JPH08210713A - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
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- JPH08210713A JPH08210713A JP5159565A JP15956593A JPH08210713A JP H08210713 A JPH08210713 A JP H08210713A JP 5159565 A JP5159565 A JP 5159565A JP 15956593 A JP15956593 A JP 15956593A JP H08210713 A JPH08210713 A JP H08210713A
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- 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
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- F25B2321/0021—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
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- 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]
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 蓄冷器を用いた極低温冷凍機に関し、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を目的とする。 【構成】 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。
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を目的とする。 【構成】 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。
Description
【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。
特に蓄冷器を用いた極低温冷凍機に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
システムが簡単化でき、製造コストが低減する。
【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。
す概略断面図である。
【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。
の概略断面図である。
【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。
器部分を示す概略側面図である。
【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。
するための概念図である。
【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。
を示す概略断面図である。
【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。
断面図である。
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
Claims (5)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 前記磁場印加手段が、回転部材（１３）
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。 - 【請求項３】 前記回転部材が駆動軸（２１）と駆動軸
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。 - 【請求項４】 前記磁性蓄冷材は相転移温度の異なる磁
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。 - 【請求項５】 前記磁性蓄冷器の高温側にも膨張機
（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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159565A JP2818099B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 極低温冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159565A JP2818099B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 極低温冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08210713A true JPH08210713A (ja) | 1996-08-20 |
| JP2818099B2 JP2818099B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=15696511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159565A Expired - Fee Related JP2818099B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 極低温冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2818099B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004003441A1 (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Duksung Co., Ltd. | Cryovessel with gifford-mcmahon cryocooler and control method therefor |
| JP2007155237A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Toshiba Corp | 熱輸送装置 |
| RU198143U1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для компенсации магнитных сил, действующих на регенератор |
| CN112594967A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-02 | 珠海格力电器股份有限公司 | 复合制冷系统及其控制方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6946941B2 (en) * | 2003-08-29 | 2005-09-20 | Astronautics Corporation Of America | Permanent magnet assembly |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5159565A patent/JP2818099B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| WO2004003441A1 (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Duksung Co., Ltd. | Cryovessel with gifford-mcmahon cryocooler and control method therefor |
| JP2007155237A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Toshiba Corp | 熱輸送装置 |
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| CN112594967A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-02 | 珠海格力电器股份有限公司 | 复合制冷系统及其控制方法 |
| CN112594967B (zh) * | 2020-12-25 | 2024-05-03 | 珠海格力电器股份有限公司 | 复合制冷系统及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2818099B2 (ja) | 1998-10-30 |
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