JP2509588B2 - 回転型磁気冷凍装置 - Google Patents
回転型磁気冷凍装置Info
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- JP2509588B2 JP2509588B2 JP27431586A JP27431586A JP2509588B2 JP 2509588 B2 JP2509588 B2 JP 2509588B2 JP 27431586 A JP27431586 A JP 27431586A JP 27431586 A JP27431586 A JP 27431586A JP 2509588 B2 JP2509588 B2 JP 2509588B2
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- Japan
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- magnetic field
- heat
- working substance
- magnetic
- rotating wheel
- Prior art date
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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
- 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
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は，回転型磁気冷凍装置に係り，特に，熱交換
場において自然対流による損失を低下できるようにした
磁気冷凍装置に関する。
場において自然対流による損失を低下できるようにした
磁気冷凍装置に関する。
（従来の技術） 従来，磁性体の磁気熱量効果を利用した磁気冷凍装置
が知られている。磁気冷凍装置は，断熱消磁によって冷
えた磁性体で被凝縮ガスを凝縮させるようにしたもの
で，通常の圧縮型冷凍機に比べて単位体積当りの冷凍能
率が高いと言う利点を備えている。
が知られている。磁気冷凍装置は，断熱消磁によって冷
えた磁性体で被凝縮ガスを凝縮させるようにしたもの
で，通常の圧縮型冷凍機に比べて単位体積当りの冷凍能
率が高いと言う利点を備えている。
ところで，磁気冷凍装置の場合には，ダドリニウム・
ガリウム・ガーネットで代表される磁性体，つまり作業
物質を急速に磁場内に導入して断熱磁化させ，このとき
に作業物質で発生した熱を外部へ逃がす排熱過程と，磁
場内に位置している作業物質を急速に磁場外に導入して
断熱消磁させ，このときの吸熱作用で被凝縮ガスを凝縮
させる吸熱過程との２つの熱交換過程を交互に行なわせ
る必要がある。
ガリウム・ガーネットで代表される磁性体，つまり作業
物質を急速に磁場内に導入して断熱磁化させ，このとき
に作業物質で発生した熱を外部へ逃がす排熱過程と，磁
場内に位置している作業物質を急速に磁場外に導入して
断熱消磁させ，このときの吸熱作用で被凝縮ガスを凝縮
させる吸熱過程との２つの熱交換過程を交互に行なわせ
る必要がある。
このようなことから，従来の磁気冷凍装置にあって
は，作業物質を直線往復動させ，この往復動で作業物質
を磁場内および磁場外に交互に位置させるようにした直
線動型のものと，作業物質を円軌道に沿って移動させる
ことにより，作業物質を磁場内および磁場外に交互に位
置させるようにした回転型のものとが考えられている。
このうち，回転型のものは回転ホイールの同一円周上に
複数の作業物質を配置する構成を採用できるので，原理
的には一層冷凍効率を交させることができ，しかも装置
全体の小型化を図れる等の利点を備えている。
は，作業物質を直線往復動させ，この往復動で作業物質
を磁場内および磁場外に交互に位置させるようにした直
線動型のものと，作業物質を円軌道に沿って移動させる
ことにより，作業物質を磁場内および磁場外に交互に位
置させるようにした回転型のものとが考えられている。
このうち，回転型のものは回転ホイールの同一円周上に
複数の作業物質を配置する構成を採用できるので，原理
的には一層冷凍効率を交させることができ，しかも装置
全体の小型化を図れる等の利点を備えている。
しかしながら，従来の回転型磁気冷凍装置にあっては
次のような問題があった。すなわち，従来の回転型のも
のは，熱交換場内に回転ホイールを，その軸心線を重力
方向に向けて配置するとともに回転ホイールの周縁部に
回転ホイールの軸心線にほぼ平行する透孔を複数設け，
これら透孔内に作業物質を装着するようにしている。そ
して，作業物質が通る円軌道の一部に磁場を印加し，こ
の部分で断熱磁化させるように，また上記部分とは180
度異なる位置において断熱消磁させるようにしている。
前述の如く，作業物質が断熱磁化状態にあるときには作
業物質が発熱し，また断熱消磁状態にあるときには作業
物質が低温となる。したがって，熱交換場内には低温部
分と高温部分とが存在することになる。熱交換場内に
は，通常，被凝縮ガスが存在している。このため，従来
の構成であると，熱交換場内において自然対流が起こり
易く，この対流によって高温のガスが低温部へ流れ込
み，これが原因して冷凍効率が低いと言う問題があっ
た。
次のような問題があった。すなわち，従来の回転型のも
のは，熱交換場内に回転ホイールを，その軸心線を重力
方向に向けて配置するとともに回転ホイールの周縁部に
回転ホイールの軸心線にほぼ平行する透孔を複数設け，
これら透孔内に作業物質を装着するようにしている。そ
して，作業物質が通る円軌道の一部に磁場を印加し，こ
の部分で断熱磁化させるように，また上記部分とは180
度異なる位置において断熱消磁させるようにしている。
前述の如く，作業物質が断熱磁化状態にあるときには作
業物質が発熱し，また断熱消磁状態にあるときには作業
物質が低温となる。したがって，熱交換場内には低温部
分と高温部分とが存在することになる。熱交換場内に
は，通常，被凝縮ガスが存在している。このため，従来
の構成であると，熱交換場内において自然対流が起こり
易く，この対流によって高温のガスが低温部へ流れ込
み，これが原因して冷凍効率が低いと言う問題があっ
た。
（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く，従来の回転型磁気冷凍装置にあっては，
熱交換場内に自然対流が起こり易く，これが原因して冷
凍効率が低いと言う問題があった。
熱交換場内に自然対流が起こり易く，これが原因して冷
凍効率が低いと言う問題があった。
そこで本発明は，回転型の特徴を損うことなく熱交換
場内における対流の発生を抑制でき，もって冷凍効率を
向上させることができる回転型磁気冷凍装置を提供する
ことを目的としている。
場内における対流の発生を抑制でき，もって冷凍効率を
向上させることができる回転型磁気冷凍装置を提供する
ことを目的としている。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は，断熱容器と，この断熱容器内の一部に磁場
を発生させる磁場発生装置と，この磁場発生装置で発生
した磁場内に位置しているときには発熱し，磁場外に位
置しているときには吸熱して外面に被凝縮ガスを濃縮さ
せる作業物質と，この作業物質を支持する回転ホイール
と，この回転ホイールを回転させて前記作業物質を前記
磁場内および磁場外に交互に位置させる回転駆動手段
と，前記作業物質が前記磁場内に位置しているとき上記
作業物質で発生した熱を前記断熱容器外へ導く手段とを
備えた回転型磁気冷凍装置を対象にしている。このよう
な装置において，本発明では前記回転ホイールの軸心線
を重力方向に対して傾斜させるとともに上記回転ホイー
ルの周縁部で上部位置部分に前記磁場発生装置で磁場を
印加するようにしている。
を発生させる磁場発生装置と，この磁場発生装置で発生
した磁場内に位置しているときには発熱し，磁場外に位
置しているときには吸熱して外面に被凝縮ガスを濃縮さ
せる作業物質と，この作業物質を支持する回転ホイール
と，この回転ホイールを回転させて前記作業物質を前記
磁場内および磁場外に交互に位置させる回転駆動手段
と，前記作業物質が前記磁場内に位置しているとき上記
作業物質で発生した熱を前記断熱容器外へ導く手段とを
備えた回転型磁気冷凍装置を対象にしている。このよう
な装置において，本発明では前記回転ホイールの軸心線
を重力方向に対して傾斜させるとともに上記回転ホイー
ルの周縁部で上部位置部分に前記磁場発生装置で磁場を
印加するようにしている。
（作用） 上記構成であると，発熱の伴う断熱磁化作用域は断熱
容器内の上方部分に，また冷却の伴う断熱消磁域は断熱
容器内の下方部分に形成されることになる。つまり，断
熱容器内は下方が低温で，上方が高温となる。断熱容器
内がこのような温度分布であると，断熱容器内は自然対
流が本質的に起こり難い状態となる。したがって，高温
のガスが自然対流で低温部へ流れ込むのが防止され，こ
の結果，対流に伴う冷凍損失が大幅に抑制される。
容器内の上方部分に，また冷却の伴う断熱消磁域は断熱
容器内の下方部分に形成されることになる。つまり，断
熱容器内は下方が低温で，上方が高温となる。断熱容器
内がこのような温度分布であると，断熱容器内は自然対
流が本質的に起こり難い状態となる。したがって，高温
のガスが自然対流で低温部へ流れ込むのが防止され，こ
の結果，対流に伴う冷凍損失が大幅に抑制される。
（実施例） 以下，本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。
る。
図は本発明の一実施例に係る回転型磁気冷凍装置をヘ
リウム液化装置に組み込んだ例を示すものである。
リウム液化装置に組み込んだ例を示すものである。
図中１はヘリウム槽を示している。このヘリウム槽１
は，外槽２内に収容され液体ヘリウムＨを直接収容する
ヘリウム容器３と，このヘリウム容器３と外槽２との間
に設けられたシールド板４とで構成されている。そし
て，外槽２とシールド板４との間の空間５およびシール
ド板４とヘリウム容器３との間の空間６は，それぞれ真
空引きされて真空断熱層に形成されている。また，外層
2,ヘリウム容器３およびシールド板４は非磁性材で形成
されている。
は，外槽２内に収容され液体ヘリウムＨを直接収容する
ヘリウム容器３と，このヘリウム容器３と外槽２との間
に設けられたシールド板４とで構成されている。そし
て，外槽２とシールド板４との間の空間５およびシール
ド板４とヘリウム容器３との間の空間６は，それぞれ真
空引きされて真空断熱層に形成されている。また，外層
2,ヘリウム容器３およびシールド板４は非磁性材で形成
されている。
シールド板４によって囲まれた空間内でヘリウム容器
３の上方位置には，外形が円板状に形成された補助容器
７が軸心線を重力方向に対してたとえば45度傾斜させて
配置されている。この補助容器７は非磁性材で形成され
ている。そして，補助容器７内の最下部とヘリウム容器
３内とは筒体８によって接続されている。補助容器７
の，いわゆる上壁中央部には孔９が設けてあり，この孔
９の周縁部に筒体10の下端部が気密に接続されている。
この筒体10の上端部は，シールド板４を気密に貫通し，
さらに外槽２の側壁に気密に貫通して外部へ導かれてい
る。
３の上方位置には，外形が円板状に形成された補助容器
７が軸心線を重力方向に対してたとえば45度傾斜させて
配置されている。この補助容器７は非磁性材で形成され
ている。そして，補助容器７内の最下部とヘリウム容器
３内とは筒体８によって接続されている。補助容器７
の，いわゆる上壁中央部には孔９が設けてあり，この孔
９の周縁部に筒体10の下端部が気密に接続されている。
この筒体10の上端部は，シールド板４を気密に貫通し，
さらに外槽２の側壁に気密に貫通して外部へ導かれてい
る。
補助容器７内には，この補助容器７の傾斜した上下壁
内面との間に僅かの隙間が存在する程度に比較的厚肉に
形成された回転ホイール12が軸心線を45度傾斜させて回
転自在に収容されている。この回転ホイール12は，熱伝
導率の低い非磁性材で形成されており，軸13によって支
持されている。そして，軸13の下端部は補助容器７の下
壁内面に固定された軸受14によって支持され，また軸13
の上部は補助容器７の上壁内面に固定された軸受15によ
って支持されている。回転ホイール12の周縁部で同一円
周上には，軸13と平行する方向に延びる円柱状の透孔16
が等間隔に複数設けてあり，これら透孔16内には作業物
質17がそれぞれ装着されている。
内面との間に僅かの隙間が存在する程度に比較的厚肉に
形成された回転ホイール12が軸心線を45度傾斜させて回
転自在に収容されている。この回転ホイール12は，熱伝
導率の低い非磁性材で形成されており，軸13によって支
持されている。そして，軸13の下端部は補助容器７の下
壁内面に固定された軸受14によって支持され，また軸13
の上部は補助容器７の上壁内面に固定された軸受15によ
って支持されている。回転ホイール12の周縁部で同一円
周上には，軸13と平行する方向に延びる円柱状の透孔16
が等間隔に複数設けてあり，これら透孔16内には作業物
質17がそれぞれ装着されている。
各作業物質17は，たとえばガドニウム・ガリウム・ガ
ーネットの単結晶体で形成され，軸方向の長さが回転ホ
イール12の厚さとほぼ等しく形成されている。また，回
転ホイール12を支持する軸13の上端部は，断熱材で形成
された連結軸18の一端部に接続されており，この連結軸
18の他端部は前記筒体10内を上方へ向けて延びた後，静
止部に固定されたモータ19の回転軸に連結されている。
ーネットの単結晶体で形成され，軸方向の長さが回転ホ
イール12の厚さとほぼ等しく形成されている。また，回
転ホイール12を支持する軸13の上端部は，断熱材で形成
された連結軸18の一端部に接続されており，この連結軸
18の他端部は前記筒体10内を上方へ向けて延びた後，静
止部に固定されたモータ19の回転軸に連結されている。
補助容器７内の上部，つまり前記軸13を中心にして前
記筒体８が接続されている側とは反対側に位置する部分
には，たとえば銅材などで形成された熱導体20が前記回
転ホイール12の回転に伴って円軌道上を移動する作業物
質17の上下端面に近接して配置されている。そして，こ
の熱導体20は補助容器７の底壁を気密に貫通し，熱伝導
ロッド21を介して補助冷凍機22の吸熱部に接続されてい
る。
記筒体８が接続されている側とは反対側に位置する部分
には，たとえば銅材などで形成された熱導体20が前記回
転ホイール12の回転に伴って円軌道上を移動する作業物
質17の上下端面に近接して配置されている。そして，こ
の熱導体20は補助容器７の底壁を気密に貫通し，熱伝導
ロッド21を介して補助冷凍機22の吸熱部に接続されてい
る。
一方，補助容器７の外側には，熱導体20が位置する部
分を取り囲む関係に磁場発生装置としての超電導コイル
23が配置されている。この超電導コイル23は熱伝導材24
を介してヘリウム容器３内の液体ヘリウムＨによって冷
却されるようになっている。
分を取り囲む関係に磁場発生装置としての超電導コイル
23が配置されている。この超電導コイル23は熱伝導材24
を介してヘリウム容器３内の液体ヘリウムＨによって冷
却されるようになっている。
次に，上記のように構成されたヘリウム液化装置の動
作を説明する。
作を説明する。
まず，超電導コイル23は所定の温度に冷却されてお
り，しかもこの超電導コイル23に永久電流が流れている
ものとする。したがって，熱導体20が位置している部分
には磁場が印加されている状態にある。また，補助冷凍
機22が作動しているものとする。補助冷凍機22が動作す
ると，熱伝導ロッド21を介して熱導体20が充分低温に冷
却される。
り，しかもこの超電導コイル23に永久電流が流れている
ものとする。したがって，熱導体20が位置している部分
には磁場が印加されている状態にある。また，補助冷凍
機22が作動しているものとする。補助冷凍機22が動作す
ると，熱伝導ロッド21を介して熱導体20が充分低温に冷
却される。
このような状態で，モータ19を動作開始させると，連
結軸18が回転し，これに伴って回転ホイール12が回転す
る。回転ホイール12が回転すると，各作業物質17は,1つ
の円軌道上を移動して超電導コイル23が発生している磁
場内と磁場外とに交互に位置することになる。作業物質
17が磁場内に入り込むと，この作業物質17は断熱磁化状
態となって発熱する。また，作業物質17が磁場外に出る
と，この作業物質17は断熱消磁状態となって吸熱する。
結軸18が回転し，これに伴って回転ホイール12が回転す
る。回転ホイール12が回転すると，各作業物質17は,1つ
の円軌道上を移動して超電導コイル23が発生している磁
場内と磁場外とに交互に位置することになる。作業物質
17が磁場内に入り込むと，この作業物質17は断熱磁化状
態となって発熱する。また，作業物質17が磁場外に出る
と，この作業物質17は断熱消磁状態となって吸熱する。
このように断熱消磁状態になると，ヘリウム容器３内
の液面上に漂い，補助容器７内に侵入しているヘリウム
ガスが作業物質17の表面に凝縮する。この凝縮によって
生じた液滴は筒体８内を通ってヘリウム容器３内へと落
下する。したがって，ここにヘリウムの液化が実現され
る。
の液面上に漂い，補助容器７内に侵入しているヘリウム
ガスが作業物質17の表面に凝縮する。この凝縮によって
生じた液滴は筒体８内を通ってヘリウム容器３内へと落
下する。したがって，ここにヘリウムの液化が実現され
る。
一方，このとき断熱磁化状態にある作業物質17は発熱
する。この熱は，熱導体20に伝わり，続いて熱伝導ロッ
ド21を介して補助冷凍機22へと排熱される。したがっ
て，ここに冷凍サイクルが実現されることになる。
する。この熱は，熱導体20に伝わり，続いて熱伝導ロッ
ド21を介して補助冷凍機22へと排熱される。したがっ
て，ここに冷凍サイクルが実現されることになる。
このような構成であると，補助容器７内は上部が発熱
を伴う断熱磁化域に供され，また下部が低温に冷却され
る断熱消磁域に供されることになる。したがって，補助
容器７内は，必然的に下部が低温で上部が高温となる。
このような温度分布は，自然対流の起こり難い分布であ
る。したがって，自然体流で起こる冷凍損失を抑制する
ことができ，冷凍効率を向上させることができる。
を伴う断熱磁化域に供され，また下部が低温に冷却され
る断熱消磁域に供されることになる。したがって，補助
容器７内は，必然的に下部が低温で上部が高温となる。
このような温度分布は，自然対流の起こり難い分布であ
る。したがって，自然体流で起こる冷凍損失を抑制する
ことができ，冷凍効率を向上させることができる。
なお，本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。すなわち，上述した実施例では磁場発生装置とし
て超電導コイルを使用しているが，常電導コイルを使用
してもよい。また，上述した実施例は本発明に係る回転
型磁気冷凍装置をヘリウム液化装置に組み込んだ例であ
るが，他のガスを液化する場合にも使用できることは勿
論である。その他，本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形できることは勿論である。
ない。すなわち，上述した実施例では磁場発生装置とし
て超電導コイルを使用しているが，常電導コイルを使用
してもよい。また，上述した実施例は本発明に係る回転
型磁気冷凍装置をヘリウム液化装置に組み込んだ例であ
るが，他のガスを液化する場合にも使用できることは勿
論である。その他，本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形できることは勿論である。
［発明の効果］ 以上述べたように，本発明によれば，回転ホイールの
軸心線を重力方向に対して傾斜させるとともに傾いた回
転ホイールの上部域において，この回転ホイールに支持
された作業物質に磁場を印加するようにしているので，
熱交換場内において起こり易い自然対流を本質的に抑制
でき，その結果として冷凍効率を向上させることができ
る。
軸心線を重力方向に対して傾斜させるとともに傾いた回
転ホイールの上部域において，この回転ホイールに支持
された作業物質に磁場を印加するようにしているので，
熱交換場内において起こり易い自然対流を本質的に抑制
でき，その結果として冷凍効率を向上させることができ
る。
図は本発明の一実施例に係る回転型磁気冷凍装置をヘリ
ウム液化装置に組み込んだ例を示す概略縦断面図であ
る。 １……ヘリウム槽,3……ヘリウム容器,7……補助容器,1
2……回転ホイール,16……孔,17……作業物質,18……連
結軸,19……モータ,20……熱導体,22……補助冷凍機,23
……超電導コイル,H……液体ヘリウム。
ウム液化装置に組み込んだ例を示す概略縦断面図であ
る。 １……ヘリウム槽,3……ヘリウム容器,7……補助容器,1
2……回転ホイール,16……孔,17……作業物質,18……連
結軸,19……モータ,20……熱導体,22……補助冷凍機,23
……超電導コイル,H……液体ヘリウム。
Claims (1)
- 【請求項１】断熱容器と，この断熱容器内の一部に磁場
を発生させる磁場発生装置と，この磁場発生装置で発生
した磁場内に位置しているときは発熱し，磁場外に位置
しているときには吸熱して外面に被凝縮ガスを凝縮させ
る作業物質と，この作業物質を支持する回転ホイール
と，この回転ホイールを回転させて前記作業物質を前記
磁場内および磁場外に交互に位置させる回転駆動手段
と，前記作業物質が前記磁場内に位置しているとき上記
作業物質で発生した熱を前記断熱容器外へ導く手段とを
備えた回転型磁気冷凍装置において，前記回転ホイール
の軸心線を重力方向に対して傾斜させるとともに上記回
転ホイールの周縁部で上部位置部分に前記磁場発生装置
で磁場を印加してなることを特徴とする回転型磁気冷凍
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27431586A JP2509588B2 (ja) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | 回転型磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27431586A JP2509588B2 (ja) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | 回転型磁気冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63129271A JPS63129271A (ja) | 1988-06-01 |
| JP2509588B2 true JP2509588B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17539935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27431586A Expired - Lifetime JP2509588B2 (ja) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | 回転型磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509588B2 (ja) |
-
1986
- 1986-11-18 JP JP27431586A patent/JP2509588B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63129271A (ja) | 1988-06-01 |
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