JPH02140566A

JPH02140566A - 磁気ヒートポンプ

Info

Publication number: JPH02140566A
Application number: JP29385288A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fujimoto; 圭祐藤本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1990-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、磁気ヒートポンプに関するものである。

従来の技術従来、磁性体の磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポン
プとしては、冷媒として固体の磁性体を用い、その磁性
体を高磁場領域と低磁場領域との間を往復運動させる冷
凍装置が知られている。

（例えば　特公昭　６１−４１８５８号公報）この磁気
冷凍装置は例えば第２図に、示すように、固体の磁性体
２ａ、２ｂが取り付けられた２本のピストンｌａ、ｌｂ
が、永久電流モードの超伝導磁石３ａ、３ｂの中心部の
高磁場領域と、断熱層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに囲まれ
たヘリウム槽５の低磁場領域との間を、周期的に上下往
復運動して、ヘリウム槽５の上層部に供給されるヘリウ
ムガスを冷却、液化する構成となっている。

２本のピストンｌａ、ｌｂは、エアシリンダ６により、
断熱層４ａにあけられた穴を通して、１８０度の位相差
をもって上昇、下降を繰り返す。

ピストンが上死点の位置にあれば、磁性体２ａ。

２ｂは超伝導磁石３ａ、３ｂの中心部に位置する。

ピストンｌａ、ｌｂと磁性体２ａ、２ｂと超伝導磁石３
ａ、３ｂとの間には、上死点の位置にある磁性体２ａ、
２ｂを取り囲むように良熱伝導材料から成る熱伝導パイ
プ７ａ、７ｂが、設置されている。さらに熱伝導パイプ
７ａ、７ｂは、熱伝導材８．９を介して二次冷却装置（
図示せず）に接続されている。

この磁気冷凍装置では以下のようにして、ヘリウムを液
化する。第２図中の磁性体１ａのように、超伝導磁石３
ａの中心部に挿入されてピストンの上死点にある磁性体
は、磁化され発熱する。ここで生じた熱は、磁性体１ａ
を取り囲んでいる熱伝導パイプ７ａに、熱伝導パイプ内
壁とシリンダ表面のすきまに存在するヘリウムガスを通
して伝達され、さらに熱伝導材８．９を通して二次冷却
装置により外部に放出される。一方、第２図中の磁性体
１ｂのように、高磁場から低磁場のヘリウム槽５へ移動
しピストンの下死点にある磁性体は、消磁されて温度が
下がり、磁性体１ｂの周囲のヘリウムガスから熱を奪う
、熱を奪われたヘリウムガスは磁性体１ｂの表面に凝縮
し、液体となって滴下する。この上死点と下死点とを、
磁性体１ａ。

１ｂが周期的に移動することにより、ヘリウムの液化が
行なわれる。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成では、高温になる高磁場
の空間と低温になる低磁場の空間は、磁性体の移動する
穴を通して連続であり、熱伝導パイプ及び熱伝導パイプ
内壁とシリンダ表面のすきまに存在する高温のヘリウム
ガス等の高温媒体と、低温媒体との接触や混合は避けら
れず、効率が下がる。

また、熱サイクルが時間のサイクルなので吸熱。

放熱を間欠でしか行えず、１サイクルにかかる時間は磁
性体の放熱、吸熱に要する時間で決まるので、時間当り
の効率を高くできない。

さらに、冷媒の移動距離、方向が、ピストンの往復運動
の範囲に限定されるため、設計の自由度が低く効率のよ
い装置の実現を難しくしている。

そこで本発明は、高温媒体と低温媒体を熱的に隔離でき
、連続で吸熱、放熱が行なわれ、設計の自由度の高い、
高効率の磁気ヒートポンプを提供することを目的として
いる。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために本発明の磁気ヒートポンプは
、冷媒となる磁性体として磁性流体を用い、磁場発生装
置と、磁場発生装置が発生する゛高磁場領域と低磁場領
域との間をループ状に連絡し、内部を磁性流体が流れる
磁性流体流通管と、磁性流体流通管に接続され磁性流体
を循環させるポンプと、高磁場領域にあって磁性流体の
熱を放熱する放熱器と、低磁場領域にあり磁性流体に熱
を吸収させる吸熱器と、放熱器と吸熱器とを熱的に隔離
する断熱層とを有し、磁性流体流通管内を磁性流体が一
方向に循環する事により熱サイクルを実現するという構
成を備えたものである。

作用本発明では上記の構成のように、ループ状の磁性流体流
通管内に冷媒である磁性流体を循環させることにより、
高温になる高磁場の空間と低温になる低磁場の空間との
間の連絡が磁性流体の移動のみとなり、高温媒体と低温
媒体の接触や混合を防げるので断熱効果が高められる。

また磁性体の循環により熱サイクルを実現するので吸熱
、放熱を連続して行える。さらに磁性体が液体であるの
で磁性体の移動距離や移動方向を限定されず、設計の自
由度が高くなるので、効率のよい放熱器。

吸熱器の実現や各装置の配置の最適化が可能となる。よ
って高効率の磁気ヒートポンプが得られることになる。

実施例以下本発明の一実施例の磁気ヒートポンプについて図面
を参照しながら説明する。

第１図は本発明の磁気ヒートポンプの主要部の断面図で
ある。

装置は断熱層！２により隔離された冷蔵室１３内の冷気
１５から熱を奪い、冷却水１６中に放熱するヒートポン
プである。

内部に磁性流体２１が充填された磁性流体流通管１１ａ
、Ｉｌｂ、Ｌｌｃ、Ｌｉｄ、ｌｉｅは、断熱層１２によ
り区切られた冷蔵室１３と外部空間との間をループ状に
連絡するよう配置さている。

断熱層１２には磁性流体流通管１１ａ、ｌｌｃの他には
開口部はなくまた磁性流体流通管１１ａ。

１１ｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄ、ｌｉｅも閉じたループとなっ
ているので、冷蔵室１３にある冷気１５と外部空間にあ
る冷却水１６または外気が、接触または混合することは
ない。また、断熱層１２を貫いている磁性流体流通管１
１ａ、ｌｌｃは、熱伝導の悪い材料からなり、管壁から
冷蔵室１３へ熱が進入するのを防いでいる。

冷蔵室１３にある磁性流体流通管１１ｂは良熱伝導材料
からなり、さらに良熱伝導材料からなる吸熱のためのフ
ィン１日が取り付けられて、吸熱農工９を構成している
。吸熱器１９を出た磁性流体流通管１１ｃは、断熱層１
２を通り外部空間に出て、磁性流体２１を循環させるた
めのポンプ２２に接続される。外部空間にはポンプ２２
と、ポンプ２２を駆動するためのモータ３３と、磁場発
生装置２３がある。

磁場発生装置２３は、永久磁石２４ａ、２４ｂと、ヨー
ク２５からなり、磁石２４ａのＳ極と磁石２４ｂのＮ極
と超電導材料からなる磁気シールド材２７ａ、２７ｂに
囲まれた空間を高磁場に保ち、高磁場領域２６を形成す
る。ヨーク２５は磁石２４ａのＮ極と磁石２４ｂのＳ極
とを結んで、磁気回路の抵抗を軽減させるとともに、外
部へ磁気が漏れるのを防いでいる。

高磁場領域２６は、磁気シールド材２７ａ。

２７ｂにより磁気シールドされるので、高磁場領域内の
磁場は場所によらず一定に保たれるとともに、高磁場領
域内部と外部の磁場強度の差を大きくできる。

ポンプ２２を出た磁性流体流通管１１ｂは、磁気シール
ド材２７ａを貫いて高磁場領域２６に入る。高磁場領域
２６内にある磁性流体流通管ｌｉｅは良熱伝導材料から
なり、さらに良熱伝導材料からなる放熱のためのフィン
２Ｂが取り付けられて、放熱器２９を構成している。高
磁場領域２６内へは、冷却水Ｉ６が冷却水用のポンプ（
図示せず）により入口３０から流入し、出口３１から排
出される。

磁場発生装置２３は磁気シールド材２７ｂが断熱層１２
に密着するように置かれ、放熱器２９を出た磁性流体流
通管１１ａは、磁気シールド材２７ｂと断熱層１２を貫
いて冷蔵室１３に入り、吸熱器１９に接続されている。

上記のように構成された磁気ヒートポンプの動作を説明
する。

磁性流体２Ｉは、磁性流体流通管１１ａ、１ｌｂ１１ｃ
、ｌｉｄ、ｌｉｅの内部を図１巾の左回りの方向にポン
プ２２により循環する。ポンプ２２を出た磁性流体２１
は磁気シールド材２７ａを通り高磁場領域２６に入るが
、この時高磁場領域の内と外との間には大きな磁場強度
の差が生しているので、磁性流体２１は短時間に大きな
増磁を受けて断熱磁化の状態になり、発熱する。

ここで発生した熱は放熱器２９から冷却水１６に放熱さ
れ、加熱された冷却水１６は出口３１から高磁場領域２
６の外へ排出されて、磁性流体２１に発生した熱を高磁
場領域２６の外へ逃がすようになっている。

放熱器２９を出た磁性流体２１は、磁気シールド材２７
ｂと断熱層１２を通って高磁場領域２６から低るＲ場の
冷蔵室１３にはいるが、高磁場領域の内と外との間には
大きな磁場の差が生じているので、今度は磁性流体２１
は短時間に大きな減磁を受けて断熱消磁の状態になり、
温度が下がる。

低温になった磁性流体２１は吸熱器１９に入り冷気１５
から熱を奪い冷蔵室１３の温度を下げる。

吸熱器１９を出た磁性流体２１は断熱層１２を通り再び
外部空間に出て、ポンプ２２へ戻ってｌサイクルを終了
する。この熱サイクルにおいては、発熱と吸熱は別の場
所で行なわれ、また冷媒は常に同じ向きに移動するので
、磁性流体流通管内に磁性流体を充し循環させることに
より連続運転ができ、時間当たりの効率を高めることが
できる。

従来の固体の磁性体を冷媒とする磁気ヒートポンプに比
べて本発明は、高温になった冷媒の移動方向、移動距離
、放熱器内に磁性体がとどまっている時間、放熱器の表
面積等の放熱器２９の設計の自由度が大きいので、効率
のよい放熱器が実現できる。

また放熱器２９と同様に、吸熱器１９も設計の自由度が
従来の磁気ヒートポンプに比べて大きく、効率のよい吸
熱器が実現できる。

発明の効果以上のように本発明は、磁場発生装置と一部が高磁場に
保たれ、内部を磁性流体が流れるループ状の磁性流体流
通管と、磁性流体を循環させるポンプと、高磁場領域に
ある放熱器と、高磁場ではない領域にある吸熱器と、放
熱器と吸熱器とを熱的に隔離する断熱層とを設けること
により、高効率の磁気ヒートポンプを得ることができる
。また、設計の自由度が高くなり、装置の小型化を図れ
るという効果もある。加えて高磁場領域の周囲に、超電
導材料から成る磁気シールド材が配置されることにより
、さらに高効率の磁気ヒートポンプを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気ヒートポンプの主要部の断面図、
第２図は従来の磁気ヒートポンプの主要部の断面図であ
る。１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄ、１１ｅ・・・・−・
磁性流体流通管、１２・・・・・・断熱層、１９・・・
・・・吸熱器、２１・・・・・・磁性流体、２２・・・
・・・ポンプ、２３・・・・・・磁気発生装置、２７ａ
、２７ｂ・・・・・・磁気シール材、２９・・・・・・
放熱器。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名１１ａ、Ｉ
Ｉｂ、ｔｌｃ、Ｈｄ、ＩＩｅ−Ｎ　’７５　　Ｎ　体　
流会　１１２・−ｔ！！層１９−１１２　　焦　器２１−一硫注渣体 ρ−ポンプａ−ｍｓ＊ｒｘ＊ｘへへ・・−１Ｉｉ紙シールド件ご−・・ｉ諌巳第２図図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁場発生手段と、前記磁場発生手段が発生する磁
場により一部が高磁場に保たれ、内部を磁性流体が流れ
るループ状の磁性流体流通管と、前記磁性流体流通管に
接続され前記磁性流体を循環させるポンプと、前記磁性
流体流通管の高磁場部分にあり前記磁性流体の熱を放熱
する放熱手段と、前記磁性流体流通管の高磁場ではない
部分にあり前記磁性流体に熱を吸収させる吸熱手段と、
前記放熱手段と前記吸熱手段とを熱的に隔離する断熱層
とを有することを特徴とする磁気ヒートポンプ。
（２）磁性流体流通管の高磁場に保たれている区間の周
囲に、超電導材料から成る磁気シールド材が配置されて
いることを特徴とする請求項（１）記載の磁気ヒートポ
ンプ。