JPH08145487A - ヘリウム液化用磁気冷凍装置 - Google Patents
ヘリウム液化用磁気冷凍装置Info
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- JPH08145487A JPH08145487A JP6289583A JP28958394A JPH08145487A JP H08145487 A JPH08145487 A JP H08145487A JP 6289583 A JP6289583 A JP 6289583A JP 28958394 A JP28958394 A JP 28958394A JP H08145487 A JPH08145487 A JP H08145487A
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- 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]
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ヘリウム液化用磁気冷凍装置に関し、ヘリウ
ムを連続して液化する。 【構成】 液体ヘリウム槽１０，１２内には磁性体１、
超伝導マグネット９があり、コンプレッサ２１でヘリウ
ムガスループ２０よりヘリウムガスが連続的に供給さ
れ、熱交換器２２，２３，２４、第１，２段寒冷ヘッド
１５，４で、更に、ＪＴバルブ２５で一部冷却され、液
体ヘリウム槽１２に入る。ヘリウムガスはバルブ２６，
２７で切換えて熱交換器２８に入り、磁性体１で発生し
た熱を交換し、排熱する。バルブ２６，２７により熱交
換器２８にガスを停止させ、低温になった磁性体１でヘ
リウム槽１２内のガスを凝縮し、蒸発ガスの一部はバル
ブ３０によりヘリウムガスループ２０に戻され、ヘリウ
ムガスは外部からも供給されるので連続的にガスを液化
することができる。
ムを連続して液化する。 【構成】 液体ヘリウム槽１０，１２内には磁性体１、
超伝導マグネット９があり、コンプレッサ２１でヘリウ
ムガスループ２０よりヘリウムガスが連続的に供給さ
れ、熱交換器２２，２３，２４、第１，２段寒冷ヘッド
１５，４で、更に、ＪＴバルブ２５で一部冷却され、液
体ヘリウム槽１２に入る。ヘリウムガスはバルブ２６，
２７で切換えて熱交換器２８に入り、磁性体１で発生し
た熱を交換し、排熱する。バルブ２６，２７により熱交
換器２８にガスを停止させ、低温になった磁性体１でヘ
リウム槽１２内のガスを凝縮し、蒸発ガスの一部はバル
ブ３０によりヘリウムガスループ２０に戻され、ヘリウ
ムガスは外部からも供給されるので連続的にガスを液化
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は連続的にヘリウムを液化
することができるヘリウム液化用磁気冷凍装置に関す
る。
することができるヘリウム液化用磁気冷凍装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２は従来の磁気冷凍を用いたヘリウム
（Ｈｅ）液化装置の一例を断面図で示したものである。
本従来例のような装置は例えば文献（T.Numazawa et a
l., ANALYSIS OF A MAGNETIC REFRIGERATOR OPERATING
TEMPERATURE BETWEEN 1OK AND 1.4K, Proc. 6th Int. C
ryocooler Conf. Vol II, p, 199,1990) などに記述さ
れている。
（Ｈｅ）液化装置の一例を断面図で示したものである。
本従来例のような装置は例えば文献（T.Numazawa et a
l., ANALYSIS OF A MAGNETIC REFRIGERATOR OPERATING
TEMPERATURE BETWEEN 1OK AND 1.4K, Proc. 6th Int. C
ryocooler Conf. Vol II, p, 199,1990) などに記述さ
れている。
【０００３】図において、１は磁性体であり、例えばガ
ドリニウム・ガリウム・ガーネット（Ｇd3Ｇa5Ｏ12）な
どが使用される。２は、例えばＣｕ製などの熱伝導部材
であり、ギフォードマクマホンサイクル（ＧＭサイク
ル）などを利用した蓄冷器式小型冷凍機（以下ＧＭ冷凍
機と呼ぶ）３の第２段寒冷ヘッド４と結合部材５を介し
て熱的に結合されている。更に、ステッピングモータ６
により、ラックアンドピニオンギア７を介して上下方向
に可動可能となっている。この熱伝導部材２は下に移動
して最下点に達したとき、磁性体１とのギャップ８に存
在するヘリウムガスの熱伝導によって磁性体１で発生す
る熱を結合部材５を介して小型冷凍機５の第２段寒冷ヘ
ッド４へ伝え、排熱する。また、熱伝導部材２が上方へ
移動して最上点に達したときは、磁性体１とのギャップ
８が大きくなり、伝熱量はこのギャップ８の大きさに反
比例するため小さくなる。即ち、この時、熱伝導部材２
と磁性体１は熱的に絶縁された状態となる。したがっ
て、ステッピングモータ６を駆動してギャップ８の大き
さを変える事によりヒートスイッチとして働かせること
ができる。
ドリニウム・ガリウム・ガーネット（Ｇd3Ｇa5Ｏ12）な
どが使用される。２は、例えばＣｕ製などの熱伝導部材
であり、ギフォードマクマホンサイクル（ＧＭサイク
ル）などを利用した蓄冷器式小型冷凍機（以下ＧＭ冷凍
機と呼ぶ）３の第２段寒冷ヘッド４と結合部材５を介し
て熱的に結合されている。更に、ステッピングモータ６
により、ラックアンドピニオンギア７を介して上下方向
に可動可能となっている。この熱伝導部材２は下に移動
して最下点に達したとき、磁性体１とのギャップ８に存
在するヘリウムガスの熱伝導によって磁性体１で発生す
る熱を結合部材５を介して小型冷凍機５の第２段寒冷ヘ
ッド４へ伝え、排熱する。また、熱伝導部材２が上方へ
移動して最上点に達したときは、磁性体１とのギャップ
８が大きくなり、伝熱量はこのギャップ８の大きさに反
比例するため小さくなる。即ち、この時、熱伝導部材２
と磁性体１は熱的に絶縁された状態となる。したがっ
て、ステッピングモータ６を駆動してギャップ８の大き
さを変える事によりヒートスイッチとして働かせること
ができる。
【０００４】９は超伝導マグネットであり、液体ヘリウ
ム槽１０に浸漬され、液体ヘリウムにより冷却される。
１１は超伝導マグネット９を支持するためのサポートロ
ッドである。１２は液体ヘリウム槽であり、本液体ヘリ
ウム槽１２内で蒸発したヘリウムガスが磁気冷凍により
冷却液化される。
ム槽１０に浸漬され、液体ヘリウムにより冷却される。
１１は超伝導マグネット９を支持するためのサポートロ
ッドである。１２は液体ヘリウム槽であり、本液体ヘリ
ウム槽１２内で蒸発したヘリウムガスが磁気冷凍により
冷却液化される。
【０００５】１３，１４は輻射熱シールドであり、それ
ぞれ、ＧＭ冷凍機３の第１段寒冷ヘッド１５と第２段寒
冷ヘッド４に、例えば銀ロウ付けなどの伝熱性の良好な
方法で接続され、冷却される。また、１６は真空断熱容
器である。真空断熱容器１６および輻射熱シールド１
３，１４により、真空断熱容器１６の周囲空間から液体
ヘリウム槽１０，１２への侵入熱を低減する構造となっ
ている。なお、１７はＧＭ冷凍機３の冷媒であるＨｅガ
スを圧縮するためのコンプレッサである。
ぞれ、ＧＭ冷凍機３の第１段寒冷ヘッド１５と第２段寒
冷ヘッド４に、例えば銀ロウ付けなどの伝熱性の良好な
方法で接続され、冷却される。また、１６は真空断熱容
器である。真空断熱容器１６および輻射熱シールド１
３，１４により、真空断熱容器１６の周囲空間から液体
ヘリウム槽１０，１２への侵入熱を低減する構造となっ
ている。なお、１７はＧＭ冷凍機３の冷媒であるＨｅガ
スを圧縮するためのコンプレッサである。
【０００６】超伝導マグネット９には図示しない電流供
給リードと電流制御装置および電源が接続されており、
超伝導マグネット９に流れる電流を変化させることによ
り、図３に示すように磁性体１に印加される磁場を変化
させる。
給リードと電流制御装置および電源が接続されており、
超伝導マグネット９に流れる電流を変化させることによ
り、図３に示すように磁性体１に印加される磁場を変化
させる。
【０００７】以下、図３に基づいてカルノー磁気サイク
ルでヘリウム液化させる過程を説明する。まず、（ａ）
において、時間軸のＡからＢまでの間で磁性体１に磁束
密度ＢA からＢB まで磁場を印加すると、（ｂ）図に示
すように磁性体１はこのＡからＢの間で温度ＴA からＴ
B まで上昇し、発熱する。この熱を高温側ヒートスイッ
チをＯＮにする（即ち、ステッピングモータ６を駆動
し、熱伝導部材２を下へ移動させ、磁性体１に近付け、
ギャップ８を狭くする）ことによりＧＭ冷凍機３の第２
段寒冷ヘッド２へ排熱し、（ｂ）に示すきように磁性体
１をＢ点において高温側温度ＴB に維持したまま、磁場
をさらに強くしていき、Ｃ点の磁束密度Ｂ C まで増や
す。
ルでヘリウム液化させる過程を説明する。まず、（ａ）
において、時間軸のＡからＢまでの間で磁性体１に磁束
密度ＢA からＢB まで磁場を印加すると、（ｂ）図に示
すように磁性体１はこのＡからＢの間で温度ＴA からＴ
B まで上昇し、発熱する。この熱を高温側ヒートスイッ
チをＯＮにする（即ち、ステッピングモータ６を駆動
し、熱伝導部材２を下へ移動させ、磁性体１に近付け、
ギャップ８を狭くする）ことによりＧＭ冷凍機３の第２
段寒冷ヘッド２へ排熱し、（ｂ）に示すきように磁性体
１をＢ点において高温側温度ＴB に維持したまま、磁場
をさらに強くしていき、Ｃ点の磁束密度Ｂ C まで増や
す。
【０００８】次に、高温側ヒートスイッチをＯＦＦ（即
ち、ステッピングモータ６を駆動し、熱伝導部材２を上
方へ移動させ、磁性体１から遠ざけ、ギャップ８を広く
する）にして、Ｃ点での磁束密度ＢC をＤ点においてＢ
D まで磁性体１に印加される磁場を減少させる。磁場が
減少すると、磁性体１の温度がＣ点でのＴC からＤ点で
のＴD まで低下する。温度がヘリウムの液化温度に達す
ると液体ヘリウム槽１２内のヘリウムガスが磁性体１の
表面で凝縮、液化する。このとき、ヘリウムガスとの自
然対流熱伝達よりもガスの凝縮による熱伝達の方が十分
に大きいので、磁性体１の温度がヘリウムの液化温度に
達するまでは磁性体１からヘリウムガスへの熱伝達量は
小さく、液化温度に達したあとヘリウムの凝縮が始まる
と熱伝達量が大きくなる。したがって、低温側のヒート
スイッチとして機能する。磁性体１に印加される磁場が
「０」になると、磁性体１表面でのヘリウムの凝縮が無
くなるので、再びヘリウムガスとの自然対流熱伝達とな
り、熱伝達量は激減し、低温側ヒートスイッチをＯＦＦ
にした状態となる。このあと、再度磁性体１に磁場を印
加して、上述と同様のサイクルを繰り返して、液体ヘリ
ウム槽１２内のヘリウムガスをを液化する。
ち、ステッピングモータ６を駆動し、熱伝導部材２を上
方へ移動させ、磁性体１から遠ざけ、ギャップ８を広く
する）にして、Ｃ点での磁束密度ＢC をＤ点においてＢ
D まで磁性体１に印加される磁場を減少させる。磁場が
減少すると、磁性体１の温度がＣ点でのＴC からＤ点で
のＴD まで低下する。温度がヘリウムの液化温度に達す
ると液体ヘリウム槽１２内のヘリウムガスが磁性体１の
表面で凝縮、液化する。このとき、ヘリウムガスとの自
然対流熱伝達よりもガスの凝縮による熱伝達の方が十分
に大きいので、磁性体１の温度がヘリウムの液化温度に
達するまでは磁性体１からヘリウムガスへの熱伝達量は
小さく、液化温度に達したあとヘリウムの凝縮が始まる
と熱伝達量が大きくなる。したがって、低温側のヒート
スイッチとして機能する。磁性体１に印加される磁場が
「０」になると、磁性体１表面でのヘリウムの凝縮が無
くなるので、再びヘリウムガスとの自然対流熱伝達とな
り、熱伝達量は激減し、低温側ヒートスイッチをＯＦＦ
にした状態となる。このあと、再度磁性体１に磁場を印
加して、上述と同様のサイクルを繰り返して、液体ヘリ
ウム槽１２内のヘリウムガスをを液化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気冷凍を用い
たヘリウム液化装置は以上のような構成であるため、液
体ヘリウム槽に貯蔵した液体ヘリウムが蒸発した際の蒸
発ガスの再液化などの用途に限定され、ヘリウムガスを
連続的に循環してヘリウムを液化することが出来ないと
いう問題点があった。
たヘリウム液化装置は以上のような構成であるため、液
体ヘリウム槽に貯蔵した液体ヘリウムが蒸発した際の蒸
発ガスの再液化などの用途に限定され、ヘリウムガスを
連続的に循環してヘリウムを液化することが出来ないと
いう問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、蓄冷器式小型冷凍機と、この冷凍機
の寒冷ヘッドでヘリウムガスを一部冷却し、液体ヘリウ
ムリザーバとの間でヘリウムガスループを構成し、この
ヘリウムガスループにヘリウムガスを循環させる圧縮
機、磁性体が発生する熱を交換する熱交換器、熱交換器
の配管及びバルブを設けてヘリウムガスをヘリウムガス
ループに循環して極性体の磁気冷凍作用で液化する構成
とする。
を解決するために、蓄冷器式小型冷凍機と、この冷凍機
の寒冷ヘッドでヘリウムガスを一部冷却し、液体ヘリウ
ムリザーバとの間でヘリウムガスループを構成し、この
ヘリウムガスループにヘリウムガスを循環させる圧縮
機、磁性体が発生する熱を交換する熱交換器、熱交換器
の配管及びバルブを設けてヘリウムガスをヘリウムガス
ループに循環して極性体の磁気冷凍作用で液化する構成
とする。
【００１１】即ち、本発明は、超伝導マグネットの発生
する磁場空間に設置した磁性体の磁気エンドロピー変化
を利用するヘリウム液化用磁気冷凍装置であって、ギフ
ォードマクマホンサイクルなどを利用した蓄冷器式小型
冷凍機と、該蓄冷器式小型冷凍機の寒冷ヘッドで冷却さ
れ、低温の戻りラインのヘリウムガスと熱交換し、更に
ジュールートムソン膨張弁で断熱膨張する事により一部
液化した飽和状態のヘリウムを発生して液体ヘリウムリ
ザーバに供給すると共に該リザーバから前記低温の戻り
ラインに蒸発したヘリウムガスを戻すヘリウムガスルー
プと、該ヘリウムガスループ中にヘリウムガスを循環さ
せるためのヘリウムガス圧縮機と、前記ヘリウムガスル
ープで低温に冷却された前記飽和状態のヘリウムを通
し、前記磁性体熱交換させる熱交換器と、該熱交換器へ
低温ヘリウムガスを導入するための配管および該熱交換
器への低温ヘリウムガスの同配管への流入を制御するた
めのバルブとを有してなり、前記飽和状態のヘリウム
は、前記液体ヘリウムリザーバに供給された後、該液体
ヘリウムリザーバ内に貯蔵された液体ヘリウムの蒸発ガ
スとともに前記熱交換器により磁性体と熱交換すること
により液化され、該液体ヘリウム内の蒸発ガスの残りの
一部は戻りヘリウムガスとして、前記ヘリウムガスルー
プの戻りラインへ導入することを特徴とするヘリウム液
化用磁気冷凍装置を提供する。
する磁場空間に設置した磁性体の磁気エンドロピー変化
を利用するヘリウム液化用磁気冷凍装置であって、ギフ
ォードマクマホンサイクルなどを利用した蓄冷器式小型
冷凍機と、該蓄冷器式小型冷凍機の寒冷ヘッドで冷却さ
れ、低温の戻りラインのヘリウムガスと熱交換し、更に
ジュールートムソン膨張弁で断熱膨張する事により一部
液化した飽和状態のヘリウムを発生して液体ヘリウムリ
ザーバに供給すると共に該リザーバから前記低温の戻り
ラインに蒸発したヘリウムガスを戻すヘリウムガスルー
プと、該ヘリウムガスループ中にヘリウムガスを循環さ
せるためのヘリウムガス圧縮機と、前記ヘリウムガスル
ープで低温に冷却された前記飽和状態のヘリウムを通
し、前記磁性体熱交換させる熱交換器と、該熱交換器へ
低温ヘリウムガスを導入するための配管および該熱交換
器への低温ヘリウムガスの同配管への流入を制御するた
めのバルブとを有してなり、前記飽和状態のヘリウム
は、前記液体ヘリウムリザーバに供給された後、該液体
ヘリウムリザーバ内に貯蔵された液体ヘリウムの蒸発ガ
スとともに前記熱交換器により磁性体と熱交換すること
により液化され、該液体ヘリウム内の蒸発ガスの残りの
一部は戻りヘリウムガスとして、前記ヘリウムガスルー
プの戻りラインへ導入することを特徴とするヘリウム液
化用磁気冷凍装置を提供する。
【００１２】
【作用】本発明のヘリウム液化用磁気冷凍装置は以上の
ような構成であるため、ヘリウムガスループから寒冷ヘ
ッド、低温戻りラインでヘリウムの液化温度まで、冷却
されたヘリウムガスがヘリウムガス圧縮機により連続的
に液体ヘリウムリザーバに供給される。液体ヘリウムリ
ザーバ内では磁性体と磁性体の熱を排熱するために配管
に設けたバルブを制御して熱交換器を作動させ、磁気冷
凍の働きを利用し、液化温度まで冷却されたヘリウムガ
スおよび液体ヘリウムリザーバ内の蒸発ヘリウムガスが
液化される。また、蒸発ガスの一部は低温戻りラインよ
りヘリウムガスループへ戻り、更に外部からも供給され
るので、これにより、連続的に液体ヘリウムを製造する
ことができる。
ような構成であるため、ヘリウムガスループから寒冷ヘ
ッド、低温戻りラインでヘリウムの液化温度まで、冷却
されたヘリウムガスがヘリウムガス圧縮機により連続的
に液体ヘリウムリザーバに供給される。液体ヘリウムリ
ザーバ内では磁性体と磁性体の熱を排熱するために配管
に設けたバルブを制御して熱交換器を作動させ、磁気冷
凍の働きを利用し、液化温度まで冷却されたヘリウムガ
スおよび液体ヘリウムリザーバ内の蒸発ヘリウムガスが
液化される。また、蒸発ガスの一部は低温戻りラインよ
りヘリウムガスループへ戻り、更に外部からも供給され
るので、これにより、連続的に液体ヘリウムを製造する
ことができる。
【００１３】また、磁気冷凍の高温側で発生する熱は熱
交換器によりヘリウムガスループの低温戻りラインのヘ
リウムガスループを介して、蓄熱式小型冷凍機の寒冷ヘ
ッドへ排熱するので、従来の磁気冷凍装置と比較しても
極端に複雑な構成とする事無く、連続的にヘリウムを液
化する磁気冷凍装置を提供することができる。
交換器によりヘリウムガスループの低温戻りラインのヘ
リウムガスループを介して、蓄熱式小型冷凍機の寒冷ヘ
ッドへ排熱するので、従来の磁気冷凍装置と比較しても
極端に複雑な構成とする事無く、連続的にヘリウムを液
化する磁気冷凍装置を提供することができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係るヘリウム
液化用磁気冷凍装置の断面図である。図において、磁性
体１、ＧＭ冷凍機３、ＧＭ冷凍機３の第２段寒冷ヘッド
４、超伝導マグネット９、液体ヘリウム槽１０，１２
（液体ヘリウムリザーバ）、輻射熱シールド１３，１
４、ＧＭ冷凍機３の第１段寒冷ヘッド１５、真空断熱容
器１６、ＧＭ冷凍機用ヘリウムコンプレッサ１７は図２
に示す従来例と同様であるので説明を省略し、そのまま
引用して説明する。
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係るヘリウム
液化用磁気冷凍装置の断面図である。図において、磁性
体１、ＧＭ冷凍機３、ＧＭ冷凍機３の第２段寒冷ヘッド
４、超伝導マグネット９、液体ヘリウム槽１０，１２
（液体ヘリウムリザーバ）、輻射熱シールド１３，１
４、ＧＭ冷凍機３の第１段寒冷ヘッド１５、真空断熱容
器１６、ＧＭ冷凍機用ヘリウムコンプレッサ１７は図２
に示す従来例と同様であるので説明を省略し、そのまま
引用して説明する。
【００１５】２０はヘリウムガスループであり、コンプ
レッサ２１で圧縮されたヘリウムガスは熱交換器２２，
２３，２４で戻りヘリウムガスと熱交換し、さらにＧＭ
冷凍機３の第１段寒冷ヘッド１５、第２段寒冷ヘッド４
との熱交換により冷却され、ジュールートムソンバルブ
（ＪＴバルブ）２５で断熱膨張し、一部液化して、液体
ヘリウム槽１２へ供給される。一方ヘリウムガスループ
２０で冷却されたヘリウムガスは、バルブ２６およびバ
ルブ２７の操作により、磁性体１との熱交換器２８に導
入される構成となっており、磁性体１で発生した熱を排
熱する。
レッサ２１で圧縮されたヘリウムガスは熱交換器２２，
２３，２４で戻りヘリウムガスと熱交換し、さらにＧＭ
冷凍機３の第１段寒冷ヘッド１５、第２段寒冷ヘッド４
との熱交換により冷却され、ジュールートムソンバルブ
（ＪＴバルブ）２５で断熱膨張し、一部液化して、液体
ヘリウム槽１２へ供給される。一方ヘリウムガスループ
２０で冷却されたヘリウムガスは、バルブ２６およびバ
ルブ２７の操作により、磁性体１との熱交換器２８に導
入される構成となっており、磁性体１で発生した熱を排
熱する。
【００１６】従来例と同様に、超伝導マグネット９によ
り、磁性体１に印加される磁場の大きさが大きくなるに
したがって、磁性体１には熱が発生するので、バルブ２
６を閉、バルブ２７を開にして、ヘリウムガスループを
分岐して熱交換器２８に低温ヘリウムガスを導入すると
磁性体１に発生した熱は低温のヘリウムガスを介して排
熱される。即ち、高温側ヒートスイッチをＯＮにしたと
同じ効果が得られる。
り、磁性体１に印加される磁場の大きさが大きくなるに
したがって、磁性体１には熱が発生するので、バルブ２
６を閉、バルブ２７を開にして、ヘリウムガスループを
分岐して熱交換器２８に低温ヘリウムガスを導入すると
磁性体１に発生した熱は低温のヘリウムガスを介して排
熱される。即ち、高温側ヒートスイッチをＯＮにしたと
同じ効果が得られる。
【００１７】また、磁性体１に印加される磁場の大きさ
を減少させると磁性体１の温度は次第に低下する。この
ときバルブ２６を開、バルブ２７を閉にして、熱交換器
２８へのヘリウムガス導入を停止すると高温側ヒートス
イッチはＯＦＦとなり、ＪＴバルブ２５で断熱膨張し、
一部液化したヘリウムは、液体ヘリウム槽１２へ導入さ
れる。磁場の大きさが十分小さくなり、磁性体１の温度
がヘリウムの液化温度まで下がると、磁性体１の表面
で、ヘリウムガスが凝縮、液化する。
を減少させると磁性体１の温度は次第に低下する。この
ときバルブ２６を開、バルブ２７を閉にして、熱交換器
２８へのヘリウムガス導入を停止すると高温側ヒートス
イッチはＯＦＦとなり、ＪＴバルブ２５で断熱膨張し、
一部液化したヘリウムは、液体ヘリウム槽１２へ導入さ
れる。磁場の大きさが十分小さくなり、磁性体１の温度
がヘリウムの液化温度まで下がると、磁性体１の表面
で、ヘリウムガスが凝縮、液化する。
【００１８】液化したヘリウムは、トランスファチュー
ブ２９により液化装置の外部へ取り出される。また、液
体ヘリウム槽１２内のヘリウムガスの一部はバルブ３０
を調整することによりヘリウムガスループ２０に戻さ
れ、コンプレッサ２１から供給される高圧ヘリウムガス
を冷却しながら、コンプレッサ２１に戻る。ヘリウムガ
スループ２０へは図示しないヘリウムガス貯槽などか
ら、連続的にヘリウムガスを供給する。
ブ２９により液化装置の外部へ取り出される。また、液
体ヘリウム槽１２内のヘリウムガスの一部はバルブ３０
を調整することによりヘリウムガスループ２０に戻さ
れ、コンプレッサ２１から供給される高圧ヘリウムガス
を冷却しながら、コンプレッサ２１に戻る。ヘリウムガ
スループ２０へは図示しないヘリウムガス貯槽などか
ら、連続的にヘリウムガスを供給する。
【００１９】本実施例のヘリウム液化用磁気冷凍装置は
以上のような構成であるため、ヘリウムガスループ２０
から熱交換器２２，２３，２４で一部冷却されたヘリウ
ムガスがＪＴバルブ２５を経由してヘリウムの液化温度
まで冷却され、コンプレッサ２１で連続的に液体ヘリウ
ム槽（液体ヘリウムリザーバ）１２に供給され、液体ヘ
リウムリザーバ１２内では磁性体１とその熱を排熱する
熱交換器２８とで磁気冷凍の働きにより該液化温度まで
冷却されたヘリウムガスおよび液体ヘリウムリザーバ１
２内の蒸発ヘリウムガスが液化される。また、蒸発ガス
の一部はバルブ３０を制御し、ヘリウムガスループ２０
に戻され、更に外部からも連続して供給されることによ
り、連続的に液体ヘリウムを製造することができる。
以上のような構成であるため、ヘリウムガスループ２０
から熱交換器２２，２３，２４で一部冷却されたヘリウ
ムガスがＪＴバルブ２５を経由してヘリウムの液化温度
まで冷却され、コンプレッサ２１で連続的に液体ヘリウ
ム槽（液体ヘリウムリザーバ）１２に供給され、液体ヘ
リウムリザーバ１２内では磁性体１とその熱を排熱する
熱交換器２８とで磁気冷凍の働きにより該液化温度まで
冷却されたヘリウムガスおよび液体ヘリウムリザーバ１
２内の蒸発ヘリウムガスが液化される。また、蒸発ガス
の一部はバルブ３０を制御し、ヘリウムガスループ２０
に戻され、更に外部からも連続して供給されることによ
り、連続的に液体ヘリウムを製造することができる。
【００２０】また、磁気冷凍の高温側で発生する熱は該
ヘリウムガスループ２０の低温ヘリウムガスループを介
して、ＧＭ冷凍機３の第１段及び第２段寒冷ヘッド１
５，４へ排熱するので、従来の磁気冷凍装置と比較して
も極端に複雑な構成とする事無く、連続的にヘリウムを
液化する磁気冷凍装置を提供することができる。
ヘリウムガスループ２０の低温ヘリウムガスループを介
して、ＧＭ冷凍機３の第１段及び第２段寒冷ヘッド１
５，４へ排熱するので、従来の磁気冷凍装置と比較して
も極端に複雑な構成とする事無く、連続的にヘリウムを
液化する磁気冷凍装置を提供することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように本発明
は、蓄冷器式小型冷凍機と、この冷凍機の寒冷ヘッドで
ヘリウムガスを一部冷却し、液体ヘリウムリザーバとの
間でヘリウムガスループを構成し、このヘリウムガスル
ープにヘリウムガスを循環させる圧縮機、磁性体が発生
する熱を交換する熱交換器、熱交換器の配管及びバルブ
を設けてヘリウムガスループに循環して磁性体の磁気冷
凍作用で液化する構成としたもので、従来の装置に比
べ、装置を複雑化すること無く連続的にヘリウムを液化
する事ができるため、安価で、コンパクトなヘリウム液
化装置を提供できるという効果がある。
は、蓄冷器式小型冷凍機と、この冷凍機の寒冷ヘッドで
ヘリウムガスを一部冷却し、液体ヘリウムリザーバとの
間でヘリウムガスループを構成し、このヘリウムガスル
ープにヘリウムガスを循環させる圧縮機、磁性体が発生
する熱を交換する熱交換器、熱交換器の配管及びバルブ
を設けてヘリウムガスループに循環して磁性体の磁気冷
凍作用で液化する構成としたもので、従来の装置に比
べ、装置を複雑化すること無く連続的にヘリウムを液化
する事ができるため、安価で、コンパクトなヘリウム液
化装置を提供できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例に係るヘリウム液化用磁気冷
凍装置の断面図である。
凍装置の断面図である。
【図２】従来のヘリウム液化用磁気冷凍装置の断面図で
ある。
ある。
【図３】磁気冷凍における一般的な磁性体の磁場と温度
の時間的変化を示した図である。
の時間的変化を示した図である。
１ 磁性体 ３ ＧＭ冷凍機 ４ 第２段寒冷ヘッド ９ 超伝導マグネット １０，１２ 液体ヘリウム槽 １３，１４ 輻射熱シールド １５ 第１段寒冷ヘッド １６ 真空断熱槽 ２０ ヘリウムガスループ ２１ ヘリウムガスループ用コンプレッ
サ ２２，２３，２４ 熱交換器 ２５ ＪＴバルブ ２６，２７ バルブ ２８ 熱交換器 ３０ バルブ
サ ２２，２３，２４ 熱交換器 ２５ ＪＴバルブ ２６，２７ バルブ ２８ 熱交換器 ３０ バルブ
Claims (1)
- 【請求項１】 超伝導マグネットの発生する磁場空間に
設置した磁性体の磁気エントロピー変化を利用するヘリ
ウム液化用磁気冷凍装置であって、ギフォードマクマホ
ンサイクルなどを利用した蓄冷器式小型冷凍機と、該蓄
冷器式小型冷凍機の寒冷ヘッドで冷却され、低温の戻り
ラインのヘリウムガスと熱交換し、更にジュールートム
ソン膨張弁で断熱膨張する事により一部液化した飽和状
態のヘリウムを発生して液体ヘリウムリザーバに供給す
ると共に該リザーバから前記低温の戻りラインに蒸発し
たヘリウムガスを戻すヘリウムガスループと、該ヘリウ
ムガスループ中にヘリウムガスを循環させるためのヘリ
ウムガス圧縮機と、前記ヘリウムガスループで低温に冷
却された前記飽和状態のヘリウムを通し、前記磁性体と
熱交換させる熱交換器と、該熱交換器へ低温ヘリウムガ
スを導入するための配管および該熱交換器への低温ヘリ
ウムガスの同配管への流入を制御するためのバルブとを
有してなり、前記飽和状態のヘリウムは、前記液体ヘリ
ウムリザーバに供給された後、該液体ヘリウムリザーバ
内に貯蔵された液体ヘリウムの蒸発ガスとともに前記熱
交換器により磁性体と熱交換することにより液化され、
該液体ヘリウム内の蒸発ガスの残りの一部は戻りヘリウ
ムガスとして、前記ヘリウムガスループの戻りラインへ
導入することを特徴とするヘリウム液化用磁気冷凍装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289583A JPH08145487A (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | ヘリウム液化用磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289583A JPH08145487A (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | ヘリウム液化用磁気冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145487A true JPH08145487A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17745118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6289583A Withdrawn JPH08145487A (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | ヘリウム液化用磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08145487A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102901307A (zh) * | 2012-10-16 | 2013-01-30 | 福建安井食品股份有限公司 | 速冻机制冷装置 |
-
1994
- 1994-11-24 JP JP6289583A patent/JPH08145487A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102901307A (zh) * | 2012-10-16 | 2013-01-30 | 福建安井食品股份有限公司 | 速冻机制冷装置 |
| CN102901307B (zh) * | 2012-10-16 | 2016-04-27 | 福建安井食品股份有限公司 | 速冻机制冷装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020205 |