JP2007147209A - 磁気冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正負の磁気材料13〜16を所定の間隙17〜19をもって交互に複数個配置した磁気材料ブロック12を円周方向に複数個配置した環状の磁気材料ユニット11に、永久磁石22〜27を有するとともに磁気材料ユニット11と同心で内径及び外径がほぼ等しいハブ形状の永久磁石部21を対向して回転させ、この永久磁石部21の回転とともに磁気材料ブロック12の磁気材料13〜16の間隙17〜19に熱伝導部材31〜33を挿脱させ、磁気材料13〜16より発生する熱を一方向に伝導させる。
【選択図】 図1
Description
磁場を印加すると温度が上昇し磁場を取り去ると温度が降下する正の磁気材料と、磁場を印加すると温度が降下し磁場を取り去ると温度が上昇する負の磁気材料を所定の間隙をもって交互に複数個配置した磁気材料ブロックと、
前記磁気材料ブロックに対し磁場を増減させる磁場増減手段と、
前記磁場増減手段による磁場の増減に連動して前記磁気材料の間隙に挿脱され、前記磁場増減手段の増減により前記磁気材料より発生する熱を一方向に熱伝導させる熱伝導部材とを具備したことを特徴とする。
磁場を印加すると温度が上昇し磁場を取り去ると温度が降下する正の磁気材料と、磁場を印加すると温度が降下し磁場を取り去ると温度が上昇する負の磁気材料を所定の間隙をもって交互に複数個配置してなる磁気材料ブロックを円周方向に複数並べて配置した磁気材料ユニットと、
前記磁気材料ユニットの各磁気材料ブロックに対し磁場を増減させる磁場増減手段と、
前記磁場増減手段による磁場の増減に連動して前記各磁気材料ブロックの磁気材料の間隙に挿脱され、前記磁場増減手段の増減により前記磁気材料より発生する熱を一方向に伝導させる熱伝導部材と を具備したことを特徴とする。
磁場を印加すると温度が上昇し磁場を取り去ると温度が降下する正の磁気材料と、磁場を印加すると温度が降下し磁場を取り去ると温度が上昇する負の磁気材料を所定の間隙をもって交互に複数個配置してなる磁気材料ブロックを円周方向に複数個並べて配置した環状の磁気材料ユニットと、
前記磁気材料ユニットの各磁気材料ブロックに対し一つ置きに配置される複数の永久磁石を有し、かつ前記磁気材料ユニットと同心で内径及び外径がほぼ等しいハブ形状の永久磁石部と、
前記永久磁石部を回転可能に支持する回転軸を有し、前記永久磁石部を前記磁気材料ブロックに対向させて回転させる駆動手段と、
前記永久磁石部の回転により前記各磁気材料ブロックの磁気材料の間隙に挿脱され、前記永久磁石部の近接可能な移動により前記磁気材料より発生する熱を一方向に伝導させる熱伝導部材と を具備したことを特徴とする。
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気冷凍機を立体的に示した図、同図(b)は、図1(a)のX−X断面を示した図である。
また、負の特性を有する磁気材料13、15は、磁場を印加していない場合と磁場を印加した場合とでそれぞれが別の秩序状態となり、且つ、磁場を印加しない場合の方が秩序度が高い(系の自由度が低い)状態であるような2つの秩序状態間で、磁場の印加/除去に伴って秩序−秩序転移するような物質が用いられる。この負の磁気材料の具体的な例としては、例えばFeRh合金のように磁場の印加/除去に伴って強磁性状態から反強磁性状態へ秩序−秩序転移するような物質を用いることができる。FeRh合金では,2つの状態間でRhの分極の違いに起因してRhの磁気モーメントの大きさ自体が大きく変化して、電子系のエントロピーが変化している。
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
上述した第1及び第2の実施の形態では、磁気材料ユニット11の複数の磁気材料ブロック12を構成する磁気材料13〜16は、すべて同一成分のものが用いているが、外周側の高温側熱交換器52から中心軸側の低温側熱交換器51に向かう方向に順に磁気材料の作動温度が低くなるように成分の異なるものを配置するようにしてもよい。例えば、磁気材料13の作動温度をT1、磁気材料14の作動温度をT2、磁気材料15の作動温度をT3、磁気材料16の作動温度をTd4したとき、T1≦T2≦T3≦T4になるように、それぞれ成分の異なるものを用いれば、高温側熱交換器52から低温側熱交換器51に向かって、温度が徐々に低下し全体として冷凍機を構成することができる。
1c…上蓋、2…回転軸、11…磁気材料ユニット
11a…開口部、12…磁気材料ブロック
13〜16…磁気材料、17〜19…間隙
21…永久磁石部、22〜27…永久磁石、
28…スペース、29…嵌合溝
31〜33…熱伝導板、41…磁気材料側ヨーク
42…断熱部材、43…永久磁石側ヨーク
51…低温側熱交換器、52…高温側熱交換器
61…永久磁石部、62〜67…永久磁石
68a、68b…永久磁石片、71〜73…熱伝導板
Claims (20)
- 磁場を印加すると温度が上昇し磁場を取り去ると温度が降下する正の磁気材料と、磁場を印加すると温度が降下し磁場を取り去ると温度が上昇する負の磁気材料を所定の間隙をもって交互に複数個配置した磁気材料ブロックと、
前記磁気材料ブロックに対し磁場を増減させる磁場増減手段と、
前記磁場増減手段による磁場の増減に連動して前記磁気材料の間隙に挿脱され、前記磁場の増減により前記磁気材料より発生する熱を一方向に熱伝導させる熱伝導部材と
を具備したことを特徴とする磁気冷凍機。 - 前記磁気材料ブロックは、前記熱伝導される熱の上流側に低温側熱交換手段、下流側に高温側熱交換手段をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項1記載の磁気冷凍機。
- 前記磁場増減手段は永久磁石からなり、該永久磁石を前記磁気材料ブロックに対して近接可能に移動させる駆動手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の磁気冷凍機。
- 熱伝導部材は、前記駆動手段により前記永久磁石とともに移動され、前記磁気材料の間隙に挿脱されることを特徴とする請求項3記載の磁気冷凍機。
- 前記磁気材料ブロックを構成する磁気材料は、前記高温側熱交換手段から低温側熱交換手段に向かう方向に順に作動温度が低くなるように配置されることを特徴とする請求項2記載の磁気冷凍機。
- 磁場を印加すると温度が上昇し磁場を取り去ると温度が降下する正の磁気材料と、磁場を印加すると温度が降下し磁場を取り去ると温度が上昇する負の磁気材料を所定の間隙をもって交互に複数個配置してなる磁気材料ブロックを円周方向に複数並べて配置した磁気材料ユニットと、
前記磁気材料ユニットの各磁気材料ブロックに対し磁場を増減させる磁場増減手段と、
前記磁場増減手段による磁場の増減に連動して前記各磁気材料ブロックの磁気材料の間隙に挿脱され、前記磁場の増減により前記磁気材料より発生する熱を一方向に伝導させる熱伝導部材と
を具備したことを特徴とする磁気冷凍機。 - 前記磁気材料ユニットは、前記磁気材料ブロックの前記熱伝導される熱の高温側に低温側熱交換手段、低温側に高温側熱交換手段をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項6記載の磁気冷凍機。
- 前記磁場増減手段は前記複数の磁気材料ブロックに対向して配置される永久磁石からなり、該永久磁石を前記磁気材料ユニットに対し近接可能に移動させる駆動手段をさらに有することを特徴とする請求項6記載の磁気冷凍機。
- 前記駆動手段は、前記永久磁石を前記磁気材料ユニットに対向させて回転支持する回転軸を有し、該回転軸の回転により前記永久磁石を前記磁気材料ユニットに対し近接可能に移動させることを特徴とする請求項8記載の磁気冷凍機。
- 前記永久磁石は、前記磁気材料ブロックと同一形状をしたことを特徴とする請求項8記載の磁気冷凍機。
- 前記永久磁石は、前記磁気材料ブロックを構成する磁気材料と同一形状の複数の永久磁石片を有することを特徴とする請求項8記載の磁気冷凍機。
- 熱伝導部材は、前記駆動手段により前記永久磁石とともに回転し、前記磁気材料の間隙に挿脱されることを特徴とする請求項8記載の磁気冷凍機。
- 前記各磁気材料ブロックを構成する磁気材料は、前記高温側熱交換手段から低温側熱交換手段に向かう方向に順に作動温度が低くなるように配置されたことを特徴とする請求項7記載の磁気冷凍機。
- 磁場を印加すると温度が上昇し磁場を取り去ると温度が降下する正の磁気材料と、磁場を印加すると温度が降下し磁場を取り去ると温度が上昇する負の磁気材料を所定の間隙をもって交互に複数個配置してなる磁気材料ブロックを円周方向に複数個並べて配置した環状の磁気材料ユニットと、
前記磁気材料ユニットの各磁気材料ブロックに対し一つ置きに配置される複数の永久磁石を有し、かつ前記磁気材料ユニットと同心で内径及び外径がほぼ等しいハブ形状の永久磁石部と、
前記永久磁石部を回転可能に支持する回転軸を有し、前記永久磁石部を前記磁気材料ブロックに対向させて回転させる駆動手段と、
前記永久磁石部の回転により前記各磁気材料ブロックの磁気材料の間隙に挿脱され、前記永久磁石部の近接可能な移動により前記磁気材料より発生する熱を一方向に伝導させる熱伝導部材と
を具備したことを特徴とする磁気冷凍機。 - 前記磁気材料ユニットの中心開口部に低温側熱交換手段を設け、前記磁気材料ユニットの外周側に高温側熱交換手段を設けたことを特徴とする請求項14記載の磁気冷凍機。
- 前記磁気材料ユニットは、断熱部材を介して前記磁気材料ユニットと同心で内径及び外径がほぼ等しい磁気材料側ヨークに設けられ、前記磁気材料ユニットに対向して配置される前記永久磁石部は、前記磁気材料ユニットと同心で内径及び外径がほぼ等しい永久磁石側ヨークに設けられることを特徴とする請求項14記載の磁気冷凍機。
- 前記熱伝導部材は、前記間隙内において対応する磁気材料と円周方向の長さがほぼ等しいことを特徴とする請求項14記載の磁気冷凍機。
- 前記各磁気材料ブロックを構成する磁気材料は、前記高温側熱交換手段から低温側熱交換手段に向かう方向に順に作動温度が低くなるように配置されたことを特徴とする請求項15記載の磁気冷凍機。
- 前記熱伝導部材が挿脱される前記間隙に熱伝導グリスあるいは潤滑剤を供給可能としたことを特徴とする請求項1、6、14に記載の磁気冷凍機。
- 請求項14記載の磁気冷凍機を前記回転軸方向に複数配置したことを特徴とする磁気冷凍機装置。
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