CN104949380B - 蓄冷器式制冷机 - Google Patents

蓄冷器式制冷机 Download PDF

Info

Publication number
CN104949380B
CN104949380B CN201510137819.7A CN201510137819A CN104949380B CN 104949380 B CN104949380 B CN 104949380B CN 201510137819 A CN201510137819 A CN 201510137819A CN 104949380 B CN104949380 B CN 104949380B
Authority
CN
China
Prior art keywords
storage material
region
magnetic cold
regenerator
cold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510137819.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104949380A (zh
Inventor
许名尧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Publication of CN104949380A publication Critical patent/CN104949380A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104949380B publication Critical patent/CN104949380B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/003—Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0021—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0022—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a rotating or otherwise moving magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/10—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point with several cooling stages
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Abstract

本发明提供一种蓄冷器式制冷机。本发明提供一种维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时抑制磁性蓄冷材料的使用量的技术。本发明的蓄冷器式制冷机(1)中，蓄冷器包括积蓄寒冷的磁性蓄冷材料和容纳磁性蓄冷材料的容器。容器中容纳磁性蓄冷材料的部分包括：第1区域(36)，包括在蓄冷器式制冷机(1)的工作期间磁性蓄冷材料的比热成为最大的温度范围；及第2区域(37)，温度范围与第1区域(36)不同。在所述第1区域(36)中容纳磁性蓄冷材料的部分的截面积小于第2区域(37)中容纳磁性蓄冷材料的部分的截面积。

Description

蓄冷器式制冷机
本申请主张基于2014年3月26日申请的日本专利申请第2014-063108号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种积蓄从压缩装置供给的高压制冷剂气体通过西蒙膨胀而产生的寒冷的蓄冷器式制冷机。
背景技术
作为蓄冷器式制冷机，例如有专利文献1中记载的制冷机。该蓄冷器式制冷机通过使膨胀室内的氦气膨胀从而产生寒冷。氦气在膨胀室产生的寒冷被蓄冷器积蓄的同时传递到冷却台而到达到所希望的超低温，从而对连接于冷却台的冷却对象进行冷却。
蓄冷器中使用蓄冷材料。由铜等非磁性材料构成的蓄冷材料在例如10K以下的超低温区域中，比热小于作为制冷剂气体的氦气的比热。因此，在超低温区域的蓄冷器中使用由在该温度区域中比热较大的磁性材料构成的蓄冷材料。
专利文献1：国际公开第1997/031226号
发明内容
本发明的目的在于提供一种维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时抑制磁性蓄冷材料的使用量的技术。
为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的蓄冷器式制冷机具备蓄冷器，该蓄冷器包括积蓄寒冷的磁性蓄冷材料和容纳磁性蓄冷材料的容器。容器中容纳磁性蓄冷材料的部分包括：第1区域，包括在蓄冷器式制冷机的工作期间磁性蓄冷材料的比热成为最大的温度范围；及第2区域，温度范围与第1区域不同。在第1区域中容纳磁性蓄冷材料的部分的截面积小于在第2区域中容纳磁性蓄冷材料的部分的截面积。
根据本发明，能够维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时抑制磁性蓄冷材料的使用量。
附图说明
图1是示意地表示实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机的一例的图。
图2是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器的温度分布曲线的一例的图。
图3是表示磁性蓄冷材料的比热随温度变化的图。
图4是表示容纳于第2蓄冷器的低温侧区域的磁性蓄冷材料为两种时的图。
图5是示意地表示第1变形例所涉及的蓄冷器式制冷机的一例的图。
图6是示意地表示第2变形例所涉及的蓄冷器式制冷机的一例的图。
图中：1-蓄冷器式制冷机，C1-第1间隙，2-第1置换器，C2-第2间隙，3-第2置换器，4-销，5-连接器，6-销，7-第1缸体，8-第2缸体，9-第1蓄冷器，10、11-整流器，12-室温室，13-第1开口，14-压缩机，15-供给阀，16-回流阀，17-密封件，18-第1膨胀空间，19-第2开口，20-第1冷却台，21、22-整流器，23-分隔件，24-高温侧区域，25-低温侧区域，26-第2膨胀空间，27-第3开口，28-第2冷却台，29、30-盖部，31、32-压入销，34-第2蓄冷器，35-插入部件，36-第1区域，37-第2区域。
具体实施方式
通常，由磁性材料构成的蓄冷材料的成本比由非磁性材料构成的蓄冷材料高。因此，从降低蓄冷器及具备该蓄冷器的蓄冷器式制冷机的成本的观点考虑，本发明的实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机中，蓄冷器中容纳磁性蓄冷材料的部分的截面积小于容纳非磁性蓄冷材料的部分的截面积。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示意地表示实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机1的一例的图。实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机1为例如将氦气用作制冷剂气体的吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)式的超低温制冷机。如图1所示，蓄冷器式制冷机1具备第1置换器2以及与第1置换器2在长度方向上连结的第2置换器3。第1置换器2与第2置换器3例如经由销4、连接器5以及销6连接。
第1缸体7与第2缸体8形成为一体，并且分别具备高温端和低温端。第1缸体7的低温端与第2缸体8的高温端在第1缸体7的底部连接。第2缸体8以与第1缸体7在同一轴向上延伸的方式形成，且为直径小于第1缸体7的直径的圆筒部件。第1缸体7为将第1置换器2以能够在长度方向上往复移动方式容纳的容器。此外，第2缸体8为将第2置换器3以能够在长度方向上往复移动的方式容纳的容器。
考虑到强度、导热系数、氦隔离能力等，第1缸体7、第2缸体8例如使用不锈钢。第2置换器3的外周部为由不锈钢等金属制成的筒。在第2置换器3的外周面上可形成氟化乙烯树脂等耐磨性树脂保护膜。
在第1缸体7的高温端设有往复驱动第1置换器2及第2置换器3的止转棒轭机构(未图示)。第1置换器2、第2置换器3分别沿着第1缸体7、第2缸体8往复移动。第1置换器2及第2置换器3分别具备高温端和低温端。
第1置换器2具有圆筒状的外周面，在第1置换器2的内部填充有第1蓄冷材料。第1置换器2的内部容积作为第1蓄冷器9发挥作用。第1蓄冷器9的上部设有整流器10，下部设有整流器11。在第1置换器2的高温端形成有使制冷剂气体从室温室12流向第1置换器2的第1开口13。
室温室12为由第1缸体7和第1置换器2的高温端形成的空间。室温室12的容积随着第1置换器2的往复移动而发生变化。在室温室12上连接有将由压缩机14、供给阀15、回流阀16构成的吸排气系统相互连接的配管中的供排气共同配管。并且第1置换器2的偏靠高温端的部分与第1缸体7之间安装有密封件17。
在第1置换器2的低温端形成有将制冷剂气体经由第1间隙C1导入到第1膨胀空间18的第2开口19。第1膨胀空间18是由第1缸体7和第1置换器2形成的空间。第1膨胀空间18的容积随着第1置换器2的往复移动而发生变化。第1缸体7的外周中与第1膨胀空间18相对应的位置配置有与未图示的冷却对象热连接的第1冷却台20。第1冷却台20被流过第1间隙C1的制冷剂气体冷却。
第2置换器3具有圆筒状的外周面。第2置换器3的内部通过上端的整流器21、下端的整流器22、位于上下中间的分隔件23而在轴向上分成两级。在第2置换器3的内部容积中的比分隔件23更靠高温侧的高温侧区域24填充有例如由铅或铋等非磁性材料制成的第2蓄冷材料。分隔件23的低温(下级)侧的低温侧区域25填充有与高温侧区域24不同的蓄冷材料，例如由HoCu2或Gd2O2S(GOS)等磁性材料制成的第3蓄冷材料。在低温侧区域25中还容纳有与磁性蓄冷材料不同的插入部件35。对插入部件35的详细内容将进行后述。
铅或铋、HoCu2或GOS等形成为球状，并且多个球状形成物聚集而构成蓄冷材料。分隔件23防止高温侧区域24的蓄冷材料与低温侧区域25的蓄冷材料混合。该第2置换器3的内部容积(即高温侧区域24和低温侧区域25)作为第2蓄冷器34发挥作用。第1膨胀空间18和第2置换器3的高温端由连接器5周围的连通路连通。制冷剂气体经由该连通路从第1膨胀空间18流向第2蓄冷器34。
在第2置换器3的低温端形成有用于使制冷剂气体经由第2间隙C2流向第2膨胀空间26的第3开口27。第2膨胀空间26是由第2缸体8和第2置换器3形成的空间。第2膨胀空间26的容积随着第2置换器3的往复移动而发生变化。第2间隙C2由第2缸体8的低温端和第2置换器3形成。
第2缸体8外周中与第2膨胀空间26相对应的位置上配置有与冷却对象热连接的第2冷却台28。第2冷却台28被流过第2间隙C2的制冷剂气体冷却。
从比重、强度、导热系数等观点考虑，第1置换器2例如使用夹布酚醛树脂等。第1蓄冷材料例如由金属丝网等构成。并且，通过毛毡及金属丝网在轴向上夹持例如铅、铋等球状的第2蓄冷材料来构成第2置换器3。另外，如上所述，也可以通过分隔件将第2置换器3的内部容积分割成多个区域。
第1置换器2及第2置换器3可在低温端分别具备盖部29及盖部30。从与置换器主体接合的观点考虑，盖部29及盖部30具有两级状的圆柱形形状。盖部29通过压入销31固定在第1置换器2，盖部30通过压入销32固定在第2置换器3。
接着，对实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机1的动作进行说明。在制冷剂气体供给工序的某一时间点，第1置换器2及第2置换器3位于第1缸体7及第2缸体8的下止点。若与此同时或者在稍错开的时刻打开供给阀15，则高压氦气(例如2.2MPa的氦气)经由供给阀15从供排气共同配管供给到第1缸体7内，并从位于第1置换器2上部的第1开口13流入到第1置换器2内部的第1蓄冷器9中。流入到第1蓄冷器9中的高压氦气被第1蓄冷材料冷却的同时，经由位于第1置换器2下部的第2开口19及第1间隙C1供给到第1膨胀空间18。
供给到第1膨胀空间18的高压氦气经由连接器5周围的连通路流入到第2置换器3内部的第2蓄冷器34。流入到第2蓄冷器34中的高压氦气被第2蓄冷材料冷却的同时，经由位于第2置换器3下部的第3开口27及第2间隙供给到第2膨胀空间26。
如此，第1膨胀空间18及第2膨胀空间26被高压氦气充满，供给阀15被关闭。此时，第1置换器2及第2置换器3位于第1缸体7及第2缸体8内的上止点。若与此同时或者在稍错开的时刻打开回流阀16，则第1膨胀空间18、第2膨胀空间26内的制冷剂气体被减压而膨胀，成为低压氦气(例如0.8MPa的氦气)。此时，通过制冷剂气体的膨胀而产生寒冷。通过膨胀成为低温的第1膨胀空间18内的氦气经由第1间隙C1吸收第1冷却台20的热量。此外，第2膨胀空间26内的氦气经由第2间隙C2吸收第2冷却台28的热量。
第1置换器2及第2置换器3朝向下止点移动，从而第1膨胀空间18及第2膨胀空间26的容积减少。第2膨胀空间26内的氦气经由第2间隙C2、第3开口27、第2蓄冷器34及连通路返回到第1膨胀空间18。并且，第1膨胀空间18内的氦气经由第2开口19、第1蓄冷器9以及第1开口13返回到压缩机14的吸入侧。此时，第1蓄冷材料、第2蓄冷材料以及第3蓄冷材料被制冷剂气体冷却。即，第1蓄冷材料、第2蓄冷材料以及第3蓄冷材料积蓄通过制冷剂气体的膨胀而产生的寒冷。将该工序设为1个循环，蓄冷器式制冷机1重复进行该制冷循环，由此冷却第1冷却台20及第2冷却台28。
接着，对实施方式所涉及的第2蓄冷器34的内部结构进行更详细的说明。下面，首先对第2蓄冷器34的温度分布曲线(温度梯度)及磁性蓄冷材料的比热随温度变化的情况进行说明。
图2是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器34的温度分布曲线的一例的图，是表示将第2蓄冷器的高温端至低温端的距离设为1并以此进行标准化时的第2蓄冷器34的温度分布曲线的曲线图。如图2所示，在蓄冷器式制冷机1的工作期间，第2蓄冷器34的高温端(标准化距离为0)的温度为40K左右，低温端(标准化距离为1)的温度为5K左右。
如上所述，在第2蓄冷器34的低温侧区域25填充有与高温侧区域24不同的蓄冷材料，例如由HoCu2或Gd2O2S(GOS)等磁性材料制成的第3蓄冷材料。在此，低温侧区域25是第2蓄冷器34中温度成为4K左右～10K左右的范围的区域。
图3是表示磁性蓄冷材料的比热随温度变化的图，更具体而言，是表示在超低温区域中的HoCu2及GOS的比热随温度变化的曲线图。如图3所示，HoCu2及GOS在温度为4K左右～10K左右的范围(即在第2蓄冷器34中容纳有HoCu2或GOS的区域的温度范围)，具有比热最大的峰值。例如，HoCu2的比热在温度为约6K及约9K两处最大。并且GOS的比热在约5K时具有非常尖锐的峰值。
若制冷剂气体流过填充有磁性蓄冷材料的区域，则制冷剂气体与磁性蓄冷材料之间进行热交换，在此，蓄冷材料的比热C越大，磁性蓄冷材料的热渗透深度L成为越小的值。并且，磁性蓄冷材料表面的温度To与磁性蓄冷材料内部的温度Ti之差ΔT越大，磁性蓄冷材料的热渗透深度L成为越大的值。
磁性蓄冷材料的表面通过与制冷剂气体之间的热交换而被冷却。在此，磁性蓄冷材料与制冷剂气体之间的传热系数h取决于制冷剂气体的流速V，制冷剂气体的流速V越快，传热系数h就越大。
通常，第2蓄冷器34为圆筒形形状的容器，其截面积S恒定，而与容器的轴向位置无关。并且，磁性蓄冷材料为加工成几乎相同半径的球状颗粒。因此，可以视为第2蓄冷器34是在截面积S恒定的容器中填充相同的球状部件的蓄冷器。并且，第2蓄冷器34的低温侧区域25的轴向的温度梯度平缓。因此，第2蓄冷器34的低温侧区域25的制冷剂气体的粘度相等，而与轴向位置无关。因此，可以视为低温侧区域25的制冷剂气体的流路阻力R几乎恒定，而与容器的轴向位置无关。其结果，在第2蓄冷器34的低温侧区域25流过的制冷剂气体的流速V也恒定，而与低温侧区域25的位置无关。
在制冷剂气体的流速V恒定而与第2蓄冷器34的低温侧区域25的位置无关的情况下，磁性蓄冷材料与制冷剂气体之间的传热系数h也几乎恒定，而与低温侧区域25的位置无关。在磁性蓄冷材料与制冷剂气体之间的传热系数h恒定的情况下，磁性蓄冷材料表面的温度To与磁性蓄冷材料内部的温度Ti之差ΔT也恒定，而与容器的位置无关。因此，磁性蓄冷材料的热渗透的深度L也几乎恒定，而与低温侧区域25的位置无关。
与热渗透较深的情况相比，在热渗透较浅的情况下，相对于磁性蓄冷材料整体的体积，有助于蓄冷的部分的体积较小。尤其，处于比热成为峰值的温度范围的磁性蓄冷材料与其他区域相比较，比热C较大。因此，可以认为容纳于第2蓄冷器34的低温侧区域25的磁性蓄冷材料的热渗透深度L均较浅，只有磁性蓄冷材料颗粒的表层有助于蓄冷。
因此，实施方式所涉及的第2蓄冷器34的低温侧区域25构成为，在蓄冷器式制冷机1的工作期间，在包括磁性蓄冷材料的比热成为最大的温度范围的区域中的容器的截面积S1比其他温度范围的容器的截面积S2小。以下，为了便于说明，将构成第2蓄冷器34的容器中的包括蓄冷器式制冷机1工作期间磁性蓄冷材料的比热成为最大的温度范围的区域称为“第1区域36”。另外，将构成第2蓄冷器34的容器中的包括蓄冷器式制冷机1工作期间磁性蓄冷材料的比热成为最大的温度范围以外的区域称为“第2区域37”。即，第1区域36中的容器的截面积为S1，第2区域37中的容器的截面积为S2。
图1中，第2蓄冷器34中容纳有插入部件35的区域为第1区域36。插入部件35例如由不使制冷剂气体通过的酚醛树脂或金属等物质构成。因此，通过将插入部件35插入到第1区域36，实际上能够缩小第1区域36中容器的截面积S1。流过第2蓄冷器34的制冷剂气体的流量恒定，而与容器的位置无关，因此制冷剂气体的流速V与容器的截面积S成反比。因此，流过第1区域36的制冷剂气体的流速V1大于流过第2区域37的制冷剂气体的流速V2。
若在第1区域36中制冷剂气体的流速V1变快，则在第1区域36中磁性蓄冷材料与制冷剂气体之间的传热系数h1也变大。磁性蓄冷材料与制冷剂气体之间的传热系数h1越大，磁性蓄冷材料的表面通过制冷剂气体被进一步冷却。因此，与插入插入部件35之前相比，第1区域36中的磁性蓄冷材料颗粒的表面温度To1变低。因此，与插入插入部件35之前相比，第1区域36中的磁性蓄冷材料颗粒的表面温度To1与磁性蓄冷材料颗粒的内部温度Ti1之差ΔT1变大。其结果，与插入插入部件35之前相比，第1区域36中的磁性蓄冷材料颗粒的热渗透深度L1变大。即，通过插入插入部件35，能够增加第1区域36中有助于磁性蓄冷材料颗粒蓄冷的部分的体积。
在此，若将插入部件35插入到第1区域36，则能够填充到第1区域36的磁性蓄冷材料的体积减小插入部件35的体积量。通常，在蓄冷器式制冷机1中，减小磁性蓄冷材料的体积意味着蓄冷器式制冷机1的制冷性能下降。然而，如上所述，对于容纳于磁性蓄冷材料的比热C成为峰值的温度范围的磁性蓄冷材料而言,比热C大导致热渗透深度L的值相应地减小，因此认为没有充分发挥其蓄冷性能。这表示，只要能够充分发挥容纳于磁性蓄冷材料的比热C成为峰值的温度范围的磁性蓄冷材料的蓄冷能力，即使磁性蓄冷材料的体积减小，也能够维持蓄冷器式制冷机1的性能。
实施方式所涉及的第2蓄冷器34通过将插入部件35插入到第1区域36来加快流过第1区域36的制冷剂气体的流速V1，由此提高磁性蓄冷材料的蓄冷能力。其结果，能够维持蓄冷器式制冷机1的制冷性能的同时抑制磁性蓄冷材料的使用量。并且，通过将插入部件35插入到第1区域36来缩小第1区域36中容器的截面积S1，因此无需改变第2蓄冷器34本身的形状。因此，可以原封不动地使用以往的第2蓄冷器34，能够抑制蓄冷器式制冷机1的制造成本的增加。
图1表示容纳于第2蓄冷器34的低温侧区域25的磁性蓄冷材料为HoCu2的情况。如图3所示，HoCu2的比热C在约6K及9K两处最大。因此，第1区域36优选在第2蓄冷器34的低温侧区域25中在蓄冷器式制冷机1的工作期间成为5～10K的温度范围。由此，第1区域36中由于插入有插入部件35，因此可填充的HoCu2的量减少，但HoCu2的热渗透深度L加深，因此最终能够维持制冷性能。因此，能够削减磁性蓄冷材料的量的同时能够维持蓄冷器式制冷机1的制冷性能。
图4是表示容纳于第2蓄冷器34的低温侧区域25的磁性蓄冷材料为HoCu2和GOS这两种时的图。与图1所示的情况相比较，由于磁性蓄冷材料的种类增加，因此在低温侧区域25插入分隔件23’，从而分割成第1低温侧区域25a和第2低温侧区域25b。图4中，HoCu2被填充到第1低温侧区域25a，GOS被填充到第2低温侧区域25b。HoCu2的比热C在约6K及约9K两处最大，因此第1低温侧区域25a优选在蓄冷器式制冷机1的工作期间成为5～10K的温度范围。
如图3所示，GOS的比热C在约5K时最大。因此GOS例如优选在蓄冷器式制冷机1的工作期间成为4.5K～5.5K的温度范围，以包括5K。通过上述，第1区域36优选设为4.5K～10K的温度范围。由此，作为磁性蓄冷材料包括HoCu2和GOS时，在第1区域36中它们的比热C最大。第1区域36受到插入部件35的影响，制冷剂气体的流速V1变快，因此HoCu2和GOS的热渗透深度L加深，其结果，即使磁性蓄冷材料的体积减小也能够维持制冷性能。另外，第1区域36包括第1低温侧区域25a和第2低温侧区域25b的一部分。
如上所述，根据本发明的蓄冷器式制冷机1，能够维持制冷性能的同时抑制蓄冷材料的使用量。
以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的范围的前提下，能够对上述实施例实施各种变形和替换。
上文中，对通过将插入部件35插入到蓄冷器式制冷机1的第2蓄冷器34中的第1区域36来缩小其截面积S1的情况进行了说明。然而，缩小第1区域36的截面积S1的方法不限于上述方法。
图5是示意地表示第1变形例所涉及的蓄冷器式制冷机1的一例的图，是表示容纳于第2蓄冷器34的低温侧区域25的磁性蓄冷材料为HoCu2时的图。如图5所示，第1变形例所涉及的蓄冷器式制冷机1的第2蓄冷器34中未插入有插入部件35。但是，第1变形例所涉及的第2蓄冷器34中的相当于第1区域36的部分的侧壁变厚，容器的截面积S1相应地变小，从而替代插入部件35。由此，可填充于第1区域36的HoCu2的量减少，而流过第1区域36的制冷剂气体的流速V1则变快，因此HoCu2的热渗透深度L加深。其结果，即使削减磁性蓄冷材料的量也能够维持蓄冷器式制冷机1的制冷性能。
图6是示意地表示第2变形例所涉及的蓄冷器式制冷机1的一例的图，是表示容纳于第2蓄冷器34的低温侧区域25的磁性蓄冷材料为HoCu2和GOS这两种时的图。图6所示的例子也与图4所示的例子相同，低温侧区域25被分隔件23’分割为第1低温侧区域25a和第2低温侧区域25b。
在第1低温侧区域25a填充有HoCu2。并且在第2低温侧区域25b填充有GOS。在此，第1低温侧区域25a与第2低温侧区域25b中，与分隔件23’邻接的区域的一部分相当于第1区域。图6所示的蓄冷器式制冷机1的第2蓄冷器34与图5所示的例子相同，相当于第1区域36的部分的侧壁变厚，容器的截面积S1相应地变小。由此，可填充到第1区域36的HoCu2和GOS的量减少，而流过第1区域36的制冷剂气体的流速V1则变快，因此HoCu2和GOS的热渗透深度L加深。其结果，即使削减磁性蓄冷材料的量也能够维持蓄冷器式制冷机1的制冷性能。
在上述的蓄冷器式制冷机1中示出了级数为二级的情况，但该级数可以适当地选择为三级以上。并且，实施方式中，对蓄冷器式制冷机1为置换器式的GM制冷机的例子进行了说明，但不限于此。例如，本发明也可以适用于脉冲管型GM制冷机、斯特林制冷机、苏尔威制冷机等。

Claims (4)

1.一种蓄冷器式制冷机，其特征在于，
具备蓄冷器，该蓄冷器包括磁性蓄冷材料和容器，所述磁性蓄冷材料包括Gd2O2S，所述容器容纳所述磁性蓄冷材料，
所述容器中容纳所述磁性蓄冷材料的部分在所述蓄冷器的温度分布中包括：
第1区域，包括在所述蓄冷器式制冷机的工作期间使Gd2O2S的比热成为最大的4.5K～5.5K的温度范围；及
第2区域，温度范围与所述第1区域不同，
在所述第1区域中容纳Gd2O2S的部分的截面积小于在所述第2区域中容纳Gd2O2S的部分的截面积。
2.根据权利要求1所述的蓄冷器式制冷机，其特征在于，
所述容器在所述第1区域容纳与磁性蓄冷材料不同的插入部件。
3.一种蓄冷器式制冷机，其特征在于，
具备蓄冷器，该蓄冷器包括磁性蓄冷材料和容器，所述磁性蓄冷材料包括HoCu2，所述容器容纳所述磁性蓄冷材料，
所述容器中容纳所述磁性蓄冷材料的部分在所述蓄冷器的温度分布中包括：
第1区域，包括在所述蓄冷器式制冷机的工作期间使HoCu2的比热成为最大的5K～10K的温度范围；及
第2区域，温度范围与所述第1区域不同，
在所述第1区域中容纳HoCu2的部分的截面积小于在所述第2区域中容纳HoCu2的部分的截面积。
4.如权利要求3所述的蓄冷器式制冷机，其特征在于，所述容器在所述第1区域容纳与磁性蓄冷材料不同的插入部件。
CN201510137819.7A 2014-03-26 2015-03-26 蓄冷器式制冷机 Active CN104949380B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014063108A JP6376793B2 (ja) 2014-03-26 2014-03-26 蓄冷器式冷凍機
JP2014-063108 2014-03-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104949380A CN104949380A (zh) 2015-09-30
CN104949380B true CN104949380B (zh) 2018-08-03

Family

ID=54164243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510137819.7A Active CN104949380B (zh) 2014-03-26 2015-03-26 蓄冷器式制冷机

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9803895B2 (zh)
JP (1) JP6376793B2 (zh)
CN (1) CN104949380B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015143596A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 住友重機械工業株式会社 蓄冷器および蓄冷器式冷凍機
CN105627610B (zh) * 2016-03-15 2018-02-06 北京美尔斯通科技发展股份有限公司 一种基于固氮的高温超导制冷设备
JP7321732B2 (ja) * 2019-03-18 2023-08-07 株式会社東芝 蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、クライオポンプ、及び、磁界印加式単結晶引上げ装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1216099A (zh) * 1996-02-22 1999-05-05 株式会社东芝 极低温用蓄冷材料和采用该蓄冷材料的制冷机
CN103363706A (zh) * 2012-04-04 2013-10-23 住友重机械工业株式会社 蓄冷式制冷机
CN103574961A (zh) * 2012-07-20 2014-02-12 住友重机械工业株式会社 蓄冷式制冷机

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0240452Y2 (zh) * 1985-03-26 1990-10-29
JPH04288455A (ja) * 1991-03-13 1992-10-13 Aisin Seiki Co Ltd 冷凍機用蓄冷器
DE19547030A1 (de) * 1995-12-15 1997-06-19 Leybold Ag Tieftemperatur-Refrigerator mit einem Kaltkopf sowie Verfahren zur Optimierung des Kaltkopfes für einen gewünschten Temperaturbereich
DE69633793T2 (de) * 1996-02-22 2005-10-27 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki Regeneratormaterial zur verwendung bei sehr niedrigen temperaturen
WO1998028585A1 (en) * 1996-12-20 1998-07-02 University Of Victoria Innovation And Development Corporation Thermal regenerators and fabrication methods for thermal regenerators
JPH11257771A (ja) * 1998-03-16 1999-09-24 Toshiba Corp 蓄冷式冷凍機
WO2003081145A1 (fr) * 2002-03-22 2003-10-02 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Dispositif de stockage a temperature cryogenique et refrigerateur
JP4323400B2 (ja) * 2004-09-24 2009-09-02 アイシン精機株式会社 蓄冷器及び蓄冷型冷凍機
JP2006242484A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd 蓄冷材、蓄冷器及び極低温蓄冷式冷凍機
JP2008096040A (ja) * 2006-10-13 2008-04-24 Iwatani Industrial Gases Corp 極低温冷凍機の蓄冷器
JP5305633B2 (ja) * 2007-10-25 2013-10-02 株式会社東芝 蓄冷式冷凍機
JP5790989B2 (ja) * 2011-05-10 2015-10-07 独立行政法人国立高等専門学校機構 蓄冷器
JP5882110B2 (ja) 2012-04-04 2016-03-09 住友重機械工業株式会社 蓄冷器式冷凍機、蓄冷器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1216099A (zh) * 1996-02-22 1999-05-05 株式会社东芝 极低温用蓄冷材料和采用该蓄冷材料的制冷机
CN103363706A (zh) * 2012-04-04 2013-10-23 住友重机械工业株式会社 蓄冷式制冷机
CN103574961A (zh) * 2012-07-20 2014-02-12 住友重机械工业株式会社 蓄冷式制冷机

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015183970A (ja) 2015-10-22
US20150276274A1 (en) 2015-10-01
US9803895B2 (en) 2017-10-31
CN104949380A (zh) 2015-09-30
JP6376793B2 (ja) 2018-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104232026B (zh) 蓄冷材料及蓄冷式制冷机
CN105571189B (zh) 超低温制冷机
CN104949380B (zh) 蓄冷器式制冷机
CN103196254B (zh) 超低温制冷机和置换器
CN105716312B (zh) 超低温制冷机及超低温制冷机的运行方法
CN103574961A (zh) 蓄冷式制冷机
CN102803867B (zh) 蓄冷器、gm制冷机及脉冲管制冷机
CN104896781B (zh) 蓄冷式制冷机
JP2006524307A (ja) 蓄熱剤
CN103017393B (zh) 超低温制冷机
CN104976808B (zh) 超低温制冷机
JP5305633B2 (ja) 蓄冷式冷凍機
KR20190025767A (ko) 하이브리드 브레이튼-기퍼드-맥마흔 팽창기
Xu et al. Numerical simulation of the second stage regenerator in a 4K GM cryocooler
CN204630137U (zh) 超低温制冷机
CN104713263B (zh) 蓄冷器式制冷机
CN103542655B (zh) 超低温蓄冷器的制造方法及超低温蓄冷器
CN103032987A (zh) 超低温制冷机
CN104930742B (zh) 蓄冷器
CN103574962A (zh) 超低温制冷机
CN104819592B (zh) 蓄冷器及蓄冷器式制冷机
CN104848575A (zh) 超低温制冷机
JP2011190954A (ja) 蓄冷器、蓄冷式冷凍機、クライオポンプ、および冷凍装置
JP2015083914A (ja) 蓄冷式冷凍機、一段蓄冷器、及び二段蓄冷器
JPH0317055B2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant