JPS60223972A - 回転型磁気冷凍機 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、磁気冷凍用作業物質と、これに磁場を印加し
たり、除去したりして冷凍を行なう磁気冷凍機に係り、
特に超流動ヘリウムの生成に好適な回転型磁気冷凍機に
関する。

〔発明の背景〕

磁気冷凍機の原理は、磁場を加えると発熱し、磁場を除
去すると吸熱するという磁性体の磁気熱量効果を利用す
ることは周知のとおりである。磁気冷線によって超流動
ヘリウムを生成する方法として、例えば特開昭５８−１
８４４６９号公報に示されるような回転型磁気冷凍機が
知られている。この回転型磁気冷凍機は、従来の超流動
ヘリウム生成用磁気冷凍機として発表されている回転型
、往復動型の問題点を解決する有効なものであるが、電
磁石によって発生された高磁場を有効に利用していない
。すなわち、Ｕ　Ｓ　４，０３３，７３４の回転型は円
柱体の全外周面に磁性体を配置するホイール型のもので
、作業物質としてカドリニウム・ガリウム・ガーネット
（Ｇｄ＋　Ｇａ＝、　０ｉ２）などの熱伝導率の非常に
良い磁性体を使用する場合１作業物質の円周方向の熱伝
導による熱損失が大きく、効率が低く、またＷ、　Ａ、
　５ｔｅｙｅｒｔ　（Ｊ　、　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、　
４９　（３）。

１９７８）の回転ホイール型では回転体中に作業流体を
流すため気密の確保の問題があり、流体循環の手段を要
するなど、きわめて複雑な構成であり、またＲ＋Ｂｅｒ
ａｎｇｅｒ　ｅｔ　ａｌ、　（Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ
　ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　ｖａ
ｔ　２７．　ｐ７０３．１９８２　Ｐｌｅｎｕｍ　Ｐｒ
ｅｓｓ。

Ｎｅｗ　■ｏｒｋ）の往復動型は磁性体を高磁界中に往
復運動によって出し入れするものであるが、モータ駆動
の場合、回転運動を直線運動に変換する機構を要し、か
つストロークが大きくなるため駆動部分が複雑かつ大形
になるなどの問題点を有する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、この問題点を解決した回転型磁気冷凍
機を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、複数個の作業物質を埋めこんだ円柱体
ロータを収納した円筒型ハウジング２個をその高温冷媒
につながる開口部を各々対向するようにして配置し、前
記２つの開口部分に高磁場を印加するように電磁石を設
けて、電磁石によって発生した高磁場を、高温冷媒につ
ながる開口部分にある前記２つの円柱体ロータ中の複数
個の作業物質に同時に印加するようにするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１．２，３．４図により説
明する。複数個の磁気冷凍用作業物質１を断熱性の円柱
体２に外表面が露出させた状態で埋め込んで、ロータ３
を形成する。作業物質１としては、Ｇｄ５Ｇａｓｓ　０
１２　（ガドリニウムガリウムガーネット）などの磁性
体である。円柱体２としては、アルミナ、結晶化ガラス
など作業物質と同程度の膨張係数をもちかつ熱伝導率の
低いものを使う。作業物質１の露出表面は、円柱体２と
同一外径とする。４は、ロータ３を回転駆動するための
軸である。２つのロータ３ａ、３ｂは、円筒形ハウジン
グ５ａ、５ｂ内へ各々収められる。このとき、ロータ３
ａ、３ｂ中に埋め込まれる作業物質ｌａ、ｌｂが第３図
のようにそれぞれ位相をずらして配置される。円筒形ハ
ウジング５ａ、５ｂの内径は、ロータ３ａ、３ｂの外径
より１０−１００μｍ大きい。円筒形ハウジング５ａ、
５ｂは、熱伝導率が小さく、膨張係数がロータの材料と
同程度の材料で構成し、ロータ３ａ、３ｂの作業物質ｌ
ａ、Ｉｂが周囲の通常の液体ヘリウ１．．６　（４、２
に、１ｓｔ、ｍ）に連通ずるように開口部７ａ、７ｂが
設けられている。これらの開口部７ａ、７ｂが各々対向
するように円筒形ハウジング５ａ、５ｂは配置される。

開口部７ａ、７ｂとほぼ軸対称位置に１円筒形ハウジン
グに寒冷発生室８ａ、ａｂを設ける。前記寒冷発生室８
ａ、８ｂには、低温冷媒である超流動ヘリウム９　ａ、
９　ｂ（２，２に以下、ｌａｅｍ）で満されていて、こ
れらの超流動ヘリウム９ａ、９ｂは断熱管１０ａ、１０
ｂを介して真空断熱された冷却室１１に連通されている
。

冷却室１１内には被冷却物体１２が超流動ヘリウム１３
に浸漬されている。開口部７ａ、７ｂに面するロータ３
ａ、３ｂ中の作業物質１ａ、Ｉｂに高磁場を印加するた
めに、主超電導コイル１４が、配置されている。このと
き、寒冷発生室９ａ。

８ｂに面するロータ中の作業物質１ａ、ｌｂには、主超
電導コイル１４によって発生された磁場の漏れ磁場（高
磁場７）が印加されている。この漏れ磁場と逆向きの磁
場を補正超電導コイル１５ａ。

１５ｂによって発生し、寒冷発生室８ａ、’８ｂに面す
るロータ中の作業物質１ａ、ｌｂには、低磁場１５が印
加されるようにする。このようにして高磁場部分７にあ
る作業物質１ａ、ｌｂは、開口部７ａ、７ｂによって高
温冷媒である液体ヘリウム６に直接面し、一方低磁場１
５にある作業物質ｌａ、ｌｂは寒冷発生室内の低温冷媒
である超流動ヘリウム９ａ、９ｂに直接面することにな
る。

このような磁場分布を形成した状態で、常温部（３００
Ｋ）に配置されたモータによって駆動軸１６、歯車１７
．１８を介して、ロータ３ａ。

３ｂは円筒形ハウジング５ａ、５ｂの中を回転される。

このとき、ベアリング１９　ａ、１９　ｂ。

２０ａ、２０ｂによって、ロータは円筒形ハウジング５
ａ、５ｂの中を微少な隙間を有しながら非接触状態で回
転できる。この隙間には液体ヘリウムが侵入して充満し
ている。ロータ３ａ、３ｂが回転するとき、円柱体に埋
め込まれた作業物質は、高磁場部７と低磁場部１５とを
交互に通過する。

このとき、各々のロータ３ａ、３ｂの回転方向は、第１
図で示すように同一方向回転でもよいが、各々逆方向に
回転させるとロータ中の作業物質にかかる電磁力が反対
になり、小さな駆動力で回転できる。

そして、作業物質は、高磁場部７では発熱し、この熱を
液体ヘリウム６に排熱し、さらに低磁場部１５では温度
が低下し、超流動ヘリウム９ａ。

９ｂから熱を吸熱する。回転を連続的に行うことによっ
て、作業物質１は排熱と吸熱を繰り返し、被冷却物体で
発生した熱を超流動ヘリウム１３゜９ａ、９ｂを介して
吸熱し、被冷却物体１２を低温に推持する。

以上の説明では、高温冷媒として液体ヘリウム（約４　
、２　Ｋ　、　１　ａｔｎ＋　）を使用し、低温側に超
流動ヘリウム（約２．２に以下）を生成するものであっ
た。しかしながら、低温側は、少なくとも高温冷媒の温
度より低い温度とすることができるので、必ずしも低温
側を超電導ヘリウムとする必要はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１つの高磁場部分を共通にして２つの
回転型磁気冷凍機を動作させることができるので、発生
高磁場を有効に利用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の円柱体ロータの斜視断面図、第２図
は、本発明の回転型磁気冷凍機の斜視図、第３図は、本
発明の回転型磁気冷凍機の断面図、第４図は、第３図の
Ａ−Ａ’断面図である。 ｌ・・・作業物質、２・・・円柱体、３・・・ロータ、
５ａ。 ５ｂ・・・円筒形ハウジング、６・・・液体ヘリウム、
７ａ、７ｂ・・・開口部、８ａ、８ｂ・・・寒冷発生室
、９ａ、９ｂ・・・超流動ヘリウム、１４・・・主超電
導コイル、１５ａ、１５ｂ・・・補正用超電導コイル。 箒　１（２］ 羊２０ Ｌ 第　３ｍ ≦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁場を加えると発熱し、磁場を除去すると吸熱する
   磁気冷凍用作業物質と、弾熱性のロータに外表面が露出
   した複数個の前記作業物質を埋めこみ、このロータの外
   周に極めて小さい間隙を保って設けられた円筒形ハウジ
   ングの一部に少なくとも高温冷媒につながる開口と、低
   温流体につながる寒冷発生室を有し、前記高温冷媒につ
   ながる開口周辺に高磁場を発生する電磁石を配置し、前
   記ロータに埋めこまれた作業物質が高磁場部と低温流体
   につながる低磁場の寒冷発生室を交互に通過するようロ
   ータを回転させる磁気冷凍機において、 前記円柱体を前記円筒形ハウジングに収納したものを２
   つ、高温冷媒につながる開口部を向い合せて配置し、こ
   の開口部に高磁場を発生するように電磁石を配置し、こ
   の発生高磁場を前記２つの開口部に面した作業物質に共
   通に印加するようにして２つのロータを同時に回転させ
   ることを特徴とする磁気冷凍機。 ２、作業物質を埋めこんだロータを、円筒形ハウジング
   の中に収めて回転させて動作させるとき、２つのロータ
   を作業物質の位置位相をずらして回転させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の磁気冷凍機。 ３．２つのロータを各々逆向きに回転させて動作させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気冷凍
   機。