磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置制造方法
【专利摘要】本发明的磁性构造体具有：通过磁场的施加及去除而产生温度变化的磁热材料、与磁热材料相接且热导率比磁热材料高的高热传导部件。本发明的磁制冷制热装置具有：多个上述磁性构造体、配置于磁性构造体彼此之间而进行热的传导及隔断的热开关部、对多个磁性构造体的各自进行磁场的施加、去除的磁场增减部。通过在磁性构造体内设置热导率比磁热材料高的高热传导部件，能够使磁热材料中产生的热的全部或一部分在磁性构造体内迅速地传导。
【专利说明】磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置。更详细而言，本发明涉及提高热传导特性的磁性构造体及使用其的磁制冷制热装置。
【背景技术】
[0002]目前，制冷制热装置中利用蒸气压缩机构。蒸气压缩机构是通过使用氟利昂气体或代替氟利昂气体等气体介质，反复进行气体介质的压缩引起的排热及膨胀引起的吸热而产生制冷制热效果的机构。但是，在压缩阶段中，有时也需要大量的能量，且热效率(COP)大约低为1.5。另外，由于蒸气压缩机构中使用氟利昂气体或代替氟利昂气体等，因此，被指出有对环境的问题。
[0003]由于这种背景，近年来，作为代替蒸气压缩机构的机构，磁制冷机构的技术被受关注。磁制冷机构是利用发挥磁热效应的磁性材料的机构。在此，磁热效应是指当磁场环境通过磁场的施加及去除进行变化时,磁性材料本身的温度根据该变化而进行变化的现象。更具体而言，磁制冷机构是通过利用磁性材料的磁热效应，并反复进行磁场的施加(去除)引起的排热及磁场的去除(施加)弓I起的吸热而产生制冷制热效果的机构。作为磁制冷机构的优点，可列举COP为约3?4显示比蒸气压缩机构高的值而能量效率优异的点及由于未使用氟利昂气体或代替氟利昂气体等而也考虑到了环境上的影响的点。
[0004]例如专利文献I中公开有利用磁制冷机构的磁制冷机的发明。更详细而言，磁制冷机的特征在于具备:交替地配置有多个正磁性材料及负磁性材料的磁性材料块、磁场增减部、热开关部。此时，正磁性材料是磁性材料的温度通过磁场的施加而上升，且磁性材料的温度通过磁场的去除而下降的材料，负磁性材料是磁性材料的温度通过磁场的施加而下降，且磁性材料的温度通过磁场的去除而上升的材料。以下，列举具体例对通过专利文献I所记载的方法而得到制冷效果(及制热效果)的机构进行简单地说明。
[0005]首先，假定由磁性材料构成的块以负磁性材料A -正磁性材料B —负磁性材料C一正磁性材料D的顺序排列。还假定正磁性材料及负磁性材料的磁场的施加或去除引起的温度变化为5°C，且最初的各磁性材料的温度为25°C。当利用磁场增减部施加磁场时，作为负磁性材料的A及C的温度下降，作为正磁性材料的B及D的温度上升。即，A及C成为20°C，B及D成为30°C。其结果，在相互邻接的正磁性材料和负磁性材料之间形成温度梯度。
[0006]其次，在B — C间插入热开关部。然后，利用热开关部从B向C传导热，消除B —C间的温度梯度。另一方面，关于经由热开关部未与其它磁性材料接触的A及D，利用空气层的隔热效果维持温度。即，A成为20°C，B及C成为25°C，D成为30°C。进而，去除B —C间的热开关部后，利用磁场增减部去除磁场。由于磁场的去除，作为负磁性材料的A及C的温度上升，而作为正磁性材料的B及D的温度下降。即，A成为25°C，B成为20°C，C成为30°C，D成为25°C。接着，在A — B间及C 一 D间插入热开关部。由此，在由热开关部连结的磁性材料间进行传导热，而消除温度梯度。即，A及B成为22.5°C，C及D成为27.5°C。另夕卜，在B — C间，通过空气层的隔热效果，未产生热传导。如上，通过反复进行磁场的施加一热开关部的插入一磁场的去除一热开关部的脱离，A中温度降低时，D中温度上升，因此，A与D之间的温度梯度变大。作为结果，利用A得到制冷效果，利用D得到制热效果。
[0007]但是，将磁场的施加及去除的每I秒的转数称为磁场频率(单位为Hz)。专利文献I中，将以往可用于热传导的介质从液体制冷剂变更成固体的热开关部，通过向固体的热开关部的变更，可以进行磁制冷装置的磁场施加、去除的高频化，而有助于装置的小型化。该原因是由于固体的热传导特性比利用液体的热传导特性高，因此，可缩短消除热开关部引起的温度梯度(磁性材料间的热传导)所需要的时间。另外，通过将热传导介质从液体制冷剂变更成固体的热开关部，而不需要制冷剂的驱动机构，可能成为廉价的磁制冷装置。
[0008]专利文献1:(日本)特开2007 - 147209号公报
[0009]但是，即使利用专利文献I的磁制冷装置，也不能实现装置的充分的小型化。将来，考虑将磁制冷制热装置应用到电动车辆或家庭设备等各种各样的领域中，但现状为装置的小型化还不充分，不能实现向电动车辆或家庭设备等的实用化。
[0010]为了实现磁制冷制热装置的小型化，需要使磁场对磁制冷机构的施加、去除高频化。这是由于通过使磁场对磁制冷机构的施加、去除进行高频化，可使用于得到希望的制冷制热效果所需要的磁性材料小型化。即，由于磁性材料较小，因此，即使在由于施加一次磁场而产生的磁性材料的温度变化较小的情况下，通过以高频反复进行磁场的施加及去除，可得到希望的制冷制热效果。但是，为了消除磁制冷机构中的经由热开关部的磁性材料间的温度梯度，大多情况需要较长时间，这判明该情况成为用于实现磁场的高频化的问题。
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于这种现有技术具有的课题而研发的。于是，其目的在于，为了实现磁制冷机构中的磁场的施加、去除的高频化，提供一种提高磁性材料内部的导热性的磁性构造体。本发明的另一目的在于，提供一种使用提高导热性的磁性构造体的磁制冷制热装置。
[0012]本发明的第一方式的磁性构造体具有通过磁场的施加及去除而产生温度变化的磁热材料和与磁热材料相接且热导率比磁热材料高的高热传导部件。
[0013]本发明的第二方式的磁制冷制热装置具有:多个所述磁性构造体、配置于磁性构造体彼此之间而进行热的传导及隔断的热开关部、对多个磁性构造体的各自进行磁场的施力口、去除的磁场增减部。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示意性地表示将本实施方式的磁性构造体应用于磁制冷制热装置时的磁性构造体和热开关部的位置关系的图；
[0015]图2 (a)是第一实施方式中沿着图1所示的磁性构造体的A — A线的剖面图，另夕卜，图2 (b)是第一实施方式中沿着图1所示的磁性构造体的B - B线的剖面图，本实施方式中，高热传导部件具有平板构造；
[0016]图3是放大图2 (b)的一部分的图；
[0017]图4 (a)是第二实施方式中沿着图1的磁性构造体的A — A线的剖面图，另外，图4 (b)是第二实施方式中沿着图1的磁性构造体的B — B线的剖面图，本实施方式中，高热传导部件具有蜂窝状构造；
[0018]图5是表示第三实施方式中所使用的高热传导部件的微观构造的照片，本实施方式中，高热传导部件具有多孔体构造；
[0019]图6是用于说明第四实施方式的磁性构造体的说明图，Ca)是表示主要部分的立体图，(b)是说明在作为磁制冷制热装置而构成的情况下所施加的磁场与磁力线的关系的剖面图；
[0020]图7是只提取第四实施方式的高热传导部件和防止涡电流部件进行描述的立体图；
[0021]图8是作为第四实施方式的变形例用于说明防止涡电流部件的插入方式不同的例子的立体图；
[0022]图9是作为第四实施方式的其它变形例用于说明防止涡电流部件的插入方式不同的例子的立体图；
[0023]图10是表示磁制冷制热装置中的低温端的温度变化的图表；
[0024]图11是用于说明热开关部的其它方式I的说明图；
[0025]图12是用于说明热开关部的其它方式2的说明图；
[0026]图13是用于说明热开关部的其它方式3的说明图；
[0027]图14是用于说明热开关部的其它方式4的说明图；
[0028]图15是用于说明热开关部的其它方式5的说明图；
[0029]图16是用于说明热开关部的其它方式6的说明图；
[0030]图17是用于说明热开关部的其它方式7的说明图。
[0031]符号说明
[0032]1、10A、IOB磁性构造体
[0033]3a、3b、30A、30B、130 热开关部
[0034]5 框体
[0035]7磁热材料
[0036]9高热传导部件
[0037]11高热传导壁
[0038]13隔热弹性体
[0039]15接合剂
[0040]41防止涡电流部件
【具体实施方式】
[0041]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式，本发明的技术范围应基于专利请求的范围的记载决定，不只限制于以下方式。另外，为了便于说明，有时附图的尺寸比率与实际的比率不同。
[0042]对应用本发明的实施方式中共用的磁制冷制热装置的基本构造进行说明。图1是示意性地表示磁性构造体与将该磁性构造体的热传导至其它磁性构造体或热交换器(后述)的热开关部的位置关系的图。在此，将通过磁场的施加及去除而产生温度变化的材料称为“磁热材料”，将由高热传导部件及其它构成元件与该磁热材料一起构成的构造体称为“磁性构造体”。
[0043]磁制冷制热装置的基本构造具有磁性构造体1、热开关部3a及3b以及磁场增减部(未图示)。热开关部3a及3b可插入及脱离地配置于磁性构造体I的两面。而且，通过该热开关部3a及3b的插入及脱离，向其它磁性构造体或热交换器传导热。
[0044]如图1所示，在磁性构造体I的右面形成插入热开关部3a的状态。另一方面，在磁性构造体I的左面形成去除热开关部3b的状态。另外，磁性构造体I的右面为配置热开关部3a的侧面，以后，将该侧面称为第一面。另外，磁性构造体I的左面为配置热开关部3b的侧面，以后，将该侧面称为第二面。而且，图中未图示，在热开关部3a及3b的与磁性构造体I相接的面的相反面上分别存在有其它磁性构造体或热交换器。而且，经由热开关部3a及3b，进行磁性构造体I和其它磁性构造体或热交换器的固体热传导。因此，磁性构造体I的第一面及第二面成为向其它部件传导热的面。
[0045]热交换器设于多个磁性构造体及热开关部排列的块的终端。在一端配置有取出产生的制冷效果的低温侧热交换器，在另一端配置有取出产生的制热效果的高温侧热交换器。
[0046]图1的磁性构造体I的前面、背面、上面及下面不与热开关部3a及3b相接，因此，这四个面不进行经由热开关部的热交换。因此，图1中，为了不使磁性构造体I内的由磁热材料产生的热扩散到磁性构造体I外部，利用具有隔热性的框体5覆盖磁性构造体I。
[0047]在磁场增减部，在磁性构造体I的前面及背面，以夹持磁性构造体I的方式设置有一组永久磁铁。而且，该永久磁铁通过与磁性构造体I接近及远离，进行磁场的施加及去除。关于该磁场增减部，与目前用于磁制冷制热装置中的结构相同，因此，省略详细的说明。
[0048]高热传导部件是与磁热材料一起构成磁性构造体I的元件。高热传导部件也可以将板状部件从磁性构造体I的第一面连续配置到第二面，也可以将多个部件连结使热从第一面传导至第二面。在此，如果考虑磁性构造体I的功能，通常“两个不同的面”为对向的面即与热开关部3a及3b相接的面。于是，高热传导部件在“两个不同的面”之间传导热，因此，在磁性构造体I中作为热的通道而发挥作用。
[0049][磁性构造体]
[0050]以下，作为第一实施方式?第三实施方式，对磁性构造体中内部构成不同的方式进行说明。
[0051][第一实施方式:高热传导部件为平板构造的磁性构造体]
[0052]图2 Ca)是第一实施方式中沿着图1所示的磁性构造体I的A — A线的剖面图。另外，图2 (b)是第一实施方式中沿着图1所示的磁性构造体I的B — B线的剖面图。
[0053]本实施方式中，高热传导部件9具有平板构造。磁热材料7也具有平板构造。而且，磁性构造体I形成交替层叠磁热材料7和高热传导部件9的构造。
[0054]如图2 (a)及(b)所示，高热传导部件9均直线状地配置。另外，如图2 (b)所示，高热传导部件9形成从第一面连续到第二面的板形状。由此，在磁性构造体I内可以有效地传导热。在该方式中，热的传导方向是从第一面到第二面方向或其反方向，磁热材料7和高热传导部件9交替层叠于与该热传导方向交叉的方向上。另外，图2中，磁热材料7和高热传导部件9的层叠方向成为与热传导方向大致正交的方向。由此，在第一面和第二面之间，利用高热传导部件9可以以最短距离进行热传导。[0055]另外，磁热材料7和高热传导部件9的层叠方向只要是从磁性构造体I的第一面向第二面(或其反面)可进行热传导的方向即可。因此，磁热材料7和高热传导部件9的层叠方向未必是与热传导方向正交的方向，例如也可以与热传导方向倾斜。
[0056]另外，如图2 (b)所示，磁性构造体I的外表面中的向其它部件传导热的面由热导率比磁热材料7高的高热传导壁11构成。即，在磁性构造体I的第一面及第二面的面整体形成有高热传导壁11。磁热材料7及/或高热传导部件9中的传导热的方向的端部与该高热传导壁11相接。从磁热材料7及/或高热传导部件9传导的热中，由于磁热材料7及高热传导部件9为层叠多层的结构，因此，在各自端部，可能在部件间产生热的偏差。第一面及第二面的面整体由该高热传导壁11构成，由此，具有偏差的热扩散到高热传导壁11的面整体。由此，使磁性构造体I和邻接的热开关部3a及3b的热传导更有效。
[0057]另外，如图2 (a)及(b)所示，磁热材料7及高热传导部件9的层叠体的上面及下面，即构成磁性构造体I的外表面中，向其它部件传导热的面以外的面的至少一部分由隔热弹性体13覆盖。另外，隔热弹性体13由框体5覆盖。通过该隔热弹性体13及/或框体5，防止磁热材料中产生的热向磁性构造体I外部的放热。另外，通过隔热弹性体13及/或框体5，防止磁性构造体在比外部气体温度低的情况下被外部气体不必要地加温。另外，隔热弹性体13提高层叠的磁热材料7及高热传导部件9之间的密合性，防止在板状的磁热材料7和高热传导部件9之间形成空气层。
[0058]图3是放大图2 (b)的主要部分的主要部分放大图。如图3所示，磁热材料7和高热传导部件9及磁热材料7和高热传导壁11由导热性高的接合剂15接合。通过该接合剂15，可以在磁热材料7和高热传导部件9之间或磁热材料7和高热传导壁11之间进行快速的热传导。另外，本实施方式中，高热传导部件9和高热传导壁11未用接合剂接合，但它们之间也可以用接合剂接合。
[0059][第二实施方式:高热传导部件为蜂窝状构造的磁性构造体]
[0060]图4 Ca)是第二实施方式中沿着图1所示的磁性构造体I的A — A线的剖面图。另外，图4 (b)是第二实施方式中沿着图1所示的磁性构造体I的B — B线的剖面图。
[0061]在本实施方式的磁性构造体中，如图4 (a)所示，高热传导部件9成为六角柱状的孔有规则地排列的蜂窝状构造。而且，在孔的内部填充有磁热材料7。
[0062]另外，如图4 (b)所示，六角柱形状的侧面部成为直线状。图4(b)中，从右面(第一面，图1中的配置有热开关部3a的一侧的面)直到左面(第二面，图1中的配置有热开关部3b的一侧的面)配置有高热传导部件9。由此，可以在磁性构造体I的第一面和第二面之间迅速地传导热。
[0063]另外，本实施方式中，只要第一面和第二面由高热传导部件9连续地连接，就可以设为使图1的磁性构造体I旋转90度的方式，即替换图4 (a)和图4 (b)的方式。另外，图4(b)中，与高热传导部件9相接的面(第一面及第二面)中也设有高热传导壁11。另外，虽然图4 (a)及(b)中未图示，但与第一实施方式同样，也可以将从由磁热材料7、高热传导部件9及高热传导壁11构成的组中选择的至少两个部件间用接合剂接合。
[0064]另外，图4中，作为蜂窝状构造，表示了将六角柱形状的孔有规则地排列的方式，但本实施方式不限定于这种形状。例如，也可以是将圆柱状(包含椭圆柱)的孔或三棱柱、四棱柱、五棱柱等多棱柱的孔有规则地排列的构造。[0065]另外，本实施方式中，也可以与第一实施方式同样，不传导热的面由隔热弹性体覆盖，进而由框体覆盖。但是，也可以使用没有作为弹性体的性能的隔热部件代替隔热弹性体。这是由于，如已经说明的那样，第二实施方式中，在具有蜂窝状构造的高热传导部件9的孔内部填充有磁热材料7，因此，不需要按压高热传导部件9及磁热材料7。另外，虽然隔热弹性体的具体的材料后面进行叙述，但由于隔热部件中兼备弹性力，因此，在此称为隔热弹性体。
[0066][第三实施方式:高热传导部件为多孔体构造的磁性构造体]
[0067]图5是表示第三实施方式中所使用的高热传导部件的微观构造的照片。
[0068]如从图5可知，本实施方式的高热传导部件具有多孔体构造。而且，本实施方式的磁性构造体在具有多孔体构造的高热传导部件9的孔9a的内部填充有磁热材料。因此，在沿着图1所示磁性构造体I的A — A线的截面及沿着B — B线的截面中，高热传导部件9成为网眼状连续地连接的形状。由此，具有多孔体构造的高热传导部件9可以在磁性构造体内有效地传导热。
[0069]本实施方式中，也可以与第一实施方式及第二实施方式同样地形成高热传导壁。另外，也可以将选自由磁热材料、高热传导部件及高热传导壁构成的组中的至少两个部件间用接合剂接合。
[0070]本实施方式中，也可以与第一实施方式同样，不传导热的面由隔热弹性体覆盖，进而用框体覆盖。但是，也可以使用没有作为弹性体的性能的隔热部件代替隔热弹性体。这是由于，如已经说明的那样，第三实施方式中，在具有多孔体构造的高热传导部件9的孔9a的内部填充有磁热材料7，因此，不需要按压。另外，虽然对隔热弹性体的具体的材料后面进行叙述，但隔热部件中兼备弹性力，因此，在此称为隔热弹性体。
[0071]如上，说明了第一实施方式?第三实施方式，但本发明不限定于此，本领域技术人员能想到的其它实施方式也包含于本发明的技术范围中。例如，也可以设为组合第一实施方式和第二实施方式的磁性构造体。另外，为了在磁性构造体中得到必要的性能，磁热材料的形状及大小、高热传导部件的形状及大小、层叠的间隔(第一实施方式)、蜂窝状构造的形状(第二实施方式)、高热传导部件的空隙率(第三实施方式)可根据本领域技术人员适当确定。另外，关于包含:高热传导壁、接合剂、隔热弹性体、框体、其它构成元件的磁性构造体的任意构成元件等，也同样可根据本领域技术人员适当确定。
[0072]以下，对上述各实施方式的磁性构造体中共用的部件进行详细地说明。
[0073](磁热材料)
[0074]磁热材料是通过磁场的施加或去除而温度进行上升或下降的材料，其为磁制冷机构的核心。
[0075]磁热材料分类成正磁热材料和负磁热材料。如上述，正磁热材料是如下材料，即，通过磁场的施加而磁热材料的温度上升，通过磁场的去除而磁性材料的温度下降。具体而言，正磁热材料是如下材料，即，在不施加磁力时成为常磁性状态(磁自旋无秩序的状态)，当施加磁力时成为强磁性状态(磁自旋向一方向一致的状态)，可逆地产生常磁性状态和强磁性状态。
[0076]另一方面，负磁热材料是如下材料，即，通过磁场的施加而磁热材料的温度下降，通过磁场的去除而磁性材料的温度上升。具体而言，负磁热材料是如下材料，即，在不施加磁力时成为反强磁性状态，当施加磁力时成为强磁性状态，可逆地产生强磁性状态和反强磁性状态。在此，反强磁性状态是指，相邻的磁自旋向相互相反方向整列的状态。另外，强磁性状态是指使磁自旋向一方向一致的状态。另外，一般而言，与负磁热材料相比，正磁热材料的因磁场的施加(去除)引起的温度变化较大，但处于热传导迟缓的倾向。
[0077]作为本实施方式中使用的正磁热材料，没有特别限制，但可列举:Gd — Y系、Gd —Dy系、Gd —Er系、Gd —Ho系、La (Fe、Si) 13、La (Fe、Al) 13等磁热材料。它们的热导率中，例如，Gd —Dy系的热导率为10 (W / Cm.K)), La (Fe、Si) 13系的热导率为9 (W /Cm.K))。
[0078]另一方面，作为本实施方式中所使用的负磁热材料，没有特别限制，但可列举:Fe — Rh合金、Co — Mn — Si — Ge系、Ni — Mn — Sn系等磁热材料。它们的热导率中，例如，Ni — Mn — Sn 系中，为 20 (W / Cm.K))。
[0079]作为磁热材料，未必需要使用相同的正磁热材料或负磁热材料，也可以使用多种正磁热材料或负磁热材料。例如，在第二实施方式中，也可以在蜂窝状构造的每个孔内分别填充不同种类的磁热材料，也可以在蜂窝状构造的孔内填充多种磁热材料。另外，也可以混合正磁热材料及负磁热材料，在施加磁场(去除)时，调节磁热材料中产生的温度变化。但是，当考虑磁制冷机构的机理时，从磁场的施加、去除的高频化及磁制冷机构的高输出化的观点来看，优选在一个磁性构造体中使用单一的磁热材料。
[0080]磁热材料的形状没有特别限制，可以使用公知的形状。例如，在第一实施方式中，也可以直接使用平板形状的磁热材料，也可以将球状的磁热材料成形加工成平板构造。
[0081](高热传导部件)
[0082]高热传导部件是有助于磁热材料中产生的热的全部或一部分有效地传导的磁性构造体的构成元件。高热传导部件与磁性构造体表面的至少两个不同的两面(各实施方式中，第一面和与第一面对向的第二面)之间连通。通过包含高热传导部件，可以使磁热材料中产生的热的全部或一部分迅速地传导。高热传导部件是用于帮助磁性构造体中的热的传导的部件，关于一部分的热，有时也经由磁热材料进行传导。
[0083]另外，各实施方式中，以高热传导部件由一个部件构成的情况为例进行了说明，但不限定于由单一的高热传导部件构成的方式，也可以是两个以上的高热传导部件接触而构成的方式。
[0084]应用的高热传导部件的种类根据用途不同而各异。在应用于热制冷制热装置时，在使装置尽可能小型化的情况下，需要使磁场的施加、去除尽可能高频化，因此，优选使用具有高的导热性的高热传导部件。高热传导部件可以根据希望的磁性构造体由本领域技术人员适当选择，而使用合适的高热传导部件。另外，也可以使用多种高热传导部件调节磁性构造体的热传导特性。
[0085]作为高热传导部件，只要是具备比磁热材料高的导热性的部件就没有特别限制。高热传导部件优选具有200 (W / (πι.Κ))以上的热导率。作为高热传导部件的具体例，可列举:铝合金、铜、碳纳米管、由铝合金和碳纳米管构成的复合材料等。铝合金的热导率约为200 (W / (πι.Κ))，铜的热导率约为380 (ff / (m.K))。另外，碳纳米管的热导率约为6000(ff / (m.K))，由铝合金和碳纳米管构成的复合材料的热导率约为800 (W / (πι.Κ))。从这些热导率的值的高低，也可理解通过在磁性构造体中含有高热传导部件，可有效地传导磁性构造体中产生的热。
[0086]高热传导部件的形状在第一实施方式中为平板构造，在第二实施方式中为蜂窝状构造，在第三实施方式中为多孔体构造。但是，高热传导部件的形状不限定于上述三个实施方式的形状，也可以使用其它形状的高热传导部件。
[0087](高热传导壁)
[0088]高热传导壁是具有将在磁性构造体内传导的热有效地传导至热开关部的作用的磁性构造体的任意的构成元件。
[0089]作为高热传导壁的材料，只要是热导率优异的材料就没有特别限制，可使用与上述高热传导部件相同的材料。例如，铜的热导率较高，因此，能够使具有传导的偏差的热快速地扩散到面整体。
[0090]高热传导壁的形状没有特别限定，但从在磁制冷制热装置中与热开关部进行固体热传导的观点来看，为了使与热开关部接触面积变高，优选为平面形状。在形成高热传导壁时，未必需要形成于磁性构造体的面的整体，也可以只形成于面的一部分。
[0091](接合剂)
[0092]接合剂是具有有助于选自由磁热材料、高热传导部件及高热传导壁构成的组中的至少两个部件间的热传导的作用的磁性构造体的任意的构成元件。有时在这些部件间形成空气层，如上述，空气层的隔热效果高，因此，优选利用接合剂接合部件间而有效地进行部件间的热传导。
[0093]特别是，第一实施方式中，磁热材料和高热传导部件具有平板构造，且相互层叠，因此，可能在磁热材料和高热传导部件之间形成空气层。因此，优选在磁热材料和高热传导部件之间利用接合剂形成接合层。
[0094]另一方面，第二实施方式中，高热传导部件具有蜂窝状构造且较密地填充于高热传导部件的孔内。因此，由于空气层的形成而妨碍热传导的可能性较低。另外，第三实施方式中，高热传导部件也具有多孔体构造且在孔内较密地填充有磁热材料，因此，由于空气层的形成而妨碍热传导的可能性较低。因此，在第二及第三实施方式中，在磁热材料和高热传导部件之间利用接合剂形成接合层的必要性不足，但为了进一步提高磁热材料和高热传导部件的粘接性，也可以利用接合剂进行接合。
[0095]另外，关于磁热材料及/或高热传导部件与高热传导壁的接合，在上述第一实施方式?第三实施方式的任一方式中均可能形成空气层。因此，优选在磁热材料及/或高热传导部件与高热传导壁之间使用接合剂形成接合层。
[0096]作为上述接合剂，只要不减弱产生的热且不阻碍热传导就没有特别限制。因此，作为接合剂，可列举:金、铜、钯、锡、铅、锌、铋、镉、铟及含有这些金属的合金或共晶体。另夕卜，也可以以铝、银等为添加物进行混合。其中，向锡一锌合金中添加微量铝的不含有铅的Sn — Zn — Al的热导率显示高为66 (ff / (m.Κ))的值，并对环境也友好，因此，优选使用。其中，作为易熔金属的锡、铅、铟等接合时的温度较低，因此，可降低接合能量，且对接合部分的密合性较高，因此，可减小空隙，故而优选。
[0097]接合剂没有特别限定，但可以通过公知的方法，例如扩散接合、微接合、机械接合、共晶接合、超声波接合、焊接等进行接合。
[0098]另外，不仅接合剂形成完全排除空气层的接合层，而且通过其它方法进行接合也包含于本发明的技术范围中。即，只要磁热材料中产生的热在部件间进行传导，则也可以存在空气层。例如，列举使用棒状的碳纳米管以一定间隔进行部件间的接合。
[0099](隔热弹性体)
[0100]第一，隔热弹性体具有以不使磁性构造体中产生或吸收的热散发到传导的部件以外的方式进行隔热的作用。
[0101]第二，隔热弹性体具有提高磁热材料和高热传导部件之间的密合性的作用。另外，在将磁热材料和高热传导部件进行粘接的情况下，粘接性也提高。具有提高该密合性的作用的隔热弹性体主要用于第一实施方式中。如已经说明，第一实施方式为层叠板状的磁热材料和高热传导部件的构造。因此，通过在层叠体的终端层的外侧的任一方插入隔热弹性体，可以按压层叠的板状的磁热材料和高热传导部件。由此，能够抑制在磁热材料及高热传导部件的部件间形成空气层，且进一步提高磁性构造体的热传导特性。
[0102]配置隔热弹性体的位置是磁性构造体中的除向其它部件传导热的表面以外的面(即不传导热的面)。隔热弹性体只要可防止在磁性构造体中产生的热向外部放热，且可按压层叠的磁热材料及高热传导部件就没有特别限制。作为隔热弹性体的具体例，例如可列举:天然橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯橡胶、聚氨酯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、氯磺化聚乙烯、表氯醇橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、氟橡胶等。
[0103]另外，在只重视隔热性能的情况下，也可以适用于第一实施方式以外的方式。在该情况下，不需要弹性力。相反，在重视弹性力的情况下，通过在框体和层叠体的终端层之间设置板弹簧或螺旋弹簧等，也可以形成空气层且同时具备隔热性和弹性力。
[0104](框体)
[0105]框体是具有不使通过磁热效应产生的热向外部放热而保持在磁性构造体内的作用的磁性构造体的任意的构成元件。在框体的性质方面，在磁性构造体含有框体的情况下，磁性构造体具有多面体构造。而且，磁性构造体的外表面中的除向其它部件传导热的面以外的面由框体覆盖。即，框体覆盖高热传导部件具有露出的表面的面以外的面。为了有效地发挥隔热作用，优选该框体与磁性构造体粘接。在一实施方式中，在磁性构造体具有隔热弹性体的情况下，框体配置于隔热弹性体的外部。
[0106]作为本实施方式中所使用的框体，只要是导热性较低的材料就没有特别限制。作为该框体，可列举:玻璃棉、石棉、纤维素纤维、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、硬质聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚酰亚胺泡沫、EPDM (乙烯-丙烯-二烯橡胶)泡沫、挤塑发泡聚苯乙烯等。
[0107](其它的构成元件)
[0108]除了上述磁性构造体的各构成之外，也可以根据希望的用途、功能在磁性构造体中含有其它的构成。例如，为了进一步提高热传导，作为高热传导油脂也可以含有金刚石的粉末(纳米直径等)。另外，在应用于磁制冷制热装置时，为了实现希望的目的，也可以适当含有公知的添加物。
[0109][制冷制热装置]
[0110]本发明的磁制冷制热装置中，使用上述任一实施方式的磁性构造体。因此，本实施方式的制冷制热装置通过磁性构造体较高的热传导特性可以使磁场的施加、去除进行高频化，成为高输出化及小型化的装置。另外，制冷制热装置作为最小的构成元件包含磁性构造体块、热开关部及磁场增减部。[0111]磁性构造体块将两个以上的磁性构造体以一定间隔进行配置。上述磁性构造体块的至少一个使用上述实施方式的磁性构造体，但构成其它磁性构造体块的磁性构造体也可以使用公知的构造体。但是，从磁场的施加、去除的高频化的观点来看，构成磁性构造体块的所有的磁性构造体优选使用本实施方式的磁性构造体。
[0112]热开关部是以其本身可插入及脱离于构成上述磁性构造体块的磁性构造体之间的方式配置的固体的热传导部件。在热开关部插入于磁性构造体的间隔的情况下，经由热开关部在相邻的磁性构造体间产生热传导，并消除温度梯度。另一方面，在热开关部脱离磁性构造体的间隔的情况下，由于没有热开关部，因此，形成隔热效果较好的空气层，而经由脱离的热开关部不能产生相邻的磁性构造体间的热传导。另外，热开关部在磁性构造体间进行固体热传导，因此，热开关部和磁性构造体由至少一点相接。从有效地进行固体热传导的观点来看，优选热开关部和磁性构造体以尽可能大的面相接。
[0113]作为成为这种热开关部的固体的热传导部件，例如优选为导热性良好的铝或铜、不锈钢等金属。另外，作为热传导部件，也可以是上述金属的单体或合金、或多种金属的复合材等。另外，作为热传导部件，也可以是导热性良好的陶瓷等。
[0114]磁场增减部由I组永久磁铁构成，且以夹持磁热材料的形式设置。利用I组永久磁铁可以进行磁场的施加及去除。在一实施方式中，关于磁场的施加及去除的方法，通过移动永久磁铁而进行。
[0115]在此，上述隔热弹性体有时具有减弱磁力的性质。在使用具有减弱磁力的性质的隔热弹性体的情况下，优选以来自磁场增减部的磁力线不通过隔热弹性体的方式配置。例如当参照图2 (a)及(b)进行说明时，在图2 (a)及(b)的剖面图中，磁性构造体I在上面及下面由隔热弹性体13夹持。因此，为了有效地利用由磁场增减部产生的磁力线，图1中，优选通过在前面及背面配置磁场增减部，使磁力线不通过隔热弹性体13。隔热弹性体在减弱磁力的性质消失或较弱的情况下，也可以以磁力线通过隔热弹性体的方式配置。
[0116]所使用的热开关部及永久磁铁的种类、大小及形状等没有特别限定，可根据希望的制冷制热装置适当选择公知的部件。应用于磁制冷制热装置的其它部件等也可根据希望的制冷制热装置由本领域技术人员适当选择。另外，作为其它部件，具有:取出由磁制冷机构产生的制冷效果的低温侧热交换器、取出由磁制冷机构产生的制热效果的高温侧热交换器及控制磁制冷制热装置的控制部、使磁制冷制热装置进行动作的电动机等。
[0117][第四实施方式:插入防止涡电流部件的实施方式]
[0118]第四实施方式是为了降低在施加磁场时产生的涡电流损耗而插入防止涡电流部件的方式。
[0119]图6是用于说明本实施方式的磁性构造体的说明图，Ca)是表示主要部分的立体图，(b)是说明在作为磁制冷制热装置而构成的情况下施加的磁场与磁力线的关系的剖面图。另外，图7是为了说明本实施方式而只提取高热传导部件和防止涡电流部件进行描述的立体图。
[0120]本实施方式的磁性构造体I与第一实施方式基本相同，层叠有板状的磁热材料7和相同板状的高热传导部件9。层叠方向成为在作为磁制冷制热装置而构成的情况下施加的磁场的磁力线的方向。即，磁热材料7、高热传导部件9均以横穿磁力线的方向配置。
[0121]而且，在本实施方式中，还插入有防止涡电流部件41。在图示的构造中，防止涡电流部件41沿着与磁力线(图中箭头S)平行的方向配置多个。而且，利用防止涡电流部件41，分断板状的磁热材料7及高热传导部件9。
[0122]防止涡电流部件41的作用在于，防止或抑制磁力线通过板状的磁热材料7及高热传导部件9而产生的涡电流。如众所周知，涡电流为如下电流，即，磁力线通过具有导电性的部件，从而以磁力线横穿的方向为轴旋涡状地产生的电流。当产生这种涡电流时，通过该电流，由于导电性部件的阻力而引起发热，该情况成为涡电流损耗。磁性构造体中，磁热材料7及高热传导部件9均是具有导电性的部件，因此，由于涡电流而引起发热。因此，即使通过磁场的施加冷却(吸热)磁热材料7，由于该涡电流损耗的发热，也可能得不到充分的冷却效果。
[0123]因此，本实施方式中，如图示，通过使防止涡电流部件41在与磁力线平行的方向配置多个而分断板状的磁热材料7及高热传导部件9，由此，以不流过该涡电流。
[0124]为了不流过涡电流，需要防止涡电流部件41为至少比高热传导部件9的电导率低的电导率。
[0125]在此，作为设为高热传导部件使用的材料的具体例，上述材料的电导率如下。铝(Al单体)为37.4X IO6 (西门子/ m) ((TC )，铜为59.0 X IO6 (西门子/ m) ((TC)，碳纳米管为 7.5X IO7 (西门子 / m) (O0C)0
[0126]因此，防止涡电流部件41通过使用电导率比这些高热传导部件低的材料，能够防止或抑制涡电流的产生。作为电导率较低的材料，优选为不足1.0XIO1C西门子/ m)(0°C)的材料。
[0127]在此，防止涡电流部件41以分断传导热的方向(从第一面到第二面)的方式配置。因此，作为防止涡电流部件41，如果使用热导率低的材料，则虽然特意地插入高热传导部件，但是磁性构造体内的热传导变差。因此，防止涡电流部件41中也使用热导率至少比磁热材料高的材料。即，防止涡电流部件41使用热导率比磁热材料高且电导率比高热传导部件低的材料。
[0128]具体而言，作为防止涡电流部件41，优选为例如类金刚石碳。类金刚石碳根据其构造或密度稍有不同，但例如电导率为10 —12 (西门子/ m)，热导率为200?700 (W /Cm.K))。
[0129]另外，作为防止涡电流部件41，可以使用导热性陶瓷。作为导热性陶瓷的具体例，例如具有氮化硅陶瓷。氮化硅陶瓷的电导率为3.0X10 —11 (西门子/ m)，热导率为200(W / Cm.K))。
[0130](第四实施方式的变形例)
[0131]图8及图9是用于说明防止涡电流部件的插入方式不同的例子的立体图。另外，图8及图9均是只提取高热传导部件和防止涡电流部件进行描述的立体图。而且，图8中，表示每隔一层分离层叠的高热传导部件的方式。另外，图9中，表示分离全部层叠的高热传导部件的方式。
[0132]这样，通过设为每隔一层或全部分断高热传导部件9的方式，随着防止涡电流部件的插入，可以进一步防止或抑制涡电流的产生。
[0133]另外，如已经说明的那样，防止涡电流部件41也使用高热传导的材料。因此，在设为这种方式的情况下，沿着高热传导部件9的热沿着防止涡电流部件41，且再次沿着高热传导部件9，并最终从第一面41a传导到第二面41b。
[0134](涡电流损耗的估量计算)
[0135]在此，说明使用下述式计算涡电流损耗的结果。
[0136]pe = ( Ji2 / 6).Bm2.f2.T2.σ
[0137]在式中，Pe:涡电流损耗，Bm:最大磁束密度，f:频率，T:板厚，σ:电导率。
[0138]另外，在计算时，假定下述的磁制冷制热装置。
[0139]制冷制热性能:6kW, 2升
[0140]磁热材料(MCM):Gd (钆)
[0141]Gd (MCM)的厚度:1mm
[0142]作为Gd的物理性质，比热:0.071 (cal / g.K)，电导率:0.736X IO6 (西门子/m)
[0143]Gd 使用量:5.26kg
[0144]磁场施加频率:50Hz
[0145]磁场的强度:1.5T
[0146](计算结果)
[0147]涡电流产生的MCM (Gd)的发热量(s):4.38W，I分钟的温度上升率:0.17度，I小时后上升10度。
[0148]在此，当插入由低电传导性材料构成的防止涡电流部件，且Gd (MCM)的使用量相同，且将分断的Gd (MCM)的厚度设为I / 10时，涡电流产生的发热量可以为0.0438W。因此，即使在I小时后，Gd (MCM)的温度上升也以0.1度的温度上升结束。
[0149]另外，作为磁制冷制热装置，假定为在磁制冷制热运转开始时，使低温端处从室温(25°C)冷却到一 5°C的装置。即，为与25°C的空气进行热交换的开始时，在低温端与空气可确保30°C的温度差的装置。图10是表示假定这种磁制冷制热性能的磁制冷制热装置中的低温端的温度变化的图表。
[0150]由于上述计算结果，在未插入防止涡电流部件的情况下(图10中“实施例1”)，经过I小时后，低温端的温度成为5°c。于是，在低温端与空气成为20°C的温度差，制冷能力降低30%以上。
[0151]另一方面，在插入防止涡电流部件的情况下(图10中“实施例2”)，能使制冷制热能力的降低大致为零。因此，通过防止或抑制涡电流的产生，与不进行这样对策的情况相t匕，制冷制热能力提高50%。
[0152]如以上说明，根据第四实施方式，利用防止涡电流部件，特别是可以防止或抑制高热传导部件中产生的涡电流，并防止或抑制涡电流损耗产生的不需要的发热。特别是本实施方式中，通过利用防止涡电流部件分断板状的磁热材料及高热传导部件这双者，可以防止或抑制这双者中产生的涡电流。
[0153]另外，在此，示例说明了层叠板状的磁热材料及高热传导部件的方式。但是，在第二实施方式或第三实施方式中，也同样地使防止涡电流部件以成为与磁力线平行的方向的方式配置，由此，可以得到相同的效果。
[0154][其它的制冷制热装置]
[0155]在已经说明的实施方式中，在磁性构造体彼此之间及磁性构造体与热交换器之间配置的热开关部3a及3b通过在它们之间进行插入及脱离，切换它们之间的热的传导和隔断。即，移动热开关部本身。另外，作为热交换器，如上述，存在低温侧热交换部及高温侧热交换部。在此，作为热开关部的其它方式，对即使不移动(插入及脱离)热开关部本身，也使用进行它们之间的热传导的热开关部的磁制冷制热装置进行说明。
[0156](热开关部的其它方式I)
[0157]图11是用于说明热开关部的其它方式I的说明图。
[0158]在图示的磁制冷制热装置中，在低温侧热交换部40A和磁性构造体IOA之间配置有热开关部30A，在磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间配置有热开关部30B。在此，热开关部30A、30B的构造及功能相同。另外，磁性构造体IOA和磁性构造体IOB使用已经说明的各实施方式的磁性构造体的任一种。另外，虽然未图示，但在其它磁性构造体彼此之间及磁性构造体和高温侧热交换部之间均配置这里说明的热开关部30A及30B。
[0159]如图11所示，在磁性构造体IOA的对向的两面上配置有热开关部30A、30B。热开关部30A、30B在磁性构造体IOA的对向的两面上通过接合或粘接而一体化。在磁性构造体IOA的左右邻存在有低温侧热交换部40A和磁性构造体10B。热开关部30A与低温侧热交换部40A和磁性构造体IOA接合或粘接，热开关部30B与磁性构造体IOA和磁性构造体IOB接合或粘接。因此，低温侧热交换部40A、热开关部30A、磁性构造体10A、热开关部30B、磁性构造体IOB进行一体化。
[0160]另外，在磁性构造体IOA的上面及下面，以夹持磁性构造体IOA的方式设置有I组永久磁铁21AM、26AM。另外，在热开关部30B的上面及下面，也以夹持热开关部30B的方式设置有I组永久磁铁21BH、26BH。而且，通过永久磁铁21AM、26AM接近及远离磁性构造体10A，而进行磁场的施加及去除。另外，通过永久磁铁21BH、26BH接近及远离热开关部30B，而进行磁场的施加及去除。
[0161](热开关部的动作)
[0162]当施加9特斯拉左右的磁力时，热开关部30A、30B的热导率比施加之前大。热导率的大小变化为100倍?3000倍的范围。因此，如果不施加磁力，则热开关部30A、30B的热导率极小，在连接的低温侧热交换部40A、磁性构造体10A、磁性构造体IOB之间不能传导热。另一方面，当施加磁力时，热开关部30A、30B的热导率极大，在连接的低温侧热交换部40A、磁性构造体10A、磁性构造体IOB之间传导热。
[0163]如图11所示，热开关部30A、30B包含通过磁力的施加、去除而向绝缘体、金属进行相转移的转移体。转移体包含至少I种以上的电荷整列绝缘体。因此，当对转移体施加磁力时，向金属进行相转移且热导率相对变大。另外，当从转移体去除磁力时，向绝缘体进行相转移且热导率相对变小。
[0164]在图11的情况下，由于未对热开关部30A施加磁力，因此，热开关部30A具有作为绝缘体的性质，传导电子难以流动，而在低温侧热交换部40A和磁性构造体IOA之间不能传导热。另一方面，由于利用永久磁铁21BH、26BH对热开关部30B施加有磁力，因此，热开关部30B具有作为金属的性质，且易于传导电子流动，而在磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间传导热。一般已知，固体的热传导担载有声子及传导电子。本实施方式中，通过磁力控制传导电子的流动。
[0165]在此，根据阐明通过施加磁力而从绝缘体向金属进行相转移的机理的研究结果，进行下面那样的报告。
[0166]过渡金属的氧化物中，存在大量的电子且由于电子间的相关为较强的物质，因此，存在大量电子彼此相互排斥的进行局部存在化的、称为电荷整列绝缘体的绝缘体。电荷整列绝缘体中，对电子的旋转或轨道等、电荷以外的电子具有的性质(自由度)直接作用的外场使绝缘体向金属进行相变化。特别是当磁力对电子旋转发挥作用时，使局部存在的大量的电子以雪崩的方式移动，而使绝缘体向金属进行相变化。根据报告，在使用钕锶锰氧化物的情况下，在温度IOK (- 236°C)、2.4特斯拉的磁力下，为电阻率高为500 Ωπι的绝缘体状态，但在9特斯拉的磁力下，呈现电阻率减少4位左右为0.2Ωπι。本方式的热开关部积极地利用该现象而构成磁制冷制热装置。另外，本实施方式中，作为施加磁力时进行金属化的电荷整列绝缘体,使用 Gd0.55Sr0.45MnO、Pr0 5CaQ.5Μη03。
[0167]这样，当利用包含电荷整列绝缘体的转移体形成热开关部时，通过磁力的施加、去除，可以大幅度变化热导率的大小，且可以作为热开关而发挥作用。当使用通过磁力的施力口、去除而热导率变化的热开关部30A、30B时，可以只通过磁力的施加、去除使与邻接的磁性构造体的热传导断开或连续。因此，不需要移动热开关部本身、在热交换器和磁性构造体之间、磁性构造体彼此之间进行插入及脱离，因此，热开关部的耐久性提高，同时可靠性也提闻。
[0168]另外，如上述，为了车载磁制冷制热装置，要求小型化，但为了进行小型化，需要磁制冷制热装置的高频化。为了进行高频化，需要以高速(例如0.1秒左右)进行磁性构造体间的热传导。如果使用本实施方式的热开关部30A、30B，则通过缩短施加磁力的周期，可容易地闻频化。
[0169](热开关部的其它方式2)
[0170]图12是用于说明热开关部的其它方式2的说明图。本方式2的热开关部130由安装于磁性构造体10AU0B的电极31A、3IB和安装于电极31A、3IB之间的金属/绝缘相转移体32构成。电极31A —面通过与磁性构造体IOA —面接合或粘接进行安装。电极31B一面通过与磁性构造体IOB —面接合或粘接进行安装。同样地，金属/绝缘相转移体32的两面通过与电极31A和电极31B另一面接合或粘接进行安装。因此，磁性构造体10A、热开关部130、磁性构造体IOB —体化。图中虽未图示，但构成制冷制热装置的其它磁性构造体和热开关部也如上述那样通过接合或粘接而一体化。另外，配置于磁性构造体和热交换器之间的热开关部也如上述那样通过接合或粘接而一体化。
[0171]电极31A、31B使用导电性良好的铝或铜等金属。用于电极31A、31B的金属可以是上述金属的单体，也可以是上述金属的合金。在磁性构造体10A、IOB之间，经由电极31A、31B传导热，因此，优选电极31A、31B使用热导率更大的金属。
[0172]将电极31A、31B与磁性构造体10AU0B及金属/绝缘相转移体32进行粘接的粘接剂使用热导率较大的粘接剂。例如，使用在不妨碍粘接性的程度下向粘接剂中混入金属粉，而改善导热性的粘接剂。
[0173]金属/绝缘相转移体32具有如下性质，即，当施加电压时，从绝缘体向金属进行相转移，热导率变大，相反地，当隔断电压时，从金属向绝缘体进行相转移，热导率变小。表示金属与绝缘体的相互间的相转移的绝缘体具有无机氧化物莫特绝缘体或有机莫特绝缘体。无机氧化物莫特绝缘体至少含有过渡金属元素。作为莫特绝缘体，已知有LaTi03、SrRuO4、BEDT — TTF (TCNQ)0作为可以进行金属与绝缘体的相互间的相转移的器件目前已知的器件有ZnO单晶薄膜双电层FET、TMTSF / TCNQ层叠型FET元件。热可以利用热电子及晶格进行转移。ZnO单晶薄膜双电层FET及TMTSF / TCNQ层叠型FET元件利用施加电压时使热电子活跃地移动的性质。本方式中，金属/绝缘相转移体32中使用如下物质，即，至少含有过渡金属元素的无机氧化物莫特绝缘体或有机莫特绝缘体等通过电压的施加去除而热导率变化大的物质。另外，金属/绝缘相转移体32中还可以使用ZnO单晶薄膜双电层FET、TMTSF / TCNQ层叠型FET元件等。
[0174]如图12所示，当在电极31A和电极31B之间施加直流电压V时，金属/绝缘相转移体32的热导率相对变大，而在磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间引起热的移动。另一方面，当去除电极31A和电极31B之间的直流电压V时，金属/绝缘相转移体32的热导率相对性地变小,而阻止磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间的热的移动。因此，热开关部130成为通过电压的施加、去除控制热移动的热开关。
[0175]热开关部130的热传导的断开、连续可通过电压的施加、去除进行控制，因此，在磁性构造体间不使热开关部滑动就能够输送热。因此，热开关部中不需要保持滑动的持久性，热开关部的可靠性提高。另外，可以消除摩擦引起的机械损失，并可降低用于驱动热开关部的损失。另外，热开关部只能向与磁性构造体的排列方向输送热，且热开关部的热导率可以比滑动型热开关部大，因此，在进行热输送时，可减小热的损失。并且，热开关部可根据电压的施加、去除使用所有的接触面连接磁性构造体间，因此，能够提高热输送能力及热输送效率。
[0176]热开关部130的热传导的断开、连续可以通过对电极31A、31B施加、去除电压而进行。通过设置电极31A、31B，能够容易地对金属/绝缘相转移体32施加电压。另外，当在金属/绝缘相转移体32中使用至少含有过渡金属元素的无机氧化物莫特绝缘体、有机莫特绝缘体、ZnO单晶薄膜双电层FET、TMTSF / TCNQ层叠型FET元件时，热导率变化的响应性良好。
[0177](热开关部的其它方式3)
[0178]图13是用于说明热开关部的其它方式3的说明图。
[0179]本方式3的热开关部130对方式2中说明的热开关部130进一步追加辅助电极33A、33B。其它的构成及动作与方式2相同。
[0180]辅助电极33A、33B通过接合或粘接安装于金属/绝缘相转移体32上。辅助电极33A、33B也可以不考虑导热性。另外，将辅助电极33A、33B连接到金属/绝缘相转移体32的粘接剂也可以不考虑导热性。这是由于在辅助电极33A、33B和粘接剂上不通过热电子。
[0181]辅助电极33A、33B沿相对于电极31A、31B正交的方向施加电压。当在辅助电极33A和辅助电极33B之间施加直流电压时，金属/绝缘相转移体32内的电子分布向辅助电极33A、33B的方向偏离。因此,在磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间移动的热电子的阻力减少，热电子易于移动。即，通过设置辅助电极33A、33B，能够进一步增大金属/绝缘相转移体32的热导率。
[0182](热开关部的其它方式4)
[0183]图14是用于说明热开关部的其它方式4的说明图。
[0184]本方式4的热开关部130以如下方式设置，即，不将电极31A、31B设于金属/绝缘相转移体32、磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间，可以从与金属/绝缘相转移体32内移动的热电子的移动方向正交的方向施加电压。其它的构成及动作与方式2相同。
[0185]因此，金属/绝缘相转移体32直接安装于磁性构造体10AU0B上。金属/绝缘相转移体32和磁性构造体10AU0B通过接合或粘接剂进行安装。此时使用的粘接剂使用导热性较大的粘接剂。
[0186]电极31A、31B通过接合或粘接安装于金属/绝缘相转移体32上。电极31A、31B也可以不考虑导热性。另外，将电极31A、31B粘接于金属/绝缘相转移体32的粘接剂也可以不考虑导热性。这是由于在电极31A、31B和粘接剂上不通过热电子。
[0187]电极31A、31B沿与在金属/绝缘相转移体32内移动的热电子的移动方向正交的方向施加电压。当在电极31A和电极31B之间施加直流电压时，金属/绝缘相转移体32内的电子分布偏向电极31A、31B的方向进行相转移。因此，在磁性构造体IOA和磁性构造体IOB之间移动的热电子的阻力减少，而热电子易于移动。
[0188]在方式2、3的情况下，在热电子的通过方向上存在电极31A、31B，因此，对于热电子，电极31A、31B成为障碍物。因此，电极31A、31B的存在在减小热导率的方向上起作用。但是，在方式4的情况下，由于将金属/绝缘相转移体32直接安装于磁性构造体10AU0B上，因此，电极31A、31B的存在在降低热导率的方向上不起作用。因此，本方式4的热开关部130的热导率比方式2、3的情况大。
[0189](热开关部的其它方式5)
[0190]图15是用于说明热开关部的其它方式5的说明图。
[0191]本方式5的热开关部130将金属/绝缘相转移体32直接安装于磁性构造体10A、IOB上，对磁性构造体10A、10B施加直流电压。金属/绝缘相转移体和磁性构造体10AU0B利用接合或粘接剂进行安装。粘接剂使用热导率较大的粘接剂。其它的构成及动作与方式2相同。
[0192]当将磁性构造体10AU0B用于代替电极时，使构造简单化，且实现零件数量的减少和制造工序的简化。另外，与方式4的情况同样，热开关部130的热导率比方式2、3的情况大。
[0193](热开关部的其它方式6)
[0194]图16是用于说明热开关部的其它方式6的说明图。
[0195]本方式6中，对热开关部130追加绝缘体34。具体而言，如图16所示，将妨碍热电子移动的绝缘体34设于电极31A和金属/绝缘相转移体32之间。图16中，对方式I的结构追加绝缘体34，但也可以对方式2?4的结构追加绝缘体34。其它的构成及动作与方式2相同。
[0196]绝缘体34是为了阻止热电子以外的电子移动而设置的。当在电极31A和电极31B之间施加直流电压时，在电极31A和电极31B之间流过电流，但加上本来要移动的热电子，可能使与热输送无关的电子过量地移动。为了防止与该热输送无关的电子的过量移动，通过将绝缘体34安装于金属/绝缘相转移体32上，可防止金属/绝缘相转移体32的热导率的降低。
[0197](热开关部的其它方式7)
[0198]图17是用于说明热开关部的其它方式7的说明图。[0199]本方式7中，对方式4的图14的热开关部130追加极化体35。具体而言，在电极31A和金属/绝缘相转移体32之间配置促进热电子移动的极化体35。极化体35由电介质及离子性液体中的至少一种以上形成。其它的构成及动作与方式4相同。
[0200]极化体35取出在金属/绝缘相转移体32内移动的电子，或向金属/绝缘相转移体32内注入电子。因此，金属/绝缘相转移体32内的电子的分布状态进行变化，而热电子易于流动。通过配置极化体35，能够进一步增大金属/绝缘相转移体32的热导率。
[0201]如热开关部的其它方式2?7，当使用通过电压的施加、去除而热导率进行变化的热开关部130时，只通过电压的施加、去除就能够使与邻接的磁性构造体的热传导断开、连续。因此，不需要移动热开关部本身在热交换器和磁性构造体之间、磁性构造体彼此之间进行插入及脱离，因此，热开关部的耐久性提高，同时可靠性也提高。
[0202]例如为了车载磁制冷制热装置而要求小型化，为了进行小型化而需要磁制冷制热装置的高频化。为了进行高频化，需要以高速(例如0.1秒左右)进行磁性构造体间的热传导。本实施方式的热开关部130通过缩短接通(0N)、断开(OFF)的周期，可使电压高频化。
[0203]特愿2011 - 201093 号(申请日:2011 年 9 月 14 日)、特愿 2012 — 143425 号(申请日:2012年6月26日)及特愿2012 — 172154号(申请日:2012年8月2日)的全部内容在此被引用。
[0204]以上，按照实施例对本发明的内容进行了说明，但本发明不限定于这些记载，对本领域技术人员来说当然可以进行各种变形及改进。
[0205]产业上的可利用性
[0206]根据本发明的磁性构造体，通过在磁性构造体内设置热导率比磁热材料高的高热传导部件，能够使磁热材料中产生的热的全部或一部分在磁性构造体内迅速地传导。
[0207]另外，由于本发明的磁制冷制热装置为将多个上述磁性构造体与热开关部一起排列而制成的磁制冷制热装置，因此，磁性构造体的导热性良好，可以进行磁场施加、去除的高频化，并能够有助于装置的进一步小型化。
【权利要求】
1.一种磁性构造体，其特征在于，具有: 通过磁场的施加及去除而产生温度变化的磁热材料； 与所述磁热材料相接且热导率比所述磁热材料高的高热传导部件。
2.如权利要求1所述的磁性构造体，其特征在于，所述磁热材料及所述高热传导部件具有平板构造且交替地层叠。
3.如权利要求1所述的磁性构造体，其特征在于，所述高热传导部件具有蜂窝状构造，并具有在所述蜂窝状构造的孔内部填充有所述磁热材料的构造。
4.如权利要求1所述的磁性构造体，其特征在于，所述高热传导部件具有多孔体构造，并具有在所述多孔体构造的孔内部填充有所述磁热材料的构造。
5.如权利要求1?4中任一项所述的磁性构造体,其特征在于， 磁性构造体的外表面中的向其它部件传导热的面由热导率比所述磁热材料高的高热传导壁构成， 所述高热传导部件的传导热的方向的端部与所述高热传导壁相接。
6.如权利要求1?5中任一项所述的磁性构造体,其特征在于， 还具有与所述磁场的施加产生的磁力线方向平行地配置的防止涡电流部件， 所述防止涡电流部件由电导率比所述高热传导部件低且热导率比所述磁热材料高的材料形成。
7.如权利要求6所述的磁性构造体，其特征在于，所述防止涡电流部件由类金刚石碳或导热性陶瓷形成。
8.如权利要求5所述的磁性构造体，其特征在于，从由所述磁热材料、所述高热传导部件及所述高热传导壁构成的组中选择的至少两个部件间经由接合剂接合。
9.如权利要求1?8中任一项所述的磁性构造体，其特征在于,磁性构造体由多面体构造构成，磁性构造体的外表面中的除向其它部件传导热的面以外的面由框体覆盖。
10.如权利要求1?9中任一项所述的磁性构造体，其特征在于，磁性构造体的外表面中的除向其它部件传导热的面以外的面的一部分由隔热部件覆盖。
11.一种磁制冷制热装置，其特征在于，具有: 多个权利要求1?10中任一项所述的磁性构造体； 配置于所述磁性构造体彼此之间而进行热的传导及隔断的热开关部； 对多个所述磁性构造体的各自进行磁场的施加、去除的磁场增减部。
12.一种磁制冷制热装置，其特征在于，具有: 多个权利要求1?10中任一项所述的磁性构造体； 配置于所述磁性构造体彼此之间而进行热的传导及隔断的热开关部； 对多个所述磁性构造体的各自进行磁场的施加、去除的磁场增减部， 所述磁场增减部配置于来自所述磁场增减部的磁力线不通过设于所述磁性构造体的隔热部件的位置。
【文档编号】F25B21/00GK103782116SQ201280043740
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月14日
【发明者】田崎丰, 高桥秀和 申请人:日产自动车株式会社