JPH08278066A - 磁気冷凍機 - Google Patents
磁気冷凍機Info
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- JPH08278066A JPH08278066A JP7080270A JP8027095A JPH08278066A JP H08278066 A JPH08278066 A JP H08278066A JP 7080270 A JP7080270 A JP 7080270A JP 8027095 A JP8027095 A JP 8027095A JP H08278066 A JPH08278066 A JP H08278066A
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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
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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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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 極低温流体の液化に用いられる磁気冷凍機に
関し、補助冷凍機を用いずに小型化を可能とする。 【構成】 断熱真空容器１内には液体窒素４の入った液
体窒素槽３があり、超伝導マグネット３３，３４，３
５、熱スイッチ４４が配置される。容器４８には磁性体
３６，３７，３８，３９、熱スイッチ４５，４６，４７
及び非磁性体４０，４１，４２が接続され、ステッピン
グモータ１４のロッド４３に接続している。磁性体は磁
界中にあるときは発熱し、磁界を受けないと寒冷を発す
る。熱スイッチは磁界を受けるとＯＦＦ、磁界がないと
ＯＮとなり磁性体３９で吸熱した熱を熱スイッチ４５〜
４７、非磁性体４０〜４２を伝導して磁性体３６から排
熱スイッチ４４へ排熱するので補助冷凍機を不要とす
る。
関し、補助冷凍機を用いずに小型化を可能とする。 【構成】 断熱真空容器１内には液体窒素４の入った液
体窒素槽３があり、超伝導マグネット３３，３４，３
５、熱スイッチ４４が配置される。容器４８には磁性体
３６，３７，３８，３９、熱スイッチ４５，４６，４７
及び非磁性体４０，４１，４２が接続され、ステッピン
グモータ１４のロッド４３に接続している。磁性体は磁
界中にあるときは発熱し、磁界を受けないと寒冷を発す
る。熱スイッチは磁界を受けるとＯＦＦ、磁界がないと
ＯＮとなり磁性体３９で吸熱した熱を熱スイッチ４５〜
４７、非磁性体４０〜４２を伝導して磁性体３６から排
熱スイッチ４４へ排熱するので補助冷凍機を不要とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は極低温流体の液化に適用
される磁気冷凍機に関する。
される磁気冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は排熱用熱スイッチとしてＧ−Ｍ
（ギフォード・マクマホン）冷凍機に接続された機械的
熱スイッチを用いた従来の磁気冷凍機の断面図である。
図において１は侵入熱を低減するための断熱真空容器、
２は断熱真空容器１のフランジ部である。３は常温から
の輻射熱をシールドするための液体窒素槽、４は液体窒
素、５は液体窒素４の供給管、６は蒸発した液体窒素４
の逃気管である。
（ギフォード・マクマホン）冷凍機に接続された機械的
熱スイッチを用いた従来の磁気冷凍機の断面図である。
図において１は侵入熱を低減するための断熱真空容器、
２は断熱真空容器１のフランジ部である。３は常温から
の輻射熱をシールドするための液体窒素槽、４は液体窒
素、５は液体窒素４の供給管、６は蒸発した液体窒素４
の逃気管である。
【０００３】７はＧＭ冷凍機の第一段寒冷発生部で、８
は第一段寒冷発生部７に取り付けられた、液体窒素槽３
からの輻射侵入熱を抑制するためのシールド板である。
は第一段寒冷発生部７に取り付けられた、液体窒素槽３
からの輻射侵入熱を抑制するためのシールド板である。
【０００４】９はＧＭ冷凍機の第二段寒冷発生部、１０
は第二寒冷発生部９と熱スイッチの銅の部分１１とを熱
的に結合させるための銅のブロック、１２は超伝導マグ
ネット１３の磁場をパルス的に運転した時に発生するジ
ュール発熱の影響を少なくするために用いられる絶縁物
で、磁気冷凍サイクルの温度範囲で熱伝導率の大きい水
晶などを用いる。
は第二寒冷発生部９と熱スイッチの銅の部分１１とを熱
的に結合させるための銅のブロック、１２は超伝導マグ
ネット１３の磁場をパルス的に運転した時に発生するジ
ュール発熱の影響を少なくするために用いられる絶縁物
で、磁気冷凍サイクルの温度範囲で熱伝導率の大きい水
晶などを用いる。
【０００５】１４は上下動機構を含んだステッピングモ
ータ、１５はステッピングモータ１４を支持するための
台、１６は熱スイッチ部１１，１２とステッピングモー
タ１４とを結ぶロッドである。
ータ、１５はステッピングモータ１４を支持するための
台、１６は熱スイッチ部１１，１２とステッピングモー
タ１４とを結ぶロッドである。
【０００６】１７は熱スイッチ１１，１２がステッピン
グモータにより上下動するときにも、銅のブロック１０
と熱的な接触を保つための、容易に変形の可能な銅製の
鋼、１８は熱スイッチを収める容器であり、ヘリウムガ
ス１９で満たされている。２０は磁性体で、例えば再液
化しようとする極低温流体２１が水素などの場合はＧＧ
Ｇ（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12、ガドリニウム、ガリウム、ガー
ネット）等がある。
グモータにより上下動するときにも、銅のブロック１０
と熱的な接触を保つための、容易に変形の可能な銅製の
鋼、１８は熱スイッチを収める容器であり、ヘリウムガ
ス１９で満たされている。２０は磁性体で、例えば再液
化しようとする極低温流体２１が水素などの場合はＧＧ
Ｇ（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12、ガドリニウム、ガリウム、ガー
ネット）等がある。
【０００７】２２はシール、２３は磁性体２０を押え、
シール２２に必要な圧力を供給するためのバネ、２４は
バネの力を受け止めるためのフランジである。２５は再
液化用極低温流体２１を収めるための容器、２６は磁性
体２０を収めるための容器で、２７は０．５mm程度の容
器２６と磁性体２０間のギャップである。
シール２２に必要な圧力を供給するためのバネ、２４は
バネの力を受け止めるためのフランジである。２５は再
液化用極低温流体２１を収めるための容器、２６は磁性
体２０を収めるための容器で、２７は０．５mm程度の容
器２６と磁性体２０間のギャップである。
【０００８】２８は超伝導マグネット１３を冷却するた
めの液体ヘリウム、２９は液体ヘリウム容器、３０は液
体ヘリウム２８の注入管、３１は蒸発した液体ヘリウム
２８の逃気管である。
めの液体ヘリウム、２９は液体ヘリウム容器、３０は液
体ヘリウム２８の注入管、３１は蒸発した液体ヘリウム
２８の逃気管である。
【０００９】かかる構成の磁気冷凍機において、ステッ
ピングモータ１４により磁性体２０と熱スイッチ１１，
１２が接触しない状態で超伝導マグネット１３により磁
場が印加されると磁性体２０の温度は上昇する（断熱励
磁過程）。
ピングモータ１４により磁性体２０と熱スイッチ１１，
１２が接触しない状態で超伝導マグネット１３により磁
場が印加されると磁性体２０の温度は上昇する（断熱励
磁過程）。
【００１０】ある温度まで磁性体２０の温度が上昇する
と、ステッピングモータ１４により、熱スイッチ１１，
１２が下降し、磁性体２０と接触した状態で、磁性体２
０に印加される磁場を増加させる。このとき磁性体２０
は温度一定のままで、熱スイッチ１１，１２に熱を放出
する（等温磁化過程）。
と、ステッピングモータ１４により、熱スイッチ１１，
１２が下降し、磁性体２０と接触した状態で、磁性体２
０に印加される磁場を増加させる。このとき磁性体２０
は温度一定のままで、熱スイッチ１１，１２に熱を放出
する（等温磁化過程）。
【００１１】次にステッピングモータ１４により、熱ス
イッチ１１，１２を上昇させ、磁性体２０から離した状
態で磁場を減少させる。このとき磁性体２０の温度は低
下する（断熱消磁過程）。
イッチ１１，１２を上昇させ、磁性体２０から離した状
態で磁場を減少させる。このとき磁性体２０の温度は低
下する（断熱消磁過程）。
【００１２】さらに、磁場を減少させ、極低温流体２１
の沸点まで磁性体２０の温度が低下すると、極低温流体
２１はギャップ２７において液化される（等温消磁過
程）。
の沸点まで磁性体２０の温度が低下すると、極低温流体
２１はギャップ２７において液化される（等温消磁過
程）。
【００１３】以上のようなサイクルを繰り返すことによ
り、磁気冷凍機は間欠的に低温を発生することができ
る。
り、磁気冷凍機は間欠的に低温を発生することができ
る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の磁気冷凍
機には解決すべき次の課題があった。即ち従来の磁気冷
凍機ではガスによる冷凍サイクルを用いた補助冷凍機
（例えばＧ−Ｍ冷凍機）を用いるため装置全体が小型化
できなかった。
機には解決すべき次の課題があった。即ち従来の磁気冷
凍機ではガスによる冷凍サイクルを用いた補助冷凍機
（例えばＧ−Ｍ冷凍機）を用いるため装置全体が小型化
できなかった。
【００１５】本発明はこのような課題を解決するために
従来のように補助冷凍機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）を用い
ることなく小型化が可能な磁気冷凍機を提供することを
目的としている。
従来のように補助冷凍機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）を用い
ることなく小型化が可能な磁気冷凍機を提供することを
目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、磁
気冷凍機において、異なる温度領域において大きな磁気
熱量効果を有する複数の磁性体を熱スイッチ、例えばベ
リリウム単結晶と非磁性体、例えばＳｉＯ2 の単結晶で
接続してピストンを構成し、セラミックス系の高温超伝
導材を用いた超伝導マグネットを液体窒素槽内の窒素で
冷却する構成とする。
気冷凍機において、異なる温度領域において大きな磁気
熱量効果を有する複数の磁性体を熱スイッチ、例えばベ
リリウム単結晶と非磁性体、例えばＳｉＯ2 の単結晶で
接続してピストンを構成し、セラミックス系の高温超伝
導材を用いた超伝導マグネットを液体窒素槽内の窒素で
冷却する構成とする。
【００１７】即ち、本発明は、液体水素等の極低温流体
を液化するための容器、同容器の周囲に配置した超伝導
マグネット、前記容器内で前記超伝導マグネットの磁界
で熱を吸、排熱する磁性体及び液体窒素槽に浸され、前
記磁性体からの熱を外部に排熱する排熱スイッチで構成
される磁気冷凍機において、前記磁性体はそれぞれ異な
る温度領域で大きな磁気熱量効果を有する複数の磁性体
を配列し、同各磁性体は熱伝導率の磁界依存性を利用し
た熱スイッチ及びこれに接する低温で熱伝導のよい非磁
性体を介してそれぞれ接続してピストンを構成し、前記
超伝導マグネットはセラミックス系の高温超伝導材を用
い、前記液体窒素槽内の窒素で冷却されてなり、前記ピ
ストンの駆動により前記磁性体で吸、排熱を行うと共に
前記熱スイッチで熱を順次前記非磁性体と磁性体に伝導
せしめ、前記排熱スイッチで排熱することを特徴とする
磁気冷凍機を提供する。
を液化するための容器、同容器の周囲に配置した超伝導
マグネット、前記容器内で前記超伝導マグネットの磁界
で熱を吸、排熱する磁性体及び液体窒素槽に浸され、前
記磁性体からの熱を外部に排熱する排熱スイッチで構成
される磁気冷凍機において、前記磁性体はそれぞれ異な
る温度領域で大きな磁気熱量効果を有する複数の磁性体
を配列し、同各磁性体は熱伝導率の磁界依存性を利用し
た熱スイッチ及びこれに接する低温で熱伝導のよい非磁
性体を介してそれぞれ接続してピストンを構成し、前記
超伝導マグネットはセラミックス系の高温超伝導材を用
い、前記液体窒素槽内の窒素で冷却されてなり、前記ピ
ストンの駆動により前記磁性体で吸、排熱を行うと共に
前記熱スイッチで熱を順次前記非磁性体と磁性体に伝導
せしめ、前記排熱スイッチで排熱することを特徴とする
磁気冷凍機を提供する。
【００１８】
【作用】本発明はこのような手段により、異なる温度領
域において大きな磁気熱量効果を示す複数の磁性体を、
熱伝導率の磁界依存性を利用した熱スイッチ、例えば、
ベリリウム単結晶、と低温で熱伝導率のよい非磁性体例
えば、ＳｉＯ2 単結晶で結合し、ピストン状にする。こ
れらの磁気冷凍サイクルにおいて、結合されたピストン
状の磁性体のうち隣接する磁性体は超伝導マグネットの
発生する磁界の作用で交互に吸熱、排熱を繰り返すの
で、一方の磁性体の排熱過程とそれより高温の磁気冷凍
サイクルで動く磁性体の吸熱過程を組み合わせることが
できる。即ち、ピストンを駆動し、磁性体に超伝導マグ
ネットが発生する磁界を作用させると、磁性体は発熱
し、この過程ではその磁性体の高温側の熱スイッチは磁
界の外にあり、熱伝導がＯＮ状態となって良好となるの
で発熱を高温側の磁性体に伝え、高温側の磁性体がこの
熱を次のサイクルで排熱することになる。
域において大きな磁気熱量効果を示す複数の磁性体を、
熱伝導率の磁界依存性を利用した熱スイッチ、例えば、
ベリリウム単結晶、と低温で熱伝導率のよい非磁性体例
えば、ＳｉＯ2 単結晶で結合し、ピストン状にする。こ
れらの磁気冷凍サイクルにおいて、結合されたピストン
状の磁性体のうち隣接する磁性体は超伝導マグネットの
発生する磁界の作用で交互に吸熱、排熱を繰り返すの
で、一方の磁性体の排熱過程とそれより高温の磁気冷凍
サイクルで動く磁性体の吸熱過程を組み合わせることが
できる。即ち、ピストンを駆動し、磁性体に超伝導マグ
ネットが発生する磁界を作用させると、磁性体は発熱
し、この過程ではその磁性体の高温側の熱スイッチは磁
界の外にあり、熱伝導がＯＮ状態となって良好となるの
で発熱を高温側の磁性体に伝え、高温側の磁性体がこの
熱を次のサイクルで排熱することになる。
【００１９】このように複数の磁性体の磁気冷凍サイク
ルの吸熱過程と排熱過程を組み合わせることで熱を順次
伝導せしめ、最も高温側の磁性体の排熱には液体窒素槽
に浸された排熱スイッチを用いることが可能となるの
で、従来のように熱を伝導し、外部に排熱する補助冷凍
機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）が不要となり冷凍機全体が小
型化できる。
ルの吸熱過程と排熱過程を組み合わせることで熱を順次
伝導せしめ、最も高温側の磁性体の排熱には液体窒素槽
に浸された排熱スイッチを用いることが可能となるの
で、従来のように熱を伝導し、外部に排熱する補助冷凍
機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）が不要となり冷凍機全体が小
型化できる。
【００２０】
【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磁気冷凍
機の断面図である。図において、図５に示す従来例と同
一の構成部材には同一符号を付し、詳しい説明は省略し
てそのまま引用して説明する。符号１乃至６は従来例と
同じく、ステッピングモータ１４、これを支持する台１
５が上部に設けられ、再液化用極低温流体２１を収める
ための容器２５が内部に設けられる構成は図５の従来例
と同じである。以下、本発明の特徴部分について詳しく
説明する。
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る磁気冷凍
機の断面図である。図において、図５に示す従来例と同
一の構成部材には同一符号を付し、詳しい説明は省略し
てそのまま引用して説明する。符号１乃至６は従来例と
同じく、ステッピングモータ１４、これを支持する台１
５が上部に設けられ、再液化用極低温流体２１を収める
ための容器２５が内部に設けられる構成は図５の従来例
と同じである。以下、本発明の特徴部分について詳しく
説明する。
【００２１】図において、３３，３４，３５は絶対温度
９０Ｋ（−１８３℃）付近で超伝導となるセラミックス
系の高温超伝導材を利用した超伝導マグネットであり、
液体窒素４によって冷却し、運転可能である。
９０Ｋ（−１８３℃）付近で超伝導となるセラミックス
系の高温超伝導材を利用した超伝導マグネットであり、
液体窒素４によって冷却し、運転可能である。
【００２２】３６，３７，３８，３９はそれぞれ磁気熱
量効果の大きくなる温度レベルの異なる磁性体で、例え
ば図２に示したようにＲＡｌ2 系（Ｒは希土類金属）の
磁性体を用いる。なお、図２は希土類系のアルミニウム
合金の磁気比熱変化を示すもので、図中のΔＳｍは印加
磁場を０から５テスラまで変化させたときの磁性体の磁
気エントロピーの変化である。
量効果の大きくなる温度レベルの異なる磁性体で、例え
ば図２に示したようにＲＡｌ2 系（Ｒは希土類金属）の
磁性体を用いる。なお、図２は希土類系のアルミニウム
合金の磁気比熱変化を示すもので、図中のΔＳｍは印加
磁場を０から５テスラまで変化させたときの磁性体の磁
気エントロピーの変化である。
【００２３】４０，４１，４２は磁性体３６，３７，３
８，３９を熱的に結合するためのもので、ステッピング
モータ１４に接続されたロッド４３により、超伝導マグ
ネット３３，３４，３５の磁場空間から離れるときに誘
導される渦電流によるジュール発熱を避けるために、低
温で熱伝導のよい非磁性体（例えばＳｉＯ2 の単結晶）
を用いる。
８，３９を熱的に結合するためのもので、ステッピング
モータ１４に接続されたロッド４３により、超伝導マグ
ネット３３，３４，３５の磁場空間から離れるときに誘
導される渦電流によるジュール発熱を避けるために、低
温で熱伝導のよい非磁性体（例えばＳｉＯ2 の単結晶）
を用いる。
【００２４】４４は液体窒素４に浸された排熱スイッチ
で（例えば熱伝導のよい銅のブロックを用いる。）最も
上部に設置された磁性体３６と接触し、排熱を行う。
で（例えば熱伝導のよい銅のブロックを用いる。）最も
上部に設置された磁性体３６と接触し、排熱を行う。
【００２５】４５，４６，４７は熱スイッチで例えば図
３に示したベリリウム単結晶の熱伝導率の磁界依存性を
利用する。図３はベリリウム単結晶の熱伝導率の磁界依
存性を示すもので、磁界が０に近づくに従って熱伝導率
は大きくなり、磁界が大きくなるに従い、熱伝導率は小
さくなる特性を示し、更に、この効果は結晶の温度にも
依存するものである。このベリリウム単結晶を用いた熱
スイッチ４５，４６，４７は超伝導マグネット３３，３
４，３５の磁場空間中では前述のように磁界が大となっ
ているので熱伝導はＯＦＦの状態になり、磁場空間を離
れると磁界が小さくなるのでＯＮの状態になるものであ
る。
３に示したベリリウム単結晶の熱伝導率の磁界依存性を
利用する。図３はベリリウム単結晶の熱伝導率の磁界依
存性を示すもので、磁界が０に近づくに従って熱伝導率
は大きくなり、磁界が大きくなるに従い、熱伝導率は小
さくなる特性を示し、更に、この効果は結晶の温度にも
依存するものである。このベリリウム単結晶を用いた熱
スイッチ４５，４６，４７は超伝導マグネット３３，３
４，３５の磁場空間中では前述のように磁界が大となっ
ているので熱伝導はＯＦＦの状態になり、磁場空間を離
れると磁界が小さくなるのでＯＮの状態になるものであ
る。
【００２６】４８は上記の磁性体３６，３７，３８，３
９、非磁性体４０，４１，４２、熱スイッチ４５，４
６，４７で構成されたピストンを収める容器、４９は極
低温流体（例えば液体水素）を再凝縮させるためのギャ
ップで、０．５mm程度の大きさを持つ。
９、非磁性体４０，４１，４２、熱スイッチ４５，４
６，４７で構成されたピストンを収める容器、４９は極
低温流体（例えば液体水素）を再凝縮させるためのギャ
ップで、０．５mm程度の大きさを持つ。
【００２７】このような構成の磁気冷凍機において、補
助冷凍機を用いずに、極低温流体２１の温度レベルで寒
冷発生が可能となる原理について図４に基づいて説明す
る。なお、磁性体、熱スイッチの符号は図１のものと一
致し、又、図４の中の矢印の向きは熱の流れの向きを示
している。
助冷凍機を用いずに、極低温流体２１の温度レベルで寒
冷発生が可能となる原理について図４に基づいて説明す
る。なお、磁性体、熱スイッチの符号は図１のものと一
致し、又、図４の中の矢印の向きは熱の流れの向きを示
している。
【００２８】磁性体３６，３７，３８，３９、非磁性体
４０，４１，４２及び熱スイッチ４５，４６，４７で構
成されたピストンがステッピングモータ１４に接続され
たロッド４３により（ａ）の状態から（ｂ）の状態にな
ると、磁性体３７と３９は超伝導マグネット３４、３３
でそれぞれ磁場が印加された状態となり、磁性体３６と
３８は磁場が印加されない状態となる。この（ｂ）の状
態においては、磁気熱量効果により磁性体３７，３９は
発熱し、磁性体３６，３８は寒冷を発生する。このと
き、熱スイッチ４５，４７は磁場から離れるのでＯＮ、
熱スイッチ４６は超伝導マグネット３４により磁場が印
加されているのでＯＦＦであるから、熱の流れは図４
（ｂ）のようになる。
４０，４１，４２及び熱スイッチ４５，４６，４７で構
成されたピストンがステッピングモータ１４に接続され
たロッド４３により（ａ）の状態から（ｂ）の状態にな
ると、磁性体３７と３９は超伝導マグネット３４、３３
でそれぞれ磁場が印加された状態となり、磁性体３６と
３８は磁場が印加されない状態となる。この（ｂ）の状
態においては、磁気熱量効果により磁性体３７，３９は
発熱し、磁性体３６，３８は寒冷を発生する。このと
き、熱スイッチ４５，４７は磁場から離れるのでＯＮ、
熱スイッチ４６は超伝導マグネット３４により磁場が印
加されているのでＯＦＦであるから、熱の流れは図４
（ｂ）のようになる。
【００２９】次にピストンがステッピングモータ１４に
接続されたロッド４３により（ｂ）の状態から（ａ）の
状態になると、磁気熱量効果により磁性体３６，３８は
発熱し、磁性体３７，３９は寒冷を発生する。このとき
熱スイッチ４６はＯＮ、熱スイッチ４５，４７はＯＦ
Ｆ、磁性体３６と排熱スイッチ４４は接触するので、熱
の流れは図４（ａ）のようになる。
接続されたロッド４３により（ｂ）の状態から（ａ）の
状態になると、磁気熱量効果により磁性体３６，３８は
発熱し、磁性体３７，３９は寒冷を発生する。このとき
熱スイッチ４６はＯＮ、熱スイッチ４５，４７はＯＦ
Ｆ、磁性体３６と排熱スイッチ４４は接触するので、熱
の流れは図４（ａ）のようになる。
【００３０】このように磁気熱量効果の大きくなる温度
レベルの違う磁性体３６，３７，３８，３９の吸熱、発
熱過程を熱伝導率の磁界依存性を利用した熱スイッチ４
５，４６，４７を用いて組み合わせ、最も高温側で磁気
熱量効果の大きい磁性体３６は液体窒素４に浸された排
熱スイッチ４４に接し、このスイッチ４４で排熱するの
で、補助冷凍機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）を用いなくて
も、最も低温側で磁気熱量効果の大きい磁性体３９で寒
冷を発生し、極低温流体２１の液化が可能となる。
レベルの違う磁性体３６，３７，３８，３９の吸熱、発
熱過程を熱伝導率の磁界依存性を利用した熱スイッチ４
５，４６，４７を用いて組み合わせ、最も高温側で磁気
熱量効果の大きい磁性体３６は液体窒素４に浸された排
熱スイッチ４４に接し、このスイッチ４４で排熱するの
で、補助冷凍機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）を用いなくて
も、最も低温側で磁気熱量効果の大きい磁性体３９で寒
冷を発生し、極低温流体２１の液化が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
によれば、異なる温度領域において大きな磁気熱量効果
を有する複数の磁性体の磁気冷凍サイクルを熱伝導率の
磁界依存性を利用した熱スイッチと低温で熱伝導率のよ
い非磁性体で結合する。最も高温側の磁性体の排熱には
液体窒素に浸された排熱スイッチを用いるので、補助冷
凍機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）が不要となり、小型の冷凍
機を提供できる。
によれば、異なる温度領域において大きな磁気熱量効果
を有する複数の磁性体の磁気冷凍サイクルを熱伝導率の
磁界依存性を利用した熱スイッチと低温で熱伝導率のよ
い非磁性体で結合する。最も高温側の磁性体の排熱には
液体窒素に浸された排熱スイッチを用いるので、補助冷
凍機（例えばＧ−Ｍ冷凍機）が不要となり、小型の冷凍
機を提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係る磁気冷凍機の断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の一実施例に係る磁気冷凍機の磁性体と
して用いられる希土類系のアルミニウム合金の磁気比熱
変化を示す図である。
して用いられる希土類系のアルミニウム合金の磁気比熱
変化を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る磁気冷凍機の熱スイッ
チとして用いられるベリリウム単結晶の熱伝導率の磁気
依存性を示す図である。
チとして用いられるベリリウム単結晶の熱伝導率の磁気
依存性を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る磁気冷凍機の作用の説
明図で、（ａ）は熱スイッチによる排熱を、（ｂ）は磁
性体の発熱の状態をそれぞれ示す。
明図で、（ａ）は熱スイッチによる排熱を、（ｂ）は磁
性体の発熱の状態をそれぞれ示す。
【図５】従来の磁気冷凍機の断面図である。
１ 断熱真空容器 ３ 液体窒素槽 ４ 液体窒素 １４ ステッピングモータ ２１ 極低温流体 ２５ 容器 ３３，３４，３５ 超伝導マグネット ３６，３７，３８，３９ 磁性体 ４０，４１，４２ 非磁性体 ４３ ロッド ４４ 排熱スイッチ ４５，４６，４７ 熱スイッチ ４８ 容器 ４９ ギャップ
Claims (1)
- 【請求項１】 液体水素等の極低温流体を液化するため
の容器、同容器の周囲に配置した超伝導マグネット、前
記容器内で前記超伝導マグネットの磁界で熱を吸、排熱
する磁性体及び液体窒素槽に浸され、前記磁性体からの
熱を外部に排熱する排熱スイッチで構成される磁気冷凍
機において、前記磁性体はそれぞれ異なる温度領域で大
きな磁気熱量効果を有する複数の磁性体を配列し、同各
磁性体は熱伝導率の磁界依存性を利用した熱スイッチ及
びこれに接する低温で熱伝導のよい非磁性体を介してそ
れぞれ接続してピストンを構成し、前記超伝導マグネッ
トはセラミックス系の高温超伝導材を用い、前記液体窒
素槽内の窒素で冷却されてなり、前記ピストンの駆動に
より前記磁性体で吸、排熱を行うと共に前記熱スイッチ
で熱を順次前記非磁性体と磁性体に伝導せしめ、前記排
熱スイッチで排熱することを特徴とする磁気冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08027095A JP3233811B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | 磁気冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08027095A JP3233811B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | 磁気冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08278066A true JPH08278066A (ja) | 1996-10-22 |
| JP3233811B2 JP3233811B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=13713607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08027095A Expired - Lifetime JP3233811B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | 磁気冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3233811B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527301A (ja) * | 2005-01-12 | 2008-07-24 | ザ テクニカル ユニヴァーシティー オブ デンマーク | 磁気蓄熱器、磁気蓄熱器を製造する方法、能動磁気冷凍機を製造する方法、および能動磁気冷凍機 |
| US8099964B2 (en) | 2006-09-28 | 2012-01-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic refrigerating device and magnetic refrigerating method |
| JP2012193927A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Nissan Motor Co Ltd | 磁気冷凍機及び磁気冷凍方法 |
| JP2013108664A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Nissan Motor Co Ltd | 熱輸送器およびそれを用いた磁気冷暖房装置 |
| JP2013108663A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Nissan Motor Co Ltd | 磁気冷暖房装置 |
| CN109991273A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-09 | 包头稀土研究院 | 低温磁热效应测量仪用导热装置 |
| WO2022190586A1 (ja) * | 2021-03-08 | 2022-09-15 | 株式会社日立製作所 | 回転磁場発生装置、磁気冷凍装置、および水素液化装置 |
-
1995
- 1995-04-05 JP JP08027095A patent/JP3233811B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527301A (ja) * | 2005-01-12 | 2008-07-24 | ザ テクニカル ユニヴァーシティー オブ デンマーク | 磁気蓄熱器、磁気蓄熱器を製造する方法、能動磁気冷凍機を製造する方法、および能動磁気冷凍機 |
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| JP2012193927A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Nissan Motor Co Ltd | 磁気冷凍機及び磁気冷凍方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3233811B2 (ja) | 2001-12-04 |
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