JP2818099B2 - Cryogenic refrigerator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍機に関し、
特に蓄冷器を用いた極低温冷凍機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigerator.
In particular, it relates to a cryogenic refrigerator using a regenerator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】極低温冷凍機として、蓄冷材を充填した
蓄冷器を用いるものが知られている。蓄冷材としては、
一般に銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐ）等が用いられていた。2. Description of the Related Art A cryogenic refrigerator using a regenerator filled with a regenerator material is known. As a cold storage material,
Generally, copper (Cu), lead (P) and the like have been used.
【０００３】しかしながら、これらの材料は２０Ｋ以
下、特に液体ヘリウム温度近傍においては熱容量が著し
く小さくなり、十分な蓄冷作用を行なうことができな
い。このため、液体ヘリウム温度程度の極低温を作成す
るためには、蓄冷器では不十分でたとえばギフォードマ
クマホン冷凍機とジュールトムソン回路とを組み合わせ
た極低温冷凍機等を用いられてきた。However, these materials have a remarkably small heat capacity at a temperature of 20 K or less, especially at a temperature near liquid helium, and cannot perform a sufficient cold storage action. For this reason, in order to produce a cryogenic temperature about the temperature of liquid helium, a regenerator is insufficient and, for example, a cryogenic refrigerator combined with a Gifford McMahon refrigerator and a Joule-Thomson circuit has been used.
【０００４】ところで、磁性材料には２０Ｋ以下の極低
温において、高い磁気比熱を有するものがあり、これら
の磁性体を用いることにより、極低温において高い熱容
量を有する蓄冷材を実現することができる。Some magnetic materials have a high magnetic specific heat at an extremely low temperature of 20 K or less. By using these magnetic materials, a regenerator material having a high heat capacity at an extremely low temperature can be realized.
【０００５】たとえば、Ｅｒ1-x Ｄｙx Ｎｉ2 で表され
る磁性体は、磁気相転移温度Ｔｃが６〜２０Ｋの範囲で
変化する。また、上述の組成におけるＤｙの一部をＹｂ
またはＴｍで置換することにより、より好ましい磁性蓄
冷材を得ることができる。[0005] For example, a magnetic material represented by Er 1-x Dy x Ni 2 changes its magnetic phase transition temperature Tc in the range of 6 to 20K. Further, a part of Dy in the above composition is changed to Yb
Alternatively, by replacing with Tm, a more preferable magnetic regenerator material can be obtained.
【０００６】図６に、従来の技術により冷凍装置の構成
例を示す。図６（Ａ）は、冷凍装置の全体の構成を概略
的に示す。圧縮機５０は、高圧側、低圧側にバルブ
ＶH 、Ｖ L を有し、シリンダ５２内に接続されている。FIG. 6 shows the structure of a refrigeration apparatus according to the prior art.
Here is an example. FIG. 6A schematically shows the entire configuration of the refrigeration apparatus.
Is shown. The compressor 50 has valves on the high pressure side and the low pressure side.
VH, V LAnd is connected inside the cylinder 52.
【０００７】シリンダ５２内には、ディスプレーサ５１
が配置されており、図中上下に駆動される。シリンダ５
２は径の太い上段と、径の細い下段の２段構成とされて
いる。ディスプレーサ５１もシリンダの形状に合わせ２
段構成とされており、シリンダ５２との間に第１膨張空
間５３、第２膨張空間５４を形成する。In the cylinder 52, a displacer 51 is provided.
Are arranged, and are driven up and down in the figure. Cylinder 5
Reference numeral 2 denotes a two-stage configuration including an upper stage having a large diameter and a lower stage having a small diameter. The displacer 51 is also 2 according to the shape of the cylinder.
The first expansion space 53 and the second expansion space 54 are formed between the cylinder 52 and the first expansion space 53.
【０００８】ディスプレーサ５１の内部も２段構成にさ
れており、上段には銅等の高温用蓄冷材５７が充填さ
れ、下段には鉛等の低温用蓄冷材５８が充填されてい
る。高温側バルブＶH が開くと、圧縮機５０から供給さ
れた高圧ヘリウムガスは、蓄冷材５７、５８によって冷
却され、第２膨張空間５４まで到達する。この工程にお
いて、ディスプレーサ５１は上昇し、第１膨張空間５
３、第２膨張空間５４は最大容積となる。その後、高圧
側バルブＶH が閉じ、低圧側バルブＶL が開かれる。The inside of the displacer 51 also has a two-stage structure, and the upper stage is filled with a high-temperature regenerator material 57 such as copper, and the lower stage is filled with a low-temperature regenerator material 58 such as lead. When the high-temperature side valve VH is opened, the high-pressure helium gas supplied from the compressor 50 is cooled by the regenerators 57 and 58 and reaches the second expansion space 54. In this step, the displacer 51 rises and the first expansion space 5
3. The second expansion space 54 has a maximum volume. Thereafter, the high-pressure side valve VH is closed and the low-pressure side valve VL is opened.
【０００９】すると、第２膨張空間５４内のヘリウムガ
スは低温膨張を行ない、さらに冷却され、蓄冷材５８、
第１膨張空間５３、蓄冷材５７を通って圧縮機５０に回
収される。この工程を行なう間に、第１膨張空間５３、
第２膨張空間５４は最小容積に変化する。Then, the helium gas in the second expansion space 54 expands at a low temperature and is further cooled, and the cold storage material 58,
The refrigerant is recovered by the compressor 50 through the first expansion space 53 and the cold storage material 57. While performing this step, the first expansion space 53,
The second expansion space 54 changes to a minimum volume.
【００１０】このようなサイクルを繰り返すことによ
り、第２膨張空間５４に極低温を発生させる。しかしな
がら、上述のように蓄冷材の比熱が極低温においては、
著しく減少するため、この構成のみによって液体ヘリウ
ム温度を達成することは著しく困難である。[0010] By repeating such a cycle, an extremely low temperature is generated in the second expansion space 54. However, as described above, when the specific heat of the cold storage material is extremely low,
It is extremely difficult to achieve liquid helium temperatures with this configuration alone, because of the significant reduction.
【００１１】図６（Ｂ）は、蓄冷材として磁性体を用
い、図６（Ａ）の気体冷凍の外に磁性体蓄冷材の冷凍作
業能力をも活用した場合の冷凍機構成を示す。簡単のた
め、ディスプレーサの第２段目の部分のみに対応する構
成を示す。蓄冷材として高温側には従来より蓄冷材とし
て用いられる鉛粒５８ａが充填され、低温側には磁性体
粒５８ｂが充填されている。FIG. 6B shows the structure of a refrigerator in which a magnetic material is used as the cold storage material and the refrigeration workability of the magnetic cold storage material is used in addition to the gas refrigeration shown in FIG. 6A. For simplicity, a configuration corresponding to only the second stage of the displacer is shown. The high temperature side of the cold storage material is filled with lead particles 58a conventionally used as a cold storage material, and the low temperature side is filled with magnetic material particles 58b.
【００１２】さらに、磁性体粒５８ｂに選択的に磁場を
印加するために、超電導磁石５９が周囲に配置されてい
る。超電導磁石５９により、磁性体粒５８ｂに３Ｔ〜６
Ｔ程度の磁場を印加する。磁場を励磁／消磁することに
より、磁性体５８ｂに磁気相転移を行なわせ、磁気熱量
効果による積極的な磁気冷凍を行なう。Further, a superconducting magnet 59 is disposed around the periphery to selectively apply a magnetic field to the magnetic particles 58b. The superconducting magnet 59 applies 3T to 6 to the magnetic particles 58b.
A magnetic field of about T is applied. By exciting / demagnetizing the magnetic field, the magnetic body 58b undergoes a magnetic phase transition, and aggressive magnetic refrigeration by the magnetocaloric effect is performed.
【００１３】このように、磁性体で形成された蓄冷材を
用い、その磁気熱量効果をも利用することにより、液体
ヘリウム温度程度の極低温をより効果的に作成すること
ができる。このような磁気冷凍に関しては、たとえば特
開平４−１８６８０２号公報を参照することができる。As described above, by using the regenerative material formed of a magnetic material and also utilizing the magnetocaloric effect, it is possible to more effectively create an extremely low temperature of about liquid helium temperature. Regarding such magnetic refrigeration, for example, JP-A-4-186802 can be referred to.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
ギフォードマクマホン型冷凍機等、従来の蓄冷器を用い
た極低温冷凍機においては、２０Ｋ以下の極低温、特に
１０Ｋ以下の極低温を効率的に実現することは著しく困
難である。As described above,
In a cryogenic refrigerator using a conventional regenerator, such as a Gifford McMahon refrigerator, it is extremely difficult to efficiently achieve a cryogenic temperature of 20K or less, especially a cryogenic temperature of 10K or less.
【００１５】磁性蓄冷材を利用することにより、２０Ｋ
以下の極低温を実現することは可能となるが、より大き
な冷凍出力を得るためには、たとえば３〜６Ｔ程度もの
強磁場を発生する必要が生じる。この場合、超電導磁石
を用いる必要が生じ、超電導磁石の冷却、送電のため
に、極低温が必要となり、システムは複雑化する。[0015] By utilizing the magnetic regenerator material, 20K
The following cryogenic temperatures can be realized, but in order to obtain a larger refrigeration output, it is necessary to generate a strong magnetic field of, for example, about 3 to 6T. In this case, a superconducting magnet needs to be used, and cryogenic temperature is required for cooling and power transmission of the superconducting magnet, and the system becomes complicated.
【００１６】本発明の目的は、比較的簡単な構成によ
り、極低温を実現することのできる極低温冷凍機を提供
することである。本発明の他の目的は、磁性蓄冷材を用
い、かつ操作とシステム構成が繁雑な超電導磁石を用い
る必要なく、冷凍を作成することのできる極低温冷凍機
を提供することである。An object of the present invention is to provide a cryogenic refrigerator capable of realizing a cryogenic temperature with a relatively simple structure. Another object of the present invention is to provide a cryogenic refrigerator capable of producing refrigeration using a magnetic regenerative material and without having to use a superconducting magnet whose operation and system configuration are complicated.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の極低温冷凍機
は、磁性蓄冷材を収容し、薄板状の形状を有し、内部を
作動ガスが通過する磁性蓄冷器（４）と、前記磁性蓄冷
器を挟むように配置され、選択的に磁場を印加すること
のできる磁場印加手段（５）と、前記磁性蓄冷器のガス
流路の少なくとも低温側に配置された膨張機（３）とを
有する。According to the present invention, there is provided a cryogenic refrigerator comprising a magnetic regenerator (4) containing a magnetic regenerator material, having a thin plate shape, and through which a working gas passes. A magnetic field applying means (5) arranged so as to sandwich the regenerator and capable of selectively applying a magnetic field; and an expander (3) arranged at least on the low temperature side of the gas flow path of the magnetic regenerator. Have.
【００１８】[0018]
【作用】磁性蓄冷器を薄板状の形状とし、磁場印加手段
で挟むように構成したことにより、比較的に強い磁場空
間を形成し、超電導磁石を必要とすることなく、極低温
を作成することが可能となる。The magnetic regenerator has a thin plate shape and is sandwiched by magnetic field applying means to form a relatively strong magnetic field space and to produce cryogenic temperatures without the need for superconducting magnets. Becomes possible.
【００１９】膨張機を２つの部分に分割した場合は、最
終的に極低温を作成する膨張機の高温側に磁性蓄冷器を
配置し、その高温側に通常の蓄冷材を収容する膨張機を
配置することにより、効率的な冷凍を行なうことができ
る。In the case where the expander is divided into two parts, a magnetic regenerator is arranged on the high temperature side of the expander that ultimately creates an extremely low temperature, and the expander that contains a normal regenerator material is disposed on the high temperature side. By arranging, efficient freezing can be performed.
【００２０】[0020]
【実施例】図１は、本発明の実施例による極低温冷凍機
の構成を概略的に示す。圧縮機１の高圧側出口が、高圧
側バルブＶH を介して、高温側膨張機２および低温側膨
張機３のバランス用空間に接続される。圧縮機１の低圧
側入口は、低圧側バルブＶ L を介して同様に高温側膨張
機２および低温側膨張機３のバランス用空間に接続され
る。FIG. 1 is a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention.
Is schematically shown. The high pressure side outlet of the compressor 1 is
Side valve VHThrough the hot expander 2 and the cold expander 2
It is connected to the balance space of the upholstering machine 3. Low pressure of compressor 1
Side inlet, low pressure side valve V LThrough the same high temperature side expansion
Connected to the balance space of the compressor 2 and the low-temperature expander 3
You.
【００２１】高温側膨張機２においては、銅、鉛等の蓄
冷材６を収容した高温側ディスプレーサ７が配置され、
図中上下に駆動される。高温側ディスプレーサ７の下に
は、高温側の膨張空間１７が形成される。ここまでの構
成は、図６に示すような従来のギフォードマクマホン
（ＧＭ）冷凍機に対応する。In the high temperature side expander 2, a high temperature side displacer 7 containing a regenerative material 6 such as copper or lead is arranged.
It is driven up and down in the figure. A high-temperature-side expansion space 17 is formed below the high-temperature-side displacer 7. The configuration so far corresponds to a conventional Gifford McMahon (GM) refrigerator as shown in FIG.
【００２２】膨張空間１７は、さらに配管を介して薄板
状の磁性蓄冷器４に接続されている。磁性蓄冷器４内に
は、磁性蓄冷材１８が層状に充填されている。磁性蓄冷
器４の両側には、対向する永久磁石１２ａ、１２ｂが配
置され、回転部材１３に支持されている。回転部材１３
を回転させることにより、磁性蓄冷器４には選択的に磁
場が印加される。このようにして、磁場印加手段５が形
成される。The expansion space 17 is further connected to the thin plate-shaped magnetic regenerator 4 via a pipe. The magnetic regenerator 4 is filled with a magnetic regenerator 18 in a layered manner. Opposing permanent magnets 12 a and 12 b are arranged on both sides of the magnetic regenerator 4, and are supported by a rotating member 13. Rotating member 13
Is rotated, a magnetic field is selectively applied to the magnetic regenerator 4. Thus, the magnetic field applying means 5 is formed.
【００２３】磁性蓄冷器の低温側出口は、低温側膨張機
３に接続されている。低温側膨張機３にも低温側ディス
プレーサ９が挿入されている。低温側ディスプレーサ９
は高温側ディスプレーサ７と同期して、または位相をず
らして駆動される。The low temperature side outlet of the magnetic regenerator is connected to the low temperature side expander 3. A low temperature side displacer 9 is also inserted into the low temperature side expander 3. Low temperature displacer 9
Are driven in synchronization with the high temperature side displacer 7 or with a phase shift.
【００２４】低温側ディスプレーサ９の下には、低温側
の膨張空間１９が形成される。なお、低温側ディスプレ
ーサ９はその内部を作動ガスが通過する必要はなく、単
に断熱の役割を果たせばよい。たとえば、真空や断熱材
等によって断熱部材８が形成される。Below the low temperature side displacer 9, a low temperature side expansion space 19 is formed. Note that the working gas does not need to pass through the inside of the low-temperature side displacer 9, and may simply serve the role of heat insulation. For example, the heat insulating member 8 is formed by a vacuum, a heat insulating material, or the like.
【００２５】低温側の膨張空間１９は、極低温を発生す
る部分であり、冷却対象１０が熱的に結合して配置され
る。なお、回転部材１３は、鉄等の磁性体で形成し、永
久磁石１２ａ、１２ｂと共に磁気回路を形成する。磁性
蓄冷器４は、たとえば厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度、幅８ｃ
ｍ程度、高さ１２ｃｍ程度とすることができる。このよ
うな寸法の場合、永久磁石１２ａ、１２ｂに要求される
発生磁場は１テスラ程度である。The low temperature side expansion space 19 is a portion that generates cryogenic temperature, and the cooling object 10 is disposed so as to be thermally coupled. The rotating member 13 is made of a magnetic material such as iron, and forms a magnetic circuit with the permanent magnets 12a and 12b. The magnetic regenerator 4 has, for example, a thickness of about several mm to 1 cm and a width of 8 c.
m and a height of about 12 cm. In the case of such dimensions, the generated magnetic field required for the permanent magnets 12a and 12b is about 1 Tesla.
【００２６】図２は、図１に示す極低温冷凍機の動作を
説明するための図である。図２（Ａ）において、ディス
プレーサ７、９は下死点に配置されている。この時、圧
縮機１の高圧側バルブＶH が開き、高圧ヘリウムガスが
高温側膨張機２、磁性蓄冷器４を通って低温側膨張空間
１９に送られる。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the cryogenic refrigerator shown in FIG. In FIG. 2A, the displacers 7, 9 are arranged at the bottom dead center. At this time, opening the high-pressure side valve V H of the compressor 1, the high-pressure helium gas is sent to the low temperature side expansion space 19 through the hot side expander 2, the magnetic regenerator 4.
【００２７】なお、高圧側バルブＶH を開くのと同時
に、ディスプレーサ７、９は上昇を開始する。また、デ
ィスプレーサ９の上側のバランス用空間にも高圧ヘリウ
ムガスが供給されるため、ディスプレーサ９に働く差圧
は僅かである。The displacers 7, 9 start rising at the same time as the high-pressure side valve VH is opened. Since the high-pressure helium gas is also supplied to the balance space above the displacer 9, the differential pressure acting on the displacer 9 is small.
【００２８】なお、ディスプレーサ７、９の上昇開始と
共に、磁場印加手段５の消磁も開始する。消磁によって
磁性蓄冷器４内に収容された磁性蓄冷材１８は冷却し、
通過する高圧ヘリウムガスを冷却する。この工程は、デ
ィスプレーサ７、９が上死点に達するまで継続する。It should be noted that the demagnetization of the magnetic field applying means 5 also starts at the same time as the displacers 7 and 9 start rising. The magnetic regenerator 18 accommodated in the magnetic regenerator 4 is cooled by demagnetization,
The passing high-pressure helium gas is cooled. This process is continued until the displacers 7, 9 reach the top dead center.
【００２９】図２（Ｂ）の状態においては、ディスプレ
ーサ７、９は上死点に到達している。この時、高圧側バ
ルブＶH を閉じ、低圧側バルブＶL を開く。同時に、デ
ィスプレーサ７、９は下向きの移動を開始し、磁場印加
手段５は励磁を開始する。In the state shown in FIG. 2B, the displacers 7, 9 have reached the top dead center. At this time, the high pressure side valve VH is closed and the low pressure side valve VL is opened. At the same time, the displacers 7, 9 start moving downward, and the magnetic field applying means 5 starts exciting.
【００３０】低圧側バルブＶL が開いたことにより、膨
張空間１７、１９において冷凍が発生し、膨張空間１
７、１９のヘリウムガスは膨張しつつ、圧縮機１に回収
される。低温膨張により、膨張空間１９においては極低
温が発生する。When the low pressure side valve VL is opened, refrigeration occurs in the expansion spaces 17 and 19, and the expansion space 1
The helium gases 7 and 19 are recovered by the compressor 1 while expanding. Due to the low temperature expansion, a very low temperature is generated in the expansion space 19.
【００３１】磁性蓄冷器４においては、磁場が印加され
ているため、磁性蓄冷材１８は加熱され、圧縮機１に向
かって移動するヘリウムガスを加熱する。ヘリウムガス
加熱の反作用として、磁性蓄冷材１８自身は冷却され
る。In the magnetic regenerator 4, since a magnetic field is applied, the magnetic regenerator 18 is heated to heat the helium gas moving toward the compressor 1. As a reaction of helium gas heating, the magnetic regenerator 18 itself is cooled.
【００３２】高温側膨張空間１７においても、ガスの膨
張が行なわれ、ヘリウムガスは冷却され、ディスプレー
サ７内の蓄冷材６を通過して熱交換が行なわれる。この
ようにして、常温に戻されたヘリウムガスが低圧側バル
ブＶL を介して圧縮機１に回収される。この過程におい
て、蓄冷材６、磁性蓄冷材１８は冷却される。ガス回収
と平行して、ディスプレーサ７、９は下降を続け、ガス
回収が終了した時には下死点に達し、図２（Ａ）の状態
に戻る。The gas is expanded also in the high-temperature side expansion space 17, the helium gas is cooled, and the heat exchange is performed through the cold storage material 6 in the displacer 7. In this way, the helium gas returned to the normal temperature is recovered by the compressor 1 via the low-pressure side valve VL . In this process, the cold storage material 6 and the magnetic cold storage material 18 are cooled. In parallel with the gas recovery, the displacers 7, 9 continue to descend, and when the gas recovery is completed, the displacers reach the bottom dead center and return to the state of FIG.
【００３３】このような工程を繰り返すことにより、低
温側膨張空間１９に極低温を発生させる。励磁／消磁
は、回転部材１３の回転による永久磁石の移動によって
行なう。By repeating such a process, an extremely low temperature is generated in the low temperature side expansion space 19. The excitation / demagnetization is performed by the movement of the permanent magnet due to the rotation of the rotating member 13.
【００３４】なお、図１、図２においては、磁性蓄冷器
４と低温側膨張空間１９の間の配管が回転部材１３と交
差するように図示されているが、この配管は回転部材１
３の回転動作を妨げないように配置されることは当業者
に自明であろう。In FIGS. 1 and 2, the pipe between the magnetic regenerator 4 and the low-temperature side expansion space 19 is shown to cross the rotating member 13.
It will be obvious to a person skilled in the art that the arrangement is such that it does not interfere with the rotational movement of the third.
【００３５】本実施例によれば、磁性蓄冷器４が通常の
蓄冷動作と共に磁場のオン／オフにより、磁気冷凍動作
を行なうことにより、積極的に冷凍を作成するため、液
体ヘリウム温度程度の極低温を比較的容易に作り出すこ
とができる。According to the present embodiment, the magnetic regenerator 4 performs a magnetic refrigerating operation by turning on / off a magnetic field together with a normal regenerative operation, thereby actively creating refrigeration. Low temperatures can be created relatively easily.
【００３６】なお、磁性蓄冷器を挟む永久磁石を回転さ
せるためには、比較的大きな力が必要である。図３は、
永久磁石の回転動作を容易にすることのできるペア型磁
性蓄冷器の構成を示す。本構成においては、２つの極低
温冷凍機がペアになって作動する。この２つの極低温冷
凍機の磁性蓄冷器部分が図に示すように結合されてい
る。In order to rotate the permanent magnet sandwiching the magnetic regenerator, a relatively large force is required. FIG.
1 shows a configuration of a pair-type magnetic regenerator capable of facilitating a rotating operation of a permanent magnet. In this configuration, two cryogenic refrigerators operate in pairs. The magnetic regenerator portions of the two cryogenic refrigerators are connected as shown in the figure.
【００３７】図において、駆動歯車２１は、２つの回転
円盤２２、２３を同時に駆動する。回転円盤２２、２３
には、永久磁石２４、２５が結合されている。たとえ
ば、永久磁石２４、２５の半径は約８ｃｍ程度、扇型の
開きの角度は１５０°程度である。In the figure, a drive gear 21 drives two rotating disks 22, 23 simultaneously. Rotating disks 22, 23
Are connected to permanent magnets 24 and 25. For example, the radii of the permanent magnets 24 and 25 are about 8 cm, and the opening angle of the fan is about 150 °.
【００３８】回転円盤２２、２３の回転軸の両外側に、
磁性蓄冷器２８、２９が配置される。さらに、図示を省
略しているが、磁性蓄冷器２８、２９の裏側に同様の構
成を有する回転円盤が配置される。磁性蓄冷器２８、２
９は、ほぼ逆相で動作する。このため、回転に必要なト
ルクが大幅に減少する。On both outer sides of the rotating shafts of the rotating disks 22 and 23,
Magnetic regenerators 28 and 29 are arranged. Further, although not shown, a rotating disk having a similar configuration is disposed on the back side of the magnetic regenerators 28 and 29. Magnetic regenerator 28, 2
9 operate almost in opposite phase. For this reason, the torque required for rotation is greatly reduced.
【００３９】なお、磁性蓄冷材を用いた時も、単一種類
の磁性蓄冷材により、たとえば材料の比熱の面で４〜２
０Ｋの温度範囲をカバーすることは困難である。図４
は、磁性蓄冷器における磁性蓄冷材の充填の例を示す。
低温側から高温側に向けて複数種類の磁性蓄冷材を積層
し、その相転移温度が図中右側に示すように、徐々に変
化するように配置する。When a magnetic regenerator material is used, a single kind of magnetic regenerator material can be used, for example, in the range of 4 to 2 in terms of specific heat of the material.
It is difficult to cover the temperature range of 0K. FIG.
Shows an example of filling a magnetic regenerator material in a magnetic regenerator.
A plurality of types of magnetic regenerator materials are laminated from a low temperature side to a high temperature side, and are arranged so that the phase transition temperature gradually changes as shown on the right side in the figure.
【００４０】このような構成によれば、磁性蓄冷器を通
過するガスの温度に対応して、最も効率的な磁性蓄冷材
を配置することが可能となり、効率的な冷却を行なうこ
とができる。According to such a configuration, the most efficient magnetic regenerator material can be arranged according to the temperature of the gas passing through the magnetic regenerator, and efficient cooling can be performed.
【００４１】以上、永久磁石を移動させて磁場のオン／
オフを行なう構成を説明したが、電磁石を用いて磁場を
オン／オフしてもよい。図５は、電磁石を用いた極低温
冷凍機の構成例を示す。As described above, the permanent magnet is moved to turn on / off the magnetic field.
Although the configuration for turning off has been described, the magnetic field may be turned on / off using an electromagnet. FIG. 5 shows a configuration example of a cryogenic refrigerator using an electromagnet.
【００４２】本構成においては、磁性蓄冷器４の両側
に、電磁石１５ａ、１５ｂが配置されて磁場印加手段５
を構成している。電磁石１５に供給する電流をオン／オ
フすることにより、発生する磁場をオン／オフすること
ができる。In this configuration, on both sides of the magnetic regenerator 4, electromagnets 15a and 15b are
Is composed. By turning on / off the current supplied to the electromagnet 15, the generated magnetic field can be turned on / off.
【００４３】このような電磁石を用いた構成の場合、回
転部材を省略することができる。他の部分の構成は、図
１に示した構成の対応部分と同様であるため、その説明
は省略する。In the case of the configuration using such an electromagnet, the rotating member can be omitted. The configuration of the other parts is the same as the corresponding part of the configuration shown in FIG.
【００４４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
磁性蓄冷器の性能がよければ、高温側の膨張空間を省略
してもよい。ただし、実際的システムにおいては、２段
の膨張空間を使うとより効率的に極低温に到達すること
ができる。高温側膨張機２を２段以上の構成としてもよ
い。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能な
ことは当業者に自明であろう。The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
If the performance of the magnetic regenerator is good, the expansion space on the high temperature side may be omitted. However, in a practical system, cryogenic temperatures can be more efficiently reached using a two-stage expansion space. The high temperature side expander 2 may have a configuration of two or more stages. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, and the like can be made.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な構成により、２０Ｋ以下程度の極低温を作
成することができる。As described above, according to the present invention,
With a relatively simple configuration, an extremely low temperature of about 20K or less can be created.
【００４６】超電導磁石を用いる必要がなくなるため、
システムが簡単化でき、製造コストが低減する。Since there is no need to use a superconducting magnet,
The system can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
【図１】本発明の実施例による極低温冷凍機の構成を示
す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す極低温冷凍機の動作を説明するため
の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining the operation of the cryogenic refrigerator shown in FIG.
【図３】本発明の他の実施例による極低温冷凍機の蓄冷
器部分を示す概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view showing a regenerator of a cryogenic refrigerator according to another embodiment of the present invention.
【図４】磁性蓄冷器における磁性蓄冷材の充填例を説明
するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an example of filling a magnetic regenerator in a magnetic regenerator.
【図５】本発明の他の実施例による極低温冷凍機の構成
を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration of a cryogenic refrigerator according to another embodiment of the present invention.
【図６】従来の技術による低温冷凍機の構成を示す概略
断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a configuration of a low-temperature refrigerator according to a conventional technique.
１ 圧縮機 ２ 高温側膨張機 ３ 低温側膨張機 ４ 磁性蓄冷器 ５ 磁場印加手段 ６ 蓄冷材 ７ 高温側ディスプレーサ ８ 断熱部材 ９ 低温側ディスプレーサ １０ 冷却対象 １２ 永久磁石 １３ 回転部材 １５ 電磁石 １７、１９ 膨張空間 ２１ 駆動歯車 ２２、２３ 回転円盤 ２４、２５ 永久磁石 ２８、２９ 磁性蓄冷器 Ｖ バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 High temperature side expander 3 Low temperature side expander 4 Magnetic regenerator 5 Magnetic field application means 6 Cold storage material 7 High temperature side displacer 8 Heat insulation member 9 Low temperature side displacer 10 Cooling object 12 Permanent magnet 13 Rotating member 15 Electromagnet 17, 19 Expansion Space 21 Drive gear 22, 23 Rotating disk 24, 25 Permanent magnet 28, 29 Magnetic regenerator V valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−64877（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−186802（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−10266（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 25/00 F25B 21/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-64877 (JP, A) JP-A-4-186802 (JP, A) JP-A-56-10266 (JP, U) (58) Survey Field (Int. Cl. 6 , DB name) F25B 25/00 F25B 21/00
Claims (5)
し、内部を作動ガスが通過する少なくとも１つの磁性蓄
冷器（４）と、 前記磁性蓄冷器を挟むように配置され、選択的に磁場を
印加することのできる磁場印加手段（５）と、 前記磁性蓄冷器のガス流路の少なくとも低温側に配置さ
れた膨張機（３）とを有する極低温冷凍機。1. A magnetic regenerator containing at least one magnetic regenerator that has a thin plate shape and through which a working gas passes, and is disposed so as to sandwich the magnetic regenerator. A cryogenic refrigerator comprising: a magnetic field applying means (5) capable of applying a magnetic field; and an expander (3) arranged at least on a low temperature side of a gas flow path of the magnetic regenerator.
と回転部材の方位角方向に関して部分的に配置された永
久磁石（１２）とを含む請求項１記載の極低温冷凍機。2. The method according to claim 1, wherein the magnetic field applying means is a rotating member.
The cryogenic refrigerator according to claim 1, comprising a permanent magnet (12) partially disposed with respect to an azimuthal direction of the rotating member.
に係合する複数の回転板（２２、２３）を含み、前記永
久磁石が各回転板に配置された部分（２４、２５）を含
み、前記磁性蓄冷器、前記膨張機が各回転板に対応して
設けられている請求項２記載の極低温冷凍機。3. A part (24, 25) in which said rotating member includes a drive shaft (21) and a plurality of rotating plates (22, 23) engaged with the drive shaft, and wherein said permanent magnet is disposed on each rotating plate. 3. The cryogenic refrigerator according to claim 2, wherein the magnetic regenerator and the expander are provided corresponding to each rotating plate. 4.
性材料の積層を含む請求項１〜３のいずれかに記載の極
低温冷凍機。4. The cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein the magnetic regenerator includes a stack of magnetic materials having different phase transition temperatures.
（２）を有し、高温側に配置された膨張機（２）は、蓄
冷材（６）を収容したディスプレーサを含み、前記低温
側に配置された膨張機（３）は内部を作動ガスが通過し
ないディスプレーサ（９）を含む請求項１〜４のいずれ
かに記載の極低温冷凍機。5. An expander (2) also on the high temperature side of the magnetic regenerator, the expander (2) arranged on the high temperature side includes a displacer containing a cold storage material (6), and The cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 4, wherein the expander (3) disposed on the side includes a displacer (9) through which working gas does not pass.
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| JP5159565A Expired - Fee Related JP2818099B2 (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Cryogenic refrigerator |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 1993-06-29 JP JP5159565A patent/JP2818099B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH08210713A (en) | 1996-08-20 |
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