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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
des in einem magnetischen Kühlgerät
(Kälteerzeugungsgerät) verwendeten Arbeitsstoffs. Ein solcher
Arbeitsstoff strahlt Wärme ab, wenn er magnetisiert ist, und
absorbiert Wärme, wenn er entmagnetisiert ist.
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Magnetische Kühler oder Kälte- bzw. Kühlgeräte stützen
sich auf die wohlbekannte Erscheinung, daß
Arbeitsstoffe aus Metallverbindungen Seltener Erden, wie
Gadolinium-Gallium-Granat (Gd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, als GGG abgekürzt),
oder Legierungen, etwa einer Legierung aus Erbium und
Nickel, Wärme abstrahlen, wenn sie magnetisiert sind,
und Wärme absorbieren, wenn sie entmagnetisiert sind.
Die Temperatur des Arbeitsstoffs wird durch
adiabatische Entmagnetisierung gesenkt. Der in seiner
Temperatur gesenkte Arbeitsstoff entzieht einem Objekt
Wärme, um dieses Objekt zu kühlen. Diese magnetischen
Kühlgeräte besitzen im Vergleich zu herkömmlichen
Gaskühlgeräten einen Vorteil bezüglich verbesserter
Kühlleistung pro Volumeneinheit des zu kühlenden
Objekts.
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Bei magnetischen Kühlgeräten müssen zwei
Wärmeaustauschprozesse abwechselnd durchgeführt werden: ein
Wärmeabführprozeß zum Abführen der von einem magnetischen
Material oder Arbeitsstoff durch adiabatische
Magnetisierung erzeugten Wärme und einen
Wärmeabsorptionsprozeß zum Entziehen oder Aufnehmen von Wärme vom Objekt
mittels des durch adiabatische Entmagnetisierung
gekühlten Arbeitsstoffs. Um einen Kühl- oder Kältekreislauf
eines hohen Wirkungsgrads über die beiden wechselnden
Wärmeaustauschprozesse zu erzielen, ist es nötig, im
Wärmeabführprozeß einen Wärmeübergang vom Arbeitsstoff
zum Objekt sicher zu verhindern und im
Wärmeabsorptionsprozeß Wärme schnell vom Objekt vom Arbeitsstoff zu
übertragen.
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Ein bisheriges magnetisches Kühlgerät ist mit Kammern
zum einzelnen (getrennten) Durchführen der Wärmeabführ-
und -absorptionsprozesse versehen, wobei der
Arbeitsstoff abwechselnd in die Kammern eintritt. Für
wirkungsvollen Wärmeaustausch ist es erforderlich, die
Luftdichtheit zwischen dem Arbeitsstoff und den Kammern
vollständig aufrechtzuerhalten. In der Praxis ist es
jedoch technisch schwierig, den Arbeitsstoff und die
Kammern sicher abzudichten. Eine unzureichende
Abdichtung führt zu einer Minderung des Kälteerzeugungs- oder
Kühlwirkungsgrads. Zudem kompliziert die Notwendigkeit
für einen Übertragungsmechanismus die Konstruktion des
Kühlgeräts.
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In Proceedings of the Ninth International Cryogenic
Conference, 11.-14. Mai 1982, Seiten 30-33
(Butterworth), ist offenbart, daß die
Wärmeleitfähigkeit im Tieftemperaturbereich unter 20 < (20K) erheblich
von der Versetzungsdichte, dein Verunreinigungs- oder
Fremdatomion in der Probe und der Probengröße abhängt.
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Der Kühl- oder Kältewirkungsgrad hängt auch von der für
den Wärmeaustausch, d. h. für Wärmeabsorption und
Wärmeabfuhr, erforderlichen Zeit ab. Deshalb benötigt das
magnetische Material oder der Arbeitsstoff für
magnetische Kühlung bzw. Kälteerzeugung nicht nur ein großes
magnetisches Moment, sondern auch eine hohe
Wärmeleitfähigkeit im Arbeitstemperaturbereich des Kühlgeräts.
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Die Arbeitsstoffe werden im allgemeinen durch Schneiden
(Zerspanen) und Formen von Klumpen magnetischen
Materials hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit der
Arbeitsstoffe steigt normalerweise mit einer Erniedrigung der
Temperatur an, erreicht eine Spitze bei 10ºK bis 40ºK
und verringert sich bei weiterer Temperatursenkung. Die
Erfinder haben festgestellt, daß die Wärmeleitfähigkeit
an der Seite tieferer Temperatur des Spitzen- oder
Scheitelwertbereichs mit dem Oberflächenzustand des
Arbeitsstoffs variiert und herabgesetzt wird, wenn auf
der Oberfläche Bearbeitungsverformung verbleibt. Um das
magnetische Kühl- oder Kältegerät mit hohem
Kälte(erzeugungs)wirkungsgrad in einem Bereich sehr
tiefer Temperatur zu betreiben, haben es die Erfinder
als wünschenswert festgestellt, einen von
Bearbeitungsverformung freien Arbeitsstoff zu verwenden. Es
ist jedoch schwierig, eine solche
Bearbeitungsverformung an der Oberfläche des Arbeitsstoffs zu beseitigen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung eines in einem magnetischen
Kälte- oder Kühlgerät verwendeten Arbeitsstoffs, mit
dem auf einfache Weise Bearbeitungsverformung an der
Oberfläche des Arbeitsstoffs beseitigbar sein soll.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung
eines Verfahrens zur Herstellung eines Arbeitsstoffs
verbesserter Wärmeleitfähigkeit bei sehr tiefer
Temperatur zwecks Gewährleistung eines höheren magnetischen
Kälte(erzeugungs)wirkungsgrads.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Blocks eines
Arbeitsstoffs für ein magnetisches Kälte- oder Kühlgerät,
wobei ein Klumpen aus magnetischem Material zur
Herstellung eines Blocks einer vorbestimmten Form zerspant
wird und das magnetische Material ein solches ist, das
Wärme abstrahlt, wenn es magnetisiert ist, und Wärme
absorbiert, wenn es entmagnetisiert ist, ist
gekennzeichnet durch den Schritt eines Ätzens des Blocks
zwecks Entfernung einer durch die Zerspanung auf seiner
Oberfläche gebildeten Bearbeitungsverformungsschicht,
wobei der Ätzprozeß durchgeführt wird, bis eine 50-60 um
dicke Oberflächenschicht abgetragen ist, wodurch die
Wärmeleitfähigkeit des Blocks erhöht wird.
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Vorzugsweise wird der Ätzprozeß durch Eintauchen des
Blocks in eine wäßrige Lösung von Phosphorsäure bei
etwa 160ºC durchgeführt.
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Gemäß dieser Erfindung wird eine durch spanabhebende
Bearbeitung des Blocks hervorgerufene
Oberflächen-Bearbeitungsverformungsschicht entfernt, um die
Wärmeleitfähigkeit des Arbeitsstoffs bei sehr tiefer Temperatur
zu verbessern.
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Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich
aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der
beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
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Fig. 1 eine weggeschnittene perspektivische
Darstellung eines ersten magnetischen Kälte- oder
Kühlgeräts,
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Fig. 2 eine weggeschnittene perspektivische
Darstellung eines zweiten magnetischen Kälte- oder
Kühlgeräts und
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Fig. 3 eine graphische Darstellung der
Wärmeleitfähigkeit von erfindungsgemäßen Arbeitsstoffen für
magnetische Kühlung bzw. Kälteerzeugung.
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Fig. 1 veranschaulicht ein erstes magnetisches
Kühlgerät. Dieses magnetische Kühlgerät dient zum Kühlen von
Helium und umfaßt einen Arbeitsstoff 1, eine
supraleitende
Spule 2, einen Wärmehohlleiter 3 und eine
Wärmeabsorbiereinheit 4, die oberhalb eines Behälters 5
angeordnet sind, der Helium als zu kühlendes Objekt
speichert. Der Arbeitsstoff 1, die supraleitende Spule
2, der Wärmehohlleiter 3 und der Behälter 5 sind in
einem (nicht dargestellten) Vakuumbehälter
untergebracht und in einem Vakuumzustand gehalten.
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Der Behälter 5 besitzt die Form eines Zylinders mit
einer oberen Wand und einer Bodenwand. Ein Teil des
Heliums ist im Behälter 5 als flüssiges Helium 6a
gespeichert, während der restliche Teil als gasförmiges
Helium luftdicht bzw. hermetisch im Behälter 5
zurückgehalten ist.
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Der Arbeitsstoff 1 liegt in Form eines Zylinders vor
und ist auf eine scheibenförmige Bettungsplatte 7 so
aufgesetzt, daß seine Längsrichtung lotrecht verläuft.
Der Arbeitsstoff 1 wird erhalten durch Schneiden
(Zerspanen) eines Klumpen eines magnetischen Materials,
etwa aus Gadolinium-Gallium-Granat (GGG), einer
Legierung aus Erbium und Nickel, Dy&sub3;Al&sub5;O&sub1;&sub2;, Gd&sub3;Al&sub5;O&sub1;&sub2;, GdPO&sub4;
oder Dy&sub2;Ti&sub2;O&sub7;. Nach dem Schneidvorgang
wird der erhaltene zylindrische Körper in einer
wässrigen Lösung von Phosphorsäure bei etwa 160ºC geätzt.
Durch diesen Ätzprozeß wird eine
Bearbeitungsverformungsschicht auf der Oberfläche des
zylindrischen Körper entfernt, so daß damit die
Wärmeleitfähigkeit des Arbeitsstoffs 1 verbessert wird.
Der Arbeitsstoff 1 strahlt Wärme ab, wenn er
magnetisiert ist, und absorbiert Wärme, wenn er
entmagnetisiert ist.
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Der Wärmehohlleiter 3 umfaßt koaxiale innere und äußere
Zylinder 8 bzw. 9. Der innere Zylinder 8 besitzt einen
Außendurchmesser entsprechend dem Durchmesser des
Arbeitsstoffs 1. Das obere Ende des inneren Zylinders 8
ist mit luftdichter Abdichtung an der Umfangskante der
Bettungsplatte 7 befestigt. Der äußere Zylinder 9 ist
koaxial zum inneren Zylinder 8 so angeordnet, daß er
den jeweiligen Umfangsflächen des Arbeitsstoffs 1 und
des inneren Zylinders 8 mit einem Abstand oder
Zwischenraum von etwa 200 bis 500 um (dazu) zugewandt ist. Die
unteren Enden des äußeren und des inneren Zylinders 9
bzw. 8 sind jeweils mit luftdichter Abdichtung an einer
ringförmigen Bodenplatte 11 befestigt. Eine hutförmige
Oberplatte 12 umfaßt einen hochgezogenen oder
vorstehenden zentralen Abschnitt 12a in ihrer Mitte und um
diesen herum einen Manschettenabschnitt 12b. Das obere
Ende des äußeren Zylinders 9 ist unter luftdichter
Abdichtung an der Umfangskante des Manschettenabschnitts
12b befestigt. Ein Teil der Unterseite des
Manschettenabschnitts 12b liegt auf der Oberseite des
Arbeitsstoffs 1 auf, wobei dazwischen ein Dichtelement 14
eingefügt ist. Ein Innenraum 10 des Wärmehohlleiters 3
ist in dem Bereich festgelegt, in welchem die
Innenumfangsfläche des äußeren Zylinders 9 der
Außenumfangsfläche des inneren Zylinders 8 und der Umfangsfläche
des Arbeitsstoffs 1 zugewandt ist. Der Innenraum 10
steht somit in direkter Berührung bzw. Verbindung mit
der Umfangsfläche des Arbeitsstoffs 1, so daß diese als
Kondensierfläche des Wärmehohlleiters 3 wirkt. Der
Innenraum 10 ist durch das Dichtelement 14 abgedichtet.
In den Innenraum 10 ist gasförmiges Helium dicht
eingeschlossen, wobei flüssiges Helium 6b im Bodenbereich
des Innenraums 10 vorhanden ist. Die unteren Abschnitte
von innerem und äußerem Zylinder 8 bzw. 9 sind im
Innenraum des Behälters 5 angeordnet, wobei sie eine
obere Platte 5a des Behälters 5 durchsetzen. Innerer
und äußerer Zylinder 8 bzw. 9 sind an der oberen Platte
5a mit luftdichter Abdichtung befestigt. Ein durch die
Bettungsplatte 7, den inneren Zylinder 8 und die obere
Platte 5 festgelegter Raum 15 wird oder ist unter einem
Vakuum gehalten, so daß eine Wärmeübertragung vom
Behälter
5 zum Arbeitsstoff 1 verhindert wird. Die
Oberplatte 12, äußerer und innerer Zylinder 9 bzw. 8 sowie die
Bettungsplatte 7 bestehen aus (einem) nichtmagnetischen
Material oder Materialien. Einige dieser Elemente
können auch materialeinheitlich ausgebildet sein.
Wahlweise können diese Elemente durch gegenseitige
Verbindung verschiedener Materialien bzw. Werkstoffe
hergestellt sein. Insbesondere kann die
Wärmeaustauschleistung oder -fähigkeit des Wärmehohlleiters 3 dadurch
verbessert werden, daß diejenigen Abschnitte von
innerem und äußerem Zylinder 8 bzw. 9, die sich innerhalb
des Behälters 5 befinden, aus einem Werkstoff einer
hohen Wärmeleitfähigkeit und die außerhalb des
Behälters 5 befindlichen Abschnitte der Zylinder 8 und 9 aus
einem Werkstoff einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit
geformt werden oder sind.
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Die supraleitende Spule 2 ist konzentrisch zum
Arbeitsstoff 1 mit einem zweckmäßigen Abstand vom äußeren
Zylinder 9 angeordnet, so daß sie den Arbeitsstoff 1
umgibt. Die supraleitende Spule 2 wird auf einer sehr
tiefen Temperatur gehalten und von einer geeigneten
(nicht dargestellten) Stromquelle her intermittierend
mit Strom gespeist. Der Arbeitsstoff 1 wird somit durch
die Spule 2 wiederholt magnetisiert und
entmagnetisiert.
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Ein durch das Dichtelement 14 abgedichteter Kühlraum 13
ist zwischen dem zentralen Abschnitt 12a der Oberplatte
12 und der Oberseite des Arbeitsstoffs 1 festgelegt.
Die Wärmeabsorbiereinheit 4 zum Absorbieren von Wärme
vom Arbeitsstoff 1 umfaßt eine über der Oberplatte 12
angeordnete Miniatur-Wasserstoffkälteeinheit 16, die
für sich von einer herkömmlichen Bauart ist und
gasförmiges Helium einer Temperatur von 20ºK oder darunter
liefert. Die Kälteeinheit 16 weist ein Auslaßrohr 17
zum Zuspeisen des gasförmigen Heliums als Kältemittel
und ein Einlaßrohr 18 zum Zurückführen des gasförmigen
Heliums zur Kälteeinheit 16 auf. An den äußersten Enden
der Auslaß- und Einlaßrohre 17 bzw. 18 sind Ventile 21
bzw. 22 zum Umschalten vorgesehen. Rohre 19 und 20
verbinden den Kühlraum 13 innerhalb der Oberplatte 12
mit den Ventilen 21 bzw. 22. Ein Überbrückungsrohr 23
verbindet Auslaß- und Einlaßrohre 17 bzw. 18, wobei ein
Ventil 24 für Umschaltzwecke im Mittelbereich des Rohrs
23 angeordnet ist. Wenn somit die Ventile 21 und 22
geschlossen sind, während das Ventil 24 offen ist, wird
gasförmiges Helium aus der Kälteeinheit 16 über das
Auslaßrohr 17, das Rohr 23 und das Einlaßrohr 18
umgewälzt. Wenn die Ventile 21 und 22 offen sind,
während das Ventil 24 geschlossen ist, wird dagegen das
gasförmige Helium aus der Kälteeinheit 16 über das
Auslaßrohr 17, das Rohr 19, den Kühlraum 13, das Rohr
20 und das Einlaßrohr 18 umgewälzt. Dabei wird dem
Arbeitsstoff 1 durch das den Kühlraum 13 durchströmende
gasförmige Helium Wärme entzogen. Wenn der Arbeitsstoff
1 Wärme erzeugt, wird dementsprechend die erzeugte
Wärme mittels des gasförmigen Heliums abgeführt, um
einen Anstieg der Temperatur des Arbeitsstoffs 1 zu
unterbinden.
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Im folgenden ist die Arbeitsweise des Kälte- oder
Kühlgeräts mit dem obigen Aufbau in Verbindung mit der
Umschaltoperation der Ventile 21, 22, 24 sowie der
Erregung der Spule 2 beschrieben. Zunächst werden die
Ventile 21 und 22 geschlossen und das Ventil 24 geöffnet.
Hierdurch wird die Wasserstoffkälteeinheit 16
aktiviert, um das gasförmige Helium von 20ºK und darunter
durch das Auslaßrohr 17, das Rohr 23 und das Einlaßrohr
18 umzuwälzen. Da die Spule 2, der Arbeitsstoff 1, der
Wärmehohlleiter 3 und der Behälter 5 im Vakuumbehälter
bzw. -gehäuse untergebracht sind, werden sie in einem
adiabatischen Zustand, thermisch von der Außenseite
getrennt, gehalten.
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Nach der Erregung der supraleitenden Spule 2 werden die
Ventile 21 und 22 geöffnet und das Ventil 24
geschlossen. Der Arbeitsstoff 1 wird durch die Spule 2
adiabatisch magnetisiert, um Wärme abzustrahlen. Diese Wärme
wird von der Oberseite des Arbeitsstoffs 1 durch das
den Kühlraum 13 durchströmende gasförmige Helium von
20ºK oder darunter abgenommen und zusammen mit dem
gasförmigen Helium abgeführt. Hierdurch wird ein
Temperaturanstieg des Arbeitsstoffs 1 aufgrund der
adiabatischen Magnetisierung verhindert.
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Anschließend werden das Ventil 24 geöffnet, die Ventile
21 und 22 geschlossen und die Stromzufuhr zur Spule 2
beendet. Infolgedessen wird die Anlegung des
Magnetfelds an den Arbeitsstoff 1 unterbrochen, um den
Arbeitsstoff 1 adiabatisch zu entmagnetisieren, so daß
die Temperatur des Arbeitsstoffs 1 schnell sinkt. Wenn
die Temperatur des Arbeitsstoffs 1 auf die
Verflüssigungstemperatur von gasförmigem Helium, d. h. 4,2ºK oder
darunter, gesenkt ist, wird das gasförmige Helium im
Innenraum 10 des Wärmehohlleiters 3 zu seiner
Verflüssigung gekühlt, so daß es an den Umfangsflächen des
Arbeitsstoffs 1 kondensiert. Tropfen des kondensierten
flüssigen Heliums werden auf eine Temperatur unter
4,2ºK gekühlt und fallen in den Raum 10 des
Wärmehohlleiters 3 herab, um als flüssiges Helium 6b im
unteren Abschnitt des Wärmehohlleiters 3 aufgefangen zu
werden. Das im Behälter 5 befindliche gasförmige Helium
wird durch denjenigen Abschnitt des Wärmehohlleiters 3
gekühlt, der sich im Inneren des Behälters 5 befindet
und das flüssige Helium 6b aufnimmt oder speichert. Das
gasförmige Helium im Behälter 5 wird gekühlt und
verflüssigt, wobei es an der Außenfläche des
Wärmehohlleiters 3 innerhalb des Behälters 5 kondensiert. Tropfen
des kondensierten Heliums fallen in den Behälter 5
herab, um darin als flüssiges Helium 6a aufgefangen
bzw. gespeichert zu werden. Infolgedessen wird das im
Helium-Behälter 5 enthaltene gasförmige Helium durch
den Wärmehohlleiter 3 gekühlt und verflüssigt. Dabei
erfolgt eine Wärmeübertragung in einer Richtung vom
Behälter 5 zum Arbeitsstoff 1 über den Wärmehohlleiter 3.
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Danach werden die supraleitende Spule 2 erregt (an
Spannung gelegt), die Ventile 21 und 22 geöffnet und
das Ventil 24 geschlossen. Der Arbeitsstoff 1 wird
durch die Spule 2 adiabatisch magnetisiert und durch
die Wärmeabsorbiereinheit 4 gekühlt. Anschließend
werden das Ventil 24 geöffnet, die Ventile 21 und 22
geschlossen und die Stromzufuhr zur Spule 2 beendet.
Infolgedessen wird der Arbeitsstoff 1 adiabatisch
entmagnetisiert und schnell gekühlt. Vom Behälter 5 wird
Wärme über den Raum 10 des Wärmehohlleiters 3 zum
Arbeitsstoff 1 übertragen. Die adiabatische
Magnetisierung und Entmagnetisierung des Arbeitsstoffs 1 wird
wiederholt, wobei gasförmiges Helium und flüssiges
Helium 6a im Behälter 5 als zu kühlende Objekte gekühlt
werden.
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Fig. 2 veranschaulicht ein zweites magnetisches Kälte-
oder Kühlgerät. In Fig. 2 sind den Teilen von Fig. 1
entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie
vorher bezeichnet. Ein Wärmehohlleiter 3 dieses zweiten
magnetischen Kühlgeräts unterscheidet sich vom
Wärmehohlleiter 3 gemäß Fig. 1 dadurch, daß er mit dem
Inneren eines Behälters 5 als zu kühlendes Objekt in
Verbindung steht. Die unteren Enden eines äußeren und eines
inneren Zylinders 26 bzw. 25 des Wärmehohlleiters 3
sind an einer oberen Platte oder Oberplatte 5a des
Behälters 5 befestigt. Der innere Zylinder 25 oder die
Oberplatte 5a ist durch eine geeignete (nicht
dargestellte) Halterungseinheit gehaltert. Demzufolge ist
ein Innenraum 10 des Wärmehohlleiters 3 mit dem
Innenraum des Behälters 5 verbunden. Bei diesem Kühlgerät
wird gasförmiges Helium oder flüssiges Helium 6a im
Behälter 5 auf die gleiche Weise wie beim Kühlgerät
gemäß Fig. 1 gekühlt. Bei diesem zweiten Kühlgerät wird
im Behälter 5 enthaltenes gasförmiges Helium als zu
kühlendes Objekt durch den Arbeitsstoff 1 unmittelbar
gekühlt, so daß der Prozeß oder Vorgang des
Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmeübertragungsmedium im
Wärmehohlleiter 3 und dem (zu kühlenden) Objekt unnötig ist.
Auf diese Weise kann der Kühl- bzw.
Kälteerzeugungswirkungsgrad des Kühlgeräts weiter verbessert sein.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel eines
Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Arbeitsstoffs für das magnetische Kühlgerät beschrieben. Aus
einem Klumpen eines magnetischen Materials, wie GGG
(Gadolinium-Gallium-Granat, GD&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, Dy&sub3;Al&sub5;O&sub1;&sub2;,
Gd&sub3;Al&sub5;O&sub1;&sub2;, GdPO&sub4; oder Dy&sub2;Ti&sub2;O&sub7;, wird ein zylindrischer
Block geschnitten, dessen Oberfläche geläppt wird.
Dieser Block wird in eine auf etwa 160ºC gehaltene
wäßrige Lösung von Phosphorsäure eingetaucht und
(dadurch) geätzt, um eine Oberflächenschicht einer
Dicke von etwa 50 bis 60 um abzutragen. Auf diese Weise
kann eine auf der Oberfläche des Blocks vorhandene
Bearbeitungsverformungsschicht einfach und sicher und
ohne Komplizierung des Herstellungsprozesses entfernt
werden. Infolgedessen kann ein Arbeitsstoff einer hohen
Wärmeleitfähigkeit für magnetische Kühlung oder
Kälteerzeugung einfach gefertigt werden.
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Fig. 3 veranschaulicht die temperaturbedingte Änderung
der Wärmeleitfähigkeit des Arbeitsstoffs bei sehr
tiefer Temperatur. In Fig. 3 steht eine ausgezogene Linie
für die Wärmeleitfähigkeit einer Probe des
Arbeitsstoffs, die durch Ätzen von der
Oberflächen-Bearbeitungsverformungsschicht befreit worden ist, während
eine gestrichelte Linie für eine andere, nur geläppte
Probe steht. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die
Wärmeleitfähigkeit
(ausgezogene Linie) des geätzten
Arbeitsstoffs wesentlich höher als diejenige (gestrichelte
Linie) des ungeätzten Arbeitsstoffs, speziell in einem
Temperaturbereich von 20ºK und darunter. Der Kühl- oder
Kälteerzeugungswirkungsgrad bei sehr tiefer Temperatur
des magnetischen Kühlgeräts kann somit durch Verwendung
des von der Oberflächen-Bearbeitungsverformungsschicht
befreiten Arbeitsstoffs verbessert werden.
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Die Wärmeabsorbiereinheit 4 ist selbstverständlich
nicht auf die Konstruktion des oben beschriebenen
Kühlgeräts beschränkt, bei dem ein Kältemittel (gasförmiges
Helium) für Kontaktkühlung über die Oberseite des
Arbeitsstoffs 1 umgewälzt wird. Beispielsweise kann das
magnetische Kühlgerät als Wärmeabsorbiereinheit einen
Wärmehohlleiter aufweisen. In diesem Fall ist der
Kondensierabschnitt des Wärmehohlleiters 3 für die Kühlung
des im Behälter 5 vorhandenen gasförmigen Heliums im
Abschnitt der unteren Hälfte der Umfangsfläche des
Arbeitsstoffs 1 vorgesehen, während der
Verdampfungsabschnitt des Wärmehohlleiters der Wärmeabsorbiereinheit
4 im Abschnitt der oberen Hälfte der Umfangsfläche des
Arbeitsstoffs 1 vorgesehen ist. Das zu kühlende Objekt
ist nicht auf den bei den oben beschriebenen
Ausführungsformen verwendeten gasförmigen Körper beschränkt.
Beispielsweise kann ein festes Objekt gekühlt werden,
indem es mit dem unteren Endabschnitt des
Wärmehohlleiters 3 gemäß der ersten Ausführungsform in Kontakt
oder Berührung gebracht wird. Der Wärmehohlleiter 3
braucht nicht unbedingt zylindrisch zu sein. Außerdem
braucht der Wärmehohlleiter 3 auch nicht in jedem Fall
so positioniert zu sein, daß er sich lotrecht
erstreckt, vielmehr kann er auch in schräger Anordnung
positioniert sein.
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Bei den beschriebenen Kühlgeräten wird der Arbeitsstoff
1 durch Erregen oder Entregen der supraleitenden Spule
2 magnetisiert bzw. entmagnetisiert. Wahlweise kann der
Arbeitsstoff durch periodisches Verschieben der
erregten Spule 2 in deren Axialrichtung in ein Magnetfeld
eingeführt oder aus ihm herausgeführt werden.
Verschiedene andere, von der supraleitenden Spule verschiedene
Einrichtungen können benutzt werden, um den
Arbeitsstoff 1 mit dem Magnetfeld zu beaufschlagen.