JPS62153662A - 磁気熱量式冷却装置 - Google Patents

磁気熱量式冷却装置

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JPS62153662A
JPS62153662A JP61264112A JP26411286A JPS62153662A JP S62153662 A JPS62153662 A JP S62153662A JP 61264112 A JP61264112 A JP 61264112A JP 26411286 A JP26411286 A JP 26411286A JP S62153662 A JPS62153662 A JP S62153662A
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rotor
ferromagnetic material
magnetic field
discharge pipe
cooling
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バルター ペシュカ
ゴットフリート シュナイダー
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転子内に強磁性材を配置し、この回転子の回
転に伴ない前記強磁性材が交互に固定磁場に進入し、再
び退出するようにし、磁場外に位置することにより冷却
されている強磁性材、即ち、冷却負荷と、次いで、磁場
内に位置することにより加熱されている強磁性材、及び
外部冷熱源と順次熱交換接触する作用ガスの循環回路を
設けた磁気熱量式冷却装置に係わる。
〔従来の技術〕
磁場から引出されると強磁性材が冷却されることは公知
である。強磁性材の消磁に際して発生する冷却エネルギ
を冷却負荷に供給し、これに続く磁化に際して発生する
熱を奪うことができるなら、上記行程を周期的に繰返え
すことにより連続的な冷却効果が得られる。このような
装置を実際に構成する場合、作用ガスを強磁性材と熱接
触するよう流動させることで熱量伝達を試みるのである
が、磁場に進入し、次いでこの磁場から退出するように
強磁性材を移動させねばならないから、多大の困難を伴
なう。低温においては、作用ガスに対して確実なシール
を形成することは極めて困難か、あるいは全く不可能で
ある。
そこで一方の領域が常に固定磁場内に位置し、これと対
向する他方の領域が磁場外に位置するように強磁性材か
ら成るリングを回転させる方式がすでに試みられている
。このリングは多孔質強磁性材から成り、作用ガスがこ
の多孔質強磁性材をこの場合、作用ガスは外部冷熱源か
ら先ず磁場のないリング部分に導入され、ここで冷却さ
れてから冷却負荷と熱交換接触し、次いでリングの磁場
領域に移行し、ここで発生した熱を吸収し、最後にこの
熱が外部冷熱源に供給される(1978年3月刊、J、
 Appl、 Phys、49(3)=第1216  
ページ以下)。この方法は理論上有効に作用するかに見
えるが、実用となると、シールの問題と関連して特に低
温域において著しい困難に直面する。
〔発明の解決しようとする問題点〕
本発明の目的は低温域におけるシールの難点を克服でき
るように頭書の装置を改良することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこの目的を、頭書のような装置において、回転
子周縁に沿って強磁性材から成る不連続な物体を角度間
隔を保って配置し、2個ずつの強てl対として連結し、
前記作用ガスが回転子の外面から各対の一方の強磁性体
と熱接触しながら回転子の中央(で流入し、ここから前
記対の他方の強磁性体と熱接触しながら再び回転子の外
面にむかって進むようにし、回転子の外面に終端が密封
固設されている供給管及び同じく回転子の外面に起端が
密封固設されている排出管を少なくとも1本ずつ設け、
回転子が所定回転位置に来ると両管が1対の流路と連通
ずるようにし、それぞれの排出管に固定磁場を連携させ
、所定回転位置において排出管に隣接する強磁性体がこ
の固定磁場内に位置し、同じ対に属する他方の強磁性体
がこの固定磁場外に位置するようにし、回転子の中空支
持軸を冷却管が貫通し、回転子の中央部で作用ガスと熱
接触する、冷却負荷として作用する冷却棟がこの冷却管
を貫流するように構成することによって達成する。
このように構成することにより、低温側の作用ガス回路
がすべて回転子内部に収納され、回転子内部には相対運
動する部分は皆無である。シールは回転子の外面、即ち
、作用ガス回路の高温側だけに必要であるから、低温に
起因するシール上の問題は起こらない。
本発明の好ましい実施例では、nが整数を表わ円周角を
挟み、周縁に沿ってn本の供給管及びn本の排出管を互
い違いに設け、それぞれの排出管に固定磁場を連携させ
、各排出管の上流側に設けた強磁性体が前記磁場内に位
置するように構成する。
このように構成すれば、回転子が1回転するごとに各強
磁性体が複数回に亘って磁化及び消磁され、これを利用
することで別々の作用ガス流路を介して、回転子中央部
を通る冷却棟を冷却することができる。従って、冷却棟
をほぼ連続的に奪熱することができ、奪熱の均一性はn
を増大させることで高めることができる。
複数の供給管及び複数の排出管を互いに並列に接続する
と共に、外部冷熱源と接続することが特に好ましい。こ
のように構成すれば、外側でもほぼ連続的な動作が得ら
れる。
すべての対の流路が供給管及び排出管と同時に連通ずる
ように回転子周縁に沿って最大限n対を配置することに
よって奪熱の均一性を高めることができる。例えば、合
計4個の強磁性体を、円周方向に90’の間隔で回転子
内に設けることができる。
この場合、回転子が1回転するごとに、各対の各マグネ
ットが2回に亘って磁場に進入する。即ち、4個のマグ
ネットのそれぞれが1回転ごとに2回磁化され、2回消
磁されるから、1回転ごとに合計4回冷却された作用ガ
スが冷却棟と熱接触する。
不連続な物体を多孔質強磁性材で形成し、これが流路の
断面積金ふさぎ、作用がスが多孔質強磁性材を貫流する
ように構成することが好ましい。
この場合、強磁性材から成る物体を、流路が貫通してい
る回転子チェンバ内に配置し、前記物体を収納している
2つのチェンバの間に、これらを通過させ、回転子の中
空支持軸を通る熱交換チューブを設けるという構成も可
能である。
この熱交換チューブはらせん状を呈することが好ましい
好ましい実施例では、回転子の外面に密着する固設シー
ルで供給管及び排出管を囲む。このように構成すれば、
回転子が所定回転位置に来ると供給管及び排出管が個々
の対の流路とそれぞれ連通し、その他の回転位置では供
給管及び排出管が回転子外面によって閉鎖される。
以下、添付図面に沿って本発明の好ましい実施例を詳細
に説明する。
〔実施例〕
底壁2.頂壁3及び円筒形側壁4を有する固定子筐体1
内に中心中空軸6を介して円板状回転子5を回転自在に
支持しである。底壁2及び頂壁3は適当な軸受リング8
を取付けた中心孔7を具備する。中空軸6は円板状回転
子5の内部空間9と連通している。南面には詳細な態様
を示してないが、中空軸6は固定子筐体1の外部におい
て給気手段及び排気手段と密封連結されているから、以
下に冷却棟と呼称する気体が中空軸6及び内部空間9を
流動する。
円板状回転子5の内壁に沿って90°間隔で、例えばガ
ドリニウム・ガリウム・グラネートGd3・G a s
・0,2のよう々多孔質強磁性材から成る物体11を充
填した4つのチェンバ10を配置されている。
各チェンバ10は隔壁12によって回転子の内部空間9
から分離されている。互いに隣接する2つのチェンバ1
0は内部空間9内に設けたらせん状熱交換チューブ13
を介して互いに接続しているから、中空軸6及び内部空
間9内を流動する冷却媒が熱交換チューブ13.と熱交
換接触する。
各チェンバ10は半径方向に外方へ、回転子5の内周面
に達する孔14を具備する。
固定子筐体1の側壁4には、回転子中間平面の高さに、
直径方向に互いに対向する作用ガスの2本の供給管15
及び2本の排出管16を設けである。供給管15及び排
出管16の貫通箇所は側壁4に固定されてその端面が回
転子の局面18と密着する環状シール17でそれぞれ囲
まれている。
供給管と排出管は互いに直交し、円周方向に90゜の間
隔で供給管と排出管が交互に配置されていることになる
供給管15は分岐した共通の導管19を介して熱交換器
20の出口と接続し、同様に、排出管16は2つの合流
する導管21を介して熱交換器2゜の入口と接続する。
作用ガスを送るため、循環デンゾ22またはコンプレッ
サを設ける。熱交換器20において、詳しくは図示しな
い低熱源との熱接触が行われる。この低熱源としては、
例えば高温で作用する磁気熱量式冷却段またはその他の
冷却手段が考えられる。
回転子5の上下に2つずつ超導電マグネットのそれぞれ
直径方向に対向するコイル23.24を設け、回転子5
の上下に配置されたコイルが回転子の周縁域を貫通する
磁場を形成する。コイル23゜24はチェンバ10が排
出管16と連通ずると、チェンバ10がこれに充填され
ている強磁性物体11と共に磁場に入るように配置され
ている(第2図)。
作動中、中空軸6内を絶えず冷却媒が流動する。
回転子5が、チェンバ1oの孔14が供給管15または
排出管16と整列する回転位置に来ると、作用ガスが供
給管15を通って非磁性チェンバ1゜に流入し、チェン
バ内の強磁性材を貫流する。この強磁性材は磁場から後
退して消磁されているから低温状態にあり、貫通する作
用ガスを冷却する。
作用ガスは次いで熱交換チューブ13において中空軸6
及び内部空間9を流動する冷却媒に冷却エネルギーを供
給し、その分だけ加熱されたのち、磁場内に位置する隣
接のチェンバ1oに達する。
磁性化によシ強磁性材の温度が上昇し、作用ガスがこの
強磁性材を貫通しながら加熱され、外部熱交換器20へ
熱を搬送し、この熱交換器2oにおいてこの熱が作用ガ
スから再び除かれる。作用ガスがこのように循環するの
は、回転子が、チェンバの孔14が供給管15及び排出
管16とそれぞれ整列する回転位置を占める時に限られ
る。回転子がこの位置を越えて回転すると、90’回転
してチェンバの孔14が供給管及び排出管と再び整列す
るまで、排出管及び供給管が閉鎖される。この回転で、
それまで磁場内にあったチェンバが磁場のないゾーンに
達し、磁場外にあったチェンバが磁場内に来る。同時に
、それまで供給管と連通していたチェンバは排出管と連
通し、排出管と連通していたチェンバは供給管と連通ず
る。再び作用ガスが循環すると、すでに述べた態様で作
用ガスの冷却、冷却媒への冷却エネルギー伝達、磁化さ
れた強磁性材からの除熱及び外部熱交換器2oへの熱放
出が行われる。この場合、熱交換チューブ13を介して
互いに連通している2つのチェンバ10内の強磁性材は
それまでの位置とは機能が入れ替わる。さらに90’回
転すると、あらためて両チェンバの機能が入れ替わる。
従って、強磁性材を充填され、熱交換チューブ13を介
して互いに連通している2つのチェンバ1oは交互に磁
化、消磁され、常に一方が磁化、他方が消磁された状態
にある1対を構成する。
この場合、作用ガスの高温領域、即ち、消磁された強磁
性材で冷却される前と、磁化された強磁性材を貫通した
あとの領域には必らずシール17を設けることが好まし
い。回転子の中心低温域にはシールを設ける必要はない
第3図の実施例は第1及び2図の実施例とほぼ同じ構成
であり、従って、同じ部分には共通の参照番号を付しで
ある。ただし、第2図の構成と異なる点として、回転子
はその周縁に等間隔で配置された合計8つのチェンバを
具備し、互いに隣接するチェンバは熱交換チューブ13
1介して互いに連通している。従って90°間隔で4本
の供給管15及び90’間隔で4本の排出管16を配置
すると共に、同じく900間隔で4個のコイルを設ける
周縁に沿って配置する強磁性物体11の数及び周縁に沿
って発生させる磁場の数をこのように倍増することKよ
シ、回転子が1回転するごとに各対における磁気冷却効
果が8倍になるから、1回転ごとに各熱交換チューブ1
3において8倍の冷却エネルプーを冷却様に作用させる
ことができる。
従って、極めて均等化された作用効果が得られる。
即ち、冷却媒体をほぼ連続的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は4個の強磁性体を有する磁気熱量式冷却装置の
断面図;第2図は作用がス循環回路を示す第1図2−2
線における断面図;第3図は周縁に8個の強磁性体を配
置した回転子を示す第2図と同様の断面図である。 1・・・固定子筐体、2・・・底壁、3・・・頂壁、4
・・・側壁、5・・・回転子、6・・・中空軸、9・・
・内部空間、10・・・チェンバ、11・・・強磁性体
、13・・・熱交換チェープ、15・・・供給管、16
・・・排出管、20・・・熱交換器、22・・・循環ポ
ンプ、23.24・・・コイル。 以下、、I;白

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、回転子内に強磁性材を配置し、この回転子の回転に
    伴ない前記強磁性材が交互に固定磁場に進入し、再び退
    出するようにし、磁場外に位置することにより冷却され
    ている強磁性材、即ち、冷却負荷と、次いで、磁場内に
    位置することにより加熱されている強磁性材、及び外部
    冷熱源と順次熱交換接触する作用ガスの循環回路を設け
    た磁気熱量式冷却装置において、回転子周縁に沿って強
    磁性材から成る不連続な物体(11)を角度間隔を保っ
    て配置したことと、2個ずつの強磁性体(11)を、回
    転子(5)内に設けた作用ガス流路(熱交換チューブ1
    3)を介して1対として連結し、前記作用ガスが回転子
    (5)の外面(18)から各対の一方の強磁性体(11
    )と熱接触しながら回転子(5)の中央に流入し、ここ
    から前記対の他方の強磁性体(11)と熱接触しながら
    再び回転子(5)の外面(18)にむかって進むことと
    、回転子(5)の外面(18)に終端が密封固設されて
    いる供給管(15)及び同じく回転子(5)の外面(1
    8)に起端が密封固設されている排出管(16)を少な
    くとも1本ずつ設け、回転子(5)が所定回転位置に来
    ると両管が1対の流路と連通するようにしたことと、そ
    れぞれの排出管(16)に固定磁場を連携させ、所定回
    転位置において排出管(16)に隣接する強磁性体(1
    1)がこの固定磁場内に位置し、同じ対に属する他方の
    強磁性体(11)がこの固定磁場外に位置するようにし
    たことと、回転子(5)の中空支持軸(6)を冷却管が
    貫通し、回転子(5)の中央部で作用ガスと熱接触する
    、冷却負荷として作用する冷却媒がこの冷却管を貫流す
    ることを特徴とする磁気熱量式冷却装置。 2、nが整数を表わすとして、流路の1対の起端及び終
    端が360°/(2_n)の内周角を挟むことと、周縁
    に沿ってn本の供給管(15)及びn本の排出管(16
    )を互い違いに設けたことと、それぞれの排出管(16
    )に固定磁場を連携させ、各排出管(16)の上流側に
    設けた強磁性体(11)が前記磁場内に位置するように
    したことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の装
    置。 3、複数の供給管(15)及び複数の排出管(16)を
    互いに並列に接続すると共に、外部冷熱源(20)と接
    続したことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の
    装置。 4、すべての対の流路が供給管(15)及び排出管(1
    5、16)とそれぞれと連通するように周縁に沿って配
    置した最大限n対を回転子(5)が具備することを特徴
    とする特許請求の範囲第2項または第3項に記載の装置
    。 5、物体(11)が多孔質強磁性材から成り、流路の断
    面積をふさぎ、作用ガスがこの多孔質強磁性材を貫流す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第4項ま
    でのいずれかに記載の装置。 6、強磁性材から成る物体(11)を、流路が貫通して
    いる回転子チェンバ(10)内に配置したことと、物体
    (11)を収納している2つのチェンバ(10)の間に
    、これらを通過させ、回転子(5)の中空支持軸(6)
    を通る熱交換チューブ(13)を設けたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第5項に記載の装置。 7、熱交換チューブ(13)がらせん状であることを特
    徴とする特許請求の範囲第6項に記載の装置。 8、回転子(5)の外面(18)に密着する固設シール
    (17)で供給管(15)及び排出管(16)を囲んだ
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第7項まで
    のいずれかに記載の装置。
JP61264112A 1985-11-08 1986-11-07 磁気熱量式冷却装置 Granted JPS62153662A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3539584A DE3539584C1 (de) 1985-11-08 1985-11-08 Vorrichtung zur magnetokalorischen Kaelteerzeugung
DE3539584.2 1985-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62153662A true JPS62153662A (ja) 1987-07-08
JPH0370153B2 JPH0370153B2 (ja) 1991-11-06

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ID=6285432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61264112A Granted JPS62153662A (ja) 1985-11-08 1986-11-07 磁気熱量式冷却装置

Country Status (5)

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US (1) US4727721A (ja)
JP (1) JPS62153662A (ja)
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