(57)【要約】  磁気熱交換用構造体（１）は，第１の方向（３），及び該第１の方向（３）に対して軸方向に略垂直な第２の方向（５）に広がる。構造体（１）は，少なくとも１つの活性相（２）を含む。構造体（１）の平均熱伝導率は，異方性がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱交換用構造体（１）であって，
該構造体（１）は，第１の方向（３）及び該第１の方向に略垂直な第２の方向（５）に広がり，
該構造体（１）は，少なくとも１つの磁気熱量活性相（２）を含み，
該構造体（１）の平均熱伝導率は，異方性がある，ことを特徴とする，
構造体（１）。
【請求項２】
前記第１の方向（３）の前記構造体（１）の平均熱伝導率が，前記第２の方向（５）の前記構造体（１）の平均熱伝導率よりも低い，ことを特徴とする，
請求項１に記載の構造体（１）。
【請求項３】
前記構造体（１）は，前記第１の方向（３）に延びる第１の長さ及び前記第２の方向（５）に広がる断面を有し，該断面は，第２の長さを有し，該構造体（１）の該第１の長さにわたって測定される平均熱伝導率は，該構造体（１）の該第２の長さにわたって測定される平均熱伝導率よりも低い，ことを特徴とする，
請求項１又は２に記載の構造体（１）。
【請求項４】
前記構造体（１）は，さらに，前記磁気熱量活性相（２）の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する磁気熱量不活性相（１３）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項５】
前記磁気熱量不活性相（１３）は，概して優先配向を有する複数の粒（１４）を含む，ことを特徴とする，
請求項４に記載の構造体（１）。
【請求項６】
前記磁気熱量不活性相（１３）の前記複数の粒（１４）は，長手方向（１５）及び該長手方向（１５）に略垂直な短手方向（１６）を有する細長形状を含む，ことを特徴とする，
請求項４又は５に記載の構造体（１）。
【請求項７】
前記磁気熱量不活性相（１３）の前記粒（１４）は，優先特性を有して前記構造体（１）に配置される，ことを特徴とする，
請求項４〜６のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項８】
前記磁気熱量不活性相（１３）の複数の粒（１４）は，概して長手方向（１５）が前記構造体（１）の前記第１の方向（３）に略垂直に延びるように該構造体（１）に配置される，ことを特徴とする，
請求項４〜７のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項９】
前記磁気熱量不活性相（１３）の複数の粒（１４）は，概して短手方向（１６）が前記構造体（１）の前記第１の方向（３）に対して略平行に延びるように該構造体（１）に配置される，ことを特徴とする，
請求項５〜８のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項１０】
前記磁気熱量活性相（２）は，該して優先配向を有して前記構造体（１）に配置された複数の粒（１７）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項１１】
前記磁気熱量活性相（２）の前記複数の粒（１７）は，該して優先特性を有する，ことを特徴とする，
請求項１０に記載の構造体（１）。
【請求項１２】
前記磁気熱量活性相（２）は，各々長手方向（２２）及び該長手方向（２２）に略垂直な短手方向（２３）を有する細長形状を有する複数の粒（２１）を含む，ことを特徴とする，
請求項１０又は１１に記載の構造体（１）。
【請求項１３】
前記磁気熱量活性相（２）の前記粒（２１）は，概して長手方向（２２）が前記構造体（１）の前記第１の方向（３）に略垂直に延びるように該構造体（１）に配置される，ことを特徴とする，
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項１４】
前記磁気熱量活性相（２）の粒（２１）は，概して短手方向（２３）が前記構造体（１）の前記第１の方向に略平行に延びるように該構造体（１）に配置される，ことを特徴とする，
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項１５】
前記磁気熱量活性層（２）の前記粒（１７）は，さらに，耐食コーティングを含む，ことを特徴とする，
請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項１６】
前記耐食コーティングは，金属，合金，ポリマー，セラミックス，又は無機化合物を含む，ことを特徴とする，
請求項１５に記載の構造体（１）。
【請求項１７】
前記耐食コーティングは，アルミニウム，銅，スズ，又はリン酸塩を含む，ことを特徴とする
請求項１５に記載の構造体（１）。
【請求項１８】
前記構造体（１）は，基本的に磁気熱量不活性相（１３）から構成される複数の第２の層（１９）と交互配置される，基本的に磁気熱量活性相（２）から構成される複数の第１の層（１８）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項１９】
前記構造体（１）は，磁気熱量活性相（２）から主として構成され第１の密度を有する少なくとも１つの第１の層（２５），及び磁気熱量活性相（２）から主として構成され第２の密度を有する少なくとも１つの第２の層（２６）を含み，該第１の密度は，該第２の密度よりも高い，ことを特徴とする，
請求項１〜３及び請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの第１の層（２５）は，第１の平均空隙率を含み，前記少なくとも１つの第２の層（２６）は，第２の平均空隙率を含み，該第２の平均空隙率は，該第１の平均空隙率よりも高い，ことを特徴とする，
請求項１９に記載の構造体（１）。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの第１の層（２５）及び前記少なくとも１つの第２の層（２６）は，スタック状に配置され，隣接層は，互いに物理的に接触している，ことを特徴とする，
請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項２２】
前記第１の層（１８，２５）及び前記第２の層（１９，２６）は，前記構造体の前記第１の方向（３）に略平行に広がる厚さと，該構造体（１）の前記第２の方向（５）に一般に広がる断面を有する，ことを特徴とする，
請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項２３】
前記構造体（１）は，前記第１の方向（３）に沿って配置された２つ以上の活性部分（９，１０，１１）を含み，各部分（９，１０，１１）は，異なるキュリー温度Ｔｃの磁気熱量活性相（２）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項２４】
前記活性部分（９，１０，１１）のＴｃは，前記構造体（１）の前記第１の方向に上昇する，ことを特徴とする，
請求項２３に記載の構造体（１）。
【請求項２５】
前記構造体（１）は，さらに，磁気熱量活性相（２）の熱伝導率よりも低い熱伝導率を含む少なくとも１つの熱バリア（１２）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項２６】
前記構造体（１）は，該構造体（１）の前記第１の方向（３）に等間隔に配置された複数の熱バリア（１２）を含む，ことを特徴とする，
請求項２５に記載の構造体（１）。
【請求項２７】
前記熱バリア（１２）は，隣接活性部分（９，１０，１１）の間に配置される，ことを特徴とする，
請求項２５又は２６に記載の構造体（１）。
【請求項２８】
前記磁気熱量活性相（２）は，Ｇｄ，Ｌａ（Ｆｅ１−ｂＳｉｂ）１３ベース相，Ｇｄ５（Ｓｉ，Ｇｅ）４ベース相，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ）ベース相，ＭｎＦe（Ｐ，Ａｓ）ベース相，Ｔｂ−Ｇｄベース相，（Ｌａ，Ｃａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｒ）ＭｎＯ３ベース相，Ｃｏ−Ｍｎ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ベース相，及びＰｒ２（Ｆｅ，Ｃｏ）１７ベース相の１つ以上である，ことを特徴とする，
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項２９】
前記磁気熱量不活性相（１３）は，アルミニウム，銅，チタン，マグネシウム，亜鉛，スズ，ビスマス，及び鉛の１つ以上の元素を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２８のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項３０】
前記磁気熱量不活性相（１３）は，軟磁性物質を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２９のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項３１】
前記軟磁性物質は，鉄，珪化鉄，コバルト，及びニッケルの１つ以上を含むことを特徴とする，
請求項３０に記載の構造体（１）。
【請求項３２】
前記構造体（１）は，さらに，少なくとも１つのチャネル（４）を表面（６）に含む，ことを特徴とする，
請求項１〜３１のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項３３】
前記チャネル（４）は，熱交換媒体の流れを調整するように構成される，ことを特徴とする，
請求項３２に記載の構造体（１）。
【請求項３４】
外部保護コーティング（２０）をさらに含む，
請求項１〜３３のいずれか１項に記載の構造体（１）。
【請求項３５】
前記外部保護コーティング（２０）は，ポリマー又は金属又は合金を含む，ことを特徴とする，
請求項３４に記載の構造体（１）。
【請求項３６】
熱交換器，冷却システム，温度調節装置，空調ユニット，又は産業用・商業用・家庭用冷凍庫の部品としての請求項１〜３５のいずれか１項に記載の構造体（１）の使用。
【請求項３７】
熱交換器，冷却システム，温度調節装置，空調ユニット，又は産業用・商業用・家庭用冷凍庫の部品としての請求項１〜３５のいずれか１項に記載の構造体（１）の使用であって，
該構造体（１）は，該構造体（１）の第１の方向（３）が，作動中，熱の流れの方向に対して略平行に配置される，
構造体（１）の使用。
【請求項３８】
請求項１〜３５のいずれか１項に記載の構造体（１）を含む熱交換システム。
【請求項３９】
磁気熱交換用構造体（１）の製造方法であって，
該方法は，
磁気熱量活性相（２）又は磁気熱量活性相の前駆体を提供するステップと，
複数の粒子（１４）を含む磁気熱量不活性相（１３）を提供するステップと，
該磁気熱量活性相（２）又は該磁気熱量活性相の前駆体と該磁気熱量不活性相（１３）とを組み立てるステップと，
該磁気熱量活性相（２）又は該磁気熱量活性相の前駆体と該磁気熱量不活性相（１３）を圧縮して構造体（１）を形成するステップと，
該磁気熱量不活性相（１３）の少なくとも前記複数の粒（１４）の平均優先配向を生成するステップと，
を含む，方法。
【請求項４０】
前記圧縮は，前記磁気熱量不活性相（１３）の少なくとも前記粒（１４）の優先配向を誘導するように行われる，ことを特徴とする，
請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記圧縮は，前記磁気熱量活性相（２）の少なくとも前記粒（１７）の優先配向を誘導するように行われる，ことを特徴とする，
請求項３９又は４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記磁気熱量不活性相（１３）の少なくとも前記複数の粒（１４）及び／又は前記磁気熱量活性相（２）の少なくとも前記複数の粒（１７）は，磁場を印加することにより少なくとも部分的に生成される，ことを特徴とする，
請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記磁場は，前記圧縮が行われる前に印加される，ことを特徴とする，
請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記磁場は，前記磁気熱量活性相のキュリー温度よりも低い温度で印加される，ことを特徴とする，
請求項４２又は４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記磁気熱量不活性相（１３）の前記粒子は，概して異方性のある次元を有し，該磁気熱量不活性相（１３）の前記粒（１４）は，概して長手方向（１５）を前記構造体（１）の前記第１の方向（３）に垂直に配向されるように前記圧縮が行われる，ことを特徴とする，
請求項３９〜４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記磁気熱量不活性相（１３）の少なくとも前記複数の粒（１４）の前記平均優先配向は，前記圧縮後の前記構造体の機械的変形により少なくとも部分的に生成される，ことを特徴とする，
請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
前記機械的変形は，圧延，スエージ加工，引抜，及び押出の１つ以上により行われる，ことを特徴とする，
請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記磁気熱量活性相（２）及び前記磁気熱量不活性相（１３）は，前記磁気熱量活性相（２）と前記磁気熱量不活性相（１３）とを互いに密に混合することにより組み立てられる，ことを特徴とする，
請求項３９〜４７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４９】
前記磁気熱量活性相（２）及び前記磁気熱量不活性相（１３）は，前記磁気熱量活性相（２）から主として構成される層（１８）と，前記磁気熱量不活性相（１３）から主として構成される層（１９）とを交互に配置することにより組み立てられることを特徴とする，
請求項３９〜４８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５０】
前記磁気熱量活性相（２）及び前記磁気熱量不活性相（１３）は，圧延及び加圧の一方により圧縮される，ことを特徴とする，
請求項３９〜４９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
前記磁気熱量不活性相（１３）の前記粒（１４）を磁気的に配向するように圧縮中に磁場が印加され，結果，概して該粒（１４）の長手方向（１５）が前記構造体（１）の前記第１の方向（３）に略垂直に配向される，ことを特徴とする，
請求項３９〜５０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５２】
前記磁気熱量活性相（２）の前記粒（１７）を磁気的に配向するように圧縮中に磁場が印加され，結果，概して該粒（１７）の長手方向（１５）が前記構造体（１）の前記第１の方向（３）に略垂直に配向される，ことを特徴とする，
請求項３９〜５１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５３】
磁気熱交換用構造体（１）の製造方法であって，該方法は，
基本的に磁気熱量活性相（２）から構成され第１の密度を有する少なくとも１つの第１のプレート（２５）を提供するステップと，
基本的に磁気熱量活性相（２）から構成され第２の密度を有する少なくとも１つの第２のプレート（２６）を提供するステップであって，該第１のプレートの該第１の密度が，該第２のプレートの該第２の密度よりも高い，ステップと，
該第１のプレート（２５）及び該第２のプレート（２６）をスタック状に配置するステップと，
を含む，方法。
【請求項５４】
前記第１のプレート（２５）及び前記第２のプレート（２６）は，互いに物理的に接触するように配置される，ことを特徴とする，
請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１のプレート（２５）は，第１の空隙率を有し，前記第２のプレート（２６）は，第２の空隙率を有し，該第２の空隙率は，該第１の空隙率よりも高い，ことを特徴とする，
請求項５３又は５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１のプレート（２５）は，磁気熱量活性相（２）又は磁気熱量活性相の前駆体の粒子を圧縮することにより生成される，ことを特徴とする，
請求項５３〜５５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５７】
前記第２のプレート（２６）は，磁気熱量活性相（２）又は磁気熱量活性相の前駆体の粒子を圧縮することにより生成される，ことを特徴とする，
請求項５３〜５６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５８】
前記圧縮の条件は，前記第１のプレート（２５）の方が前記第２のプレート（２６）よりも低い空隙率を生成するように調整される，ことを特徴とする，
請求項５３〜５７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５９】
前記構造体（１）のスタック方向（２８）に互いに交互配置された複数の第１のプレート（２５）及び複数の第２のプレート（２６）が提供される，ことを特徴とする，
請求項５３〜５８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６０】
さらに１つ以上の潤滑剤，有機バインダー，及び分散剤が，組み立てられた磁気熱量活性相（２）及び／又は磁気熱量不活性相（１３）に添加される，ことを特徴とする，
請求項３９〜５９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６１】
前記構造体（１）は，圧縮中に加熱されることを特徴とする，
請求項３９〜６０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６２】
前記構造体（１）が加熱されて前記前駆体から前記磁気熱量活性相（２）を形成することを特徴とする，
請求項３９〜６１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６３】
外部保護コーティング（２０）を前記構造体（１）に施すステップをさらに含む，
請求項３９〜６２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６４】
前記外部保護コーティング（２０）は，浸漬，溶射，又は電着により施されることを特徴とする，
請求項６３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，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に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気熱量効果とは，磁気的に誘起されたエントロピー変化が熱の発生又は吸収へと断熱変換されることをいう。磁気熱量物質に磁場を印加することにより，熱の発生又は吸収をもたらすエントロピー変化を誘起することができる。この効果を利用して，冷却及び／又は加熱を提供することができる。
【０００３】
近年，Ｌａ（Ｆｅl-aＳｉa）l３，Ｇｄ5（Ｓｉ，Ｇｅ）4，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ），及びＭｎＦｅ（Ｐ，Ａｓ）などの室温又は室温に近いキュリー温度Ｔｃを有する物質が開発されてきている。キュリー温度は，磁気熱交換システムの物質の動作温度となる。したがって，これらの物質は，建物の温度制御，家庭用及び産業用の冷蔵庫及び冷凍庫，自動車の温度制御などの用途で利用するのに適している。
【０００４】
磁気熱交換技術は，利点を有しており，その利点は，磁気熱交換器の方が，気体圧縮・膨張サイクルシステムよりも，原理的には，エネルギー効率がよい，ということである。また，磁気熱交換器は，オゾン濃度の減少の一因であると考えられているクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）などの化学物質を使用しないので，環境に優しい。
【０００５】
そして，新たに開発されている磁気熱量活性物質により提供される利点を実際に実現するため，磁気熱交換システムが開発されている。米国特許第６，６７６，７７２号明細書に開示されているような磁気熱交換器は，典型的には，ポンプ再循環システムと，液体冷却剤などの熱交換媒体と，磁気熱量効果を示す磁気冷却作動物質の粒子で満たされたチャンバーと，チャンバーに磁場を印加する手段とを含む。
【０００６】
しかしながら，磁気熱交換技術をより広範囲の用途に適用するには，さらなる改善が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は，確実にかつコスト効率よく製造可能な磁気熱交換用構造体を提供することである。本発明のさらなる目的は，該構造体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的は，特許請求の範囲の独立請求項に記載の主題により解決される。さらに有利な改善は，従属請求項の主題である。
【０００９】
本発明は，磁気熱交換用構造体を提供する。構造体は，第１の方向，及び第１の方向に対して軸方向に略垂直な第２の方向に広がり，少なくとも１つの磁気熱量活性相を含む。本発明によれば，構造体の平均的熱伝導率は異方性がある。
【００１０】
構造体は，磁気熱交換システムの磁気冷却剤又は磁気作動媒体として使用可能である。構造体に異方性のある平均熱伝導率を提供することで，磁気熱量効果によって構造体内に生成された熱を構造体表面に異方的に伝導することができる，という利点を得ることができる。構造体と構造体を囲む冷却媒体との間の熱交換も同様に異方性をもちうる。
【００１１】
最も効率のよい熱移動が冷却媒体の流れの方向に垂直な方向に発生し，最も効率の悪い熱移動が冷却媒体の流れの方向に発生するように，構造体を磁気熱交換システムに配置することができる。このように配置することで，熱交換の効率をより高めることができる。磁気熱量効果により構造体内に生成された熱は，冷却媒体の流れに垂直な方向に構造体表面へと効率よく伝導することができ，構造体表面において，熱は冷却剤へ伝達され，冷却媒体により熱は構造体から冷却剤の流れの方向に運び去られる。
【００１２】
冷却剤の流れの方向の構造体の熱伝導率が低いほど，初めに構造体から運び出され構造体に戻る熱移動と，冷却剤の流れとは反対方向の熱移動とを妨げることができる。概して，磁気熱交換用構造体の冷却効率は，構造体に異方性のある平均熱伝導率を提供することにより向上する。
【００１３】
本明細書において，磁気熱量活性物質を，磁場にさらされるとエントロピー変化を受ける物質として定義する。エントロピー変化は，例えば，強磁性から常磁性挙動への変化の結果でありうる。磁気熱量活性物質は，一部の温度域においてのみ，印加された磁場に関する磁化の二次導関数の符号が正から負へ変化する変曲点を示しうる。
【００１４】
本明細書において，磁気熱量不活性物質を，磁場にさらされても有意なエントロピー変化を示さない物質として定義する。
【００１５】
一実施形態において，第１の方向の構造体の平均熱伝導率は，第２の方向の構造体の平均熱伝導率よりも低い。作動中，構造体は，冷却媒体の流れに略平行な第１の方向に配置され，最も効率のよい熱移動を発生させる。
【００１６】
一実施形態において，構造体は，第１の方向に延びる第１の長さ，及び第２の方向に広がる断面を含み，該断面は，第２の長さを有する。構造体の第１の長さにわたって測定された平均熱伝導率は，構造体の第２の長さにわたって，従って断面において，測定された平均熱伝導率よりも低い。また，作動中，構造体の第１の長さは，冷却媒体の流れの方向に略平行に，かつ，冷却媒体の流れの方向に略垂直な第２の方向に配置される。
【００１７】
構造体の異方性のある平均熱伝導率は，さまざまな方法で提供することができる。一部の実施形態においては，構造体は，さらに，磁気熱量活性相の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する磁気熱量不活性相を含む。
【００１８】
構造体の異方性のある平均熱伝導率は，構造体内の磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相のさまざまな配置によりもたらされてもよい。熱異方性は，微視的異方性，すなわち，磁気熱量不活性相及び／又は磁気熱量活性相の個々の粒又は粒子の配列，によりもたらされてもよい。あるいは，熱異方性は，巨視的にもたらされ，すなわち，基本的に磁気熱量活性相及び不活性相の一方から構成される部材の配置，によりもたらされてもよい。
【００１９】
一実施形態において，磁気熱量不活性相は，概して優先配向を有する複数の粒を含む。優先配向は，構造体内の粒の異方性配列及び／又は分布を表すのに用いられる。例えば，個々の粒は形が略球状であり，従って，個別には優先配向を有しない。しかしながら，球状粒は，１列以上の列，又は行と列のマトリクスに配列することができ，従って，構造体内に優先配列，すなわち，物理的に異方性の配列を有する。
【００２０】
この異方性配列は，磁気熱量不活性相の熱伝導率が磁気熱量活性相の熱伝導率と異なる場合，磁気熱量活性相が構造体内に不規則に配列されている場合であっても，異方性のある平均熱伝導率を有する構造体を提供する。磁気熱量不活性相の熱伝導率が磁気熱量活性相の熱伝導率よりも高い場合，磁気熱量不活性相の粒の列の長手方向又はマトリクス面の平均熱伝導率は，磁気熱量不活性相の粒の列の長手方向又はマトリクス面に垂直な方向の平均熱伝導率よりも高い。構造体は，全体として，異方性のある平均熱伝導率を有する。
【００２１】
一実施形態において，磁気熱量不活性相は，複数の粒を含み，各粒は，長手方向及び長手方向に略垂直な短手方向を有する細長い形状を有する。
【００２２】
微視的レベルの熱異方性を生成するために，磁気熱量不活性相の粒を優先配向及び／又は優先特性を有して構造体に配列することができる。
【００２３】
優先配向は，構造体内の粒の物理的配列を表すのに用いられる。優先特性は，概して優先結晶配向を有するように構造体内に配列される粒を表すのに用いられる。従って，粒が優先配向と優先特性の両方を有する場合もあり得る。
【００２４】
優先特性を有して配列された細長い形状を有する粒の場合，粒の長手方向の構造体の平均熱伝導率は，粒の短手方向の構造体の平均熱伝導率よりも高い。
【００２５】
磁気熱量不活性相の複数の細長い粒を，概してこれらの長手方向が構造体の第１の方向に略垂直に延びるように，配列することにより，熱異方性のある構造体を提供することができる。磁気熱量不活性相の複数の細長い粒を，概してこれらの短手方向が構造体の第１の方向に略平行に延びるように構造体に配列することができる。これらの配列は，第１の方向に垂直な方向の平均熱伝導率が高く，第１の方向に平行な方向の平均熱伝導率が低い構造体を提供する。
【００２６】
動作中，構造体は，粒の長手方向が冷却媒体の流れの方向に略垂直な方向に配向され，また，粒の短手方向が冷却媒体の流れの方向に略平行な方向に配向されるように，配置される。該配置は，冷却媒体の流れと反対方向への構造体中の熱流を阻止する。
【００２７】
一実施形態において，磁気熱量活性相は，概して優先配向を有して構造体に配列された複数の粒を含む。この場合も，優先配向は，構造体内の粒の異方性を示すのに用いられる。
【００２８】
さらなる実施形態において，磁気熱量活性相は，優先特性を有して，また，さらなる実施形態においては優先配向をも有して，構造体に配列された複数の粒を含む。一実施形態において，磁気熱量活性相は，複数の粒を有し，各粒は，長手方向及び長手方向に略垂直な短手方向を有する細長い形状を有する。粒は，例えば，繊維状や板状であってもよい。
【００２９】
微視的レベルで熱異方性を有する構造体を製造するために，磁気熱量活性相の粒は，概して粒の長手方向が構造体の第１の長さに略垂直に延びるように構造体に配列されうる。磁気熱量活性相の粒はまた，概して粒の短手方向が構造体の第１の長さに略平行に延びるように構造体に配置されうる。
【００３０】
この配列は，粒の長手方向に平行な構造体の方向における平均熱伝導率が高く，粒の短手方向における平均熱伝導率が低い構造体を提供する。
【００３１】
一部の実施形態において，磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相の両方が，優先配向及び／又は優先特性を有して構造体内に配置される。２つの相の粒は，微視的レベルで熱異方性を提供するように密に混合されてもよい。
【００３２】
他の実施形態において，磁気熱量活性相のみが，異方性のある平均熱伝導率を有する構造体を提供するように，優先配向及び／又は特性，あるいは細長い粒を有する。構造体は，優先特性を有しない磁気熱量不活性相を含む。磁気熱量活性相は，磁気熱量不活性相の粒の間に優先配向及び／又は特性を有して分布してもよい。あるいは，磁気熱量活性相は，優先配向及び／又は特性を有する磁気熱量不活性相の粒の間に優先配向及び／又は特性を有しないで分布してもよい。磁気熱量不活性相は，磁気熱量活性相の粒が配列されるマトリクスを提供する。構造体は，複合物ということができる。
【００３３】
磁気熱交換用構造体はまた，異なる熱伝導率の物質を微視的レベルで配置することにより，異方性のある平均熱伝導率を備えてもよい。一実施形態において，構造体は，磁気熱量活性相から主として構成される複数の第１の層であって，磁気熱量不活性相から主として構成される複数の第２の層と交互配置される複数の第１の層を含む。
【００３４】
一実施形態において，構造体は，磁気熱量活性相のみを含み，磁気熱量不活性相部分を実質的に含まない。そういう意味で，「相」は，固形物を表し，気体や空気を除くのに用いられる。「実質的に含まない」とは，１０体積％未満と定義する。
【００３５】
該実施形態において，異方性のある平均熱伝導率は，構造体の密度の異方性分布により得られる。特に，構造体の密度は，巨視的に変化する。これは，一実施形態において，基本的に磁気熱量活性相から構成され第１の密度を有する少なくとも１つの第１の層，及び基本的に磁気熱量不活性相から構成され第２の密度を有する少なくとも１つの第２の層により提供される。ここで，第１の密度は，第２の密度よりも高い。
【００３６】
密度が高い第１の層は，密度が低い第２の層よりも熱伝導率が高い。したがって，層面に垂直な方向の構造体の平均熱伝導率は，層面に平行な方向の構造体の平均熱伝導率よりも低い。したがって，構造体は，異方性のある熱伝導率を有する。
【００３７】
上述の少なくとも１つの第１の層及び少なくとも１つの第２の層の密度を，各層の空隙率を制御することにより，所望の平均値に調節してもよい。少なくとも１つの第１の層は，第１の平均空隙率を含み，少なくとも１つの第２の層は，第２の平均空隙率を含み，ここで，第２の平均空隙率は，第１の平均空隙率よりも高い。これは，第２の層よりも高密度の第１の層を含み，かつ，異方性のある平均熱伝導率を有する構造体を提供する。
【００３８】
さらなる実施形態において，少なくとも一つの第１の層及び少なくとも一つの第２の層は，スタック状に配置され，隣接層は互いに物理的に接触している。隣接層は，例えば，接着物質の層によりすぐ隣の層に連結されてもよいし，隣接層の物質の焼結により互いに直接連結されてもよい。
【００３９】
第１の層及び第２の層は，構造体の第１の方向に略平行に延びる厚さと，構造体の第２の方向に一般に広がる断面とを有する。各層は，各相の複数の粒又は粒子の層から形成される。
【００４０】
作動中，構造体は，層面の側面が冷却剤の流れの方向に略垂直に広がるように，また，層の厚さが冷却剤の流れに略平行に広がるように配置される。構造体の該配置において，磁気熱量不活性相の熱伝導率は，冷却剤の流れの方向の構造体の平均熱伝導率が冷却剤の流れの方向に垂直な方向の構造体の平均熱伝導率よりも低くなるように，磁気熱量活性相の熱伝導率よりも高いことが好ましい。
【００４１】
他の実施形態において，構造体は，複数の活性層を含み，各活性層は，隣接層の磁気熱量活性物質のＴｃとは異なるＴｃを有する磁気熱量活性物質を含む。さらなる実施形態において，各層の磁気熱量活性物質は，Ｔｃが構造体の一方の側から他方の側へ徐々に上昇するように，物質の配置順に選択される。
【００４２】
異なるＴｃを有する複数の磁気熱量活性物質を含む構造体を使用することで，構造体を使用する熱交換器の作動範囲を広げることができる。キュリー温度Ｔｃは，作動温度に変わり，また，そのＴｃに範囲を提供することで，熱交換器の作動範囲が広がる。これにより，熱交換器は，単一のＴｃを有する磁気熱量活性物質を使用する場合に比べ，広範囲の作動温度の冷却及び／又は加熱を提供すること，また，開始温度から，小さい／大きい，最低／最高温度への冷却及び／又は加熱を提供すること，がそれぞれ可能になる。
【００４３】
さらなる実施形態において，構造体は，さらに，磁気熱量活性相の熱伝導率よりも低い熱伝導率を含む少なくとも一つの熱バリア（熱障壁）を含む。
【００４４】
熱バリアは，熱バリアの一方の側の構造体部分から，もう一方の側の構造体部分への熱移動を阻止する。冷却媒体の流れの方向の熱移動を阻止するように熱バリアを配置することで，磁気熱交換の効率をさらに高めることができる。
【００４５】
さらなる実施形態において，構造体は，構造体の第１の方向に沿って等間隔に配置された複数の熱バリアを含む。異なるＴｃを有する複数の部分が提供される場合，熱バリアを隣接部分間に配置することができる。
【００４６】
磁気熱量活性相は，Ｇｄ，Ｌａ（Ｆｅ１−ｂＳｉｂ）１３ベース相，Ｇｄ５（Ｓｉ，Ｇｅ）４ベース相，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ）ベース相，ＭｎＦe（Ｐ，Ａｓ）ベース相，Ｔｂ−Ｇｄベース相，（Ｌａ，Ｃａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｒ）ＭｎＯ３ベース相，Ｃｏ−Ｍｎ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ベース相，及びＰｒ２（Ｆｅ，Ｃｏ）１７ベース相の１つ又は２つ以上であってもよい。これらの基本的組成は，さらに，上述した元素の一部又は全部を置換可能な化学元素をさらに含んでもよい。また，これらの相は，結晶構造内に少なくとも部分的に格子間に収容される元素，例えば水素，を含んでもよい。これらの相はまた，酸素などの不純物元素や少量元素を含んでもよい。
【００４７】
さらなる実施形態において，磁気熱量活性相の粒は，耐食コーティングを含む。該耐食コーティングは，１つ以上の金属，合金，ポリマー，セラミックス，又は無機化合物を含んでもよい。金属は，アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），又はスズ（Ｓｎ）であってもよく，合金は，アルミニウム，銅，及びスズの１つ以上を含んでもよい。無機耐食コーティングは，リン酸塩（例えば，リン酸亜鉛）により提供されうる。耐食コーティングにより，磁気熱量活性物質の非磁気熱量活性物質への腐食及び分解を少なくとも遅らせることができ，場合によっては磁気熱量活性物質の作動寿命全体にわたって防ぐことができるため，耐食コーティングを磁気熱量活性物質の作動時間を延ばすのに利用することができる。
【００４８】
構造体は，さらに，有効空隙率を含む。本明細書において，有効空隙率は，磁気熱交換の効率に対する測定可能な効果を有する構造体の空隙率を表すのに用いられる。
【００４９】
有効空隙率は，構造体の本体内に少なくとも１つのチャネル（通路）を含み，該チャネルは，構造体の第１の側面から構造体の第２の側面に延びる。空隙率は，１０体積％〜６０体積％の範囲内であってもよい。
【００５０】
実効性のある多孔性（有効空隙率）は，構造体の本体内に，スケルトン型構造の中空網を形成する，互いに通気性のある一連の相互接続されたチャネルの形で提供されてもよい。そして，熱交換流体又は冷却剤は，構造体の一方の側面から他方の側面へ中空網を流れる。
【００５１】
有効空隙率は，粉末を緩く圧縮することにより，又は焼結後の粉末を緩く圧縮することにより，各々密度１００％未満の本体を形成するように提供してもよく，空体積は，熱交換媒体が流れる相互接続された中空網を提供する。
【００５２】
構造体のこれらの実施形態は，構造体の表面積が増大するという利点を有する。冷却剤は，内表面，すなわち，構造体の本体内に配置され空隙率を提供するチャネルの表面，及び構造体の外表面全体と接触する。こうして，構造体と熱交換流体との間の接触面積が増大する。したがって，磁気熱交換の効率をさらに高めることができる。
【００５３】
構造体は，さらに，少なくとも１つのチャネルを含んでもよい。チャネルは，構造体に囲まれた貫通孔の形で提供されるか，又は構造体の外表面のチャネルの形で提供されてもよい。１つ以上のチャネルは，構造体の表面積を増大させという利点を有し，これにより，構造体と冷却剤との間の熱交換効率をさらに高めることができる。チャネルは，例えば，押出やプロファイル圧延により形成されうる。
【００５４】
さらなる実施形態において，チャネルは，冷却剤の流れを調整するように構成される。チャネルの位置は，構造体が作動する熱交換システムの設計により決定される。チャネルは，熱交換の効率を高めるために，乱流を抑制して，好ましくは最小限にして，冷却剤の流れを調整するように構成されてもよい。
【００５５】
構造体は，熱交換器，冷却システム，建物や乗物（特に，自動車）用の空調システム，あるいは，建物や自動車用の温度調節装置の部品でありうる。温度調節装置は，流体冷却剤又は熱交換器媒体の方向を転換することにより，冬は加熱器として，夏は冷却器として使用することができる。これは，自動車その他の乗物にとって特に有利である。なぜなら，温度調節システムを収容するためのシャーシ内の空きスペースが，乗物の設計により制限されているためである。
【００５６】
構造体はまた，外部保護コーティングを含んでもよい。外部保護コーティングは，金属，合金，又はポリマーを含んでもよい。外部保護コーティングの物質は，熱交換媒体における構造体のサイクル作動中，化学的かつ機械的に安定するように選択されてもよい。コーティングが完成品に適用されると，例えば，焼結中や構造体の作動中，高温にさらされることがない。この場合，比較的低い分解温度又は融解温度のポリマーが使用されてもよい。
【００５７】
熱交換媒体は，熱交換媒体と構造体との間の熱交換の効率を高めるために，エタノール，又はグリコール，又は，水・エタノール若しくはグリコールの混合物，又は，高い熱伝導率を有する代替物質を含んでもよい。熱交換媒体は，マトリクスの磁気熱量活性物質及び／又は磁気熱量非活性物質に対して腐食性があってもよい。したがって，さらなる保護を提供するために，追加の外部保護コーティングを使用してもよい。
【００５８】
これらの実施形態の１つによる構造体は，熱交換器，冷却システム，温度調節装置，空調ユニット，又は，産業用・商業用・家庭用の冷凍庫の部品として使用可能である。構造体は，作動中，構造体の第１の方向が熱の流れの方向と略平行になるように配置される。
【００５９】
本発明はまた，磁気熱交換用構造体の製造方法を提供する。一実施形態において，磁気熱量活性相が提供されるとともに，複数の粒子を含む磁気熱量活性相が提供される。磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相は組み立てられ，圧縮されて，構造体を形成する。磁気熱量不活性相の少なくとも複数の粒の優先配向，すなわち物理的配置，が概して生成される。
【００６０】
一実施形態において，磁気熱量活性相の前駆体が提供され，また，複数の粒子を含む磁気熱量不活性相が提供される。磁気熱量活性相の前駆体及び磁気熱量不活性相は，組み立てられ，圧縮されて，構造体を形成する。磁気熱量不活性相の複数の粒子の優先配向が生成される。該実施形態において，構造体は，反応焼結し，前駆体から磁気熱量活性相を形成する。
【００６１】
磁気熱量不活性相の複数の粒の熱伝導率は，粒の長手方向の熱伝導率の方が短手方向のものよりも高い。そのため，磁気熱量不活性相の優先配向により，構造体は，異方性のある熱伝導率を備える。上述のように，粒はまた，概して結晶方位の優先特性を有する。
【００６２】
優先配向は，圧縮過程により少なくとも部分的に生成してもよいし，圧縮前後に行われうる別個の処理工程で部分的あるいは全体的に生成してもよい。
【００６３】
一実施形態において，少なくとも磁気熱量不活性相の粒及び／又は少なくとも磁気熱量活性相の粒の優先配向を誘導するために，圧縮が行われる。
【００６４】
一実施形態において，磁気熱量不活性相の少なくとも複数の粒の平均優先配向は，磁場を印加することにより，少なくとも部分的に生成される。該方法は，磁気熱量不活性相が強磁性体である，例えば，鉄（Ｆｅ）や珪化鉄（ＦｅＳｉ）を含む場合に使用可能である。
【００６５】
磁気熱量活性相が強磁性体状態である場合，磁場を用いて，磁気熱量活性相の粒子の優先配向を提供してもよい。磁気熱量活性相がキュリー温度以下の温度で強磁性である場合，磁気熱量活性相のキュリー温度以下の温度で磁場を印加して，粒子を磁気的に配置することができる。
【００６６】
磁気熱量不活性相及び／又は磁気熱量活性相の粒子の優先配向を提供するために，圧縮が行われる前に磁場を印加してもよい。該優先配向は，圧縮中，圧縮される構造体に保持される。
【００６７】
少なくとも磁気熱量不活性相に優先特性を誘導するように，圧縮を行ってもよい。磁気熱量不活性相の粒子が異方性のある次元を有する場合，圧縮方向が粒の長手方向に略垂直となるように，又は，板状の粒の場合，プレート面に略垂直となるように，圧縮方向を調整することにより，圧縮を行うことができる。一定の優先配向はまた，圧縮が行われる前に，圧縮方向と垂直な方向に粉末を振動させることにより提供されてもよい。これは，圧縮前に板状粒が層状構造をとるのを促進する。
【００６８】
圧縮は，磁気熱量不活性相の粒が，概して構造体の第１の方向に垂直な長手方向に配向されるように実行される。これは，第１の方向に垂直な方向の平均熱伝導率が高く，第１の方向の平均熱伝導率が低い構造体を製造する。
【００６９】
一実施形態において，磁気熱量不活性相及び／又は磁気熱量活性相の少なくとも複数の粒の平均優先配向は，圧縮後の構造体の機械的変形により少なくとも部分的に生成される。機械的変形は，圧延，スエージ加工，引抜，及び押出の１つ以上により行われてもよい。
【００７０】
一実施形態において，磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相は，磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相を互いに密に混合させることにより組み立てられる。該方法は，微視的スケールで生成される異方性のある熱伝導率を有する構造体を製造する。
【００７１】
さらなる実施形態において，磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相は，磁気熱量不活性相から主として構成される層と交互配置される，磁気熱量活性相から主として構成される層を交互に配置することにより組み立てられる。該方法は，巨視的スケールの異方性のある熱伝導率を有する構造体を製造する。
【００７２】
一実施形態において，さらに１つ以上の潤滑剤，有機結合剤，及び分散剤が，組み立てられた磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相に添加される。これらの添加剤により，構造体の密度を増加させる助けとすることができる。
【００７３】
組み立てられた磁気熱量活性相及び磁気熱量不活性相は，圧延及び加圧の一つ以上により圧縮されてもよい。圧延は，縦横の熱伝導率が厚さよりも高い，長い長さの構造体を生成するのに使用されてもよい。該構造体は，積層スタック状に配置されてもよい。加圧は，磁気熱量不活性相の長手方向が構造体の長さに略垂直に配向されるため熱伝導率が構造体の長さ方向より幅方向の方が高い構造体を生成するのに使用されてもよい。
【００７４】
さらなる実施形態において，構造体は，圧縮中，加熱される。加熱処理は，構造体をさらに圧縮し，同時に粒を焼結するのに使用されうる。前駆体を使用する場合，磁気熱量活性相が前駆体から形成されるように選択された条件下で加熱処理が行われる。
【００７５】
圧縮中の加熱処理はまた，粒の再配置，及び優先配向，有利には粒の長手方向，における粒の成長による粒の特性の度合いをさらに高めるのに使用されうる。
【００７６】
さらなる実施形態において，磁気熱量不活性相及び／又は活性相の粒を磁気的に配向し，概して粒の長手方向が構造体の第１の方向に略垂直に配向されるように，圧縮中，磁場が印加される。同時に熱を加えることもできる。該方法は，磁気熱量不活性相が鉄や珪化鉄などの軟磁性物質を含む場合や，磁気熱量活性相が既に形成され加圧過程の間強磁性である場合に使用されうる。
【００７７】
磁気熱量不活性相がなく異方性のある平均熱伝導率を有する構造体の製造方法もまた提供される。該方法において，基本的に磁気熱量活性相から構成され第１の密度を有する少なくとも１つの第１のプレートと，基本的に磁気熱量活性相から構成され第２の密度を有する少なくとも１つの第２のプレートとが提供される。第１のプレートの第１の密度は，第２のプレートの第２の密度よりも高い。第１のプレー及び第２のプレートはスタック状に配置され，磁気熱交換用構造体を提供する。
【００７８】
第１及び第２のプレートは，密度の差異により，異なる平均熱伝導率を有する。高密度の方が，高い平均熱伝導率を提供する。したがって，スタック方向，すなわちプレート面に垂直な方向，の平均熱伝導率は，プレート面における平均熱伝導率よりも低い。
【００７９】
一実施形態において，第１のプレート及び第２のプレートは，互いに物理的に接触するように配置される。
【００８０】
さらなる実施形態において，第１のプレートは第１の空隙率を含み，第２のプレートは第２の空隙率を含み，ここで，第２の空隙率は第１の空隙率よりも大きい。これは，第１のプレートに，第２のプレートよりも高い密度を提供する。
【００８１】
第１のプレート及び／又は第２のプレートは，磁気熱量活性相の粒又は磁気熱量活性相の前駆体を圧縮することにより生成されうる。
【００８２】
圧縮の条件は，第１のプレートの方が第２のプレートよりも低い空隙率を生成するように調整される。例えば，圧縮圧力，及び使用する場合温度，を上昇させて，プレートの空隙率を低下させ，プレートの密度を増加させることができる。反対に，圧縮圧力，及び使用する場合温度，を低下させて，プレートの空隙率を上昇させ，プレートの密度を減少させることができる。
【００８３】
さらなる実施形態において，複数の第１のプレート及び複数の第２のプレートが提供される。複数の第１のプレート及び複数の第２のプレートは，構造体のスタック方向に互いに交互配置される。生成される構造体は，多層構造又は層状構造を有する。
【００８４】
構造体の圧縮後，又は構造体の生成後，外側保護コーティングを構造体に施すことができる。外側保護コーティングは，浸漬，溶射，又は電着により施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
以下，本発明の実施形態を，添付図面を参照しながら説明する。
【００８６】
【図１】図１は，磁気熱交換用構造体の側面図を示す図である。
【００８７】
【図２】図２は，図１の構造体の断面図を示す図である。
【００８８】
【図３】図３は，第１の実施形態に係る微細構造を有する磁気熱交換用構造体の側面図を示す図である。
【００８９】
【図４】図４は，第２の実施形態に係る微細構造を有する磁気熱交換用構造体の側面図である。
【００９０】
【図５】図５は，第３の実施形態に係る微細構造を有する磁気熱交換用構造体の側面図である。
【００９１】
【図６】図６は，第４の実施形態に係る微細構造を有する磁気熱交換用構造体の側面図である。
【００９２】
【図７】図７は，第５の実施形態に係る微細構造を有する磁気熱交換用構造体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
図１は，磁気熱交換用構造体１の側面図を示し，構造体１は，磁気熱量活性相２を含む。本実施形態において，磁気熱量活性相２は，キュリー温度（Ｔｃ）２０℃のＬａ（Ｆｅ１−ａ−ｂＣｏａＳｉｂ）１３ベース相から主として構成される。構造体１は，ポンプ再循環システム，流体冷却剤などの熱交換媒体，及び磁場をチャンバーに印加する手段をさらに含む磁気熱交換システム（不図示）の磁気冷媒作動部品を提供する。
【００９４】
構造体１は，第１の長さｌ，及び第１の長さｌに対して略垂直に延びる第２の長さｂを有する。図１において，冷却剤の流れの方向は矢印３で示される。熱交換システムが冷却を提供するために使用されるか，加熱を提供するために使用されるかによって，冷却剤は，２つの反対方向に流れうる。作動中，構造体１の第１の長さｌは，冷却剤の流れの方向３に延びるように配置され，第２の長さｂは，冷却剤の流れの方向３に略垂直に延びる。図１に示された側面図において，冷却剤の方向は，上から下である。構造体１はまた，冷却剤の流れ３の方向に延び，構造体１から冷却剤への熱移動の効率を高めるように構造体１の表面積を増大させる複数のチャネル４を外表面に備える。
【００９５】
本発明によれば，構造体１は，異方性のある平均熱伝導率を有する。具体的には，冷却剤の流れの方向３の構造体の平均熱伝導率は，冷却剤の流れ３に垂直な方向の構造体１の平均熱伝導率よりも低い。ここで，冷却剤の流れ３に垂直な方向は，矢印５で示され，構造体１の第２の長さｂはこの方向に延びる。
【００９６】
該配置は，磁気熱量活性相２により構造体１内に生成される磁気的に誘導された熱が，矢印５の方向である構造体１の外表面６へ，かつ，そこから冷却剤の方へと効率よく伝導され，同時に，構造体内に磁気的に誘導された熱の冷却剤の流れの方向３と反対方向への伝導を防止するのを可能にする。これは，冷却剤により低温端７から高温端８へ運ばれる熱が構造体１自身により元の低温端７へ単に伝導される，構造体１内における一種の内部短絡を防止する。
【００９７】
図２は，図１の構造体１の断面図を示す。図２の断面図は，構造体１が層状構造を有し，各々磁気熱量活性相２を含む３つの活性部分９，１０，１１を含むことを示す。３つの活性部分９，１０，１１の各々は，各活性部分のＴｃが冷却剤の流れの方向３に上昇するように異なるＴｃを有する磁気熱量活性相を含む。各活性部分９，１０，１１は，構造体１の隣接部分９，１０，１１間の熱伝導率をさらに妨げる熱バリア１２により隣接部分から分離されている。
【００９８】
各部分９，１０，１１は，さらに，磁気熱量活性相２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する磁気熱量不活性相１３を含む。構造体１の異方性のある平均熱伝導率は，層状に配列された磁気熱量不活性相１３の粒１４を提供することにより得られる。層状配列は，図３及び図５に示されるように微視的に提供されてもよいし，あるいは，図２及び図４に示されるように巨視的に提供されてもよい。微視的及び巨視的積層の双方の組み合わせを含む配列を使用することもできる。
【００９９】
図３に示される実施形態において，磁気熱量不活性相１３は，一般的な板状形状を有する複数の粒１４を含む。板状の粒１４は，長手方向１５，及び長手方向１５に略垂直に配置された短手方向１６を有する。板状の粒１４は，概して，粒の長手方向１５が，構造体１の第２の長さｂに平行な方向かつ冷却剤の流れの方向３に略垂直な方向に延びるように，配列される。粒１４の短手方向１６は，概して，構造体の第１の長さ１に略平行かつ冷却剤の流れの方向３に平行に延びる。
【０１００】
磁気熱量不活性相１３の複数の粒１４は，優先配向及び／又は優先特性を有するように，構造体内に配列される。優先配向は，粒の物理的配置を表すのに用いられ，また，優先特性は，粒の結晶配向を表すのに用いられる。この優先配向及び／又は優先特性により，冷却剤の流れの方向３に垂直な方向の構造体１の平均熱伝導率は，冷却剤の流れの方向３に平行な方向の構造体１の平均熱伝導率よりも高い。
【０１０１】
該実施形態において，磁気熱量活性相２の粒１７は，磁気熱量不活性相１３の粒１４と比較して，略等方性である。磁気熱量活性相２の粒１７は，磁気熱量不活性相１３の粒１４の間に分布している。磁気熱量不活性相１３は，構造体１のマトリクスを提供し，磁気熱量活性相２の粒１７のバインダーとして機能しうる。図３に示される実施形態は，微視的スケールでの磁気熱量不活性相１３の粒１４の分布により，異方性のある平均熱伝導率を含む構造体１を提供する。
【０１０２】
図４に示される第２の実施形態において，磁気熱量不活性相１３の粒１４もまた，略板状の形状を有する。粒１４はまた，粒の長手方向１４が構造体１の第２の長さｂに略平行な方向かつ冷却剤の流れの方向３に略垂直な方向に延びるように，優先配向を有して構造体１に配置される。
【０１０３】
図４の第２の実施形態において，図２の実施形態同様に，構造体１の異方性のある熱伝導率は，層状構造により提供され，基本的に磁気熱量活性相２から構成される層１８は，磁気熱量不活性相１３から主として構成される層１９と交互配置される。
【０１０４】
磁気熱量活性相２の２つの層１８の間に挟まれた磁気熱量不活性相１３の１つの層１９が，図４に示されている（何層であってもよい）。層１８，１９の積層配置は，構造体１の第１の長さｌの方向に組み立てられる。
【０１０５】
磁気熱量不活性相１３は，金属であり，及びいくつかの実施形態においては，磁性をもつ。磁性のある磁気熱量不活性相１３は，粒１４を磁気的に配列して優先配向を生成することができるという利点を有する。
【０１０６】
構造体１はまた，構造体１を保護するために，特に，磁気熱量活性相２を環境（特に，冷却剤）による腐食から保護するために，外部コーティング２０を含んでいてもよい。
【０１０７】
図３の構造体１は，磁気熱量活性相２の粉末と磁気熱量不活性相１３の粉末とを密に混合し，生成された混合物を圧縮することにより組み立てられうる。磁気熱量不活性相１３の粒１４の優先配向は，粉末混合物が圧縮されるモールドにおける粉末の沈殿の結果少なくとも部分的に生じうる。粒１４の優先配向はまた，圧縮過程によっても誘導されうる。圧縮過程においてかけられる圧力の方向は，板状の粒１４の長手方向１６に略垂直であり，結果，板状の粒１４は，粒の長手方向が圧縮の方向に垂直に位置するように促進される。さらに，板状の粒１４は，優先配向の度合いを高めるように互いに滑りあう。
【０１０８】
優先配向の度合いはまた，圧縮過程中に熱を加えることにより増大させうる。熱は粒の焼結を促進し，優先成長方向を考慮すると，板状の粒の異方性及び優先配向の度合いをさらに増大させうる。
【０１０９】
粒の優先配向はまた，圧縮の前後に行われる配列過程により少なくとも部分的に生成されてもよい。優先配向はまた，圧縮過程とは実質的に別個に得られてもよい。
【０１１０】
さらなる実施形態において，磁気熱量不活性相は，磁性物質，及び構造体１内の所望の方向に優先配向を誘導するように印加される磁場により提供されてもよい。磁場は，圧縮前及び／又は圧縮中に印加されてもよい。さらに，加熱処理を磁場と同時に適用することもできる。
【０１１１】
構造体１はまた，反応焼結により組み立てられてもよい。該実施形態において，磁気熱量活性相の前駆体が提供される。前駆体は，互いに反応した際に磁気熱量活性相を生成する量の非磁気熱量活性相から構成される。前駆体を，磁気熱量不活性相と密に混合することで，微視的スケールで異方性のある熱伝導構造体を製造してもよい。磁気熱量活性相の前駆体はまた，図４に示されたものと同様の巨視的に層状になった配置内に別個の層として提供されてもよい。圧縮後又は圧縮中，構造体は，前駆体を焼結反応させ，磁気熱量活性相を形成するように加熱される。
【０１１２】
磁気熱量不活性相の優先配向はまた，当技術分野で周知の他の方法により得ることもできる。例えば，磁気熱量不活性相は，圧延処理することができ，あるいは，優先配向を有する薄層として提供することもできる。
【０１１３】
外部コーティングが提供される場合，コーティングは，圧縮及び加熱処理過程の後に構造体に施されうる。コーティングは，浸漬，溶射，又は電着により適用されてもよい。
【０１１４】
さらなる実施形態において，図５に示されるように，磁気熱量活性相２はまた，細長形状を有する粒２１を含む。例示を目的として，磁気熱量活性相２の粒２１は，黒塗りされ，磁気熱量不活性相１３の粒１４は，陰影が付けられていない。該実施形態において，磁気熱量活性相２はまた，粒２１の長手方向２２が冷却剤の流れの方向３に略垂直な方向に延び，粒２１の短手方向２３が冷却剤の流れの方向３に延びるように，優先配向を有して構造体１に配置される。
【０１１５】
図６は，第４の実施形態に係る磁気熱交換システムの作動部品として使用する構造体１を示す。
【０１１６】
第４の実施形態の構造体１は，磁気熱量活性相２の複数の粒１７及び磁気熱量不活性相１３の複数の粒１４を含む。概して，粒１７の各々は，略等方性の形状を有する。該実施形態において，構造体１は，磁気熱量不活性相１３の異方性のある形状の粒１４の優先配向により，異方性のある熱伝導率を有する。
【０１１７】
磁気熱量不活性相１３の略球状の粒１４は，強磁性物質，本例では鉄，を含む。粒１４は，第２の方向４に略平行かつ構造体１の冷却剤の流れの方向３に垂直な方向に延びる長手方向を有する複数の列又は鎖２４状に配置される。鎖２４は，冷却剤の流れの方向３に平行なスタック方向２８に上下に配置された一連の層状に配置される。磁気熱量活性相２の粒１７は，磁気熱量不活性相１３の鎖２４の間に配置され，一定の優先配向をも有する。磁気熱量活性相２の優先配向は，磁気熱量不活性相１３における優先配向の予備生成の結果生成される。
【０１１８】
磁気熱量不活性相１３の熱伝導率は，磁気熱量活性相２の熱伝導率よりも高い。従って，構造体１は，概して異方性のある熱伝導率を有し，特に，構造体１の熱伝導率は，冷却剤の流れの方向３よりも第２の方向５の方が高い。
【０１１９】
図６に示される第４の実施形態の構造体は，磁気熱量活性相２の粒子及び磁気熱量不活性相１３の粒子を密に混合し，これらをダイなどの圧縮容器にセットすることにより組み立てられる。磁場が第２の方向５に印加され，これにより，磁気熱量不活性相１３の強磁性粒子は，印加された磁場の方向に配列し，複数の鎖２４を生成する。
【０１２０】
磁気熱量活性相２の粒１７の優先配向は，磁気熱量不活性相１３の粒子の配列された鎖２４の予備生成により，構造体１内の磁気熱量活性相２の粒子の運動が制約されるために生じる。
【０１２１】
さらなる実施形態において，磁気熱量活性相２は，キュリー温度以下の温度で強磁性をもつ。従って，磁気熱量活性相２のキュリー温度以下の温度の粉末混合物に磁場を印加すると，印加する磁場の方向の磁気熱量活性相２の粒子の優先配向を得ることもできる。
【０１２２】
図７は，第５の実施形態に係る磁気熱交換システムの作動部品として用いる構造体１’を示す。
【０１２３】
第５の実施形態の構造体１’は，１つ以上の磁気熱量活性相２から主として構成される。第５の実施形態の構造体１’は，磁気熱量不活性相を有しない。該実施形態において，構造体１’の異方性のある平均熱伝導率は，構造体１’の密度の異方性分布，特に，構造体１’の空隙率の異方性分布により提供される。
【０１２４】
第５の実施形態の構造体１’は，複数の層を含み，図７には，そのうちの５つの層が示されている。３つの第１の層２５は，低い空隙率を含み，隣接する第１の層２５の間に配置される２つの第２の層２６は，第１の層２５よりも高い空隙率を含む。図７の側面図において，細孔２７が黒塗りの領域で示されている。
【０１２５】
細孔は，磁気熱量活性相２よりも低い熱伝導率を有する。従って，第２の層２６は，第１の層２５よりも低い平均熱伝導率を有する。これは，第２の方向５において構造体１’の一方の側面からもう一方の側面へ測定された平均熱伝導率よりも低い，冷却剤の流れの方向３において一方の端から他方の端へ測定された平均熱伝導率を有する構造体１’を提供する。
【０１２６】
第５の実施形態の多層又は層状の構造体１’は，異なる密度又は空隙率の複数の層を積み重ねることにより組み立てられてもよい。特に，高い密度を有する層２５は，低い密度を有する層２６と交互配置される。層２５，２６は，各層が隣接層と物理的に接触するように，スタック方向に互いの上に直接積み重ねられる。層２５，２６は，接着剤により隣接層に固定的に取り付けられてもよい。
【０１２７】
第５の実施形態の構造体１’は，まず，第１の密度を有するプレート又はホイルの形をした複数の第１の層２５を組み立てることにより，組み立てられてもよい。次に，第１の密度よりも低い第２の密度を有する，プレート又はフォイルの形をした第２の層２６が組み立てられてもよい。
【０１２８】
第１のプレート２５及び第２のプレート２６は，各プレート２５，２６を下にあるプレートに連結しながら，互いの上に交互に積み重ねられ，構造体１’を生成する。
【０１２９】
プレート又はホイル２５，２６は，磁気熱量活性相２’の粒子を圧縮することにより組み立てられうる。プレート及びホイルの密度は，圧縮条件を調整することにより調整可能である。例えば，圧縮圧力，及び加熱処理を使用する場合，加熱処理の温度及び時間，を上昇・増加させて，プレート又はホイルの密度を高くすることができる。
【０１３０】
第５の実施形態の構造体１’はまた，さらに，先の実施形態に関して述べたような，磁気熱量活性相の粒を覆う外部保護コーティング，熱バリア層，耐食コーティングを含む。
【符号の説明】
【０１３１】
次に，符号について説明する。
【０１３２】
１  磁気熱交換用構造体
【０１３３】
２  磁気熱量活性相
【０１３４】
３  冷却剤の流れの方向
【０１３５】
４  チャネル
【０１３６】
５  第２の方向
【０１３７】
６  構造体の外表面
【０１３８】
７  構造体の低温端
【０１３９】
８  構造体の高温端
【０１４０】
９  第１の活性部分
【０１４１】
１０  第２の活性部分
【０１４２】
１１  第３の活性部分
【０１４３】
１２  熱バリア
【０１４４】
１３  磁気熱量不活性相
【０１４５】
１４  磁気熱量不活性相の粒
【０１４６】
１５  粒の長手方向
【０１４７】
１６  粒の短手方向
【０１４８】
１７  磁気熱量活性相の粒
【０１４９】
１８  磁気熱量活性相の層
【０１５０】
１９  磁気熱量不活性相の層
【０１５１】
２０  外部保護コーティング
【０１５２】
２１  磁気熱量活性相の粒
【０１５３】
２２  粒の長手方向
【０１５４】
２３  粒の短手方向
【０１５５】
２４  鎖
【０１５６】
２５  第１の層
【０１５７】
２６  第２の層
【０１５８】
２７  細孔
【０１５９】
２８  スタック方向
【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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【国際調査報告】
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