JPS61114061A - 磁気冷凍機 - Google Patents
磁気冷凍機Info
- Publication number
- JPS61114061A JPS61114061A JP23498084A JP23498084A JPS61114061A JP S61114061 A JPS61114061 A JP S61114061A JP 23498084 A JP23498084 A JP 23498084A JP 23498084 A JP23498084 A JP 23498084A JP S61114061 A JPS61114061 A JP S61114061A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- working material
- cooling unit
- cylinder
- 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シ、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シ、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、 ４，３
３２，１３５号明細書に記載の往復動型のものが知られ
ていも往復動型の冷ｃｌＬ磯は、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。
３２，１３５号明細書に記載の往復動型のものが知られ
ていも往復動型の冷ｃｌＬ磯は、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。
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、作業物
質を静止状態にして動作する高効率の磁気冷凍機を提供
することにある。
質を静止状態にして動作する高効率の磁気冷凍機を提供
することにある。
本発明のｑ＃徴は、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は強度を周
期的に変化させて、冷凍サイクルを構成すると共に、作
業物質の表面に凝縮した液をガス層の下へ導ひく手段を
設けたものである。
き、該作業物質に印加する磁束の分布あるいは強度を周
期的に変化させて、冷凍サイクルを構成すると共に、作
業物質の表面に凝縮した液をガス層の下へ導ひく手段を
設けたものである。
以下、本発明の磁気冷凍機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図および
第２図によって１！５！明する。
ム温度領域の近傍で動作する磁気冷凍機を第１図および
第２図によって１！５！明する。
通常の液体ヘリウム１ （４，２、ｌａｔｍ）は、図示
しな゛い断熱容器に溜められる。本発明の磁気冷凍機の
主要部分は前記液体ヘリウム１中に浸漬される。断熱真
空層２ ａ ＋ ２ ｂ ｌ Ｚ Ｃを備えた冷却ユニ
ット３内には、内周に旧って複数個の磁気冷凍作業物質
４が配置されている。断熱真空層２ａ。
しな゛い断熱容器に溜められる。本発明の磁気冷凍機の
主要部分は前記液体ヘリウム１中に浸漬される。断熱真
空層２ ａ ＋ ２ ｂ ｌ Ｚ Ｃを備えた冷却ユニ
ット３内には、内周に旧って複数個の磁気冷凍作業物質
４が配置されている。断熱真空層２ａ。
２ｂ、２ｃは穴５などによって連通している。磁気冷凍
作業物質４は、ガドリニワム・ガリウム・ガーネットＧ
ｄａＧａｓＯｘｚ＊ネオジウム・ガリウム・ガーネット
Ｎ ｄａ Ｇ ａｓ Ｏｕ ｐサマリウム・ガリウム・
ガーネットＳｍａ Ｇ Ｂｓ ０１２などの磁性材料に
よシ構 。
作業物質４は、ガドリニワム・ガリウム・ガーネットＧ
ｄａＧａｓＯｘｚ＊ネオジウム・ガリウム・ガーネット
Ｎ ｄａ Ｇ ａｓ Ｏｕ ｐサマリウム・ガリウム・
ガーネットＳｍａ Ｇ Ｂｓ ０１２などの磁性材料に
よシ構 。
成されている。これらは、磁場を加えると発熱し、磁場
を除去すると吸熱する磁気熱量効果を示すものである。
を除去すると吸熱する磁気熱量効果を示すものである。
作業物質４の下方には飽和蒸気圧下にめるヘリウムガス
６があシ作業物質に直接面している。真空容器壁７によ
って囲まｎた容器８の底部には、飽和蒸気圧下（＜ １
ａｔｍ ）の液体ヘリウム９があり、この上方にはヘ
リウムガス１０があシ、このヘリウムガス１０は前記ヘ
リウムガス６とつながっている。作業物質４の下面４Ａ
（第２図参照）は低温側の伝熱面で、伝熱面積を増加さ
せるために長方形断面の直線フィンなどの加工を行って
いる。作業物質４の上面４Ｂは、通常の液体ヘリウム１
に直接面している、作業物質はその側面で冷却ユニット
に固定され、かつ液体ヘリウム１とヘリウムガス６とを
分離、シールしている。
６があシ作業物質に直接面している。真空容器壁７によ
って囲まｎた容器８の底部には、飽和蒸気圧下（＜ １
ａｔｍ ）の液体ヘリウム９があり、この上方にはヘ
リウムガス１０があシ、このヘリウムガス１０は前記ヘ
リウムガス６とつながっている。作業物質４の下面４Ａ
（第２図参照）は低温側の伝熱面で、伝熱面積を増加さ
せるために長方形断面の直線フィンなどの加工を行って
いる。作業物質４の上面４Ｂは、通常の液体ヘリウム１
に直接面している、作業物質はその側面で冷却ユニット
に固定され、かつ液体ヘリウム１とヘリウムガス６とを
分離、シールしている。
冷却ユニット３の、作業物質４を配置した円周上におい
て、冷却ユニットを上下から挾むように配置した２３き
電導コイル１１ ａ ｓ １ ｌ ｂを回転ドラム１２
に複数対等間隔に配置する。これら複数対の超電導コイ
ル群は、作業物質４を配置した円周上に高磁場、低磁場
と周期的に変化する磁場分布を形成する。
て、冷却ユニットを上下から挾むように配置した２３き
電導コイル１１ ａ ｓ １ ｌ ｂを回転ドラム１２
に複数対等間隔に配置する。これら複数対の超電導コイ
ル群は、作業物質４を配置した円周上に高磁場、低磁場
と周期的に変化する磁場分布を形成する。
作業物質４を配置した冷却ユニット３は、支持体１３に
よって、図示しない常温部の静止体に固定されているの
で、冷却ユニット３は常に静止状態にある。これに対し
、超電導コイル群を固定した回転ドラム１２は、回転駆
動円筒１４によって、図示しない常温部に配置した駆動
用モータなどによって、回転できる。このとき、回転駆
動円筒１４は常温部の静止体と固定された支持体Ｂおよ
び支持体１５に対して、無潤滑のステンレス製のボール
ベアリング１６．１７などによって軸受、される。また
、冷却ユニット３につながった真空容器壁７に対しても
前記と同様のボールベアリング１８によって回転支持さ
れる。
よって、図示しない常温部の静止体に固定されているの
で、冷却ユニット３は常に静止状態にある。これに対し
、超電導コイル群を固定した回転ドラム１２は、回転駆
動円筒１４によって、図示しない常温部に配置した駆動
用モータなどによって、回転できる。このとき、回転駆
動円筒１４は常温部の静止体と固定された支持体Ｂおよ
び支持体１５に対して、無潤滑のステンレス製のボール
ベアリング１６．１７などによって軸受、される。また
、冷却ユニット３につながった真空容器壁７に対しても
前記と同様のボールベアリング１８によって回転支持さ
れる。
本磁気冷凍機によって、冷凍運転を行う場合その準備と
して図示しない脱着可能な電流リードによって、電流リ
ードコネクタ１９を介して超電導コイル群１１ａ、ｌｌ
ｂを励磁し、作業物質４を配置した円周上に磁場分布を
形成させ、そして図示しない熱式などの永久電流スイッ
チによって、超電導コイル群を永久電流モード運転に移
す。この後、前記電流リードは電流リードコネクタ１９
からはずされる。この状態にして初めて回転ドラム１２
を回転させて冷凍運転を行うことができる。
して図示しない脱着可能な電流リードによって、電流リ
ードコネクタ１９を介して超電導コイル群１１ａ、ｌｌ
ｂを励磁し、作業物質４を配置した円周上に磁場分布を
形成させ、そして図示しない熱式などの永久電流スイッ
チによって、超電導コイル群を永久電流モード運転に移
す。この後、前記電流リードは電流リードコネクタ１９
からはずされる。この状態にして初めて回転ドラム１２
を回転させて冷凍運転を行うことができる。
回転ドラム１２０回転方向２０の方向に回転させる。こ
の回転方向は、反対でも全くかまわない。
の回転方向は、反対でも全くかまわない。
回転ドラム１２ｔ−図示しない常温部に配置したモータ
によって回転駆動円筒１４ｆｅ介して、一定の回転数あ
るいは回転数を周期的に変化させながら回転させる。こ
うすることによって、超電導コイル群１１ａ、ｌｌｂが
作業物質４を配置した円周上に形成する高低の磁場分布
と回転変化に対応して、個々の作業１質４には萬磁場、
低磁場と連続的に、そして周期的に変化する磁場が印加
される。
によって回転駆動円筒１４ｆｅ介して、一定の回転数あ
るいは回転数を周期的に変化させながら回転させる。こ
うすることによって、超電導コイル群１１ａ、ｌｌｂが
作業物質４を配置した円周上に形成する高低の磁場分布
と回転変化に対応して、個々の作業１質４には萬磁場、
低磁場と連続的に、そして周期的に変化する磁場が印加
される。
作業物質４は、磁場が印加されると発熱するので、作業
物質４は主にその上面４Ｂから液体ヘリウム１に沸騰熱
伝達で放熱する。また磁場を除去すると作業物質４は主
にその下ｍ１４Ａにおいてへリタｉ ムガス６
を凝縮させて吸熱する。このとき、凝縮した飽和蒸気圧
下の液体ヘリウムは、底部２１（第２図参照）に落ドし
、容ａ！８へ流れ込む。熱負荷が、飽和蒸気圧下の液体
ヘリウム９に入ると、この液体ヘリウム９は蒸発してヘ
リウムガス１０とな９、こｎがまた作業物質４の下面４
Ａで再凝縮して、液化さｎ定常状態となる。液体ヘリウ
ム９の温度は、飽和蒸気圧（＜１ａｔｒｒＩ）に相当し
た温度とな９、蒸気圧が３８＋ｍ）ｉｇ以下となると超
流動ヘリウム６６温度であるラムダ点温度２．１７に以
下とな９、このとき液体ヘリウム９は超流動へリウムと
なる。
物質４は主にその上面４Ｂから液体ヘリウム１に沸騰熱
伝達で放熱する。また磁場を除去すると作業物質４は主
にその下ｍ１４Ａにおいてへリタｉ ムガス６
を凝縮させて吸熱する。このとき、凝縮した飽和蒸気圧
下の液体ヘリウムは、底部２１（第２図参照）に落ドし
、容ａ！８へ流れ込む。熱負荷が、飽和蒸気圧下の液体
ヘリウム９に入ると、この液体ヘリウム９は蒸発してヘ
リウムガス１０とな９、こｎがまた作業物質４の下面４
Ａで再凝縮して、液化さｎ定常状態となる。液体ヘリウ
ム９の温度は、飽和蒸気圧（＜１ａｔｒｒＩ）に相当し
た温度とな９、蒸気圧が３８＋ｍ）ｉｇ以下となると超
流動ヘリウム６６温度であるラムダ点温度２．１７に以
下とな９、このとき液体ヘリウム９は超流動へリウムと
なる。
さて、作業物質４の下ｍ４ｈでヘリウムガス６が凝縮し
て液化された液体ヘリウムは、底部２１を経て直接ヘリ
ウムガス６の底の方へ落下する力ζ一部は壁２２ｔ−介
して通常の液体ヘリウム１とほぼ同一温度（約４．２ｋ
）にある壁２３の方へ流れて蒸発してしまい熱損失とな
シ、さらに一部はとなシの高磁場が印加されていて発熱
して、温度が上っている作業物質４の方向へ壁２２を介
して流れて蒸発ししまい熱損失となシ、効率を著しく低
１′″ｌ下させる。そとで、第３Ａ図で
示すように個々の作業物質４の下１１ｉ４Ａｌｃ凝縮し
た液体ヘリウムを下方向にのみ導くためのガイド２４を
設けるっこのガイドは、熱伝導率が非常に小さく、比熱
の小さい材料でりるステン７ス鋼やプラスチックなどで
構成する。
て液化された液体ヘリウムは、底部２１を経て直接ヘリ
ウムガス６の底の方へ落下する力ζ一部は壁２２ｔ−介
して通常の液体ヘリウム１とほぼ同一温度（約４．２ｋ
）にある壁２３の方へ流れて蒸発してしまい熱損失とな
シ、さらに一部はとなシの高磁場が印加されていて発熱
して、温度が上っている作業物質４の方向へ壁２２を介
して流れて蒸発ししまい熱損失となシ、効率を著しく低
１′″ｌ下させる。そとで、第３Ａ図で
示すように個々の作業物質４の下１１ｉ４Ａｌｃ凝縮し
た液体ヘリウムを下方向にのみ導くためのガイド２４を
設けるっこのガイドは、熱伝導率が非常に小さく、比熱
の小さい材料でりるステン７ス鋼やプラスチックなどで
構成する。
液体ヘリウムが超流動ヘリウムとなっている場曾、ガイ
ド２４の出口で≦２１に落下せずに、ガイド２４の裏側
へ回シ込む超流動ヘリウムのフィルムフローによる熱損
失を生ずる恐れがある。これに対し、第３Ｂ図のように
、ガイド２５の下部をテーパ状にして一口１）を小さく
すると、上記フイルムフＵ−を低減できる。第４図で示
すように個々の作４６質４に対して、ヘリウムガス６の
膚を隔壁２６で分離すると、各々の作業Ｗ質で起る磁気
冷凍作用は、各々独立して起シ、各々の作業物質の冷凍
サイクル過程の差による相互干渉による熱損失の発生を
著しく低減できる。
ド２４の出口で≦２１に落下せずに、ガイド２４の裏側
へ回シ込む超流動ヘリウムのフィルムフローによる熱損
失を生ずる恐れがある。これに対し、第３Ｂ図のように
、ガイド２５の下部をテーパ状にして一口１）を小さく
すると、上記フイルムフＵ−を低減できる。第４図で示
すように個々の作４６質４に対して、ヘリウムガス６の
膚を隔壁２６で分離すると、各々の作業Ｗ質で起る磁気
冷凍作用は、各々独立して起シ、各々の作業物質の冷凍
サイクル過程の差による相互干渉による熱損失の発生を
著しく低減できる。
〔発明の効果］
本発明によれば、冷却ユニットおよび超電導コイル群を
固定した回転ドラムを常温部よシ支持しかつ回転ドラム
の回転軸受を非常に簡単な構造で行うことができるので
、冷却ユニットに対して、非常に安定に回転ドラムを回
転でき、また複数の磁気冷凍用作業物質の低温側の伝熱
面においてそれぞれ独立した凝縮室を設け、他の作業物
質に対して干渉を与えないようにすることによって、熱
損失を著しく低減できるので、その結果信頼性が向上し
、かつ、高効率な磁気冷凍機を得ることができる。
固定した回転ドラムを常温部よシ支持しかつ回転ドラム
の回転軸受を非常に簡単な構造で行うことができるので
、冷却ユニットに対して、非常に安定に回転ドラムを回
転でき、また複数の磁気冷凍用作業物質の低温側の伝熱
面においてそれぞれ独立した凝縮室を設け、他の作業物
質に対して干渉を与えないようにすることによって、熱
損失を著しく低減できるので、その結果信頼性が向上し
、かつ、高効率な磁気冷凍機を得ることができる。
第１図は、本発明の一実施例になる磁気冷凍機の極低温
部分の斜視断面図である。第２図は第１図の冷却ユニッ
トの部分斜視断面図、第３Ａ、第３Ｂ図は本発明の他の
実施例を示すもので、磁気冷凍用作業物を冷却ユニット
に取シ付けた部分の断面図、第４図は本発明のもう一つ
の実施例を示す冷却ユニットの部分の斜視断面図である
。 １・・・液体ヘリウム（〜ｌａｔｍ、〜４．２ｋ）、２
・・・断熱真空層、３・・・冷却ユニット、４・・・磁
気冷凍作業物質、９・・・液体ヘリウム、１１・・・超
電導コイル才１因 オ ２ 目 汁３Ａ凹 第４ 目
部分の斜視断面図である。第２図は第１図の冷却ユニッ
トの部分斜視断面図、第３Ａ、第３Ｂ図は本発明の他の
実施例を示すもので、磁気冷凍用作業物を冷却ユニット
に取シ付けた部分の断面図、第４図は本発明のもう一つ
の実施例を示す冷却ユニットの部分の斜視断面図である
。 １・・・液体ヘリウム（〜ｌａｔｍ、〜４．２ｋ）、２
・・・断熱真空層、３・・・冷却ユニット、４・・・磁
気冷凍作業物質、９・・・液体ヘリウム、１１・・・超
電導コイル才１因 オ ２ 目 汁３Ａ凹 第４ 目
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、磁場を印加すると発熱し、磁場を除去すると吸熱す
る磁気冷凍用作業物質と、この作業物質に印加する磁場
を可変できる磁場発生装置と、この作業物質が発熱した
とき、この熱を外部へ放熱する手段と、作業物質が吸熱
するとき、作動流体であるガスを作業物質の表面で凝縮
をさせて吸熱する磁気冷凍機において、作業物質の表面
において凝縮した液を前記ガスの層の下部の底へ導くガ
イドを設けたことを特徴とする磁気冷凍機。 ２、磁場を印加すると発熱し、磁場を除去すると吸熱す
る磁気冷凍用作業物質とこの作業物質を断熱した板上に
、円状に１個あるいは複数個配列した冷却ユニットと作
業物質に対して熱を伝達する手段を備え、これら作業物
質に対し円周上に磁束密度分布を有する磁場発生装置と
、前記磁場発生装置を前記円周上に沿つて回転させて、
前記冷却ユニットに配置した作業物質に高磁場と低磁場
の間を連続的に変化する周期的な変化磁場を印加させる
ことによつて、液化・冷凍を行う磁気冷凍機において、
前記冷却ユニットの固定支持を、冷却ユニットの中心軸
に固定した棒あるいは円筒を常温部に固定し、そして前
記磁場発生装置をその回転軸に固定した円筒を常温部に
配置した回転駆動源に接続して、この円筒で磁場発生装
置を支持し、かつこの円筒を回転駆動軸とし、この回転
駆動軸の回転軸受を、前記冷却ユニットの固定支持棒あ
るいは円筒との間に設けた軸受と前記回転駆動軸の外側
に別に設けた常温部の静止体に固定された支持円筒との
間に設けた軸受で行うと共に、作動流体であるガスを作
業物質の表面で凝縮させて吸熱すると共に、該凝縮した
液を前記ガス層の下部へ導びくガイドを設けたことを特
徴とする磁気冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23498084A JPS61114061A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 磁気冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23498084A JPS61114061A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 磁気冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114061A true JPS61114061A (ja) | 1986-05-31 |
Family
ID=16979257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23498084A Pending JPS61114061A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 磁気冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61114061A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2875895A1 (fr) * | 2004-09-28 | 2006-03-31 | Christian Muller | Dispositif de production d'energie thermique a materiau magneto-calorifique a moyens internes de commutation et synchronisation automatique des circuits de fluides caloporteurs |
-
1984
- 1984-11-09 JP JP23498084A patent/JPS61114061A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2875895A1 (fr) * | 2004-09-28 | 2006-03-31 | Christian Muller | Dispositif de production d'energie thermique a materiau magneto-calorifique a moyens internes de commutation et synchronisation automatique des circuits de fluides caloporteurs |
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