JPS5941759A - 磁気冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、多目的利用化を図れるよグにした磁気冷凍装
置に関する。

〔発明の背景技術およびその問題点〕

従来、磁性体の磁気熱類効果を利用した磁気冷凍＠置が
知られている。この磁気冷凍装置は、断熱消磁によって
冷えた磁性体で被冷却物から熱を奪わせるようにしたも
ので、通常の気体冷凍装置に較べて単位体積当りの冷凍
能力が高いと云う利点を備えている。

ところで、磁気冷凍装置の場合には、断熱磁化によって
磁性体、つまシ作業物質に発生した熱金外部へ逃がす排
熱過程と、断熱消磁によって冷えた作業物質で被冷却物
から熱を奪わせる吸熱過程゛との２つの熱変換過程を交
互に行なわせる必要がある。このように、２つの熱交換
過程を交互に行なわせなければならないことが原因して
、従来装置では、被冷却物を基準にして装置全体が構成
されているものが多く、標準化されたものはない。この
ため、被冷却物が変わると、その都度、装置全体を新た
に設計し直さなければならず、多目的利用ができない不
具合があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、装置の大部分を標準化でき、も
って、被冷却物が変った場合でも僅かの手直しだけで速
やかに対応できる使い易い磁気冷凍装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、作業物質全周期的に磁界内に位置させ
る装置が設けられる。また、一端が上記作業物質に熱的
に接続されるとともに他端が被冷却物に熱的に接続され
上記作業物質が磁界外へ出ているとき上記被冷却物から
上記作業物質へ向けて熱伝導させる方向性ヒートパイプ
が設けられる。さらに、前記作業物質が磁界内に位置し
ているときヘリウムガスで上記作業物質全直接もしくは
配管を介して冷却する冷却装置が設けられる。

〔発明の効果〕

上記構成であると、作業物質と被冷却物との間に方向性
のヒートパイプを介在させて熱スィッチの機能全発揮さ
せているので、たとえば、被冷却物が変った場合でも新
たな被冷却物と方向性のヒートパイプとの間の熱的な瞬
続を行なうだけで、他の要素を変更する必−要はない。

勿論上記寮素の大部分にＰ、空容器内に設置されるが、
例外的な被冷却物でない限、！ｌｌｌ真空容器も変更す
る必要はない。したがって、上記構成であると、被冷却
物が変っても冷凍サイクルに必要な要素全共通に使用で
きるので非常に使い易いものが得られる。寸プこ、作業
物質から排熱する手段としてヘリウムガスで作業物質を
面接もしくは配管を弁して冷却するようにしているので
、排熱動車を高めることができ、この結果、排熱用の冷
却装置も小型化できる利点がある。

〔発明の天施例〕

以下、本発明の′″ＡＡ施例面全参照しながら説明する
。なお、この実施例は、本発明に係る装置をヘリウム冷
却装置に組込んだ例である。

そして、図では、その要部だけを取り出して示している
。

図において、ｌはたとえばガドリニウムガリウム加−ネ
ットの単結晶塊体を円柱状に加工して形成され軸心ｉｔ
重力方向に対して平行させて配置された作業物質であシ
、この作業物質ｌの回シには上記作業物質１と同心的に
超電導コイル２が配量されている。

しかして、作業物質ｌの上端面には、この上端面に熱的
に密接して冷却用配ｇ３が設けてあｐｌこの配管３の両
端はそれぞれバルブ４，５を介して小型水素冷凍機１６
の冷媒出口管７と冷媒入口管８とに接続されている。ま
た、上記冷媒出口管７と冷媒入口管８との間にはバイパ
ス用のバルブ９が接続され、ている。上記冷凍機６は、
実際には２０に以下のヘリウムガスを生成するものが用
いられている。

一方、作業物質ｌの下端部にに、この下端面に一端側が
熱的に密接する関係に熱ザイホン形一方向性のヒートパ
イプｌθが配設されている。

このヒートパイプｌＯは、両端全閉塞したパイプ１１と
、このパイプｌＩ内に封入され４．２に以下の温度で動
作を開始するヘリウムガスおよび液体ヘリウム１２とで
構成されている。そして、ヒートパイプ１０の下端部は
、内部に被冷却物であるヘリウム冷却装置したヘリウム
槽１３の土壁を気密に頁通して上記槽１３内に挿し込ま
れている。なお、上記ヘリウム槽１３、ヒートパイプｌ
Ｏ１作粟物質１および超電導コイル２は図示しない真空
容器内に一体的に収容されている。そして、上記超電導
コイル２の付勢およびバルブ４，５，９の開閉は制御装
置２１によって後述する関係に制御される。

次に、上記のように構成された装置の動作を説明する。

まず、バルブ４，５が１閉７に、バルブ？が”開１に保
持されて、小型水素冷凍機６から排出されｆｃ２０　Ｋ
以下のヘリウムガスが冷媒用口管７〜パルプ９〜冷媒入
口管８の経路で循環しているものとする。

この状態で、制御装置２ノに動作開始指令を与えると、
制御装置２ノは、まず超電導コイル２全付勢し、続いて
バルブ４，５を１開１１に、バルブ９　ｙ、　ｌ閉”に
制御する。超電導コイル２が付勢されると、作業物質１
は磁界内に置かれるこΣになるので、断熱磁化の状態と
なシ発熱する。このとき、配管３には２０に以下のヘリ
ウムガスが流れているので、作業物１ｘ、ｌで発生した
熱はヘリウムガスによって奪われる。したがって、作業
物質１の温度上昇は抑えられる。

続いて、制御装置２１は、バルブ９全”開７に、バルブ
４，５を”閉”に制御し、次に超電導コイル２の付勢を
停止させる。この結果、作業物質１は磁界外へ出ること
になるので断熱消磁の状態となり、急速に温度降下する
。そして作業物質１の温度が４．２に以下まで低下する
と、ヒートパイプ１０が動作ｔ−開始し、ヘリウム槽１
３内の熱を作業物質１へ向けて伝導する。この結果、ヘ
リウム槽１３内に位置するヒートパイプ１０の外面にヘ
リウム槽１３の上部空間に漂っているヘリウムガスが凝
縮し、この凝縮したヘリウムは液滴状になって落下する
。そして、制御装置２１は、上述した一連の制御を繰り
返す。したがって、ヘリウム槽１３内の液体ヘリウムＰ
は４．２Ｋに保たれることになシ、ここに冷凍装置とし
ての機能が発揮される。

そして、この場合には、作業物質１と被冷却物であるヘ
リウム槽１３内のガスとの開音方向性をもったヒートパ
イプ１０で接続、つまシ間接的に接続するようにしてい
るので、たとえば被冷却物が実施例のようにガスではな
く固体の場合であっても冷凍サイクルに必要な要素をそ
のま＼使用でき、結局装Ｒを標準化することができる。

また、作業物質１に配管３を密接させて設け、上記配管
３内に選択的にヘリウムガスを通流させて排熱させるよ
うにしているので排熱効率金高くでき、この結果、排熱
に必要な冷凍装置６等の冷却装置の小型化も図ることが
でき、結局、前述した効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上記実施例では、作業物質の一方の端面
に配管を密接して設け、この配管を通して排熱するよう
にしているが、作業物質の端面に排熱用の冷媒が直接接
触しながら通流する流路全般けることによって、さらに
排熱効率全向上させるようにしてもよい。また、上述し
た実施例では、超電導コイルを付勢したシ、付勢を停止
することによって作業物質を磁界の内外へ交互に出し入
れするようにしているが、超電導コイルを伺勢したま＼
の状態にしておき、コイルを軸方向に周期的に移動させ
ることによって作業物質ｔ−磁界の内、外へ交互に出し
入れするようにしてもよい。また、超電導コイルに限ら
れるものでもない。また、コイルや作業物質の支持は任
意に設定できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係る磁気冷凍装Ｒを組込んだヘ
リウム冷却装置における要部を一部切欠して示す構成説
明図である。 １・・・作業物質、２・・・超電導コイル、３・・・配
管、６・・・小型水素冷凍機、１θ・・・方向性のヒー
トパイプ、２ノ・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁界内に入ると発熱し、磁界外へ出ると吸熱する作業物
   質と、この作業物質を周期的に磁ｙｔ内に位置させる装
   置と、一端が前記作業物質に熱的に接続されるとともに
   他端が被冷却物に熱的に接続され上記作業物質が磁界外
   へ出ているとき上記被冷却物から上記作業物質へ向けて
   熱伝導させる方向性ヒートバイブと、前記作業物質が磁
   界内に入っているときヘリウムガスで上記作業物質を直
   接もしくは配管を弁して冷却する冷却装置とを具備して
   なることを特徴とするａ気冷線装置。