JPS6144265A - 磁気冷凍機 - Google Patents

磁気冷凍機

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JPS6144265A
JPS6144265A JP16422884A JP16422884A JPS6144265A JP S6144265 A JPS6144265 A JP S6144265A JP 16422884 A JP16422884 A JP 16422884A JP 16422884 A JP16422884 A JP 16422884A JP S6144265 A JPS6144265 A JP S6144265A
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JP
Japan
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space
heat
magnetic field
magnetic
refrigerator
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JP16422884A
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JPH0520660B2 (ja
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秀樹 中込
聡 安田
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • 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

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高効率で冷凍能ノ〕の大きい磁気冷凍機に関す
る。
〔発明の技術的背崇とその問題点〕
G(Iガドリニウム 等の希土類元素またはその化合物
に磁界を加えるとその温度が1譬し、また上記磁界を除
くと温度が再び元に戻ることが知られている。このよう
な物質の磁界による温度特性を利用して従来磁気冷凍機
が開発されている。この磁気冷凍機は、例えば第1図に
示1ように、パルス駆動される超電導m石1が断続的に
形成づる磁場空間内に上述した作業物質2を!!Q +
jて該作業物質2に冷凍1ノイクルを生起させ、この作
業物質2を設けた空間にヒートパイプ部3を介して連通
された液体ヘリウ11槽4内のヘリウムを冷凍する如く
構成されている。予冷用冷凍機5はガス注入弁6、ガス
戻り弁1およびバイパス弁8からなる弁機構を介して前
配作業物貿2を設けた空間部の高温排熱部9に接続され
ており、前記作業物質2が得た余分な熱を回収するよう
になっている。
かくしてこのように構成された磁気冷凍機にあっでは、
超電導磁石1を励磁して作業物質2に磁界を加えると該
作業物質2の温度が上昇する。この時、バイパス弁8を
閉じ、ガス注入弁6およびガス戻り弁7を開いて前記予
冷用冷凍I!I5から高温排熱部9に冷却ガスを流して
前記作業物質2の余分な熱を回収する。しかる後、前記
ガス注入弁6およびガス戻り弁7を閉じ、バイパス弁8
を開けた後、前記超電導磁石1の励磁を停止して磁場を
無くす。この結果、前記作業物質2の温度が下がり、そ
の温度がヘリウムの液化点以下になると作業物質2の表
面でヘリウムが凝縮する。そして、この凝縮により液化
したヘリウムは前記ピー1〜パ1フ部3を通って液体ヘ
リウム槽4に落下し、液体ヘリウム槽4内のヘリウムガ
スが前記作業物質2の収納空間に送られる。以上の過程
が繰返して行われてヘリウムの液化が行われる。
磁気冷凍機はこのような冷凍作用を呈し、ヘリi   
 ラム等の液化処理に多大な効果を奏するものである。
ところが上述したように冷凍機の動力源である超電導磁
石1は、作業物質2に断続的に磁界を印加するべくパル
ス駆動される為、その損失が大きいと云う問題を有して
いる。この結果、冷凍機の駆動効率が悪いことのみなら
ず、その冷凍能力が非常に悪いと云う問題があった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、駆動効率および冷凍能力の高い
実用性に優れた磁気冷凍機を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は基本的には磁気冷凍作用を呈する作業物質を、
一定の磁場を形成した第1の空間と磁場の無い第2の空
間との間で機械的に往復移動させて該作業物質に冷凍サ
イクルを生起させて上記被冷凍物を冷却するようにした
ものであり、特に上記第2の空間に連通した熱交換器を
被冷却物空間に設け、この熱交検器の内部に収納した超
臨界圧状態または減圧状態のヘリウムガスを冷却媒体と
して前記被冷却物空間の熱を前記第2の空間に移送する
と共に、前記第1の空間の周囲に設けた排熱物により該
第1の空間に移動された作業物質の排熱を回収するよう
にしたことを特徴とするものである。
〔発明の効果〕
かくして本発明によれば、磁場の形成空間と磁場の無い
空間との間を作業物質が往復移動して冷凍サイクルを呈
するので上記磁場を形成する超電111a石等を従来の
ようにパルス駆動する必要がない。そして超電導磁石等
により常に一定の磁場を形成した第1の空間を得、この
第1の空間と磁場の無い第2の空間との間で前記作業物
質を往復移動させればよいので、冷凍機の動力源は殆ん
ど上記作業物質の往復移動動ツノだけとなりその駆動効
率が非常に高い。更に超臨界圧状態または減圧状態のヘ
リウム等を熱交換媒体とする熱交換器を用いて被冷却物
のある被冷却物空間と上記第2の空間との間で熱の移送
を行ない、第2の空間に移動した作業物質と上記熱交換
媒体との間で熱交換を行なうので、その冷凍能力の飛躍
的な向」二を図ることができる。故に従来の欠点を解消
した高効率で大きな冷凍能力を持つ等の実用性の高い磁
気冷凍はをここに提供することができる。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
第2図は実施例に係る磁気冷凍機の概略構成図である。
真空断熱容器11の内側には被冷却媒体であるヘリウム
を収納した液体ヘリウム槽12が設けられている。この
液体ヘリウム槽12の上部空間には、内部に超臨界圧状
態または減圧状態のヘリウムを熱交換媒体として収納し
た所謂ヒートバイブと称される熱交換器13が設けられ
ている。この熱交換器13はそのフィン部13aを介し
て前記ヘリウム槽12の熱を後述する第2の空間に移送
するものである、しかして前記真空断熱容器11には、
これに挿通し、且つ前記熱交換器13に連通してシリン
ダ14が設(ブられており、このシリンダ14内に上下
動自在にビス]〜ン15を設けている。ビス]〜ン15
はモータ16の6一 回転によりクランク機構17を介して前記シリンダ14
内を往復移動されるものである。尚、ここでは複数本の
ピストン15が設けられ、これらのビス1〜ン15が相
互に連動して互いに逆向きに移動するようになっている
。これにより、モータ16による前記ピストン15の駆
動力が最少に抑えられるようになっている。
しかして前記ピストン15の先端部にはGd等の磁界を
受けて磁気冷凍作用を呈する作業物質18が取付けられ
ており、該作業物質18はピストン15の往復移動に伴
って一定の磁場を形成した第1の空間と磁場の無い第2
の空間との間を往復移動されるものとなっている。上記
第1の空間は前記ピストン15の下死点位置に設けた超
電導磁石19により一定の磁場空間を形成したもので、
その磁場空間は超電導磁石20が発生する打消用磁場に
より前記ピストン15の上死点に定められた磁場の無い
第2の空間と磁気的に分離されている。つまり上記超電
導磁石20は第1の空間に対して短い距離にある第2の
空間での磁場を零(0)とする為の打消し用の磁場を発
生しており、前記超電導磁石19が発生する磁界の第2
の空間に対する影響を除去している。このような超電I
J磁石19.20により前記ピストン15(作業物質1
8)の往復移動範囲に一定の磁場を形成した第1の空間
と磁場の無い第2の空間とが形成され、これらの空間の
間を前記作業物質18が往復移動して、該作業物質18
は磁気冷凍サイクル作用を生起している。
また前記第1の空間位置には熱良伝導体からなる排熱物
21が設けられている。この排熱物21は、その一部を
予冷用冷凍機22に接続し、前記作業物質18が前2第
1の空間に移動されてその磁気冷凍作用により放出した
熱を回収し、これを前記冷凍lI22に伝熱して外部に
放出するものである。つまり前記作業物質18の排熱を
回収するようになっている。尚、前記シリンダ14の開
口部に設けたバッキング23は該シリンダ14の内部を
常温状態にある外部とシールするものである。また前記
超電111i石19.20は液体ヘリウムに浸漬されて
超電導状態に保たれ、永久電流モードで一定の磁界を発
生している。
かくしてこのように構成された磁気冷凍機によれば、作
業物質18は一定の磁場を形成した第1の空間と磁場の
無い第2の空間との間を往復移動して磁気冷凍作用を呈
し、第2の空間にある熱を吸収して第1の空間に移動し
、この熱を第1の空間で排熱して排熱物21、予冷用冷
凍機22を介して外部に放出することになる。また第2
の空間には熱交換器13の熱交換媒体を介して液体ヘリ
ウム槽12内の熱が移送されている。つまり液体ヘリウ
ム層12の熱は熱交換器13を介して第2の空間に移送
され、前記作業物質18の磁気冷凍作用により第2の空
間から第1の空間に移動された後、作業物質18から排
熱されて前記排熱物21.予冷用冷凍1122を介して
外部に放出される。この結果、液体ヘリウム槽12内の
被冷却物であるヘリウムガスが冷却され、凝縮して液体
ヘリウムとなって同種12内に溜ることになる。
つまり液体ヘリウム槽12内のヘリウムガスの熱は、熱
交換媒体である超臨界圧状態または減圧状態のヘリウム
ガスとの間で熱交換し、そのビー1〜パ11作用により
第2の空間に効果的に移送される。その上でピストン1
5の移動を動力源とする作業物質18の磁気冷凍作用に
より第2の空間から第1の空間に熱移動されて外部に排
熱される。故に被冷却物であるヘリウムは、少ない動力
で効率良く冷却されることになる。換言すれば、本構成
の磁気冷凍機は高い冷凍効率と、高い冷凍能力を有する
と言える。また上述したように超電導磁石19゜20は
それぞれ一定の磁場を発生すれば良く、従来のものとは
異なってパルス駆動する必要が無いので、その駆動源の
構成の大幅な簡素化を図ることができる。しかも超電導
磁石19.20を永久電流モードで動作させるように構
成することにより、駆動エネルギの省力化を図り得る。
また上述した構成によれば駆動源としてモータ16によ
るピストン15の移動力を必要とするが、前述したよう
に複数のピストン15を用い、これらのビス]〜ン15
が相互に逆向きに往復移動する如く構成することにより
その異なる向きへの移動力を相殺してモータ16に必要
な駆動力を最少に抑えることができ、その駆動効率を高
めることができる。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。実施例ではヘリウムガスを冷却して液体ヘリウム(−
263℃)を生成する冷凍機について説明したが、被冷
却物として超流動ヘリウム(−265℃以下)を冷却す
る冷凍機としてもよい。また複数のピストン15を移動
駆動するに際して、モータ16の回転をリンク機構やギ
ヤam等を介して相互に関連させて複数のピストン15
に伝達するようにづればよい。またその駆動源はモータ
16に限定されないことも云うまでもない。要するに本
発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の磁気冷凍機の概略構成図、第2図は本発
明の一実施例に係る磁気冷凍機の概略構成図である。 11・・・真空断熱容器、12・・・液体ヘリウム槽、
13・・・熱交換器、14・・・シリンダ、15・・・
ピストン、16・・・モータ、17・・・クランク機構
、18・・・作業物質、19・・・超電導磁石、21・
・・排熱物、22・・・予冷用冷凍機。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)磁気冷凍作用を呈する作業物質を磁場を形成した
    第1の空間と磁場の無い第2の空間との間で往復移動さ
    せて該作業物質に冷凍サイクルを生起するピストンと、
    上記第2の空間に連通して被冷却物空間に設けられ該被
    冷却物空間の熱を前記第2の空間に移送する熱交換媒体
    を内部に収納した熱交換器と、前記第1の空間の周囲に
    設けられて該第1の空間に移動された前記作業物質の排
    熱を回収する排熱物とを具備したことを特徴とする磁気
    冷凍機。
  2. (2)熱交換器の内部に収納された熱交換媒体は、超臨
    界圧状態または減圧状態のヘリウムガスからなるもので
    ある特許請求の範囲第1項記載の磁気冷凍機。
JP16422884A 1984-08-07 1984-08-07 磁気冷凍機 Granted JPS6144265A (ja)

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JPS6144265A true JPS6144265A (ja) 1986-03-03
JPH0520660B2 JPH0520660B2 (ja) 1993-03-22

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007271138A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Toshiba Corp 冷凍機

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5878065A (ja) * 1981-11-02 1983-05-11 株式会社東芝 磁気冷凍機
JPS5969668A (ja) * 1982-10-13 1984-04-19 株式会社東芝 磁気冷凍装置

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JP4660412B2 (ja) * 2006-03-30 2011-03-30 株式会社東芝 冷凍機

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