JPS61213453A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

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Publication number
JPS61213453A
JPS61213453A JP5446585A JP5446585A JPS61213453A JP S61213453 A JPS61213453 A JP S61213453A JP 5446585 A JP5446585 A JP 5446585A JP 5446585 A JP5446585 A JP 5446585A JP S61213453 A JPS61213453 A JP S61213453A
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JP
Japan
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magnetic
magnetic field
refrigerator
coil
superelectric
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Pending
Application number
JP5446585A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
善則 白楽
久直 尾形
武夫 根本
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS61213453A publication Critical patent/JPS61213453A/en
Pending legal-status Critical Current

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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

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、極低温冷凍装置に係り、特に小形で高効率、
高信頼性化に好適な極低温冷凍装置に関するものである
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a cryogenic refrigeration system, particularly a compact, highly efficient,
The present invention relates to a cryogenic refrigeration system suitable for achieving high reliability.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、輯低温冷凍装置は、「低温工学ハンドブック」内
田鶴画新社、昭和57年9月15日第1版、p、138
〜141記載のように、ギホード・マクマホン冷凍機に
、ジュール・トムソン膨張系(以下JT系という)を組
み込んでヘリウム液化装置を構成してい次。
Conventionally, low-temperature refrigeration equipment has been described in "Handbook of Cryogenic Engineering," Uchida Tsuruga Shinsha, 1st edition, September 15, 1980, p. 138.
As described in ~141, a helium liquefaction device is constructed by incorporating a Joule-Thomson expansion system (hereinafter referred to as JT system) into a Gifford-McMahon refrigerator.

しかし、この装置は、ギホード・マクマホン冷凍機とは
別に多数の熱交換器とJT系用の圧縮機等を必要とする
ので、装置が大形になり、効率が低く、信頼性に欠ける
という問題があった。
However, this equipment requires a large number of heat exchangers and a compressor for the JT system in addition to the Gifford-McMahon refrigerator, resulting in large equipment, low efficiency, and lack of reliability. was there.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決する九
めになされ友もので、磁気冷凍機の駆動力を低減して、
小形で、高効率、高信頼性を達成する極低温冷凍装置の
提供を、その目的としている。
The present invention is a ninth step in solving the problems of the prior art as described above, and reduces the driving force of the magnetic refrigerator.
The objective is to provide a cryogenic refrigeration system that is compact, highly efficient, and highly reliable.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明に係る極低温冷凍装置の構成は、断熱容器中に、
被冷却物を浸漬する液体ヘリウムとヘリウムガスとを収
容し友ものを、気体冷凍機と、この気体冷凍機の冷却ス
テージと熱伝達体で接続する磁気冷凍機とで、極低温に
冷却する極低温冷凍装置において、 当該磁気冷凍機は、 前記熱伝達体に接続する高温側放熱部と、この高温側放
熱部と間隙を保って、上記ヘリウムガス内に、水平方向
に運動可能に配設される・もので、断熱部材と複数の磁
性体とからなる作業物体と、 この作業物体の運動方向に直交する方向に位置し、前記
作業物体の磁性体に磁場を印加すべき超成動コイルとを
備えるものとし、 前記作業物体の反注運動にともなって、前記磁性体が高
磁場領域と低磁場領域とを交互に通過するようにしたも
のである。
The configuration of the cryogenic refrigeration apparatus according to the present invention includes:
An extremely low-temperature cooling system that contains liquid helium and helium gas in which the object to be cooled is immersed and cools the object to an extremely low temperature using a gas refrigerator and a magnetic refrigerator that is connected to the cooling stage of the gas refrigerator by a heat transfer member. In the low-temperature refrigeration apparatus, the magnetic refrigerator is disposed in the helium gas so as to be movable in the horizontal direction, with a high-temperature side heat dissipation section connected to the heat transfer body and a gap maintained between the high-temperature side heat dissipation section and the high-temperature side heat dissipation section. A work object consisting of a heat insulating member and a plurality of magnetic bodies, and a super-dynamic coil located in a direction perpendicular to the direction of movement of the work object and to apply a magnetic field to the magnetic bodies of the work object. The magnetic body alternately passes through a high magnetic field region and a low magnetic field region as the work object moves backward.

なお付記すると、本発明は、ギホード・マクマホン冷凍
機やスターリング冷凍機などの小形の気体冷凍機によっ
て、室温(約300K)から約10Ktでの冷凍を行い
、10にの温度から液体ヘリウム温度(約4K)までは
磁気冷凍機で冷凍サイクルを構成するものである。
As an additional note, the present invention performs freezing from room temperature (approximately 300 K) to approximately 10 Kt using a small gas refrigerator such as a Gifford-McMahon refrigerator or a Stirling refrigerator, and from a temperature of 10 to a liquid helium temperature (approximately 4K), the refrigeration cycle consists of a magnetic refrigerator.

小形の気体冷凍機の最低温度ステージと磁気冷凍機との
熱的接続は、微少間隙中のヘリウムガスの熱伝導で、ま
t1液体ヘリウム温度における熱伝達はヘリウムガスの
凝縮熱伝達によって行うように構成され次ものである。
Thermal connection between the lowest temperature stage of a small gas refrigerator and the magnetic refrigerator is achieved by heat conduction of helium gas in a minute gap, and heat transfer at the liquid helium temperature is achieved by condensation heat transfer of helium gas. It consists of the following:

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の各実施例を第1図ないし第5図を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

まず、第1図は、本発明の一実施例に係る極低温冷凍装
置の断面図である。
First, FIG. 1 is a sectional view of a cryogenic refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.

第1図において、1は、超電導コイルや超電導電子装置
などの被冷却物を示し、液体ヘリウムz中に浸漬されて
いる。この液体ヘリウム2は容器3に収納され、この容
器3と室温(約300K)の真空容器4とで断熱容器を
構成している。真空容器4と容器3との間は真空であり
、中間温度輻射シールド板5が設けられている。6aは
、容器3と中間温度輻射シールド板5との間の真空層、
6bは、真空容器4と中間gA度輻射シールド板5との
間の真空層である。
In FIG. 1, numeral 1 indicates an object to be cooled, such as a superconducting coil or a superconducting electronic device, which is immersed in liquid helium z. This liquid helium 2 is stored in a container 3, and this container 3 and a vacuum container 4 at room temperature (approximately 300 K) constitute a heat insulating container. There is a vacuum between the vacuum container 4 and the container 3, and an intermediate temperature radiation shield plate 5 is provided. 6a is a vacuum layer between the container 3 and the intermediate temperature radiation shield plate 5;
6b is a vacuum layer between the vacuum container 4 and the intermediate gA degree radiation shield plate 5.

7aは、容器3と中間温度輻射シールド板5との間に設
けられ九断熱荷重支持体、7bは、中間温度輻射シール
ド板5と真空容器4との間に設けられ九断熱荷重支持体
であり、これら断熱荷重支持体7a、7bによって、容
器3は真空容器4に荷重を支持されている。
7a is a heat insulation load support provided between the container 3 and the intermediate temperature radiation shield plate 5, and 7b is a heat insulation load support provided between the intermediate temperature radiation shield plate 5 and the vacuum container 4. The load of the container 3 is supported by the vacuum container 4 by these adiabatic load supports 7a and 7b.

8は、ギホード・マクマホン冷凍機やスターリング冷凍
機などの小形の気体冷凍機、9は磁気冷凍機で、これら
は、容器2上部に組込まれ、液体ヘリウム2の液面より
上部のヘリウムガス10内に水平方向に配設されている
8 is a small gas refrigerator such as a Gifford-McMahon refrigerator or a Stirling refrigerator, and 9 is a magnetic refrigerator. are arranged horizontally.

11a、llbは、気体冷凍機8の図示しない圧縮機に
接続される高圧、低圧ガス配管の取付口を示している。
Reference numerals 11a and llb indicate installation ports for high-pressure and low-pressure gas pipes connected to a compressor (not shown) of the gas refrigerator 8.

気体冷凍機8の中間温度ステージ12は、中間温度輻射
シールド板5を冷却するのに用いられている。気体冷凍
機8の冷却ステージの最低温度ステージ(例えばIOK
ステージ)13と、磁気冷凍機9の高温側放熱部14と
の間には、熱伝達体15が接続されている。この熱伝達
体15は、銅やアルミニウムなどの高熱伝導部材で形成
されており、磁気冷凍機9の高温側放熱部14に放熱さ
れ比熱を伝達する九めのものであり、これら気体冷凍機
8の最低温度ステージ13、磁気冷凍機9の高温側放熱
部14、熱伝達体15は、断熱部材16によって包囲さ
れてヘリウムガス10と断熱されている。
The intermediate temperature stage 12 of the gas refrigerator 8 is used to cool the intermediate temperature radiation shield plate 5 . The lowest temperature stage of the cooling stage of the gas refrigerator 8 (for example, IOK
A heat transfer body 15 is connected between the stage) 13 and the high temperature side heat radiation part 14 of the magnetic refrigerator 9. This heat transfer body 15 is made of a highly thermally conductive member such as copper or aluminum, and is a ninth element that radiates heat to the high temperature side heat radiating section 14 of the magnetic refrigerator 9 and transfers specific heat. The lowest temperature stage 13 of the magnetic refrigerator 9, the high temperature side heat radiation part 14, and the heat transfer body 15 are surrounded by a heat insulating member 16 and insulated from the helium gas 10.

17は、磁気冷凍機9を構成する作業物体で、往復運動
体に係るピストンである。
Reference numeral 17 denotes a work object constituting the magnetic refrigerator 9, which is a piston related to a reciprocating body.

ピストン17は、断熱部材19と少なくとも2個の磁性
体18a、18bとで形成されている。
The piston 17 is formed of a heat insulating member 19 and at least two magnetic bodies 18a and 18b.

すなわち、ピストン17の比較的先端部に、磁気冷凍用
作業物体質であるガドリニウム・ガリウム・ガーネット
(Gd5GaB of t )などの磁性体18a。
That is, a magnetic material 18a such as gadolinium gallium garnet (Gd5GaB of t ), which is a working material for magnetic refrigeration, is placed at a relatively distal end of the piston 17 .

18bを間隙をおいて設けてあり、他の断熱部材19の
部分は、ガラスセラミックスなどの低熱伝導率、低熱容
量で、かつ前記磁性体18a、18bと熱収縮率のほぼ
等しい材質で形成されている。
18b are provided with a gap between them, and the other heat insulating member 19 is made of a material such as glass ceramics that has low thermal conductivity, low heat capacity, and has approximately the same thermal shrinkage rate as the magnetic materials 18a and 18b. There is.

このピストン17は、ボールねじなど、回転運動から直
線運動へ変換する手段を具備し比変換器20を介して、
モータ21の正逆回転によって往復運動を行う。22a
、22bは軸受、23はシールである。
This piston 17 is equipped with means for converting rotational motion into linear motion, such as a ball screw, and via a ratio converter 20,
Reciprocating motion is performed by rotating the motor 21 in forward and reverse directions. 22a
, 22b is a bearing, and 23 is a seal.

24は、前記ピストン17の磁性体18a。24 is a magnetic body 18a of the piston 17;

18bに高磁場を印加する几めの超電動コイルで、この
超電導コイル24は、ピストン17を、取シ巻くように
ンレノイド中心に納め、高温側放熱部14、断熱部材1
6t−介してヘリウムガス10内に、ピストン17の運
動方向に直交する方向、すなわち垂直方向に配設されて
いる。
This superconducting coil 24 is a compact superconducting coil that applies a high magnetic field to the piston 18b, and is housed in the center of the renoid so as to surround the piston 17.
6t- is disposed in the helium gas 10 in a direction perpendicular to the direction of movement of the piston 17, that is, in a vertical direction.

次に、このように構成され九極低温冷凍装置の動作につ
いて説明する。
Next, the operation of the nine cryogenic refrigeration apparatus constructed in this way will be explained.

気体冷凍機8は常時運転されており、最低温度ステージ
13に接続する熱伝達体15によって、磁気冷凍機9の
高温側放熱部14はほぼIOKの温度に保次れている。
The gas refrigerator 8 is constantly operated, and the high temperature side heat radiation part 14 of the magnetic refrigerator 9 is maintained at a temperature of approximately IOK by the heat transfer body 15 connected to the lowest temperature stage 13.

一方、超電導コイル24は、永久電流モードで運転され
、そのソレノイド中心では常に高磁場となっている。
On the other hand, the superconducting coil 24 is operated in persistent current mode, and a high magnetic field is always present at the center of the solenoid.

いま、ピストン17が往復動して、第1図に示す位置に
あるとき(すなわちピストン17が最左端にある)、作
業物質である磁性体1811は超電導コイル24の高磁
場領域にあり、磁性体18bは磁場外にある。磁性体1
8aは、磁化されて発熱し、高温側放熱部14と磁性体
18aとの間O微少な間隙(約5〜50μm)中のヘリ
ウムガス10の熱伝導によって、高温側放熱部14へ放
熱する。
Now, when the piston 17 is reciprocating and is in the position shown in FIG. 1 (that is, the piston 17 is at the leftmost position), the magnetic material 1811, which is the working substance, is in the high magnetic field region of the superconducting coil 24, and the magnetic material 18b is outside the magnetic field. Magnetic material 1
8a is magnetized and generates heat, and radiates heat to the high temperature side heat radiating section 14 by thermal conduction of the helium gas 10 in a small gap (approximately 5 to 50 μm) between the high temperature side heat radiating section 14 and the magnetic body 18a.

次に、ピストン17が最右端へ動くと(磁性体teaは
超電動ニイル24の高磁場領域から出てヘリウムガス1
0中の磁場外すなわち低磁場領域に移動し、他の磁性体
18bが高磁場領域に入ることになる。低磁場領域に出
次磁性体teaは、11ぼ断熱的に消磁されるので温度
が低下し、ヘリウムガス10より温度が低くなると、磁
性体teaの直接表面でヘリウムガス1(l凝縮熱伝達
により凝縮させ、再液化する。
Next, when the piston 17 moves to the rightmost end (the magnetic material tea comes out of the high magnetic field region of the superelectric coil 24 and the helium gas 1
The other magnetic body 18b moves to the outside of the magnetic field at zero, that is, to the low magnetic field region, and the other magnetic body 18b enters the high magnetic field region. In the low magnetic field region, the magnetic material tea is adiabatically demagnetized by 11%, so its temperature decreases, and when the temperature becomes lower than the helium gas 10, the helium gas 1(l) is demagnetized on the direct surface of the magnetic material tea due to condensation heat transfer. Condensate and reliquefy.

このときの冷凍サイクルは逆カルノーサイクルとなって
いる。
The refrigeration cycle at this time is a reverse Carnot cycle.

液体ヘリウム2には、常温部からの熱侵入や被冷却物1
の熱などによって、常に熱が入り、蒸発しているので、
この蒸発分を上記のように再液化することになっている
Liquid helium 2 is exposed to heat intrusion from room temperature parts and objects to be cooled 1.
Heat constantly enters and evaporates due to the heat of
This evaporated content is to be reliquefied as described above.

本実施例によれば、作業物体であるピストン17の往復
運動によって、作業物質である磁性体18aと18bは
交互に高磁場領域、低磁場領域を通過して磁化、消磁を
行うので180度ずれ九冷凍サイクルとなる。
According to this embodiment, due to the reciprocating movement of the piston 17, which is the work object, the magnetic materials 18a and 18b, which are the work materials, alternately pass through a high magnetic field region and a low magnetic field region and are magnetized and demagnetized, so that they are shifted by 180 degrees. This results in nine refrigeration cycles.

ま九、ピストン17の往復動の駆動力の点からも、往復
動時には磁性体18a、18bに反対方向の電磁力が作
用するので、互いに相殺されて小さな駆動力で往復動で
きる。
Also, in terms of the driving force for the reciprocating movement of the piston 17, since electromagnetic forces in opposite directions act on the magnetic bodies 18a and 18b during reciprocating movement, they cancel each other out and can perform reciprocating movement with a small driving force.

このように、本実施例によれば、磁気冷凍機部における
高温側、低温側の熱交換あるいは断熱が充分になされ、
特に駆動力を著しく低減できるので、装置の小形化、高
効率化を達成でき、信頼性の高い極低温冷凍装置を提供
することができる。
As described above, according to this embodiment, heat exchange or insulation between the high temperature side and the low temperature side in the magnetic refrigerator section is sufficiently performed.
In particular, since the driving force can be significantly reduced, the device can be made smaller and more efficient, and a highly reliable cryogenic refrigeration device can be provided.

次に、本発明の他の実施例を第2図および@3図を参照
して説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

第2図は、本発明の他の実施例に係る極低温冷凍fi、
itの要部を示す斜視図、第3図は、第2図のA−A’
断面図である。図中、第1図と同一符号のものは第1図
の実施例と同等部分であるから、その説明を省略する。
FIG. 2 shows a cryogenic freezing fi according to another embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a perspective view showing the main parts of IT, taken along line A-A' in FIG.
FIG. In the figure, parts with the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same parts as in the embodiment of FIG. 1, and therefore their explanation will be omitted.

第2図の実施例では、磁気冷凍機9Aの作業物体は、円
柱体状の回転体を、ヘリウムガス10内に、その回転体
の軸方向と重力方向とを一致させて配設したものである
。換言すれば、作業物体は水平方向に回転運動をする。
In the embodiment shown in FIG. 2, the working object of the magnetic refrigerator 9A is a cylindrical rotating body placed in helium gas 10 with the axial direction of the rotating body aligned with the direction of gravity. be. In other words, the work object makes a rotational movement in the horizontal direction.

すなわち、第2,3図に示すよう【、断熱部材26より
なる円柱体の外周に作業物質である複数の磁性体25を
、断熱部材26と交互になるように設けて、回転体27
を構成している。28は、磁性体25の上面を断熱する
部材である。
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of magnetic bodies 25, which are working materials, are provided on the outer periphery of a cylindrical body made of a heat insulating member 26, alternating with the heat insulating member 26, and
It consists of 28 is a member that insulates the upper surface of the magnetic body 25.

回転体27は、軸受32,33で支持される回転軸34
に直結しており、室温部に配置されたモータ21によっ
て回転する。
The rotating body 27 has a rotating shaft 34 supported by bearings 32 and 33.
It is directly connected to and rotated by a motor 21 located in the room temperature section.

29は、1気冷凍機9人の高温側放熱部で、この高温側
放熱部29は、回転体27の外周上の磁性体z5と微小
間隙的5〜100μmを保ちながら包囲しており、高温
側放熱部29と磁性体25は、微小間隙中のヘリウムガ
ス10を介して熱的に接続されている。まm1高温側放
熱部29は、気体冷凍機8の最低温度ステージ13と熱
伝達体15によって接続され、高温側放熱部29を約7
Kから20にの温度に維持している。
Reference numeral 29 denotes a high temperature side heat dissipation section for the nine people of the single-gas refrigerator. The side heat dissipation part 29 and the magnetic body 25 are thermally connected via the helium gas 10 in a minute gap. The high temperature side heat radiation section 29 is connected to the lowest temperature stage 13 of the gas refrigerator 8 by the heat transfer body 15, and the high temperature side heat radiation section 29 is connected to the lowest temperature stage 13 of the gas refrigerator 8 by about 7
The temperature is maintained between 20 K and 20 K.

30は、高磁場を形成する超電動コイル、31は、低磁
場を形成する超電動コイルで、回転体270回転方向に
直交する方向に、回転体27を挾んで対向して配設され
ている。
30 is a superelectric coil that forms a high magnetic field, and 31 is a superelectric coil that forms a low magnetic field, which are disposed to face each other with the rotating body 27 in between in a direction perpendicular to the rotating direction of the rotating body 270. .

高温側放熱部29側に超電動コイル30が配設されてお
り、この領域にある磁性体25には高磁場が印加され、
その反対側の領域は、超電動コイル31によってほぼ零
磁場に設定されている。
A superelectric coil 30 is disposed on the high temperature side heat dissipation section 29 side, and a high magnetic field is applied to the magnetic body 25 in this area.
The region on the opposite side is set to almost zero magnetic field by the superelectric coil 31.

このような構成によって、回転体27が回転すると、そ
の回転体27の外周に設けられ7’jf[6]々の磁性
体25は、1回転ごとに周期的て高磁場、低磁場領域を
通過することになり、超電動コイル30により高磁場領
域で磁化され発熱するので、高温側放熱部29に排熱し
、次に超電動コイル31により低磁場領域で消磁され、
磁性体25の温度が低下し、ヘリウムガス10を凝縮液
化させる。
With such a configuration, when the rotating body 27 rotates, the magnetic bodies 25 provided on the outer periphery of the rotating body 27 periodically pass through high magnetic field and low magnetic field regions with each rotation. As a result, it is magnetized and generates heat in the high magnetic field region by the super electric coil 30, so the heat is exhausted to the high temperature side heat dissipation part 29, and then it is demagnetized in the low magnetic field region by the super electric coil 31,
The temperature of the magnetic body 25 decreases, causing the helium gas 10 to condense and liquefy.

本実施例によれば、先の第1図の実施例に述べ友と同様
の効果が期待される。
According to this embodiment, the same effects as those described in the embodiment shown in FIG. 1 can be expected.

次に、本発明のさらに他の実施例を第4図および第5図
を参照して説明する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

ここに第4図は、本発明のさらに他の実施例に係る極低
温冷凍装置の要部を示す斜視図、第5図は、第4図の磁
性体を設けた部分の拡大斜視図である。図中、第1図ま
友は第2図と同一符号のものは、第1図ま友は第2図の
実施例と同等部分であるから、その説明を省略する。
Here, FIG. 4 is a perspective view showing the main parts of a cryogenic refrigeration apparatus according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged perspective view of the part provided with the magnetic material in FIG. 4. . In the figure, the parts in FIG. 1 with the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same parts as in the embodiment in FIG. 2, and therefore the explanation thereof will be omitted.

第4図の実施例では、磁気冷凍機9Bの作業物体は、円
板状の回転体を、ヘリウムガス10内に、その回転体の
軸方向と重力方向とを一致させて配設し穴ものである。
In the embodiment shown in FIG. 4, the working object of the magnetic refrigerator 9B is a disk-shaped rotating body disposed in helium gas 10 with the axial direction of the rotating body aligned with the direction of gravity. It is.

換言すれば、作業物体は水平方向に回転運動をする。In other words, the work object makes a rotational movement in the horizontal direction.

すなわち、第4図に示すように、断熱部材よりなる断熱
円板36は、その円周上に作業物質である複数の磁性体
35を、断熱円板36を貫通し、埋め込むような状態に
固着して回転体を構成している。
That is, as shown in FIG. 4, a heat insulating disc 36 made of a heat insulating member has a plurality of magnetic substances 35, which are working substances, fixed on its circumference in such a manner that they penetrate through the heat insulating disc 36 and are embedded. This constitutes a rotating body.

回転体に係る前記断熱円板36は、軸受32゜33で支
持される回転軸34に直結しており、モータ21によっ
て回転する。
The heat insulating disc 36 related to the rotating body is directly connected to a rotating shaft 34 supported by bearings 32 and 33, and is rotated by the motor 21.

37 (37a、37bの聡称)は、磁気冷凍機9Bの
高温側放熱部に係る高温側放熱板である。
37 (synonyms of 37a and 37b) is a high temperature side heat sink related to the high temperature side heat sink of the magnetic refrigerator 9B.

気体冷凍機8の最低温度ステージ13と磁気冷凍機9B
の高温側放熱板37a、37bは、熱伝達体15で熱的
に接続されている。
The lowest temperature stage 13 of the gas refrigerator 8 and the magnetic refrigerator 9B
The high temperature side heat sinks 37a and 37b are thermally connected by a heat transfer body 15.

前記高温側放熱板37a、37bは、断熱円板36の上
方に、磁性体35の上面との間隙を10〜100μmに
なるように配設されている。この間隙中にはヘリウムガ
ス10があり、この間隙に面する以外の高温側放熱板3
7は断熱されている。
The high temperature side heat sinks 37a and 37b are arranged above the heat insulating disk 36 so that the gap between them and the upper surface of the magnetic body 35 is 10 to 100 μm. There is helium gas 10 in this gap, and the high temperature side heat sink 3 other than facing this gap
7 is insulated.

断熱円板36の高温側放熱板37と反対側の面には断熱
板38a、38bが配設されており、下部のヘリウムガ
ス10との熱交換を低減する。
Heat insulating plates 38a and 38b are disposed on the surface of the heat insulating disk 36 opposite to the high temperature side heat sink 37 to reduce heat exchange with the helium gas 10 at the bottom.

39a、39bは、V−ストランク形の超電動コイルで
、断熱円板36の回転方向に直交する方向に、断熱円板
36を挾んで対向して配設されている。すなわち、超電
動コイル39a、39bにより、磁性体35を設けた円
周上に高磁場、低磁場分布を層成する。
Reference numerals 39a and 39b are V-strunk superelectric coils, which are disposed facing each other with the heat insulating disc 36 in between in a direction orthogonal to the rotational direction of the heat insulating disc 36. That is, a high magnetic field and a low magnetic field distribution are layered on the circumference of the magnetic body 35 by the superelectric coils 39a and 39b.

モータ21によって断熱円板36を回転させると、磁性
体35は、前記磁場分布と回転数に従つ九磁場変化を受
け、超電動コイル39aの高磁場領域で磁化され発熱し
て、高温側放熱端37aへ間隙中のヘリウムガス10を
介して放熱し、超電動コイル39bの低磁場領域に移る
と消磁され、磁性体35の温度が低下しヘリウムガス1
0を凝縮液化させる。
When the heat insulating disk 36 is rotated by the motor 21, the magnetic body 35 undergoes nine magnetic field changes according to the magnetic field distribution and rotation speed, and is magnetized in the high magnetic field region of the superelectric coil 39a and generates heat, dissipating heat on the high temperature side. Heat is radiated to the end 37a via the helium gas 10 in the gap, and when it moves to the low magnetic field region of the superelectric coil 39b, it is demagnetized, the temperature of the magnetic body 35 decreases, and the helium gas 1
0 is condensed and liquefied.

断熱円板36の磁性体35以外の外表面には、低摩擦係
数の合成樹脂をコーティングして、回転中に断熱円板3
6が、高温側放熱板37 a 、 37b。
The outer surface of the heat insulating disc 36 other than the magnetic material 35 is coated with a synthetic resin having a low coefficient of friction, so that the heat insulating disc 36 is protected during rotation.
6 is a high temperature side heat sink 37a, 37b.

あるいは断熱板38a、38bとtとえ接触しても回転
できるようにしである。
Alternatively, it is designed so that it can rotate even if it comes into contact with the heat insulating plates 38a and 38b.

40 a 、 40 bは、超電導コイ#39a、39
bを冷却するための伝熱体で、液体ヘリウム2によって
、超電導コイル39a、39bを約5Kに冷却できる。
40a and 40b are superconducting carp #39a and 39
The superconducting coils 39a and 39b can be cooled to approximately 5K using liquid helium 2.

第5図に示すように、断熱円板36に設けた複数の磁性
体35のそれぞれに、重力方向に貫通する複数の細孔4
1(直径0.2〜2酎)が穿孔されている。
As shown in FIG. 5, each of the plurality of magnetic bodies 35 provided in the heat insulating disk 36 has a plurality of pores 4 penetrating in the direction of gravity.
1 (diameter 0.2 to 2 holes) is perforated.

この細孔41は、磁性体35が消磁され、温度が低下し
て、ヘリウムガス10を凝縮液化させるときの凝縮伝熱
面積を増加させ、かつ凝縮液を下方の液体ヘリウム2の
部分へ滴下させやすくする九めのものである。これによ
って、磁性体35の上面で凝縮液化したヘリウムは、細
孔41の内面で凝縮液化し几ヘリウムとともに磁性体3
5の下面に流れ、下面で凝縮液化し九ヘリウムといっし
ょになって、液体ヘリウム2の部分へ落下する。
This pore 41 increases the condensation heat transfer area when the magnetic body 35 is demagnetized and the temperature decreases to condense and liquefy the helium gas 10, and also allows the condensed liquid to drop into the liquid helium 2 below. This is the ninth thing that makes it easier. As a result, the helium condensed and liquefied on the upper surface of the magnetic body 35 is condensed and liquefied on the inner surface of the pore 41, and the helium is condensed and liquefied on the upper surface of the magnetic body 35.
It flows to the lower surface of 5, condenses and liquefies on the lower surface, becomes together with 9 helium, and falls into the liquid helium 2.

ま九、複数の磁性体35のそれぞれの上、下面の外周に
、液切り溝42,43が設けられている。
Finally, liquid drainage grooves 42 and 43 are provided on the outer periphery of the upper and lower surfaces of each of the plurality of magnetic bodies 35.

この液切り@42.43は、深さ約0.5〜2 at)
巾約0.5〜2fiの溝で、磁性体35の上、下面に油
膜が広がることのないようにしているもので、これらの
液切り溝42.43は細孔44によって上下連通されて
いる。
This drainer @42.43 has a depth of approximately 0.5 to 2 at)
These grooves have a width of about 0.5 to 2 fi and prevent an oil film from spreading on the upper and lower surfaces of the magnetic body 35, and these liquid drainage grooves 42 and 43 are vertically communicated through pores 44. .

第4.5図の実施例によれば、先の第1因、第2図の各
実施例と同様の効果が期待されるほか、ヘリウムガス1
0の凝縮した液を、効率よく液体ヘリウム2の部分に滴
下させ、冷凍サイクルの効率を高めることができるとい
う特有の効果がある。
According to the embodiment shown in Fig. 4.5, the same effects as the first cause and the embodiments shown in Fig. 2 are expected, and helium gas
It has the unique effect of being able to efficiently drip the condensed liquid into the liquid helium 2 portion, thereby increasing the efficiency of the refrigeration cycle.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べ友ように、本発明によれば、磁気冷凍機の駆動
力を著しく低減でき、小形で、高効率、高信頼性を達成
しうる極低温冷凍装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to significantly reduce the driving force of a magnetic refrigerator, and to provide a cryogenic refrigeration system that is compact, highly efficient, and highly reliable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例に係る極低温冷凍装置の断
面図、第2図は、本発明の他の実施例に係る極低温冷凍
装置の要部を示す斜視図、第3図は、・第2図のA−A
’断面図、第4因は、本発明のさらに他の実施例に係る
極低温冷凍装置の要部を示す斜視図、第5図は、第4図
の磁性体を設は友部分の拡大斜視図である。 l・・・被冷却物、2・・・液体ヘリウム、3・・・容
器、4・・・真空容器、8・・・気体冷凍機、9,9A
、9B・・・磁気冷凍機、10・・・ヘリウムガス、1
3・・・最低温度ステージ、14・・・高温側放熱部、
15・・・熱伝達体、17・・・ピストン、18a、1
8b、25゜35・・・磁性体、19.26・・・断熱
部材、21・・・モー/、24,30,31,391,
39b−・・超電導コイル、27・・・回転体、29・
・・高温側放熱部、36・・・断熱円板、37a、3’
lb・・・高温側放熱板、41.44・・・細孔、42
.43・・・液切り溝。 第1図 洒 2 図 γ 3 図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cryogenic refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing main parts of a cryogenic refrigeration apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG.・A-A in Figure 2
The fourth factor is a perspective view showing the main parts of a cryogenic refrigeration system according to yet another embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram. l...Object to be cooled, 2...Liquid helium, 3...Container, 4...Vacuum container, 8...Gas refrigerator, 9,9A
, 9B...Magnetic refrigerator, 10...Helium gas, 1
3...Lowest temperature stage, 14...High temperature side heat dissipation section,
15... Heat transfer body, 17... Piston, 18a, 1
8b, 25° 35...Magnetic material, 19.26...Insulating member, 21...Mo/, 24, 30, 31, 391,
39b--superconducting coil, 27--rotating body, 29-
...High temperature side heat dissipation part, 36...Insulating disk, 37a, 3'
lb...High temperature side heat sink, 41.44...Pore, 42
.. 43...Liquid cutting groove. Figure 1 Figure 2 Figure γ Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、断熱容器中に、被冷却物を浸漬する液体ヘリウムと
ヘリウムガスとを収容したものを、気体冷凍機と、この
気体冷凍機の冷却ステージと熱伝達体で接続する磁気冷
凍機とで、極低温に冷却する極低温冷凍装置において、 当該磁気冷凍機は、 前記熱伝達体に接続する高温側放熱部と、 この高温側放熱部と間隙を保つて、上記ヘリウムガス内
に、水平方向に運動可能に配設されるもので、断熱部材
と複数の磁性体とからなる作業物体と、 この作業物体の運動方向に直交する方向に位置し、前記
作業物体の磁性体に磁場を印加すべき超電動コイルとを
備えるものとし、 前記作業物体の反復運動にともなつて、前記磁性体が高
磁場領域と低磁場領域とを交互に通過するように構成し
たことを特徴とする極低温冷凍装置。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、磁気冷
凍機の作業物体は、断熱部材中に少なくとも2個の磁性
体を間隔をおいて設けてなる往復運動体を、ヘリウムガ
ス内に水平に配設したものであり、超電動コイルは、そ
の往復運動体を取り巻くようにヘリウムガス内に垂直方
向に配設したものであり、前記往復運動体の往復運動に
ともない、前記2個の磁性体のうちのそれぞれ1個が前
記超電導コイルの高磁場領域にあるとき、他の1個の磁
性体が前記超電導コイルの磁場外にあるように構成した
ものである極低温冷凍装置。 3、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、磁気冷
凍機の作業物体は、断熱部材の円柱体の外周に複数の磁
性体を設けてなる回転体を、ヘリウムガス内に、その回
転体の軸方向と重力方向とを一致させて配設したもので
あり、超電動コイルは、その回転体の回転方向に直交す
る方向に、高磁場を形成する超電導コイルと低磁場を形
成する超電導コイルとを対向して配設したものであり、
前記回転体の回転にともない、前記磁性体が高磁場領域
と低磁場領域とを交互に通過するように構成したもので
ある極低温冷凍装置。 4、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、磁気冷
凍機の作業物体は、断熱部材の円板に複数の磁性体を設
けてなる回転体を、ヘリウムガス内に、その回転体の軸
方向と重力方向とを一致させて配設したものであり、超
電動コイルは、その回転体の回転方向に直交する方向に
、高磁場を形成する超電動コイルと低磁場を形成する超
電動コイルとを対向して配設したものであり、前記回転
体の回転にともない、前記磁性体が高磁場領域と低磁場
領域とを交互に通過するように構成したものである極低
温冷凍装置。 5、特許請求の範囲第4項記載のものにおいて、円板に
設けた複数の磁性体のそれぞれに、重力方向に貫通する
細孔を穿孔したものである極低温冷凍装置。 6、特許請求の範囲第4項記載のものにおいて、円板に
設けた複数の磁性体のそれぞれの上下面に、液切り溝を
設けたものである極低温冷凍装置。
[Claims] 1. A heat-insulating container containing liquid helium and helium gas in which an object to be cooled is immersed is connected to a gas refrigerator and a cooling stage of the gas refrigerator by a heat transfer member. In a cryogenic refrigerator that cools to a very low temperature with a magnetic refrigerator, the magnetic refrigerator has a high-temperature side heat radiating part connected to the heat transfer body, and a gap between the high-temperature side heat radiating part and the helium gas. A work object is arranged to be movable in the horizontal direction and is composed of a heat insulating member and a plurality of magnetic bodies, and a magnetic body of the work object is located in a direction perpendicular to the direction of movement of the work object. and a superelectric coil to which a magnetic field is applied, and the magnetic body is configured to alternately pass through a high magnetic field region and a low magnetic field region as the work object repeatedly moves. cryogenic refrigeration equipment. 2. In the item set forth in claim 1, the working object of the magnetic refrigerator is a reciprocating body formed by at least two magnetic bodies provided at intervals in a heat insulating member, horizontally in helium gas. The superelectric coil is arranged vertically in helium gas so as to surround the reciprocating body, and as the reciprocating body moves back and forth, the two magnetic coils A cryogenic refrigeration apparatus, wherein when each of the magnetic bodies is in a high magnetic field region of the superconducting coil, the other magnetic body is outside the magnetic field of the superconducting coil. 3. In the item described in claim 1, the working object of the magnetic refrigerator is a rotating body in which a plurality of magnetic bodies are provided on the outer periphery of a cylindrical body of a heat insulating member, and the rotating body is immersed in helium gas. The superelectric coil is arranged so that the axial direction and gravity direction of the rotating body coincide with each other, and the superelectric coil consists of a superconducting coil that forms a high magnetic field and a superconducting coil that forms a low magnetic field in the direction orthogonal to the rotation direction of the rotating body. are placed facing each other,
The cryogenic refrigeration apparatus is configured such that the magnetic body alternately passes through a high magnetic field region and a low magnetic field region as the rotating body rotates. 4. In the item described in claim 1, the working object of the magnetic refrigerator is a rotating body in which a plurality of magnetic bodies are provided on a disc of a heat insulating member, and the shaft of the rotating body is immersed in helium gas. The superelectric coil is arranged so that the direction of gravity matches the direction of gravity, and the superelectric coil is divided into a superelectric coil that forms a high magnetic field and a superelectric coil that forms a low magnetic field in a direction perpendicular to the rotation direction of the rotating body. 2. A cryogenic refrigeration system, wherein said magnetic body alternately passes through a high magnetic field region and a low magnetic field region as said rotating body rotates. 5. A cryogenic refrigeration device according to claim 4, wherein each of the plurality of magnetic bodies provided on the disk is provided with a pore that penetrates in the direction of gravity. 6. A cryogenic freezing apparatus according to claim 4, wherein liquid drain grooves are provided on the upper and lower surfaces of each of the plurality of magnetic bodies provided on the disk.
JP5446585A 1985-03-20 1985-03-20 Cryogenic refrigerator Pending JPS61213453A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016001101A (en) * 2014-05-22 2016-01-07 株式会社デンソー Thermomagnetic cycle device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016001101A (en) * 2014-05-22 2016-01-07 株式会社デンソー Thermomagnetic cycle device

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