JPS6230840A - 磁気冷凍作業物質及びその製造方法 - Google Patents
磁気冷凍作業物質及びその製造方法Info
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- JPS6230840A JPS6230840A JP60169788A JP16978885A JPS6230840A JP S6230840 A JPS6230840 A JP S6230840A JP 60169788 A JP60169788 A JP 60169788A JP 16978885 A JP16978885 A JP 16978885A JP S6230840 A JPS6230840 A JP S6230840A
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- Japan
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- magnetic
- temperature
- alloy
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- refrigeration
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は磁気冷凍機の磁気冷凍作業物質及びその製造方
法に関する。
法に関する。
従来技術
近年、低温利用の範囲が著しく広がり、効率のよい冷凍
機の開発が要望されている。
機の開発が要望されている。
従来の気体の圧縮−膨張を繰返す冷凍法では、低温にな
るほど効率が低下する。そこで、全く新しい原理に基づ
く磁気冷凍法が注目されるようになった。
るほど効率が低下する。そこで、全く新しい原理に基づ
く磁気冷凍法が注目されるようになった。
一般に、磁性体を強磁界中に挿入し、磁気スピンを整列
状態にすると発熱が起こる。この熱を外部に取去った後
、強磁界中から磁性体を引出して、磁気スピンを擾乱状
態にすると吸熱が起こり、外部の冷凍対象物から熱を奪
い冷凍する。磁気冷凍法はこの原理を利用するもので、
機構的には磁気冷凍における磁気スピンの整列の擾乱が
、気体冷凍における気体の圧縮−膨張て対応する。２０
Ｋ（ケルビン）より低い温度では、逆カルノーサイクル
が利用できるが、２０に以上では格子比熱が大きくなる
ので、蓄冷器迩− ヲ用いた携エリクソンサイクルなどを４ ’ＪｉＦＲＩ
Ａ；ｉ乏ければならない。
状態にすると発熱が起こる。この熱を外部に取去った後
、強磁界中から磁性体を引出して、磁気スピンを擾乱状
態にすると吸熱が起こり、外部の冷凍対象物から熱を奪
い冷凍する。磁気冷凍法はこの原理を利用するもので、
機構的には磁気冷凍における磁気スピンの整列の擾乱が
、気体冷凍における気体の圧縮−膨張て対応する。２０
Ｋ（ケルビン）より低い温度では、逆カルノーサイクル
が利用できるが、２０に以上では格子比熱が大きくなる
ので、蓄冷器迩− ヲ用いた携エリクソンサイクルなどを４ ’ＪｉＦＲＩ
Ａ；ｉ乏ければならない。
これらの磁気冷凍法は、従来の気体１４ｐ；を比べて、
高い冷凍効率が得られ、かつ圧縮機が不要となるため振
動や騒音が減り、小型経世化やコンピュータ制御ができ
るなどの多くの優れた特徴をもっている。このような優
れた磁気冷凍法を実用化するためには、高性能の磁気冷
凍作業物質の開発が不可欠である。
高い冷凍効率が得られ、かつ圧縮機が不要となるため振
動や騒音が減り、小型経世化やコンピュータ制御ができ
るなどの多くの優れた特徴をもっている。このような優
れた磁気冷凍法を実用化するためには、高性能の磁気冷
凍作業物質の開発が不可欠である。
現在、２０により低い温度領域における磁気冷凍作業物
質としては、Ｇｄｓ Ｇａｓ ０１！ 、Ｇｄ５（Ｇａ
＋ −ｘ Ａｌ ｘ ）ｓ Ｏ＋ｓなどのガーネット単
結晶が優れた特性を持つとされ、これを用いた磁気冷凍
試験が行われている。
質としては、Ｇｄｓ Ｇａｓ ０１！ 、Ｇｄ５（Ｇａ
＋ −ｘ Ａｌ ｘ ）ｓ Ｏ＋ｓなどのガーネット単
結晶が優れた特性を持つとされ、これを用いた磁気冷凍
試験が行われている。
前記のガーネット系では、反強磁性−常磁性転移のネー
ル温度がＩＫ近傍にあり、２０に干満てはこの転移が利
用できるが、２０に以上になると、外部磁界による磁気
エントロピー変化が小さくなり、冷凍能力が著しく低下
する。
ル温度がＩＫ近傍にあり、２０に干満てはこの転移が利
用できるが、２０に以上になると、外部磁界による磁気
エントロピー変化が小さくなり、冷凍能力が著しく低下
する。
２０に〜３００にの温度領域の磁気冷凍機では、強磁性
−常磁性転移のキュリ一温度近傍の外部磁界による大き
な磁気エントロピー変化を利用するのが有利になる。こ
の磁気冷凍作業物質には、キュリ一温度が作業温度の範
囲にあるものが要求される。
−常磁性転移のキュリ一温度近傍の外部磁界による大き
な磁気エントロピー変化を利用するのが有利になる。こ
の磁気冷凍作業物質には、キュリ一温度が作業温度の範
囲にあるものが要求される。
さらに、磁気モーメントが大きいこと、格子比熱が小さ
いこと、熱伝導率が大きいことなどが要求されるが、こ
の温度領域で優れた特性を持つものは現在得られていな
い。
いこと、熱伝導率が大きいことなどが要求されるが、こ
の温度領域で優れた特性を持つものは現在得られていな
い。
発明の目的
本発明の目的は、２０に〜３００にの温度領域において
、磁気エントロピーが大きく、優れた磁気冷凍性能を持
つ磁気冷凍機の作業物質及びその製造方法を提供するに
ある。
、磁気エントロピーが大きく、優れた磁気冷凍性能を持
つ磁気冷凍機の作業物質及びその製造方法を提供するに
ある。
磁気モーメントの大きい希土類元素のＣｄ １．Ｔｂ’
１４Ｄｙｓ Ｈａｓ Ｅｒの単独または２種以上、非晶
質化元素のＺｒ ｓ Ｈｆ ｓ Ａｌ、８５％Ｇｅの単
独または２種以上及び冷却体Ｃｕ、Ａｇとの親和力を大
きくする元素のＣｕｓ Ｎｉｘ Ａｇとからなる融体を
、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で、室温〜８５０
にの温度に制御したＣｕまたはＡｇ冷却体で急冷して作
製した非晶質合金、あるいは多相の微結晶集合合金は、
広い温度領域にわたって磁気エントロピーが大きく、磁
気冷凍性能の優れた作業物質が得られることを究明し得
た。この知見に基いて本発明を完成した。
１４Ｄｙｓ Ｈａｓ Ｅｒの単独または２種以上、非晶
質化元素のＺｒ ｓ Ｈｆ ｓ Ａｌ、８５％Ｇｅの単
独または２種以上及び冷却体Ｃｕ、Ａｇとの親和力を大
きくする元素のＣｕｓ Ｎｉｘ Ａｇとからなる融体を
、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で、室温〜８５０
にの温度に制御したＣｕまたはＡｇ冷却体で急冷して作
製した非晶質合金、あるいは多相の微結晶集合合金は、
広い温度領域にわたって磁気エントロピーが大きく、磁
気冷凍性能の優れた作業物質が得られることを究明し得
た。この知見に基いて本発明を完成した。
本発明の要旨は、
Ｇｄｘ Ｔｂ％Ｄｙ％ Ｈｏ１及びＥｒの元素から選ば
れた単独または２種以′上を２０〜８０原子％、Ｚｒ、
Ｈｆ％ Ａｉ、Ｓｉ及びＧｅの元素から選ばれた単独
または２種以上を１０〜４ｏ原子％５ＣｕＮｉ及びＡｇ
の元素から選ばれた単独または２種以上を１０〜６０原
子チの組成からなる非晶質合金または多相の微結晶集合
合金の磁気冷凍作業物質。
れた単独または２種以′上を２０〜８０原子％、Ｚｒ、
Ｈｆ％ Ａｉ、Ｓｉ及びＧｅの元素から選ばれた単独
または２種以上を１０〜４ｏ原子％５ＣｕＮｉ及びＡｇ
の元素から選ばれた単独または２種以上を１０〜６０原
子チの組成からなる非晶質合金または多相の微結晶集合
合金の磁気冷凍作業物質。
また、前記組成の融体を、真空中あるいは不活性ガス雰
囲気中で、室温〜８５０にのＣｕｔたはＡｇ冷却体で急
冷することを特徴とする製造方法にある。
囲気中で、室温〜８５０にのＣｕｔたはＡｇ冷却体で急
冷することを特徴とする製造方法にある。
Ｇｄ、 Ｔｂ％Ｄｙ、 Ｈｏ、Ｅｒは磁気モーメントが
大きい希土類元素であり、その成分が８０原子チを超え
ると、非晶質合金あるいは多相の微結晶集合合金は得ら
れず、はぼ単相の結晶組織になり、冷凍能力が著しく低
下する。一方その量が２０原子チより少ないと、磁気モ
ーメントが小さくなるため磁気エントロピーが急激に小
さくなり、冷凍能力を発揮しなくなる。
大きい希土類元素であり、その成分が８０原子チを超え
ると、非晶質合金あるいは多相の微結晶集合合金は得ら
れず、はぼ単相の結晶組織になり、冷凍能力が著しく低
下する。一方その量が２０原子チより少ないと、磁気モ
ーメントが小さくなるため磁気エントロピーが急激に小
さくなり、冷凍能力を発揮しなくなる。
Ｚｒ ％ Ｈｆ Ｓ Ａｌ、５１ｎＧｅは非晶質化元素
であり、その成分が４０原子チを超えると、非磁性のＺ
ｒとＣｕｓ ＺｒとＮｉなどの化合物ができて非晶質化
が起こりにくくなる。一方、その量が１０原子チ未満で
は非晶質合金が得にくくなる。
であり、その成分が４０原子チを超えると、非磁性のＺ
ｒとＣｕｓ ＺｒとＮｉなどの化合物ができて非晶質化
が起こりにくくなる。一方、その量が１０原子チ未満で
は非晶質合金が得にくくなる。
また、高密度で多相の微結晶集合合金を得るためにも、
非晶質化元素を含有することが必要である。
非晶質化元素を含有することが必要である。
非晶質化元素成分が４０原子俤を超えると非磁性のＺｒ
とＣｕ、 ＺｒとＮｉなどの化合物ができて微結晶集合
合金が得られなくなる。また、非晶質化元素成分が１０
原子俤未満では、結晶粒が粗大化し、微結晶集合合金が
得られ々くなる。
とＣｕ、 ＺｒとＮｉなどの化合物ができて微結晶集合
合金が得られなくなる。また、非晶質化元素成分が１０
原子俤未満では、結晶粒が粗大化し、微結晶集合合金が
得られ々くなる。
Ｃｕ、 Ｎｉｓ Ａｇは冷却体との親和力を大きくする
ものであり、その成分が６０原子チを超えると非晶質合
金、あるいは多相の微結晶集合合金が得にりく、かつも
ろくなる。一方、その量が１０原子俤未満では、 Ｃｕ
、 ｋｇの冷却体の親和力が小さくなり、非晶質化ある
いは微結晶化が困難になる。
ものであり、その成分が６０原子チを超えると非晶質合
金、あるいは多相の微結晶集合合金が得にりく、かつも
ろくなる。一方、その量が１０原子俤未満では、 Ｃｕ
、 ｋｇの冷却体の親和力が小さくなり、非晶質化ある
いは微結晶化が困難になる。
融体ば、Ｃｕ、 Ａｇ冷却体の温度が３００〜６７０に
では非晶質化する。そして６７０〜８５０にでは、高密
度で多相の微結晶の集合からｉる合金が得られる。しか
し、８５０Ｋを超えると１結晶粒が粗大化し、もろくな
るので、８５０Ｋを超えないことが必要である。
では非晶質化する。そして６７０〜８５０にでは、高密
度で多相の微結晶の集合からｉる合金が得られる。しか
し、８５０Ｋを超えると１結晶粒が粗大化し、もろくな
るので、８５０Ｋを超えないことが必要である。
なお、前記の非晶質化合金を熱処理することによっても
多相の微結晶集合合金は得られるが、冷却体の温度制御
によって得たものは熱処理を必要とし々い。この非晶質
合金は、組成によってキュリ一温度を容易に制御するこ
とができ、さらに、キュリ一温度を中心とした広い温度
領域にわたって磁気エントロピーが大きい。また、多相
の微結晶集合合金は、組成によって各相のキュリ一温度
を３００〜２０Ｋに分布するように制御でき、この温度
領域で磁気エントロピーが大きく、かつ磁気エントロピ
ーの温度による変化がゆるやかであり、ともに磁気冷凍
性能の優れた作業物質となる。
多相の微結晶集合合金は得られるが、冷却体の温度制御
によって得たものは熱処理を必要とし々い。この非晶質
合金は、組成によってキュリ一温度を容易に制御するこ
とができ、さらに、キュリ一温度を中心とした広い温度
領域にわたって磁気エントロピーが大きい。また、多相
の微結晶集合合金は、組成によって各相のキュリ一温度
を３００〜２０Ｋに分布するように制御でき、この温度
領域で磁気エントロピーが大きく、かつ磁気エントロピ
ーの温度による変化がゆるやかであり、ともに磁気冷凍
性能の優れた作業物質となる。
なお、融体の酸化を防止するために、真空あるいは不活
性ガス雰囲気下で行う。
性ガス雰囲気下で行う。
実施例１゜
あらかじめアーク溶解法で作製した表１に示す組成のイ
ンゴットをレビテーション法で真空中で溶解し、その融
体を細孔ノズルから室温のＣｕ冷却体上に急冷して非晶
質合金を作製した。
ンゴットをレビテーション法で真空中で溶解し、その融
体を細孔ノズルから室温のＣｕ冷却体上に急冷して非晶
質合金を作製した。
これらの合金の磁化の温度による変化を７．５Ｔ（テス
ラ）までの磁界Ｈ中で測定し、主要な磁気冷凍性能であ
る磁気エントロピーΔＳＭを求めた。得られた磁気エン
トロピーの最大値△ＳＭｍａＸ％ΔＳＭｍａｘを示す温
度Ｔｍａｘ１ΔＳＭｍａｘに対して６８Ｍが６０チ以上
の値を示す温度範囲ΔＴｏｏを表１に示す。
ラ）までの磁界Ｈ中で測定し、主要な磁気冷凍性能であ
る磁気エントロピーΔＳＭを求めた。得られた磁気エン
トロピーの最大値△ＳＭｍａＸ％ΔＳＭｍａｘを示す温
度Ｔｍａｘ１ΔＳＭｍａｘに対して６８Ｍが６０チ以上
の値を示す温度範囲ΔＴｏｏを表１に示す。
表１
の関係の１例を示す。この非晶質合金は、すでに知られ
ているＤ）’Ａ１ｇ結晶体に比較して、ΔＳＭｍａｘが
小さいが、その温度による変化はゆるやかで、ΔＴ９は
７０にと非常に広い。また、表１に示したように、ΔＳ
Ｍｍａｘ ％Ｔ ｍａｘ ｓΔＴ０は、希土類元素の
種類やその含有量を変化させることによって容易に制御
できる。この非晶質合金磁気冷凍作業物質を用いると、
広い温度領域で高い冷凍能力を発揮する磁気冷凍機が可
能になる。
ているＤ）’Ａ１ｇ結晶体に比較して、ΔＳＭｍａｘが
小さいが、その温度による変化はゆるやかで、ΔＴ９は
７０にと非常に広い。また、表１に示したように、ΔＳ
Ｍｍａｘ ％Ｔ ｍａｘ ｓΔＴ０は、希土類元素の
種類やその含有量を変化させることによって容易に制御
できる。この非晶質合金磁気冷凍作業物質を用いると、
広い温度領域で高い冷凍能力を発揮する磁気冷凍機が可
能になる。
実施例２゜
表２
表２に示す組成を実施例１と同じ方法で溶解した融体を
７５０Ｋに加熱したＣｕ冷却体で急冷して多相からなる
微結晶集合合金を作製した。
７５０Ｋに加熱したＣｕ冷却体で急冷して多相からなる
微結晶集合合金を作製した。
結果の１例を為４に示す。この微結晶集合合金は、キュ
リ一温度Ｔｃの異なるＧｄＣｕ （Ｔｅ ＝ ９０Ｋ）
、ＧｄＣｕＡ１（Ｔｃ＝６７Ｋ）、ＧｄＡｌｘ（−Ｔｃ
＝１６８ Ｋ） ｓ ＧｄＳ＋ （Ｔｃ ＝ ５０ Ｋ
）および、ＤｙＮ１（Ｔｃ＝４８Ｋ）、ＤｙＮｉＡ１
（Ｔｃ ＝３９Ｋ）、ＤＶＡｈ（Ｔｃ＝６８Ｋ）、Ｄ７
Ｓｉｚ（Ｔｃ ＝ １７ Ｋ）などの微結晶からなるた
め、６８Ｍの温度による変化が非常にゆるやかになり、
ΔＴ６゜は広い。表２に示し、たように％ ＴｍａＸｔ
ΔＴｏｏは、希土類元素の種類やその含有量を変化させ
ることによって容易に制御できる。この多相の微結晶集
合合金磁気冷凍作業物質を用いると、広い温度領域で高
い冷凍能力を発揮する磁気冷凍機が可能になる。
リ一温度Ｔｃの異なるＧｄＣｕ （Ｔｅ ＝ ９０Ｋ）
、ＧｄＣｕＡ１（Ｔｃ＝６７Ｋ）、ＧｄＡｌｘ（−Ｔｃ
＝１６８ Ｋ） ｓ ＧｄＳ＋ （Ｔｃ ＝ ５０ Ｋ
）および、ＤｙＮ１（Ｔｃ＝４８Ｋ）、ＤｙＮｉＡ１
（Ｔｃ ＝３９Ｋ）、ＤＶＡｈ（Ｔｃ＝６８Ｋ）、Ｄ７
Ｓｉｚ（Ｔｃ ＝ １７ Ｋ）などの微結晶からなるた
め、６８Ｍの温度による変化が非常にゆるやかになり、
ΔＴ６゜は広い。表２に示し、たように％ ＴｍａＸｔ
ΔＴｏｏは、希土類元素の種類やその含有量を変化させ
ることによって容易に制御できる。この多相の微結晶集
合合金磁気冷凍作業物質を用いると、広い温度領域で高
い冷凍能力を発揮する磁気冷凍機が可能になる。
発明の効果
本発明の非晶質合金および多相の微結晶集合合金は、組
成によってキュリ一温度を容易に制御することができ、
キュリ一温度を中心とした広い温度領域にわたって磁気
エントロピーが大きく、かつ磁気エントロピーの温度に
よる変化がゆるやかで、磁気熱量効果の大きな磁気冷凍
作業物質である。
成によってキュリ一温度を容易に制御することができ、
キュリ一温度を中心とした広い温度領域にわたって磁気
エントロピーが大きく、かつ磁気エントロピーの温度に
よる変化がゆるやかで、磁気熱量効果の大きな磁気冷凍
作業物質である。
したがって、室温から２０にの低温環境発生用磁気冷凍
機が可能になる。この磁気冷凍機は、効率が従来のガス
冷凍機のそれよυ高くなるとともに小形化、軽量化する
ことができる。
機が可能になる。この磁気冷凍機は、効率が従来のガス
冷凍機のそれよυ高くなるとともに小形化、軽量化する
ことができる。
第１図は磁気エントロピー△ＳＭと温度Ｔの関係図であ
る。 特許出願人 科学技術庁金属材料技術研究所長中 川
龍 −
る。 特許出願人 科学技術庁金属材料技術研究所長中 川
龍 −
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒの元素から選ばれ
た単独または２種以上を２０〜８０原子％、Ｚｒ、Ｈｆ
、Ａｌ、Ｓｉ及びＧｅの元素から選ばれた単独または２
種以上を１０〜４０原子％、Ｃｕ、Ｎｉ及びＡｇの元素
から選ばれた単独または２種以上を１０〜６０原子％の
組成からなる非晶質合金または多相の微結晶集合合金の
磁気冷凍作業物質。 ２）Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒの元素から選ばれ
た単独または２種以上を２０〜８０原子％、Ｚｒ、Ｈｆ
、Ａｌ、Ｓｉ及びＧｅの元素から選ばれた単独または２
種以上を１０〜４０原子％、Ｃｕ、Ｎｉ及びＡｇの元素
から選ばれた単独または２種以上を１０〜６０原子％の
組成からなる融体を、真空中あるいは不活性ガス雰囲気
中で、室温〜８５０ＫのＣｕまたはＡｇ冷却体で急冷す
ることを特徴とする磁気冷凍作業物質の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60169788A JPS6230840A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 磁気冷凍作業物質及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60169788A JPS6230840A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 磁気冷凍作業物質及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6230840A true JPS6230840A (ja) | 1987-02-09 |
| JPS6335702B2 JPS6335702B2 (ja) | 1988-07-15 |
Family
ID=15892885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60169788A Granted JPS6230840A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 磁気冷凍作業物質及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6230840A (ja) |
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-
1985
- 1985-08-02 JP JP60169788A patent/JPS6230840A/ja active Granted
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