(57)【要約】【課題】磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくすることが可能な磁性構造体の提供。【解決手段】磁性構造体（１）は、少なくとも一つの磁気熱量材料部（３）と、少なくとも一つの強磁性材料部（５）とを有する。磁気熱量材料部（３）は、磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される。強磁性材料部（５）は、強磁性材料によって構成される。一つの磁気熱量材料部（３）及び一つの強磁性材料部（５）は、互いに隣り合う位置に並べられている。【選択図】図１
2016003836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される少なくとも一つの磁気熱量材料部（３）と、
強磁性材料によって構成される少なくとも一つの強磁性材料部（５）と
を有し、
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられている
磁性構造体。
【請求項２】
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、双方に対して磁場が印加されるように構成され、当該磁場の印加方向が、互いに隣り合う位置に並べられた前記磁気熱量材料部及び前記強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とされている
請求項１に記載の磁性構造体。
【請求項３】
少なくとも一つの前記磁気熱量材料部と、少なくとも二つの前記強磁性材料部とを有し、
一つの前記磁気熱量材料部は、二つの前記強磁性材料部間に挟まれる位置に配設されている
請求項１又は請求項２に記載の磁性構造体。
【請求項４】
複数の前記磁気熱量材料部と、複数の前記強磁性材料部とを有し、
複数の前記磁気熱量材料部と複数の前記強磁性材料部とが交互に並べられることにより、複数の前記磁気熱量材料部は、それぞれの両側にある前記強磁性材料部間に挟まれる位置に配設されている
請求項３に記載の磁性構造体。
【請求項５】
液状媒体が流通可能な流路を有し、
前記磁気熱量材料部は、前記流路内に配置された磁気熱量材料の粒子又は成形体によって構成され、前記液状媒体が前記粒子又は前記成形体に接触しつつ前記流路内を流通するように構成されている
請求項１−請求項４のいずれか一項に記載の磁性構造体。
【請求項６】
非磁性材料によって構成される非磁性材料部（７）
を有し、
前記強磁性材料部は、それぞれが強磁性材料によって形成された複数の面状強磁性体を、互いの間に間隔を空けて配設してなる構造を有し、
前記非磁性材料部は、前記強磁性材料部を挟んで両側に配設され、
前記流路は、間隔を空けて隣り合う位置にある一対の面状強磁性体と前記非磁性材料部とによって囲まれる領域として構成されている
請求項５に記載の磁性構造体。
【請求項７】
前記強磁性材料部は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの中から選ばれる一種以上を主成分として含む強磁性材料によって構成されている
請求項１−請求項６のいずれか一項に記載の磁性構造体。
【請求項８】
前記磁気熱量材料部は、ＬａＦｅＳｉ系磁気熱量材料、ＬａＦｅＳｉＨ系磁気熱量材料、ＭｎＡｓ系磁気熱量材料、Ｇｄ系磁気熱量材料の中から選ばれる一種以上を含む磁気熱量材料によって構成されている
請求項１−請求項７のいずれか一項に記載の磁性構造体。
【請求項９】
磁場を印加すると発熱する一方、前記磁場の印加を止めると吸熱する磁性構造体（１）を有し、当該磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、前記磁性構造体の発熱時には前記液状媒体を加熱可能、かつ、前記磁性構造体の吸熱時には前記液状媒体を冷却可能に構成されており、
前記磁性構造体は、
磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される少なくとも一つの磁気熱量材料部と、
強磁性材料によって構成される少なくとも一つの強磁性材料部と
を有し、
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられて、双方に対して磁場が印加されるように構成され、当該磁場の印加方向が、前記磁気熱量材料部及び前記強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とされている
熱交換器。
【請求項１０】
磁場を印加すると発熱する一方、前記磁場の印加を止めると吸熱する磁性構造体を有し、当該磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、前記磁性構造体の発熱時には前記液状媒体を加熱可能、かつ、前記磁性構造体の吸熱時には前記液状媒体を冷却可能に構成された熱交換器（１２）と、
前記熱交換器に対して、磁場を印加する状態と磁場を印加しない状態とを切り替え可能に構成された磁場印加部（１３）と
を備え、
前記磁性構造体は、
磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される少なくとも一つの磁気熱量材料部と、
強磁性材料によって構成される少なくとも一つの強磁性材料部と
を有し、
一つの前記磁気熱量材料部及び一つの前記強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられて、双方に対して前記磁場印加部から磁場が印加されるように構成され、当該磁場の印加方向が、前記磁気熱量材料部及び前記強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とされている
冷凍サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に空調、冷蔵、冷凍などに用いられる冷凍サイクルシステムで利用される磁性構造体と、当該磁性構造体を利用して構成された熱交換器及び冷凍サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料を利用して、冷熱（及び温熱）を得ることが可能な冷凍サイクルシステムが知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。また、下記特許文献１には、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３、Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３、ＦｅＲｈ合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｇｅ系、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｎ系等の磁気熱量材料が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２９２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなシステムにおいては、冷凍性能を更に向上させることが課題となっている。このような課題を解決するには、磁場の強さ（磁束密度）を変化させたときの磁気エントロピーの変化量ΔＳを大きくすることが重要である。
【０００５】
そこで、本件発明者は、上述の磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくする手法について、様々な検討を重ねた。その結果、磁気熱量材料を特定の材料と組み合わせて用いることにより、磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳが大きくなることを見いだした。
【０００６】
以下に説明する技術は、上述のような知見に基づいて完成されたものであり、磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくすることが可能な技術である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に説明する磁性構造体は、少なくとも一つの磁気熱量材料部と、少なくとも一つの強磁性材料部とを有する。少なくとも一つの磁気熱量材料部は、磁気熱量効果を示す磁性材料である磁気熱量材料によって構成される。少なくとも一つの強磁性材料部は、強磁性材料によって構成される。これら一つの磁気熱量材料部及び一つの強磁性材料部は、互いに隣り合う位置に並べられている。
【０００８】
このように構成された磁性構造体によれば、当該磁性構造体に対して磁場を印加するに当たって、磁場の印加方向を、互いに隣り合う位置に並べられた磁気熱量材料部及び強磁性材料部のいずれか一方から他方へ向かう方向とすることができる。すなわち、磁気熱量材料部と強磁性材料部が互いに隣り合う位置に配列されて、それらの配列方向と磁場の印加方向とが一致するように磁場を印加することができる。
【０００９】
そして、このように強磁性材料部を磁気熱量材料部と組み合わせて上述のような方向から磁場を印加すると、磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも、上述の磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくすることができる。これは、本件発明者が実験を重ねる中で見いだした事項である。現時点において、このような効果が得られる理由は、明確に解明されてはいない。ただし、いくつかの可能性を検討すれば、以下のような要因があるのではないかと推測される。
【００１０】
第一に、強磁性材料そのものは、通常、単独では顕著な磁気熱量効果を示すことはない。しかし、磁気熱量材料と強磁性材料とを隣り合わせに配置して磁場を印加することにより、強磁性材料にも磁気熱量効果が発現し、磁気熱量材料及び強磁性材料の双方を含む全体としての磁気熱量効果が、磁気熱量材料単独での磁気熱量効果を上回っているのではないかと考えられる。第二に、磁気熱量材料と強磁性材料とを隣り合わせに配置すると、磁場の発生源から強磁性材料に向かって磁束が集中する。そのため、強磁性材料が配置されていない場合に比べ、磁気熱量材料に磁束が通りやすくなり、磁気熱量効果が向上する可能性もある。
【００１１】
以上のような要因は、いずれか一方が主要因かもしれないし、両方が主要因かもしれない。あるいは、以上のような要因以外にも何らかの他の要因が作用している可能性もある。ただし、いずれにしても、上記のような位置に配設された強磁性材料部を採用することにより、磁気エントロピー変化量ΔＳが磁気熱量材料を単独で用いる場合よりも大きくなることは、本件発明者が実施した実験結果（詳細は後述する実施形態参照。）から明らかである。
【００１２】
したがって、上述のような構成を採用した磁性構造体を利用することにより、例えば、同量の磁気熱量材料を使用する場合であれば、磁気熱量材料を単独で用いる場合に比べ、磁気冷凍性能を向上させることができる。あるいは、同程度の磁気冷凍性能を確保する場合であれば、磁気熱量材料を単独で用いる場合に比べ、磁気熱量材料の使用量を削減することができる。そのため、磁気熱量材料の使用量を削減できる分だけ、装置やシステムをコンパクトにすることが可能となり、それらの製造コストを抑えることも可能となる。
【００１３】
また、以上のような磁気構造体を利用すれば、例えば、以下のような熱交換器を構成することができる。すなわち、熱交換器は、上述のような磁性構造体を有し、磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、磁性構造体の発熱時には液状媒体を加熱可能、かつ、磁性構造体の吸熱時には液状媒体を冷却可能に構成される。
【００１４】
このように構成された熱交換器においては、上述の通り、磁性構造体の磁気冷凍性能を向上させることができるので、熱交換器における加熱性能及び冷却性能が向上する。あるいは、十分な磁気冷凍性能を確保しながら磁性構造体をコンパクトにすることもできるので、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００１５】
また、以上のような熱交換器を利用すれば、例えば、以下のような冷凍サイクルシステムを構成することができる。すなわち、冷凍サイクルシステムは、上述のような熱交換器と、磁場印加部とを備える。磁場印加部は、熱交換器に対して、磁場を印加する状態と磁場を印加しない状態とを切り替え可能に構成される。磁性構造体は、上述の通り、磁場を印加すると発熱する一方、磁場の印加を止めると吸熱する。熱交換器は、磁性構造体と液状媒体とを接触させることで、磁性構造体の発熱時には液状媒体を加熱し、磁性構造体の吸熱時には液状媒体を冷却する。
【００１６】
このように構成された冷凍サイクルシステムにおいては、上述の通り、磁性構造体の磁気冷凍性能を向上させることができるので、熱交換器における加熱性能及び冷却性能が向上し、冷凍サイクルシステムとしての性能も向上する。あるいは、十分な磁気冷凍性能を確保しながら磁性構造体をコンパクトにすることもできるので、熱交換器のコンパクト化を図ることができ、冷凍サイクルシステムとしてもコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【図２】冷凍サイクルシステムの一例を示す概念図である。
【図３】性能試験に用いた磁性構造体を示す説明図である。
【図４】性能試験に用いた磁性構造体の磁気エントロピー変化量ΔＳを示すグラフである。
【図５】比較試験に用いた磁性構造体の磁気エントロピー変化量ΔＳを示すグラフである。
【図６】第二実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【図７】第三実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【図８】第四実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【図９】第五実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【図１０】第六実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【図１１】第七実施形態として例示した磁性構造体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、上述の磁性構造体、熱交換器、及び冷凍サイクルシステムについて、例示的な実施形態を挙げて説明する。
（１）第一実施形態
［磁性構造体の構成］
図１に示すように、第一実施形態における磁性構造体１は、磁気熱量材料部３と、強磁性材料部５，５と、非磁性材料部７，７とを備える。磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末によって構成されている。すなわち、本実施形態でいう磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末によって構成されている部分全体を意味し、磁気熱量材料部３の中には複数の粉末粒子が含まれている。
【００２０】
本実施形態の場合、磁気熱量材料としては、ＬａＦｅＳｉ系磁気熱量材料が使用されている。ただし、磁気熱量材料部３を形成する磁気熱量材料は、他の磁気熱量材料であってもよく、例えば、ＬａＦｅＳｉＨ系磁気熱量材料、ＭｎＡｓ系磁気熱量材料、Ｇｄ系磁気熱量材料等であってもよい。磁気熱量材料の粉末は、その粒子径が１ｍｍ前後（粒子径０．５−１．５ｍｍ程度）とされている。
【００２１】
強磁性材料部５は、強磁性材料によって形成された面状体（以下、面状強磁性体ともいう。）によって構成されている。本実施形態の場合、強磁性材料としては、Ｆｅ（厳密には、Ｆｅを主成分とするＦｅ系材料。）が使用されている。ただし、強磁性材料部５を形成する強磁性材料は、他の強磁性材料であってもよく、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの中から選ばれる一種以上を主成分として含む金属（例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎ合金など。）であってもよい。なお、強磁性材料部５を形成する強磁性材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を主成分として含む金属類であれば、強磁性材料としての特性を阻害しない範囲内で、他の副成分（他の金属、炭素、窒素等。）が含まれていてもよい。
【００２２】
非磁性材料部７は、非磁性材料によって形成された面状体（以下、面状非磁性体ともいう。）によって構成されている。本実施形態の場合、非磁性材料としては、エポキシ樹脂が使用されている。ただし、非磁性材料部７を形成する非磁性材料は、他の非磁性材料であってもよく、例えば、エポキシ樹脂以外の各種樹脂材料や各種セラミック材料等であってもよい。
【００２３】
一対の強磁性材料部５，５は、互いの間に間隔を空けて配置されている。一対の非磁性材料部７，７も、互いの間に間隔を空けて配置されている。強磁性材料部５，５及び非磁性材料部７，７を構成する各面状体は、それぞれ略長方形状に形成され、それぞれの長辺同士が互いに接合されて、長辺に対して垂直な断面形状が略四角形となる筒状体９を構成している。なお、強磁性材料部５，５については、それぞれの形状を理解しやすくするため、非磁性材料部７に重なって見えない部分を破線で示してある。
【００２４】
本実施形態において、筒状体９は、端部の寸法Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ１０ｍｍ以下（例えば、５−１０ｍｍ程度。）とされ、軸方向長Ｌ３が１００ｍｍ以下（例えば、５０−１００ｍｍ程度。）とされている。また、強磁性材料部５を構成する面状強磁性体の板厚Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ１ｍｍ以下（例えば、０．１−１ｍｍ程度。）とされている。
【００２５】
筒状体９の内周側は、液状媒体（例えば、水、アルコールなど。）の流路として利用される。その流路内に磁気熱量材料の粉末を充填することにより、上述の磁気熱量材料部３が構成されている。筒状体９の内周側に液状媒体が供給された際、その液状媒体は、磁気熱量材料の粉末粒子に接触しつつ、粉末粒子間の隙間を通り抜けることで、流路内を流通する。なお、図１では図示を省略してあるが、筒状体９の端面にある開口は、図示しないフィルター（例えば、メッシュ状のフィルター等。）により封鎖され、これにより、磁気熱量材料の粉末が筒状体９の外部へこぼれないように構成されている。
【００２６】
以上のように構成された磁性構造体１において、磁気熱量材料部３は、二つの強磁性材料部５間に挟まれる位置に配設され、磁気熱量材料部３及び強磁性材料部５は、互いに隣り合う位置に並べられている。このような磁性構造体１に対し、磁場を印加する際には、磁場の印加方向が、互いに隣り合う位置に並べられた磁気熱量材料部３及び強磁性材料部５のいずれか一方から他方へ向かう方向とされる。すなわち、図１に例示した構造でいえば、磁場の印加方向は、一方の強磁性材料部５から磁気熱量材料部３へ向かう方向、更には磁気熱量材料部３から他方の強磁性材料部５へ向かう方向とされる。
【００２７】
強磁性材料部５との位置関係を考慮して、上述のような方向へ磁場を印加すると、強磁性材料部５が設けられていない場合に比べ、磁性構造体１における磁気エントロピーの変化量ΔＳを大きくすることができる。磁気エントロピー変化量ΔＳがどの程度大きくなるのかについては、後述する。
【００２８】
［冷凍サイクルシステム、及び熱交換器の構成］
以上のような磁性構造体１は、冷凍サイクルシステムの構成要素として有用である。冷凍サイクルシステムの具体的な構造については様々な方式が考えられる。上述の磁性構造体１は、どのような方式のシステムにおいても採用可能であるが、一例としては、例えば、図２に示すような冷凍サイクルシステムを挙げることができる。
【００２９】
この冷凍サイクルシステム１１は、複数の磁性構造体１，１，１，１，…を有する熱交換器１２と、熱交換器１２に対して磁場を印加する状態（図２中の上段の状態）と磁場を印加しない状態（図２中の下段の状態）とを切り替え可能に構成された磁場印加部１３と、液状媒体を圧送するポンプ１５と、液状媒体の循環方向を正逆いずれかの方向に切り替えるバルブ１６と、排熱用熱交換器１７と、冷熱取得用熱交換器１８とを備える。
【００３０】
図２においては、図を簡略にする都合上、熱交換器１２内に四つの磁性構造体１，１，１，１が描かれているが、通常は、更に多数の磁性構造体１が熱交換器１２内に配設される。また、それら多数の磁性構造体１のうち、いくつかは図２に示したように直列に接続されるが、そのように直列に接続された磁性構造体１，１，１，１，…を一組とする構造物が、複数組並列に接続されて熱交換器１２内に配設されている。これら多数の磁性構造体１，１，１，１，…は、それぞれが磁場の印加方向を考慮して、図１に示したような向きにして（すなわち、磁場の印加方向が、一方の強磁性材料部５から磁気熱量材料部３へ向かう方向、更には、磁気熱量材料部３から他方の強磁性材料部５へ向かう方向となるような向きにして）配置される。
【００３１】
磁場印加部１３は、永久磁石又は電磁石等によって構成される。磁場印加部１３は、例えば、熱交換器１２に対して相対的に移動するように構成される。これにより、磁場印加部１３が熱交換器１２に近接した場合は、熱交換器１２に対して磁場を印加する状態（図２中の上段の状態）となる。また、磁場印加部１３が熱交換器１２から離間した場合は、磁場を印加しない状態（図２中の下段の状態）となる。なお、磁場印加部１３を熱交換器１２に対して相対的に移動させるための具体的手法としては、磁場印加部１３側を移動させてもよいし、熱交換器１２側を移動させてもよいし、双方を移動させてもよい。なお、図２中には、磁場印加部１３による磁場の印加方向を二点鎖線の矢印で示してある。
【００３２】
図２中の上段に示すように、磁場印加部１３から熱交換器１２中の磁性構造体１，１，１，１，…に対して磁場を印加すると、各磁性構造体１が発熱する。このとき、バルブ１６を図２中の上段に示す第一ポジションに切り替えると、ポンプ１５から圧送される液状媒体は図中時計回りに循環する。液状媒体は、各磁性構造体１を流通し、その際、液状媒体と各磁性構造体１との間で熱交換が行われて、液状媒体が加熱される。加熱された液状媒体は、排熱用熱交換器１７において空気又は冷却水との間で熱交換されて冷却される。
【００３３】
こうして各磁性構造体１で発生した熱が系外へと放出されたら、図２中の下段に示すように、磁場印加部１３を熱交換器１２から離間させ、磁性構造体１，１，１，１，…に対する磁場の印加を止める。これにより、各磁性構造体１は冷却される。このとき、バルブ１６を図２中の下段に示す第二ポジションに切り替えると、ポンプ１５から圧送される液状媒体は図中反時計回りに循環する。液状媒体は、各磁性構造体１を流通し、その際、液状媒体と各磁性構造体１との間で熱交換が行われて、液状媒体が冷却される。冷却された液状媒体は、冷熱取得用熱交換器１８において空気との間で熱交換される。これにより、例えば、冷却された空気で冷房を行ったり、冷蔵庫内の温度を低下させたりすることができる。
【００３４】
以上のような二つの状態は交互に切り替えられ、これにより、系外への排熱と冷熱取得を交互に繰り返すことができる。また、このような冷凍サイクルシステムを複数系統設けて、それらの位相をずらして運転することにより、各系統では二つの状態を交互に切り替えながら、常に一以上の系統では冷熱取得を行えば、実質的に連続運転を実施することも可能である。
【００３５】
［強磁性材料部の有無による性能の違い］
次に、強磁性材料部５の有無による性能の違いを検証するため、二つの試料Ａ，Ｂを用意し、振動試料型磁力計（ＶＳＭ；Vibrating Sample Magnetometer）を利用して、各試料Ａ，Ｂの磁化特性を測定した。
【００３６】
一方の試料Ａは、図３に示すような磁性構造体１９である。この磁性構造体１９は、円筒形（直径２．５ｍｍ）のホルダ２０と、ホルダ２０内に上述の磁気熱量材料の粉末を充填して構成された磁気熱量材料部３と、磁気熱量材料部３を挟んで両側に配設された強磁性材料部５，５とを備える。本実験において、強磁性材料部５，５は、ホルダ２０内に強磁性材料である鉄粉を充填して構成した。また、もう一方の試料Ｂは、図３に示すような磁性構造体１９から、強磁性材料部５，５をなくし、磁気熱量材料部３を残した構造とした。
【００３７】
磁気熱量材料部３の軸方向寸法は１．５ｍｍ、強磁性材料部５，５の軸方向寸法はそれぞれ１ｍｍとした。磁場の印加方向は、ホルダ２０の軸方向と同方向である。これら二つの試料Ａ，Ｂについて、温度１７６Ｋから２００Ｋまで１Ｋごとに、０−２Ｔ（テスラ）までの磁化曲線（ＭＨ曲線）を測定し、測定した磁化曲線から、下記数式を用いてΔＳを算出した。
【００３８】
【数１】
2016003836.tif 000003
これらの試料Ａ，Ｂについて、温度と磁気エントロピーの変化量ΔＳとの関係をグラフ化した。図４は試料Ａについてのグラフ、図５は試料Ｂについてのグラフである。また、各図中において、実線のグラフは磁場変化が０−２Ｔの場合に対応するグラフ、破線のグラフは磁場変化が０−１Ｔの場合に対応するグラフである。
【００３９】
これらのグラフから明らかなように、強磁性材料部５，５がない場合、磁気エントロピー変化量の最大値ΔＳMAXは３０程度である（図５の実線グラフ参照。）。これに対し、強磁性材料部５，５がある場合は、磁気エントロピー変化量の最大値ΔＳMAXは３４程度まで向上する（図４の実線グラフ参照。）。各試料Ａ，Ｂともに、磁場変化が０−１Ｔの場合は、０−２Ｔの場合よりも磁気エントロピー変化量ΔＳは小さくなる傾向はある。しかし、その場合でも、強磁性材料部５，５がある方が、強磁性材料部５，５がない場合より、磁気エントロピー変化量ΔＳは大きくなる。
【００４０】
したがって、強磁性材料部５，５を設けることにより、磁気熱量材料部３を単独で用いる場合よりも、磁気エントロピー変化量ΔＳを大きくでき、冷凍サイクルシステムの性能を向上させることができるものと考えられる。
【００４１】
（２）第二実施形態
次に、第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態以降の実施形態は、第一実施形態と共通部分が多いので、第一実施形態との相違点を中心に詳述し、共通部分に関しては、第一実施形態と同じ符号を付すだけにとどめ、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
図６に示すように、第二実施形態における磁性構造体２１は、非磁性材料部７が筒状に構成されている点で第一実施形態とは相違する。強磁性材料部５，５は、非磁性材料部７の内周側に配設されている。磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末を強磁性材料部５，５間に充填することによって構成されている。
【００４３】
このような磁性構造体２１でも、第一実施形態と同様に、強磁性材料部５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体２１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。
【００４４】
（３）第三実施形態
次に、第三実施形態について説明する。図７に示すように、第三実施形態における磁性構造体３１は、複数（本実施形態では三つ。）の磁気熱量材料部３，３，３と、複数（本実施形態では四つ。）の強磁性材料部５，５，５，５とを有する。これら複数の磁気熱量材料部３，３，３と複数の強磁性材料部５，５，５，５は、交互に並べられ、これにより、各磁気熱量材料部３は、それぞれの両側にある強磁性材料部５，５間に挟まれる位置に配設されている。各磁気熱量材料部３は、磁気熱量材料の粉末を強磁性材料部５，５間に充填することによって構成されている。
【００４５】
このような磁性構造体３１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５，５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３，３，３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体３１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。
【００４６】
（４）第四実施形態
次に、第四実施形態について説明する。図８に示すように、第四実施形態における磁性構造体４１は、上述の第二実施形態における特徴点と第三実施形態における特徴点とを兼ね備えている。具体的には、非磁性材料部７が筒状に構成されている点で、第二実施形態と同様の構成となっている。また、複数の磁気熱量材料部３，３，３と複数の強磁性材料部５，５，５，５が交互に並べられている点において、第三実施形態と同様の構成となっている。
【００４７】
このような磁性構造体４１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５，５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３，３，３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体４１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。
【００４８】
（５）第五実施形態
次に、第五実施形態について説明する。図９に示すように、第五実施形態における磁性構造体５１は、磁気熱量材料部３が、複数（本実施形態では五つ。）の磁気熱量材料の成形体によって構成されている点で、上述の各実施形態とは相違する。すなわち、本実施形態でいう磁気熱量材料部３は、複数の磁気熱量材料成形体によって構成されている部分全体を意味し、磁気熱量材料部３の中には磁気熱量材料成形体が含まれている。
【００４９】
磁気熱量材料の成形体は、どのような手法で作成されていてもかまわないが、例えば、以下のような手順で作製することができる。まず、磁気熱量材料を構成する元素の粉末を所定の割合（例えば、Ｌａ：１７ｗｔ％、Ｆｅ：７８ｗｔ％、Ｓｉ：５ｗｔ％。）で調合する。そして、その粉末原料を用いて、溶融急冷法（ストリップキャスト法）等によって合金化する。その合金を微粉化し、放電プラズマ焼結装置（ＳＰＳ装置）等により加圧及び加熱して成形物を得る。そして、その成形物を切断、研削、研磨などによって所望の形状（本実施形態の場合は薄板状。）に加工すれば、所期の磁気熱量材料成形体を得ることができる。なお、得られた成形体に対しては、更に後加工を施してもよく、例えば、水素炉（フロー炉）に投入して水素を吸蔵させてもよい。
【００５０】
こうして得られた磁気熱量材料成形体は、複数の磁気熱量材料成形体が間隔を空けて平行に配置されることにより、上述の磁気熱量材料部３が構成される。磁気熱量材料成形体間にある隙間は、上述した液状媒体の流路となる。また、各磁気熱量材料成形体は、強磁性材料部５，５の間に挟まれる。本実施形態の場合、強磁性材料部５を構成する強磁性材料成形体には溝が刻設され、この溝に磁気熱量材料成形体の端部を組み込むことにより、各磁気熱量材料成形体が強磁性材料部５，５間に保持されている。ただし、磁気熱量材料成形体と強磁性材料成形体との接合箇所は、上述のような溝以外の手法を利用して接合されていてもよい。例えば、磁気熱量材料成形体と強磁性材料成形体とを接着剤で接着してもよいし、磁気熱量材料成形体と強磁性材料成形体に対して高温熱処理を施して両者を接合してもよい。
【００５１】
このような磁性構造体５１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体５１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。
【００５２】
（６）第六実施形態
次に、第六実施形態について説明する。図１０に示すように、第六実施形態における磁性構造体６１は、上述の第四実施形態における特徴点と第五実施形態における特徴点とを兼ね備えている。具体的には、複数（本実施形態では三つ。）の磁気熱量材料部３，３，３と複数（本実施形態では四つ。）の強磁性材料部５，５，５，５が交互に並べられている点において、第四実施形態と同様の構成となっている。各磁気熱量材料部３が、複数（本実施形態では五つ。）の磁気熱量材料の成形体によって構成されている点は、第五実施形態と同様の構成となっている。
【００５３】
このような磁性構造体６１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５，５，５，５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３，３，３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体６１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。
【００５４】
（７）第七実施形態
次に、第七実施形態について説明する。図１１に示すように、第七実施形態における磁性構造体７１は、第二実施形態と類似の構成とされているが、第二実施形態においては二つあった強磁性材料部５が、第七実施形態においては一つとされている点で、第二実施形態とは相違する。この場合、磁場の印加方向は、強磁性材料部５から磁気熱量材料部３へ向かう方向、及び磁気熱量材料部３から強磁性材料部５へ向かう方向のうち、いずれの方向とされていてもよい。
【００５５】
このような磁性構造体７１でも、上述の各実施形態と同様に、強磁性材料部５が設けられていない場合（すなわち、磁気熱量材料部３が単独で設けられている場合。）に比べ、磁性構造体７１全体としての磁気熱量効果を向上させることができる。
【００５６】
（８）他の実施形態
以上、磁性構造体、熱交換器、及び冷凍サイクルシステムについて、例示的な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、冷凍サイクルシステムの具体的構成について、一例を例示したが、冷凍サイクルシステム自体は例示した構成以外のものであってもよく、その場合でも、上述の磁性構造体を採用することで、磁気冷凍性能の向上を図ることができる。
【００５８】
また、第五実施形態及び第六実施形態では、五つの磁気熱量材料成形体で一つの磁気熱量材料部３を構成する例を示したが、磁気熱量材料部３を構成する磁気熱量材料成形体の数は任意であり、四つ以下あるいは六つ以上であってもよい。また、複数の磁気熱量材料部３，３，３…を備える場合、各磁気熱量材料部３は全く同じ構造でなくてもよく、例えば、ある磁気熱量材料部３と別の磁気熱量材料部３とで、それぞれに含まれる磁気熱量材料成形体の数や、磁気熱量材料粉末の充填量が異なっていてもよい。
【００５９】
なお、上記各実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…磁性構造体、３…磁気熱量材料部、５…強磁性材料部、７…非磁性材料部、９…筒状体、１１…冷凍サイクルシステム、１２…熱交換器、１３…磁場印加部、１５…ポンプ、１６…バルブ、１７…排熱用熱交換器、１８…冷熱取得用熱交換器、１９…磁性構造体、２０…ホルダ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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