JP2007212128A - 磁気冷却段を有する混成型熱ポンプ／冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱を低温槽から高温槽に移送する装置を改良することであり、装置的な経費が大幅に削減され、且つ装置の効率及び出力密度が増大されるような態様で熱を移送する。
【解決手段】熱を低温槽から高温槽に移送する装置は、熱を移送し、それによって仕事を吸収するために、少なくとも２つのサイクル過程が使用され、過程の少なくとも１つは再生サイクル過程であり、少なくとも１つは磁気熱量サイクル過程であり、再生サイクル過程は動作流体及び蓄熱媒体を有しており、再生サイクル過程の蓄熱媒体が、磁気熱量サイクル過程のための磁気熱量材料を含み、磁気熱量材料は低温端（２’）及び高温端（２）を有する再生器領域（１、１’、１”）の中にあり、再生サイクル過程の動作流体が、追加的に磁気熱量サイクル過程のための伝熱流体としての役目をすることを特徴とする。これにより、装置的な経費を削減されて装置を簡素化し、且つ装置の出力密度及び効率が増大される。この装置は、超伝導磁気装置に有利に使用され得る。
【選択図】図１ｃ

Description

本発明は、熱を低温槽から高温槽に移送する装置に関し、この装置では、熱を移送し、それによって仕事を吸収するために、少なくとも２つのサイクル過程が利用され、これらのサイクル過程の少なくとも１つは再生サイクル過程であり、少なくとも１つは磁気熱量サイクル過程であり、動作流体及び蓄熱媒体が再生サイクル過程に供給される。

この種の装置は、文書「Ａ ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｄｕｔｙ ａｄｉａｂａｔｉｃ ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ」（Ｐ．Ｊ．Ｓｈｉｒｒｏｎら、Ａｄｖ．Ｃｒｙ．Ｅｎｇ．、第４５Ｂ巻、１６２９頁）に開示されている。それは、ｍＫ域の極低温を生成するために、幾つかの直列連結された磁気低温段を予冷するためにギフォード−マクマホン型ガス冷凍機を使用することによって、再生サイクル式ガス冷凍過程を磁気冷却と組み合わせる。

他の装置が、文書「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ａ ４Ｋ ａｃｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ」（Ｓ．Ｆ．Ｋｒａｌら、Ａｄｖ．Ｃｒｙ．Ｅｎｇ．、第４５Ａ巻、３２９頁）に開示されている。この装置は、４Ｋ域の温度を生成するために、ギフォード−マクマホン型冷凍機と別個の磁気低温段との組合せを示唆する。それによってギフォード−マクマホン型冷凍機は、磁気低温段を約１０Ｋまで予冷する。

この種の他の装置が、文書「Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ」（Ｂａｒｃｌａｙ，Ｊ．Ａ． Ｌｅ ｆｒｏｉｄ ｓａｎｓ ｆｒｏｎｔｉｅｒｅｓ、第１巻、２９７頁、１９９１年）に説明されている。それは、水素を液化する（２０Ｋで）磁気低温段を提案する。磁気低温段は、通常、室温と２０Ｋとの間では仕事をしないが、例えば、約８０Ｋと２０Ｋとの間で仕事をする。磁気段は、液体窒素又は冷凍機（例えば、再生ガス冷凍機）によって約８０Ｋまで予冷され得る。それによって磁気低温段の能動的再生器ベッドは、異なる磁気転移温度（キュリー温度）を有し、最高キュリー温度から最低キュリー温度まで相互に隣接する層の中に配置される幾つかの強磁性材料から成る。

これらの具体例のすべてに共通するのは、磁気低温段の予冷が、スターリング型パルス管型若しくはギフォード−マクマホン型冷凍機のようなガス冷凍機によって、又は液体窒素によって行われることである。ガス冷凍機は、しばしば多段構造を有する。それによって、各段では、圧縮、放熱、膨張、及び熱の供給のような幾つかの過程相に分割されるガス冷却過程が利用される。熱は、ガスを冷却するために、圧縮相と膨張相との間の中間で（受動的）再生器マトリックスの中に貯蔵される。膨張し且つ外部から熱を供給された（＝「低温の放出」）後に、貯蔵された熱はガスによってもう一度吸収される。

次の磁気低温段では、熱力学的過程を通過する動作媒体は、ガスではなく、磁気熱量材料、即ち、固体である。熱は、接続又は遮断され得る熱接続（熱スイッチの形態にある）又は追加的な伝熱流体を介して、磁気熱量材料と熱源又はヒートシンクとの間で交換される。この過程における温度は、例えば、永久磁石によって、磁気熱量材料を磁化又は消磁することによって上昇され且つ低下される。温度変化は、この材料の平均温度がそのキュリー温度に対応するときに最大である。熱源とヒートシンクとの間の大きな温度差を埋めるために、異なるキュリー温度を有する幾つかの材料が使用され得るが、それらは、相互に隣接する層の中にばらの形態で配置される。再生器ベッド中のそれぞれの箇所に供給された磁気熱量材料は、伝熱流体を使用して、異なる温度の間でそれ自体のサイクルを経過する（能動的磁気再生）。外部との結合部が再生器ベッドの端部に設けられ、その結合部では伝熱流体が熱交換器を通過する。したがって、熱は、低温熱源から高温ヒートシンクまで最終的に移送される。磁気熱量材料は周期的に繰り返して磁界の中へ導入されてもよいし、又は磁界が周期的にオン又はオフに切り換えられてもよい。伝熱流体（用途に応じて液体又はガス）は、例えば、ポンプを使用して、適切な時点に磁気熱量材料に通して供給されなければならない。

低い温度（４〜２０Ｋ）又は非常に低い温度（＜４Ｋ）での冷凍は、このように主として熱を低温槽から高温槽に移送する装置のような応用例として適切であり、それによって、水素又はヘリウムのような、例えば、低い沸騰温度を有するガスを液化するために、熱を移送し、それによって仕事を吸収するように、少なくとも２つのサイクル過程（ガスサイクル及び磁気サイクル）が実行される。しかし、熱ポンプのような装置を使用することも、即ち、加熱のために、可能である。冷凍機及び熱ポンプの１つの一般的な特性は、熱が、仕事を供給することによって、より低温槽からより高温槽に移送されることである。冷凍機では、熱が、周囲温度を下回る温度で吸収される。熱ポンプでは、熱が周囲温度を上回る温度で放出される。しかし、物理的原理は依然として同じである。

この種の従来の装置には常に２つの独立した冷却機構が存在するので、装置的な経費が相対的に大きい。したがって、ガス冷却サイクルによるか又は液体窒素による１つ若しくは複数の予冷段用に、及び磁気冷却段用にも、別体の駆動機構が、例えば、圧縮機の形態で又は永久磁石の中で磁性材料を周期的に繰り返して出入りさせる装置の形態で設けられなければならない。伝熱流体も、磁気冷却段の能動的再生器ベッドに介して供給されなければならない。再生サイクル過程の動作流体と磁気冷却段の伝熱流体とは、２つの異なる媒体であるか、又は少なくとも油圧駆動的に相互から分離されている。再生過程の（受動的）蓄熱媒体及び能動的再生器ベッドも同一ではない。

最近では、単にガス冷凍サイクルに基づいているだけの２段極低温冷凍機も、ヘリウムのような低い沸騰温度を有するガスの液化に使用されている。特に興味深い用途は、例えば、特許文書の米国特許出願公開第２００２／０００２８３０Ａ１号明細書に説明されているような、超伝導磁石を備える装置で、気化したヘリウムを再び液化するためにパルス管型冷凍機を使用するものである。電磁コイルは、依然としてヘリウムを気化することによって冷却される。しかし、従来のシステムとは異なり、ヘリウム又は他の寒剤が外部に失われることはない。磁性材料も、これらの冷凍機の第２の低温段の蓄熱媒体（受動再生器）で使用されるが、その理由は、磁気冷凍機の能動的再生器ベッドとは完全に異なる。これらの材料は、その磁気転移の領域における熱容量が動作ガスに比べて大きいが、それは冷却過程を実行するための前提条件である。磁性材料は、その効率を維持するために超伝導磁石の磁界からさえもしばしば遮蔽されねばならない。それによって、この場合には外部磁界は望ましくない。しかも、パルス管型冷凍機は、磁気冷凍機とは異なり、それほど効率よく仕事をするわけではなく、その結果、磁気システムを冷却する動作費用が相対的に高い。したがって、熱力学的にさらに効率よく低温を生成する方法が有利であろう。

したがって、本発明の目的は、熱を低温槽から高温槽に移送する装置を改良することであり、本装置の装置的な経費が大幅に削減され、且つ本装置の効率及び出力密度が増大されるような態様で熱を移送し、それによって仕事を吸収するために、少なくとも２つのサイクル過程が使用される。

この目的は、再生サイクル過程の蓄熱媒体が磁気熱量サイクル過程のための磁気熱量材料を含み、この磁気熱量材料は、低温端及び高温端を有する再生器領域の中にあり、再生サイクル過程の動作流体が、追加的に磁気熱量サイクル過程のための伝熱流体としての役目をする本発明に従って実現される。本発明の装置は、特に、大きく異なる温度を経過して熱が移送されるとき、熱を低温槽から高温槽に移送する多段配置の一部であり得る。

従来の装置に比べた本発明の装置の利点は、装置的な経費が大幅に削減されることにある。従来技術に比べた本発明の装置の利点は、文書「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ａ ４Ｋ ａｃｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ」（Ｓ．Ｆ．Ｋｒａｌら、Ａｄｖ．Ｃｒｙ．Ｅｎｇ．、第４５Ａ巻、３２９頁）の配置による具体例として説明され得る。従来の装置で使用される、再生サイクル過程の冷凍機（例えば、ギフォード−マクマホン型冷凍機）の動作流体が、本発明に従って磁気熱量低温段の伝熱流体として使用されるとき、両者は同じ駆動機構によって有利に移送され得る。同じ方式で、磁気熱量低温段の活性材料をギフォード−マクマホン型冷凍機で再生器材料として本発明に従って使用することは、本装置の簡素化を意味する。さらには、本発明の組み合わせられた過程は、従来の単独の再生ガスサイクル（例えば、パルス管型冷凍機又はギフォード−マクマホン型冷凍機におけるガス冷凍機で使用されるように）よりも熱力学的に効率的である。冷却又は加熱性能は、本機械の容積をそれほど増大させることなく向上可能であり、それによって出力密度を増大させる。さらには、存在する外部磁界（例えば、特許文書の米国特許出願公開第２００２／０００２８３０Ａ１号明細書で説明されているように）は、それが磁気熱量サイクルのために利用され得るので、障害にはならず有利でさえある。

熱を低温槽から高温槽に移送する本発明の装置の特に好ましい実施の形態は、低温槽が周囲温度を下回る温度を有し、高温槽が周囲温度以上の温度を有することを特徴とする。したがって、冷凍機は周囲温度を下回る温度を生成することが可能であり、それは複数の可能な用途を提供する。しかし、加熱するために熱ポンプに関する原理を使用することも実現可能である。

本発明の装置は、再生サイクル過程がスターリング型、ヴィルミェ型、ギフォード−マクマホン型、又はパルス管型のガスサイクルに基づいているとき、特に有利である。すべての過程が、主に低温を、本件では、好ましくは１００Ｋを下回る温度にある低温を生成するために使用される。磁気熱量過程と組み合わせた、これらの過程（特にギフォード−マクマホン型又はパルス管型冷凍機のための）に基づく機械は、一般により効率的であり、且つより大きな出力密度を有する。

別の有利な態様では、磁気熱量材料は異なるキュリー温度を有する異なる成分を含み、この材料は、最も高いキュリー温度を有する磁気熱量材料の成分が再生器領域の高温端に位置し、最も低いキュリー温度を有する磁気熱量材料の成分がその低温端に位置するように、再生器領域において、低減していくキュリー温度の順で層中に相互に隣接して配置される。このように異なる成分を連結すると、能動的な磁気再生が可能になり、相対的に大きな温度差（例えば、６０Ｋ）が、磁界強度（例えば、２Ｔ）の僅かな変化のみで網羅され得る。

本発明の装置は、少なくとも磁気熱量材料の箇所において磁界を印加し且つ／又は遮蔽する、磁界を印加し且つ／又は背景磁界を遮蔽する手段が設けられるとき、特に有利である。このような態様で、磁気熱量材料は、材料中の温度を変化させるために交互に磁化及び消磁され得る。

本発明の装置の他の有利な実施の形態では、磁界を印加し且つ／又は背景磁界を遮蔽する手段は、永久磁石を含む。磁気熱量材料に比べた永久磁石の相対位置は、磁気熱量材料が所期の過程を経過できるように、適切な装置によって変更される。これは、本発明の装置の簡素で且つ頑丈な実施の形態を提供する。

別の実施の形態では、磁界を印加し且つ／又は背景磁界を遮蔽する手段は、通常の伝導性及び／又は超伝導性のワイヤを用いた電磁コイル巻回を含む。次に、磁気熱量材料は、移動部分を備えることなく、可変電流によって交互に磁化及び消磁され得る（それによって加熱及び冷却される）。これは、本装置が振動に敏感な環境で使用されるべきとき、特に有利である。

本発明の装置の特別な実施の形態では、軟質磁性材料の磁気遮蔽が、背景磁界を遮蔽する手段として設けられる。磁気熱量材料に比べた磁気遮蔽の相対位置を適切に変更することによって、磁気熱量材料は、追加的な経費を殆ど掛けずに効率的に磁化且つ消磁され得る。

本発明は、また、熱を低温槽から高温槽に移送する本発明の装置を有する超伝導磁石構成にも関する。超伝導磁石構成では、少なくとも超伝導性巻回の領域が、低温に冷却されねばならず、この構成は、本発明の装置の磁気熱量材料の中で時間と共に可変的に遮蔽され得る磁界を設け、それによって冷却に必要な磁気熱量過程を促進する。

特定の利点によって、本超伝導磁石構成は、それによって磁気共鳴（ＭＲ）用、特に、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）用又は核磁気共鳴分光法（ＮＭＲ）用装置の一部である。これらは、使用者にとって直接冷却（別様の気化寒剤を再充填することなく）が非常に魅力的であるように、超伝導磁石装置を冷却するために通常は液体寒剤を使用する分析方法である。

しかし、本超伝導磁石装置は、イオンサイクロトロン共鳴分光法（ＩＣＲ）用又は電子スピン共鳴法（ＥＳＲ、ＥＰＲ）用の器械の一部であることも実現可能である。それによって、使い勝手のよさも、本超伝導磁石装置の自律冷却によって高められる。

本発明は、熱を低温槽から高温槽に移送する方法にも関し、熱を移送し、それによって仕事を吸収するために、少なくとも２つのサイクル過程が使用され、この過程の少なくとも１つは、熱が動作流体を介して移送される再生サイクル過程であり、少なくとも１つは、熱が磁気熱量材料を介して交換される磁気熱量サイクル過程である。本発明の方法は、磁気熱量材料が再生サイクル過程における蓄熱媒体としても使用され、且つ動作流体が磁気熱量サイクル過程のための伝熱流体としても使用されることを特徴とする。

本発明の方法の１つの変形例では、動作流体は、再生サイクル過程において圧縮相、放熱相、膨張相、及び吸熱相を経過する。これは、熱が低温槽から高温槽に移送され、それによって仕事を吸収する熱力学サイクルを設ける。

他の有利な変形では、磁界の磁界強度が、少なくとも磁気熱量材料の箇所において周期的に変更される。したがって、磁気熱量材料は加熱及び冷却され、熱が低温槽から高温槽に移送される熱力学サイクルを経過し得る。

しかし、永久磁石に対して磁気熱量材料の位置を周期的に変化させることによって磁界強度を変更することも実現可能である。これは、簡素で、頑丈で、且つ低コストの変形である。

さらには、磁界強度は、通常の伝導性及び／又は超伝導性の電磁コイル中の電流の流れを変化させることによって変化し得る。この場合には、部品が移動されることはない。これは、特に殆ど振動がない本発明の方法の変形例を提供する。

本発明の方法の特に有利な変形では、背景磁界における磁界遮蔽の強度が、少なくとも磁気熱量材料の箇所において周期的に変更される。それによって、磁気熱量材料は殆ど難なく磁化及び消磁され得る。

さらには、再生サイクル過程は、磁気熱量材料中に強い磁界を有する熱供給相及び圧縮相と、磁気熱量材料中に弱い磁界を有する放熱相及び膨張相を含む。このような態様で、本方法は、単一の装置において再生動作サイクル及び磁気熱量動作サイクルの両方を可能にするが、それは高い出力及び効率を有する関連機械を提供する。

本発明の方法は、熱が超伝導磁石構成の内部で移送されるとき、本質的に有利であり、この超伝導磁石構成は、磁気共鳴（ＭＲ）用、特に、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）用又は核磁気共鳴分光法（ＮＭＲ）用の器械の一部であるか、又はイオンサイクロトロン共鳴分光法（ＩＣＲ）用若しくは電子スピン共鳴法（ＥＳＲ、ＥＰＲ）用の器械の一部である。このような態様で、そのような器械が効率的に且つ使い勝手がよい態様で冷却され得る。液体寒剤を使用する従来の冷却に比べて、本器械の使い勝手のよさ及び冷却費用が、特に、近い将来に寒剤の価格が上昇するときに削減可能になる。

本発明の他の利点が説明及び図面から引き出され得る。以上に且つ以下に述べられる特徴は、個々に又は任意の組合せで集合的に本発明に従って使用され得る。図示され且つ説明される実施の形態は、限定的な列挙として理解されるべきではなく、本発明を例示するための典型的な性質を有するものである。

本発明は、図面に示され且つ実施の形態を参照してより詳細に説明される。

図１ａは、従来技術による（１段）再生スターリング型ガス冷凍機（又は熱ポンプ）の構造を示す。スターリング機械は、再生サイクルに基づくすべての機械の基本形態を代表する。ギフォード−マクマホン型冷凍機又はパルス管型冷凍機のような他のガス冷凍機は、この基本形態から派生している。

この機械は、蓄熱媒体、即ち、その高温端２が高温熱交換器３（ほぼ周囲温度にある冷凍機用）によって限定され、且つその低温端２’が低温熱交換器３’（周囲温度を下回る冷凍機用）によって限定されている所謂（受動的）再生器１から成る。再生器１は、例えば、金網スクリーン又はばらの粒子の形態にある微細分散固体から成り、動作流体、例えば、ヘリウムガスに比べて高い熱容量を有する。再生器１は、通過時に熱を動作流体から吸収し、流れが逆転すると、再生器１における温度分布をそれほど変化させることなく、熱を動作流体に放出する。動作流体は、圧縮空間５の中で高温ピストン４によって圧縮され、（この流体を移送した後）膨張空間５’の中で低温ピストン４’によって膨張させられる。次々に様々なステップを実行するために、ピストン４、４’の動きは、高温ピストン４が冷温ピストン４’よりも４分の１周期だけ先行するように（９０°の位相のずれ）、適切な駆動機構６、６’によって制御される。

１段磁気冷凍機又は熱ポンプ（図１ｂ）では、再生器ベッドの中で殆どがばらの粒子の形態にある磁気熱量動作媒体から成る（能動的）再生器１’が存在する。再生器１’は、次に、２つの熱交換器３、３’によって、即ち、その高温端２が高温熱交換器３によって境界が画定され、且つその低温端２’が低温熱交換器３’によって境界が画定される。２つの熱交換器３、３’間の大きな温度差を埋めるために、異なるキュリー温度を有する磁気活性材料の幾つかの成分が再生器１’で使用され得るが、これらの成分は、最も高いキュリー温度を有する磁気熱量材料の成分が高温熱交換器３に接して位置し、且つ最も低いキュリー温度を有する磁気熱量材料の成分が低温熱交換器３’に接して位置することになるように、相互に隣接して層の中に配置される（図示せず）。２つのピストン４、４’が、伝熱流体（ガス又は液体）を（能動的）再生器１’に介して移送し、駆動機構６、６’を介するその動きは同位相で行われ、したがって伝熱流体は圧縮されることも膨張させられることもない。再生器１’の中の動作媒体（磁気熱量材料）は、磁石７によって磁化される。磁石７は、再生器ベッドに沿って周期的に移動される永久磁石として、又は通常の及び／又は超伝導のワイヤのコイルとして設計されてもよい。次いで、再生器１’の中の磁気熱量材料は、電磁コイルを帯電及び放電させることによって磁化又は消磁される。２つのピストン４、４’の動きと、永久磁石の動き又は電磁コイルの帯電及び放電とは、磁気熱量材料が磁気熱量サイクルを経過するように時間的に整合されなければならない。

図１ｃは、本発明の装置の構造を模式的に示す。図１ａ及び図１ｂに従う両機械の構成要素が、１段冷凍機又は熱ポンプに組み合わされている。この（受動的及び能動的）再生器１”は、例えば、好ましくは異なるキュリー温度を有する幾つかの磁気活性材料のばらの粒子の形態にある、磁気熱量動作媒体を含み、最も高いキュリー温度を有する磁気熱量材料の成分が再生器１”の高温端２に位置し、且つ最も低いキュリー温度を有する磁気熱量材料の成分が再生器１”の低温端２’に位置することになる。その場合に、再生器１”も熱を中間的に貯蔵する（図１のスターリング機械におけるように）。動作流体は、図１ａに従う機械の再生過程におけるように、圧縮ピストン４によって圧縮空間５の中で圧縮され、さらに膨張ピストン４’によって膨張空間５’の中で膨張させられて、磁気熱量過程のための伝熱流体としての役目もする。２つのピストン４、４’は、伝熱流体（蓄熱過程の動作流体）を再生器１”に介して移送し、そこで、この流体は熱を放出又は吸収する。再生器１”の中の磁気熱量材料は、磁石７によって磁化される。その場合に、磁石７は、再生器ベッドに沿って周期的に移動される永久磁石であっても、又は通常の及び／又は超伝導のワイヤのコイルであってもよい。次いで、再生器１”の中の磁気熱量材料は、電磁コイルを帯電及び放電させることによって磁化又は消磁される。別の可能性は、適切な装置（例えば、軟金属の又は他の電磁コイル）によって、既に環境中に存在している磁界を遮蔽することである。再生ガスサイクルと磁気熱量過程とが１つの機械の中で組み合わせられているので、過程相（圧縮、膨張、動作流体を再生器１”に通して移送すること、磁化、消磁）は、時間的に相互に完全に整合されなければならない。

本発明の装置で利用される過程相のさらに詳細な説明の前に、スターリング機械（図１ａに従う）及び磁気熱量機械（図１ｂに従う）の過程相が個別に検討される。

図２ａは、熱を移送する１段スターリング機械における再生ガスサイクルの異なる過程相を単純化された形態で模式的に示す。詳細には、次の過程ステップが実行される。

Ｉ→ＩＩ 等温圧縮
圧縮空間５の中の動作流体はピストン４によって等温圧縮され、それによって熱を放出する。放出された熱８は、例えば、一定の温度で冷却媒体によって吸収され得る。

ＩＩ→ＩＩＩ 等容冷却（放熱）
圧縮空間５の中の動作流体は、一定の体積で再生器１に通して膨張空間５’の中へ移送される。再生器１では、動作流体が、熱を中間貯蔵するために再生器１の蓄熱媒体（再生器１のマトリックス）に放出し、その流体は冷却される。

ＩＩＩ→ＩＶ 等温膨張
膨張空間５’の中の動作流体はピストン４’によって等温膨張させられ、それによって熱を吸収する。その場合に、吸収された熱９は、冷却されるべき物体／空間によって外部から供給される。

ＩＶ→Ｉ 等容加熱（吸熱）
膨張空間５’中の動作流体は、一定の体積で再生器１に通して圧縮空間５の中へ移送される。動作流体は、中間貯蔵された熱を再生器１の中の蓄熱媒体から吸収し、それによって加熱される。再び最初の状態に到達する。

再生器１における温度分布１０は、すべての過程相の間、不変のままである。この機械では、正味の仕事が行われ、そのエネルギー量だけ、放出された熱８が吸収された熱９を上回る。

理想的な条件下では、スターリング機械はカルノー過程の最大成績係数ＣＯＰ（ＣＯＰ_Ｃａｒ）を有し、その場合に効率はη（ＣＯＰ／ＣＯＰ_Ｃａｒ）は１である。例えば、パルス管型冷凍機のような他の冷凍機は、理想的な場合であっても、可逆的に仕事をすることはなく、したがってそれほど効率的ではない。

図２ｂは、１段磁気熱量冷凍機又は熱ポンプの異なる過程相を単純化された模式的に示す。

Ｉ→ＩＩ 消磁
（能動的）再生器１’の中の磁気熱量材料は消磁されており、即ち、状態Ｉにおいて存在する強度Ｂの磁界が減少されている（例えば、永久磁石の除去、電磁コイルの放電、又は遮蔽の駆動によって）。それによって、再生器１’の磁気熱量材料（再生器１’のマトリックス）は、その長さに亘ってそれぞれの箇所で、ある一定の温度差だけ冷却し、したがって、消磁前の再生器１’における温度分布１１は、消磁後の再生器１’における温度分布１１’とは異なる。

ＩＩ→ＩＩＩ 冷却（放熱）
高温伝熱流体は、ピストン４、４’によって全体として再生器１’の磁気熱量材料に通して移送される。それによって、この流体は冷却される（即ち、磁気熱量材料が熱を吸収する）。伝熱流体は、それが再生器１’を離れるとき、最初は環境よりも低温である。それによって、伝熱流体は（低温の）環境から熱９’を吸収し得る。移送中、再生器１’における温度は変化し、状態ＩＩＩにおいて、温度分布１１が回復される（状態Ｉにおけると場合と同様に）。

ＩＩＩ→ＩＶ 磁化
再生器１’の磁気熱量材料は磁界強度Ｂまで磁化される（永久磁石を使用して、コイルの帯電によって、又は遮蔽の除去によって）。再生器１’の磁気熱量材料は、温度分布１１”が実現されるように、その長さに亘って任意の箇所で、ある一定の温度差だけ加熱される。

ＩＶ→Ｉ 加熱（吸熱）
低温伝熱流体は、ピストン４、４’によって再生器１’の磁気熱量材料に通して戻される。それによって、この流体は加熱される（即ち、磁気熱量材料が熱を放出する）。伝熱流体は、再生器１’を退出するとき、最初は環境よりも高温である。伝熱流体は熱８’を（高温の）環境に放出する。移送中、再生器１’における温度は変化し、状態Ｉにおいて、元の温度分布１１が回復される。

磁気冷凍機又は熱ポンプでは、仕事（永久磁石の移動又は電磁コイルの帯電による）も行われねばならない。そのエネルギー量だけ、放出された熱８’は吸収された熱９’を上回る。スターリング機械における場合と同様に高い効率が実現され得る。

本発明の装置は、例えば、図２ａ及び図２ｂに示された過程の組合せに基づいている。図２ｃは、このような冷凍機又は熱ポンプの組合せの異なる過程相を模式的に示す。１冷却段のみの最も簡素な場合では、この種の装置（例えば、混成型スターリング冷凍機）は、中間再生器１”と共に圧縮空間５及び膨張空間５’を含む。それによって、磁気機械におけるように、外部磁界Ｂをオン又はオフに切り換えることも可能である。始動時点では、温度分布１１が再生器１”で支配的である。これは次のサイクルをもたらす。

Ｉ→ＩＩ 等温圧縮
外部磁界Ｂが存在するとき、圧縮空間５の中の動作流体はピストン４によって等温圧縮され、それによって熱を放出する。放出された熱８は、例えば、一定の温度で冷却媒体によって吸収され得る。

ＩＩ→ＩＩＩ 消磁
再生器１”の中の磁気熱量材料は消磁されており、即ち、状態Ｉ及びＩＩにおいて存在する強度Ｂの磁界が減少される（永久磁石の除去、電磁コイルの放電、又は遮蔽の駆動によって）。それによって、再生器１”の磁気熱量材料は、その長さに亘って任意の箇所で、ある一定の温度差だけ冷却される。したがって、消磁前の再生器１”における温度分布１１は、消磁後の再生器１”における温度分布１１”とは異なる。

ＩＩＩ→ＩＶ 冷却（放熱）
高温伝熱流体（ステップＩ→ＩＩにおける動作流体）は、ピストン４、４’によって再生器１”の磁気熱量材料に通して移送される。それによって、この流体は冷却される（即ち、磁気熱量材料が熱を吸収する）。伝熱流体は、それが再生器１”を離れるとき、当該箇所では、最初は環境よりも低温である。それによって、伝熱流体は（低温の）環境から熱９’を吸収し得る。移送中、再生器１”における温度は変化し、状態ＩＶにおいて、温度分布１１が回復される（状態Ｉ及びＩＩにおけると場合と同様に）。

ＩＶ→Ｖ 等温膨張
膨張空間５’における伝熱流体はピストン４’によって等温膨張させられて、それによって熱を吸収する。その場合に、吸収された熱９は、冷却されるべき物体／空間によって外部から供給される。

Ｖ→ＶＩ 磁化
再生器１”の磁気熱量材料は磁界強度Ｂを有する磁界の印加によって磁化される（永久磁石を使用して、コイルの帯電によって、又は遮蔽の除去によって）。再生器１”の磁気熱量材料は、温度分布１１”をもたらすように、その長さに亘って任意の箇所で、ある一定の温度差だけ加熱される。

ＶＩ→Ｉ 加熱（吸熱）
低温伝熱流体（過程ステップＩＶ→Ｖにおける動作流体）は、ピストン４、４’によって再生器１”の磁気熱量材料に通して戻される。それによって、この流体は加熱される（即ち、磁気熱量材料は熱を放出する）。伝熱流体は、それが再生器１”を離れるとき、当該箇所では、最初は環境よりも高温である。伝熱流体は熱８’を（高温の）環境に放出する。通過時に、再生器１”における温度は変化し、状態Ｉにおいて、元の温度分布１１が回復される。

それによって、熱（熱９’、９）は、２つのステップ（ＩＩＩ→ＩＶ及びＩＶ→Ｖ）の間に、冷却されるべき空間から供給される（有用な冷却）。熱（熱８’、８）は、過程ステップＶＩ→Ｉ及びＩ→ＩＩの間に高温の環境に放出される。それに対応して必要な仕事が増大する。しかし、装置の成績係数（ＣＯＰ）及び効率は高い。装置の容積は、図２ａ及び２ｂからの組み合わせられていない機械の１つの個別容積にほぼ対応しており、それは出力密度を増大させる。

再生ガス過程に基づく他の機械、例えば、ギフォード−マクマホン型冷凍機又はパルス管型冷凍機も使用され得る。さらには、非常に低い温度（＜２０Ｋ）を得るために、このような装置は幾つかの段から構成されることになる。その場合に、最も低温の段のみで、本発明に係る組合せ冷却を利用することが実現可能である。

図３は、磁気パルス管型冷凍機に基づく、超伝導磁石構成を冷却する本発明の装置の多段の実施の形態を示す。その場合に、第１の電磁コイル１２が、液体ヘリウム１３が充填されたヘリウム容器１４の中に配置される。ヘリウム容器１４は、少なくとも１つの懸垂管１５を介して外殻１６に連結される。磁気パルス管型冷凍機の２段低温ヘッド２０が首管１７の中へ装着され、この首管の上部高温端１８が外殻１６に連結され、且つこの首管の下部低温端１９がヘリウム容器１４に連結されている。さらには、ヘリウム容器１４は、熱伝導様式で懸垂管１５及び首管１７の両方に連結されている放射遮蔽２１によって包囲される。熱伝導中実連結部２３が、低温ヘッド２０の第１の低温段２２と首管１７との間に設けられ、この連結部を介して、熱が放射遮蔽２１から低温ヘッド２０の第１の低温段２２に伝導される。ヘリウム容器１４から気化したヘリウムが、低温ヘッド２０の第２の低温段２４で再び液化される。従来の２段パルス管型冷凍機と異なり、磁気熱量材料が、第２の低温段２４の再生器管２５の中に供給される。再生器管２５は、磁気遮蔽されていない第１の電磁コイル１２の漂遊磁界の内部にある。この漂遊磁界は、磁気熱量材料が、本発明に従って磁気熱量サイクル過程で低温を生成するために又は蓄熱ガスサイクルで蓄熱媒体としても使用され得るような様式で、第２の電磁コイル２６によって遮蔽又は増大され得る。さらには、再生ガスサイクルの動作流体（ヘリウムガス）が、磁気熱量サイクル過程のための伝熱流体である。それによって、低温ヘッド２０のサイズが減少され得るように、且つ動作時のエネルギー消費が低減され得るように、本冷凍機の出力及び効率は増大され得る。

したがって、本発明の冷凍機装置の使用は、低温ヘッド２０が超伝導磁石の既存の漂遊磁界（その場合、この磁界は適切に遮蔽され得る）の中に配置されるときに有利である。それによって、例えば、核磁気共鳴分光器、核磁気共鳴映像器（ＭＲＩ）、イオンサイクロトロン共鳴分光器（ＩＣＲ）、電子スピン共鳴器（ＥＳＲ、ＥＰＲ）のような超伝導磁石構成を含む器械が、使い勝手のよい方式で効率的に冷却され得る。

本発明は、例示的な計算及び他の図面を参照して以下に説明される。

最初に、理想的な本発明の混成型スターリング冷凍機が、過程相ＩＩＩ→ＩＶ及びＶＩ→Ｉの間における具体例として示されている（図４）。圧縮空間５の中の（理想的な）動作流体（例えば、ヘリウムガス）が、ｎ個の小体積要素に分割される。これらの体積要素ａ、ｉ、ｎのそれぞれが、それ自体の熱力学サイクルを経過し、それが、図５ａに、第１の体積要素ａに関する温度エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）で表されている。膨張空間５’の中へ変位する間に、体積要素ａは、温度Ｔ_ｈ（状態ＩＩＩ）から温度Ｔ_ｃまで冷却する。磁気熱量材料の温度変化により、体積要素ａはさらに冷却され、最終的にはＴ_ｃ−ΔＴ_ｃａで再生器１”を退出する（図５ａの状態ＩＶ’）。次いで、体積要素ａが温度Ｔ_ｃまで加熱されるように、それに外部熱が供給される（状態ＩＶ）。別の任意の内部体積要素ｉ（図５ｂのＴ−Ｓ線図参照）も、温度Ｔ_ｈで再生器１”に進入し、温度Ｔ_ｃ−ΔＴ_ｃｉでそれを退出するが、この温度は、再生器１”が先に体積要素から熱を吸収しているので、第１の体積要素ａの退出温度よりも高い。体積要素ｉも、再生器１”を離れると、外部から熱を吸収することによって温度Ｔ_ｃまで加熱される。しかし、体積要素ｉに供給された熱は、その場合に第１の体積要素ａよりも小さい。最後の体積要素ｎ（図５ｃのＴ−Ｓ線図参照）も温度Ｔ_ｈで再生器１”に進入するが、元の温度分布１１’が温度分布１１に変化しているので、それを温度Ｔ_ｃで退出する。したがって、体積要素ｎは、もはや外部熱を少しも吸収することはできない。

状態変化ＩＶ’→ＩＶの間に、体積要素ａ、ｉ、ｎに供給された熱は、Ｔ−Ｓ線図に曲線下の面積として表され得る。

再生器１”を退出する間に体積要素ｉ（質量Δｍ_ｉを有する）によって吸収された熱Ｑi,_IV'-IVは次のように計算され得る。

上式で、ｃ_ｖ，ｉは一定の体積における動作流体の比熱容量である。動作流体（合計質量Ｍを有する）によって吸収された熱全体Ｑ_IV'-IV（図４の熱９’に対応する）は、次式となる。

上式で、ΔＴ_ｃ’は温度変化ΔＴ_ｃ，ｉの平均値であり、且つすべてのｉに関してΔｍ_ｉ＝Δｍである。

引き続く過程ステップＩＶ→Ｖ（等温膨張）は、すべての体積要素ａ、ｉ、ｎに関して同じである。温度Ｔ_ｃで動作流体に供給された熱全体は、次式、即ち、
Ｑ_IV-V＝ＭＴ_ｃ（ｓ_V−ｓ_IV）
となり、上式で、ｓ_IV及びｓ_Vは、状態ＩＶ及びＶにおける動作流体の比エントロピーである。

引き続いて圧縮空間５に移行する間に、体積要素ｎは温度Ｔ_ｃから温度Ｔ_ｈに加熱される（図５ｃのＶＩ→Ｉ）。磁気熱量材料の温度変化により、体積要素ｎはさらに加熱され、最終的にＴ_ｈ＋ΔＴ_ｈ，ｎで再生器１”を退出する（状態Ｉ’）。体積要素ｎは、それが再び温度Ｔ_ｈ（状態Ｉ）まで冷却されるように、引き続いて熱を外部に放出する（一定の体積で）。別の任意の内部体積要素ｉも温度Ｔ_ｃで再生器１”に進入し、温度Ｔ_ｈ＋ΔＴ_ｈ，ｉでそれを退出するが、この退出温度は、再生器１”が、熱を先に体積要素ａ及び体積要素ｉに放出しているので、最後の体積要素ｎの退出温度よりも低い（図５ｂ）。体積要素ｉも、再生器１’を離れると、熱を外部に放出することによって温度Ｔ_ｈまで冷却される。しかし、体積要素ｉによって放出された熱は、今や最後の体積要素ｎに関するよりも少ない。第１の体積要素ａも、元の温度分布１１”が温度分布１１に変化しているので、最終的に温度Ｔ_ｃで再生器１”に進入し、それを温度Ｔ_ｈで離れる（図５ａ）。したがって、第１の体積要素ａは、もはや熱を外部に放出することはできない。状態変化Ｉ’→Ｉの間に体積要素によって放出された熱も、Ｔ−Ｓ線図に曲線下の面積として表され得る。

再生器１”を退出する間に体積要素ｉ（質量Δｍ_ｉを有する）によって放出された熱Ｑi,_I'-I（したがって、それは熱力学における通常の決まりに従って負である）は、次のように計算され得る。

動作流体（全質量Ｍを有する）によって全体として放出された熱Ｑ_I'-I（図４の熱８’に対応する）は次式になる。

上式で、ΔＴ_ｈ’は温度変化ΔＴ_ｈ，ｉの平均値であり、且つすべてのｉに関してΔｍ_ｉ＝Δｍである。

引き続くステップＩ→ＩＩ（等温圧縮）は、すべての体積要素ａ、ｉ、ｎに関して同じである。温度Ｔ_ｈで動作流体によって放出された熱全体は、それによって次式、即ち、
Ｑ_I-II＝−ＭＴ_ｈ（ｓ_I−ｓ_II）
となり、上式で、ｓ_I及びｓ_IIは、状態Ｉ及びＩＩにおける動作流体の比エントロピーである。

Ｔ−Ｓ線図における等容曲線（Ｖ＝定数）は、理想的な動作流体（本明細書で想定されたように）の場合には等距離線であるので、エントロピーは、状態変化Ｉ→ＩＩ及びＩＶ→Ｖの間では等しく、
ｓ_I−ｓ_II＝ｓ_V−ｓ_IV＝Δｓ
である。

再生器１”を通過する間、以下の合計熱量、即ち、
Ｑ_ｚｕ＝Ｍ［Ｔ_ｃΔｓ＋ｃ_ｖΔＴ_ｃ’］
が、過程全体において動作流体に供給されるように、且つ以下の合計熱量、即ち、
Ｑ_ａｂ＝−Ｍ［Ｔ_ｈΔｓ＋ｃ_ｖΔＴ_ｈ’］
が、動作流体から放出されるように、熱は外部に移送されることはない。

熱力学の第１法則に従えば、仕事Ｗ（ΔＴ＝Ｔ_ｈ−Ｔ_ｃを伴う）が、下式で表されるように、即ち、
Ｗ＝−（Ｍ［Ｔ_ｃΔｓ＋ｃ_ｖΔＴ_ｃ’］−Ｍ［Ｔ_ｈΔｓ＋ｃ_ｖΔＴ_ｈ’］）＝Ｍ（ΔＴΔｓ＋ｃ_ｖ（ΔＴ_ｈ’−ΔＴ_ｃ’））
として計算されるように、仕事サイクルに、次式、即ち、
Ｗ＋（Ｑ_ｚｕ＋Ｑ_ａｂ）＝０
を適用する。

「純粋な」スターリング冷却過程において温度Ｔ_ｃで供給される熱は、冷却出力の増加が、次式、即ち、

として計算され得るように、下式、即ち、
Ｑ_{ｚｕ，Ｓｔｉｒ．}＝ＭＴ_ｃΔｓ
となる。

「純粋な」理想スターリング冷却過程とは異なり、理想的な混成過程であっても、熱力学では一般的であるように、エクセルギー損失によって決定され得る不可逆性を含む。以下では、温度Ｔ_ｈが周囲温度に対応するものと想定される。その場合に、動作流体のエクセルギーは、過程相ＩＶ’→ＩＶの間における熱の供給によって、次のように変化する。

次のエクセルギー変化、即ち、
Ｅ_IV-V＝Ｑ_IV-V−ＭＴ_ｈΔｓ＝−ＭΔｓΔＴ
が、過程相ＩＶ→Ｖ（ＶＩ）の間に生じる。

動作流体のエクセルギーは、過程相Ｉ’→Ｉの間に熱放出によって変化する。

熱は段階相Ｉ→ＩＩ（ＩＩＩ）の間に周囲温度（Ｔ_ｈ）で放出されるので、エクセルギーは変化しない。

全体的なエクセルギー平衡が、今や計算され得る。
Ｅ_VI'-VI＋Ｅ_IV-V＋Ｅ_VI-I＋Ｅ_I'-I＋Ｅ_I-II＋Ｅ_III-IV＋Ｅ_ｌｏｓｓ＋Ｗ＝０
再生器１”を通過（両方向で）する間に動作流体のエクセルギー変化が打ち消し合うので（即ち、Ｅ_VI-I＋Ｅ_III-IV＝０）、仕事に関連するエクセルギー損失Ｅ_{ｌｏｓｓｒ}は、代入後に且つ簡素化された様式で計算され得る。

次のエクセルギー効率又は効率係数η（過程の「品質」に関する表明を可能にする）が得られる。

文書「Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ」（Ｂａｒｃｌａｙ，Ｊ．Ａ，Ｌｅ ｆｒｏｉｄ ｓａｎｓ ｆｒｏｎｔｉｅｒｅｓ、第１巻、２９７頁、１９９１年）から得られるように、実施例が計算され得るように、次式が磁気冷凍機に及び本発明の混成機械にも当て嵌まる。

所与の境界値に関して、図６は「純粋」スターリング冷凍機に比べた混成型スターリング冷凍機の（冷却）出力増加及びエクセルギー効率を示す。これらの２つの機械（「理想」機械）では、実際に生じる不可逆性が考慮されていない。出力が、それほど過程の品質を低下させることなく、主に小さい圧力比で大幅に増大され得ることが明白である。小さい圧力比では、２つの等容曲線（例えば、図５ｂ参照）は、面積Ｑ_ｉ，IV-Vが、面積Ｑ_ｉ，IV'-IVに比べて小さくなるように互いに接近する。エクセルギー損失は、依然として温度変化ΔＴ_ｈ、ΔＴ_ｃが絶対温度Ｔ_ｈ、Ｔ_ｃに比べて小さいので、依然として許容可能である。機械における小さい圧力比は、交番負荷が軽減され、したがって機械の動作寿命が延びるので常に有利である。これが、本発明の混成機械が「純粋」ガス冷凍機よりも優れているもう１つの理由である。

総括すると、低温槽から高温槽に熱を移送するのに殆ど装置的な経費が掛からない簡素な装置が得られ、この装置では少なくとも２つのサイクル過程が熱を移送し、それによって仕事を吸収するために利用されており、このサイクル過程の少なくとも１つは再生サイクル過程であり、少なくとも１つは磁気熱量サイクル過程である。本装置は高い出力密度（主に小さい圧力比によって）及び効率を有し、さらに、当該箇所に既存の漂遊磁界が磁気熱量サイクルのために利用可能であるので、超伝導磁石構成を冷却するために有利に使用され得る。

スターリング（従来技術）に従う、再生サイクル過程で熱を低温槽から高温槽に移送する装置の構成を模式的に示す図である。 磁気熱量サイクル過程（従来技術）で熱を低温槽から高温槽に移送する装置の構成を模式的に示す図である。 熱を低温槽から高温槽に移送する本発明の装置の構成を模式的に示す図である。 スターリング（従来技術）に従う、再生サイクル過程で熱を低温槽から高温槽に移送する装置における異なる過程相を示す図である。 磁気熱量サイクル過程（従来技術）で熱を低温槽から高温槽に移送する装置における異なる過程相を示す図である。 熱を低温槽から高温槽に移送する本発明の装置における異なる過程相を示す図である。 超伝導磁石システムを冷却する本発明の装置の実施の形態を示す図である。 動作流体の体積要素によって熱を低温槽から高温槽に移送する本発明の装置における過程相ＩＩＩ→ＩＶ及びＶＩ→Ｉを示す図である。 温度−エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）で動作流体の第１の体積要素に関する、本発明の装置の全過程相を示す図である。 温度−エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）で動作流体の任意の体積要素に関する、本発明の装置の全過程相を示す図である。 温度−エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）で動作流体の最後の体積要素に関する、本発明の装置の全過程相を示す図である。 典型的な本発明の混成型スターリング冷凍機に関する、圧力比に依存する出力増加及びエクセルギー効率を示す図である。

符号の説明

１ 受動的再生器（蓄熱媒体）
１’ 能動的再生器（磁気熱量材料）
１” 本発明の装置の受動的及び能動的再生器（磁気熱量材料）
２ 再生器の高温端
２’ 再生器の低温端
３ 高温熱交換器
３’ 低温熱交換器
４ 高温ピストン
４’ 低温ピストン
５ 圧縮空間
５’ 膨張空間
６ 高温駆動機構
６’ 低温駆動機構
７ 磁石（永久磁石、電磁コイル）
８ 再生ガスサイクルで放出された熱
８’ 磁気熱量サイクルで放出された熱
９ 再生ガスサイクルで吸収された熱
９’ 磁気熱量サイクルで吸収された熱
１０ 受動的再生器における温度分布
１１ 消磁前の能動的再生器における温度分布
１１’ 消磁後の能動的再生器における温度分布
１１” 磁化後の能動的再生器における温度分布
１２ 第１の電磁コイル
１３ 液体ヘリウム
１４ ヘリウム容器
１５ １つ又は複数の懸垂管
１６ 外殻
１７ 首管
１８ 首管の高温端
１９ 首管の低温端
２０ ２段低温ヘッド
２１ 放射遮蔽
２２ 低温ヘッドの第１の低温段
２３ 熱伝導中実連結部
２４ 低温ヘッドの第２の低温段
２５ 第２の低温段の再生器管
２６ 第２の電磁コイル
ａ 第１の体積要素
ｉ 任意の内部体積要素
ｎ 最後の体積要素

Claims (14)

1. 熱を低温槽から高温槽に移送する装置であって、熱を移送し、それによって仕事を吸収するために、少なくとも２つのサイクル過程が使用され、前記過程の少なくとも１つは再生サイクル過程であり、少なくとも１つは磁気熱量サイクル過程であり、前記再生サイクル過程は動作流体及び蓄熱媒体を有しており、前記再生サイクル過程の前記蓄熱媒体が、前記磁気熱量サイクル過程のための磁気熱量材料を含み、前記磁気熱量材料は低温端（２’）及び高温端（２）を有する再生器領域（１、１’、１”）の中にあり、前記再生サイクル過程の前記動作流体が、追加的に前記磁気熱量サイクル過程のための伝熱流体としての役目をすることを特徴とする装置。
2. 前記低温槽は周囲温度を下回る温度を有し、前記高温槽は周囲温度以上の温度を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記再生サイクル過程は、スターリング型、ヴィルミェ型、ギフォード−マクマホン型、又はパルス管型のガスサイクルに基づいていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記磁気熱量材料は異なるキュリー温度を有する異なる成分を含み、前記材料は、最も高いキュリー温度を有する前記磁気熱量材料の成分が前記再生器領域（１、１’、１”）の前記高温端（２）に位置し、最も低いキュリー温度を有する前記磁気熱量材料の成分がその前記低温端（２’）に位置するように、前記再生器領域において、低減していくキュリー温度の順で層中に相互に隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 少なくとも前記磁気熱量材料の箇所において磁界を印加し且つ／又は遮蔽する、磁界を印加し且つ／又は背景磁界を遮蔽する手段によって特徴づけられる請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記磁界を印加し且つ／又は背景磁界を遮蔽する手段は、永久磁石を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記磁界を印加し且つ／又は背景磁界を遮蔽する手段は、通常の伝導性及び／又は超伝導性のワイヤを用いた電磁コイル巻回（７、２６）を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 軟質磁性材料の磁気遮蔽が、前記背景磁界を遮蔽するために設けられていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の、熱を低温槽から高温槽に移送する装置を備える超伝導磁石装置。
10. 前記超伝導磁石構成は、磁気共鳴（ＭＲ）用、特に、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）用又は核磁気共鳴分光法（ＮＭＲ）用装置の一部であることを特徴とする請求項９に記載の超伝導磁石構成。
11. 前記超伝導磁石構成は、イオンサイクロトロン共鳴分光法（ＩＣＲ）用又は電子スピン共鳴法（ＥＳＲ、ＥＰＲ）用装置の一部であることを特徴とする請求項９に記載の超伝導磁石構成。
12. 熱を低温槽から高温槽に移送する方法であって、熱を移送し、それによって仕事を吸収するために、少なくとも２つのサイクル過程が使用され、前記過程の少なくとも１つは、熱が動作流体を介して移送される再生サイクル過程であり、少なくとも１つは、熱が磁気熱量材料を介して交換される磁気熱量サイクル過程であり、前記磁気熱量材料が前記再生サイクル過程における蓄熱媒体としても使用され、且つ前記動作流体が前記磁気熱量サイクル過程のための伝熱流体としても使用されることを特徴とする方法。
13. 磁界の磁界強度が、少なくとも前記磁気熱量材料の箇所において周期的に変更されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記再生サイクル過程では、吸熱相及び圧縮相が前記磁気熱量材料中の強い磁界によって実行され、放熱相及び膨張相が前記磁気熱量材料中の弱い磁界によって実行されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。

Images