JPH09310932A - 磁気冷凍装置 - Google Patents

磁気冷凍装置

Info

Publication number
JPH09310932A
JPH09310932A JP8129924A JP12992496A JPH09310932A JP H09310932 A JPH09310932 A JP H09310932A JP 8129924 A JP8129924 A JP 8129924A JP 12992496 A JP12992496 A JP 12992496A JP H09310932 A JPH09310932 A JP H09310932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
switch
magnetic
vessel
magnetic working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP8129924A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3310863B2 (ja
Inventor
Shinobu Matsuo
忍 松尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP12992496A priority Critical patent/JP3310863B2/ja
Publication of JPH09310932A publication Critical patent/JPH09310932A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3310863B2 publication Critical patent/JP3310863B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0021Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘリウム,水素等の極低温液化ガスの液化装
置に使用される磁気冷凍装置に関し、液化容器からのガ
スが熱スイッチ容器へ漏洩するのを防止すると共に等温
励磁過程での伝熱性能を向上させる。 【解決手段】 真空容器9内には熱スイッチ3を入れる
熱スイッチ容器6、その下部の磁気作業物質1を入れる
液化容器7があり、磁気作業物質1の周囲には、これを
励磁する超伝導マグネット2、マグネット2を冷却する
液体ヘリウム容器8が配置される。熱スイッチ容器6の
下部には熱スイッチガイド100が取り付けられ、熱ス
イッチ3が上下動可能なスキマを有し、これをガイドす
る。磁気作業物質1には熱伝導率の高い底板101が接
し、底板101はシール材102を挟んでガイド100
に取り付けられている。熱スイッチ3は下方へ移動し、
底板101に傾くことなく良好に接し、熱を効率良く伝
導し、伝熱部材5を介して排熱すると共にシール材10
2により容器7のガスが容器6へ漏洩するのを防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はヘリウム,水素など
極低温液化ガスの液化装置等に使用される磁気冷凍装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来のヘリウム液化用磁気冷凍装
置の断面図であり、この図により従来の磁気冷凍装置を
説明する。なお、類似の磁気冷凍装置は「特開平3−1
22464号」あるいは「T.Numazawa et al.,Carnot m
agnetic refrigerat or operating between 1.4 and 10
K,Cryogenics,Vol.33,No.5, pp.547〜554 1993」等に示
されている。
【0003】図2において、1は磁気作業物質であり、
現状ガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)
や、ディスプロシウム・アルミニウム・ガーネット(D
AG)等希土類複合酸化物の単結晶が用いられる。2は
磁場印加用の超伝導マグネットであり、供給電流の上
げ、下げにより磁気作業物質1への磁場の印加および除
去を行う。3は熱スイッチであり、熱伝導率が高く、か
つ磁場変動によって渦電流が発生しないような物質(例
えば人工水晶や人工サファイア)で製作されており、上
下動可能に設置され、下方に移動して磁気作業物質1に
接触し、磁気作業物質1の熱を排熱し、上方に移動して
磁気作業物質1を断熱状態とする。4は小型冷凍機(例
えば、ギフォード・マクマホン・サイクルなどの蓄冷器
式小型冷凍機)であり、熱スイッチ3から伝熱部材5を
介して、排熱時に磁気作業物質1からの熱を吸収する働
きをする。
【0004】6は熱スイッチ容器であり、熱スイッチ3
と磁気作業物質1が接触して排熱する際、伝熱を促進す
るため、ヘリウムガスが封入されている。7は液化容器
であり、熱スイッチ容器6の下部に設置され、この液化
容器7の上部には磁気作業物質1が取り付けられてい
る。本磁気冷凍装置はヘリウム液化用であり、この液化
容器7内には液化ヘリウムが充填されている。8は超伝
導マグネット2を冷却するための液体ヘリウム容器であ
る。
【0005】以上の構成要素は断熱のための真空容器9
内に設置され、また必要に応じて図示しない液体窒素シ
ュラウドを設けるなどして外部からの侵入熱が低減され
る。10は熱スイッチ3の上下動のための駆動機構であ
り、熱スイッチ3と駆動軸11を介して接続されてい
る。12は磁気作業物質1のホルダーであり、磁気作業
物質1を液化容器7の上部で熱スイッチ容器6の下部に
固定する。
【0006】以下、このような構造の従来の磁気冷凍装
置の作用を説明する。
【0007】(1)熱スイッチ駆動装置10により熱ス
イッチ10を上昇させ、熱スイッチ3と磁気作業物質1
の接触を切り離し、磁気作業物質1を断熱状態とし、超
伝導マグネット2により磁場を印加すると磁気作業物質
1の温度が上昇する(断熱励磁過程)。
【0008】(2)磁気作業物質1の温度が所定の温度
まで上昇すると、熱スイッチ駆動装置10を作動して熱
スイッチ3を下方に下げ、熱スイッチ10を磁気作業物
質1と接触させ排熱を行う(等温励磁過程)。
【0009】(3)所定の最大磁場(例えば5テスラ)
まで達し、磁気作業物質1の温度が所定の温度まで低下
した後、熱スイッチ駆動装置10を作動して熱スイッチ
3を上方へ上げ、磁気作業物質1を断熱状態とし、印加
する磁場を減少させると磁気作業物質1の温度は低下す
る(断熱消磁過程)。
【0010】(4)磁気作業物質1の温度が液体ヘリウ
ムの沸点(大気圧にて4.2K)よりも低下すると液化容
器7内のヘリウムガスは磁気作業物質1により冷却さ
れ、凝縮液化する(等温消磁過程)。
【0011】以上4過程を繰り返して、液化容器7内の
蒸発ヘリウムガスまたは外部から導入されたヘリウムガ
スを周期的に液化する。
【0012】なお、上記等温消磁過程以外では磁気作業
物質1の温度はヘリウムの沸点より高く、ヘリウムガス
と磁気作業物質1の間の熱交換は自然対流熱伝達となる
ため、等温消磁過程での凝縮熱伝達に比べ熱伝達率が非
常に小さく、熱損失すなわち磁気作業物質1によるヘリ
ウムガスの加熱量は十分に小さい。
【0013】等温励磁過程では磁場による磁気作業物質
1の発熱を熱スイッチ1に接触させることにより伝熱部
材5を介して排熱するが、磁気冷凍の効率を上げるため
には接触熱伝達を高くすることが必要であり、磁気作業
物質1と熱スイッチ3の接触面を鏡面仕上げとして両面
の接触時の平均距離を小さくし、さらに熱スイッチ容器
6内にヘリウムガスを封入し、ヘリウムガスの熱伝導を
利用することにより伝熱の促進が図られている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の磁
気冷凍装置では次のような課題があった。
【0015】(1)熱スイッチ3は上下動可能に設置さ
れており、この組立精度の制約により磁気作業物質1と
熱スイッチ3の接触面を鏡面仕上げにして表面粗さを小
さくしても、片当たりなどによって両面を面同士で良好
に接触することは困難であり、熱スイッチ3の伝熱性能
が低下し、結果として磁気冷凍装置の効率が低下する。
【0016】(2)熱スイッチ容器6と液化容器7は磁
気作業物質1の端面を熱スイッチ容器6下部に接触さ
せ、この接触面にインジウムなどのシール材を挟み込む
ことによりシールされているが、代表的な磁気作業物質
であるGGGやDAGは脆く、シールをするのに十分な
押しつけ力を磁気作業物質に加えることが困難であり、
十分なシールができない。熱スイッチ容器6内には比較
的低圧(例えば50Torr)でヘリウムガスが封入されて
おり、液化容器7内は通常大気圧であるので、液化容器
7内のガスが熱スイッチ容器6内に漏洩する。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は以上の課題を解
決するためになされたものであり、磁気作業物質に変動
磁場を加え、該磁気作業物質の発熱を熱スイッチ容器内
に納める熱スイッチにより排熱し、かつ該熱スイッチの
伝熱状態と断熱状態の切り替えを該熱スイッチの端面と
該磁気作業物質との接触/切り離しを行うことにより実
現する磁気冷凍装置において、前記熱スイッチ容器に前
記熱スイッチが傾きを防止し、上下動可能な程度に所定
のクリアランスをとった熱スイッチガイドを設け、前記
熱スイッチ容器の下部には熱伝導材製の底板を設置して
該熱スイッチ容器を密閉構造とし、該底板の下部に前記
磁気作業物質を伝熱性良好に設置したことを特徴とする
磁気冷凍装置を提供する。
【0018】本発明は以上のような構成により、次のよ
うな作用を奏する。
【0019】(1)熱スイッチ容器に設置した熱スイッ
チガイドにより熱スイッチの傾きを防止するように導く
ことができ、銅板などの底板をこのガイドに対して垂直
に設置することで、熱スイッチの端面と底板を良好に接
触させることができる。また、磁気作業物質はインジウ
ムを挟むかまたは低温で熱伝導率の高いグリース(例え
ばアピエゾングリースなど)を磁気作業物質の端面に塗
布するなどして、底板に伝熱性良好に設置することがで
きるので、結果的に熱スイッチと磁気作業物質間の伝熱
性能を高くすることができる。
【0020】(2)底板を熱スイッチガイドを兼ねる熱
スイッチ容器の下部に固定する際、インジウムシールな
どを設けることによって、熱スイッチ容器を密閉構造と
することができ、この底板の下方にヘリウム等の液化容
器を設置することで、液化容器内のガスの熱スイッチ容
器内への漏洩を防止することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の形態に係るヘリウム液化用磁気冷凍装置の断面図で
ある。本実施の形態のうち従来例と機能が同一のものに
は図2と同一の番号を付し、特に必要のある場合を除
き、これらの説明を省略し、本発明の特徴部分について
説明する。
【0022】図1において、100は熱スイッチガイド
であり、熱スイッチ容器6の下部に取り付けられ、本熱
スイッチガイド100も熱スイッチ容器6の一部を構成
する。本熱スイッチガイド100と熱スイッチ3とのク
リアランスは熱スイッチ3が上下動可能な程度で、でき
るだけ小さく(例えば0.1mm) してある。
【0023】101は銅やアルミなど熱伝導率の高い材
料で作製した底板であり、熱スイッチガイド100のガ
イド面100aに対して垂直に取り付けられている。
【0024】102はシール材であり、例えば液体水素
温度(20K)や、液体ヘリウム温度(4.2K)でシ
ール性の良好なインジウムシールなどを用いる。また、
底板101は熱スイッチガイド100に図示しないボル
トでシール材102を押さえつけるように固定されてい
る。
【0025】上記のような構成の実施の形態において、
各部の動作は従来例と同様であるが、等温励磁過程にお
いて、熱スイッチ3は下方に移動して熱スイッチガイド
100に導かれて底板101に接触し、銅などを用い伝
熱性を高くした底板101を介して、底板101に固定
された磁気作業物質1の熱を排熱する。また、液化容器
7内のガスはシール材102の働きにより熱スイッチ容
器6内への漏洩が防止されている。
【0026】このような実施の形態によれば、熱スイッ
チ容器6に設置した熱スイッチガイド100により熱ス
イッチ3の傾きを防止することができ、底板101をこ
のガイド100のガイド面100aに対して垂直に設置
することができ、熱スイッチ3と底板101を良好に接
触させることができる。また、磁気作業物質1はインジ
ウムを挟むかまたは低温で熱伝導率の高いグリース(例
えばアピエゾングリースなど)を磁気作業物質1の端面
に塗布するなどして、底板に伝熱性良好に設置すること
ができるので、結果的に熱スイッチ3と磁気作業物質1
間の伝熱性能を高くすることができる。
【0027】更に、底板101を熱スイッチガイドを兼
ねる熱スイッチ容器6に固定する際、シール材102を
設けることによって、熱スイッチ容器6を密閉構造とす
ることができ、この下方の液化容器7内のガスの熱スイ
ッチ容器6内への漏洩を防止することができる。
【0028】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、磁気冷凍装置において、熱スイッチ容器に熱スイッ
チの傾きを防止し、上下動可能な程度の所定のクリアラ
ンスをとった熱スイッチガイドを設け、該熱スイッチ容
器の下部には熱伝導材製の底板を設置して熱スイッチ容
器を密閉構造とし、底板下部に磁気作用物質を伝熱良好
に設置したことを特徴としているので、次の効果を有す
る。
【0029】熱スイッチガイドとこれに設置した伝熱部
材の作用により、熱スイッチと磁気作業物質間の伝熱性
能を向上し、また液化容器のガスが熱スイッチ容器へ漏
洩することを防止することができるので、大幅なコスト
上昇を招くことなく高性能な磁気冷凍装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る磁気冷凍装置の断
面図である。
【図2】従来の磁気冷凍装置の断面図である。
【符号の説明】 1 磁気作業物質 2 超伝導マグネット 3 熱スイッチ 4 冷凍機 5 伝熱部材 6 熱スイッチ容器 7 液化容器 8 液体ヘリウム容器 9 真空容器 10 熱スイッチ駆動装置 11 駆動軸 100 熱スイッチガイド 101 底板 102 シール材

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気作業物質に変動磁場を加え、該磁気
    作業物質の発熱を熱スイッチ容器内に納める熱スイッチ
    により排熱し、かつ該熱スイッチの伝熱状態と断熱状態
    の切り替えを該熱スイッチの端面と該磁気作業物質との
    接触/切り離しを行うことにより実現する磁気冷凍装置
    において、前記熱スイッチ容器に前記熱スイッチが傾き
    を防止し、上下動可能な程度に所定のクリアランスをと
    った熱スイッチガイドを設け、前記熱スイッチ容器の下
    部には熱伝導材製の底板を設置して該熱スイッチ容器を
    密閉構造とし、該底板の下部に前記磁気作業物質を伝熱
    性良好に設置したことを特徴とする磁気冷凍装置。
JP12992496A 1996-05-24 1996-05-24 磁気冷凍装置 Expired - Fee Related JP3310863B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12992496A JP3310863B2 (ja) 1996-05-24 1996-05-24 磁気冷凍装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12992496A JP3310863B2 (ja) 1996-05-24 1996-05-24 磁気冷凍装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09310932A true JPH09310932A (ja) 1997-12-02
JP3310863B2 JP3310863B2 (ja) 2002-08-05

Family

ID=15021784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12992496A Expired - Fee Related JP3310863B2 (ja) 1996-05-24 1996-05-24 磁気冷凍装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3310863B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6250087B1 (en) 1999-10-01 2001-06-26 Abi Limited Super-quick freezing method and apparatus therefor
JP2010019164A (ja) * 2008-07-10 2010-01-28 Univ Of Tokyo ポンプ装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6250087B1 (en) 1999-10-01 2001-06-26 Abi Limited Super-quick freezing method and apparatus therefor
JP2010019164A (ja) * 2008-07-10 2010-01-28 Univ Of Tokyo ポンプ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP3310863B2 (ja) 2002-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5638685A (en) Superconducting magnet and regenerative refrigerator for the magnet
US4642994A (en) Magnetic refrigeration apparatus with heat pipes
JPH08128742A (ja) 極低温装置
JPH0357389B2 (ja)
JP3629725B2 (ja) 超電導マグネット
JPH09312210A (ja) 冷却装置および冷却方法
JP2513608B2 (ja) 磁気冷凍方法および装置
JP3285751B2 (ja) 磁気冷凍機
JP2007321050A (ja) 極低温蓄冷媒体、ならびにそれを用いた極低温冷凍方法および極低温冷凍システム
JP3310863B2 (ja) 磁気冷凍装置
JP3233811B2 (ja) 磁気冷凍機
Matsumoto et al. An Ericsson magnetic refrigerator for low temperature
JP3310847B2 (ja) 磁気冷凍装置
JP2004235653A (ja) 超電導マグネット
JPH084652A (ja) クライオポンプ
JP3310872B2 (ja) 磁気冷凍機
JP3572087B2 (ja) 加圧液体ヘリウム冷却用磁気冷凍機
JP3046457B2 (ja) 液体ヘリウム冷却用磁気冷凍機
JP2945153B2 (ja) 静止型磁気冷凍機
JPH09113048A (ja) 極低温装置
CN112885554B (zh) 一种小型高温超导直冷磁体及其装配方法
JPH0663675B2 (ja) 磁気冷凍装置
JP2003059713A (ja) 超電導マグネット
JPH10205913A (ja) 磁気冷凍機
JPH05291034A (ja) 超電導マグネット装置

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20020430

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090524

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees