JPH09145195A - 磁気冷凍機 - Google Patents
磁気冷凍機Info
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- JPH09145195A JPH09145195A JP7323558A JP32355895A JPH09145195A JP H09145195 A JPH09145195 A JP H09145195A JP 7323558 A JP7323558 A JP 7323558A JP 32355895 A JP32355895 A JP 32355895A JP H09145195 A JPH09145195 A JP H09145195A
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- magnetic
- refrigerator
- low temperature
- magnetic body
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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】
【課題】 冷却損失を少なくし、排熱の熱伝導を良く
し、外部からの熱の進入を阻止して冷却効率を向上させ
る。 【解決手段】 熱スイッチ３１，３２及び磁性体２０と
共に排熱用冷却装置４０の低温部４１を同一の断熱容器
５０内に収納した。また、排熱用冷却装置４０の低温部
４１を昇降可能としてその低温部４１に熱スイッチ３１
又は３２を直接に接続して取り付けた。また、断熱容器
５０内に外部からの輻射熱を遮断する輻射遮蔽板７０を
配設した。
し、外部からの熱の進入を阻止して冷却効率を向上させ
る。 【解決手段】 熱スイッチ３１，３２及び磁性体２０と
共に排熱用冷却装置４０の低温部４１を同一の断熱容器
５０内に収納した。また、排熱用冷却装置４０の低温部
４１を昇降可能としてその低温部４１に熱スイッチ３１
又は３２を直接に接続して取り付けた。また、断熱容器
５０内に外部からの輻射熱を遮断する輻射遮蔽板７０を
配設した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、極低温を得るた
めなどに用いられる磁気冷凍機の改善、特に、その冷却
効率の向上に関するものである。
めなどに用いられる磁気冷凍機の改善、特に、その冷却
効率の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工業的な極低温の生成技術としてガス冷
凍法が従来から用いられてきた。一方、磁気冷凍法は絶
対零度を目指す科学者が実験室レベルで取り扱っていた
が、近年、超電導（超伝導）マグネット（電磁石又はコ
イル）の普及や高温磁性体の出現により、磁気冷凍法は
効率や小形化の点で優れると考えられ、磁気冷凍法によ
る水素ガスの液化，ヘリウムガスの液化等が行われ始め
ている。
凍法が従来から用いられてきた。一方、磁気冷凍法は絶
対零度を目指す科学者が実験室レベルで取り扱っていた
が、近年、超電導（超伝導）マグネット（電磁石又はコ
イル）の普及や高温磁性体の出現により、磁気冷凍法は
効率や小形化の点で優れると考えられ、磁気冷凍法によ
る水素ガスの液化，ヘリウムガスの液化等が行われ始め
ている。
【０００３】図４は従来の磁気冷凍機を示す。図４にお
いて、２０は熱の作業物質である磁性体、１８は磁性体
２０を磁化する超電導マグネット、１７は超電導マグネ
ット１８を極低温に保つように液体ヘリウムを収容する
ヘリウム容器、２５はシール、２６は保持板、３１，３
２は熱スイッチ、３５は熱スイッチ３１，３２に連結さ
れてこれをを昇降させる熱スイッチ操作軸、４０は排熱
用ガス冷凍機（排熱用冷却装置）、４１はその低温部
（寒冷発生部）、４３は熱伝導板、５０は磁性体２０，
熱スイッチ３１，３２等を収容する断熱容器（熱スイッ
チ容器）、５９は冷却されて液化した液体ヘリウムが溜
る液溜、９０は外部からの熱を遮断する真空槽である。
いて、２０は熱の作業物質である磁性体、１８は磁性体
２０を磁化する超電導マグネット、１７は超電導マグネ
ット１８を極低温に保つように液体ヘリウムを収容する
ヘリウム容器、２５はシール、２６は保持板、３１，３
２は熱スイッチ、３５は熱スイッチ３１，３２に連結さ
れてこれをを昇降させる熱スイッチ操作軸、４０は排熱
用ガス冷凍機（排熱用冷却装置）、４１はその低温部
（寒冷発生部）、４３は熱伝導板、５０は磁性体２０，
熱スイッチ３１，３２等を収容する断熱容器（熱スイッ
チ容器）、５９は冷却されて液化した液体ヘリウムが溜
る液溜、９０は外部からの熱を遮断する真空槽である。
【０００４】図４において、排熱用ガス冷凍機４０は真
空槽天板９５に固着して設けられ、熱伝導板４３は排熱
用ガス冷凍機４０の低温部４１に固着され、断熱容器５
０を貫通して熱スイッチ３２に接触している。熱スイッ
チ操作軸３５は昇降可能で真空槽天板９５及び断熱容器
５０を貫通している。熱スイッチ３１は熱伝導度が大き
くジュール損失が小さい材質である。超電導マグネット
１８は磁性体２０と同一軸心線で設置されている。断熱
容器５０及びヘリウム容器１７は気密構造であり、これ
らの容器は真空槽９０内にその内壁から隔離して設置さ
れている。
空槽天板９５に固着して設けられ、熱伝導板４３は排熱
用ガス冷凍機４０の低温部４１に固着され、断熱容器５
０を貫通して熱スイッチ３２に接触している。熱スイッ
チ操作軸３５は昇降可能で真空槽天板９５及び断熱容器
５０を貫通している。熱スイッチ３１は熱伝導度が大き
くジュール損失が小さい材質である。超電導マグネット
１８は磁性体２０と同一軸心線で設置されている。断熱
容器５０及びヘリウム容器１７は気密構造であり、これ
らの容器は真空槽９０内にその内壁から隔離して設置さ
れている。
【０００５】図４において、各部品の寸法の一例を示せ
ば、熱スイッチ３１は直径４０mm，長さ１３０mm、熱ス
イッチ３２は直径４０mm，長さ１３０mm、磁性体２０は
直径４０mm，長さ１００mm、ヘリウム容器１７は内容積
５０リットル、超電導マグネット１８は内径８０mm，外
径１４０mm，長さ２００mm、真空槽９０は直径９００m
m，長さ１，０００mmである。
ば、熱スイッチ３１は直径４０mm，長さ１３０mm、熱ス
イッチ３２は直径４０mm，長さ１３０mm、磁性体２０は
直径４０mm，長さ１００mm、ヘリウム容器１７は内容積
５０リットル、超電導マグネット１８は内径８０mm，外
径１４０mm，長さ２００mm、真空槽９０は直径９００m
m，長さ１，０００mmである。
【０００６】次に、図４に示す従来の磁気冷凍機の動作
について説明する。磁気冷凍機もガス冷凍機と同様にカ
ルノー冷凍サイクルによって寒冷を発生する。超電導マ
グネット（コイル）１８に電流を流して磁場を発生させ
て磁性体２０を磁化すると、磁性体２０の温度が上昇す
る（磁化放熱過程）。その状態で熱スイッチ操作軸３５
により熱スイッチ３１，３２を下げて磁性体２０に接触
させ、磁性体２０の熱を熱スイッチ３１，３２から熱伝
導板４３を経て排熱用ガス冷凍機４０の低温部４１に排
熱する（等磁場過程）。次に、熱スイッチ操作軸３５に
より熱スイッチ３１，３２を引き上げて磁性体２０から
離すと同時に、超電導マグネット１８の電流を止めて磁
性体２０を消磁すると、磁性体２０の温度が低下する
（消磁冷却過程）。この過程で磁性体２０に例えばヘリ
ウムガスを接触させてその温度を低下させる。以上のサ
イクルを繰り返すことにより、ヘリウムガスが冷却され
液化して液溜５９内に溜り、液体ヘリウムが得られる。
について説明する。磁気冷凍機もガス冷凍機と同様にカ
ルノー冷凍サイクルによって寒冷を発生する。超電導マ
グネット（コイル）１８に電流を流して磁場を発生させ
て磁性体２０を磁化すると、磁性体２０の温度が上昇す
る（磁化放熱過程）。その状態で熱スイッチ操作軸３５
により熱スイッチ３１，３２を下げて磁性体２０に接触
させ、磁性体２０の熱を熱スイッチ３１，３２から熱伝
導板４３を経て排熱用ガス冷凍機４０の低温部４１に排
熱する（等磁場過程）。次に、熱スイッチ操作軸３５に
より熱スイッチ３１，３２を引き上げて磁性体２０から
離すと同時に、超電導マグネット１８の電流を止めて磁
性体２０を消磁すると、磁性体２０の温度が低下する
（消磁冷却過程）。この過程で磁性体２０に例えばヘリ
ウムガスを接触させてその温度を低下させる。以上のサ
イクルを繰り返すことにより、ヘリウムガスが冷却され
液化して液溜５９内に溜り、液体ヘリウムが得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気冷凍機は上
記のようであるが、冷却効率を上げて温度を下げるため
には、図４において、排熱用冷却装置（排熱用ガス冷凍
機４０）の低温部４１及び熱伝導板４３の温度を低くし
たい、また、冷却損失を少なくして排熱用ガス冷凍機４
０の負担を少なくしたいというような課題があった。ま
た、排熱の伝熱を良くしたいというような課題があっ
た。また、外部からの熱の進入を阻止したいというよう
な課題があった。
記のようであるが、冷却効率を上げて温度を下げるため
には、図４において、排熱用冷却装置（排熱用ガス冷凍
機４０）の低温部４１及び熱伝導板４３の温度を低くし
たい、また、冷却損失を少なくして排熱用ガス冷凍機４
０の負担を少なくしたいというような課題があった。ま
た、排熱の伝熱を良くしたいというような課題があっ
た。また、外部からの熱の進入を阻止したいというよう
な課題があった。
【０００８】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、排熱用冷却装置の低温部及び熱伝導板の温
度を少しでも低くし、また、冷却損失を少なくして排熱
用冷却装置の負担を少なくし、また、排熱の伝熱を良く
し、また、外部から進入する熱を遮断して阻止すること
により、冷却効率を上げ、絶対零度に近づけることがで
きる磁気冷凍機を得ることを目的とする。
れたもので、排熱用冷却装置の低温部及び熱伝導板の温
度を少しでも低くし、また、冷却損失を少なくして排熱
用冷却装置の負担を少なくし、また、排熱の伝熱を良く
し、また、外部から進入する熱を遮断して阻止すること
により、冷却効率を上げ、絶対零度に近づけることがで
きる磁気冷凍機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る磁気冷凍
機は、熱スイッチ及び磁性体と共に排熱用冷却装置の低
温部を同一の断熱容器内に収納したものである。また、
この発明に係る磁気冷凍機は、排熱用冷却装置の少なく
とも低温部を昇降可能としてその低温部に熱スイッチを
直接に接続して取り付け、熱スイッチ及び磁性体と共に
排熱用冷却装置の低温部を同一の断熱容器内に収納した
ものである。また、この発明に係る磁気冷凍機は、断熱
容器内に外部からの輻射熱を遮断する輻射遮蔽板を設け
たものである。
機は、熱スイッチ及び磁性体と共に排熱用冷却装置の低
温部を同一の断熱容器内に収納したものである。また、
この発明に係る磁気冷凍機は、排熱用冷却装置の少なく
とも低温部を昇降可能としてその低温部に熱スイッチを
直接に接続して取り付け、熱スイッチ及び磁性体と共に
排熱用冷却装置の低温部を同一の断熱容器内に収納した
ものである。また、この発明に係る磁気冷凍機は、断熱
容器内に外部からの輻射熱を遮断する輻射遮蔽板を設け
たものである。
【００１０】この発明における磁気冷凍機の排熱用冷却
装置の低温部は、熱スイッチ及び磁性体と共に同一の断
熱容器内に収納されているので、排熱用冷却装置の低温
部の温度が低くなり、磁性体から熱スイッチを経て排熱
用冷却装置の低温部への温度勾配が大きくなって排熱量
が増加する。また、熱スイッチから低温部への熱伝導部
材が断熱容器を貫通する必要がなくなり、その貫通部付
近の冷却損失がなくなり、この磁気冷凍機の冷却効率が
向上する。また、排熱用冷却装置の少なくとも低温部を
昇降可能としてその低温部に熱スイッチを直接に接続し
て取り付ければ、熱伝導部材及び熱スイッチ操作棒は不
要となり、排熱経路が短縮され排熱伝導抵抗が低下する
ので、排熱量が増加し、熱スイッチ操作棒の熱負荷がな
くなり、この磁気冷凍機の冷却効率が向上する。また、
断熱容器内に輻射遮蔽板を設けると、輻射遮蔽板は外部
からの輻射熱を遮断するので、この磁気冷凍機の冷却効
率が向上する。
装置の低温部は、熱スイッチ及び磁性体と共に同一の断
熱容器内に収納されているので、排熱用冷却装置の低温
部の温度が低くなり、磁性体から熱スイッチを経て排熱
用冷却装置の低温部への温度勾配が大きくなって排熱量
が増加する。また、熱スイッチから低温部への熱伝導部
材が断熱容器を貫通する必要がなくなり、その貫通部付
近の冷却損失がなくなり、この磁気冷凍機の冷却効率が
向上する。また、排熱用冷却装置の少なくとも低温部を
昇降可能としてその低温部に熱スイッチを直接に接続し
て取り付ければ、熱伝導部材及び熱スイッチ操作棒は不
要となり、排熱経路が短縮され排熱伝導抵抗が低下する
ので、排熱量が増加し、熱スイッチ操作棒の熱負荷がな
くなり、この磁気冷凍機の冷却効率が向上する。また、
断熱容器内に輻射遮蔽板を設けると、輻射遮蔽板は外部
からの輻射熱を遮断するので、この磁気冷凍機の冷却効
率が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明による磁気冷凍機
の図１乃至図３に示す実施の形態について説明する。図
１又は図３において、２０は熱の作業物質である磁性
体、１８は磁性体２０を磁化する超電導（超伝導）マグ
ネット（コイル）、１７は超電導マグネット１８を超電
導状態の極低温に保つように液体ヘリウムを収容するヘ
リウム容器、３１，３２は熱の移動をオン・オフする一
体の熱スイッチ、４０は排熱用冷却装置である排熱用ガ
ス冷凍機、４１はその低温部（寒冷発生部）、５０は磁
性体２０，熱スイッチ３１，３２，低温部４１等を収容
する断熱容器（熱スイッチ容器）、５９は冷却されて液
化した液体ヘリウムが溜る液溜、７０は外部からの輻射
熱を遮断するように設けられた輻射遮蔽板、９０は外部
からの熱を遮断する真空槽である。なお、磁性体２０は
シール２５及び保持板２６によって隔離断熱されて断熱
容器５０に支持されている。超電導マグネット１８は磁
性体２０と同一軸心線で設置されている。熱スイッチ３
１の下端面は下降したとき磁性体２０の上端面に密接す
るように形成されて設けられている。熱スイッチ３１は
熱伝導度が大きくジュール損失が小さい材質である。熱
スイッチ３２は熱伝導度が大きく接触熱抵抗が小さい材
質である。断熱容器５０，液溜５９及びヘリウム容器１
７は気密構造であり、真空槽９０内にその内壁から隔離
して設置されている。
の図１乃至図３に示す実施の形態について説明する。図
１又は図３において、２０は熱の作業物質である磁性
体、１８は磁性体２０を磁化する超電導（超伝導）マグ
ネット（コイル）、１７は超電導マグネット１８を超電
導状態の極低温に保つように液体ヘリウムを収容するヘ
リウム容器、３１，３２は熱の移動をオン・オフする一
体の熱スイッチ、４０は排熱用冷却装置である排熱用ガ
ス冷凍機、４１はその低温部（寒冷発生部）、５０は磁
性体２０，熱スイッチ３１，３２，低温部４１等を収容
する断熱容器（熱スイッチ容器）、５９は冷却されて液
化した液体ヘリウムが溜る液溜、７０は外部からの輻射
熱を遮断するように設けられた輻射遮蔽板、９０は外部
からの熱を遮断する真空槽である。なお、磁性体２０は
シール２５及び保持板２６によって隔離断熱されて断熱
容器５０に支持されている。超電導マグネット１８は磁
性体２０と同一軸心線で設置されている。熱スイッチ３
１の下端面は下降したとき磁性体２０の上端面に密接す
るように形成されて設けられている。熱スイッチ３１は
熱伝導度が大きくジュール損失が小さい材質である。熱
スイッチ３２は熱伝導度が大きく接触熱抵抗が小さい材
質である。断熱容器５０，液溜５９及びヘリウム容器１
７は気密構造であり、真空槽９０内にその内壁から隔離
して設置されている。
【００１２】次に、先ず図３に示す磁気冷凍機について
説明する。図３において、３５は熱スイッチ操作軸であ
り、熱スイッチ操作軸３５は、図３に示すように、熱ス
イッチ３２に連結されて上方の真空槽兼断熱容器天板５
５を気密かつ昇降可能に貫通して上方に延びるように設
けられ、熱スイッチ操作軸３５の上方には図示しない昇
降駆動装置が設けられている。また、排熱用ガス冷凍機
４０は真空槽兼断熱容器天板５５に取り付けられて設け
られ、排熱用ガス冷凍機４０の下部にある低温部４１は
断熱容器５０内にあり、この低温部４１には熱伝導板４
３が固着接続されており、熱伝導板４３の先端部は昇降
する熱スイッチ３２に十分に接触するように形成されて
設けられている。断熱容器５０は熱スイッチ３１，３２
及び磁性体２０と共に熱伝導板４３及び低温部４１も収
容するように形成されて設けられている。また、断熱容
器５０内には輻射遮蔽板７０が配設されている。
説明する。図３において、３５は熱スイッチ操作軸であ
り、熱スイッチ操作軸３５は、図３に示すように、熱ス
イッチ３２に連結されて上方の真空槽兼断熱容器天板５
５を気密かつ昇降可能に貫通して上方に延びるように設
けられ、熱スイッチ操作軸３５の上方には図示しない昇
降駆動装置が設けられている。また、排熱用ガス冷凍機
４０は真空槽兼断熱容器天板５５に取り付けられて設け
られ、排熱用ガス冷凍機４０の下部にある低温部４１は
断熱容器５０内にあり、この低温部４１には熱伝導板４
３が固着接続されており、熱伝導板４３の先端部は昇降
する熱スイッチ３２に十分に接触するように形成されて
設けられている。断熱容器５０は熱スイッチ３１，３２
及び磁性体２０と共に熱伝導板４３及び低温部４１も収
容するように形成されて設けられている。また、断熱容
器５０内には輻射遮蔽板７０が配設されている。
【００１３】次に、図３に示す磁気冷凍機の動作及び作
用について説明する。図３において、ヘリウム容器１７
内に極低温の液体ヘリウムにより超電導状態にある超電
導マグネット（コイル）１８に電流を流して磁性体２０
を磁化すると、磁性体２０は発熱する。その時、図示し
ない昇降駆動装置により熱スイッチ操作軸３５を介して
熱スイッチ３１，３２を下降させて熱スイッチ３１の下
端面を磁性体２０の上端面に密接させれば、磁性体２０
の熱は熱スイッチ３１，３２から熱スイッチ３２に接触
している熱伝導板４３を経て排熱用ガス冷凍機４０の低
温部４１に流れて、排熱用ガス冷凍機４０により排熱さ
れる。次に、図示しない昇降駆動装置により熱スイッチ
操作軸３５を介して熱スイッチ３１，３２を引き上げて
熱スイッチ３１の下端面と磁性体２０の上端面とを離間
させると同時に、超電導マグネット１８の電流を止めて
磁性体２０を消磁すれば、磁性体２０は温度が低下し
て、磁性体２０に接触するヘリウムガスから熱を奪って
ヘリウムガスの温度を低下させる。以上の動作を繰り返
すことにより、次第にヘリウムガスの温度を低下させて
液化させることができる。
用について説明する。図３において、ヘリウム容器１７
内に極低温の液体ヘリウムにより超電導状態にある超電
導マグネット（コイル）１８に電流を流して磁性体２０
を磁化すると、磁性体２０は発熱する。その時、図示し
ない昇降駆動装置により熱スイッチ操作軸３５を介して
熱スイッチ３１，３２を下降させて熱スイッチ３１の下
端面を磁性体２０の上端面に密接させれば、磁性体２０
の熱は熱スイッチ３１，３２から熱スイッチ３２に接触
している熱伝導板４３を経て排熱用ガス冷凍機４０の低
温部４１に流れて、排熱用ガス冷凍機４０により排熱さ
れる。次に、図示しない昇降駆動装置により熱スイッチ
操作軸３５を介して熱スイッチ３１，３２を引き上げて
熱スイッチ３１の下端面と磁性体２０の上端面とを離間
させると同時に、超電導マグネット１８の電流を止めて
磁性体２０を消磁すれば、磁性体２０は温度が低下し
て、磁性体２０に接触するヘリウムガスから熱を奪って
ヘリウムガスの温度を低下させる。以上の動作を繰り返
すことにより、次第にヘリウムガスの温度を低下させて
液化させることができる。
【００１４】図３における上記排熱に際して、低温部４
１及び熱伝導板４３は断熱容器５０内に収容されている
ので、図４に示すように断熱容器５０の外に置かれてい
るのに比べて低温であり、従来のものより磁性体２０か
ら低温部４１までの温度勾配が大きくなり、排熱効率が
向上する。また、熱伝導板４３が断熱容器５０内にあり
断熱容器５０を貫通していないので、その貫通部によっ
て生じる冷却損失がなくなる。また、図４に示す従来の
磁気冷凍機では熱スイッチ操作軸３５が断熱容器５０及
び真空槽天板９５を貫通していたが、図３に示す磁気冷
凍機では真空槽兼断熱容器天板５５のみを貫通すればよ
く、冷却損失が少なくなる。また、断熱容器５０内に設
けられた輻射遮蔽板７０は、外部からの輻射熱、特に進
入する可能性が考えられる上方からの輻射熱を遮断し、
冷却効率を向上させる。
１及び熱伝導板４３は断熱容器５０内に収容されている
ので、図４に示すように断熱容器５０の外に置かれてい
るのに比べて低温であり、従来のものより磁性体２０か
ら低温部４１までの温度勾配が大きくなり、排熱効率が
向上する。また、熱伝導板４３が断熱容器５０内にあり
断熱容器５０を貫通していないので、その貫通部によっ
て生じる冷却損失がなくなる。また、図４に示す従来の
磁気冷凍機では熱スイッチ操作軸３５が断熱容器５０及
び真空槽天板９５を貫通していたが、図３に示す磁気冷
凍機では真空槽兼断熱容器天板５５のみを貫通すればよ
く、冷却損失が少なくなる。また、断熱容器５０内に設
けられた輻射遮蔽板７０は、外部からの輻射熱、特に進
入する可能性が考えられる上方からの輻射熱を遮断し、
冷却効率を向上させる。
【００１５】次に、図１及び図２に示す磁気冷凍機につ
いて説明する。図１に示すように、排熱用ガス冷凍機４
０の低温部４１が連結されている部分は上下方向に変位
可能に気密に真空槽兼断熱容器天板５５に取り付けられ
ており、その取付手段は、図２に示すように、排熱用ガ
ス冷凍機４０と真空槽兼断熱容器天板５５とを気密かつ
伸縮可能に連結するベローズ継手６５と、排熱用ガス冷
凍機４０を押し上げるようにベローズ継手６５の上下の
フランジを排熱用ガス冷凍機４０及び真空槽兼断熱容器
天板５５に押しつけるばね６６と、排熱用ガス冷凍機４
０の変位方向を上下方向に規制し、その最高変位位置を
調節可能に設定するボルト６７１・ナット６７２と、ベ
ローズ継手６５の上下のフランジと排熱用ガス冷凍機４
０及び真空槽兼断熱容器天板５５との間を密封する上部
Ｏリング６８及び下部Ｏリング６９とからなる。なお、
ベローズ継手６５の上下のフランジは図示しないボルト
・ナットにより排熱用ガス冷凍機４０のフランジ及び真
空槽兼断熱容器天板５５にそれぞれ固着されている。ま
た、排熱用ガス冷凍機４０の低温部４１が連結されてい
る部分を昇降駆動する図示しない昇降駆動装置が設けら
れている。
いて説明する。図１に示すように、排熱用ガス冷凍機４
０の低温部４１が連結されている部分は上下方向に変位
可能に気密に真空槽兼断熱容器天板５５に取り付けられ
ており、その取付手段は、図２に示すように、排熱用ガ
ス冷凍機４０と真空槽兼断熱容器天板５５とを気密かつ
伸縮可能に連結するベローズ継手６５と、排熱用ガス冷
凍機４０を押し上げるようにベローズ継手６５の上下の
フランジを排熱用ガス冷凍機４０及び真空槽兼断熱容器
天板５５に押しつけるばね６６と、排熱用ガス冷凍機４
０の変位方向を上下方向に規制し、その最高変位位置を
調節可能に設定するボルト６７１・ナット６７２と、ベ
ローズ継手６５の上下のフランジと排熱用ガス冷凍機４
０及び真空槽兼断熱容器天板５５との間を密封する上部
Ｏリング６８及び下部Ｏリング６９とからなる。なお、
ベローズ継手６５の上下のフランジは図示しないボルト
・ナットにより排熱用ガス冷凍機４０のフランジ及び真
空槽兼断熱容器天板５５にそれぞれ固着されている。ま
た、排熱用ガス冷凍機４０の低温部４１が連結されてい
る部分を昇降駆動する図示しない昇降駆動装置が設けら
れている。
【００１６】図１及び図２に示す磁気冷凍機が図４又は
図３に示す磁気冷凍機と異なるところは、図４，図３に
示す熱伝導板４３がなく、図１に示すように、排熱用ガ
ス冷凍機４０の下部の低温部４１は昇降可能であり、そ
の低温部４１に直接に熱スイッチ３２が接続されてい
る。またそのために、熱スイッチ操作軸３５が当然不要
になって廃止したことである。すなわち、熱伝導経路に
熱伝導板４３と熱スイッチ３２との間の摺接箇所がな
く、熱伝導板４３を省略して完全に固着して接続されて
いる。また、図３のものと同様に、磁性体２０，熱スイ
ッチ３１，３２と共に低温部４１も断熱容器５０内に収
容されている。また、断熱容器５０内に輻射遮蔽板７０
が設けられている。
図３に示す磁気冷凍機と異なるところは、図４，図３に
示す熱伝導板４３がなく、図１に示すように、排熱用ガ
ス冷凍機４０の下部の低温部４１は昇降可能であり、そ
の低温部４１に直接に熱スイッチ３２が接続されてい
る。またそのために、熱スイッチ操作軸３５が当然不要
になって廃止したことである。すなわち、熱伝導経路に
熱伝導板４３と熱スイッチ３２との間の摺接箇所がな
く、熱伝導板４３を省略して完全に固着して接続されて
いる。また、図３のものと同様に、磁性体２０，熱スイ
ッチ３１，３２と共に低温部４１も断熱容器５０内に収
容されている。また、断熱容器５０内に輻射遮蔽板７０
が設けられている。
【００１７】次に、図１及び図２に示す磁気冷凍機の動
作及び作用について説明する。図示しない昇降駆動装置
により排熱用ガス冷凍機４０の少なくとも低温部４１が
連結されている部分を下降させて熱スイッチ３１の下端
面を磁性体２０の上端面に密接させ、同時に超電導マグ
ネット１８に通電して磁性体２０を磁化すれば、磁性体
２０が発熱してその熱は熱スイッチ３１，３２を経て直
ちに低温部４１に流れて排熱される。次に、図示しない
昇降駆動装置により排熱用ガス冷凍機４０の低温部４１
が連結されている部分を上昇させて、磁性体２０の上端
面から熱スイッチ３１の下端面を離間させ、同時に超電
導マグネット１８の通電を止めて磁性体２０を消磁すれ
ば、磁性体２０の温度は低下して磁性体２０に接触する
ヘリウムガスを冷却する。以上の動作を繰り返して次第
にヘリウムガスを冷却して温度を下げ液化させることが
できる。
作及び作用について説明する。図示しない昇降駆動装置
により排熱用ガス冷凍機４０の少なくとも低温部４１が
連結されている部分を下降させて熱スイッチ３１の下端
面を磁性体２０の上端面に密接させ、同時に超電導マグ
ネット１８に通電して磁性体２０を磁化すれば、磁性体
２０が発熱してその熱は熱スイッチ３１，３２を経て直
ちに低温部４１に流れて排熱される。次に、図示しない
昇降駆動装置により排熱用ガス冷凍機４０の低温部４１
が連結されている部分を上昇させて、磁性体２０の上端
面から熱スイッチ３１の下端面を離間させ、同時に超電
導マグネット１８の通電を止めて磁性体２０を消磁すれ
ば、磁性体２０の温度は低下して磁性体２０に接触する
ヘリウムガスを冷却する。以上の動作を繰り返して次第
にヘリウムガスを冷却して温度を下げ液化させることが
できる。
【００１８】図１における上記排熱に際して、図３又は
図４に示す熱伝導板４３がなく、図１においては、低温
部４１に熱スイッチ３２が直接に接続されているので、
熱伝導の大きな抵抗となる熱伝導板４３と熱スイッチ３
２との接触部がなくなり、また、熱伝導板４３がない分
だけ熱の伝達経路が短縮され、排熱効率が向上する。ま
た、図３に示すものと同様に、低温部４１が断熱容器５
０内に収容されているので低温であり、磁性体２０から
低温部４１までの温度勾配が大きいので、排熱効率が向
上する。また、図３において真空槽兼断熱容器天板５５
を貫通して昇降する熱スイッチ操作軸３５が、図１では
不要となって廃止したので、熱スイッチ操作軸３５によ
る断熱容器５０の外側からの熱の進入がなくなり、冷却
損失（熱負荷）が少なくなる。また、熱スイッチ操作軸
３５及び熱伝導板４３の存在による熱負荷がなくなる。
また、断熱容器５０の形状が簡単になり、容積が小さく
なるので、断熱性能が向上する。また、断熱容器５０内
に設けられた輻射遮蔽板７０は外部（特に上方）から進
入する輻射熱を遮断し、冷却効率を向上させる。
図４に示す熱伝導板４３がなく、図１においては、低温
部４１に熱スイッチ３２が直接に接続されているので、
熱伝導の大きな抵抗となる熱伝導板４３と熱スイッチ３
２との接触部がなくなり、また、熱伝導板４３がない分
だけ熱の伝達経路が短縮され、排熱効率が向上する。ま
た、図３に示すものと同様に、低温部４１が断熱容器５
０内に収容されているので低温であり、磁性体２０から
低温部４１までの温度勾配が大きいので、排熱効率が向
上する。また、図３において真空槽兼断熱容器天板５５
を貫通して昇降する熱スイッチ操作軸３５が、図１では
不要となって廃止したので、熱スイッチ操作軸３５によ
る断熱容器５０の外側からの熱の進入がなくなり、冷却
損失（熱負荷）が少なくなる。また、熱スイッチ操作軸
３５及び熱伝導板４３の存在による熱負荷がなくなる。
また、断熱容器５０の形状が簡単になり、容積が小さく
なるので、断熱性能が向上する。また、断熱容器５０内
に設けられた輻射遮蔽板７０は外部（特に上方）から進
入する輻射熱を遮断し、冷却効率を向上させる。
【００１９】また、図２に示すように、排熱用ガス冷凍
機４０はベローズ継手６５等により気密を保持しながら
昇降可能であるので、図１において、熱スイッチ３１を
磁性体２０に接触させた後、さらに押し下げることによ
り衝撃を与えることなく接触面圧を大きくして熱の伝導
を良好にすることができる。すなわち、昇降駆動装置の
押し下げ力を調節することにより熱スイッチ３１と磁性
体２０との接触に任意の面圧を加えることができる。な
お、図２に示すように、ばね６６により排熱用ガス冷凍
機４０を押し上げているので、図示しない昇降駆動装置
は押し下げ力を加え得るだけのものでよく、押し下げ力
を加えない状態では、ばね６６の力によりボルト・ナッ
ト６７で調節設定した図示の位置まで、排熱用ガス冷凍
機４０及び排熱用ガス冷凍機４０と一体的である熱スイ
ッチ３１，３２は磁性体２０から離れて上昇した状態と
なる。
機４０はベローズ継手６５等により気密を保持しながら
昇降可能であるので、図１において、熱スイッチ３１を
磁性体２０に接触させた後、さらに押し下げることによ
り衝撃を与えることなく接触面圧を大きくして熱の伝導
を良好にすることができる。すなわち、昇降駆動装置の
押し下げ力を調節することにより熱スイッチ３１と磁性
体２０との接触に任意の面圧を加えることができる。な
お、図２に示すように、ばね６６により排熱用ガス冷凍
機４０を押し上げているので、図示しない昇降駆動装置
は押し下げ力を加え得るだけのものでよく、押し下げ力
を加えない状態では、ばね６６の力によりボルト・ナッ
ト６７で調節設定した図示の位置まで、排熱用ガス冷凍
機４０及び排熱用ガス冷凍機４０と一体的である熱スイ
ッチ３１，３２は磁性体２０から離れて上昇した状態と
なる。
【００２０】なお、図１において、熱スイッチとして３
１及び３２を図示したが、熱スイッチ３２は本来熱伝導
板４３に接触する熱伝導抵抗を極小にするためのもので
あるので、当然、熱スイッチ３２を省略して、熱スイッ
チ３１を低温部４１に直接に接続することも可能であ
り、そうすれば、伝熱経路がさらに短縮して排熱効率が
向上する。また、熱スイッチ３２の分の熱負荷が不要と
なり、冷却効率がさらに向上する。
１及び３２を図示したが、熱スイッチ３２は本来熱伝導
板４３に接触する熱伝導抵抗を極小にするためのもので
あるので、当然、熱スイッチ３２を省略して、熱スイッ
チ３１を低温部４１に直接に接続することも可能であ
り、そうすれば、伝熱経路がさらに短縮して排熱効率が
向上する。また、熱スイッチ３２の分の熱負荷が不要と
なり、冷却効率がさらに向上する。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、排熱
用冷却装置の低温部を熱スイッチ及び磁性体と共に同一
の断熱容器内に収納したので、磁性体から熱スイッチを
経て排熱用冷却装置の低温部への温度勾配が大きくなっ
て排熱量が増加し、また、熱伝導部材が断熱容器を貫通
しないので、貫通部のために生じる冷却損失がなくな
り、冷却効率が向上する。また、排熱用冷却装置の低温
部に熱スイッチを直接に接続して取り付ければ、熱伝導
部材及び熱スイッチ操作棒は不要となり、熱伝導部材の
摺接部がなくなり、排熱経路が短縮され、熱負荷が少な
くなるので、冷却効率が向上する。また、断熱容器内に
輻射遮蔽板を設けると、外部からの輻射熱が遮断され、
冷却効率が向上する。
用冷却装置の低温部を熱スイッチ及び磁性体と共に同一
の断熱容器内に収納したので、磁性体から熱スイッチを
経て排熱用冷却装置の低温部への温度勾配が大きくなっ
て排熱量が増加し、また、熱伝導部材が断熱容器を貫通
しないので、貫通部のために生じる冷却損失がなくな
り、冷却効率が向上する。また、排熱用冷却装置の低温
部に熱スイッチを直接に接続して取り付ければ、熱伝導
部材及び熱スイッチ操作棒は不要となり、熱伝導部材の
摺接部がなくなり、排熱経路が短縮され、熱負荷が少な
くなるので、冷却効率が向上する。また、断熱容器内に
輻射遮蔽板を設けると、外部からの輻射熱が遮断され、
冷却効率が向上する。
【図１】この発明の実施の一形態を示す磁気冷凍機の縦
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示す磁気冷凍機の一部拡大縦断面図であ
る。
る。
【図３】この発明の実施の他の形態を示す磁気冷凍機の
縦断面図である。
縦断面図である。
【図４】従来の磁気冷凍機の縦断面図である。
１７：ヘリウム容器、 １８：超電導マグネット、２
０：磁性体、 ３１，３２：熱スイッチ、３５：熱スイ
ッチ操作軸、４０：排熱用ガス冷凍機、４１：低温部、
４３：熱伝導板、５０：断熱容器、 ５９：液溜、５
５：真空槽兼断熱容器天板、６５：ベローズ継手、６
６：ばね、 ６７：ボルト・ナット、７０：輻射遮蔽
板、９０：真空槽、 ９５：真空槽天板。
０：磁性体、 ３１，３２：熱スイッチ、３５：熱スイ
ッチ操作軸、４０：排熱用ガス冷凍機、４１：低温部、
４３：熱伝導板、５０：断熱容器、 ５９：液溜、５
５：真空槽兼断熱容器天板、６５：ベローズ継手、６
６：ばね、 ６７：ボルト・ナット、７０：輻射遮蔽
板、９０：真空槽、 ９５：真空槽天板。
Claims (3)
- 【請求項１】 熱スイッチを接触させた磁性体を磁化し
て排熱用冷却装置に排熱させ、前記熱スイッチを離した
後に前記磁性体を消磁して熱を吸収させる磁気冷凍機に
おいて、前記熱スイッチ及び磁性体と共に前記排熱用冷
却装置の低温部を同一の断熱容器内に収納したことを特
徴とする磁気冷凍機。 - 【請求項２】 熱スイッチを接触させた磁性体を磁化し
て排熱用冷却装置に排熱させ、前記熱スイッチを離した
後に前記磁性体を消磁して熱を吸収させる磁気冷凍機に
おいて、前記排熱用冷却装置の少なくとも低温部を昇降
可能としてその低温部に前記熱スイッチを直接に接続し
て取り付け、前記熱スイッチ及び磁性体と共に前記排熱
用冷却装置の低温部を同一の断熱容器内に収納したこと
を特徴とする磁気冷凍機。 - 【請求項３】 前記断熱容器内に外部からの輻射熱を遮
断する輻射遮蔽板を配設したことを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の磁気冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323558A JPH09145195A (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 磁気冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323558A JPH09145195A (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 磁気冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145195A true JPH09145195A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=18156042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7323558A Withdrawn JPH09145195A (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 磁気冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09145195A (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
| EP2878903A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Oxford Instruments Nanotechnology Tools Limited | Cryogenic cooling apparatus and system |
-
1995
- 1995-11-20 JP JP7323558A patent/JPH09145195A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| 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 |
| EP2878903A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Oxford Instruments Nanotechnology Tools Limited | Cryogenic cooling apparatus and system |
| US9927154B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-03-27 | Oxford Instruments Nanotechnology Tools Limited | Cryogenic cooling apparatus and system |
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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: 20030204 |