JPS63113266A - 伝導により熱を転送する磁気冷凍装置 - Google Patents

伝導により熱を転送する磁気冷凍装置

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JPS63113266A
JPS63113266A JP62267583A JP26758387A JPS63113266A JP S63113266 A JPS63113266 A JP S63113266A JP 62267583 A JP62267583 A JP 62267583A JP 26758387 A JP26758387 A JP 26758387A JP S63113266 A JPS63113266 A JP S63113266A
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    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • 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】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、熱伝達・冷蔵装置の分野に係り、特
に、磁気冷蔵装置に係る。
従来の技術 現在の冷蔵装置は、低温分野のものも含めて、そのはゾ
全部がガスの連続的な圧縮／膨張サイクルをベースとす
るものである。一般に、実用的なガスサイクル冷蔵装置
の効率は理想的なカルノーサイクル効率のほんの一部分
に過ぎず、この効率は一般に冷蔵装置のサイズが小さく
なるにつれて低下する。ガスサイクル冷蔵装置の効率は
、例えば、２Ｋ（ケルビン）ないし２０にの範囲の低温
では特に低いものとなる。
幾つかの磁性材料は、磁気熱意効果を示すことが古くか
ら知られており、即ち、これらの材料は、磁界内に置い
たときには温度が上昇しそして磁界から取り出したとき
には温度が低下する。このような固体磁性材料に磁界を
加えることは、ガスを圧縮すること（温度の生じる）と
同様でありそしてこの固体材料から磁界を取り去ること
は、ガスを膨張すること（温度の低下を生じる）と同様
である。従って、ガスの冷蔵サイクルと同様に磁性材料
を作用物質として使用することによって熱力学的な冷蔵
サイクルが得られることが確認されている。磁気冷蔵装
置として提案された比較的最近の構成例が、米国特許第
４，０３３，７３４号、第４，０６９，０２８号、第４
，１０７，９３５号、第４，３３２，１３５号、第４，
３９２゜３５６号、第４，４０８，４６３号、第４，４
４１．３２５号、第４，４５７，１３５号、第４゜４５
９．８１１号、第４，４６４，９０３号、第４．５０７
，９２７号及び第４，５０７，９２８号に開示されてい
る。
一般的に、いかなる固体磁性材料についてもその磁気熱
量効果の有効温度範囲は、ガスの場合の作用温度範囲よ
りも著しく制限される。典型的に、１つの磁性材料を使
用する磁気冷蔵装置は。
その磁気オーダリング温度ＴＯの各側に特性有効温度範
囲を有しており、これを越えると、材料は磁気的に飽和
されるか或いは磁性が弱まる。然し乍ら、適当な磁気オ
ーダリング温度をもつ材料を各々使用した複数の磁気冷
蔵装置をカスケード状に利用することにより周囲環境と
冷却媒体との間に大きな温度差を得ることができる。
所与の材料における磁気熱量効果の大きさは、その材料
に加えられる磁界の大きさに直接左右される。磁気熱量
効果を完全に利用するためには、好ましくは数テスラの
非常に強い磁界が必要とされ、従って、通常は、効率の
低い普通の伝導磁石ではなくて超伝導磁石を使用するこ
とが指示される。磁気冷蔵装置の公知の設計では、典型
的に、超伝導磁石の巻線を、使用する超伝導体の臨界温
度より低く冷却するために液体ヘリウムのバスが必要と
されている。従って、このような冷蔵装置は、これを運
転する前に、液体ヘリウムで最初に前処理を行なわねば
ならない。超伝導コイルを冷却するために冷蔵装置に液
体ヘリウムを供給する必要性に加えて、これまでに提案
されているほとんどの磁気冷蔵装置の熱伝達機構は、熱
伝達を行なうためにガス又は液体をボンピングしなけれ
ばならない。磁気冷蔵装置においてガス又は練体によっ
て熱伝達を行なうもう１つの方法として、ヒートパイプ
を使用することが提案されている。このヒートパイプは
、２０に以下で運転する冷蔵装置の場合に液体ヘリウム
又は水素の蒸発／凝縮サイクルによって熱を伝達するも
のである。
低温磁気冷蔵装置を始動する前に液体ヘリウムを得なけ
ればならないという必要性は、特に、磁気冷蔵装置が他
の低温冷蔵装置（例えば、宇宙飛行の分野で液体ヘリウ
ム源となるような）とは別のスタンド・アローン装置と
して動作するように設計されている場合には、著しい欠
点となる。
断続的又は周期的に使用される装置、例えば、超伝導磁
石の冷却を必要とする医療装置の場合や、機械を始動す
る準備中に液体ヘリウムを得て保管することが不便であ
るか又は経費がか＼るような場合には、液体ヘリウムな
しに始動できることが所望される。
強磁界の超伝導磁石を使用して最も効率的な磁気冷蔵を
行なう場合には、冷蔵装置の支持構造体にかなりの機械
的な荷重がかへることになる。
このような支持構造体は、実質的な変形を生じることな
く加えられた力に対抗するに充分な大きさと堅牢さがな
ければならず、更に、磁気冷蔵装置の機械的な動作に制
約を加えたり或いは著しい熱の追加を生じて冷蔵効率を
落としたりしてはならず、然も、高温領域と低温領域と
の間に不当な熱伝達を生じさせてはならない。
発明の構成 本発明の磁気冷蔵装置は、対流によるのではなくて主と
して固体伝導体を介しての伝導によって熱を伝達するこ
とを利用するものである。従って、この冷蔵装置は、ポ
ンプやヒートパイプを必要とせずに動作する。この装置
は、特に、２にないし２０にの低温度領域で動作するよ
うにされており、装置の磁界は超伝導磁石によって発生
される。装置における全ての熱伝達は、主として固体を
介しての伝導性の熱伝達によって行なりれるので、液体
ヘリウムでの前処理を必要とせずに冷蔵装置の低温動作
を得ることができる。というのは、冷蔵装置は、最初に
コイルを冷却するための液体ヘリウムを使用せずに、超
伝導コイルの臨界温度より低い温度まで低下させること
ができるからである。
本発明の装置は、常磁性又は強磁性材料のホイールを備
えており、このホイールは、その上の全ての点を超伝導
磁石によって発生された強い磁界に周期的に近づけたり
離したりするように回転することができる。高温度の熱
伝達領域において磁界に入るときには、ホイールの磁性
材料が温度上昇し、熱抽出器の熱伝達プレートへ熱を放
出する。この熱抽出器は、固体の導体コンジットを通し
ての伝導によって高温度のインターフェイスターミナル
に熱を伝達し、このターミナルは、別の冷蔵装置の低温
ターミナル又は他のヒートシンクに接続される。ホイー
ルの一部分が磁界から出ると、その温度が低下すると共
に、低温度の熱伝達領域に入り、そこで、低温度抽出器
の熱伝達プレートからホイールの材料に熱が伝達される
。この抽出器は、固体コンジットの伝導によって冷蔵装
置の低温度ターミナルから熱伝達プレートへ熱を伝達す
る。高温度及び低温度抽出器のプレートは、小さなスペ
ースによって磁気ホイールから分離されており、このス
ペースにはヘリウムガスが満たされていて、そのギャッ
プを横切る熱の伝達がヘリウムを介しての伝導によって
行なわれるようになっている。このヘリウムギャップを
横切る熱の伝達率を最大にすると共に、ヘリウムガスの
動きを最小にするために、固定の熱伝達プレートと回転
ホイールとの間には非常に僅かなスペースが維持される
だけである。従って、熱の伝達は１回転ホイールと熱伝
達プレートとの間の非固体ギャップで行なわれる伝達を
除けば、そのほとんどが固体中の伝導によって低温度の
インターフェイスターミナルから高温度のインターフェ
イスターミナルへ行なわれる。
伝導による熱の伝達効率を高くするために、冷蔵装置の
熱抽出器は、低温での良導体、例えば、銅によって形成
された中央の固定の熱伝導体コンジットを備えており、
その一方は、中心軸に沿って低温度ターミナルから冷蔵
装置の中心に向がって延びており、そしてその他方は、
中心軸に沿って高温度ターミナルから中心に向かって延
びていて、低温度コンジットに接近するが接触はせず、
それらの間に熱分離が維持されるようになっている。高
温度及び低温度の抽出器の熱伝達プレートは、好ましく
は多数の伝導性プレートで形成され、そして好ましくは
それらの各コンジットと一体的に形成され、これらコン
ジットは装置の中心位置から半径方向に延びており、低
温度プレートと高温度プレートが中心軸の周りで角度的
に離れた位置に配置されるようになっている。磁気ホイ
ールは、高温度及び低温度抽出器の複数の熱伝達プレ−
トの間にはさまれるように積層層間関係で外部リムに固
定された磁性材料の複数のリングで形成されるのが好ま
しい。
超伝導磁石は、磁気ホイールの上下に配置されたソレノ
イドとして形成されて、磁気ホイールの部分がこのソレ
ノイド磁石間の磁界を周期的に通過するようにされるの
が好ましい。好ましい構造においては、２組の超伝導磁
石が冷蔵装置の中心軸の両側に設けられ、磁気ホイール
の各部分がホイールの各回転ごとに磁界を２回通過する
ようになっている。従って、２組の高温度及び低温度の
熱伝達プレートは、互いに９０°の角度で配置形成され
、高温度の熱伝達プレートは、磁石の下に延びそして低
温度の熱伝達プレートは、実質的な磁界が存在しない直
交位置に延びるようにされる。軟鉄のような透磁率の高
い材料で構成された磁束集中バーがソレノイドの端を橋
絡して一方の組のソレノイド磁石から他方の組のソレノ
イド磁石へと磁束路が延びるようになっているのが好ま
しい、超伝導磁石の磁界によって作用される強い力に対
抗するために、これらの磁石は、外部の球状の殻型支持
構造体であって、その殻の上部及び下部において磁石に
係合して磁石間に働く吸引力を限定するような支持構造
体によって支持されるのが好ましい。
磁石を冷却するために、装置の低温度抽出器コンジット
と超伝導磁石との間に伝導性リンクを形成して、これら
磁石を液体ヘリウムのバスに漬ける必要なく純粋な伝導
によって冷却できるようにするのが好ましい１本発明の
特定の効果は、磁気冷蔵装置に最初に液体ヘリウムを充
填する必要なくこの冷蔵装置を始動できることである。
これは、ガスサイクル冷蔵装置の高温度インターフェイ
スターミナルを磁石コイルの超伝導体の臨界温度１例え
ば、約１５にないし２０にの温度に近いか或いはそれよ
り低い温度まで下げるように冷蔵装置を最初に動作させ
ることによって達成される。
ここでは、臨界温度が１８にであるＮｂ３Ｓｎの超伝導
体が使用される。例えば、超伝導磁石内に永久磁石を設
けて磁石に残留磁界を与えるか又は小さな初期磁界を与
えるように超伝導磁石を最初に荷電することにより、磁
気冷蔵装置は、低温度の熱伝達コンジットを高温度ター
ミナルの温度より下に冷却させて、最終的には、そのと
きコイルに加えられた磁界において超伝導体の臨界温度
より低い温度に到達させるように動作することができる
。超伝導体・がその臨界温度より下がると、例えば、磁
束ポンプを使用することにより超伝導体の電流を増加し
て、コイルの磁界をより高いレベル（超伝導体が通常の
状態になるときの磁界よりはまだ低いが）にもっていく
ことができる。磁気冷蔵装置は、超伝導コイルを通常に
駆動することなく、更に大きな電流を流すことのできる
（そして更に大きな磁界を発生することのできる）より
低い温度まで超伝導磁石を冷却するように動作を続ける
。このように段階をたどることにより、超伝導コイルは
、冷蔵装置を低温度ターミナルにおいて２にないし６に
の範囲の温度に到達させるに充分な磁界を発生させる最
大電流レベルまで達することができる。
本発明の更に別の目的、特徴及び効果は、添付図面を参
照した以下の詳細な説明より明らかとなろう。
実施例 添付図面を参照すれば、本発明による磁気冷蔵装置が第
１図に参照番号１０で概略的に示されており、この装置
は、例えば、沸騰により生じたヘリウムガスのような負
荷１２を絶対ゼロ付近の温度、例えば、２にないし６Ｋ
まで冷却するように働く冷却システム１１の一部分を形
成する。全磁気冷蔵装置１ｏは、その構造の一部分が例
えば２０に以下の低温度まで冷却されて冷蔵装置１０を
周囲の雰囲気から熱的に遮蔽する。冷蔵装置は、デュー
ア殻１４内に収容され、熱シールド１５によって取り巻
かれている。この熱シールドは、例えば、銅又はアルミ
ニウムに好ましくは金属被覆プラスチック又は超絶縁材
の層を被せたもので形成される。デューア殻１４の内部
は、デューア殻の壁から磁気冷蔵装置１０及び負荷１２
への且つ又デューア殻内に維持されたシステムの他の要
素への対流による熱伝達を最小にするように排気される
。上記の他の要素には、磁気冷蔵装置の磁気コイルに電
気エネルギを供給するように働く磁束ポンプ１６と、以
下で詳細に述べるように磁気冷蔵装置へのガスの供給を
制御するヘリウムガス供給源１７とが含まれる。デュー
ア殻１４Ｋは真空ポンプの出力ポート１８が設けられて
おり、真空ポンプからデューア殻１４の内部への接続を
与える。
磁気冷蔵装置１０は、負荷１２から低温度インターフェ
イスターミナル２０へそして低温度熱抽出器２１を経て
磁気冷蔵装置１０へ熱を伝達させる。冷蔵装置１０は、
この熱を高温度熱抽出器２２へそして高温度インターフ
ェイスターミナル２３へ伝達する。このターミナル２３
は、第１図に示すように、別の冷蔵システム２６の底部
２５の端において低温プレート２４Ｋ接触するように保
持される。熱は、ガスサイクル冷蔵装置２６においてプ
レート２４から上方に取り出され、周囲の雰囲気へ放出
される。コンプレッサ２７によって駆動される冷蔵装置
２６は、低温プレート２４を磁気冷蔵袋［１０の動作の
上限温度付近の温度まで下げることができる０例えば、
冷蔵装置１０は、２にないし６にの温度の負荷から熱を
引き出し、そしてガスサイクル冷蔵装置２６によって約
２０にの温度に維持された低温プレート２４へ熱を伝達
するように形成される。磁気冷蔵装置１０を動作するた
めの機械的な動力は、デューア殻１４の外部の駆動モー
タ２８から供給され、このモータの駆動シャフトは、包
囲パイプ２９を通して磁気冷蔵装置１０へと延びている
。駆動モータ２８は、必要に応じてその修理や交換を容
易にできると共に、システムの冷却要素をこの駆動モー
タによって放出される熱からできるだけ分離するために
、デューア殻の外部に維持されるのが好ましい。システ
ムの種々の要素は、その始動中、定温運転中及び停止中
に制御器３０によって制御され、制御器の制御ライン３
１−３４はシステムの種々の要素へと延びている。その
１つの制御ライン３４は、デューア殻１４の計装ポート
３５を通して延びており、磁束ポンプ１６に動力を供給
すると共に、デューア殻内の種々のセンサ（図示せず）
への接続をなして、デューア殻内の要素の温度や圧力の
ような冷蔵状態を制御器が決定できるようにする。
上記システムは、負荷１２を低温度まで冷却するのに特
に効果的である。というのは、このように非常に低い温
度範囲においてはガスサイクル冷蔵装置では著しく不充
分だからである。例えば、２０にないし３０にの範囲の
媒体の低温度を得ることのできるガスサイクル冷蔵袋ｆ
ｆ！２６を、２０Ｋから２にないし６Ｋまでのより限定
された範囲にｂたって冷蔵作用を与えるのに用いられる
磁気冷蔵装置１０と組合せることにより、効率の改善が
得られる。各々が例えば４０にないし６０にの限定され
た温度範囲に及ぶような磁気冷蔵装置の多数の段をガス
サイクル冷蔵袋［２６に代わって利用できることに注意
されたい。
磁気冷蔵装置１０内の各部の構成が第２図に破断図で示
されておりそして第３図に断面図で示されている。冷蔵
装置１０は、第３図に示すように、支持ポスト３８によ
り懸架支持構造体３７からデューア殻１４内に懸架され
ており、ポスト３８は、丸くて平らな上部支持プレート
３９に係合される。又、支持構造体は、一般的に球状の
外部支持殻も備えており、これは、プレート３９の上部
に係合する上部の半球状態部分４１と、丸くて平らな底
部支持プレート４３に係合する下部の半球状態部分４２
と、これらの半球状態部分４１及び４２に各々係合して
中間接合部において互いに嵌合する接合フランジ４４及
び４５とを含んでいる。超伝導ワイヤのコイルで形成さ
れたソレノイド磁石４７及び４８は、フランジ付きボル
ト５０によって上部プレートに固定されたロッド４９に
より上部プレート３９から支持される。同様に、ソレノ
イド磁石５２及び５３が各々磁石コイル４７及び４８の
下に配置されており、その各々は、超伝導ワイヤで構成
される。コイル４７及び５２の電流は、コイル４８及び
５３の電流と逆方向に流れる。コイル５２及び５３の両
方はロッド５４Ｋよって位置固定され、ロッド５４はフ
ランジ付きボルト５５によって下部の支持プレート４３
に取り付けられる６例えば、軟鉄のような非常に透磁率
の高い材料の磁束集中バー５７がコイル４７及び４８の
上部間に延びており、コイル４７及び４８を上部支持プ
レート３９に取り付けるロッド４９によって位置保持さ
れる。同様に、非常に透磁率の高い材料の磁束集中バー
５８がコイル５２及び５３と下部支持プレート４３との
間に取り付けられており、ロッド５４Ｋよって位置保持
されている。磁束帰路バー５７及び５８は、各々、コイ
ル４７と４８との間及びコイル５２と５３との間に透磁
率の高い磁束路を形成し、４つの超伝導コイルによって
発生された磁束が、各コイルを通って磁束集中バー５７
及び５８により横方向に離間されたコイル間を戻るよう
な経路を進むようにされる。熱伝導性材料のプレート６
０が超伝導磁石４７及び４８の底部に取り付けられてい
て、ｌａ石に対する熱の抽出器として働くようにされる
。
同様に、伝導性プレート６１が超伝導磁石５２及び５３
の上端に取付けられており、これら磁石からの熱の抽出
を行なう。以下で詳細に述べるように、磁石の熱抽出プ
レート６０及び６１は、超伝導磁石からの熱を伝導によ
って低温度の熱伝達コンジットに伝達し、超伝導臨界温
度より低い温度に磁石を維持する。従って、超伝導磁石
４７．４８．５２及び５３は、主として、外部支持構造
体によって支持さ九、対４７．５２及び４８．５３の各
磁石コイルは、磁石間に妨げのないスペースを与えるよ
うに互いに他の対から離れるように懸架される。
高温度の熱抽出器２２は、熱伝達コンジット６２を備え
ており、このコンジットは、高温度ターミナル２３から
上部プレート３９及び磁束集中バー５７の開口を通りそ
して超伝導磁石４７と４８との間へと下方に延びている
。同様に、第３図に示すように、低温度の熱抽出器２１
は、熱伝達コンジット６３を備えており、このコンジッ
トは。
低温度ターミナル２０から下部支持プレート４３及び下
部の磁束集中バー５８の開口を通って超伝導磁石５２と
５３との間へと上方に延びている。
熱伝達コンジット６２及び６３の両方は、冷蔵袋［１０
の中心軸に沿って一般的に延びていて冷蔵装置の中心付
近で互いに接近するが接触はしないようになっているの
が好ましい。
高温度コンジット６２は、２つの実質的に水平に延びる
部分６４を備えており、これらの部分は、複数の垂直方
向に積層されて分離された熱伝達プレート６５で終わる
。第３図の全断面図に最も良く示されたように、高温度
コンジット６２の垂直に延びる部分、その水平部分６４
及びプレート６５は、冷蔵装置の動作温度において良好
な熱伝導体である固体材料で形成され、この固体を通じ
て連続的な熱伝達経路を構成する０例えば、２にないし
２０にの低温度においては、著しく精錬された＠（例え
ば、０ＦＨＣ銅、承認グレードＮα１０１）が優れた熱
伝導体であると分かっており。
このような材料で高温度の抽出部分６２．６４及び６５
を形成するのが好ましい。もし所望ならば、非常に高い
純度のアルミニウムを低温動作に用いることもでき、他
の材料を適宜他の動作温度範囲に使用することができる
。熱抽出器の種々の部分は、１つの一体構造体として形
成してもよいし。
熱抽出器を通る連続的な熱伝達経路を形成するように互
いに溶接された多数の部分の組立体として形成されても
よい。積層プレート６５間のスペースには、磁気材料の
複数（３つが示されている）の薄い平らなリング６７が
配置され、この磁気材料は、磁気冷蔵装置１ｏの動作温
度において所望の磁気熱量効果を示すように選択される
。リング６７は、外部円形リム６８のスロットにしっか
りと保持され、このリムは、低温において熱伝導性の悪
い材料、例えば、チタニウム合金又はステンレススチー
ルで形成されるのが好ましい。リング６７は、スロット
に圧ばめされ、そして液体接若剤（例えば、充填エポキ
シ）を使用してこれを半径方向注入穴を経てリング６７
の外周の小さなスペースに注入することによりそこに接
合される。
リングギアフランジ６９はリム６８の外周に固定され、
このフランジ６９の全円周に延びる周囲ギア歯７０で終
わる。磁気リング６７と、これらを位置保持するリム６
８と、フランジリングギア６９は、回転可能な磁気ホイ
ールユニット７１を形成し、この磁気ホイールユニット
は、これとホイールハウジング７４との間に係合された
ベアリング７２によって回転するように取り付けられる
。
このベアリングは磁界を通して回転するので、例えば、
モネルメタルのような非金属性材料で形成されるのが好
ましい、ホイールハウジング７４は、その内側の円周エ
ツジにおいてコンジット６２の水平部分６４Ｋ固定され
、シールグループ／インジウムワイヤシール７５又は他
の適当なシールによってそこにシールされ、そしてその
外側の円周エツジにおいて支持構造体のフランジ４４及
び４５に取り付けられたフランジ７６によって支持され
る０円板状の上部カバープレート７７は、その内周エツ
ジにおいてコンジット６２の水平に延びる部分６４の上
部に固定され、グループ／インジウムワイヤシール７８
によってそこにシールされ。
そしてその外周エツジにおいてホイールハウジングのフ
ランジ部分、７６にシールされる。従って、磁気ホイー
ルユニット７１は、ホイールハウジング７４と、高温度
の熱伝達コンジット６２と、カバープレート７７との間
にシールされる。磁気ホイールユニット７１は、モータ
２８によって回転される駆動シャフト７９によって回転
され、これは、リングギア６９上の歯７０に係合する歯
を有した駆動ギア８０を回転する。このギア８０は、上
部カバ一部分７７にシールされた上部ハウジング部分８
１と、ホイールハウジング７４Ｋシールされた下部ハウ
ジング部分８２とによって形成されたハウジング内に取
り付けられる。ベアリング８３は、ハウジング８２内に
取り付けられ、駆動シャフト７９の端に係合して、垂直
軸のまわりで回転するようにシャフトを支持する。絶縁
されてシールされたカップラ８４１例えば、磁気カップ
ラは、モータ２８からの駆動トルクを下部シャフト７９
に接続するのに使用される。
又、低温度熱伝達コンジット６３も、中央の水平方向に
延びる部分８５を有しくその１つが第２図に示されてい
る）、これらは、高温度熱抽出コンジット６２の水平方
向に延びる部分６４と実質的に同様であり、この水平方
向に延びる部分６４Ｋ対して９０″回転された位置にあ
る。複数の熱伝達プレート８６が、高温度熱抽出器２２
のためのプレート６５の構成と実質的に同様に、水平に
延びる部分８５から垂直方向の積層離間関係で延びてお
り、これらプレート８６間のスペースは磁気材料のリン
グ６７によって占有されている。
上記部分８５の各々の上部と下部には持ち上がった部分
８７が形成されている。この持ち上がった部分８７は、
磁気熱抽出プレート６０及び６１としっかりと熱伝達接
触し、従って、超伝導コイルから低温度熱伝達コンジッ
トへ至る連続的な熱抽出路を形成する。第３図に最も良
く示されたように、高温度コンジット６２及び低温度熱
伝達コンジット６３の中央内部は、分離スペース８９を
形成する短い距離だけ離間されており、このスペース内
では２つのコンジットが互いに隣接している。
低温度コンジット６３（冷蔵装置の中心軸に沿って延び
る垂直部分と、水平に延びる部分８５とを含む）及び熱
伝達プレート８６は、互いに連続的な熱伝達経路を形成
するのが好ましく、これらは。
低温↓こおいて良熱伝導体である固体材料、例えば、高
度に精錬された銅で形成される。
水平に延びるコンジット部分６４及び高温度熱抽出器２
２のプレート６５と、水平に延びる部分８５及び低温度
熱抽出器のプレート８６との間の領域は、第４図に示す
ように、くさび状の絶縁プレート９０によって占有され
る。このくさび状の絶縁プレート９０は、隣接するプレ
ート６５と８６との間に挿入され、これらの間に磁気リ
ング６７を通せるように垂直方向に離間されている。
絶縁プレー１９０は、低温において熱伝導性が低く且つ
良好な構造特性を有する材料で形成される。
ステンレススチール（例えば、３１０ステンレススチー
ル）は、プレート９０として特に効果的な材料であると
分かっている。というのは、これは、優れた構造強度を
有していると共に銅に類似したリニアな膨張係数を有し
ているが、絶対ゼロ付近の温度において熱伝導性が比較
的低く、従って、高温度熱伝達プレート６５を低温度熱
伝達プレート８６から絶縁するように働くからである。
又、チタニウム合金（Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ）のような他
の適当な材料を使用することもできる。第２図に最も良
く示されたように、上部蓋プレート７７は、くさび状の
絶縁プレート９０及び低温度熱抽出器の延長部分８５の
両方の上部に対してシールされ、これにより、回転磁気
ホイール７１を磁気冷蔵装置の周囲のスペースから完全
にシールする。
磁気ホイールがその中で回転するシールされた容積部に
は、熱伝達ガス、好ましくは、ヘリウム３又はヘリウム
４のいずれかが充填され、このガスは、以下で詳細に述
べるように、伝導又は対流によって抽出プレート６５又
は８６と磁気リング６７との間で熱を伝達するように働
く。プレート６５．８Ｇ及び９０は、同じ厚みのもので
あるのが好ましく、これは、熱伝達効率と構造強度との
所望の組合せを与えるように選択されそして一体的な構
造体を形成するように互いに溶接されるのが好ましい、
低温での運転については０．０３ないし０．１５インチ
の範囲のプレート厚みで充分であると分かっているが、
もし所望ならば、他の寸法を用いてもよい。プレート９
ｏは、高温度熱抽出器２２と低温度熱抽出器２１との間
の構造接続部を与えるが、両抽出器の重量は、高温度タ
ーミナル２３をガスサイクル冷蔵装置の低温プレート２
４Ｋ取り付けることによって支持される。この形式の支
持機構は、抽出器を外部の支持殻に構造的に強力に接続
する必要性を回避するものである。
磁気リング６７の好ましい構造が第５図に示されており
、リング６７は複数の別々のセグメント９２で形成され
ている。別々のセグメント間の接合部９３は、絶縁材料
（例えば、低温度エポキシ）でバッキングされてもよい
し、又は好ましくは、セグメント同志を若干難問してそ
れらの間のスペースに周囲ヘリウムガスを充填しセグメ
ント間を効果的に熱的に切断するように形成してもよい
。多数の分離されたセグメントを磁気リング６７に利用
するのが好ましいが、その理由は、このようにすると、
磁気ホイールが回転して磁気リングの部分が磁界に入っ
たり出たりする時にセグメント間の熱の伝達が最小にな
るからである。磁界に入ったり出たりする磁気材料の部
分間の温度差はできるだけ大きいのが好ましく、従って
、リングの周囲での伝導性の熱伝達を最小にするのが好
ましい。
リング６７を形成するのに用いられる材料は多数ある。
例えば、バークレイ（Ｂａｒｃｌａｙ）氏の米国特許第
４，４０８，４６３号には種々の材料ガ開示されており
、これを参考としてここに開示する。好ましい材料は、
ガドリニウムガリウムガーネットであり、これは、低い
温度、特に、２にないし２０にの範囲の温度において満
足な磁気熱量効果特性を示すと共に、満足な熱的及び構
造的特性を示す。特に、ガドリニウムガリウムガーネッ
トを適度な寸法（例えば、磁気リング６７のセグメント
として厚みが約１７８インチ）のセラミック構造体に組
み込んだ場合には、その材料を通して充分な軸方向熱伝
導が得られ、その材料が磁界に入ったり出たりするとき
に熱が効率的に材料に伝達されたり材料から伝達された
りする。ガドリニウムガリウムガーネットのような材料
の場合、第５図に示すようにセグメント化した磁気リン
グを互いに離間するか又はそれらの接合部にエポキシの
ような熱絶縁材を充填して使用するのが特に望ましい。
というのは、このようにしなければ、材料が潜在的に受
け入れられないような率でリングの周りに熱を伝達する
からである。或いは又、熱伝導率の低い多孔性構造のガ
ドリニウムガリウムガーネットを使用することもできる
。
上記したように、回転磁気ホイール７１は、下部ハウジ
ング７４及び上部カバープレート７７によって周囲のス
ペースからシールされ、内部の容積部には、ヘリウム３
又はヘリウム４のようなヘリウムが所望の最適圧力、好
ましくは、ヘリウム３の場合には約１．５気圧で充填さ
れる。磁気ホイール７１が固定の熱抽出器２１及び２２
のまわりで回転される上記好ましい実施例の特定の特徴
は、回転ホイールに対してシールされたへりつムの全容
積部を、固定の熱抽出器によって包囲された中心回転ホ
イールの場合に必要とされるものよりも一般的に小さく
できることである。磁石リング６７と熱伝達プレート６
５及び８６との間のギャップを横切る熱伝達率を最大に
するために、ギャップ間隔はできるだけ小さくするのが
好ましい、ギャップ間隔が１０００分の１ないし１０イ
ンチの範囲である場合には、熱伝達を行なうためのヘリ
ウムの活性な対流又はポンピングを与える必要なく、満
足な熱伝達が得られることが分かっている。もし所望な
らば、周囲方向のガス流を妨げるためにフレキシブルな
ワイパシールをギャップに取り付けることもできる。
本発明の磁気冷蔵装置１０は、低温度範囲で運転するの
に良く適しており１例えば、約４Ｋの温度の冷蔵負荷１
２から約１５Ｋ又はそれより高い温度の高温インターフ
ェイスターミナル２３へ熱を伝達するのに適している。
磁気ホイールの回転速度は、熱伝達と効率との関係を最
適なものにするように選択される。磁気ホイールの１／
４回転ごとに、リング６７の磁気材料セグメント９３の
１つの位置が強い磁界の高温度伝達領域から低温度伝達
領域の弱い磁界へと交換され、ここで、セグメントの温
度は２にないし４Ｋとなる。磁気リングセグメント９２
と熱伝達プレート６５又は８６との間で熱伝達を行なう
ためには充分な時間を与えなければならない、上記した
例示的な寸法を有する冷蔵装置１０の場合には、１０な
いし３０回転／分の速度で充分であることが分かった。
特に重要なことは、ガス状の超臨界ヘリウム、例えば、
ヘリウム３又はヘリウム４を熱伝達媒体として使用して
４．２にの公称負荷温度まで運転し、更に、負荷を２に
という低い温度まで冷却できることである。ヘリウム４
は、４．２により低い温度において少なくとも２．２気
圧の圧力に維持しなければならず、超流体遷移があるた
めに２゜２により低いところで使用しない方がよい。ヘ
リウム３は、低温度及び圧力で動作できるので、熱伝達
媒体として効果的である。磁気冷蔵装置の冷却及びウオ
ームアツプ中に回転磁気ホイール７１のまわりのシール
されたスペースに充填したり放出したりする必要性をな
くすために、ヘリウムガス供給源１７は、補助的なチャ
コールキャニスタを備えており、これは、バルブ（図示
せず）によりシールされた磁気ホイール包囲スペースに
接続することができ、例えば、ガスサイクル冷蔵装置２
６を運転して磁気冷蔵装置の温度を約２０にないし１５
Ｋまでもっていくことにより装置がはゾ作動温度に冷却
されるまでヘリウムをこのチャコールキャニスタに捕ら
えることができる。この温度においては、バルブを開い
て、キャニスタ（チャコールに捕らえられたヘリウムを
含む）を包囲スペースと連通ずることができ、次いで、
チャコールを加熱して、所望の圧力に達するまでヘリウ
ムを包囲スペースに入れることができ、更に、バルブを
閉じて、キャニスタを包囲スペースとの連通から切断し
、冷蔵装置の冷却を続けることができる。これに対し、
冷蔵装置のウオームアツプ中に、チャコールキャニスタ
１７は、再び包囲スペースと連通状態にもっていかれ、
冷蔵装置が加熱する時に、ヘリウムがチャコールキャニ
スタへ入れられてチャコールに捕らえられ、包囲スペー
スにおけるヘリウムの圧力が比較的一定に保持されそし
て著しく高い圧力に到達しないようにされる。
この補助的なチャコールキャニスタ１７を用いることに
より、ホイールハウジング７４及びカバープレート７７
は、非常に高い圧力差に耐えるように構成する必要がな
くなる。更に、このように冷蔵装置のためのヘリウムの
自蔵供給源を設けることにより、始動中に外部の供給源
からヘリウムガスを冷蔵装置に充填する必要がなくなる
。
本、発明による全伝導性熱伝達構造体の特定の効果は、
冷蔵装置の始動及び低温度への冷却が液体ヘリウムを必
要とせずに行なえることである。
例えば、ガスサイクル冷蔵装置の低温プレート２４及び
磁気冷蔵装置のインターフェイスターミナル２３がガス
サイクル冷蔵装置の作動温度の下限。
例えば、約１５にないし２０にの温度に達するまでガス
サイクル冷蔵装置２６を作動することにより始動サイク
ルを開始することができる０次いで。
磁気ホイール７１のまわりの包囲スペースを充填してこ
のスペースに所望の圧力でヘリウムを供給することがで
き、駆動モータ２８が動作を開始し、磁気ホイールの回
転を開始することができる。
超伝導磁石４７．４８．５２及び５３のコイルは、ガス
サイクル冷蔵装置によって与えられるターミナル温度の
付近又はその上の臨界温度を有する超伝導材料で形成さ
れるのが好ましい。１つの適当な超伝導体は、ゼロ磁界
臨界温度が約１８にのニオブ３スズ（Ｎ　ｂ　３　Ｓ　
ｎ　）である、従って、磁気冷蔵装置１０のコイルの温
度を臨界温度より低い温度１例えば、約１５Ｋまで下げ
ることにより、コイルを超伝導状態で動作させることが
できる０Ｍｌ流は、種々の方法で、例えば、磁束ポンプ
装置１６を用いることによりコイルに流すことができ、
この磁束ポンプ装置１６は、ソレノイドコイル４７．４
８．５２及び５３の外部−次コイルと１又は２巻回の二
次超伝導コイルとの間の誘導性結合を与える。適当な磁
束ポンプシステムの例が、参考としてここに取り上げる
１９７５年５月のｒＲｅｖ、　Ｓｃｉ、　Ｉｎｓｔｒｕ
ｍＪ第４６巻、第５号の第５８２ないし５８５頁に掲載
された「大電流の超伝導負荷を付勢する自動磁束ポンプ
（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＦｌｕｘ　Ｐｕｍｐ　ｆｏｒ　Ｅ
ｎｅｒｇｉｚｉｎｇ　Ｈｉｇｈ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｕ
ｐｅｒ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｌｏａｄｓ）Ｊと題す
る論文に説明されている。比較的小さな電流をソレノイ
ドコイルに誘起させ、コイルの現在温度において臨界磁
界強度より低い磁界を発生させることにより、磁気冷蔵
装置は、低温度抽出器２１の温度を下げ始め、これによ
り、熱伝達コンジット６３に伝導的に接続された磁気式
の熱抽出パネル６０及び６１の作用によってソレノイド
コイルを冷却することができる。低温度抽出器を下げる
ことのできる温度は。
これらのソレノイドコイルによって発生された磁界の強
度に直接関係しており、従って、コイルに誘起される最
初の低電流レベルで、コイルの温度を数度下げることが
できる。コイルが冷却されるにつれて、次第に大きな電
流が磁束ポンピングを用いたコイルに誘起される。とい
うのは、冷却されたコイルは、大きな電流、ひいては、
強い磁界レベルにおいて超伝導状態を維持することがで
きるからである。このような段階的な動作により、即ち
、コイルを低い温度に冷却するように冷蔵装置を運転し
、次いで、コイルに大電流レベルを誘起することにより
、磁気冷蔵装置は、コイルをそれらの最大所望磁界で動
作することのできる温度まで冷却することができる。コ
イルからの最大磁界強度において、冷蔵装置は、低温度
インターフェイスターミナル２０を２にないし４Ｋまで
引き下げることのできる最も低い温度範囲に達すること
ができる。
超伝導コイルを最初に荷電して磁界を発生するのとは別
に、比較的磁界強度の低い補助的な永久磁石をコイル４
７．４８．５２及び５３内に取り付けて（例えば、ロッ
ド４９及び５４を形成する）、コイルに電流が流れない
時でも磁気ホイール７１を通る磁界を発生することがで
きる。このような永久磁石を用いることにより、磁気冷
蔵装置１０は、コイルの臨界超伝導温度より上でも動作
を開始することができる。永久磁石からの磁界により冷
蔵装置１０は低温度抽出器２１の温度を引き下げること
ができ、それ故、超伝導コイルの温度をコイルの臨界超
伝導温度より低く下げることができる。次いで、コイル
は、最初の比較的低い電流レベルまで荷電され、所望の
最終温度まで下げる冷蔵装置の動作を上記したように行
なうことができる。
磁気ソレノイドコイル４７．４８．５２及び５３の大電
流レベルにより、非常に強い磁界で誘起された力が発生
され、これは、一般に、コイル４７と５２を一緒に引っ
張ろうとすると共にコイル４８と５３を一緒に引っ張ろ
うとする。これらの力は、コイルをエンドプレート３９
及び４３に取り付けるロッド４９及び５４Ｋよって抵抗
される。半球状の殻部分４１及び４２は、エンドプレー
ト３９及び４３に課せられた力をフランジ４４及び４５
に対して分配する。外側の殻部分は球状であるのが好ま
しい。というのは、このような構造では、ソレノイドコ
イルによってエンドプレート３９及び４３に及ぼされる
本質的な圧縮力に対抗する際に比較的強い強度を発揮す
るからである。
この球状形態では、コイルに対して非常に堅固で且つ堅
牢な支持構造が与えられる一方、冷蔵装置の動作中に冷
却しなければならない支持構造体の質量を最小にするこ
とができる。周囲に張出し部を有する開口４６が外部殻
に形成され、駆動シャフト７９及び包囲チューブ２９を
受け入れることができるようにされているが、これは１
機械的な荷重が殻４１の周囲領域を通して開口４６のま
わりに分配されるので全構造体の構造上の剛性に著しく
影響を及ぼすものではない。
磁気冷蔵装置１０は、第１対４７及び５２と、第２対４
８及び５３の２対のソレノイドコイルを用いて説明した
が、もし所望ならば、１対のソレノイドコイルのみを用
いることができる。ここに示す２組のコイルは、各部に
流れる電流の方向を互いに逆向きにし、これにより、冷
蔵装置の中心を取り巻く完全な磁束戻り路が得られるよ
うにすることにより、コイルによって課せられる力が磁
気冷蔵装置の中心軸に対してバランスされるので特に効
果的である。更に、コイルの対は、磁気ホイール上の種
々の位置に磁界をアンバランスな状態で加えるように作
動され、即ち、往復式の冷蔵装置構造では一般に得るこ
とのできない非対称の磁界プロファイルが与えられる。
熱力学的な効率を向上させるために、角度位置の関数で
ある磁界強度は完全には対称的でないのが一般に好まし
い。
超伝導磁石からの磁界を非対称的なものにする方法は多
数ある。これらは、抽出器の熱伝達プレートに対して中
心をずらして磁石を取り付け、透磁率の高い鉄プレート
又はくさびをコイルの下に追加して磁界を歪ませそして
円形ではなくて長円形即ち非対称形状の断面を有するよ
うに磁石を巻くことが含まれる。
中心に配置されて固定された熱抽出器２１及び２２のま
わりで回転する磁気ホイール７１に対して冷蔵装置を説
明したが、磁気ホイールを中心軸の周りで回転するよう
に形成し、熱抽出器２１及び２２をホイールの周囲に配
置できることも明らかである。以上に図示して説明した
実施例は。
２対以上の磁石を使用し、従って、回転する磁気ホイー
ルに対する熱伝達が２つ以上の位置で生じるようにして
実質的に最小の熱伝達長さで固体の熱抽出コンジットを
通る熱伝達経路が得られるという点で好ましいものであ
る。
本発明は、各部の特定の構造及び配置や、ここに述べた
動作方法に限定されるものではなく、特許請求の範囲に
含まれる全ての修正や変更を包含するものであることを
理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の磁気冷蔵装置を組み込んだ冷蔵シス
テ１１を示す概略図、 第２図は、本発明の磁気冷蔵装置の斜視図であって、そ
の内部構造を示すために一部分を破断して示した図、 第３図は、一般的に第２図の３−３線に沿った磁気冷蔵
装置の断面図、 第４図は、高温度及び低温度の熱抽出器の高温度及び低
温度の熱伝達プレートを示す上面図。 そして 第５図は、本発明の装置の磁気ホイール部分を示す上面
図である。 １０・・・磁気冷蔵装置　　１２・・・負荷１４・・・
デューア殻 １５・・・熱シールド　　１６・・・磁束ポンプ１７・
・・ヘリウムガス供給源 １８・・・真空ポンプの出力ポート ２０・・・低温度インターフェイスターミナル２１・・
・低温度熱抽出器 ２２・・・高温度熱抽出器 ２３・・・高温度インターフェイスターミナル２６・・
・ガスサイクル冷蔵装置 ２７・・・コンプレッサ　２８・・・駆動モータ２９・
・・包囲パイプ　　３０・・・制御器３７・・・懸架支
持構造体 ３８・・・支持ポスト ３９．４３・・・支持プレート ４１．４２・・・半球状の殻部分 ４７．４８．５２．５３・・・超伝導磁石５７．５８・
・・磁束集中バー ６０．６１・・・熱伝導性のプレート ６２．６・３・・・熱伝達コンジット ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）移動するように取り付けられた磁気熱量効果を示
    す磁性材料と、 上記磁性材料が移動される時にこの磁性材料の各点が磁
    界中へと移動したり磁界から出るように移動したりでき
    るように上記磁性材料の一部分上の位置に磁界を発生す
    る手段と、 磁界中にある上記磁性材料の一部分に隣接した熱伝達プ
    レートから高温度インターフェイスターミナルまでの連
    続した伝導路を形成するように延びる固体の伝導性熱伝
    達コンジットを含む高温度熱抽出器と、 磁界の外側の位置において上記磁性材料に隣接した熱伝
    達プレートから低温度インターフェイスターミナルまで
    の連続した伝導路を形成するように延びる固体の伝導性
    熱伝達コンジットを含む低温度熱抽出器と、 上記低温度熱抽出器の熱伝達プレートから熱伝達ガスを
    介して上記磁性材料へ熱が伝達されそして上記磁性材料
    から熱伝達ガスを介して高温度熱抽出器のコンジットの
    熱伝達プレートへと熱が伝達されるように上記磁性材料
    と熱伝達プレートとの間のスペースに熱伝達ガスを収容
    する手段とを具備したことを特徴とする磁気冷蔵装置。
  2. （２）上記磁性材料は、ホイールの形態であり、この磁
    気ホイールを回転駆動するための手段を備えている特許
    請求の範囲第１項に記載の磁気冷蔵装置。
  3. （３）上記磁気ホイールは、磁性材料の複数の平らなリ
    ングより成り、各リングは、これら磁性リングを積層離
    間関係に維持する周囲保持リムに取り付けられており、
    上記高温度熱抽出器は、高温度熱伝達領域において上記
    磁気ホイールの磁性リングの間にはさまれるように配置
    された複数の熱伝達プレートを備え、そして上記低温度
    熱抽出器は、低温度熱伝達領域において磁性リングの間
    にはさまれるように配置された複数の熱伝達プレートを
    備えている特許請求の範囲第２項に記載の磁気冷蔵装置
    。
  4. （４）上記の高温度熱抽出器の熱伝達プレート及び熱伝
    達コンジットは、低温において良好な熱伝導体である固
    体材料で一体的に形成され、上記低温度熱伝達プレート
    及び低温度熱伝達コンジットは、低温において良好な熱
    伝導体である材料で一体的に形成される特許請求の範囲
    第３項に記載の磁気冷蔵装置。
  5. （５）高及び低温度の熱抽出器コンジットと、高及び低
    温度の熱伝達プレートは、高純度の銅で形成される特許
    請求の範囲第４項に記載の磁気冷蔵装置。
  6. （６）上記の磁性リングは、その周囲が互いに各々絶縁
    された多数の個々のセグメントに分割される特許請求の
    範囲第３項に記載の磁気冷蔵装置。
  7. （７）上記磁性リングの材料は、ガドリニウムガリウム
    ガーネットである特許請求の範囲第５項に記載の磁気冷
    蔵装置。
  8. （８）磁界を発生する上記手段は、超伝導巻線で形成さ
    れた２対のソレノイドコイルを備えており、各対のソレ
    ノイドコイルは回転する磁気ホイールの両側に配置され
    そしてこれらの対はホイールの回転軸の両側に配置され
    、磁気ホイールの各回転サイクル中に磁気ホイールのい
    かなる部分も磁界を２回受けるようにされた特許請求の
    範囲第２項に記載の磁気冷蔵装置。
  9. （９）超伝導コイルが低温度熱抽出コンジットへの固体
    材料を通しての伝導によって冷却されるように超伝導コ
    イルと低温度熱抽出器との間に熱伝導接続を与える手段
    を備えた特許請求の範囲第８項に記載の磁気冷蔵装置。
  10. （１０）平らな上部支持プレートを有する上部の半球状
    の支持殻と、平らな下部支持プレートを有する下部の半
    球状の殻とを備えた支持構造体を更に具備し、２つの半
    球状の殻は、超伝導コイル、回転する磁気ホイール、高
    及び低温度熱抽出コンジット及び熱伝達プレートを包囲
    するように互いに接続され、対向する対の隣接する超伝
    導ソレノイドコイルは、上部及び下部の支持プレートに
    接続されてそこから支持され、各対のコイルが回転する
    磁気ホイールの両側で互いに離間されるようになってい
    ると共に、超伝導磁石に課せられる磁気力が支持殻に伝
    えられて支持殻を互いに圧縮するようになっている特許
    請求の範囲第８項に記載の磁気冷蔵装置。
  11. （１１）上記の収容された熱伝達ガスは、ヘリウム３及
    びヘリウム４から選択される特許請求の範囲第１項に記
    載の磁気冷蔵装置。
  12. （１２）上記の超伝導コイルは、Ｎｂ＿３Ｓｎで形成さ
    れる特許請求の範囲第８項に記載の磁気冷蔵装置。
  13. （１３）中心軸のまわりで回転するように取り付けられ
    た磁気ホイールを具備し、この磁気ホイールは、磁気熱
    量効果を示す材料の複数の平らなリングを含み、これら
    の磁気リングは、これを離間関係に維持する周囲の保持
    リムに取り付けられ、更に、固体の熱伝導材料で形成さ
    れた高温度熱抽出器を具備し、これは、上記磁気リング
    から高温度の熱伝達領域における熱伝達プレートへ熱を
    伝達するために上記磁気リング間のスペースにおいて上
    記磁気ホイールの磁気リングの間にはさまれるように取
    り付けられた複数の熱伝達プレートと、これらの熱伝達
    プレートから一般的に中心軸に沿って高温度インターフ
    ェイスターミナルへと延びている高温度熱伝達コンジッ
    トとを含んでおり、 更に、固体の熱伝導材料で形成された低温度熱抽出器を
    具備し、これは、上記磁気ホイールの磁気リング間のス
    ペースにおいてこれらリングの間にはさまれるように低
    温度熱伝達領域に取り付けられた複数の熱伝達プレート
    と、これらの熱伝達プレートから一般的に中心軸に沿っ
    て低温度インターフェイスターミナルへと延びる熱伝達
    コンジットとを含んでおり、上記低温度熱抽出器は、上
    記高温度熱抽出器から熱的に分離されており、更に、上
    記磁気ホイールをその回転軸のまわりで駆動する手段を
    具備し、 更に、上記磁気ホイールのリングと熱伝達プレートとの
    間のスペースに熱伝達ガスを収容する手段を具備し、そ
    して 更に、高温度熱伝達領域において高温度熱抽出器の熱伝
    達プレートと磁気ホイールの一部分とを通過する磁界を
    発生する手段を具備し、これにより、磁気ホイールが回
    転すると、低温度熱伝達領域における低温度熱抽出器の
    熱伝達プレートから磁気ホイールの材料によって熱が受
    け取られそして高温度熱伝達領域における高温度熱抽出
    器の熱伝達プレートへ放出されることを特徴とする磁気
    冷蔵装置。
  14. （１４）上記高温度熱抽出器は第２組の熱伝達プレート
    を有しており、このプレートは、上記第１組の熱伝達プ
    レートとは逆方向に装置の中心軸から外方に延びて第２
    の高温度熱伝達領域を画成し、更に、上記低温度熱抽出
    器は第２組の熱伝達プレートを有しており、このプレー
    トは、第１組の熱抽出プレートとは逆方向に装置の中心
    軸から外方に延びて第２の低温度熱伝達領域を画成し、
    そして上記磁界を発生する手段は、中心軸の両側で両方
    の高温度熱伝達領域を通る磁界を発生するが、低温度熱
    伝達領域には実質的に磁界を発生しない特許請求の範囲
    第１３項に記載の磁気冷蔵装置。
  15. （１５）上記高及び低温度熱抽出器のコンジット及び熱
    伝達プレートは、高純度の銅で形成される特許請求の範
    囲第１３項に記載の磁気冷蔵装置。
  16. （１６）上記磁気リングは、その周囲が互いに各々絶縁
    された多数の個々のセグメントに分割される特許請求の
    範囲第１３項に記載の磁気冷蔵装置。
  17. （１７）上記磁気リングの材料はガドリニウムガリウム
    ガーネットである特許請求の範囲第１３項に記載の磁気
    冷蔵装置。
  18. （１８）上記磁界を発生する手段は、超伝導巻線で形成
    された２対のソレノイドコイルを備えており、各対のソ
    レノイドコイルは高温度熱伝達領域において回転する磁
    気ホイールの両側に配置されそしてこれらの対はホイー
    ルの回転軸の両側に配置されて、ホイールの各回転サイ
    クルごとに磁気ホイールのいかなる部分も磁界を２回受
    けるようにされている特許請求の範囲第１４項に記載の
    磁気冷蔵装置。
  19. （１９）超伝導コイルが上記低温度熱抽出コンジットへ
    の固体材料を通しての伝導によって冷却されるように超
    伝導コイルと低温度熱抽出器のコンジットとの間に熱伝
    導接続を与える手段を更に具備した特許請求の範囲第１
    ８項に記載の磁気冷蔵装置。
  20. （２０）透磁率の高い材料の磁束集中バーを備え、これ
    らのバーは、ソレノイドコイルの対向する対の上部を横
    切って延びていて、或る対の１つの超伝導コイルからこ
    の磁束集中バーを介して対向する対の超伝導コイルに至
    りそして或る対の２つの超伝導コイル間を通り磁束集中
    バーを通って上記第１の対の第２の超伝導コイルへと至
    る磁束戻り路を形成する特許請求の範囲第１０項に記載
    の磁気冷蔵装置。
  21. （２１）平らな上部支持プレートを有する上部の半球状
    の支持殻と、平らな下部支持プレートを有する下部の半
    球状の殻とを備えた支持構造体を更に具備し、２つの半
    球状の殻は、超伝導コイル、回転する磁気ホイール、高
    及び低温度熱抽出コンジット及び熱伝達プレートを包囲
    するように互いに接続され、対向する対の隣接する超伝
    導ソレノイドコイルは、上部及び下部の支持プレートに
    接続されてそこから支持され、各対のコイルが回転する
    磁気ホイールの両側のいずれかで互いに離間されるよう
    になっていると共に、超伝導磁石に課せられる磁気力が
    支持殻に伝えられて支持殻を互いに圧縮するようになっ
    ている特許請求の範囲第１８項に記載の磁気冷蔵装置。
  22. （２２）上記熱伝達ガスは、ヘリウム３及びヘリウム４
    から選択される特許請求の範囲第１３項に記載の磁気冷
    蔵装置。
  23. （２３）４Ｋないし２０Ｋの範囲の温度においてヘリウ
    ムの圧力を０．５ないし２．５気圧の範囲の圧力に維持
    する手段を更に具備する特許請求の範囲第１３項に記載
    の磁気冷蔵装置。
  24. （２４）上記高及び低温度熱抽出器の熱伝達プレートと
    磁気リングとの間の間隔は、１０００分の１ないし２０
    インチの範囲である特許請求の範囲第１３項に記載の磁
    気冷蔵装置。
  25. （２５）超伝導コイルのワイヤはＮｂ＿３Ｓｎで形成さ
    れる特許請求の範囲第１８項に記載の磁気冷蔵装置。
  26. （２６）中心軸のまわりで回転するように取り付けられ
    た磁気ホイールを具備し、この磁気ホイールは、磁気熱
    量効果を示す材料の複数の平らなリングを含み、これら
    の磁気リングは、これを離間関係に維持する周囲の保持
    リムに取り付けられ、そしてこれらの磁気リングは、そ
    の周囲が多数の個々のセグメントに分割され、 更に、伝導性の固体材料で形成された高温度熱抽出器を
    具備し、これは、上記磁気ホイールの磁気リングから高
    温度熱伝達領域における熱伝達プレートへ熱を伝達する
    ために磁気リング間のスペースにおいて磁気リングの間
    にはさまれるように中心軸から外方に逆方向に延びる第
    １及び第２組の熱伝達プレートと、これらの熱伝達プレ
    ートから一般的に中心軸に沿って高温度インターフェイ
    スターミナルへ延びる高温度熱伝達コンジットとを備え
    ており、 更に、熱伝導性の固体材料で形成された低温度熱抽出器
    を具備し、これは、上記高温度熱伝達プレートの位置に
    対して実質的に垂直な位置に低温度熱伝達領域を画成す
    るために装置の中心軸から外方に逆方向に延びる第１及
    び第２組の複数の熱伝達プレートであって、磁気ホイー
    ルの磁気リング間のスペースにおいてこれら磁気リング
    の間にはさまれるように取り付けられた複数の低温度熱
    伝達プレートと、これらの熱伝達プレートから一般的に
    中心軸に沿って低温度のインターフェイスターミナルへ
    と延びる熱伝達コンジットとを備えており、上記低温度
    熱抽出器は、高温度熱抽出器から熱的に分離されており
    、 更に、上記磁気ホイールをその回転軸のまわりで駆動す
    る手段と、 上記磁気ホイールのリングと熱伝達プレートとの間のス
    ペースにヘリウムガスを収容する手段とを具備し、そし
    て 更に、超伝導巻線で形成された２対のソレノイドコイル
    を具備し、各対のソレノイドコイルは高温度熱伝達領域
    において回転する磁気ホイールの両側に配置されそして
    これらの対はホイールの回転軸の両側に配置されて、ホ
    イールの各回転サイクルごとに磁気ホイールのいかなる
    部分も磁界を２回受けるようにされていることを特徴と
    する磁気冷蔵装置。
  27. （２７）上記高及び低温度熱抽出器のコンジット及び熱
    伝達プレートは高純度の銅で形成される特許請求の範囲
    第２６項に記載の磁気冷蔵装置。
  28. （２８）上記複数の磁気リングの間にはさまれるような
    積層関係で上記高及び低温度熱伝達プレート間に周囲方
    向に取り付けられたくさびプレートを更に具備し、これ
    らのくさびプレートは、冷蔵装置が運転される温度にお
    いて悪い熱伝導体である材料により形成される特許請求
    の範囲第２６項に記載の磁気冷蔵装置。
  29. （２９）上記の絶縁くさびプレートは、ステンレススチ
    ールで形成される特許請求の範囲第２８項に記載の冷蔵
    装置。
  30. （３０）上記磁気リングの材料は、ガドリニウムガリウ
    ムガーネットである特許請求の範囲第２６項に記載の磁
    気冷蔵装置。
  31. （３１）超伝導コイルが低温度熱抽出コンジットへの固
    体材料を通しての伝導によって冷却されるように超伝導
    コイルと低温度熱抽出コンジットとの間に熱伝導接続を
    与える手段を更に具備した特許請求の範囲第２６項に記
    載の磁気冷蔵装置。
  32. （３２）透磁率の高い材料の磁束集中バーを備え、これ
    らのバーは、ソレノイドコイルの対向する対の上部を横
    切って延びていて、或る対の１つの超伝導コイルからこ
    の磁束集中バーを介して対向する対の超伝導コイルに至
    りそして或る対の２つの超伝導コイル間を通り磁束集中
    バーを通って上記第１の対の第２の超伝導コイルへと至
    る磁束戻り路を形成する特許請求の範囲第２６項に記載
    の磁気冷蔵装置。
  33. （３３）超伝導コイルに選択的にエネルギを供給したり
    そこからエネルギを引き出したりして誘導性結合により
    コイルに電流を荷電したり放出したりする手段を備えた
    特許請求の範囲第２６項に記載の磁気冷蔵装置。
  34. （３４）平らな上部支持プレートを有する上部の半球状
    の支持殻と、平らな下部支持プレートを有する下部の半
    球状の殻とを備えた支持構造体を更に具備し、２つの半
    球状の殻は、超伝導コイル、回転する磁気ホイール、高
    及び低温度熱抽出コンジット及び熱伝達プレートを包囲
    するように互いに接続され、対向する対の隣接する超伝
    導ソレノイドコイルは、上部及び下部の支持プレートに
    接続されてそこから支持され、各対のコイルが回転する
    磁気ホイールの両側で互いに離間されるようになってい
    ると共に、超伝導磁石に課せられる磁気力が支持殻に伝
    えられて支持殻を互いに圧縮するようになっている特許
    請求の範囲第２６項に記載の磁気冷蔵装置。
  35. （３５）上記ヘリウムガスは、ヘリウム３及びヘリウム
    ４から選択される特許請求の範囲第２６項に記載の磁気
    冷蔵装置。
  36. （３６）４Ｋないし２０Ｋの範囲の温度にある時にヘリ
    ウムの圧力を０．５ないし２．５気圧の範囲の圧力に維
    持する手段を具備した特許請求の範囲第３５項に記載の
    磁気冷蔵装置。
  37. （３７）高及び低温度熱抽出器の熱伝達プレートと磁気
    リングとの間の間隔は、１０００分の１ないし２０イン
    チの範囲である特許請求の範囲第２６項に記載の装置。
  38. （３８）超伝導コイルのワイヤはＮｂ＿３Ｓｎで形成さ
    れる特許請求の範囲第２６項に記載の磁気冷蔵装置。
  39. （３９）中心軸のまわりで回転するように取り付けられ
    た磁気熱量効果を示す材料の磁気ホイールと、磁気ホイ
    ールが回転する時に磁気ホイールの各点の材料がコイル
    からの磁界中に入ったり出たりするように磁気ホイール
    の一部分上の位置に取り付けられた少なくとも１つの超
    伝導磁石コイルと、コイルからの磁界の外側の磁気ホイ
    ール上の位置において磁気ホイールに隣接した熱伝達プ
    レートから延びる固体の伝導性熱伝達コンジットを含む
    低温度熱抽出器と、この低温度熱抽出器の熱伝達プレー
    トからヘリウムガスを介して磁気ホイールへと熱が伝達
    されるように磁気ホイールと熱伝達プレートとの間のス
    ペースにヘリウムガスを収容する手段とを具備する形式
    の磁気冷蔵装置を冷却する方法において、 ａ）超伝導コイルをそのゼロ磁界臨界温度より低い温度
    まで冷却し、 ｂ）コイルの温度においてコイルの臨界磁界より低い磁
    界強度で超伝導コイルから磁界を発生する電流レベルに
    おいて超伝導コイルに電流を誘起し、 ｃ）磁気ホイールを回転して超伝導コイルから低温度熱
    抽出器及びその熱伝達プレートを介して磁気ホイールへ
    熱を引き出してコイルを低い温度に冷却し、そして ｄ）コイルに高い電流レベルを誘起して超伝導コイルに
    高い磁界強度（コイルが冷却された低温度における臨界
    磁界強度よりは低い）を発生するという段階を具備した
    ことを特徴とする方法。
  40. （４０）上記の段階ｃ）及びｄ）は、低温度熱抽出器に
    おいて所望の最低温度が得られるまで順次に繰り返され
    る特許請求の範囲第３９項に記載の方法。
  41. （４１）上記超伝導コイルはＮｂ＿３Ｓｎで形成され、
    コイルをそのゼロ磁界臨界温度より低い温度まで冷却す
    る段階中にコイルが１８Ｋより低い温度まで冷却される
    特許請求の範囲第３９項に記載の方法。
  42. （４２）コイルに電流を誘起する前記段階は、超伝導コ
    イルに接続された超伝導ループを外部の一次巻線に誘導
    的に結合して磁束ポンピングによりコイルの電流レベル
    を増加することによって行なわれる特許請求の範囲第３
    ９項に記載の方法。
  43. （４３）超伝導コイルに隣接した位置で磁気ホイールを
    通して永久磁界を形成する追加段階を具備し、コイルを
    そのゼロ磁界臨界温度より低い温度まで冷却する前記段
    階は、上記コイルを外部ソースからそのゼロ磁界臨界温
    度付近であるがそれより上の温度まで冷却しそして上記
    永久磁界を通して磁気ホイールを回転して超伝導コイル
    から低温度熱抽出器を経て熱を取り出すと共に低温度熱
    伝達プレートから磁気ホイールへ熱を取り出してコイル
    をそのゼロ磁界臨界温度より低い温度に冷却する特許請
    求の範囲第３９項に記載の方法。
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