JPH09178295A - 磁気冷凍機 - Google Patents
磁気冷凍機Info
- Publication number
- JPH09178295A JPH09178295A JP7333250A JP33325095A JPH09178295A JP H09178295 A JPH09178295 A JP H09178295A JP 7333250 A JP7333250 A JP 7333250A JP 33325095 A JP33325095 A JP 33325095A JP H09178295 A JPH09178295 A JP H09178295A
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- Japan
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- heat
- magnetic
- superconductive
- magnetic field
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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
-
- 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】 超伝導マグネットから磁界内の構成部材への
磁気の侵入によるジュール熱の発生が確実に回避されて
冷凍損失が低減され、かつ低コストの磁気冷凍機を提供
する。 【解決手段】 磁気冷凍機の運転温度範囲において超伝
導現象を生ずる高温超伝導セラミックス等の複合酸化物
を、磁場の影響を受ける構成部材に蒸着し、複合酸化物
層によるマイスナー効果によって磁気の侵入を阻止す
る。
磁気の侵入によるジュール熱の発生が確実に回避されて
冷凍損失が低減され、かつ低コストの磁気冷凍機を提供
する。 【解決手段】 磁気冷凍機の運転温度範囲において超伝
導現象を生ずる高温超伝導セラミックス等の複合酸化物
を、磁場の影響を受ける構成部材に蒸着し、複合酸化物
層によるマイスナー効果によって磁気の侵入を阻止す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は極低温流体の液化等
に適用される磁気冷凍機に関する。
に適用される磁気冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２及び図３には、上記磁気冷凍機の従
来の１例が示されている。
来の１例が示されている。
【０００３】図２において、７はヒートパイプ６内に収
容される極低温の液体ヘリウム、１は磁気作業物質、０
２は熱スイッチ、３は同熱スイッチ０２の端子０２ａを
上下移動せしめる駆動軸、５は排熱冷凍機、０４は上記
熱スイッチ０２と排熱冷凍機５とを熱的に結合する熱伝
導体、８は上記磁気作業物質１に磁場を与える超伝導マ
グネットである。
容される極低温の液体ヘリウム、１は磁気作業物質、０
２は熱スイッチ、３は同熱スイッチ０２の端子０２ａを
上下移動せしめる駆動軸、５は排熱冷凍機、０４は上記
熱スイッチ０２と排熱冷凍機５とを熱的に結合する熱伝
導体、８は上記磁気作業物質１に磁場を与える超伝導マ
グネットである。
【０００４】上記のように構成された磁気冷凍機の運転
時における動作を説明する。
時における動作を説明する。
【０００５】（１） 排熱用の熱スイッチ０２及び低温
側のヒートパイプ（熱スイッチ）６をＯＦＦとして、超
伝導マグネット８により断熱磁化を行い、磁気作業物質
１の温度を上昇せしめ帯熱せしめる。
側のヒートパイプ（熱スイッチ）６をＯＦＦとして、超
伝導マグネット８により断熱磁化を行い、磁気作業物質
１の温度を上昇せしめ帯熱せしめる。
【０００６】（２） 排熱用の熱スイッチ０２をＯＮと
して、磁気作業物質１に貯えられた熱を排熱冷凍機５で
奪いながら等温排熱を行う。
して、磁気作業物質１に貯えられた熱を排熱冷凍機５で
奪いながら等温排熱を行う。
【０００７】（３） 上記両スイッチ０２及び６をＯＦ
Ｆとし、超伝導マグネット８の磁場空間から磁気作業物
質１を離して断熱消磁し、磁気作業物質１の温度を低下
せしめる。
Ｆとし、超伝導マグネット８の磁場空間から磁気作業物
質１を離して断熱消磁し、磁気作業物質１の温度を低下
せしめる。
【０００８】（４） ヒートパイプ（低温側熱スイッ
チ）６をＯＮとし、磁気作業物質１の温度をヘリウムガ
スの沸点まで低下せしめる等温吸熱を行い、ヒートパイ
プ内のヘリウムガスを液化する。
チ）６をＯＮとし、磁気作業物質１の温度をヘリウムガ
スの沸点まで低下せしめる等温吸熱を行い、ヒートパイ
プ内のヘリウムガスを液化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のような動作によ
り、超伝導マグネット８が磁化，消磁の磁場変動を行う
ので、これの周辺の部材に渦電流によるジュール熱が発
生する。特に高温側の熱スイッチ０２は超伝導マグネッ
ト８に近接しているため、磁場強さの減衰も小さく、上
記ジュール熱による冷凍損失が大きくなる。
り、超伝導マグネット８が磁化，消磁の磁場変動を行う
ので、これの周辺の部材に渦電流によるジュール熱が発
生する。特に高温側の熱スイッチ０２は超伝導マグネッ
ト８に近接しているため、磁場強さの減衰も小さく、上
記ジュール熱による冷凍損失が大きくなる。
【００１０】従来は上記の現象に対処するため、高温側
の熱スイッチ０２の端子０２ａとして、高価で加工性に
難点があるものの、抵抗率が大きくかつ熱伝導率もある
程度大きい人工水晶や人工サファイアを使用し、上記ジ
ュール熱による冷凍損失を抑制していたが、これは上記
のように高コストとなる。
の熱スイッチ０２の端子０２ａとして、高価で加工性に
難点があるものの、抵抗率が大きくかつ熱伝導率もある
程度大きい人工水晶や人工サファイアを使用し、上記ジ
ュール熱による冷凍損失を抑制していたが、これは上記
のように高コストとなる。
【００１１】図３のものは、上記のような熱スイッチの
高コスト化を回避するもので、上記熱スイッチ０２を超
伝導マグネット８に近い部分に上記のような冷凍損失を
抑制し得る人工水晶の端子０２ａを用い、同マグネット
８から遠い部分に安価な銅の端子０２ｂを用いることに
より、熱スイッチ０２のコストを低減せしめたものであ
る。
高コスト化を回避するもので、上記熱スイッチ０２を超
伝導マグネット８に近い部分に上記のような冷凍損失を
抑制し得る人工水晶の端子０２ａを用い、同マグネット
８から遠い部分に安価な銅の端子０２ｂを用いることに
より、熱スイッチ０２のコストを低減せしめたものであ
る。
【００１２】しかしながら、かかる手段にあってはある
程度低コストとはなるが熱スイッチ０２の半分は高価な
人工水晶を使用していることから、低コスト化は不充分
であり、またジュール熱の発生も確実に抑制することは
困難である。
程度低コストとはなるが熱スイッチ０２の半分は高価な
人工水晶を使用していることから、低コスト化は不充分
であり、またジュール熱の発生も確実に抑制することは
困難である。
【００１３】本発明の目的は、ジュール熱の発生が確実
に回避されて冷凍損失が低減され、かつ低コストの磁気
冷凍機を提供することにある。
に回避されて冷凍損失が低減され、かつ低コストの磁気
冷凍機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする手段は、磁気作業物質に
変動磁場を与え、熱スイッチと同熱スイッチに熱伝導体
を介して接続される排熱冷凍機により排熱を行い、上記
熱スイッチの端子と上記磁気作業物質とを接触あるいは
離隔することにより伝導状態と断熱状態とを切り換える
磁気冷凍機において、上記磁気冷凍機の運転温度範囲に
おいて超伝導現象を生ずる高温超伝導セラミックス等の
複合酸化物を、上記磁場の影響を受ける構成部材に蒸着
したことを特徴とする磁気冷凍機にある。
決するもので、その要旨とする手段は、磁気作業物質に
変動磁場を与え、熱スイッチと同熱スイッチに熱伝導体
を介して接続される排熱冷凍機により排熱を行い、上記
熱スイッチの端子と上記磁気作業物質とを接触あるいは
離隔することにより伝導状態と断熱状態とを切り換える
磁気冷凍機において、上記磁気冷凍機の運転温度範囲に
おいて超伝導現象を生ずる高温超伝導セラミックス等の
複合酸化物を、上記磁場の影響を受ける構成部材に蒸着
したことを特徴とする磁気冷凍機にある。
【００１５】また具体的には、上記複合酸化物が蒸着さ
れる構成部材が、上記熱スイッチあるいは上記熱伝導体
であることも本発明の手段に含まれ、さらには、上記複
合酸化物を上記熱スイッチ、熱伝導体等の構成部材の全
表面に蒸着することも本発明の手段に含まれる。
れる構成部材が、上記熱スイッチあるいは上記熱伝導体
であることも本発明の手段に含まれ、さらには、上記複
合酸化物を上記熱スイッチ、熱伝導体等の構成部材の全
表面に蒸着することも本発明の手段に含まれる。
【００１６】上記手段によれば、磁気冷凍機の運転を始
めると複合酸化物が蒸着された熱伝導体及び熱スイッチ
の端子温度が低下する。この温度が蒸着されている複合
酸化物即ち高温超伝導セラミックスの臨界温度以下に達
すると、同セラミックスは超伝導となる。この状態にお
いて、超伝導マグネットが励磁されると上記熱伝導体及
び排熱用の熱スイッチの端子に侵入しようとする磁場は
表面に蒸着している複合酸化物即ち高温超伝導セラミッ
クスのマイスナー効果により排除されることとなり、ジ
ュール熱の発生が回避される。尚同複合酸化物内には遮
断電流が流れているが電気抵抗がゼロであるので遮断電
流によるジュール熱の発生も回避される。
めると複合酸化物が蒸着された熱伝導体及び熱スイッチ
の端子温度が低下する。この温度が蒸着されている複合
酸化物即ち高温超伝導セラミックスの臨界温度以下に達
すると、同セラミックスは超伝導となる。この状態にお
いて、超伝導マグネットが励磁されると上記熱伝導体及
び排熱用の熱スイッチの端子に侵入しようとする磁場は
表面に蒸着している複合酸化物即ち高温超伝導セラミッ
クスのマイスナー効果により排除されることとなり、ジ
ュール熱の発生が回避される。尚同複合酸化物内には遮
断電流が流れているが電気抵抗がゼロであるので遮断電
流によるジュール熱の発生も回避される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態につき詳細に説明する。
形態につき詳細に説明する。
【００１８】図１には本発明の実施形態に係る磁気冷凍
機の構成図が示されている。
機の構成図が示されている。
【００１９】図１において、６はヒートパイプ、７は同
ヒートパイプ６内に収容された極低温の液体ヘリウム、
１は上記ヒートパイプ６の上部に設けられた磁気作業物
質、２は熱スイッチ、２ｂは同熱スイッチ２の端子、３
は同熱スイッチ２の上部に固着され、これの端子０２ｂ
（詳細は後述）を往復動せしめる駆動軸、０５は排熱冷
凍機、４は上記排スイッチ０２と排熱冷凍機５とを熱的
に結合する熱伝導体、８は上記磁気作業物質１に磁場を
与える超伝導マグネットである。
ヒートパイプ６内に収容された極低温の液体ヘリウム、
１は上記ヒートパイプ６の上部に設けられた磁気作業物
質、２は熱スイッチ、２ｂは同熱スイッチ２の端子、３
は同熱スイッチ２の上部に固着され、これの端子０２ｂ
（詳細は後述）を往復動せしめる駆動軸、０５は排熱冷
凍機、４は上記排スイッチ０２と排熱冷凍機５とを熱的
に結合する熱伝導体、８は上記磁気作業物質１に磁場を
与える超伝導マグネットである。
【００２０】上記磁気作業物質１は、ガドリニウム，ガ
リウム，ガーネット等の材料から成り、例えば直径４０
mm、長さ１００mm程度の柱状に形成され切断面が上方の
熱スイッチ２に対向している。
リウム，ガーネット等の材料から成り、例えば直径４０
mm、長さ１００mm程度の柱状に形成され切断面が上方の
熱スイッチ２に対向している。
【００２１】また上記超伝導マグネット８は、上記磁気
作業物質１及びヒートパイプ６を囲むように設けられ、
同磁気作業物質１及びヒートパイプ６が同マグネット８
の磁場内に位置するようになっている。
作業物質１及びヒートパイプ６を囲むように設けられ、
同磁気作業物質１及びヒートパイプ６が同マグネット８
の磁場内に位置するようになっている。
【００２２】上記熱スイッチ２は例えば直径４０mm、長
さ２００mm程度の柱状体で、その端子２ｂの母材がアル
ミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、その全表
面にランタン，バリウム，銅等の複合酸化物、いわゆる
高温超伝導セラミックス９を蒸着して、１０／1000 mm
程度の厚さに構成されている。
さ２００mm程度の柱状体で、その端子２ｂの母材がアル
ミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、その全表
面にランタン，バリウム，銅等の複合酸化物、いわゆる
高温超伝導セラミックス９を蒸着して、１０／1000 mm
程度の厚さに構成されている。
【００２３】上記熱スイッチ２と排熱冷凍機５とを熱的
に結合する熱伝導体４は、上記熱スイッチの端子２ｂと
同様、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる
母材に高温超伝導セラミックス９ａを蒸着して構成さ
れ、蒸着厚さは上記熱スイッチ２と同様１０／1000が好
適である。
に結合する熱伝導体４は、上記熱スイッチの端子２ｂと
同様、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる
母材に高温超伝導セラミックス９ａを蒸着して構成さ
れ、蒸着厚さは上記熱スイッチ２と同様１０／1000が好
適である。
【００２４】次に上記のように構成された磁気冷凍機の
動作について説明する。
動作について説明する。
【００２５】（１） 断熱磁化工程 高温側の熱スイッチ２の上部に配置された駆動軸３を上
方に移動せしめて同熱スイッチ２の端子２ｂを磁気作業
物質１と離隔させ、超伝導マグネット８に磁場を生成す
ると磁気作業物質１の温度が上昇し、同磁気作業物質１
が帯熱する。
方に移動せしめて同熱スイッチ２の端子２ｂを磁気作業
物質１と離隔させ、超伝導マグネット８に磁場を生成す
ると磁気作業物質１の温度が上昇し、同磁気作業物質１
が帯熱する。
【００２６】（２） 等温排熱工程 上記超伝導マグネット８で磁場を生成したまま、駆動軸
３を下げ、熱スイッチ２の端子２ａを磁気作業物質１と
接触させる。これにより磁気作業物質１に貯えられた熱
が熱伝導体４を介して排熱冷凍機に排熱される。
３を下げ、熱スイッチ２の端子２ａを磁気作業物質１と
接触させる。これにより磁気作業物質１に貯えられた熱
が熱伝導体４を介して排熱冷凍機に排熱される。
【００２７】（３） 断熱消磁工程 駆動軸３を上方へ移動して端子２ｂと磁気作業物質１と
の接触を遮断し、超伝導マグネット８の磁場をゼロ
（０）にする。これにより磁気作業物質１の温度が低下
する。
の接触を遮断し、超伝導マグネット８の磁場をゼロ
（０）にする。これにより磁気作業物質１の温度が低下
する。
【００２８】（４） 等温吸熱工程 上記断熱消磁工程において冷却された磁気作業物質１に
より、ヒートパイプ６内のヘリウムガスが等温吸熱され
て凝縮し、ヒートパイプ６の底部に液体ヘリウム７とし
て溜まる。
より、ヒートパイプ６内のヘリウムガスが等温吸熱され
て凝縮し、ヒートパイプ６の底部に液体ヘリウム７とし
て溜まる。
【００２９】上記（１）〜（４）のサイクル（カルノ−
サイクル）を繰り返し、ヒートパイプ６内に液化ヘリウ
ム７が蓄積される。
サイクル）を繰り返し、ヒートパイプ６内に液化ヘリウ
ム７が蓄積される。
【００３０】上記（１）〜（４）のサイクル中、超伝導
マグネット８の周辺部材には前述のように、磁場の生成
による渦電流が流れ、ジュール熱が生ずる。このジュー
ル熱は、特に高温側の熱スイッチ２及び熱伝導体４にお
いて大きな冷凍損失をもたらす。
マグネット８の周辺部材には前述のように、磁場の生成
による渦電流が流れ、ジュール熱が生ずる。このジュー
ル熱は、特に高温側の熱スイッチ２及び熱伝導体４にお
いて大きな冷凍損失をもたらす。
【００３１】然るに図１に示される本発明の実施形態に
おいては、上記超伝導マグネット８の磁場の影響を受け
る部材である端子２ｂ及び熱伝導体４の表面に高温超伝
導セラミックス９，９ａを蒸着しているので、温度が同
セラミックス９，９ａの臨界温度以下になると、同セラ
ミックス９，９ａは超伝導となる。この状態において超
伝導マグネット８が励磁されると上記超伝導マグネット
８から生ずる漏洩磁束は、この高温超伝導セラミックス
９及び９ａのマイスナー効果により、これらの母材内部
への磁束の侵入が排除され、これによりジュール熱の発
生が回避される。
おいては、上記超伝導マグネット８の磁場の影響を受け
る部材である端子２ｂ及び熱伝導体４の表面に高温超伝
導セラミックス９，９ａを蒸着しているので、温度が同
セラミックス９，９ａの臨界温度以下になると、同セラ
ミックス９，９ａは超伝導となる。この状態において超
伝導マグネット８が励磁されると上記超伝導マグネット
８から生ずる漏洩磁束は、この高温超伝導セラミックス
９及び９ａのマイスナー効果により、これらの母材内部
への磁束の侵入が排除され、これによりジュール熱の発
生が回避される。
【００３２】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、磁場内にある構成部材の表面に高温超
伝導セラミックス等の超伝導現象を生ずる複合酸化物を
蒸着したので、構成部材の母材内への磁気の侵入がマイ
スナー効果により排除されてジュール熱の発生が確実に
回避される。
本発明によれば、磁場内にある構成部材の表面に高温超
伝導セラミックス等の超伝導現象を生ずる複合酸化物を
蒸着したので、構成部材の母材内への磁気の侵入がマイ
スナー効果により排除されてジュール熱の発生が確実に
回避される。
【００３３】さらに、上記複合酸化物は、加工性が良好
で、低価格のアルミニウム，銅等の母材に容易に蒸着可
能であるので、従来のものに較べて大幅に低コストとな
る。これにより、低コストで冷凍損失が充分に抑制され
た磁気冷凍機を得ることができる。
で、低価格のアルミニウム，銅等の母材に容易に蒸着可
能であるので、従来のものに較べて大幅に低コストとな
る。これにより、低コストで冷凍損失が充分に抑制され
た磁気冷凍機を得ることができる。
【図１】本発明の実施形態に係る磁気冷凍機の構成図。
【図２】従来の磁気冷凍機の構成図（その１）
【図３】従来の磁気冷凍機の構成図（その２）
１ 磁気作業物質 ２ 熱スイッチ ３ 駆動軸 ４ 熱伝導体 ５ 排熱冷凍機 ６ ヒートパイプ ７ 液体ヘリウム ８ 超伝導マグネット ９，９ａ 高温超伝導セラミックス
Claims (4)
- 【請求項１】 磁気作業物質に変動磁場を与え、熱スイ
ッチと同熱スイッチに熱伝導体を介して接続される排熱
冷凍機により排熱を行い、上記熱スイッチの端子と上記
磁気作業物質とを接触あるいは離隔することにより伝熱
状態と断熱状態とを切り換える磁気冷凍機において、 上記磁気冷凍機の運転温度範囲において超伝導現象を生
ずる高温超伝導セラミックス等の複合酸化物を、上記磁
場の影響を受ける構成部材に蒸着したことを特徴とする
磁気冷凍機。 - 【請求項２】 上記構成部材が上記熱スイッチである請
求項１記載の磁気冷凍機。 - 【請求項３】 上記構成部材が上記熱伝導体である請求
項１記載の磁気冷凍機。 - 【請求項４】 上記複合酸化物を上記構成部材の全表面
に蒸着してなる請求項１ないし３の何れかに記載の磁気
冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333250A JPH09178295A (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 磁気冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333250A JPH09178295A (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 磁気冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178295A true JPH09178295A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=18264012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7333250A Withdrawn JPH09178295A (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 磁気冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09178295A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100657557B1 (ko) * | 2005-09-06 | 2006-12-14 | 주식회사 대우일렉트로닉스 | 냉장고의 정온 제어 장치 및 방법 |
| CN110617650A (zh) * | 2018-06-19 | 2019-12-27 | 牛津仪器纳米技术工具有限公司 | 低温冷却系统 |
-
1995
- 1995-12-21 JP JP7333250A patent/JPH09178295A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100657557B1 (ko) * | 2005-09-06 | 2006-12-14 | 주식회사 대우일렉트로닉스 | 냉장고의 정온 제어 장치 및 방법 |
| CN110617650A (zh) * | 2018-06-19 | 2019-12-27 | 牛津仪器纳米技术工具有限公司 | 低温冷却系统 |
| CN110617650B (zh) * | 2018-06-19 | 2022-05-13 | 牛津仪器纳米技术工具有限公司 | 低温冷却系统 |
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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: 20030304 |