JPH0362983B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0362983B2 JPH0362983B2 JP57227281A JP22728182A JPH0362983B2 JP H0362983 B2 JPH0362983 B2 JP H0362983B2 JP 57227281 A JP57227281 A JP 57227281A JP 22728182 A JP22728182 A JP 22728182A JP H0362983 B2 JPH0362983 B2 JP H0362983B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- temperature
- refrigeration
- temperature range
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、広い温度範囲にわたり一様な冷却
効率を示す磁気作業物質を用いることにより、冷
却温度幅の大きい磁気冷凍機を得ようとするもの
である。
効率を示す磁気作業物質を用いることにより、冷
却温度幅の大きい磁気冷凍機を得ようとするもの
である。
磁気冷凍は、従来の気体冷凍装置に比して
() 作業媒質のモル容積が小さいので本質的に
装置の小型軽量化が可能なこと () 作業媒質に加わる外場制御用のコンプレツ
サが不要なため低雑音、低振動のものが製作可
能であること () 殆んどの操作は電磁操作となるのでコンピ
ユータ制御等が容易となり、高信頼性の冷凍装
置を得ることが出来る。
装置の小型軽量化が可能なこと () 作業媒質に加わる外場制御用のコンプレツ
サが不要なため低雑音、低振動のものが製作可
能であること () 殆んどの操作は電磁操作となるのでコンピ
ユータ制御等が容易となり、高信頼性の冷凍装
置を得ることが出来る。
等、多くの特徴があり、冷凍工業に新展開をもた
らすものと期待されている。
らすものと期待されている。
この磁気冷凍は、二十度Ｋ以下程度の低温領域
での利用が試みられ始めているが、近年、超電導
磁石の開発により強磁場が得やすくなつたこと等
により、より高温の領域への応用の可能性が開け
ている。しかし、従来知られている物質１種を作
業物質として用いたのでは、このように冷却温度
幅の大きい磁気冷凍装置を効率よく運転すること
は出来ない。
での利用が試みられ始めているが、近年、超電導
磁石の開発により強磁場が得やすくなつたこと等
により、より高温の領域への応用の可能性が開け
ている。しかし、従来知られている物質１種を作
業物質として用いたのでは、このように冷却温度
幅の大きい磁気冷凍装置を効率よく運転すること
は出来ない。
すなわち、高温領域の磁気冷凍では、通常、強
磁性体を磁気作業物質として用い、エリクソン・
サイクルを構成する。このサイクルをエントロピ
ー一温度平面上に描くと第１図のようになる。Ａ
点で強磁界H1を加え、作業物質を等温磁化する
（Ｂ点）と、作業物質を形成する原子の磁気モー
メントの整列により、磁気エントロピーは△S1だ
け減少し、これに伴い Q1＝△S1T1 だけの熱を放出し、高温側は少し昇温する。次い
で磁界H1を一定にしたまま低温T2部に作業物質
を移し（Ｃ点）、ここで等温消磁すれば（Ｄ点）、
磁気モーメントの配列が乱れることにより、磁気
エントロピーは△S2だけ増加し、これに伴い Q2＝△S2T2 だけの熱を吸収し、低温側は少し温度降下を生ず
る。次に作業物質を消磁状態のまま高温部に移
す。高温部は先のQ1の熱放出でT1より少しく高
温となつているので、作業物質はＥ点に移る。こ
のようにしてＥ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｉと状態を変じ、
高温部と低温部の温度差△Ｔが次第に拡がり最終
的に安定状態に達する。
磁性体を磁気作業物質として用い、エリクソン・
サイクルを構成する。このサイクルをエントロピ
ー一温度平面上に描くと第１図のようになる。Ａ
点で強磁界H1を加え、作業物質を等温磁化する
（Ｂ点）と、作業物質を形成する原子の磁気モー
メントの整列により、磁気エントロピーは△S1だ
け減少し、これに伴い Q1＝△S1T1 だけの熱を放出し、高温側は少し昇温する。次い
で磁界H1を一定にしたまま低温T2部に作業物質
を移し（Ｃ点）、ここで等温消磁すれば（Ｄ点）、
磁気モーメントの配列が乱れることにより、磁気
エントロピーは△S2だけ増加し、これに伴い Q2＝△S2T2 だけの熱を吸収し、低温側は少し温度降下を生ず
る。次に作業物質を消磁状態のまま高温部に移
す。高温部は先のQ1の熱放出でT1より少しく高
温となつているので、作業物質はＥ点に移る。こ
のようにしてＥ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｉと状態を変じ、
高温部と低温部の温度差△Ｔが次第に拡がり最終
的に安定状態に達する。
上記のサイクル図から明らかなように、磁気冷
凍装置の性能を高めるには作業物質の一定磁界に
対するエントロピー変化△SMは出来るだけ大き
いことが望ましい。また、冷却温度幅△Ｔを大き
く、冷凍効率をよくするには、少なくともこの温
度範囲にわたつて△SMがほぼ一定値であること
が望ましい。
凍装置の性能を高めるには作業物質の一定磁界に
対するエントロピー変化△SMは出来るだけ大き
いことが望ましい。また、冷却温度幅△Ｔを大き
く、冷凍効率をよくするには、少なくともこの温
度範囲にわたつて△SMがほぼ一定値であること
が望ましい。
一方、強磁性体の△SMは、第２図に示すよう
に、キユリー温度Tcで最高値をとり、この温度
からずれると急激に減少する。このため、一種の
強磁性体を作業物質とする磁気冷凍機は、そのキ
ユリー点附近で示す高い冷却能力を大きい温度幅
で維持することが出来ない。
に、キユリー温度Tcで最高値をとり、この温度
からずれると急激に減少する。このため、一種の
強磁性体を作業物質とする磁気冷凍機は、そのキ
ユリー点附近で示す高い冷却能力を大きい温度幅
で維持することが出来ない。
この発明は、冷凍機の作動温度範囲T1〜T2間
にキユリー温度がある数個の強磁性体を適当な比
率で混合しその温度範囲で一定磁場に対し一定の
エントロピー変化△SMを有する様な作業物質を
合成、使用し、大きい冷却温度幅に対して高い冷
却能力を持つ磁気冷凍装置を得ようとするもので
ある。
にキユリー温度がある数個の強磁性体を適当な比
率で混合しその温度範囲で一定磁場に対し一定の
エントロピー変化△SMを有する様な作業物質を
合成、使用し、大きい冷却温度幅に対して高い冷
却能力を持つ磁気冷凍装置を得ようとするもので
ある。
すなわち、第３図に示すように、磁気冷凍装置
の高温側温度T1と低温側温度T2の間にキユリー
点Tc1、Tc2、Tc3、Tc4を持つ強磁性体を適当量
混合することにより、全体として実線に示すよう
に、T1、T2の間でほぼ一定の△SMを持つ強磁性
体を合成することが出来る。
の高温側温度T1と低温側温度T2の間にキユリー
点Tc1、Tc2、Tc3、Tc4を持つ強磁性体を適当量
混合することにより、全体として実線に示すよう
に、T1、T2の間でほぼ一定の△SMを持つ強磁性
体を合成することが出来る。
具体的には、一例として、各温度範囲に対して
次のような系列の強磁性体を使用すればよい。
次のような系列の強磁性体を使用すればよい。
280〜180〓 （GdxTb1-x）3Al2
180〜74〓 （TbxDy1-x）3Al2
74〜33〓 （DyxHp1-x）3Al2
これらの化合物中のＸを変えることで各温度範
囲内の任意の温度にキユリー点がある作業物質が
得られる。
囲内の任意の温度にキユリー点がある作業物質が
得られる。
これらのうち、適当なキユリー点を持つものを
第３図の実線に示す形が出来るような比率で計量
し、粉砕して混合し、必要に応じて焼結すること
により、所望の作業物質が得られる。
第３図の実線に示す形が出来るような比率で計量
し、粉砕して混合し、必要に応じて焼結すること
により、所望の作業物質が得られる。
該混合物は、何種かの粉砕された強磁性物質が
混合されているため、個々の粒子はその母材の性
質を維持し、微視的に見れば不均質となるが、装
置の磁場の大きさに比してはその粒子径は小さ
く、実効的には均質と見做せるものとなつていれ
ばよい。
混合されているため、個々の粒子はその母材の性
質を維持し、微視的に見れば不均質となるが、装
置の磁場の大きさに比してはその粒子径は小さ
く、実効的には均質と見做せるものとなつていれ
ばよい。
本明細書においては、上記作業物質のみなら
ず、畜冷ブロツクを形成する混合物もこのような
ものとして理解される。
ず、畜冷ブロツクを形成する混合物もこのような
ものとして理解される。
このような作業物質を用いた磁気冷凍装置の１
例を第４図に示す。
例を第４図に示す。
５は蓄冷器で適当数の固体ブロツク５１，５
２，５３，５４……によつて構成され、熱交換の
ためのヘリウム等のガスが充填される。
２，５３，５４……によつて構成され、熱交換の
ためのヘリウム等のガスが充填される。
７は上部放熱用熱交換室であり、入口７１から
出口７２へ還流するガスによつて排熱される。８
は下部熱交換室であり、入口８１から出口８２へ
還流するガスは被冷却物体へと導かれる。図中３
は断熱容器、４は電磁石、９は操作棒である。
出口７２へ還流するガスによつて排熱される。８
は下部熱交換室であり、入口８１から出口８２へ
還流するガスは被冷却物体へと導かれる。図中３
は断熱容器、４は電磁石、９は操作棒である。
磁気作業物質１と電磁石４は蓄冷器に対して相
対移動し、蓄冷器５の上部ブロツク５１部分で磁
界がけられ、熱交換後、下部ブロツク５４部分で
消磁される。
対移動し、蓄冷器５の上部ブロツク５１部分で磁
界がけられ、熱交換後、下部ブロツク５４部分で
消磁される。
このとき、蓄冷器５の固体ブロツク５１，５２
……は、やはり比熱の高い物質である方が冷凍機
を小型にまとめるために有利である。
……は、やはり比熱の高い物質である方が冷凍機
を小型にまとめるために有利である。
しかし、一般に、固体の結晶格子により比熱
CLは、第５図に示すように、温度の低下と共に
急激に低下する。反強磁性体や強磁性体の場合
は、上述の磁気エントロピーに由来する比熱が加
わり、第５図に点線で示すように相転移点Ttに
ピークを有する形状となる。
CLは、第５図に示すように、温度の低下と共に
急激に低下する。反強磁性体や強磁性体の場合
は、上述の磁気エントロピーに由来する比熱が加
わり、第５図に点線で示すように相転移点Ttに
ピークを有する形状となる。
現実の冷凍機いあつては、各蓄冷ブロツク５
１，５２，５３……は同じ物質で作るのが便利で
あり、従つて冷凍機の使用温度範囲T1〜T2間で
一定の比熱を持つようにするのが便利である。従
つて上記作業物質と同様のTtの異なる幾つかの
反強磁性体、あるいは強磁性体を適当量混合し、
第６図に示すような比熱を有するブロツク材料を
合成する。特に磁気冷凍の場合、外磁場を使うの
で、これによるエントロピー変化の少い反強磁性
材料を使うのがよい。
１，５２，５３……は同じ物質で作るのが便利で
あり、従つて冷凍機の使用温度範囲T1〜T2間で
一定の比熱を持つようにするのが便利である。従
つて上記作業物質と同様のTtの異なる幾つかの
反強磁性体、あるいは強磁性体を適当量混合し、
第６図に示すような比熱を有するブロツク材料を
合成する。特に磁気冷凍の場合、外磁場を使うの
で、これによるエントロピー変化の少い反強磁性
材料を使うのがよい。
この場合、作業物質と異り、結晶格子の比熱の
寄与も大きく、鎖線で示す格子比熱との差のみを
磁気比熱で与えればよいので、ネール温度の高い
反強磁性材料の比率は作業物質の場合よりも小さ
いものとなる。
寄与も大きく、鎖線で示す格子比熱との差のみを
磁気比熱で与えればよいので、ネール温度の高い
反強磁性材料の比率は作業物質の場合よりも小さ
いものとなる。
もちろん、磁気冷凍サイクルは各種あり、サイ
クルの種類（エリクソン等）によつては、効率を
あげるため、熱容量が一定の温度依存性を持つた
方が良いことがあるが、これは、ネール温度の異
る反強磁性材料の混合比を変えれば、どの様な温
度依存性を持つた蓄冷材も作ることが可能であ
る。
クルの種類（エリクソン等）によつては、効率を
あげるため、熱容量が一定の温度依存性を持つた
方が良いことがあるが、これは、ネール温度の異
る反強磁性材料の混合比を変えれば、どの様な温
度依存性を持つた蓄冷材も作ることが可能であ
る。
このような蓄冷材を用いた蓄冷器は、他種の冷
凍（気体等）の器材としての応用も多い。（この
場合は反強磁性、強磁性何れでもよい。） この冷凍機において、断熱容器３に封入された
ガスは蓄冷媒質である固体ブロツク５１，５２，
……に比して熱容量は極端に小さく、固体ブロツ
クと磁気作業物質１との熱交換媒体としてのみ作
用し、多少の上下の混合によつても冷却効果を低
下させる程には至らない。また、固体ブロツク５
１，５２，５３，……は一定間隔を置いて配置さ
れているので、隣り合うブロツクに温度差があつ
ても、相互間の熱伝導は遮断されており、これに
よる蓄冷効果の低下を防ぐことが出来る。
凍（気体等）の器材としての応用も多い。（この
場合は反強磁性、強磁性何れでもよい。） この冷凍機において、断熱容器３に封入された
ガスは蓄冷媒質である固体ブロツク５１，５２，
……に比して熱容量は極端に小さく、固体ブロツ
クと磁気作業物質１との熱交換媒体としてのみ作
用し、多少の上下の混合によつても冷却効果を低
下させる程には至らない。また、固体ブロツク５
１，５２，５３，……は一定間隔を置いて配置さ
れているので、隣り合うブロツクに温度差があつ
ても、相互間の熱伝導は遮断されており、これに
よる蓄冷効果の低下を防ぐことが出来る。
この発明のように、冷却温度幅が大きく、比較
的小型に作られ、しかも作業物質と固体蓄冷ブロ
ツクとがガスを媒体として熱交換を行なう場合
は、熱交換を促進するため第７図に上面図を示す
ように蓄冷ブロツク５１，５２，……と作業物質
１との対向面を広くなるようそれぞれのフインが
交互に対面する形状とするのが望ましい。このよ
うに熱交換が早い形状とすることによつて、比熱
の大きい固体を用いて比較的早い速度での運転が
可能となる。
的小型に作られ、しかも作業物質と固体蓄冷ブロ
ツクとがガスを媒体として熱交換を行なう場合
は、熱交換を促進するため第７図に上面図を示す
ように蓄冷ブロツク５１，５２，……と作業物質
１との対向面を広くなるようそれぞれのフインが
交互に対面する形状とするのが望ましい。このよ
うに熱交換が早い形状とすることによつて、比熱
の大きい固体を用いて比較的早い速度での運転が
可能となる。
なお、上記実施例は、エリクソンサイクルを用
いる冷凍装置として説明した。本発明はエリクソ
ンサイクルのみならず、理論的にはスターリング
サイクルにおいても成立するが、スターリングサ
イクルを実現する装置は複雑となり、工業的に有
効なサイクルではないとして利用されないのが一
般である。
いる冷凍装置として説明した。本発明はエリクソ
ンサイクルのみならず、理論的にはスターリング
サイクルにおいても成立するが、スターリングサ
イクルを実現する装置は複雑となり、工業的に有
効なサイクルではないとして利用されないのが一
般である。
第１図は磁気冷凍の原理の説明図、第２図は強
磁性体のエントロピー変化−温度図、第３図はこ
の発明の磁気冷凍装置に用いる作業物質の原理説
明図、第４図はこの発明の磁気冷凍装置の１実施
例の構造説明側面図、第５図は固体の格子比熱の
説明図、第６図はこの発明の磁気冷凍装置の蓄冷
固体ブロツクの比熱説明図、第７図は同じく蓄冷
固体ブロツクと作業物質の構造を示す上面図であ
る。 １：磁気作業物質、３：断熱容器、４：電磁
石、５：固体蓄冷器、７，８：熱交換室。
磁性体のエントロピー変化−温度図、第３図はこ
の発明の磁気冷凍装置に用いる作業物質の原理説
明図、第４図はこの発明の磁気冷凍装置の１実施
例の構造説明側面図、第５図は固体の格子比熱の
説明図、第６図はこの発明の磁気冷凍装置の蓄冷
固体ブロツクの比熱説明図、第７図は同じく蓄冷
固体ブロツクと作業物質の構造を示す上面図であ
る。 １：磁気作業物質、３：断熱容器、４：電磁
石、５：固体蓄冷器、７，８：熱交換室。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 冷凍装置の高温側温度T1と低温側温度T2と
の間にキユリー点を有する複数の強磁性物質の混
合物からなる磁気作業物質を用いたことを特徴と
するエリクソンサイクルを用いた冷却温度幅と冷
凍出力の大きい磁気冷凍装置。 ２ 固体蓄冷ブロツクとして、異なる転移温度を
有する複数の反強磁性物質あるいは強磁性物質の
混合物を用いることを特徴とする特許請求の範囲
第１項のエリクソンサイクルを用いた冷却温度幅
と冷凍出力の大きい磁気冷凍装置。 ３ 磁気作業物質と蓄冷ブロツクがれぞれフイン
を有し、該フインが互いに対面するような構造と
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項あるいは第２項のエリクソンサイクルを用いた
冷却温度幅と冷凍出力の大きい磁気冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22728182A JPS59122872A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22728182A JPS59122872A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59122872A JPS59122872A (ja) | 1984-07-16 |
| JPH0362983B2 true JPH0362983B2 (ja) | 1991-09-27 |
Family
ID=16858352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22728182A Granted JPS59122872A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59122872A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0002438D0 (en) * | 2000-02-03 | 2000-03-22 | Mcphersons Ltd | Scissors |
| BRPI0519822A2 (pt) * | 2005-01-12 | 2009-03-17 | Univ Denmark Tech Dtu | métodos para fazer um regenerador magnético para um refrigerador magnético ativo e para fazer um refrigerador magnético ativo, refrigerador magnético, e, regenerador magnético |
| JP4950918B2 (ja) * | 2008-02-28 | 2012-06-13 | 株式会社東芝 | 磁気冷凍装置用磁性材料、熱交換容器および磁気冷凍装置 |
| JP4703699B2 (ja) * | 2008-09-04 | 2011-06-15 | 株式会社東芝 | 磁気冷凍用磁性材料、磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム |
| CN105636750B (zh) | 2013-12-26 | 2019-03-08 | 株式会社黎明藤井 | 剪刀 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2510801A (en) * | 1945-12-19 | 1950-06-06 | Chilowsky Constantin | Method and apparatus for producing electrical and mechanical energy from thermal energy |
| US2589775A (en) * | 1948-10-12 | 1952-03-18 | Technical Assets Inc | Method and apparatus for refrigeration |
| US4408463A (en) * | 1982-01-20 | 1983-10-11 | Barclay John A | Wheel-type magnetic refrigerator |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP22728182A patent/JPS59122872A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59122872A (ja) | 1984-07-16 |
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