環。

即，在磁冷凍材料(magnetic?refrigerant)的外部配置磁場產生裝置，通過此磁場產生裝置使材料勵磁或減磁，因磁熱效應使溫熱或冷熱生成。通過將冷熱運至被冷卻部，溫熱運至放熱部進行冷凍。對冷溫狀態和高溫狀態，使對此溫度有變化的磁冷凍材料接觸固體，可將熱(冷熱或溫熱)向外部取出?；蛘撸勾爬鋬霾牧辖佑|液體或氣體而傳導熱，通過使液體或氣體流動，可將熱(冷熱或溫熱)向外部取出。

為提高磁冷凍材料的取出熱的效率，增大磁冷凍材料和固體的接觸面積，使接觸面平滑是有效的。在將液體或氣體等的流體用于取出熱的情況，增大同流體接觸的磁冷凍材料的比表面積是有效的。特別是在將流體用于取出熱的情況，磁冷凍材料以板狀、粒子狀、網狀或者多孔體等的形體充填于容器內。通過改變磁冷凍材料的板厚、粒徑、網的線徑以及網密度、多孔體的孔徑及孔密度等，可改變同流體接觸的磁冷凍材料的比表面積。

AMR(主動的蓄冷型磁冷凍：Active?Magnetic?Regenerative?Refrigeration)循環是以室溫域為對象的在磁冷凍中是有用的冷凍方式而被眾所周知。AMR循環中，磁冷凍材料在熱交換容器內部，為確保作為流體流路的空隙，例如以板狀、粒子狀、網狀、多孔體等的形體充填。熱交換容器內的此空隙充滿流體，流體可從設置在容器兩端的出入口流出入容器的內外。在熱交換容器外部，設置有使流體流動的機構和對容器施加/去除磁場的機構。如上所述，含有磁冷凍材料，進行磁場的施加/去除和熱輸送的容器結構稱為AMR床(磁冷凍作業室)。

AMR循環由以下4個過程構成。(I)向AMR床施加磁場，(II)從AMR床的一端向另一端流走熱輸送流體輸送溫熱，(III)去除施加在AMR床的磁場，(IV)從AMR床的一端向另一端(為步驟(II)中冷媒移動的逆方向)流走熱輸送流體輸送冷熱。即，(I)～(IV)的熱循環中，AMR床的內部伴隨磁場的施加，磁冷凍材料的溫度上升。其次，在磁冷凍材料和熱輸送流體之間進行熱交換，熱輸送流體向順方向移動，熱輸送流體和磁冷凍材料之間進行熱交換。此后，磁場被去除則磁冷凍材料的溫度下降。接著，在磁冷凍材料和熱輸送流體之間進行熱交換，熱輸送流體向逆方向移動，熱輸送流體和磁冷凍材料之間進行熱交換。

重復由這4個過程構成的熱循環，磁冷凍材料因磁熱效應而產生溫熱以及冷熱。此溫熱以及冷熱借由熱輸送流體相互向反方向輸送，磁冷凍材料本身逐步蓄熱。此結果，在熱流方向產生溫度梯度，在恒定狀態，AMR床的兩端產生大的溫度差。

因冷凍能力很大程度依賴于每單位時間的冷凍循環數(周波數)，若提高周波數，可期待冷凍能力的上升。但是，周波數過高的情況下，磁冷凍材料內部的熱傳導不充分進行，反而導致冷凍能力的低下。由磁熱效應產生的熱，在借由熱輸送流體取出到外部的過程中，熱以如下方式移動。磁冷凍材料內部產生的熱，傳到材料表面后，在此材料表面從材料傳導至熱輸送流體。通過熱輸送流體移動，熱會被運至外部。這樣，磁冷凍材料內部的熱傳導，和材料表面的材料與流體之間的熱傳導，有助于熱的取出效率。

對于材料和流體之間的熱傳導，通過改變磁冷凍材料的形態及尺寸使和流體接觸材料的比表面積增大，可提高熱的取出效率。磁冷凍材料內部的熱傳導由材料本身的熱傳導率所決定。為此，若冷凍循環的周波數提高而各循環過程的時間縮短，材料內部產生的溫熱及冷熱不能充分地傳至在1循環內的材料表面。此結果，從材料到外部的熱的取出不能充分進行，導致冷凍能力的低下。