JPS6144267A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は高効率で冷凍能力の大きい磁気冷凍機に関する
。

〔発明の技術的前頭とその問題点〕

Ｇｄ（、ガドリニウｌの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臂し、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潤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
に示すように、パルス駆動される超電導磁石１が断続的
に形成する磁場空間内に上述した作業物質２を設けて該
作業物質２に冷凍サイクルを生起させ、この作業物質２
を設けた空間にヒー１へパイプ部３を介して連通された
液体ヘリウム槽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７
およびバイパス弁８からなる弁機構を介して前記作業物
質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１ｑだ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ては、
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ＩＩ５がら高温排熱部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ヒートパイプ部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、ヘリウム等の
液化！１埋に多大な効果を秦するものである。

ところが上述したように冷凍機の動力源である超電導１
１石１は、作業物質２に断続的にｕｉ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。この結束、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しので、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
実用竹に優れた磁気冷凍し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ザ
イクルを生起させて上記第２の空間に導かれる被冷却物
の熱を外部に放出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、
この熱交換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ｆＪｌ媒体として前記被冷却物
空間の熱を前記第２の空間に効率良く移送すると共に、
前記第１の空間に移動された作業物質に冷却ガスを吹付
けてその排熱を強制的に、月っ効率良く回収するように
したことを特徴とするものである。

Ｃ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導磁石等を従来のよう
にパルス駆動する必要がない。そして超１ｉ１１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１１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力だけとなりその駆動効
率が非常に高い。また超臨界圧状態またＩＪ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。更には作業物質に冷
却ガスを吹付けてその排熱を強制的に、且つ効率良く行
なわしめるので、排熱効率も十分に高くすることができ
る。故に従来の欠点を解消した高効率で大きな冷凍能力
を持つ等の実用竹の高い磁気冷凍機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
た所謂ヒートパイプ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が設けられ
ており、このシリンダ１４内に上下動自在にピストン１
５を設けている。ピストン１５はモータ１６の回転によ
りクランク機ＩＭ１７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、ここでは複数本のビス１
−ン１５が設【プられ、これらのピストン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。

しかして前記ビス１〜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はビスｉ・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（
）だ超電導磁石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
磁場により前記ビス］・ン１５の上死点に定められた磁
場の無い第２の空間とはｌ見向に分離されている。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）どする為の打消し用
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
うな超電導磁石１９．２０により前記ピストン１５（作
業物質１８）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は磁気冷凍リイクル作用を生起している。

また前記第１の空間位置には高温排熱部２１が設けられ
、循環ポンプ２２により循環され予冷用冷凍１ｌＩ２３
にて冷却されたヘリウムガスからなる冷却ガスが供給さ
れて前記作業物質１８に吹付けられている。この冷却ガ
スにより前記作業物質１８が強制的に、且つ効果的に冷
却され、その排熱は前記循環ポンプ２２から予冷用冷凍
機２３を介して外部に放出される。尚、前記シリンダ１
４の開口部に設けたバッキング２４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
た前記超電導磁石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
て排熱する。このとき第１の空間に移動された作業物質
１８には前記冷却ガスが吹付けられており、この冷却ガ
スにより強制的に熱交換されて作業物質１８からの排熱
は前記循環ポンプ２２．予冷用冷凍Ｂ！２３を介して外
部に放出されることになる。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、冷却ガスと熱交換されて作業物質１８
から排熱され、前記循環ポンプ２２．予冷用冷凍ａ２３
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
ウムガスがその液化点以下に冷却され、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
ガスのヒートパイプ作用、ビス］・ン１５の移動を動力
源とする作業物質１８の磁気冷凍作用、および作業物質
１８に吹付１ノられる冷却ガスによる強制的な熱交換作
用により外部に効果的にす１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（ｑ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、これらのピストン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
。例えば複数のピストン１５の駆動源およびその駆動手
段は使用に応じて定めればよいものである。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（Ｙ来の磁気冷ｍ＊の概略構成図、第２図は本
発明の一実施例に係る磁気冷？Ｉ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・・・
ビスｌ−ン、１６・・・モータ、１７・・・クランク機
構、１８・・・作業物質、１９・・・超電導磁石、２１
・・・高温排熱部、２２・・・循環ポンプ、２３・・・
予冷用冷凍機。

Claims (3)

【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の空間に移動さ
   れた前記作業物質に冷却ガスを吹付けて熱交換を行なわ
   しめ該熱交換した冷却ガスを回収して外部に排熱する手
   段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。
3. （３）第１の空間に移動された作業物質に吹付けられる
   冷却ガスは、予冷用冷凍機との間で循環されるヘリウム
   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。