JPS63129266A - 回転型磁気冷凍装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は９回、紙型磁気冷凍装置に係り、特に。

熱交換場において対流による損失を低下できるようにし
た磁気冷凍装置に関する。

（従来の技術） 従来、ｌａ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。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
１通常の圧縮型冷凍機に比べて単位体積当りの冷凍能率
が＾いと言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。

つまり作業物質を急速に磁場内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へ逃がす排熱
過程と、磁場内に位置している作業物質を急速にｌ１ｔ
ｌ場外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
を交互に行なわせる必要がある。

このようなことから、従来の磁気冷凍装置にあっては１
作業物質を直線往復動させ、この往復動で作業物質を磁
場内および磁場外に交互に位置させるようにした直線動
型のものと１作業物質を円軌道に沿って移動させること
により１作業物質を磁場内およ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
物質を配置する構成を採用できるので、原理的には一層
冷凍効率を向上させることができ。

しかも装置全体の小形化を図れる等の利点を備えている
。

しかしながら、従来の回転型磁気冷凍装置にあっては次
のような問題があった。すなわち、従来の回転型のもの
は１作業物質の表面の大部分を冷却面として使用するた
めに１通常、熱交換場内に９回転ホイールの軸心線を重
力方向に向けて配置するとともに回転ホイールの周縁部
に回転ホイールの軸心線にほぼ平行する透孔を複数設け
、これら透孔内に透孔の内面との間にｒａ間を設けて作
業物質を装着するようにしている。そして１作業物質が
通る円軌道の一部に磁場を印加し、この部分で断熱磁化
させるように、また上記部分とは１８０度異なる位置に
おいて断熱消磁させるようにしている。前述の如く２作
業物質が断熱磁化状態にあるときには作業物質が発熱し
、また断熱消磁状　。

態にあるときには作業物質が低温となる。しだがつて、
熱交換場内には低温部分と高温部分とが存在することに
なる。熱交換場内には９通常、被凝縮ガスが存在してい
る。このため、従来の構成であると１回転ホイールに設
けられた透孔の内面と作業物質との間に存在する隙間が
熱交換場内における対流路を構成し、この対流路を介し
ての対流による損失で冷凍効率が低いと言う問題があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、従来の回転型磁気冷凍装置にあっては１作
業物質の外表面を有効利用できる反面。

熱交換場内に対流が起こり易く、これが原因して冷凍効
率が低いと言う問題があった。

そこで本発明は１回転型で、かつ作業物質の表面を有効
利用できると言う特徴を損うことな（熱交換場内におけ
る対流の発生を抑制でき、もって冷凍効率を向上させる
ことができる回転型磁気冷凍装置を提供することを目的
としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、断熱容器と、この断熱容器内の一部に磁場を
発生させる磁場発生装置と、このｖＡ磁場発生装置発生
した磁場内に周縁部の一部を常に位置させるとともに軸
心線をほぼ重力方向に向けて配置された回転ホイールと
、この回転ホイールの周縁部に上記回転ホイールの軸心
線にほぼ平行させて設けられた孔と、この孔内に上記孔
の内面との間に隙間を設けて装着され前記磁場発生装置
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、前記回転ホイールを回転さ
せて前記作業物質を前記磁場内および磁場外に交互に位
置させる回転駆動手段と、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前記断熱
容器外へ導く手段とを備えた回転型磁気冷凍装置を対象
にしている。このような装置において９本発明では前記
回転ホイールに設けられた前記孔の上端開口部を閉塞す
る閉塞板を設けている。

（作用） 断熱磁化時に作業物質が発熱すると２作業物質と前記孔
の内面との間の隙間に存在する被凝縮ガスも温度上昇す
る。この温度上昇したガスは上記隙間内を上昇しようと
する。しかし、上記隙間の上端開口部は閉塞板によって
閉塞されているので、温度の高いガスが上記隙間から外
へ流れ出すようなことはない。このため、熱交換場内に
対流が起こり難く、この結果、対流に伴う冷凍損失が大
幅に抑制される。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図は本発明の一実施例に係る回転型磁気冷凍装置をヘリ
ウム液化装置に組み込んだ例を示すものである。

図中１はヘリウム槽を示している。このヘリウム槽１は
、外槽２と、この外槽２内に収容され液体ヘリウムＨを
直接収容するヘリウム容器３と。

このヘリウム容器３と外槽２との間に設けられたシール
ド板４とで構成されている。そして、外槽２とシールド
板４との間の空間５およびシールド板４とヘリウム容器
３との間の空間６は、それぞれ真空引きされて真空断熱
層に形成されている。

また、外槽２．ヘリウム容器３およびシールド板４は非
磁性材で形成されている。

シールド板４によって囲まれた空間内でヘリウム容器３
の上方位置には、外形が円板状に形成された補助容器７
が軸心線を上下方向に向けて配置されている。この補助
容器７は非磁性材で形成されている。そして、補助容器
７内とヘリウム容器３内とは偏心した位置において筒体
８によって接続されている。補助容器７の上壁中央部に
は孔９が設けてあり、この孔９の周縁部に筒体１０の下
端部が気密に接続されている。この筒体１０の上端部は
、シールド板４を気密に貫通して外槽２の土壁に設けら
れた孔１１の周縁部に気密に接続されている。

一方、補助容器７内には、この補助容器７の上下壁内面
との間に僅かの隙間が存在する程度に比較的厚肉に形成
された回転ホイール１２が軸心線を上下方向に向けて回
転自在に収容されている。

この回転ホイール１２は、熱伝導率の低い非磁性材で形
成されており、軸１３によって支持されている。そして
、軸１３の下端部は補助容器７の下壁内面に固定された
軸受１４によって支持され。

また軸１３の上部は補助容器７の上壁内面に固定された
軸受１５によって支持されている。回転ホイール１２の
周縁部で同一円周上には、上下方向に延びる円柱状の透
孔１６が等間隔に複数設けてあり、これら透孔１６の上
端開口部はそれぞれ非“　　　磁性材で形成された閉塞
板１７によって閉塞されている。これら閉塞板１７は、
溶接あるいはねじ止めによって回転ホイール１２の上面
に固定されている。そして、各透孔１６内には作業物質
１８がそれぞれ装着されている。

各作業物質１８は、たとえばガドリニウム・ガリウム・
ガーネットの単結晶体で形成され、軸方向の長さが回転
ホイール１２の厚さとほぼ等しく形成され、また透孔１
６の内面との間に隙間１９を形成し得る直径に形成され
ている。そして、これら作業物質１８は、それぞれ上記
隙間１９を設けた状態で、ねじ２０によって前記閉塞板
１７に固定されている。また２回転ホイール１２を支持
する軸１３の上端部は、断熱材で形成された連結軸２１
の一端部に接続されており、この連結軸２１の他端部は
前記筒体１０内を上方へ向けて延びた後、傘歯車２２．
２３を介して外槽２の土壁外面に断熱材を介して固定さ
れたモータ２４の回転軸に連結されている。

補助容器７の下壁で、前記軸１３を中心にして前記筒体
８が接続されている側とは反対側に位置する部分には、
たとえば鋼材などで形成された熱導体２５が前記回転ホ
イール１２の回転に伴って円軌道上を移動する前記作業
物質１８の下端面に摺接する関係に上記下壁を気密に貫
通して配置されている。そして、熱導体２５は熱伝導ロ
ッド２６を介して補助冷凍機２７の吸熱部に接続されて
いる。

補助容器７の外側には、熱導体２５と上記熱導体２５に
摺接する作業物質１８とを結ぶ部分を取り囲む関係に磁
場発生装置としての超電導コイル２８が軸心線を回転ホ
イール１２の軸心線に直交させて配置されている。この
超電導コイル２８は図示しない熱伝導路を介してヘリウ
ム容器３内の液体ヘリウムＨによって冷却されるように
なっている。なお、第１図中３０は軸受を示し、３１は
シールリングを示している。

次に、上記のように構成されたヘリウム液化装置の動作
を説明する。

まず、超電導コイル２８は所定の温度に冷却されており
、しかもこの超電導コイル２８に永久電流が流れている
ものとする。したがって、熱導体２５が位置している部
分には磁場が印加されている状態にある。また、補助冷
凍１１２７が動作しているものとする。補助冷凍機２７
が動作すると。

熱伝導ロッド２６を介して熱導体２５が充分低温に冷却
される。

このような状態で、モータ２４を動作開始させると、連
結軸２１が回転し、これに伴って回転ホイール１２が回
転する。回転ホイール１２が回転すると、各作業物質１
８は、１つの円軌道上を移動して超電導コイル２８が発
生している磁場内と磁場外とに交互に位置することにな
る。作業物質１８が磁場内に入り込むと、この作業物質
１８は断熱磁化状態となって発熱する。また１作業物質
１８が磁場外に出ると、この作業物質１８は断熱消磁状
態となって吸熱する。

このように断熱消磁状態になると、ヘリウム容器３内の
液面上に漂い、補助容器７内に侵入しているヘリウムガ
スが作業物質１８の表面に凝縮する。この凝縮によって
生じた液滴は筒体８内を通ってヘリウム容器３内へと落
下する。したがって。

ここにヘリウムの液化が実現される。

一方、このとき断熱磁化状態にある作業物質１８は発熱
する。この熱は、熱導体２５に伝わり。

続いて熱伝導ロッド２６を介して補助冷凍機２７へと排
熱される。したがって、ここに冷凍サイクルが実現され
ることになる。

この場合、特に１作業物質１８が磁場内に入ると、この
作業物質１８が発熱し、この発熱によって隙間１９内に
存在するヘリウムガスも温度上昇する。温度上昇したヘ
リウムガスは、隙間１９内を上昇して回転ホイール１２
と補助容器７の土壁との間に存在している隙間へ流れ込
もうとする。

しかし、透孔１６の上端開口部は閉塞板１７によって閉
塞されているので、上述した流れは起こり得ない。した
がって、１ｍ場内側から対流によって。

補助容器７の土壁内面と回転ホイール１２との間に存在
する隙間を通って筒体８の上方空間まで流れ込むガス量
は極めて少ない。このため、上述した対流で起こる損失
を少なくでき、結局、冷凍効率を向上させることができ
る。

なお１本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では磁場発生装置として
超電導コイルを使用しているが。

常電導コイルを使用してもよい。また、上述した実施例
は本発明に係る回転型磁気冷凍装置をヘリウム液化装置
に組み込んだ例であるが、他のガスを液化する場合にも
使用できることは勿論である。

また２回転ホイール１２に有底の孔を設け、この孔を形
成する。いわゆる底壁部を閉塞板として使用してもよい
。その他２本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形で
きることは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように１本発明によれば２回転ホイールに設
けられた作業物質装着用の孔の上端開口部を閉塞板で閉
塞するようにしているので１作業物質の表面を冷却用に
有効利用できる状態で、なおかつ熱交換場内において起
こり易い対流を抑制でき、その結果として冷凍効率を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係る回転型磁気冷凍装置をヘリ
ウム液化装置に組み込んだ例を示す概略縦断面図である
。 １・・・ヘリウム槽、３・・・ヘリウム容器、７・・・
補助容器、１２・・・回転ホイール、１６・・・孔、１
７・・・閉塞板、１８・・・作業物質、２１・・・連結
軸、２４・・・モータ、２５・・・熱導体、２７・・・
補助冷凍機、２８・・・超電導コイル、Ｈ・・・液体ヘ
リウム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）断熱容器と、この断熱容器内の一部に磁場を発生
   させる磁場発生装置と、この磁場発生装置で発生した磁
   場内に周縁部の一部を常に位置させるとともに軸心線を
   ほぼ重力方向に向けて配置された回転ホイールと、この
   回転ホイールの周縁部に上記回転ホイールの軸心線にほ
   ぼ平行させて設けられた孔と、この孔内に上記孔の内面
   との間に隙間を設けて装着され前記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、前記回転ホイールを回転させて前記作
   業物質を前記磁場内および磁場外に交互に位置させる回
   転駆動手段と、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前記断熱容器外へ導
   く手段とを備えた回転型磁気冷凍装置において、前記回
   転ホイールに設けられた前記孔の上端開口部を閉塞する
   閉塞板が設けられてなることを特徴とする回転型磁気冷
   凍装置。
2. （２）前記孔は前記回転ホイールの構成部材に有底に形
   成されており、前記閉塞板は上記孔を形成する底壁部に
   よって形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の回転型磁気冷凍装置。
3. （３）前記作業物質は、前記閉塞板にねじ止めされてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転形
   磁気冷凍装置。