JPS608672A - カスケ−ド型磁気冷凍機 - Google Patents
カスケ−ド型磁気冷凍機Info
- Publication number
- JPS608672A JPS608672A JP11581683A JP11581683A JPS608672A JP S608672 A JPS608672 A JP S608672A JP 11581683 A JP11581683 A JP 11581683A JP 11581683 A JP11581683 A JP 11581683A JP S608672 A JPS608672 A JP S608672A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- working material
- working
- magnetic refrigerator
- refrigerator
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
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。
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の作業物質に印加す
る磁場の分布あるいは強度を変えることができる磁界装
置よりなる磁気冷凍機に係り、特に高効率化に好適な磁
気冷凍機に関する。
る磁場の分布あるいは強度を変えることができる磁界装
置よりなる磁気冷凍機に係り、特に高効率化に好適な磁
気冷凍機に関する。
従来の磁気冷凍機としては、Ｕ、Ｓ、Ｐ、４，３３２，
１３５号明細書に記載の往復動型のものが知られている
。
１３５号明細書に記載の往復動型のものが知られている
。
往復動型の冷凍機は、作業物質を高磁場中に往復運動に
よって出し入れするものであるが、一般に駆動部分が複
雑かつ大形になる。また、Ｕ、Ｓ、Ｐ。
よって出し入れするものであるが、一般に駆動部分が複
雑かつ大形になる。また、Ｕ、Ｓ、Ｐ。
４．１０７，９３５号明細書に記載の如き回転型の磁気
冷凍機も知られているが、回転体中に作動流体を流すた
め、気密の確保が問題となシ、流体循環の手段を要する
など、極めて複雑な構成となる。
冷凍機も知られているが、回転体中に作動流体を流すた
め、気密の確保が問題となシ、流体循環の手段を要する
など、極めて複雑な構成となる。
本発明の目的は、上記のような問題点を解決した静止型
で高効率、高冷凍能力の磁気冷凍機を提供することにあ
る。
で高効率、高冷凍能力の磁気冷凍機を提供することにあ
る。
本発明は、磁気冷凍機の作業物質を定位置に置き、該作
業物質に印加する磁束の分布あるいけ強度を周期的に変
化させて、冷凍サイクルを構成するものである。
業物質に印加する磁束の分布あるいけ強度を周期的に変
化させて、冷凍サイクルを構成するものである。
以下、本発明の磁気冷凍様の一実施例として液体ヘリウ
ム温度領域の近傍で動作する磁気冷凍機を第１図によっ
て説明する。高温側の冷媒である通常の液体水素１ （
〜２０に、 〜１ ａｔｍ ） Ｉｉ、配管２を通して
熱伝達室３内に溜められる。中間温度における冷媒であ
る液体ヘリウム４（〜４．２ Ｋ 、〜１ａｔｍ）は配
管５を通して熱伝達室６内に溜められる。低温側の冷媒
である液体ヘリウム７（定常運転時〜２．１７に以下、
〜４ｏＩ＋０＋ＩＨｇ以下）は配管８を通して熱伝達室
９内に溜められる。作業物質である磁性体１０．１１は
、それぞれの動作温度に通した物質を選択する。すなわ
ち、動作温度において、磁気によって大きなエントロピ
ー変化を起こし、そして熱伝導の良い物質を選択する。
ム温度領域の近傍で動作する磁気冷凍機を第１図によっ
て説明する。高温側の冷媒である通常の液体水素１ （
〜２０に、 〜１ ａｔｍ ） Ｉｉ、配管２を通して
熱伝達室３内に溜められる。中間温度における冷媒であ
る液体ヘリウム４（〜４．２ Ｋ 、〜１ａｔｍ）は配
管５を通して熱伝達室６内に溜められる。低温側の冷媒
である液体ヘリウム７（定常運転時〜２．１７に以下、
〜４ｏＩ＋０＋ＩＨｇ以下）は配管８を通して熱伝達室
９内に溜められる。作業物質である磁性体１０．１１は
、それぞれの動作温度に通した物質を選択する。すなわ
ち、動作温度において、磁気によって大きなエントロピ
ー変化を起こし、そして熱伝導の良い物質を選択する。
上記のような温度構成において、４．２にと２０にの温
度間での作業物質１ｏとしてはＥｕＳなどを、そして１
．８にと４．２にの温度間の作業物質１１としてはＧｄ
ａＧａｓＯ＋ｚ 、 Ｇｄ５ＡｔｓＯ１ｚなどの磁性体
を適用する。熱伝達室３，６．９は、ビートパイプを構
成していて、これが冷凍サイクル中において、熱スィッ
チの役目を果す。熱伝達室３，６．９はステンレス鋼、
セラミックス等の熱伝導率の低い材料で構成される。作
業物質Ｎｏ、１１に磁界を周期的に印加するための超電
導コイル１２，１．３を、作業物１０．１１の周囲に設
置する。１４は、２０にのガス冷凍機の冷却端である。
度間での作業物質１ｏとしてはＥｕＳなどを、そして１
．８にと４．２にの温度間の作業物質１１としてはＧｄ
ａＧａｓＯ＋ｚ 、 Ｇｄ５ＡｔｓＯ１ｚなどの磁性体
を適用する。熱伝達室３，６．９は、ビートパイプを構
成していて、これが冷凍サイクル中において、熱スィッ
チの役目を果す。熱伝達室３，６．９はステンレス鋼、
セラミックス等の熱伝導率の低い材料で構成される。作
業物質Ｎｏ、１１に磁界を周期的に印加するための超電
導コイル１２，１．３を、作業物１０．１１の周囲に設
置する。１４は、２０にのガス冷凍機の冷却端である。
また、１．８Ｋに冷却するだめの被冷却物体１５は、熱
伝達室９の底部に取り付けられる。１６は、磁気冷凍機
の主要部分を包囲する断熱真空部である。
伝達室９の底部に取り付けられる。１６は、磁気冷凍機
の主要部分を包囲する断熱真空部である。
次に、本磁気冷凍機の動作原理について説明する。
本実施例では、作業物質１０の磁気エントロピーを増減
させる方法として、作業物質１０に印加する磁束密度を
変化させ、そして外界との熱のやシとりをする方法で行
う。
させる方法として、作業物質１０に印加する磁束密度を
変化させ、そして外界との熱のやシとりをする方法で行
う。
作業物質１０．１１に印加する磁束密度を変化させる方
法としては、−例として超電導コイル１２．１３を上下
動させることによって行う。超電導コイル１２．１３は
、それぞれ容器１７゜１８に収納され支持体１９．２０
によって、容器１７．１８に固定される。超電導コイル
１２゜１３は、容器１７．１８に満たされた液体ヘリウ
ム２１によって冷却される。超電導コイル１２゜１３を
上下動させるには、図示しない駆にｂ装置によって、駆
動棒２２を介して行う。第１図で示す超電導コイル１２
．１３の位置は、下端へ動いた状態であり、超電導コイ
ル１２によって、作業物質１１に磁界を印加されている
。これに対し、作業物質１０への印加磁界ははは零とな
っている。
法としては、−例として超電導コイル１２．１３を上下
動させることによって行う。超電導コイル１２．１３は
、それぞれ容器１７゜１８に収納され支持体１９．２０
によって、容器１７．１８に固定される。超電導コイル
１２゜１３は、容器１７．１８に満たされた液体ヘリウ
ム２１によって冷却される。超電導コイル１２゜１３を
上下動させるには、図示しない駆にｂ装置によって、駆
動棒２２を介して行う。第１図で示す超電導コイル１２
．１３の位置は、下端へ動いた状態であり、超電導コイ
ル１２によって、作業物質１１に磁界を印加されている
。これに対し、作業物質１０への印加磁界ははは零とな
っている。
超電導コイル１２．１３によって発生する最大磁束密度
は、一般に等しくないように設定される。
は、一般に等しくないように設定される。
仮りに、これが等しくてもよい場合には、超電導コイル
１２は不要で、超電導コイル１３−個によっても同様の
動作ができる。しかしながら、このときは、上下動のス
トロークが、超電導コイル２個の場合のストロークの２
倍となる。
１２は不要で、超電導コイル１３−個によっても同様の
動作ができる。しかしながら、このときは、上下動のス
トロークが、超電導コイル２個の場合のストロークの２
倍となる。
本発明の磁気冷凍機は、逆カルノーサイクルで動作する
。
。
基本動作として、１．８ Ｋと４．２にの温度範囲で、
すなわち、作業物質１１を基にした冷凍サイクルを第２
図で説明する。まず、■−■の過程で断熱的に磁束Ｂを
増加する。次に、■−〇の過程で、準等温的に、作業物
質１１に加える磁束Ｂを増加して磁気エントロピーを減
少させる。このとき、発生する熱量Ｑｈ１は、作業物質
１１と液体水素１の沸騰熱伝達によって放熱する。この
作業物質１１の伝熱面には、沸騰熱伝達特性を向上させ
るだめの処ｉを行っている。■−■−〇の過程で、作業
物質１１と低温側の液体ヘリウム７との熱交換脣は、熱
交換室９内のヘリウムガスの伝導でほぼ決まる。つまり
、熱交換が非′帛に悪く、従って、作業物質と低温側液
体ヘリウムとは、はぼ断熱状態になる。
すなわち、作業物質１１を基にした冷凍サイクルを第２
図で説明する。まず、■−■の過程で断熱的に磁束Ｂを
増加する。次に、■−〇の過程で、準等温的に、作業物
質１１に加える磁束Ｂを増加して磁気エントロピーを減
少させる。このとき、発生する熱量Ｑｈ１は、作業物質
１１と液体水素１の沸騰熱伝達によって放熱する。この
作業物質１１の伝熱面には、沸騰熱伝達特性を向上させ
るだめの処ｉを行っている。■−■−〇の過程で、作業
物質１１と低温側の液体ヘリウム７との熱交換脣は、熱
交換室９内のヘリウムガスの伝導でほぼ決まる。つまり
、熱交換が非′帛に悪く、従って、作業物質と低温側液
体ヘリウムとは、はぼ断熱状態になる。
次に、上記のように、磁気エントロピーを減少させた状
態で、はぼ断熱的に磁束を減少させると、作業物質１１
の温度は低下する。この過程における液体水素１と作業
物質１１との熱変換は液体ヘリウム４の伝導によるもの
である。液体ヘリウム４の熱伝導率は、２Ｘ １０−４
０−４Ｗ’ Ｋ−’ で非常に小さく、この面ではほぼ
断熱となる。ところが被冷却物体１５内に生ずる発熱は
、液体ヘリウム７内に輸送され、液体ヘリウム７を蒸発
ｉＮせる。この蒸発したヘリウムガスは、［Ｆ］−■の
過程で作業物質１１の沸騰熱伝達面（第１１！！？ｌで
作業物質１１のＥｕＳとし、作業物質１１をＧｄａＧａ
ｓＯｌｚ とすればよい。
態で、はぼ断熱的に磁束を減少させると、作業物質１１
の温度は低下する。この過程における液体水素１と作業
物質１１との熱変換は液体ヘリウム４の伝導によるもの
である。液体ヘリウム４の熱伝導率は、２Ｘ １０−４
０−４Ｗ’ Ｋ−’ で非常に小さく、この面ではほぼ
断熱となる。ところが被冷却物体１５内に生ずる発熱は
、液体ヘリウム７内に輸送され、液体ヘリウム７を蒸発
ｉＮせる。この蒸発したヘリウムガスは、［Ｆ］−■の
過程で作業物質１１の沸騰熱伝達面（第１１！！？ｌで
作業物質１１のＥｕＳとし、作業物質１１をＧｄａＧａ
ｓＯｌｚ とすればよい。
本発明によれば、作業物質の放熱、吸熱の熱換換過程で
、作業物質を静止でき、そして２以上の冷凍サイクルを
カスケードに接続でき、それぞれの動作温度領域におい
て、最適な作業物質を選択できるので、高効率で、高冷
凍能力を得そして広い温度域で磁気冷凍サイクルを組む
ことができるという効果がある。
、作業物質を静止でき、そして２以上の冷凍サイクルを
カスケードに接続でき、それぞれの動作温度領域におい
て、最適な作業物質を選択できるので、高効率で、高冷
凍能力を得そして広い温度域で磁気冷凍サイクルを組む
ことができるという効果がある。
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は、
本磁気冷凍機の基本動作を説明する冷凍サイクル図、第
３図は、作業物質に印加する周期１・・・液体水素、３
・・・熱伝達室、４・・・液体ヘリウム、６・・・熱伝
達室、７・・・液体ヘリウム、９・・・熱伝達室、１０
・・・作業物質、１１・・・作業物質、１２・・・超電
導コイル。 第 １ 図 薗 Ｚ 団 温 ／！ （Ｋ） ￥Ｊ３図 ｕ ｌＬ 図 一作某字勿’ｆｌ ｔｔ 温／！ （Ｋ）
本磁気冷凍機の基本動作を説明する冷凍サイクル図、第
３図は、作業物質に印加する周期１・・・液体水素、３
・・・熱伝達室、４・・・液体ヘリウム、６・・・熱伝
達室、７・・・液体ヘリウム、９・・・熱伝達室、１０
・・・作業物質、１１・・・作業物質、１２・・・超電
導コイル。 第 １ 図 薗 Ｚ 団 温 ／！ （Ｋ） ￥Ｊ３図 ｕ ｌＬ 図 一作某字勿’ｆｌ ｔｔ 温／！ （Ｋ）
Claims (1)
- 磁性材料よシなる作業物質とこの作業物質に印加する磁
界を発生する装置と、作業’Ｊ質に熱の伝達ができる手
段とを備えた磁気冷凍機において、高温、低温間の動作
温度範囲を複数個に分割し、それぞれの温度範囲におい
て、異った複数個の作業物質を用いて、冷凍サイクルを
組むことを特徴とするカスケード型磁気冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11581683A JPS608672A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | カスケ−ド型磁気冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11581683A JPS608672A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | カスケ−ド型磁気冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS608672A true JPS608672A (ja) | 1985-01-17 |
Family
ID=14671808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11581683A Pending JPS608672A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | カスケ−ド型磁気冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS608672A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9534816B2 (en) | 2011-05-13 | 2017-01-03 | Denso Corporation | Thermo-magnetic cycle apparatus with bypass valve |
| JP2022068403A (ja) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 変動磁場生成システムおよびこれを用いた静止型磁気冷凍システム |
-
1983
- 1983-06-29 JP JP11581683A patent/JPS608672A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9534816B2 (en) | 2011-05-13 | 2017-01-03 | Denso Corporation | Thermo-magnetic cycle apparatus with bypass valve |
| JP2022068403A (ja) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 変動磁場生成システムおよびこれを用いた静止型磁気冷凍システム |
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