JP3310847B2 - 磁気冷凍装置 - Google Patents
磁気冷凍装置Info
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- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Description
ど極低温液化ガスの液化装置等に使用される磁気冷凍装
置に関するものである。
置の縦断面図である。類似の磁気冷凍装置は「特願平3
−122464号」或いは「T. Numazawa et al., Carn
ot magnetic refrigerator operating between 1.4 and
10 K, Cryogenics, Vol. 33,No.5, pp. 547 〜554 199
3」等に示されている。図において、1は磁気作業物質
であり、現状では、ガドリニウム・ガリウム・ガーネッ
ト(GGG)やディスプロシウム・アルミニウム・ガー
ネット(DAG)等希土類複合酸化物の単結晶が用いら
れている。2は変動磁場印加用の超伝導マグネットであ
り、供給電流の上げ、下げにより磁気作業物質1への磁
場の印加および除去を行う。3は熱スイッチであり、熱
伝導率が高く、かつ磁場変動によって渦電流が発生しな
いような物質(例えば人工水晶や人工サファイア)で製
作されており、上下動可能な様に設置され、下方に移動
して磁気作業物質1に接触して磁気作業物質の熱を排熱
し、上方に移動して磁気作業物質1を断熱状態に保持す
る。4は小型冷凍機(例えばギフォードマクマホンサイ
クルなどの蓄冷器式小型冷凍機)であり、熱スイッチ3
から伝熱部材5を介して、排熱時に磁気作業物質1の熱
を吸収する働きをする。6は熱スイッチ容器であり、熱
スイッチ3と磁気作業物質1が接触して排熱する際、伝
熱を促進するためヘリウムガスなどが封入されている。
7は液体ヘリウム容器であり、熱スイッチ容器6の下部
に設置され、上部に磁気作業物質1が取り付けられてお
り、磁気作業物質ホルダーを兼ねる。8は超伝導マグネ
ット2冷却用の液体ヘリウム容器である。以上の構成要
素は断熱のため真空容器9内に設置され、また必要に応
じて図示しない液体窒素シュラウドを設けるなどして外
部からの侵入熱が低減される。10は熱スイッチ3の上
下動のための駆動機構であり、熱スイッチ3と駆動軸1
1を介して接続されている。
この装置は以下に列挙する4過程を繰り返して液体ヘリ
ウム容器7内の蒸発ヘリウムガスまたは外部から導入さ
れたヘリウムガスを周期的に液化する。 (1.断熱励磁過程)熱スイッチ3と磁気作業物質1を
切り離し、磁気作業物質1を断熱状態とし超伝導マグネ
ット2により磁場を印加すると磁気作業物質1の温度が
上昇する。 (2.等温励磁過程)小型冷凍機4の寒冷ヘッド4aよ
り、磁気作業物質1の温度が高くなり、排熱が可能とな
った後熱スイッチ3を下方へ下げ、磁気作業物質1と接
触させ排熱を行う。 (3.断熱消磁過程)所定の最大磁場(例えば5テス
ラ)まで達し、磁気作業物質1の温度が小型冷凍機4に
て冷却できない程度まで低下した後、熱スイッチ3を上
方へ上げ、磁気作業物質1を断熱状態とし、印加する磁
場を減少させると磁気作業物質1の温度は低下する。 (4.等温消磁過程)磁気作業物質1の温度が液体ヘリ
ウムの沸点(大気圧にて4.2K)よりも低下すると液
体ヘリウム容器7内のヘリウムガスは磁気作業物質1に
より冷却され、凝縮液化する。
気作業物質1の温度はヘリウムの沸点より高く、ヘリウ
ムガスと磁気作業物質1の間の熱交換は自然対流熱伝達
となるため、等温消磁過程での凝縮熱伝達に比べ熱伝達
率が非常に小さく、熱損失即ち磁気作業物質によるヘリ
ウムガスの加熱量は十分に小さい。等温励磁過程では、
磁場による磁気作業物質1の発熱を熱スイッチ3を磁気
作業物質、1に接触させることにより排熱するが、磁気
冷凍の効率を上げるためには接触熱伝達を高くすること
が必要であり、磁気作業物質1と熱スイッチ3の接触面
を0.5μm以下の粗さに仕上げて両面の平均距離を1
μm程度にし、さらに熱スイッチ容器6内にヘリウムガ
スを封入、ヘリウムガスの熱伝導を利用することにより
伝熱の促進が図られている。
気冷凍装置では次のような課題があった。 (1)磁気作業物質は、熱スイッチ容器の下方に設置さ
れた液体ヘリウム容器に取り付けられており、熱スイッ
チ容器を介して磁気作業物質に侵入する熱により磁気冷
凍の効率が低下する。 (2)熱スイッチは小型冷凍機に接続された伝熱部材と
接触を保ったまま磁気作業物質に接触するため、磁気作
業物質と熱スイッチの接触面の粗さを0.5μm程度に
鏡面仕上げとしても、両面を面同士で良好に接触させる
ことは困難である。また、熱スイッチの駆動軸に可撓性
を持たせるなどして両面を面同士で良好に接触させる方
法も提案されているが、この場合、小型冷凍機に接続さ
れた伝熱部材と熱スイッチの接触が不良となる。したが
って、いずれの接触面をも同時に良好な接触とする事が
困難であり、熱スイッチの伝熱性能が低下し、結局磁気
冷凍装置の効率が低下する。
スイッチ容器を介して磁気作業物質へ熱が入ることを防
止し、かつ、磁気作業物質と熱スイッチとの良好な接触
を図り、磁気冷凍装置の効率を向上させようとするもの
である。
したものであって、磁気作業物質に変動磁場を加え、磁
気作業物質の発熱を熱スイッチにより排熱し、かつ同熱
スイッチの伝熱状態と断熱状態との切り換えを熱スイッ
チの端面と磁気作業物質との接触・切り離しを行うこと
によって実現する磁気冷凍装置において、磁気作業物質
を保持する磁気作業物質ホルダーを上記熱スイッチを収
める熱スイッチ容器の下部にベローズを介して設置し、
上記熱スイッチの端部および磁気作業物質のいずれか一
方を凹形状、他方を凸形状とし、上記凹部の内側面と上
記凸部の外側面とが接触したまま熱スイッチを上下動さ
せることを特徴とする磁気冷凍装置に関するものであ
る。
用磁気冷凍装置の断面図である。従来例と機能が同一の
ものには同一の番号を付し、とくに必要のある場合を除
き説明を省略する。図において、100はベローズであ
り、熱スイッチ容器6と磁気作業物質101を設置した
磁気作業物質ホルダーを兼ねる液体ヘリウム容器7とを
接続する。101は一端を凸形状とした磁気作業物質、
103は一端を凹形状とした熱スイッチである。図は熱
スイッチ103が最上部にあり、熱スイッチオフの状態
を示したものである。このとき磁気作業物質101の凸
形状の側面101aと熱スイッチ103の凹形状の内側
側面103aはごく狭い面積で接触している。したがっ
て、熱スイッチが下方に移動する際には、側面同士が接
触したまま移動し、最下点において磁気作業物質101
の凸部端面101bおよび凸部側面101aは熱スイッ
チ103の凹部内側側面103aおよび底面103bと
それぞれ最大の面積で接触し、大きな伝熱性能を発揮す
る。
101と熱スイッチ103が完全に切り離される位置ま
で熱スイッチ103を上方に移動すると、次に熱スイッ
チ103を下方に下げ、磁気作業物質101と接触させ
る際に凹部と凸部を良好に噛み合わせることが困難とな
るが、熱スイッチオフのときにおいても上記のように凹
部と凸部を一部接触させたままにしておくことによって
この様な困難さは生じない。
チ103が最下部へ移動した時、ベローズ100の変形
により磁気作業物質101と熱スイッチ103の接触面
は面同士で良好に接触することができ、さらにこのとき
伝熱部材5と熱スイッチ103の接触面も離れることが
ないので、良好な伝熱性能を発揮する。
る。 (1)磁気作業物質が熱スイッチ容器にベローズを介し
て接続された磁気作業物質ホルダーに設置されているた
め、熱スイッチ容器を介して磁気作業物質に侵入する熱
を低減することができる。また、小型冷凍機に接続され
た伝熱部材と熱スイッチの側面が接触を保ったまま、熱
スイッチが下方に移動し、熱スイッチと磁気作業物質の
接触面が平行になっていなくとも、熱スイッチを磁気作
業物質に押さえつけることによってベローズが変形し、
良好に面同士で接触することができる。 (2)熱スイッチの端部と磁気作業物質のいずれか一方
を凹形状、他方を凸形状とする事によって伝熱面積を増
加することができ、さらに熱スイッチオフのときでも常
時凹部の内側側面と凸部の外側側面の一部同士が接触す
るように設置することによって、熱スイッチオンのとき
凹部と凸部の側面が良好に接触することができ熱スイッ
チの伝熱性能を向上することができる。
作業物質を保持する磁気作業物質ホルダーを上記熱スイ
ッチを収める熱スイッチ容器の下部にベローズを介して
設置し、上記熱スイッチの端部および磁気作業物質のい
ずれか一方を凹形状、他方を凸形状とし、上記凹部の内
側面と上記凸部の外側面とが接触したまま熱スイッチを
上下動させるので、熱スイッチ容器を介しての磁気作業
物質への侵入熱を低減でき、さらに磁気作業物質の発熱
を排熱するための熱スイッチの伝熱性能を飛躍的に向上
させることができる。これによって大幅なコスト上昇を
招くこと無く高性能な磁気冷凍装置を提供することがで
きる。
断面図。
Claims (1)
- 【請求項1】 磁気作業物質に変動磁場を加え、磁気作
業物質の発熱を熱スイッチにより排熱し、かつ同熱スイ
ッチの伝熱状態と断熱状態との切り換えを熱スイッチの
端面と磁気作業物質との接触・切り離しを行うことによ
って実現する磁気冷凍装置において、磁気作業物質を保
持する磁気作業物質ホルダーを上記熱スイッチを収める
熱スイッチ容器の下部にベローズを介して設置し、上記
熱スイッチの端部および磁気作業物質のいずれか一方を
凹形状、他方を凸形状とし、上記凹部の内側面と上記凸
部の外側面とが接触したまま熱スイッチを上下動させる
ことを特徴とする磁気冷凍装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00835096A JP3310847B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00835096A JP3310847B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 磁気冷凍装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09196503A JPH09196503A (ja) | 1997-07-31 |
JP3310847B2 true JP3310847B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=11690783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00835096A Expired - Fee Related JP3310847B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3310847B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004068604A1 (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 熱スイッチ素子およびその製造方法 |
-
1996
- 1996-01-22 JP JP00835096A patent/JP3310847B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09196503A (ja) | 1997-07-31 |
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