(57)【要約】【課題】磁気冷凍材料の磁気熱量効果及び熱伝導率を低下させずに磁気冷凍システム内での経時による磁気冷凍材料の劣化を抑制することができるシース一体型磁気冷凍部材、その製造方法及びそのシース一体型磁気冷凍部材を用いた磁気冷凍システムを提供する。【解決手段】本発明は、線状あるいは薄帯状のシース一体型磁気冷凍部材であって、非強磁性の金属材料を含むシース部１と、磁気冷凍材料を含むコア部２とを有する。本発明のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法は非強磁性の金属材料を含むパイプの空洞に磁気冷凍材料の粉末を充填する工程、及び溝ロール圧延、スエージング加工及び引き抜き加工からなる群から選ばれる１種又は２種以上の加工方法により、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプを線状に加工する工程を含む。本発明の磁気冷凍システムは本発明のシース一体型磁気冷凍部材をＡＭＲベッドに用いてＡＭＲサイクルを行う手段を備える。【選択図】図１
2020204443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状あるいは薄帯状のシース一体型磁気冷凍部材であって、
非強磁性の金属材料を含むシース部と、磁気冷凍材料を含むコア部とを有することを特徴とするシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項２】
前記非磁性の金属材料が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、及び非強磁性ＳＵＳからなる群から選ばれる１種又は２種以上の材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項３】
前記磁気冷凍材料が、主成分がＮａＺｎ１３型構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金（Ｒは希土類元素）及びＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金（Ｒは希土類元素）からなる群から選ばれる１種又は２種以上の合金を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項４】
前記合金の組成が、前記シース一体型磁気冷凍部材の長さ方向で異なることを特徴とする請求項３に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項５】
前記コア部の空隙率が２０％未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項６】
前記シース一体型磁気冷凍部材が二次元的あるいは三次元的に変形していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項７】
前記シース部に接着している金属メッシュあるいは多孔を有する金属板を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項８】
前記シース部が、ロウ付け、はんだ付け、及び接着剤による接着からなる群から選ばれる１種又は２種以上の接着方法により前記金属メッシュあるいは多孔を有する金属板に接着していることを特徴とする請求項７に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
【請求項９】
非強磁性の金属材料を含むパイプの空洞に磁気冷凍材料の粉末を充填する工程、及び
溝ロール圧延、スエージング加工及び引き抜き加工からなる群から選ばれる１種又は２種以上の加工方法により、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプを線状に加工する工程を含むことを特徴とするシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
【請求項１０】
前記磁気冷凍材料が、主成分がＮａＺｎ１３型構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金（Ｒは希土類元素）及びＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金（Ｒは希土類元素）からなる群から選ばれる１種又は２種以上の合金を含むことを特徴とする請求項９に記載のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
【請求項１１】
前記線状に加工された、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプの断面形状が、円形状、半円形状及び角形状からなる群から選ばれる１種又は２種以上の形状であることを特徴とする請求項９または１０に記載のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
【請求項１２】
前記線状に加工された、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプをロール圧延により薄帯状に加工する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシース一体型磁気冷凍部材をＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）ベッドに用いてＡＭＲサイクルを行う手段を備えることを特徴とする磁気冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷凍システムにおいて高効率に機能するシース一体型磁気冷凍部材、その製造方法及びそのシース一体型磁気冷凍部材を用いた磁気冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フロン類がオゾン層破壊物質であり地球温暖化ガスでもあることから、環境保全のためにフロンを用いない新規冷凍空調システムが注目されている。フロンに代わる冷媒の開発が活発に行われているが、性能、コスト及び安全性の面において満足できる新規冷媒の実用化には至っていない。
【０００３】
一方、従来の冷凍空調システムとは異なり、磁場の増大に伴うエントロピーの変化（磁気熱量効果、ΔＳ）を利用する磁気冷凍システムが注目されている。ΔＳの絶対値が大きな材料としてはＭｎ（Ａｓ１−ｘＳｂｘ）（特許文献１）やＬａ（Ｆｅ１−ｘＳｉｘ）１３Ｈｘ（特許文献２）等が挙げられる。特に前者はΔＳが−３０Ｊ／ｋｇＫと非常に大きく、優れた磁気冷凍材料になりうるが、成分のＡｓが毒性を示すため実質的には適用が困難である。Ｌａ（Ｆｅ１−ｘＳｉｘ）１３ＨｘはΔＳが〜−２５Ｊ／ｋｇＫとＭｎ（Ａｓ１−ｘＳｂｘ）に次いで大きく、かつ構成元素は毒性を示さず、レアメタルではないことから最も有望視されている物質である。また、ΔＳの変化は磁気熱量効果を示す物質のキュリー温度（Ｔｃ）付近に限られ、一種類の材料ではある一点の温度でしか動作できないため、実質的に広い温度差を作り出す必要がある冷凍システムはできない。そこで、動作温度を変化させるために成分の一部を他の元素で置換するといった方法がとられる。
【０００４】
これらの物質は室温近傍（−７０〜＋７０℃程度）で動作することが要件となる。しかし、気体冷凍では生成が困難な極低温を生成する手段として用いられてきた従来の磁気冷凍とは異なり、上記動作温度では格子振動が無視できないために磁気熱量効果が低下するという問題があった。この格子振動を蓄熱効果として利用するＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）サイクルが開発され、磁気熱量効果を利用した室温近傍での冷凍空調システムが現実味を帯びてきた。
【０００５】
ＡＭＲサイクルでは水等の熱媒体が通過可能な隙間を有した状態で磁気冷凍材料が充填され（ベッド部と呼ばれる）、永久磁石等で磁場を印加し磁気冷凍材料のエントロピーが低下するとともに放出した熱を媒体に流すことで、ベッドの片側に熱を追いやり（高温端）、続いて永久磁石の磁場を取り去りエントロピーが上昇するとともに温度が低下し、熱を奪われた媒体を先ほどとは逆側に流すことで、ベッドのもう片側を低温にする（低温端）。このサイクルを繰り返していくことで、高温端と低温端との間に温度差を生成させる。ＡＭＲサイクルにおいて、充填される磁気冷凍材料は前述したように高温端側から低温端側にかけてＴｃが高いものから低いものへと異なる組成物を順に充填（カスケード充填）させることで大きな温度差が生成可能となる。
【０００６】
Ｌａ（Ｆｅ１−ｘＳｉｘ）１３ＨｘはＬａ（Ｆｅ１−ｘＳｉｘ）１３の結晶格子間に水素を導入して得られる。したがって、バルク体では水素が十分に吸蔵できない、あるいは吸蔵に伴う膨張で破壊する等の問題からバルク体として用いることが困難である。また、格子間に侵入した水素は５００℃以上の真空中で放出されるため、水素化した粉末を用いて焼結することもできない。さらに、ＡＭＲサイクルでは水等の媒体が流れている状態で接触し続けるため、粉体のまま充填すると、その大きな比表面積も相まって腐食による変質に伴う微粉化がもたらす目詰まりや、磁気熱量効果の低下も実用上大変大きな問題となる。これを防ぐためには樹脂との複合化が有効であるが、樹脂の体積分率だけ単位体積当たりの磁気熱量効果は減少し、さらに樹脂の種類にもよるが熱伝導率の低下により媒体との熱交換の効率が著しく低下してしまう。別の方法として、粉体にＮｉやＣｕのメッキ皮膜を設けることもできるが、コスト的に不利な上に粉体形状のままでは媒体との熱交換の観点からは設計における自由度がほとんどない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８５３２号公報
【特許文献２】特開２００６−８９８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、磁気冷凍材料の磁気熱量効果及び熱伝導率を低下させずに、磁気冷凍システム内での経時による磁気冷凍材料の劣化を抑制することができる磁気冷凍部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、非強磁性の金属製パイプにＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金の粉末あるいはＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金の粉末を充填した後に、溝ロール圧延、スエージング加工あるいは引き抜き加工等の冷間加工を金属製パイプに施すことで、Ｒ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金の粉末あるいはＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金の粉末を８０％以上の高い充填率で金属製シースの中に充填できることを見出した。そして、このようにして得られたシース一体型磁気冷凍部材が高い耐食性、高い磁気熱量効果、及び高い熱伝導性を示すことを見出し、本発明を完成したものである。
即ち、本発明は以下の（１）〜（１３）の手段を提供する。
（１）線状あるいは薄帯状のシース一体型磁気冷凍部材であって、非強磁性の金属材料を含むシース部と、磁気冷凍材料を含むコア部とを有することを特徴とするシース一体型磁気冷凍部材。
（２）前記非磁性の金属材料が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、及び非強磁性ＳＵＳからなる群から選ばれる１種又は２種以上の材料を含むことを特徴とする（１）に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（３）前記磁気冷凍材料が、主成分がＮａＺｎ１３型構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金（Ｒは希土類元素）及びＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金（Ｒは希土類元素）からなる群から選ばれる１種又は２種以上の合金を含むことを特徴とする（１）または（２）に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（４）前記合金の組成が、前記シース一体型磁気冷凍部材の長さ方向で異なることを特徴とする（３）に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（５）前記コア部の空隙率が２０％未満であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（６）前記シース一体型磁気冷凍部材が二次元的あるいは三次元的に変形していることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つに記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（７）前記シース部に接着している金属メッシュあるいは多孔を有する金属板を備えることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１つに記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（８）前記シース部が、ロウ付け、はんだ付け及び接着剤による接着からなる群から選ばれる１種又は２種以上の接着方法により前記金属メッシュあるいは多孔を有する金属板に接着していることを特徴とする（７）に記載のシース一体型磁気冷凍部材。
（９）非強磁性の金属材料を含むパイプの空洞に磁気冷凍材料の粉末を充填する工程、及び溝ロール圧延、スエージング加工及び引き抜き加工からなる群から選ばれる１種又は２種以上の加工方法により、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプを線状に加工する工程を含むことを特徴とするシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
（１０）前記磁気冷凍材料が、主成分がＮａＺｎ１３型構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金（Ｒは希土類元素）及びＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金（Ｒは希土類元素）からなる群から選ばれる１種又は２種以上の合金を含むことを特徴とする（９）に記載のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
（１１）前記線状に加工された、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプの断面形状が、円形状、半円形状及び角形状からなる群から選ばれる１種又は２種以上の形状であることを特徴とする（９）または（１０）に記載のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
（１２）前記線状に加工された、前記磁気冷凍材料の粉末を充填したパイプをロール圧延により薄帯状に加工する工程をさらに含むことを特徴とする（９）〜（１１）のいずれか１つに記載のシース一体型磁気冷凍部材の製造方法。
（１３）（１）〜（８）のいずれか１つに記載のシース一体型磁気冷凍部材をＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）ベッドに用いてＡＭＲサイクルを行う手段を備えることを特徴とする磁気冷凍システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁気冷凍材料の磁気熱量効果及び熱伝導率を低下させずに磁気冷凍システム内での経時による磁気冷凍材料の劣化を抑制することができるシース一体型磁気冷凍部材、その製造方法及びそのシース一体型磁気冷凍部材を用いた磁気冷凍システムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一態様におけるシース一体型磁気冷凍部材の長さ方向に垂直な断面の模式図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一態様におけるシース一体型磁気冷凍部材の模式図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の一態様におけるシース一体型磁気冷凍部材におけるシース部に接着した金属メッシュの模式図であり、図３（ｂ）は本発明の一態様におけるシース一体型磁気冷凍部材におけるシース部に接着した多孔を有する金属板の模式図である。
【図４】図４は、シース一体型磁気冷凍部材をＡＭＲベッドに用いたときのシース一体型磁気冷凍部材の配置の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の一態様におけるシース一体型磁気冷凍部材の長さ方向に垂直な断面及び長さ方向に平行な断面の模式図である。
【図６】本発明の一態様におけるシース一体型磁気冷凍部材を用いた磁気冷凍システムの一例を示す模式図である。
【図７】磁気冷凍システムに用いられるシース一体型磁気冷凍部材の磁気ブレイトンサイクルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
［シース一体型磁気冷凍部材］
本発明は、高性能で高耐食性を示すシース一体型磁気冷凍部材に関するものである。
本発明は、線状あるいは薄帯状のシース一体型磁気冷凍部材であって、非強磁性の金属材料を含むシース部と、磁気冷凍材料を含むコア部とを有することを特徴とする。これにより、磁気冷凍材料の磁気熱量効果及び熱伝導率を低下させずに、磁気冷凍システム内での経時による磁気冷凍材料の劣化を抑制することができる。
【００１３】
シース一体型磁気冷凍部材の磁気熱量効果を向上させるという観点から、コア部における磁気冷凍材料の含有量は、好ましくは８５質量％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、さらに好ましくは９５質量％以上であり、よりさらに好ましくは９８質量％以上である。
【００１４】
室温域において大きな磁気熱量効果を安定して得られるという観点及び毒性元素を含まないという観点から、磁気冷凍材料は、主成分がＮａＺｎ１３型構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金（Ｒは希土類元素）及びＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金（Ｒは希土類元素）からなる群から選ばれる１種又は２種以上の合金を含むことが好ましい。ここで、Ｒ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金は、常法に従い、溶解・鋳造、及び均質化処理をすることで得ることが出来る。また、Ｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金は、常法に従い、溶解・鋳造、均質化処理、及び水素化処理をすることで得ることが出来る。なお、磁気冷凍材料における上記合金の含有量は、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９８質量％以上である。
【００１５】
主成分がＮａＺｎ１３型構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金には、例えば、ＮａＺｎ１３型構造を有するＲ１（Ｆｅ，Ｓｉ）１３化合物（Ｒ１：７．１４原子％）を主成分とする合金が挙げられる。この合金の合金組成としては、Ｒ１は６〜１０原子％（Ｒ１は希土類元素及びＺｒから選ばれる１種又は２種以上であり、Ｌａを必須とする）、Ｓｉ量としては化合物のＲ１以外の元素のうちの９〜１２原子％であることが好ましい。さらにＲ１（Ｆｅ，Ｓｉ）１３化合物のＦｅの一部をＭ（Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｉ及びＳｎからなる群から選択される１種又は２種以上の元素）で置換することで、キュリー温度の異なる一連の合金（例えば、ＮａＺｎ１３型構造を有するＲ１（Ｆｅ，Ｍ，Ｓｉ）１３化合物（Ｒ１：７．１４原子％）を主成分とする合金）を作製することが好ましい。このように作製したキュリー温度の異なる合金を層状に組み合わせて磁気冷凍システムに使用することにより（例えば、図５参照）、冷凍システムの冷却能力をさらに高めることができる。
【００１６】
上記合金は原料金属あるいは合金を真空あるいは不活性ガス、好ましくはＡｒ雰囲気で溶解した後、平型やブックモールドに鋳込む、あるいは液体急冷法やストリップキャストにより鋳造することで得られる。アトマイズ法により粉末状合金を得ることも好適である。合金組成にもよるが、鋳造合金が初晶のα−Ｆｅ（、Ｓｉ）とＲ−Ｓｉ相から成る場合がある（Ｒは希土類元素）。この場合、Ｒ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３化合物（Ｒは希土類元素）を生成させるために、化合物の分解温度（合金組成に大きく依存するが９００〜１３００℃程度）近傍あるいはそれ以下で所定時間（組織形態によるが、１０時間〜３０日）均質化処理を施してもよい。
【００１７】
Ｒ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３化合物が主成分となった均質化後の合金は脆性を示し、機械的粉砕により容易に数百μｍ以下の粉末とすることができる。Ｈを吸収させる場合は、前記粗粉砕後、あるいは粗粉砕なしで水素雰囲気中での熱処理を施してもよい。吸収させる水素量に応じて処理条件を変化させるが一般的には０．１〜０．５ＭＰａ程度の水素分圧下で２００〜５００℃、１〜２０時間程度の熱処理を施すことが好ましい。水素化処理後の合金はさらに脆くなっており、取り出した時点で数百μｍ以下の粉末になっていることが多い。
【００１８】
このようにして得られた粉末を非強磁性の金属材料を含むパイプ、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、及び非強磁性ＳＵＳからなる群から選ばれる１種又は２種以上の材料を含むパイプの空洞に充填することができる。この時、タッピングも併用することで出来るだけ高い充填率で充填することが好ましい。また、充填前に金属石鹸等を混合し、あらかじめ充填性を高めておくことが好ましい。また、熱伝導率を意図的に高めるためにＣｕ、Ａｌ等の金属粉末を水素化処理後の粉末に混合しても良い。その粒子径や重量分率はシステムの性能に応じて適宜決められるが、概ね１〜１００μｍの平均粒子径の粉末を１〜１５重量％混合することが好ましい。なお、上記非強磁性の金属材料におけるＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、及び非強磁性ＳＵＳからなる群から選ばれる１種又は２種以上の材質の含有量は、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上である。
【００１９】
磁気冷凍材料粉末を充填したパイプに対して、必要に応じてパイプの両端部を潰す、あるいはパイプの両端部に金属製の蓋をロウ付けする等してもよい。磁気冷凍材料粉末をパイプに充填した後、溝ロール圧延、スエージング加工及び引き抜き加工からなる群から選ばれる１種又は２種以上の加工方法により磁気冷凍材料粉末を充填したパイプを線状に加工してもよい。例えば、パイプの外径がもとのパイプの外径の１０〜８０％程度になるまで、磁気冷凍材料粉末を充填したパイプに対して絞り加工等を行うことが好ましい。これにより、加熱せずに磁気冷凍材料粉末の充填率を高くすることができる。加工後の磁気冷凍材料粉末を充填したパイプの断面は円形状（図１（ａ）参照）、半円形状、及び角形状（図１（ｂ）参照）からなる群から選択される１種又は２種以上の形状であってもよい。最終的に、磁気冷凍材料粉末を充填したパイプを薄帯状（リボン状）（図１（ｃ）参照）に加工する場合は、所定量まで絞ったのち、さらにロール圧延してもよい。あるいは断面が矩形となる形状の溝ロールによって圧延しても良い。このようにして得られたシース一体型磁気冷凍部材の長さ方向に垂直な断面の一例の模式図を図１に示した。シース部１は上記パイプの材質からなり、コア部２はＲ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金及びＲ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系合金からなる群から選択される１種又は２種以上の合金を含むことが好ましい。
【００２０】
上記加工によって磁気冷凍材料粉末を充填したパイプが線状あるいは薄帯状となることにより、磁気冷凍材料粉末の充填率は上昇し、コア部における単位体積当たりの磁気冷凍材料の占有率の上昇により、高効率な磁気冷凍効果を示すようになる。この場合のコア部における磁気冷凍材料粉末の充填率は高いほどよく、理想的には１００％が最も好適であるが、実質的には８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。上記占有率は、シース一体型磁気冷凍部材の任意の断面を観察したときの前記コア部における面積基準での空隙率（面積空隙率）から算出でき、占有率Ｖと面積空隙率Ｓとの関係はＶ＝１００−Ｓ（％）となる。なお、ここで占有率と充填率の関係は、占有率×１＝充填率である。従って、空隙率は、理想的には０％が最も好適であるが、実質的には２０％未満が好ましく、１０％未満がより好ましい。
【００２１】
得られた線状あるいは薄帯状のシース一体型磁気冷凍部材は、磁気冷凍システムに適した寸法に切断され、必要に応じて切断口はシース部を圧着、あるいは樹脂による切断口の被覆等の処理を行う。さらには適した形状に変形させて磁気冷凍システム内に配置される。熱媒体との熱交換を効率よく行うために、媒体の流れに応じてシース一体型磁気冷凍部材を図２に模式的に例示したように、二次元的あるいは三次元的に変形させて波状形状、渦巻き形状等の任意形状に変形させても良い。なお、変形と切断口の閉塞の順番は逆でも構わない。必要に応じて図３に模式的に例示したように熱媒体が通過可能な金属メッシュ３あるいは多孔を有する金属板４に、例えばロウ付け、はんだ付け及び接着剤による接着からなる群から選ばれる１種又は２種以上の接着方法によりシース部１を接着してもよい。このような構成とすることにより、熱交換を効率よく行うことが出来るとともに、シース一体型磁気冷凍部材の取り扱いが容易となる。
【００２２】
上記シース一体型磁気冷凍部材をＡＭＲベッドに用いる場合、図４に示すように、その長手方向に対して熱媒体が垂直方向５に移動するようにシース一体型磁気冷凍部材は配置されることが好ましい。冷凍システムの設計上、シース一体型磁気冷凍部材の長手方向に平行な方向６に熱媒体が移動する場合（図４参照）、磁気冷却材料の組成をシース一体型磁気冷凍部材の長さ方向で異なるようにしてもよい。例えば、図５に模式的に例示したように、１つのシース内に複数の磁気冷凍材料２ａ〜２ｊをキュリー温度（Ｔｃ）の大きい順または小さい順に充填したシース一体型磁気冷凍部材も適用可能である。これによりシース一体型磁気冷凍部材は大きな温度差を生成することが可能である。なお、図５の２ａ〜２ｊは、相互に組成の異なる磁気冷凍材料を示す。相互に組成が異なることにより、磁気冷凍材料２ａ〜２ｊのキュリー温度（Ｔｃ）も相互に異なる。磁気冷凍材料２ａ〜２ｊのキュリー温度（Ｔｃ）は磁気冷凍材料２ａ〜２ｊの順番に上昇あるいは低下していることが好ましい。
【００２３】
このようにして得られたシース一体型磁気冷凍部材はコア部での充填率が８０％以上と高く、また、シース部により取り囲まれているために磁気冷凍材料は腐食することがなく、また、シース部の熱伝導率が高いことにより、磁気冷凍システム内で熱交換効率の高いシース一体型磁気冷凍部材となる。
【００２４】
［磁気冷凍システム］
本発明の磁気冷凍システムは、本発明のシース一体型磁気冷凍部材をＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）ベッドに用いてＡＭＲサイクルを行う手段を備えることを特徴とする。本発明の磁気冷凍システムの一例を図６に示す。
【００２５】
本発明の磁気冷凍システムの一例は、図６に示すように、ＡＭＲベッド１０、ＡＭＲベッドに磁場を発生させるソレノイド２０、ＡＭＲベッド１０により冷却された熱媒体３０を用いて冷却の対象となる流体を冷却する冷却部４０及びＡＭＲベッド１０により加熱された熱媒体３０を排熱する排熱部５０を備える。ＡＭＲベッド１０には、本発明のシース一体型磁気冷凍部材が用いられている。冷却部４０は、冷却部４０に熱媒体３０を流入及び排出させるためのディスプレーサー４１及びＡＭＲベッド１０により冷却された熱媒体３０と冷却の対象となる流体との間で熱交換を行うための熱交換器４２を備える。また、排熱部５０は、排熱部５０に熱媒体３０を流入及び排出させるためのディスプレーサー５１及びＡＭＲベッド１０により加熱された熱媒体３０を排熱するための熱交換器５２を備える。なお、熱媒体３０は、ＡＭＲベッド１０を通過して、冷却部４０及び排熱部５０の間を移動する。また、例えば、本発明の磁気冷凍システムの一例を用いて水を冷却する場合は、冷却の対象となる流体は水となり、アルコールを冷却する場合は、冷却の対象となる流体はアルコールとなる。
【００２６】
次に、上述の本発明の磁気冷凍システムの一例が行うＡＭＲサイクルについて、図６及び図７を参照して説明する。なお、図７は、上述の本発明の磁気冷凍システムの一例に用いるシース一体型磁気冷却部材の磁気ブレイトンサイクルの一例を示す図である。Ｈ＝０の曲線は、消磁したときのシース一体型磁気冷凍部材の温度−エントロピー曲線である。また、Ｈ＝Ｈ１の曲線は、磁場を発生させたときのシース一体型磁気冷凍部材の温度−エントロピー曲線である。
【００２７】
熱媒体３０が冷却部４０にある状態で、ＡＭＲベッド１０を断熱磁化してＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材の温度を上昇させる（図７においてＡ→Ｂ）。次に、冷却部４０及び排熱部５０のディスプレーサー４１，５１をそれぞれ移動させて、冷却部４０から排熱部５０に熱媒体３０を移動させる。これにより、熱媒体３０はＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材から熱を受け取り、熱媒体３０の温度は上昇する。一方、ＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材は熱媒体３０により吸熱されるので、ＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材の温度は下降する（図７においてＢ→Ｃ）。ＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材から熱を受け取った熱媒体３０は、排熱部５０の熱交換器５２で排熱される。
【００２８】
熱媒体３０が排熱部５０にある状態で、ＡＭＲベッド１０を断熱消磁してＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材の温度を下降させる（図７においてＣ→Ｄ）。次に、冷却部４０及び排熱部５０のディスプレーサー４１，５１をそれぞれ移動させて、排熱部５０から冷却部４０に熱媒体３０を移動させる。これにより、熱媒体３０はＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材により吸熱され、熱媒体３０の温度は下降する。一方、ＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材は熱媒体３０により熱を受け取り、ＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材の温度は上昇する（図７においてＤ→Ａ）。ＡＭＲベッド１０のシース一体型磁気冷凍部材により冷却された熱媒体３０は、冷却部４０の熱交換器４２を介して冷却の対象となる流体を冷却する。以上のようにして本発明の磁気冷凍システムの一例はＡＭＲサイクルを行うことができる。また、ＡＭＲベッドに用いるシース一体型磁気冷却部材は、図７に示すＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄのような磁気ブレイトンサイクルを描く。
【００２９】
なお、本発明の磁気冷凍システムは、ＡＭＲサイクルを行う手段を備えていれば、上記の本発明の磁気冷凍システムの一例に限定されない。また、ＡＭＲサイクルも、本発明のシース一体型磁気冷凍部材を用いたＡＭＲベッドを使用して磁気冷凍を行うことができれば、上述のＡＭＲサイクルに限定されない。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明のより具体的な態様について実施例をもって詳述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
純度９９重量％以上のＬａ、Ｆｅメタル、及び純度９９．９９重量％のＳｉを用いてＡｒ雰囲気中で高周波溶解した後、銅製単ロールに注湯する、ストリップキャスト法により、Ｌａが７．２原子％、Ｓｉが１０．５原子％、及びＦｅが残部からなる薄板状の合金を得た。この合金を２００℃にて０．２ＭＰａのＨ２に曝して水素を吸蔵させた後、冷却してから篩にかけ、２５０メッシュ以下の粗粉末とした。
【００３２】
続いて、この粗粉末に対して０．１重量％の割合でステアリン酸を添加し、Ｖブレンダーで３０分攪拌させることにより混合した後、外径６ｍｍ×内径５ｍｍで長さが３００ｍｍの銅製パイプに上記粉末をタッピングさせながら充填した。充填前の銅製パイプの重量と、充填後の銅製パイプと上記粉末との総重量の重量変化Δｍ及び粗粉末の密度ρ、パイプ内体積Ｖｐから算出される粗粉末の充填率はおよそ５０％であった。
【００３３】
粗粉末を充填した銅製パイプを外径が３ｍｍになるまで溝ロールによりロール圧延することで、シース一体型磁気冷凍部材を得た。圧延方向に垂直な断面を観察し、Ｌａ（Ｆｅ０．８９Ｓｉ０．１１）１３Ｈｘの空隙率は面積基準で７％であり、充填率は面積基準で９３％であった。このようにして得られたシース一体型磁気冷凍部材では、Ｌａ（Ｆｅ０．８９Ｓｉ０．１１）１３Ｈｘは銅製のシース部により熱媒体から保護されるので、熱媒体によるＬａ（Ｆｅ０．８９Ｓｉ０．１１）１３Ｈｘの劣化を防ぐことができる。また、銅製のシース部は熱伝導率が高いので、Ｌａ（Ｆｅ０．８９Ｓｉ０．１１）１３Ｈｘと熱媒体との間の熱の出入りを効率的に行うことができる。さらに、コア部におけるＬａ（Ｆｅ０．８９Ｓｉ０．１１）１３Ｈｘの充填率が高いので、Ｌａ（Ｆｅ０．８９Ｓｉ０．１１）１３Ｈｘによる磁気熱量効果を高くすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  シース部
２  コア部
２ａ〜２ｊ  磁気冷凍材料
３  金属メッシュ
４  多孔を有する金属板
５  熱媒体が流れる方向１
６  熱媒体が流れる方向２
１０  ＡＭＲベッド
２０  ソレノイド
３０  熱媒体
４０  冷却部
４１，５１  ディスプレーサー
４２，５２  熱交換器
５０  排熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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