(57)【要約】【課題】  温度によって磁化が変化する磁性体に対する加熱温度と冷却温度との温度差が小さくても、大きな磁化の差を得ることができ、大きな電気エネルギー出力を得ることを可能とする。【解決手段】  磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する磁性体を用いた熱発電機において、感温性磁性材料１１に対して、加熱と冷却を繰り返すことによって磁性体１１に巻かれたコイル１４を通る磁束が変化し、その変化に伴いコイル１４に起電力が生じる。このとき、感温性磁性材料は、温度変化による常磁性から強磁性への相転移が一次転移であるのでそのときに磁化の変化は急峻であり、加熱温度と冷却温度とを相転移温度を挟むように設定することで、加熱と冷却との温度差が小さくても、大きな磁化の変化を得ることができ、大きな電気エネルギーを得ることができる。【選択図】  図７
2005086903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度によって常磁性から強磁性へ相転移して磁化が変化する磁性体を用い、該磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、
前記磁性体を加熱するための加熱源と、
前記磁性体を冷却するための冷却源と、
前記加熱源による加熱と前記冷却源による冷却とを交互に前記磁性体に作用させる作用手段とを備え、
前記加熱の温度と前記冷却の温度は、前記磁性体の一次相転移による、温度変化に対する磁化の変化が最も大きい温度を挟んだ両側の温度であることを特徴とする熱発電機。
【請求項２】
温度によって常磁性から強磁性へ相転移して磁化が変化する磁性体を用い、該磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、
前記磁性体を加熱するための加熱源と、
前記磁性体を冷却するための冷却源と、
前記加熱源による加熱と前記冷却源による冷却とを交互に前記磁性体に作用させる作用手段とを備え、
前記加熱の温度と前記冷却の温度は、前記磁性体の磁化の変化が一次転移と同様に急峻である二次相転移による、温度変化に対する磁化の変化が最も大きい温度を挟んだ両側の温度であることを特徴とする熱発電機。
【請求項３】
前記磁性体は、MnAs、Mn(As1-xSbx)（０＜ｘ≦０．２）で表される化合物、またはMnFe(P1-xAsx)（０．２≦ｘ≦０．８）で表される化合物、またはLa(Fe1-xSix)13Hy（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦３）で表される化合物、またはGd5(Si1-xGex)4（０．４≦ｘ≦０．６）で表される化合物であることを特徴とする請求項１または２記載の熱発電機。
【請求項４】
前記磁性体にバイアス磁場を印加する磁場発生装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３記載の熱発電機。
【請求項５】
前記加熱源は、工場等の温排水、機器等の排熱または地熱等の天然熱源であることを特徴とする請求項１乃至４記載の熱発電機。
【請求項６】
前記冷却源は、大気、または水であることを特徴とする請求項１乃至４記載の熱発電機。
【請求項７】
温度によって常磁性から強磁性へ相転移して磁化が変化する磁性体を用い、予め磁化された該磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、
前記磁性体を加熱するための加熱源と、
前記磁性体を冷却するための冷却源と、
前記加熱源による加熱と前記冷却源による冷却とを交互に前記磁性体に作用させる作用手段とを備え、
前記加熱された温度と前記冷却された温度との温度差が１０℃以下の場合、０．５テスラ以上の磁化の変化を生じることを特徴とする熱発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体を用いた熱発電機に関し、より詳細には、工場などからの温排水のような低質の熱を回収して電力に変換する磁性体を用いた熱発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性体を用いた熱発電機は、温度によって磁化が変化する磁性材料を利用したものであり、今日まで幾つかの装置が提案されている。
【０００３】
磁性体を用いた熱発電機としては図１に示すようなものがある。図１は、温度によって磁化が変化する磁性材料１を挟むように永久磁石２を配設し、二つの永久磁石を連結させるようにヨーク３が配設された磁気回路において、ヨーク３の磁束の変化に対応した電圧を発生させるようにコイル４が巻かれた装置である。（特許文献１参照）
温度によって磁化が変化する磁性体１は、温度により磁化および透磁率が変化する物質で、特許文献１においては温度によって磁化が変化するフェライトが例示されている。また温度によって磁化が変化する磁性体としては、ニッケル鉄合金であるサーマロイなど、整磁材料と呼ばれる材料が用いられることが多い。
【０００４】
図１の装置において、温度によって磁化が変化する磁性材料１は、冷却することで磁化が大きくなる材料のことである。同図において、温度によって磁化が変化する磁性材料１を冷却して透磁率を大きくすることで、磁気回路が閉じた状態となりヨーク３を通る磁束が増す。これによりコイル４は磁束の変化に伴う起電力を生じ、電気出力を得ることができる。逆に、温度によって磁化が変化する磁性材料１を加熱すると透磁率が小さくなりヨーク３を通る磁束は減少するため、コイル４は冷却時と逆符号の起電力を生じる。よって加熱，冷却を交互に行うことにより、コイル４から交流電気出力を得ることができる。
【０００５】
また、図２に示すようにコイル４が温度によって磁化が変化する磁性材料１に巻かれた構造の装置を用いることもできる。この場合、ヨーク３を用いずに永久磁石のみを用いた磁気回路の場合などに有効である。また、図３のように温度によって磁化が変化する磁性材料１の近傍にコイル４を配設し、温度によって磁化が変化する磁性材料１近傍の漏洩磁束の変化によりコイルに起電力を発生する構造を用いてもよい。また、図４に示すように、温度によって磁化が変化する磁性材料１に巻いたコイル４ａと温度によって磁化が変化する磁性材料１近傍に設置したコイル４ｂを、互いの起電力が増すように、直列接続する構造であっても良い。
【０００６】
図２の装置においては、温度によって磁化が変化する磁性材料１を冷却すると温度によって磁化が変化する磁性材料１自体の磁化が大きくなり、温度によって磁化が変化する磁性材料１を貫く磁束が増す。これにより、温度によって磁化が変化する磁性材料１に巻かれたコイル４は磁束の変化に伴う起電力を生じ、電気出力を得ることができる。また、温度によって磁化が変化する磁性材料１を加熱した場合は逆の磁束変化が生じ、コイル４には冷却時と逆符号の起電力を生じることになる。従って、図２に示す装置においても、加熱冷却を交互に行うことにより、コイル４から交流電気出力を得ることができる。
【０００７】
また、図３および図４に示された装置においても、温度によって磁化が変化する磁性材料を加熱または冷却することにより、それぞれのコイルを通る磁束が変化し、その磁束の変化に伴う起電力が生じる。従って、その加熱冷却を繰り返すことにより、図１および図２に示された装置と同様に、交流電気出力を発生する。
【０００８】
また、同様の装置において、温度によって磁化が変化する磁性材料としてRCo5系材料やR2Fe17系材料（Rは希土類金属）などの、温度あるいは磁場により磁気モーメントの方向を９０度変えるという、所謂、スピン再配列現象を有する材料を用いた熱発電機が提案されている。（特許文献２参照）スピン再配列現象を有する材料としてNdCo5を用いた場合、図５に示すように、２６５ケルビンを常磁性から強磁性への相転移温度（キュリー温度）として、その前後の温度幅４０℃の変化によりNdCo5の磁化は13.2kG（1.32T）変化する。例えば図２に示す装置において温度によって磁化が変化する磁性材料１としてNdCo5を用い、永久磁石により１テスラの磁場が印加されるとすると、NdCo5の磁化の変化分をΔＭ、磁石から発生する磁場μ0Ｈとして、転移温度を挟んだ４０℃の温度変化により得られる磁気的エネルギーΔＵは
ΔＵ＝−ΔＭ・Ｈ＝1.32/μ0  （μ0：真空の透磁率）
となり、そのうちジュール熱損失等を差し引いた分を電気エネルギーとして取り出すことが可能である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２６６６９９号公報
【特許文献２】特公昭５７−５８８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの熱発電機は、工場等からの温排水、機器等の排熱、地熱等の天然熱源などからの比較的低質（低温）の熱を回収し、従来であれば捨てられていた熱エネルギーを利用し、エネルギーの有効活用および省エネルギーに貢献するように使用されることが考えられている。そのためには熱源（工場等からの温排水等）と冷却源（主に大気または水等）との温度差が小さくても、大きな磁化の差ΔＭが得られ、大きな電気エネルギー出力を得られるようにしなければならない。
【００１１】
しかしながら、上述の熱発電機では、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合、大きな磁化の差を得ることが難しい。
【００１２】
本発明は、小さな温度差でも大きな磁化の差を得ることにより、大きな電気エネルギー出力を得ることが可能な熱発電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
よって、本発明は、温度によって常磁性から強磁性へ相転移して磁化が変化する磁性体を用い、該磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、前記磁性体を加熱するための加熱源と、前記磁性体を冷却するための冷却源と、前記加熱源による加熱と前記冷却源による冷却とを交互に前記磁性体に作用させる作用手段とを備え、前記加熱の温度と前記冷却の温度は、前記磁性体の一次相転移による、温度変化に対する磁化の変化が最も大きい温度を挟んだ両側の温度であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、温度によって常磁性から強磁性へ相転移して磁化が変化する磁性体を用い、該磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、前記磁性体を加熱するための加熱源と、前記磁性体を冷却するための冷却源と、前記加熱源による加熱と前記冷却源による冷却とを交互に前記磁性体に作用させる作用手段とを備え、前記加熱の温度と前記冷却の温度は、前記磁性体の磁化の変化が一次転移と同様に急峻である二次相転移による、温度変化に対する磁化の変化が最も大きい温度を挟んだ両側の温度であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、温度によって常磁性から強磁性へ相転移して磁化が変化する磁性体を用い、予め磁化された該磁性体に対して加熱および冷却を繰り返すことで熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、前記磁性体を加熱するための加熱源と、前記磁性体を冷却するための冷却源と、前記加熱源による加熱と前記冷却源による冷却とを交互に前記磁性体に作用させる作用手段とを備え、前記加熱された温度と前記冷却された温度との温度差が１０℃以下の場合、０．５テスラ以上の磁化の変化を生じることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、熱を電気エネルギーに変換する熱発電機において、常磁性から強磁性への相転移が一次転移である磁性材料を備えたので、工場等の温排水等の熱源と空気または水等の冷却源との温度差が小さい場合でも、磁性材料の加熱部分と冷却部分との間の磁化の差を大きくすることができ、大きな電気エネルギー出力を得ることが可能である。また、磁性材料の組成を変えることにより、常磁性から強磁性への相転移温度を任意に変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の熱発電機においては、温度によって磁化が変化する磁性材料（本明細書では、「感温性磁性材料」ともいう）として、温度変化による常磁性と強磁性との相転移が一次の相転移であり、相転移温度（キュリー温度）近傍の磁化の変化が従来の感温性磁性材料と比較して急峻である物質を用いる。または、温度変化による常磁性と強磁性との相転移が二次相転移であるが、一次相転移に極めて近い状態であり、キュリー温度近傍の磁化の変化が従来の感温性磁性材料と比較して急峻である物質を用いても良い。
【００１８】
図６（ａ）および（ｂ）は、本発明に係る常磁性と強磁性とが一次相転移である物質の温度と磁化の関係を示す図である。
【００１９】
図６（ａ）に示すように、キュリー温度近傍で磁化が急峻に変化する物質に対して、本発明に係る熱発電機に用いる感温性磁性材料の加熱温度（以降単に、加熱温度と呼ぶ）と本発明に係る熱発電機に用いる感温性磁性材料の冷却温度（以降単に、冷却温度と呼ぶ）とを、キュリー温度を挟むようにして設定する。すなわち、加熱温度をキュリー温度よりわずかに高い温度に設定し、冷却温度をキュリー温度よりわずかに低い温度に設定すると、加熱部分と冷却部分との間で大きな磁化の差が生じる。このようにして得られた磁化の差から大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００２０】
図６（ｂ）に示すように、一次相転移では通常、キュリー温度近傍で磁化のヒステリシスが見られる。この場合において、加熱温度を昇温ヒステリシス曲線の最高温度よりわずかに高い温度に設定し、冷却温度を降温ヒステリシス曲線の最低温度よりわずかに低い温度に設定する。それにより、過熱部分と冷却部分との間に大きな磁化の差が生じる。従って、小さな温度差で大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００２１】
上述のような温度変化による常磁性から強磁性への相転移が一次である物質としては、Mn(As,Sb)、MnFe(P,As)、La(Fe,Si)13Hy、Gd5(Si,Ge)4などが存在する。またこれらの物質は、組成によっては相転移が二次になることがあるが、一次相転移に近い状態では、二次相転移による磁化の変化は急峻である。すなわち、温度による常磁性から強磁性への相転移が二次であっても、小さな温度差で大きな磁化の差を生じるものであれば、本発明に含まれる。
【００２２】
上述のように、本発明によれば、温度変化による常磁性から強磁性への相転移が一次である物質において、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合でも、大きな磁化の差を得ることができる。好ましくは、温度差１０℃以下で、磁化の差が０．５テスラ以上である場合が望ましい。
【００２３】
（実施形態１）
本実施形態は、本発明に係る熱発電機の温度よって磁性が変化する磁性材料としてMnAsおよびMn(As0.95Sb0.05)を用いる場合である。
【００２４】
図７は、MnAsおよびMn(As0.95Sb0.05)の磁化の温度変化を示す図である。  
図７において、MnAsの場合、常磁性と強磁性との相転移にヒステリシスが見られ、一次相転移であることがわかる。従って、冷却温度を降温ヒステリシス曲線の最低温度よりもわずかに低い温度に設定し、加熱温度を昇温ヒステリシス曲線の最高温度よりもわずかに高い温度の設定することで、冷却時と加熱時との間に大きな磁化の差を生じることができる。例えば、冷却温度を水の温度として３５℃に、加熱温度を工場等の温排水の温度として５０℃に設定した場合、冷却部分と加熱部分の磁化の差は約０．８テスラとなり、従来の感温性磁性材料であるNdCo5のキュリー温度近傍における温度差１５℃での磁化の差約０．５テスラと比較すると、MnAsを用いた場合は、約１．５倍の磁化の差を得ることができる。従って、従来の材料を用いたときの約１．５倍の電気エネルギー出力が期待できる。また、従来の材料であるNdCo5は、冷却温度が２６５ケルビン以下でなければならなかったが、本実施形態で用いたMnAsの冷却温度は、室温に設定することができる。
【００２５】
図８は、本発明に係る感温性磁性材料を用いた熱発電機を示す図である。  
図８において、感温性磁性材料の粒を含む容器１１（以降、単に容器１１と呼ぶ）は、コイル１４によって巻かれており、コイル１４の円周方向が磁場に垂直になるように磁場発生装置２２内の磁場中に配設されている。磁場発生装置２２によって、容器内の感温磁性材料は磁化される。コイル１４は、電圧計１５に接続されている。また、容器１１は、図示していない第１供給管と接続されている。第１供給管は、図示していない弁を介して図示していない加熱源を供給する第２供給管と図示していない冷却源を供給する第３供給管とに接続される。加熱源および冷却源は、図示していないポンプによって第２供給管および第３供給管へと供給される。弁は、図示していないアクチュエータによって制御されている。さらに、容器１１は、図示していない排水管が接続されている。
【００２６】
本実施形態においては、弁、ポンプ、第１供給管、第２供給管および第３供給管により作用手段が構成される。
【００２７】
図８において、電圧計１５と図示していないバッテリを並列に接続しても良い。また、コイル１４を容器１１の近傍に配設しても良い。さらに、感温性磁性材料１１に巻かれたコイルと容器１１の近傍に配設されたコイルとを直列に接続するようにしても良い。
【００２８】
以下で、感温性磁性材料としてMnAsを用いた場合の、図８で例示した熱発電機の動作を説明する。
【００２９】
アクチュエータにより弁を第２供給管に切り替えることにより加熱源である工場等の温排水を容器１１に供給して、容器１１を加熱すると、容器１１中の感温性磁性材料の磁化は小さくり、コイル１４を通る磁束は減少する。この磁束の変化に伴い、コイル１４に起電力が生じる。このとき、容器１１に注入された工場等の温排水は排水管によって排水される。次に、アクチュエータにより弁を第３供給管に切り替えることにより冷却源である水を容器１１に供給して、容器１１を冷却する。このとき、容器１１中の感温性磁性材料の磁化は大きくなり、コイル１４を通る磁束は増加する。この磁束の変化に伴い、コイル１４に加熱時とは逆符号の起電力が生じる。容器１１に注入された工場等の温排水は排水管によって排水される。この加熱冷却を周期的に繰り返すことにより、コイル１４に発生する電圧を電圧計１５によって測定する。
【００３０】
本実施形態においては、加熱源を工場等の温排水としたが、例えば、機器等の排熱、地熱等の天然熱源等のように、感温性磁性材料を加熱するものであれば、本実施形態の加熱源として用いることができる。また、冷却源を水としたが、例えば、大気等のように、感温性磁性材料を冷却するものであれば、本実施形態の冷却源として用いることができる。
【００３１】
本実施形態では、加熱温度を５０℃、冷却温度を３５℃と設定したが、加熱温度は、昇温ヒステリシス曲線の最高温度よりも高い温度であればいずれでも良く、冷却温度は、降温ヒステリシス曲線の最低温度よりも低い温度であればいずれでも良い。
【００３２】
図８に例示された熱発電機において、感温性磁性材料として、従来より用いられるNdCo5を用いた場合と本実施形態で用いたMnAsを用いた場合とについて同じ加熱温度と冷却温度とによって、熱を電気エネルギーに変換したところ、本実施形態で用いたMnAsを用いた場合の方が大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００３３】
また、背景技術で示した図１〜図４の構成の熱発電機において、感温性磁性材料として本実施形態で用いたMnAsを用いた場合においても上述と同様に、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合でも、得られる磁化の差は大きく、大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００３４】
図７中に示されるように、MnAsのヒ素（As）を５%アンチモン（Sb）で置換した物質であるMn(As0.95Sb0.05)の場合には、キュリー温度が低下し、相転移のヒステリシスが小さくなる。さらにアンチモン１０％以上置換した物質では、キュリー温度はさらに低下する。またヒステリシスは消失し、二次の相転移となる。このような材料ではヒステリシスが無いため、より小さな温度差で比較的大きな出力を得る場合に有効である。また、組成すなわちアンチモン置換量によりキュリー温度が調節できるため、加熱源である工場等の温排水等の温度、または冷却源である大気の温度あるいは水温に合わせて、最適な組成の材料を選ぶことができる。Sb置換のみならず、他の置換元素を加えることによっても、同様にキュリー温度およびヒステリシス形状を変化させることができ、使用条件によって適当な材料を選択することが可能である。
【００３５】
以上本実施形態によれば、磁性体を用いる熱発電機において、感温性磁性材料としてMnAsおよびMn(As0.95Sb0.05)を用いると、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合でも、大きな磁化の差を得ることができ、従って、大きな電気エネルギーを得ることができる。また、冷却温度を室温に設定することができる。さらに、Mn(As0.95Sb0.05)において、アンチモンの置換量を変化させると、それに伴ってキュリー温度を変化させることができる。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態は、本発明に係る熱発電機の温度よって磁性が変化する磁性材料としてMnFe(P0.45As0.55)を用いる場合である。
【００３７】
なお、MnFe(P1-xAsx)は、PとAsとの構成比が、１−ｘ対ｘであることを示している。本実施形態においては、MnFe(P1-xAsx)は、０．２≦ｘ≦０．８の範囲で用いることができる。
【００３８】
本実施形態において、MnFe(P0.45As0.55)は、常磁性から強磁性へと相転移するキュリー温度約２５℃において、急激な磁化の変化が見られる。すなわち、MnFe(P0.45As0.55)は、一次の相転移を示す材料である。従って、約２５℃を挟むようにして、加熱温度および冷却温度を設定することにより、大きな磁化の差を得ることができる。また、キュリー温度が約２５℃であるので、冷却温度を室温に設定することができる。
【００３９】
本実施形態において、図８で例示した熱発電機を用いるが、その構成、動作は実施形態１で説明したのでここでは省略する。
【００４０】
図８の熱発電機において、感温性磁性材料としてMnFe(P0.45As0.55)を用いる。例えば、冷却温度を１７℃、加熱温度を３２℃に設定した場合、冷却部分と加熱部分の磁化の差は約０．８テスラとなる。これは実施形態１のMnAsの場合と同様に、従来材料であるNdCo5と比較して、小さい温度差で大きな電気エネルギー出力を得ることができることを示している。
【００４１】
また、背景技術で示した図１〜図４の構成の熱発電機において、感温性磁性材料として本実施形態で用いたMnFe(P0.45As0.55)を用いた場合においても上述と同様に、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合でも、得られる磁化の差は大きく、大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００４２】
また、本実施形態で用いたMnFe(P0.45As0.55)においては、リン(P)とヒ素(As)との組成比を変化させることで、キュリー温度を変化させることができる。具体的にはAsの比率を小さくするとキュリー温度は低下し、逆にAsの比率を大きくすることでキュリー温度を上昇させることができる。また、他の置換元素を加えることによってもキュリー温度を変化させることができる。
【００４３】
従って、実施形態１のMn(As,Sb)と同様に、組成によりキュリー温度を調節することで、熱源温度などの使用環境により最適な材料を選択することができる。
【００４４】
（実施形態３）
本実施形態は、本発明に係る熱発電機の温度のよって磁性が変化する磁性材料としてLa(Fe0.88Si0.12)13H1.5を用いる場合である。
【００４５】
なお、La(Fe1-xSix)13Hyは、FeとSiとの構成比が、１−ｘ対ｘであることを示している。本実施形態においては、La(Fe1-xSix)13Hyは、０．２≦ｘ≦０．８および０≦ｙ≦３の範囲で用いることができる。
【００４６】
本実施形態において、La(Fe0.88Si0.12)13H1.5は、常磁性から強磁性へと相転移するキュリー温度約６０℃において、急激な磁化の変化が見られる。すなわち、La(Fe0.88Si0.12)13H1.5は、一次の相転移を示す材料である。従って、約６０℃を挟むようにして、加熱温度および冷却温度を設定することによって、大きな磁化の差を得ることができる。また、キュリー温度が６０℃であるので、冷却温度を室温に設定することができる。
【００４７】
本実施形態において、図８で例示した熱発電機を用いるが、その構成、動作は実施形態１で説明したのでここでは省略する。
【００４８】
図８の熱発電機において、感温性磁性材料としてLa(Fe0.88Si0.12)13H1.5を用いる。例えば、冷却温度を５２℃、加熱温度を６７℃に設定した場合、冷却部分と加熱部分の磁化の差は約０．７テスラとなる。これは実施形態１のMnAsの場合と同様に、従来材料であるNdCo5と比較して、小さい温度差で大きな電気エネルギー出力を得ることができることを示している。
【００４９】
また、背景技術で示した図１〜図４の構成の熱発電機において、感温性磁性材料として本実施形態で用いたLa(Fe0.88Si0.12)13H1.5を用いた場合においても上述と同様に、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合でも、得られる磁化の差は大きく、大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００５０】
また、本実施形態で用いたLa(Fe0.88Si0.12)13H1.5においては、水素の組成比を変化させることで、キュリー温度を変化させることができる。具体的には水素の組成比を小さくすることによりキュリー温度を低下させることができる。また、他の置換元素を加えることによってもキュリー温度を変化させることができる。
【００５１】
従って、実施形態１のMn(As,Sb)と同様に、組成によりキュリー温度を調節することで、熱源温度などの使用環境により最適な材料を選択することができる。
【００５２】
（実施形態４）
本実施形態は、本発明に係る熱発電機の温度のよって磁性が変化する磁性材料としてGd(Si0.5Ge0.5)4を用いる場合である。
【００５３】
なお、Gd(Si1-xGex)4は、SiとGeとの構成比が、１−ｘ対ｘであることを示している。本実施形態においては、Gd(Si1-xGex)4は、０．４≦ｘ≦０．６の範囲で用いることができる。
【００５４】
本実施形態において、Gd(Si0.5Ge0.5)4は、キュリー温度約３℃において、急激な磁化の変化が見られる。すなわち、Gd(Si0.5Ge0.5)4は、一次の相転移を示す材料である。従って、約３℃を挟むようにして、加熱温度および冷却温度を設定することにより、おおきな磁化の差を得ることができる。また、キュリー温度が３℃であるので、従来の材料であるNdCo5よりも冷却温度を高く設定することができる。
【００５５】
本実施形態において、図８で例示した熱発電機を用いるが、その構成、動作は実施形態１で説明したのでここでは省略する。
【００５６】
図８の熱発電機において、感温性磁性材料としてGd(Si0.5Ge0.5)4を用いる。例えば、冷却温度を０℃、加熱温度を１５℃に設定した場合、冷却部分と加熱部分の磁化の差は約０．６テスラとなる。これは実施形態１のMnAsの場合と同様に、従来材料であるNdCo5と比較して、小さい温度差で大きな電気エネルギー出力を得ることができることを示している。
【００５７】
また、背景技術で示した図１〜図４の構成の熱発電機において、感温性磁性材料として本実施形態で用いたGd(Si0.5Ge0.5)4を用いた場合においても上述と同様に、加熱温度と冷却温度との温度差が小さい場合でも、得られる磁化の差は大きく、大きな電気エネルギーを得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態で用いたGd(Si0.5Ge0.5)4においても、シリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)組成比を変化させることで、キュリー温度を変化させることができる。また、他の置換元素を加えることによってもキュリー温度を変化させることができる。
【００５９】
従って、実施形態１のMn(As,Sb)と同様に、組成により相転移温度を調節することで、熱源温度などの使用環境により最適な材料を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来の感温性磁性材料を用いた熱発電機を示す図である。
【図２】従来の感温性磁性材料を用いた熱発電機を示す図である。
【図３】従来の感温性磁性材料を用いた熱発電機を示す図である。
【図４】従来の感温性磁性材料を用いた熱発電機を示す図である。
【図５】感温性磁性材料であるNdCo5の磁化の温度変化を示す図である。
【図６】本発明に係る常磁性と強磁性とが一次相転移である物質の磁化の温度変化を示す図である。
【図７】本発明に係るMnAsおよびMn(As0.95Sb0.05)の磁化の温度変化を示す図である。
【図８】本発明に係る感温性磁性材料を用いた熱発電機を示す図である。
【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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【図８】
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