JPS62261869A

JPS62261869A - 磁気冷凍装置

Info

Publication number: JPS62261869A
Application number: JP10340986A
Authority: JP
Inventors: 聡安田; 秀樹中込
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-06
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1987-11-14

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、磁気冷凍装置に係わり、特に回転型磁気冷凍
装置の改良に関する。

（従来の技術）従来、磁性体の磁気熱量効果を利用した磁気冷凍装置が
知られている。この磁気冷凍装置は、断熱消磁によって
冷えた磁性体で被凝縮ガスを凝縮させるようにしたもの
で、通常の圧縮型冷凍敦に比べて単位面積当りの冷凍能
力が高いと云う利点を備えている。

ところで、磁気冷凍装置の場合には、ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネットで代表される磁性体、つまり作業物
質を磁場内に急速に導入して断熱磁化させ、このときに
作業物質で発生した熱を外部に逃がす排熱過程と、磁場
内に位置している作業物質を磁場外に急速に導入して断
熱消磁させ、このときの吸熱作用で被凝縮ガスを凝縮さ
せる吸熱過程との２つの熱交換過程を交互に行わせる必
要がある。

このようなことから、従来の磁気冷凍装置にあっては、
作業物質を直線往復動させて、この作業物質を磁場内及
び磁場外に交互に移動させる直線型のものと、作業物質
を同一円周上に移動させることによって、上記作業物質
を磁場内及び磁場外に交互に位置させるようにした回転
型のものとが考えられている。このうち、回転型のもの
は、回転ホイールの同一円周上に複数の作業物質を配置
させることができるので、理論的には一層、冷却効率を
向上させることができる。

しかしながら、回転型の磁気冷凍装置にあっても次のよ
うな問題があった。即ち、回転型のものは、通常、回転
ホイールで作業物質を支持している。この回転ホイール
には軸の一端側が接続されており、この軸の他端側は常
温に近い位置に配置された回転駆動源に連結されている
。このため、上記回転軸を通して作業物質が移動する空
間に侵入する熱量が多く、これが原因して冷却性能をそ
れ程向上させることができない問題があった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の回転型の磁気冷凍装置では、回転軸を
通して作業物質の移動空間内に侵入する熱により、冷却
性能が低下する等の欠点があった。

本発明は上記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、回転軸を通しての熱侵入を少なくする
ことができ、冷却性能のより一層の向上をはかり得る回
転型の磁気冷凍装置を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、回転軸の途中に予冷機構を設けること
により、回転軸を通しての常温部からの熱侵入を低減す
ることにある。

即ち本発明は、磁場を発生させる磁場発生装置と、この
磁場発生装置で発生した磁場内に位置しているときには
発熱し、磁場外に位置しているときには吸熱して外面に
被凝縮ガスを凝縮させる作業物質と、この作業物質を支
持する回転ホイールと、この回転ホイールに接続された
軸と、この軸を介して前記回転ホイールを回転させ、前
記作業物質を前記磁場内及び磁場外に交互に位置させる
回転駆動源と、前記作業物質が前記磁場内に位置してい
るとき上記作業物質で発生した熱を除去する手段とを漏
えてなる磁気冷凍装置において、前記回転軸の途中に逆
熱金具を設けると共に、この逆熱金具に対向配置して受
熱金具を設け、受熱金具を冷却するようにしたものであ
る。

（作用〉上記の構成であれば、常温部から回転軸を介して極低温
側に侵入する熱は、回転軸の途中に設けた逆熱金具を介
して受熱金具に伝わり、この受熱金具を介して外部に除
去される。従って、回転軸を通して極低温側に侵入する
熱量を極めて少なくすることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明に係わる磁気冷凍装置をヘリウム液化装
置に組込んだ例を示すものである。図中１１は真空容器
であり、この真空容器１１内にはヘリウム容器１２及び
該容器１２を囲んだ熱シールド板１３が収容されている
。そして、ヘリウム容器１２を取囲む空間及び熱シール
ド板１３を取囲む空間は、それぞれ真空引きされて真空
断熱槽に形成されている。また、ヘリウム容器１２の土
壁中央部には穴が設けられており、この穴の縁部にはバ
イブ１４の下端部が気密に接続されている。

このバイブ１４の上端部は真空容器１１の土壁に設けら
れた穴に気密に接続されている。

ヘリウム容器１２内には回転ホイール１５が軸心線を上
下方向に向けて回転自在に装着されている。この回転ホ
イール１５は熱伝導性の悪い非磁性部材で形成されたも
ので、その周縁部には上下方向に向かう透孔が等間隔に
複数形成されている。

そして、これらの透孔内には、作業物質１６が埋込まれ
ている。これらの作業物質１６は、例えばガドリニウム
・ガリウム・ガーネットの単結晶体を円柱状に加工して
形成されたものである。

回転ホイール１５の下部軸はヘリウム容器１２の底壁内
面に形成された軸受部１７により支持されている。回転
ホイール１５の上部軸は、軸受部１８により支持される
と共に、回転軸２０に接続されている。この回転軸２０
には、後述する如く予冷機構が設けられており、この回
転軸２０を通してのヘリウム容器１２内への熱侵入を抑
えるものとなっている。また、回転軸２０の上端部には
傘歯車３１が取付けられており、この傘歯車３１が傘歯
車３２を介してモータ３３により駆動されることにより
、回転軸２０が回転駆動されるものとなっている。

前記ヘリウム容器１２の外部で前記熱シールド板１３の
内部には、回転ホイール１５の周縁部の一部に対向する
関係で、超電導コイル４１が配設されている。この超電
導コイル４１は、回転ホイール１５の周縁部の一部に強
磁場を形成するものである。また、超電導コイル４１を
配設した側には、良熱伝導体からなる高温排熱ａｌ１４
２が回転ホイール１５を挟んで配置されている。この高
温排熱部４２は回転ホイール１５に埋込まれた作業物質
１６から熱を吸収するものであり、予冷冷凍機４３に接
続されている。

ここで、回転ホイール１５．超電導コイル４１及び高温
排熱部４２の配置関係は、第２図に示す如くなっている
。即ち、回転ホイール１５の中心０を通る互いに直交す
る直線をＡＯＣとＢＯＤとし、超電導コイル４１は直線
ＢＯＤを中心に巻回され、線ＢＯ上に最大磁場を形成す
るものとする。

このとき、回転ホイール１５の回転方向を矢印Ｐ方向と
すると、高温排熱部４２はホイール１５の作業物質１６
に加わる磁場が増大する領域、つまりＡＯＢで囲まれた
領域に配置されている。

この関係であると、回転ホイール１５の回転により作業
物質１６に加わる磁場が増大する方向にあるとき、つま
り作業物質１６がＡ−８に移動する際には、断熱磁化状
態となって作業物質１６が発熱する。この熱は、高温排
熱部４２を介して予冷冷凍機４３によりヘリウム容器１
２の外部に排熱される。一方、作業物質が８を通過する
と断熱消磁状態となって作業物質１６は冷却される。そ
して、作業物質１６がＣ−４Ｄに移動する際、つまり最
も冷却された状態でヘリウム容器１２中のヘリウムガス
を冷却することになる。従って、作業物質１６がＣ→Ｄ
に至る経路でヘリウムガスから吸熱した熱をＡ→８に至
る経路で外部に排熱することになり、これを繰返すこと
により、ヘリウム容器１２内におけるヘリウムガスの液
化を可能としている。

ところで、前記回転軸２０は、第３図に示す如く、基本
的にはＦＲＰ等の断熱材からなる断熱バイブ２１の内部
にポリウレタン等の断熱材２２を充填してなり、回転軸
２０の中間部には、銅からなる通熱金具２３が上下を２
分する関係で設けられている。そして、この通熱金具２
３と対向する位置には、前記バイブ１４を銅からなる受
熱金具２４で形成している。ここで、通熱金具２３と受
熱金具２４との間にはヘリウムガスが存在するので、通
熱金具２３の熱はヘリウムの熱伝導により受熱金具２４
に伝熱することになる。また、受熱金具２４には、前記
予冷冷凍１１１４３により冷却された熱シールド板１３
が接続されており、受熱金具２４の熱は熱シールド板１
３を介して予冷冷凍ｔ１４３により除去されるものとな
っている。

このような構成であれば、モータ３３により回転ホイー
ル１５を回転させることによって、前述したようにヘリ
ウム容器１２内でヘリウムガスの液化を行うことができ
る。そしてこの場合、回転軸２０を通してヘリウム容器
１２内に導入する熱は、回転軸２０を断熱材で形成して
いるので、極めて少ない。しかも、常温部から浸入した
熱は、回転軸２０の中間部に形成した通熱金具２３及び
受熱金具２４、更には熱シールド板１３を介して予冷冷
凍機４３により吸熱されるので、ヘリウム容器１２内に
侵入する熱は極めて少ないものと−なる。

従って本実施例によれば、回転軸２０を介しての常温部
からヘリウム容器１２内への熱侵入を極めて少なくする
ことができ、回転型磁気冷凍機の最大の欠点を解消し、
冷却性能の大幅な向上をはかり得る。さらに、上記理由
から予冷冷凍１１４３の容量を小ざくすることが可能と
なる。また、従来装置に比較し、回転軸２０の構造を改
良するのみで簡易に実現し得る等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、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。例えば、前記通熱金具２３と受熱金具
２４との間に第４図に示す如くバネ特性を持った伝熱金
具５１を配置し、金属接触による熱伝導によって熱を除
去するようにしてもよい。また、通熱金具、受熱金具の
形状及び材料、更に断熱材の材料等の条件は、使用に応
じて適宜変更可能である。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、回転軸の途中に通
熱金具及び受熱金具からなる予冷機構を設けているので
、回転軸を介しての熱侵入を極めて少なくすることがで
き、冷却性能のより一層の向上をはかり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる磁気冷凍装置を組込
んだヘリウム液化装置の概略構成を示す断面図、第２図
は回転ホイールに対する超電導コイルと高温排熱部との
配置関係を示す模式図、第３図は回転軸部の具体的構造
を示す断面図、第４図は変形例を示す断面図である。１１・・・真空容器、１２・・・ヘリウム容器、１３・
・・熱シールド板、１４・・・パイプ、１５回転ホイー
ル、１６・・・作業物質、１７．１８・・・軸受部、２
０・・・回転軸、２１・・・断熱バイブ、２２・・・断
熱材、２３・・・通熱金具、２４・・・受熱金具、３１
．３２・・・傘歯車、３３・・・モータ、４１・・・超
電導コイル、４２・・・高温排熱部、４３・・・予冷冷
凍機、５１・・・伝熱金具。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第　１　回Ｃ第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁場を発生させる磁場発生装置と、この磁場発生
装置で発生した磁場内に位置しているときには発熱し、
磁場外に位置しているときには吸熱して外面に被凝縮ガ
スを凝縮させる作業物質と、この作業物質を支持する回
転ホイールと、この回転ホイールに接続された回転軸と
、この回転軸を介して前記回転ホイールを回転させ、前
記作業物質を前記磁場内及び磁場外に交互に位置させる
回転駆動源と、前記作業物質が前記磁場内に位置してい
るとき上記作業物質で発生した熱を除去する手段とを備
えてなる磁気冷凍装置において、前記回転軸の途中に送
熱金具を設けると共に、この送熱金具に対向配置して受
熱金具を設け、該受熱金具に伝熱した熱を除去すること
を特徴とする磁気冷凍装置。
（２）前記送熱金具及び受熱金具は、それぞれ良熱伝導
材料で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の磁気冷凍装置。
（３）前記回転軸は、断熱材で形成され、且つ前記送熱
金具により上下に２分割されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の磁気冷凍装置。
（４）前記回転軸は２重の断熱材で形成されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第３項記載の磁
気冷凍装置。