JPH07508092A - 活性磁気再生方法及び装置 - 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】 活性磁気再生方法及び装置 発明の分野 本発明は、一般的に磁気冷却（ｍｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ） の分野に関し、特に、活性磁気再生冷凍装置及び水素液化器に関する。

発明の背景 活性磁気再生器は、再生器と磁気熱量効果で作動さする装置とを組み合わせる。

活性磁気再生器の作動は、パルクレー（Ｉｌａｒｃｌａｙ）等の米国特許４．３ ３２．１３５号で説明される。活性磁気再生器の実験例が作られ、試験され、か つデグレゴリア（Ａ、　Ｊ。

ＤｅＧｒｅｇｏｒｉａ）等による論文“活性磁気再生冷凍器の試験結果”極低温 工学の進歩。

Ｖｏｌ、３７Ｂ　１９９１で説明される。活性磁気再生器の詳細な例がデグレゴ リア（Ａ、　Ｊ。

ｏｅｃｒｅｇｏｒ　ｉａ）等による論文、極低温工学の進歩、　Ｖｏｌ、３７Ｂ 　１９９１に与えられる。

活性磁気再生器は、磁気熱量効果を利用する冷却器又は加熱ポンプの形式である 。磁気熱量効果を示す材料は、磁化により温まり、消磁により冷却し又はその逆 になる。基礎的な活性磁気再生器（ＡＭＲ）装置では、熱伝達流体を通す磁性材 料のベッドは、２つの熱変換器の間に設置され、熱変換器は、磁性材料のベッド を通って一方の熱変換器から他方の熱変換器への往復流体流を行う機構が設けら れる。ベッドを磁化しかつ消磁する機構も設けられる。ＡＭＲサイクルに４つの 部分、すなわち、磁気熱量効果によって磁性材料とベッドの流体を温めるベッド 磁化、熱側熱交換器を通って熱を解放する状態でベッドを通る冷却側から熱価へ の流体の流れ、ベッドの中の磁性材料と流体の冷却、及び冷却された流体が冷却 側の熱変換器におけて熱を吸収する状態で、ベッドを通る熱価から冷却側への流 体の流れ、がある。

ＡＭＲ装置は再生器の概念の延長である。流体が異なる温度の２つのりザーバー の間に往復方式で変換されるとき、熱を回収する再生器が用いられる。再生サイ クルは２つの部分、すなわち、ベッドを通る冷却リザーバーから熱りザーバ−へ の流れ、それに続くベッドを通る熱りザーバーから冷却リザーバーへの流れ、が ある。

再生装置では、シャトル流体は反転に先立ち一方向に流れる全流体量である。

ベッドを通るシャトル流体の多くの往復の流れの後、ベッド材料は、冷却流体の 入る側（冷却側）から加熱流体の入る側（熱価）に上昇させる温度分布を確立す る。冷却側から熱価への流れの間、流体は、冷却側のりザーバーの流体温度Ｔｅ で入る。シャトル流体は、ベッドを通過し、Ｔ、より下の熱価リザーバーの温度 でベッドを出るとき、ベッドによって温められる。熱価がら冷却側への流れの間 、流体は温度Ｔうでベッドに入り、流体が通過するときベッドによって冷却され 、Ｔ、より上の温度でベッドを出る。全体のサイクルにわたって、ベッドは理論 的に正味の熱を受け入れない。それは、温がい流体がら熱を吸収し、冷却流体に 熱を拒絶する中間熱りザーバーとして作用する。シャトル流体が冷却リザーバー に入る温度と冷却リザーバー流体の温度Ｔｅとの間の温度差Δｔは、熱りザーバ ーから冷却リザーバーへの熱の流れを表す。最悪再生器がない場合、この温度差 は、Ｔ、−”ｒ、である。（Ｔ、−Ｔｅ）に対するΔｔの割合は、再生器の無効 果度と呼ばれる。

ＡＭＲ装置は冷却側から熱価への流体の流れに先立ち、ベッドを磁化し、カリ温 める。図１の線図に示すように、磁界を磁気ベッドに加えることによって、ベッ ドが磁化されたとき及びベッドが消磁されたときの２対の温度−相対ベッド位置 の分布を作る。どんな箇所でも２つのベッド分布間の差異は、磁界の変化を受け るにあたっての磁性材料の断熱温度変化である。断熱温度変化が十分大きければ 、ベッドの冷却側から出る流体は、冷却リザーバーの温度よりも低い温度を有し 、その結果、通常の再生器による場合の熱りザーバーから冷却リザーバーへの熱 漏れではなく、冷却リザーバーの正味の冷却をもたらす。もちろん、熱力学の法 則によれば、熱が冷却リザーバーがら熱リザーバーに流れるので、そのような工 程で作業を行わなければならない。ＡＭＲの場合では、作業は、マグネット及び ／又はベッドを互いに対して移動させる駆動機構によって行わなければならない 。熱価と冷却側の両方で熱変換器を利用することによって、熱は、冷却側熱変換 器からＡＭＲを通って取り出され、熱側熱変換器を通って解放される。この伝達 を達成する構成物は、前記米国特許第４．３３２．１３５号に開示される。

発明の要約 本発明の活性磁気再生装置では、磁性材料のベッドを通る熱伝達流体の流れは、 ベッドを通って冷却側から熱価に流れる流体よりも多い流体がベッドを通って熱 価から冷却側に流れるように、不均衡であるのが好ましい。過度な熱伝達流体は 、ベッドの熱価に入る流体のりザーバーに向う。この方法で、従来のＡＭＲ装置 以上の改良された効率が得られ、並びに、向かった流体が熱変換器を通過すると 、他方の流体の冷却を可能にする。本発明の特定の用途では、熱伝達流体はヘリ ウムであり、装置は極低温で作動し、かつ熱変換器は、ガス状の水素から熱を引 き出して水素の液化を引き起こす。

本発明の装置は、活性磁気再生器の複数の段階を含み、各段階は、磁性材料の２ つのベッドを有する。各段階は、漸次低温で作動する。磁界は、各段階の一方又 は他方のベッドに交互に加えられる。熱伝達流体は、各段階の消磁されたベッド の一方の組みを通って、順次各段階の熱価から冷却側に流れ、次いで、各段階の 磁化されたベッドの他方の組みを通って、各段階の冷却側から熱価に流れる。

しかし、各段階の間では、ベッドの冷却側から出る流体の一部は、次の冷却段階 の熱価から出る流れと混合して、流体の向かう同じ段階の第２ベツドの冷却側に 通る流れを形成する。最後の段階のベッドの冷却端部から出る流体は、最後の段 階の他方のベッドの冷却端部に部分的に向かい、かつ、熱を吸収する熱変換器を 部分的に通り、次いで、第１段階の熱側端部から出る流体と混合される。第１段 階の熱端部からの流体は、第１段階の熱側端部からの流体は、好ましくは流体に よって取り出された熱の一部を取り出す熱交換機をｆＩ過した後、第１段階の他 方のベッドの熱側端部に戻るように液圧される。例えば、ヘリウムを循環熱伝達 流体として用いる場合、熱端部熱変換器は、７７にの液体窒素のバスを含み、そ のバスは、第１段階の第１ベツドの熱端部に戻るヘリウムから熱を取り出す。冷 却ヘリウムによって十分な熱をベッドから除去して水素を液化する熱変換器を通 る前に、液化すべき水素は、水素ガスを予冷却する液体窒素バスを通過してもよ い。

熱変換器は、熱伝達の最大の効率のために、熱変換器の冷却端部から熱端部への 温度の勾配を維持する逆流形式のものが好ましい。

本発明の活性磁気再生装置の冷却端部からの流体は、その一部は熱鋼に向かい、 一部は熱変換器を通って熱鋼に戻って分流するが、その流体の分流は、ひとたび ベッドが平行熱勾配を達成すると、熱伝達流体とベッドの間で局部的に非常に小 さな温度差をもたらす。熱伝達流体とベッドの間の小さな局部温度差は、冷却工 程において非常に小さなエントロピーの発生をもたらす。本発明の多段階の再生 装置を利用することによって、ベッドを通過する熱伝達流体の温度範囲について 最適な各段階のベッド用の磁性材料を利用すれば、比較的大きな温度スパンを達 成できる。一方のベッドの冷却側から他方のベッドの冷却側への各段階間の流体 の部分的な分流は、各段階における熱伝達流体とベッドとの間の比較的小さな局 部的な温度差をもたらし、それによって、エントロピーの発生を最小にする。そ の結果、本発明は、熱伝達流体の高効率冷却を行い、熱伝達流体は、それ自身、 冷却工程又は冷却すべき他方の流体から熱を変換する熱伝達流体の循環の最終生 成物になる。本発明は、水素液化のために極低温での作動に特に適する。

本発明の活性磁気再生器では、磁性材料の２部分ベッドは１以上の段階で固定し て維持され、超伝導電磁マグネットは、交互に磁界をベッドの一方の部分に加え 、次いで他方の部分に加えるような往復する方法で駆動する。磁性材料はベレッ ト間の間隙を通って流れる熱伝達流体を通すペレットの中に形成され、各ベッド の多組の磁性材料を通る熱伝達流体の流路を作る容器の中に取り付けられる。

ベッドの側部分は、互いから断熱されて、ベッドを通る流体流の抵抗を最小にし 、ベッドの各側部分の間の温度勾配を保証する。本発明の回転する実施例では、 各段階用ベッドは、回転ホイールのリムに設置され、個々のベッドユニットを有 する。ホイールが回転するとき、磁界に入りかつ磁界を出る摺動シールがベッド への熱伝達流体の流れを制御する。シールは、チャンネルがホイールハブのマニ ホールドからホイールのリムの磁性材料ベッドに延びている状態で、シールとホ イールの間の摺動接触の速度を最小にするために、ホイールのハブに設置される のが好ましい。ホイールが回転するとき、ベッドユニシトは、磁界がゼ叫こ近い 角度領域を通過する。マニホールドシールは、熱鋼から冷却側への方向でベッド ユニットを通る熱伝達流体の流れを作る。次いで、ホイールが回転すると、ベッ ド部分は磁界が増加する角状領域を通過し、シールは、その領域を通過する熱伝 達流体の流れがないようにする。ベッドユニットが、磁界が高く一定に近い角状 領域を通る時、マニホールドのシールは、ベッド部分の冷却側がら熱鋼への方向 の流れを作る。ホイールは、回転し続け、ベッド部分が磁界の減少している回転 角度を通るとき、マニホールドシールは熱伝達流体の流れを遮断する。このサイ クルは、ホイールが回転し続けるので繰り返される。

さらに、本発明のさらなる目的、特徴及び利点は、添付図面とともに、次の詳細 な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 図１は、従来技術による活性磁気再生器における温度サイクルを示す線図である 。

図２は、本発明による活性磁気再生装置における熱伝達流体の流れの理想温度サ イクルの線図である。

図３は、装置を通る一方向の流体の流れを示す、水素液化器として用いられる本 発明によるＡＭＲ装置の概路線図である。

図４は、反対方向の流体の流れを示す図３の装置の概略図である。

図５は、ヘリウム伝達流体サイクルの一部を図示し、カリ熱価部熱伝達を有する 本発明による水素液化用ＡＭＲ装置の概略図である。

図６は、十分なサイクル水素液化器のより詳細な概路線図である。

図７は、本発明による往復駆動ＡＭＲ装置の斜視図である。

図８は、図７の装置の磁性材料ベッドの段階の断面図である。

図９は、図８の磁性材料ベッドの部分の一つの側面図である。

図１０は、図９の線１０−１０のおける図９の部分の断面図である。

図ＩＩは、図９の磁性材料ベッドの構造部材の分解図である。

図１２は、本発明による２段階回転ＡＭＲ水素液化装置の部分概略断面図である 。

図１３は、本発明による回転ＡＭＲ装置の部分破断斜視図である。

図１４は、図Ｉ３の回転ＡＭＲ装置のホイール組立体の部分破断斜視図である。

図１５は、ハウジングと回転ホイールとの間の中間部におけるシールを示す図１ ３のＡＭＲ装置の詳細な破断斜視図である。

図１６は、図１３の回転ＡＭＲ装置のホイールのリムを形成する磁性材料ベッド リングの斜視図である。

発明の詳細な説明 本発明の活性磁気再生（ＡＭＲ）装置の作動原理を、図２の温度及びベッド位置 の線図で示す。この線図で、ライン２ｏは、消磁状態にあるＡＭＲベッドについ てのベッド位置対温度の線図を示し、ライン２１は、磁気状態にある温度対ベッ ド位置のラインである。熱伝達流体は、ベッドが消磁状態にある時、温度Ｔ。

でベラどの熱鋼に入り、ライン２３に沿ってベッドによって冷却されて、温度Ｔ ２でベッドの冷却端部に出る。冷却端部を出た流体の一部は、冷却側熱交換器２ ４を通過し、熱交換器２４の中で流体は（例えば、低温段階がら）熱を受け、高 温Ｔ、で出る。熱伝達流体は、温度Ｔ、てＡＭＲベッドの冷却側に再び入り、温 度ライン２Ｇを従い、温度Ｔ４で磁気ＡＭＲベッドがら出る。温度Ｔ、で流体は 熱側熱交換器２７を通過し、熱は、流体がら（例えば、高温段階に）取り出され 、熱交換器２７から出る流体は、再び温度Ｔ、に近づく。温度Ｔ２でＡＭＲベッ ドの冷却端部から出る流体の一部は、熱交換器２４を通過しないように分流する 。

この流体の量Δ１．は、冷却される流体を示す。この流体の量が増加するに従い 、ＡＭＲの冷却端部で利用できる冷却は減少する。特定の量では、冷却熱変換器 における冷却はもはやないであろう（さらなる増加は冷却温度を上昇させる）。

この時点で、ＡＭＲは全くの流体冷却器になる。流体の量Δ□は、流体と流体を 冷却しているベッドとのわずかに小さい温度差でベッドを通過するように冷却さ れるので、どんなエントロピーも発生せず、処理は、非常に効率的である。

熱伝達流体がＡＭＲベッドを出る温度Ｔ２が流体の液化点より下であると、分流 流体量Δ１．又はその一部分はＡＭＲサイクルの最終生成物であり、その場合、 熱交換器２４は利用されず、温度Ｔ２における流体の一部は、貯蔵のために引き 出される。一般的には、起こりうる汚染を回避するために、液化された最終生成 物は、熱変換器２４によって熱伝達流体から物理的に分離されるのが好ましい。

一般的には、不均衡の流れのＡＭＲ装置に利用される磁性材料は、断熱温度変化 が絶対温度で増大するような特性を有する。性質が強磁性である単一の鋭い磁性 度（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｏｒｄｅｒｉｎｇ）を受ける材料の断熱温度変化（ΔＩ ）は、キューリ一温度Ｔ０て最大に達する。キューリ一点がＡＭＲ装置の熱い吸 熱温度（ｈｅａｔ　ｓｉｎｋｔｅｍｐｅｒ；ｒＬｕｒｅ）　Ｔｈに等しく又は吸 熱温度より高い材料の使用は、断熱温度変化がＡＭＲ装置の作動範囲にわたる温 度で単調に増大することを確保する。強磁性材料の磁気熱容量はキューリ一点で 最大になるので、キューリ一点がＴｋに非常に近い材料を用いるのが好ましい。

図２の線図は、本発明による単一の段階のＡＭＲ装置の作動を示す。図３及び図 ４は、水素液化用の往復設計の本発明の原理を具体化した適例の２段階ＡＭＲ装 置を示す。図３及び図４の装置において、第１ＡＭＲ段階は、第１ＡＭＲベッド 部３１．第２ＡＭＲベッド部３２及びＡＭＲベッドノド１．３２の間を移動する マグネット３３を含む。第２段階は、第１ＡＭＲベッド部３５．第２ＡＭＲベッ ド部３６及びベッド部３５．３６の間を移動するマグネット３７を含む。マグネ ット３３．３７は一緒に移動するように取り付けられ、同時に磁界をベッド部か ら加え又は除くのが好ましい。熱伝達流体は、次のように設けられた流路によっ て、配管の中をＡＭＲ装置を通って循環する。すなわち、第１パイプ３８は、流 体を、第１段階の第１ベッド部３１の熱鋼に送出し、配管３９は、流体を、第１ ベッド部３１の冷却側から第２段階の第１ベッド部３５の熱鋼に送出し、パイプ ４０は、流体を、第２段階の第１ベッド部３５の冷却側がら第２段階の第２ベッ ド部３６の冷却側に送出し、パイプ４２は流体をベッド部３６の熱鋼から第１段 階の第２ベッド部３２の冷却側に送出し、パイプ４４は、流体を第１ベッド部３ ２の熱鋼から第１熱側熱交換器４６に送出し、熱交換器４６は、図示の目的のた め中央ピストン５０を有するように示したディスプレイサー４８と連通され、第 ２Ｍ側熱交換器５２は、熱交換器４６からピストン５ｏの反対側のディスプレイ サー４８と連通され、流体をパイプ３８に送出する。流量調整弁５４を有する分 流パイプ５３が、パイプ３９とパイプ４２との間に連結されて、第１ＡＭＲ段階 の第１ベッド部３１の底端部（冷却側）からの流れの一部を、第１段階の第２Ａ ＭＲベッド部３２の底端部（冷却側）に分流する。第２段階ＡＭＲベッド３５又 は３６の冷却側から通るライン４０内の流体の一部は、逆流熱交換器５７に到る バイブ５６に分流され、それから、ブロポーンヨニングバルブ５８を通ってライ ン５９に流れ、そのライン５９は、ピストン５０の一方側のディスプレーサ−４ ８の一方側に到る第１逆止弁ライン６２と、ピストン５０の他方側のディスプレ ーサ−４８の他方側に到る第２逆止弁ライン６１に分かれる。逆流熱交換器の他 方側は、ガス状の水素を例えば３００にの大気温度にある水素バイブライン６５ から受け入れ、次いで、第１熱交換器６６を通過し、その第１熱交換器６６は、 熱交換器６６を通過する蒸発液体窒素ガスにより水素を冷却する。次いで、冷却 された水素は、液体窒素バス７０の中に浸漬されたさらなる熱変換器６８を通過 し、次いで、逆流熱交換器５７の第２側に通り、その熱交換器５７により、水素 は、熱交換器５７の他方側を通過する流体によって冷却される。熱交換器側７２ を通り過ぎた水素は、液体水素７４として出て、リザーバー７５の中に溜まる。

図３に示す装置の位置ては、マグネｙｌ・３３．３７は第２ベッド３２．３Ｇを 覆い、その結果、これらのベッドは高い温度であり、ベッド３１．３５は消磁さ れ、従って、低い温度にある。ディスペレイサ−４８のピストン５ｏは右に移動 し、流体をＡＭＲベッド３Ｉを通ってＡＭＲベッド３５に下方に押しやり、熱伝 達流体は、ライン４０と５６に分かれる。第２段階ＡＭＲベッド３５の冷却端部 から出て、ライン４０を通過する流体は、第２段階ＡＭＲベッド３６の冷却端部 に達し、流体は、ベッド３６から熱を吸収するので温度が上昇し、流体がＡＭＲ ベッド３２を通過し最終的にライン４４に出る時、熱を取り出す。流体が熱交換 器４６を通過して、ディスプレイヤー４８内のりザーバーに通るとき、流体は、 液体窒素が、熱交換器４６を通って第１段階ベッド３２の熱価から出る熱伝達流 体の温度より下にある液体窒素バス７０に熱を失う。

次いで、ＡＭＲ装置の作動は、図４に示すように転換され、マグネット３３゜３ ７はベッド３１．３５を覆うように移動し、温度が上昇し、かつ、ベッド３２゜ ３６は冷却される。ディスプレーサー４８のピストン５０は左に移動し、流体を 、熱交換器４６．ライン４４を通り、ベッド３２の熱価を通って、冷却側に流れ 、バイブ４２を通ってベッド３６の熱価に流れ、冷却側の外に出て、ライン４ｏ に押しやり、そのライン４０で、流体の一部は、熱交換器５７を通って迂回し、 他の一部は、ベッド３５の冷却端部を通り、それからベッド３１の冷却側まで上 がり、ベッドを通って、熱交換器５２に流れる。ライン４２のベッド３２の冷却 側からの流れの一部は分流して、ライン５３を通って第１段階ベッド３１の冷却 側に戻る。

下側即ち第２段階ＡＭＲベッド３５．３６は、代表的には、第１即ち上側段階ベ ッド３１．３２の冷却端部を出入りするヘリウム間の温度差と比べ、熱価でベッ ドを出入りするヘリウム間のより大きなの温度差を有する。下側ベッドの熱価か ら出る流れと上側ベッドの冷却側を出る流れとが混合することによって、上側ベ ッドの冷却側に入るヘリウム熱伝達流体温度を所望になるように適当に下げるこ とができる。バイパス弁５４によって、迂回される流量をベッドの所望の温度を 得るように調整できる。第２バイパス弁５８によって、第２段階ベッドの冷却側 を出て、ヘリウム／水素熱交換器を通過するヘリウムの流れの微調節を可能にす る。水素液化で代表的に行われるように、熱変換器５７は水素生成物の流れのオ ルト−バラ（０／Ｐ）変換用の多くの触媒ベッドを有するのが好ましい。リザー バー７５の中に液体水素７４を作るために、熱変換器側７２から出る冷却された 水素の流れのジュール−トムソンの拡張の法則を可能にするバルブ７６を設けて もよい。

図５に示すように図３及び図４のＡＭＲ装置の変形例は、装置を通るヘリウム熱 伝達流体を移動させるために、往復ディスプレーサ−ではなくポンプを利用する 。図示の目的のために、マグネットを一方の位置に示し、ヘリウムを、マグネッ トの位置のために図５の矢印によって図示された方向に流れるように示す。もち ろん、所定時間後、マグネットの位置とベッド部を通る流れを切り換えなければ ならない。ＡＭＲベッド３２の熱価から出る流れと熱変換器５７からのライン５ ９の流れは、ヘリウムをポンプ７９に送出するライン７８で合流され、ポンプ７ ９は、流体を、ライン８１に出て液体窒素バス内の熱変換器８２に圧送し、冷却 されたヘリウムをライン８４で第１ＡＭＲ段階のベッド３１の熱価に戻す。

実質的に連続したヘリウム循環を有する２段階ＡＭＲ装置の概略を図６に示す。

図３乃至５の構成要素と同様な部分は図６に同様に符号を付ける。図６の装置で は、熱変換器８２から出る流体は、ライン９０の第１の３位置バルブ９１とライ ン９２の第２の３位置バルブ９４に供給される。バルブ９１は又、ライン７８と ライン５９と連通しているライン９５と連通している。バルブ９４はライン７８ に延びるライン９６と連通しており、又、第１段階の第２ＡＭＲベッド３２から のライン４４と連通している。バルブ９１．９４は、遠隔制御可能な３位置バル ブであるのが好ましい。図６に示す第１位置では、ＡＭＲベッドを通る流れは図 ３に示すような流路に実質的にあり、第１段階の第２ＡＭＲベッド３２の熱価か らライン４４に出る流体は、バルブ９４の通る流路を通り、それからライン９６ を通ってリターンライン７８に流れ、ポンプの入口の中に流れる。ポンプの出口 からライン９０の熱変換器８２を通って流れる流体は、バルブ９１を通って、第 １段階熱変換器の第１ベツド３Ｉの熱価に到るライン８４に通る流路に流れる。

バルブ９１．９４が第２位置にあるとき、ライン９０及び９５が連通し、ライン ９２及び９６が連通し、それによって、ポンプ７９の出口を迂回し、ポンプの入 口に直接戻る。この間、ＡＭＲベッドを通る流れはない。このバルブの位置は、 図６に示す位置から、マグネット３３．３６がＡＭＲベッド３１．３５を覆う所 定位置にある第２位置までの、マグネット３３．３７の移動運動の間、利用され る。マグネット３３．３７がベッド３１．３５を覆う所定位置にある後、バルブ ９１．９４は第３位置に切り換わり、ライン９２はライン４４と連通し、それに よって、ポンプからの流体を、ライン９２．９４を通り第１段階の第２ベツド３ ２、それから、第２段階の第２ベツドに供給し、第１段階ベッドからのラインは 、ライン９５と連通し、そのため、第１段階ＡＭＲベッド３Ｉを通過する流体は 、ポンプ７９の入口への流路を通り、図４に示す流路で実質的にシステムを通る 流体の流れをもたらす。バルブ９１．９４は、サイクルを繰り返すとき、マグネ ット３３．３７の運動と調和して切り換え続ける。

１日あたり０．１トンの水素液化を行うために、図６に示すように構成された往 復マグネット水素液化器についての好適な規格を下表１に示す。

表１＝２段階０．１トン／日　液化設計第１段階／第２段階 ベッド長さくｃｍ）　５．　０１５．　０ベツド容積（１）　６．　０／２．　 ２ベツド多孔率　０．　４４１０．　４ ＡＭＲ期間（Ｓ）　２．　０／２．　０圧力降下（ａｔｍ）　０．　１９（＋ｎ ａｘ）　１０．　０４５（ｍａｙ）Ｈｅ　圧力（ａｌｍ）　２０／２０ Ｈ２圧力（ａｔｍ）　４０／　４０ 磁性材料　Ｇ　ｄ　Ｎ　ｉ　ｔ　／　Ｇ　ｄ　Ｐ　ｄ粒子サイズ（ｍｎ）　Ｏ， Ｉ　５１０．　１５磁界（Ｔ）　７　／　５ 人力作業（ｋｗ）　３．　４６１０．　６４７７ｋにおける断熱（ＫＷ）　５． ５ Ｎ２の蒸発（ト、７日）２．６ 作動温度　７７−４０に／３９−１９に液化効率　０．２７ 液化効率は、モデルによって計算された理想作業に対する標準温度圧力（ＳＴＰ ）から水素を液化するのに必要とする理想作業として定義される。理想作業の多 くは、消費される窒素を液化するために行われる作業がら生ずる。液化窒素プラ ントの効率は、代表的には約０．４５である。液化効率はポンプの非効率、駆動 非効率及び熱損失を無視する。注意深い設計によって、これらの損失は、全体の 効率が約０．２５になるように十分小さくすることができる。

上側段階についての材料Ｇ　ｄ　Ｎ　ｉ　ｔは、７５にのキューリ一点と４５に の間の温度でほぼ直線である断熱温度変化（ΔＴｓ）を有し、従って、小さな流 れの不均衡の段階に適当である。下側段階の材料ＧｄＰｄは、３８にのキューリ 一点より下の温度で直線より早く増大する断熱温度変化を有し、従って、より大 きな流れの不均衡を有する段階に適当である。各材料のキューリ一点（Ｔｏ）よ り下で作動するＡＭＲ段階用に適するいくつかの強磁性材料を、下表２に示す。

表２：不均衡流ＡＭＲ液化器用に適する強磁性冷却剤材料　Ｔｏ　（ｋ）　’　 Ｔｏ　（０７Ｔ）におけるΔＴ。

ＧｄＮｉ□　７５　５．８ ＧｄＮｉ　７０　７．　５ ＧｄＮ　ｌ　ｈ　５ｓｃＯｏ　Ｑ６　８１　７、■ＧｄＮＩｏ、ｔ　Ｃｕ１．＊ 　５０　４．　８ＧｄＰｄｅ、＋ｓＮ！ｏ　２ｓ　４５　８．　０ＧｄＰｄ　３ ８　８．７ Ｅｒａ、ｓ　Ｌａａ、ｔ　４５　５．　３Ｅｒｏ、＋５ＤＶｏ、ｚｓＮｉ　２５ 　３０　６．０ＥｒａＩ８Ｇｄｏ、ｘＡＩｔ　２０　３０　□　８．７ＧｄＮｉ 、−ｘＣｏｗ　７０　（Ｘ＝Ｏ）乃至１２０　（Ｘ＝０．２５） ＧｄＮｉ２とＧｄＮｉのような材料の共融混合物を、ニッケルの一部を少量のコ バルトに置換することによって（例えば、約１％乃至５％のニッケルをコバルト に置換する）、キューリ一点を７７ｋに上昇させた状態で用いてもよい。

再生ベッドを、流体の間隙を通って流れる熱伝達流体を通すように、小さい球状 の磁性材料で形成してもよい。

全体的に１００で示す本発明による往復ＡＭＲ水素液化装置の斜視図を図７に示 す。ＡＭＲ装置１００は、第１膜 ベッド１０８，１０９の間を支持するクロス部材１０３を備えた一対の支持レー ル１０２を含む。第１の超電導電磁マグネット１１２が、第１段階ＡＭＲベッド １０６、１０７の間を通ることができるように取り付けられ、第２超電導電磁マ グネツト１１３が第２段階ＡＭＲベッド１０８，１０９の間を通ることができる ように取り付けられる。マグネット１１２．１１３はレール１０２上で摺動する それぞれキャリッジ１１４，１１５にそれぞれ取り付けられる。駆動ロッド１１ ７、１１８は、キャリッジ１１４，１１５に連結され、往復駆動機１２０（例え ば、油圧駆動又空気駆動）によって駆動されて、マグネット１１２．１１３がそ れぞれＡＭＲベッド１０６．１０８を覆い、ベッドが電磁マグネットＩ０７。

１０９の内孔の中にある第１位置と、マグネット１１２，１１３がそれぞれＡＭ Ｒベッド１０７，１０９を覆う第２位置との間のマグネット１１２，１１３の往 復運動を与える。システムを通るヘリウムを循環させるヘリウムポンプ１２４が 設けられ、液体窒素熱交換器１２５が、上述したすべての方法で、進入する水素 と液体窒素及び液体窒素とヘリウムとの間で熱交換を行う。

もちろん、図７の構成物は、所望の極低温作動温度で装置を維持するために密閉 され、かつ極低温マグネット１１２，１１３には、超電導温度でマグネットを維 持するためにマグネット１１２．１１３を形成する極低温巻線の従来の方法で、 極低温液体（例えば、液体ヘリウム）が設けられる。各マグネットは、液体ヘリ ウムで充填されたジュワーの中に入れられる。

液体ヘリウムをジュワーに供給し、かつヘリウム蒸気を除去するために可撓性の ベロー（図示せず）を設けてもよい。上述した実施例と上で与えた規格について 、段階用のベッドの直径は、一般的にその長さより大きい。マグネットポアの容 量をよりよく利用するために、図８に示すように、各段階の各半分のベッドを再 生ベッド１０６，１０７に分割される。ベッド部１０６．１０７は、細長い円筒 管状ハウジング１３０．、１３１の中に形成され、ハウジング１３０．１３１は 一緒に接合され、かつ端部品１３２，１３３においてクロスプレース１０３に取 り付けられる。ハウジング１３０．１３１は一体に接合され、一部品の管状ハウ ジングの一部を形成してもよい。第１段階の第１ベッド部１０６は、いくつかの ベッド部分ｌ３５（例えば４つ）からなり、第１段階の第２ベツド１０７は、い くつかのベッド部分１３６からなる。ベッド部分１３！’ｌ，１３６は図８に示 すようにハウジングの中で積み重なっている。例えばヘリウムガスの熱伝達流体 はベッド部１０６の一方の端部のポート１３８に入り、ポート１３９から出る。

ベッド部分１３５間のチャンネル１４０は、進入した熱伝達流体をポートＩ３８ から部分１３５の下側部に運ぶ。チャンネル１４２は、ヘリウムのような熱伝達 流体をベッド部分の他方側部からポート１３９に運ぶ。同様に、第２ベツドポー ト１０７は、第１ポート＋４４と第２ポート１４５を有し、チャンネル１４７は 、第１ボート１４４からベッド部分１３６の一方側に連絡し、チャンネル１４８ は、ポートＩ４５からベッド部分１３６の他方側に連絡する。第２段階ベッド１ ０８。

１０９は同様に形成される。ベッド部分は積み重ねた関係にあるが、熱伝達流体 は、各流体がベッドポートを通って流れる時に、一方のベッド部分だけ通って流 れるように、平行な部分を通って流れることがわかる。ベッド部分１３５。

１３６内の磁性材料は、例えば球状の小さなペレットの形態であるのが好ましく 、これによって、適度な率でペレット間の間隙を通るガス状の熱伝達流体の流れ を可能にする。

ベッド部１３５のようなベッド部分についての好ましい構成を図９乃至１１の詳 細図に示す。他のベッド部分を同様に形成してもよい。図示するように、各ベッ ド部分は、円筒外側リング１５０と、外側リング１５０の端部を密閉し、好まし くは半円筒チャンネルとして形成された側部チャンネル１４０，１４２を有する 端キャンプ１５１．１５２を有し、その端キャップは、図９乃至１１に示す方法 でフローヘッダーとして機能して、熱伝達流体の流れを、キャンプの一方端部の チャンネルを横に通り、次いで磁気熱量材料を軸線方向に通り、次いで他方の端 キャップのチャンネルを横に通るように向ける。部分的に破断した部分を示す図 １１の分解図に最もよく示すように、ベッド部分は又、磁性材料を通る軸線方向 の流れを分離して、流わを均等に分配する分流器１５４，ヘッダー１５１。

１５２の下の各側に設（すられた（例えば、非磁性材料で形成された）多孔プレ ート１５７，多孔プレート１５７より下の細かいメッシュスクリーン１５８，及 び分流器１５４の中に入った磁性材料と接触するスクリーン１５８の下のファイ バーパッド１６０を有する。各ベッド部分の構成材料は、好ましくは、Ｇ−１０ のような低伝導性の種々の適当な極低温材料でもよい。

本発明による２段階回転活性磁気再生装置の断面図を図１２に示す。図１２のＡ ＭＲ装置は、第１段ホイール組立体１８０と第２段階ホイール組立体１８１を有 する。例えばヘリウムガスのような熱伝達流体は、ポンプＪ１３３によって駆動 され、液体窒素バス１８５の熱交換機１８４を通り、そしてライン１８６を通り 、第１段階外側入力ボート１８７に流れる。熱伝達流体は、第１段階冷却側出ロ ポート＋８８を出て、分流プロポーションバルブ１９０に到るライン１８９まで の流路に続く。ライン１８９からの流れの一部は、バルブによって、ライン１９ ２。

そして第２段階ホイール組立体１８１の熱価入ロボート１９３に通る。ホイール 組立体１８１の冷却側出口ボート１９５から通るライン１９６のヘリウムガスは 、フロープロポーションバルブ１９７によって、ライン１９８上で第２段階ホイ ール組立体１８１の冷却側人口ポート１９９まて通る第１ストリームと、ライン ２０１上で水素ガスとの熱交換用熱交換要素２０２まで通り、次いで、他方の入 口ライン２０４と接合して、ヘリウムをポンプ１８３の入口まで戻すリターンラ イン２０３の流路に続く第２ストリームとに分流する。ライン１９８から人口ポ ート１９９に通るヘリウムの流れの一部は、ライン２０７の第２段階熱価出ロボ ート２０６でホイール組立体１８１を通過する。ライン２０７からの流体の流れ は、ブロポーノヨンバルブ１９０から通るライン１９１からの流体の流れと合流 され、合流された流れは、第１段階ホイール組立体１８０の冷却側入口ボート２ ０９へ通る。ホイール組立体１８０の熱端出ロボート２１０から通る熱交換ガス は、ライン２０４でヘリウム循環ポンプ１８３の入口まて供給される。液化され るべき水素ガスは、ライン２１４上で液体窒素リザーバー１８５の熱交換器２１ ５を通り、それからライン２１６上でヘリウム／水素熱交換器及びオルト−パラ コンバータ２１７を通り、液化バルブ（図示せず）を含む排出ライン２１８上で 排出される。

本発明の２段階回転ＡＭＲ装置についての流路は、往復型についての流路と同じ であるのが好ましいが、回転型は、マニホールドシール２３５，２３８。

２４０、２４３の作用のために、回転ホイールの外部に切換バルブを必要としな いように構成されるのが好ましい。かくして、熱伝達流体は、すべての連結した 導管を通る流路て単一の方向に流れ続ける。

各ＡＭＲ段階組立体１８０，１８１は、ホイールの内側部分を密封する外側ハウ ジング２２０と、ＡＭＲベッドノド２４を入れるリム部分２２３とを有する。

ハブ２２２とハウジング２２０との間には、ホイール２２１を回転自在に支持す るベアリング２２７が設けられる。電気モータのような気密ドライブユニット２ ３０が出力軸２３１を有し、その出力軸２５は、軸２３１が回転すると同時に回 転するハブ２２に連結される。代表的には、段階組立体は、絶縁目的のために真 空ジュワーの中に密閉される。

摺動シール２３５を有するマニホールドは、入口ポート１８７へのヘリウムの流 れと、ＡＭＲベッドユニット２２４まで延びるチャンネル２３６の間を連通ずる 。チャンネル２３７は、ＡＭＲユニット２２４から、出口ポート１８８へのヘリ ウムの流れを作る摺動シール２３８を含むマニホールドへ延びる。同様に、摺動 シール２４０は、第１段階の冷却側入口ポート２０９からＡＭＲユニット２２４ の一つに到るチャンネルへ連通し、ＡＭＲユニットを通過したガスは、チャンネ ル２４２によって、マニホールドの摺動シール２４３へ向けられる。そのマニホ ールドは出力ポート２１０を通って出ていくガスをライン２０４に向ける。

同種類のマニホールドシールが第２段階ホイール組立体１８］の中に設けられる 。

レーストラック式のマグネット２５０，２５１．２５２が第１段階のホイール組 立体１８０の一方側のまわりに設置され、同様なマグネットが第２段階ホイール 組立体１８１の一方側のまわりに設置される。ホイール２２１が回転すると、Ａ ＭＲベッド部分ユニットは、マグネット２５０乃至２５２がらの磁界がゼロに近 い角状領域（ａｎｇｕｌａｒ　ｒｅｇｉｏｎ）を通っていく。摺動部の速度及び 磨耗を減少させるようにハブの近くに設置されたノール２３５，２３８は、下方 向の磁界の外側にあるベッド部分２２４を通る流れを作る。ホイールが回転し続 けると、次いで、ベッド部は、磁界が増大する角状領域を通っていく。しかし、 この箇所で、ノール２３５は、特定のＡＭＲベッド部分ユニットに到る特定のチ ャンネル２３６゜２３７と整り１ルない。かくしてこの時点てベッド部分ユニッ トを通るヘリウムの流れはない。次いで、ベッド部分は、磁界が高くほぼ一定の マグネット２５０乃至２５２間の領域を通る。この箇所で、シール２４３，２４ ０は、チャンネル２４１．２４２と連通して、ＡＭＲユニット２２４を通る上方 向の流れを作る。

ＡＭＲユニット２２４は一定の磁界領域の外を通るとき、シール２４０．２４３ は、チャンネル２４１，２４２と連通せず、かくして、磁界が特定のＡＭＲユニ ット上で減少する領域でヘリウムの流れを遮断する。この方法で、特定のＡＭＲ ユニットの一つについての全サイクルが完了する。かくして、ＡＭＲユニットが 磁界の外側にあるとき、ＡＭＲユニットを通って下方へ流れ、かくして加熱側か ら冷却側へ流れ、ＡＭＲユニットが磁界にあるとき、同じＡＭＲユニットを通っ て上方に流れ、かくして、冷却側から加熱側へのヘリウム流体の流れを作る。ヘ リウムが入力ポート２０９に通る前に、ライン１８９の流れを、ライン２０７か らの流れに加えるライン１９１に部分的に分流することによって、ＡＭＲベッド ユニット２２４が磁界の中にあり、従って温度が上昇するとき、第１段階のチャ ンネル２４１へ通るガスの温度を、ＡＭＲベッドユニット２２４の冷却側に近い 温度にすることができる。ライン２０１を通ってヘリウム−水素熱変換器への部 分的な流れは、熱変換器の水素側２１７を通過する水素ガスの冷却と、ＡＭＲホ イールから上方に通るライン２０４内の高い温度のヘリウムガスに近い温度まで ライン２０３でのヘリウムガスの温度の上昇をもたらす。

図１３は、単一のホイールを２組のマグネットと一緒に利用する回転ＡＭＲ装置 の変形例の斜視図である。図１３に示すように、ホイールの対向する四分円にわ たって二組のマグネット２５０乃至２５２がある。上側入口ポート１８７と下側 出口ポー［８８は組のマグネット２５０乃至２５２がら等しく間隔を隔てた位置 に設置され、これらのマグネットから磁界の完全に外にあるＡＭＲベッドユニッ トと連通ずる。頂部出口ポート２１０と底部入口ポート２０９は、これらのマグ ネットの最大の磁界の中にある再生ベッドユニットと連通ずるように、マグネッ ト２５０乃至２５２に隣接して設置される。図１３のホイール組立体は、各再生 ベッドユニット２２４が、各回転と流れが２つのベッドユニットを各方向に同時 に通過する間、磁界を２度出入りして通るので、流れ速度を２倍にし、２つのマ グネットの使用によって、ホイールに加えられる磁力を実質的に等しくできる。

ハウジングと内部マニホールドを備えたホイールとの間のマニホールド摺動シー ル装置は、図１４．１５の図面に最もよく示す。ソール２３５，２３８゜２４０ ．２４３は、それぞれバネ荷重ベローユニット２６０，２６１によって、ホイー ルハウジング２１の頂部と底部に押圧してシールを行う。ホイールが移動すると 、開口部２６３，２６４は、それぞれノール２３５，２３８の中のマニホールド チャンネル２（ｉ５，２６６と連通ずる。マニホールドチャンネル２６５゜２６ ６は、全四分円よりも小さいシールの周囲の弧にわたって延び、その結果、流体 は、シールから適当な開口部２６３，２６４だけに供給されて、ホイールの周囲 のリムにあるＡＭＲユニットに到る適当なチャンネル２３６，２３７と連通ずる 。図１６に示すように、ホイールのリム２２３は、ベッドユニット２２４間の流 体の横の流れがないように、互いから分離された所定箇所に、個々のＡＭＲベッ ドユニット２２４の組みを備えた一体のリングとして形成される。

本発明の活性磁気再生装置の往復型及び回転型の両方の実施例について、より大 きなガスサイクルプラントに比較できる効率を得られる。さらに、ガスサイクル プラントで達成されるよりも小型の磁気水素液化器を得られる。さらに、本発明 による磁気水素液化器は、７７ｋ又は吸熱を容易に利用できる他の極低温度から 作動できる。利用するならば、大きなプラントにおいて過度な容量の液体窒素を 活用できる。追加の段階を加えることによって、磁気水素液化器は、通常のガス の沸点の１１０ｋから作動できる。かくして、通常の液体ガスが蒸発する箇所を 潜在的な冷却部位として利用できる。本装置は、１又は２段階の追加の段階によ って、ヘリウム液化器として機能するように４ｋまで下げて作動することもてき る。

本発明は、例示として示した特定の実施例に限定されず、次の請求の範囲内の変 形例を含むと理解される。

相対ベッド位＝ ＦＩＧ、　１ 磁気状部 ＦＩＧ、　２ ｃＥ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、　１５ ＦＩＧ、１６ フロントページの続き （７２）発明者　ライム　カール　ビーアメリカ合衆国　ウィスコンシン州 ５３７０４　マディソン　ヤハラ　ブレイス（７２）発明者　ジャンプ　デニス 　ジ−アメリカ合衆国　ニューヨーク州　１３１０４マンリアス　スターブリッ ジ　ドライヴ（７２）発明者　ルーバス　リチャード　エイアメリカ合衆国　ウ ィスコンシン州 ５３５３１　ディアフィールド　レグリードストリート２０ （７２）発明者　ジャストラブ　アレクサンダー　ジ−アメリカ合衆国　ウィス コンシン州 ５３０６６　オコノモウオツク　ノース　ジェネス　ウッズ　ドライヴ　７４９ （７２）発明者　ジョンソン　ジョセフ　ダブリューアメリカ合衆国　ウィスコ ンシン州 ５３７１４　マディソン　ウェストウッド　コート　６０５　アパートメント　 ７ （７２）発明者　ループマン　エーヴアン　エムアメリカ合衆国　テキサス州　 ７８６８０−１０００　ラウンド　ロック　ウェスティングハウス　マグネット 　システムズ　ピーオーボックス　１０００

Claims (53)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）磁気熱量効果を示す材料で形成され、高温熱側と低温冷却側とを有す る多孔再生ベッドと、 （ｂ）熱側と冷却側の間のベッドを通過でき、ベッドの材料による熱伝達を行う 熱伝達流体と、 （ｃ）磁界を作るマグネットと、 （ｄ）マグネットの磁界を交互にベッドに加えかっベッドから除くようにする手 段と、 （ｅ）再生器ベッドへ及び再生ベッドからの流体用の流路をなし、磁界がベッド から除かれているとき、ベッドを通る流体の第１量を、熱側から冷却側に駆動さ せ、磁界がベッドに加えられるとき、ベッドを通る同じ流体の第２量を、冷却側 から熱側に駆動させ、第１量が第２量よりも大きく、かつ、冷却側から熱側ヘの 流路を作り、流体が冷却側から熱側にベッドを通過することなくベッドの熱側に 戻って流れるように流体の第１量の一部を分流する、伝達手段と、を有する活性 磁気再生装置。
2. ２．冷却側から熱側までの流路に流体の通る熱変換器を含み、熱変換器は又、冷 却すべき流体の通過する流路を有し、熱変換器を通過するように向けられた熱伝 達流体は、ベッドの熱側に戻るとき、冷却すべき流体から熱を受け入れる、請求 の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．伝達流体は、ヘリウムガスであり、冷却すべき流体は水素ガスである、請求 の範囲第２項に記載の装置。
4. ４．再生ベッドは２部分で形成され、各ベッド部は熱側と冷却側とを有し、伝達 手段は、各ベッド部の熱側と冷却側ヘの流路及び熱側と冷却側からの流路を設け 、第１のベッド部ヘの熱伝達流体の第１量を熱側から冷却側に伝達し、第２ベッ ド部を通る第２量を第２ベッド部の冷却側から熱側に伝達し、第２ベッド部は、 第２ベッド部に加えるマグネットからの磁界を有し、第１ベッド部はマグネット から磁界が除かれる、請求の範囲第１項に記載の装置。
5. ５．磁界を交互にベッドに加えかつベッドから除くようにする手段は、繰り返し 循環して磁界を第１ベッドに加え、次いで第２ベッドに加え、伝達手段は、磁界 が第１ベッド部に加えられ、かつ第２ベッド部から除かれるとき、第１及び第２ ベッド部を通る流体の第１及び第２量の流れを逆転する、請求の範囲第４項に記 載の装置。
6. ６．第１及び第２ベッド部、マグネット，磁界を交互にベッドに加えかつベッド から除くようにする手段は、第１段階を有し、かつ第１及び第２ベッド部，マグ ，第１段階にあるとき磁界を交互にベッド部に加えかつベッド部から除くように する手段を有する第２段階を含み、伝達手段は、熱伝達流体用の流路を、第１段 階の各ベッド部の冷却側から、第２段階のベッド部の対応する熱側に設け、第１ 段階のベッド部の各々の冷却側の間に、ベッド部の熱側から冷却側に通る流体の 第１量の一部を、熱側に通る第１段階の他方のベッド部の冷却側に向ける流路が 設けられ、第２段階のベッド部の各々の冷却側の間に、その間の流れを可能にす る流路が設けられ、かつ、第２段階のベッド部の冷却側から通る流体の一部を、 第２段階のベッド部の各々の冷却側から第１段階のベッド部の熱側に戻す流路が 設けられる、請求の範囲第５項に記載の装置。
7. ７．第２段階のベッド部の冷却側から第１段階のベッド部の熱側までの流路に熱 交換器を含み、熱交換器は又、熱変換器を通過する熱伝達流体が、第１段階のベ ッド部の熱側に戻るとき、冷却すべき流体から熱を受け入れる、請求の範囲第６ 項に記載の装置。
8. ８．熱伝達流体はヘリウムガスであり、冷却すべき流体は水素ガスである、請求 の範囲第７項に記載の装置。
9. ９．第１段階のベッド部の磁性材料は、ＧｄＮｉ２，ＧｄＰｄ及びニッケルの一 部をコバルトに置換した２つの混合物からなる群から選択され、第２段階のベッ ド部の磁性材料は、ＧｄＰｄとＥｒ０．８Ｌａ０．２からなる群から選択される 、請求の範囲第８項に記載の装置。
10. １０．再生ベッドは、所定位置に固定され、マグネットは、ベッドの方ヘ及びベ ッドから離れて往復運動自在に取り付けられ、磁界をベッドに交互に加える手段 は、マグネットをベッドの方にかつベッドから離れて循環往復運動で駆動させる 、請求の範囲第１項に記載の装置。
11. １１．ベッドは、軸線を中心に回転自在に取り付けられたホイールのリムに取り 付けられた複数のベッドユニットで形成され、マグネットは、磁界をホイールの 一部に加えるようにホイールのまわりに取り付けられ、磁界を交互にベッドに加 える手段は、ホイールを連続回転で駆動させ、伝達手段は、再生ベッドユニット の熱側から冷却側に通過するように熱伝達流体を磁界の外側でホイールの一部に 分配し、かつ、ホイールが回転するとき磁界の中で再生ベッドユニットの冷却側 から熱側に流体を通すように、熱伝達流体を磁界の中にあるホイールの一部に分 配するマニホールドを含む、請求の範囲第１項に記載の装置。
12. １２．ホイールは、ホイールの軸線に隣接した開口部から、ベッドユニットのホ イールのリムまでの熱伝達流体用の流路をなす半径方向のチャンネルを含み、マ ニホールドは、ホイールが回転するとき、開口部からホイールのチャンネルに熱 伝達流体を向けかつ受け入れるために、ホイールの軸線に隣接した位置でホイー ルと摺動自在に接触する摺動シールを有する、請求の範囲第１１項に記載の装置 。
13. １３．伝達手段は、入口と出口を有するポンプを有し、ベッド部の熱側からポン プの入口までの流路が設けられ、流体をベッド部の冷却側からポンプの入口に分 流する流路が設けられ、ベッド部の熱側からポンプの入口までの流路は、磁界が ベッド部に加えられるときだけ、流体をベッド部からポンプの入口に向け、磁界 がベッド部に加えられないとき、熱伝達流体をベッド部に供給するように、ポン プの出口から選択的にベッド部の熱側までの流路が設けられる、請求の範囲第４ 項に記載の装置。
14. １４．ベッド部の冷却側からポンプの入口に分流される流体の流路に熱変換器を 有する、請求の範囲第１３項に記載の装置。
15. １５．熱伝達流体は、ヘリウムガスであり、冷却すべき流体は水素ガスである、 請求の範囲第１４項に記載の装置。
16. １６．ポンプの出口からベッド部の熱側に設けられた流路に追加の熱変換器を含 み、追加の熱変換器は、ベッド部の熱側に供給される熱伝達流体から熱を取り出 すように作動できる、請求の範囲第１４項に記載の装置。
17. １７．追加の熱変換器は、熱変換流体から熱を取り出すために液体窒素のバスに よって冷却される、請求の範囲第１６項に記載の装置。
18. １８．伝達手段は、２つの３−位置バルブを含み、第１バルブは、ベッド部の熱 側からポンプの入口までの流路の中にあり、ポンプの出口からの流路と連通し、 ベッド部の一つの熱側からの流体をポンプの入口に供給する第１位置と、ポンプ の出口からの流体をベッド部の熱側に供給する第２位置、及びポンプの出口から の流体をポンプの入口に戻って供給し、ベッド部の熱側に又は熱側から流体を供 給しない第３位置との間を切り換えでき、第２バルブは、他のベッド部の熱側と ポンプの入口との間の流路の中にあり、ポンプの出口からの流路と連通し、ポン プの出口をベッド部の熱側に供給する第１位置，ベッド部の熱側からの流体をポ ンプの入口に供給する第２位置，及びポンプの出口からの流体をポンプの入口に 供給し、ベッド部の熱側に又は熱側から流体が流れない第３位置との間を切り換 えできる、請求の範囲第１４項に記載の装置。
19. １９．第１及び第２ベッド部，マグネット，マグネットの磁界を交互にベッド部 に加えかつベッド部から除くようにする手段は、第１段階を有し、かつ同じ構成 要素の第２段階を有し、かつ、伝達手段は、第１段階の２つのベッド部の冷却側 から第２段階の２つのベッド部の熱側までの流体流路，第１段階の２つのベッド 部の各々の冷却側の間に、第１段階の一つのベッド部の冷却側を出て通る流体の 一部を、第１段階の第２ベッド部の冷却側に分流する流体流路，及び第２段階の ２つのベッド部の冷却側の間の流体流路が設けられ、かつ、第２段階の２つのベ ッド部のいずれかの冷却側からの流体流の一部を、ポンプの入口に戻るように分 流する流体流路を設ける、請求の範囲第１８項に記載の装置。
20. ２０．第２段階のベッド部の冷却側からポンプの入口に分流された流体の流路に 熱変換器を含み、熱変化器は又、熱変換器を通過する熱変換流体が冷却すベきガ スから熱を受け入れるように、冷却すべきガスを受け入れる、請求の範囲第１９ 項に記載の装置。
21. ２１．（ａ）第１及び第２の段階再生ベッドであって、各段階のベッドは２つの 部分からなり、各ベッド部は、磁気熱量効果を示し、かつ熱伝達流体の流れを可 能にするように多孔性がある材料で形成され、各ベッド部は高温熱側と低温冷却 側を有する、第１及び第２の段階再生ベッドと、（ｂ）内孔を有する２つの超伝 導電磁マグネットであって、第１及び第２段階のベッド部を取り囲むことができ 、磁界をベッド部に選択的に加えることができる、マグネットと、 （ｃ）ベッド部とマグネットを、第１マグネットが第１段階の第１ベッド部を覆 う位置から、マグネットが第１段階の第２ベッド部を覆う位置まで互いに対して 移動できるように、マグネットを第１及び第２段階の再生ベッドについて取り付 け、かつ、第２マグネットと第２段階のベッドを、マグネットが第２段階の第１ ベッド部を覆う位置から、マグネットが第２段階の第２ベッド部を覆う位置まで 互いに対して移動させる手段と、（ｄ）マグネットとベッド部を、各マグネット が第１及び第２段階の第１ベッド部を覆う第１位置と、各マグネットが第１及び 第２段階の第２ベッド部を覆う第２位置との間を互いについて選択的に駆動させ る駆動手段と、（ｅ）第１段階の第１ベッド部の冷却側から第２段階の第１ベッ ド部の熱側まで、第２段階の第２ベッド部の熱側から第１段階の第２別途部分の 冷却側まで、第１段階の第１ベッド部の冷却側から第１段階の第２ベッド部の冷 却側まで、及び第２段階の第１ベッド部の冷却側から第２段階の第２ベッド部の 冷却側までの熱伝達流体用流路をなすラインと、（ｆ）熱伝達流体用の流路と、 熱を冷却すべき流体から熱変換器を通過する熱伝達流体に伝達できるような冷却 すべき流体用の流路とを有する熱変換器と、（ｇ）入口と出口とを有する熱伝達 流体用のポンプと、（ｈ）第２段階の第１及び第２ベッド部の冷却側から熱変換 器を通りポンプの入口まで、第１段階の第１及び第２ベッド部の熱側からポンプ の入口まで、及びポンプの出口から第１段階の第１及び第２部度部分の熱側まで の熱伝達流体用の流路と、第１段階の第１及び第２ベッド部の熱側とポンプの入 口及び出口との間のラインの中にある切換バルブとを設けるラインであって、切 換バルブは、熱伝達流体が、第１段階の第１ベッド部の熱側からポンプの入口ま で、及びポンプの出口から第１段階の第２ベッド部の熱側まで供給される位置に 切り換えることができ、かつ熱伝達流体が、第１段階の第２ベッド部の熱側から ポンプの入口に供給され、ポンプの出口が第１段階の第１ベッド部の熱側に供給 される第２位置に切り換えることができ、バルブの切換は、ベッド部に対するマ グネットの位置と同等であり、熱伝達流体は、ベッド部が磁界を加えるマグネッ トを有することにより第１段階の第１又は第２ベッド部から、ポンプの入口に供 給される、ラインと、 を有する活性磁気再生装置。
22. ２２．切換バルブは、第１段階のベッド部から又はポンプの出口から、第１段階 のベッド部までの熱伝達流体の流れのない第３の位置に切り換えでき、熱伝達流 体は、マグネットと熱伝達ベッドが互いに対して移動し、マグネットがベッド部 の一方又は他方に磁界を加えていない間、切換バルブを通ってポンプの出口から ポンプの入口に戻るラインを通って流れる、請求の範囲第２１項に記載の装置。
23. ２３．フレーム，フレームに取り付けられた第１及び第２段階ベッド部を含み、 取付手段は、フレームに往復動自在に支持され、かつマグネットが各第１及び第 ２段階の第１ベッド部を覆う位置と、マグネットが各第１及び第２段階の第２ベ ッド部を覆う位置との間を往復するようにマグネットを支持するキャリッジを含 み、さらに、キャリッジを駆動させるようにキャリッジに作動的に連結される駆 動手段と、往復動自在にキャリッジに選択的に取り付けられるマグネットを含む 、請求の範囲第２１項に記載の装置。
24. ２４．熱伝達流体はヘリウムガスであり、冷却すべき流体は水素ガスである、請 求の範囲第２１項に記載の装置。
25. ２５．第１段階のベッド部の磁性材料は、ＧｄＮｉ２，ＧｄＰｄ及びニッケルの 一部をコバルトに置換した２つの混合物からなる群から選択され、第２段階のベ ッド部の磁性材料は、ＧｄＰｄとＥｒ０．８Ｌａ０．２からなる群から選択され る、請求の範囲第２１項に記載の装置。
26. ２６．ポンプの出口から第１段階のベッド部の熱側までの流路に設けられたライ ンに追加の熱変換器を含み、追加の熱変換器は、ベッド部の熱側に供給される熱 伝達流体から熱を取り出すように作動できる、請求の範囲第２１項に記載の装置 。
27. ２７．追加の熱変換器は、熱変換流体から熱を取り出すために液体窒素のバスに よって冷却される、請求の範囲第２６項に記載の装置。
28. ２８．（ａ）軸線を中心に回転自在に取り付けられ、リムを有するホイールと、 （ｂ）磁気熱量効果を示す材料で形成された複数の多孔性再生ベッドユニットで あって、各ベッドユニットは、高温の熱側と低温の冷却側を有し、熱伝達流体の 軸線方向の流れを可能するようにホイールのリムに取り付けられた、ベッドユニ ットと、 （ｃ）ホイールの中に形成され、ホイールの回転軸線の近くの開口部から各ベッ ドユニット熱側まで、及び各ベッドユニットの冷却側から軸線近くのホイールの 開口部までの熱伝達流体用の流路をなす半径方向のチャンネルと、（ｄ）ホイー ルのリムに再生ベッドユニットの一部に磁界を加えるように取り付けられたマグ ネットであって、ベッドユニットは、ホイールがベッドユニットをマグネットの 磁界に導くように回転するとき、加えられる磁界を有し、マグネットからの磁界 は、ホイールが回転し続けるとき、ベッドユニットから除かれ、ベッドユニット は、ホイールが回転するとき循環的に加えられる磁界を有する、マグネットと、 （ｅ）熱伝達流体を入口ポートに供給し、出口ポートから流体を受け入れるため にホイールと係合した摺動自在のシールを備えたポートを有するマニホールドで あって、シールは、流体を選択された再生ベッドユニットに及びベッドユニット から差し向けるように、ホイールの半径方向のチャンネルと熱伝達流体の選択的 な連通を行い、マグネットの磁界の外にあるベッドユニットの冷却側から熱側ま で、及びマグネットの磁界の中にあるベッドユニットの冷却側から熱側まで熱伝 達流体を供給するためにホイールの中のチャンネルと協動する、マニホールドと 、 を有する活性磁気再生装置。
29. ２９．入口と出口を有する熱伝達流体用のポンプ，磁界にあるベッドユニットか ら到るマニホールドの出口ポートからポンプの入口まで、及びポンプの出口から 磁界の外にあるベッドユニットから到るマニホールドの出口ポートまでの熱伝達 流体用の流路を設けたライン、マニホールドの出口ポートからポンプの入口ポー トまでのラインにある熱交換器であって、熱交換器を通過する熱伝達流体が通過 する時冷却すべき流体から熱を受け入れる熱交換器、及びマニホールドの出口ポ ートからマニホールドの入口ポートまでの流路を設けているラインとを含む、請 求の範囲第２８項に記載の装置。
30. ３０．熱伝達流体は、ヘリウムガスであり、冷却すべき流体は水素ガスである、 請求の範囲第２９項に記載の装置。
31. ３１．ポンプの出口からマニホールドの入口ポートまでの流路を設けているライ ンの中に追加の熱変換器を含み、追加の熱変換器は、マニホールドの入口ポート に供給される熱伝達流体から熱を取り出すように作動できる、請求の範囲第２９ 項に記載の装置。
32. ３２．複数のベッドユーットを有する２つのホイールがあり、磁界にあるベッド ユニットと磁界の外にあるベッドユニットに及びベッドユニットからそれぞれ到 るホイールの各側に入口ポートと出口ポートを有する各ホイールのためのマニホ ールドと、磁界をベッドユニットの一部に加える各ホイールのためのマグネット と、入口と出口を有する熱伝達流体用ポンプと、第１ホイールの出口ポートから 第２ホイールの入口ポートまで、第２ホイールの出口ポートからポンプの入口ま で、ポンプの出口から第１ホイールの入口ポートまで、第２ホイールの一方の出 口ポートからホイールの同じ側の入口ポートまで、及び第１ホイールの出口ポー トから第１ホイールの入口ポートまでの流れの一部を分流するために第１ホイー ルの出口ポートからホイールの同じ側の第１ホイールの入口ポートまでの、熱伝 達流体用の流路を設けているラインとを備える、請求の範囲第２８項に記載の装 置。
33. ３３．第２ホイールの出口ポートからポンプの入口までの流体の流路を設けてい るラインの中に熱交換器を有し、熱交換器は又、熱交換器を通過する熱伝達流体 が冷却すベき流体から熱を受け入れるように冷却すベき流体を受け入れる、請求 の範囲第３２項に記載の装置。
34. ３４．（ａ）少なくとも２つの再生段階であって、各段階は、磁気熱量効果を示 す材料の２つの部分で形成され高温の熱側と低温の冷却側を有する多孔性の再生 ベッド、ベッドの材料で熱伝達を行うように熱側と冷却側の間にベッドを通過で きる熱伝達流体と、磁界を作る各段階のためのマグネットと、各段階のマグネッ トの磁界を交互にベッド部の一方に加えかつベッド部の一方から除くようにする 手段とを有する、段階と、 （ｂ）熱伝達流体用の流路を、第１段階の各ベッド部の冷却側から、第２段階の ベッド部に対応する熱側に設け、第１段階の各ベッド部の冷却側の間に、ベッド 部の熱側から冷却側に通る流体の第１量の一部を、熱側に通る第１段階の他方の ベッド部の冷却側に分流する流路が設けられ、第２段階のベッド部の各々の冷却 側の間に、その間の流れを可能にする流路が設けられ、かつ、第２段階のベッド 部の冷却側から通る流体の一部を、第２段階のベッド部の各々の冷却側から第１ 段階のベッド部の熱側に戻す流路が設けられる、ラインと、を有する活性磁気再 生装置。
35. ３５．第２段階のベッド部の冷却側から第１段階のベッド部の熱側までの流路に 熱変換器を有し、熱変換器は、熱変換器を通過する熱伝達流体が第１段階のベッ ド部の熱側に戻って通るとき、冷却すベき流体から熱を受け入れるように冷却す ベき流体を通す、請求の範囲第３４項に記載の装置。
36. ３６．熱伝達流体は、ヘリウムガスであり、冷却すべき流体は水素ガスである、 請求の範囲第３５項に記載の装置。
37. ３７．第１段階のベッド部の磁性材料は、ＧｄＮｉ２，ＧｄＰｄ及びニッケルの 一部をコバルトに置換した２つの混合物からなる群から選択され、第２段階のベ ッド部の磁性材料は、ＧｄＰｄとＥｒ０．８Ｌａ０．２からなる群から選択され る、請求の範囲第３６項に記載の装置。
38. ３８．入口と出口とを有するポンプと、第１段階のベッド部の熱側からポンプの 入口までとポンプの出口から第１段階のベッド部の熱側までの流路であって、第 ２段階のベッド部の冷却側からポンプの入力までの流路を設け、第１段階の第１ 及び第２ベッド部の熱側とポンプの入口及び出口との間のラインの中にある切換 バルブと設けているラインであって、熱伝達流体が、第１段階の第１ベッド部の 熱側からポンプの入口まで、及びポンプの出口から第１段階の第２ベッド部の熱 側まで供給される位置に切り換えることができ、かつ熱伝達流体が、第１段階の 第２ベッド部の熱側からポンプの入口に供給され、ポンプの出口が第１段階の第 １ベッド部の熱側に供給される第２位置に切り換えることができ、バルブの切換 は、ベッド部に対するマグネットの位置と同等であり、熱伝達流体は、ベッド部 が加えられる磁界を有することにより第１段階の第１ベッド部又は第２ベッド部 から供給される、請求の範囲第３４項に記載の装置。
39. ３９．切換バルブは、第１段階のベッド部から又はポンプの出口から、第１段階 のベッド部までの熱伝達流体の流れのない第３の位置に切り換えでき、熱伝達流 体は、マグネットがベッド部の一方又は他方に磁界を加えていない間、ポンプの 出口からポンプの入口に戻るラインを通って流れる、請求の範囲第３８項に記載 の装置。
40. ４０．ポンプの出口から第１段階のベッド部の熱側までの流路に設けられた追加 の熱変換器を含み、追加の熱変換器は、ベッド部の熱側に供給される熱伝達流体 から熱を取り出すように作動できる、請求の範囲第３８項に記載の装置。
41. ４１．（ａ）磁気熱量効果を派す材料で形成され、２つの側部を有する多孔性再 生ベッドを設け、 （ｂ）磁界を交互に再生ベッドに加えかつ再生ベッドから除くようにし、（ｃ） ベッドの一方側が高温であり、ベッドの他方側が低温であるように、熱伝達流体 を、磁界をベッドに加えない状態で一方向にベッドを通し、かつ熱伝達流体を、 磁界をベッドに加えた状態で他方向にベッドを通して、熱伝達流体は、磁界がベ ッドに加えられないときは熱側から冷却側にベッドを通過し、磁界がベッドに加 えられたときは冷却側から熱側にベッドを通過し、（ｄ）熱側から冷却側にベッ ドを通過する流体の量が、冷却側から熱側にベッドを通過する流体の量よりも大 きくなるように、ベッドを通過する熱伝達流体の一部を、ベッドの熱側から冷却 側に、そして熱側に戻るように分流する、熱伝達流体の再生冷却方法
42. ４２．ベッドの冷却側から熱側に分流する熱伝達流体に冷却すべき流体から熱を 引き出して、分流された流体を温め、かつ冷却すベき流体を冷却する、追加の段 階を含む、請求の範囲第４１項に記載の方法。
43. ４３．（ａ）磁気熱量効果を示す材料の２つのベッド部を有し、各ベッド部が高 温熱側と低温冷却側を有する多孔性再生ベッドを設け、（ｂ）磁界を交互に再生 ベッド部に加えかつ再生ベッドから除き、磁界が他方のベッド部から除かれてい るとき一方のベッド部に加えられ、（ｃ）磁界が再生ベッド部に加えられていな い状態で熱側から冷却側に第１の再生ベッドを通って熱伝達流体を通し、磁界を ベッド部に加えられている間、第１ベッド部を通過する流体の一部を第２ベッド 部を通って冷却側から熱側に通し、同時に、第１ベッド部を通過する流体の一部 を、ベッド部の熱側から冷却側に、そして熱側に戻るように分流させ、第２ベッ ド部を通過する流体を第１ベッド部の冷却側から熱側に、そして熱側に供給して 、第１ベッド部の冷却側から分流した流体と混合する、熱伝達流体の再生冷却方 法。
44. ４４．冷却すべき流体から、第１ベッド部の冷却側から熱側に分流される熱伝達 流体に熱を引き出して、冷却すべき流体を冷却し、分流された流体を温める、追 加の段階を含む、請求の範囲第４３項に記載の方法。
45. ４５．磁界を第１ベッド部と第２ベッド部に交互に加え、かつ磁界がベッド部に 加えられていないとき、第２ベッド部の熱側から冷却側に熱伝達流体を通し、磁 界をベッド部に加えている間、第２ベッド部の冷却側から熱側に通すため、第２ ベッド部を通過する流体の一部を第１ベッド部の冷却側に通し、第１及び第２ベ ッド部を通過する流体の一部を、第１ベッド部の熱側から通る流体と混合するた めに、第２ベッド部の熱側に戻すように分流する、請求の範囲第４３項に記載の 方法。
46. ４６．（ａ）細長い管状ハウジングと、（ｂ）ハウジングの中に取り付けられ、 積み重ね関係でハウジングの中に取り付けられた２つの側部を有する複数のベッ ド部で形成され、磁気熱量効果を示し、かつ熱伝達流体の流れの通る材料で形成 された、ベッド部と、（ｃ）ベッド部の一方のハウジングの中に形成された第１ 及び第２ポートと、ベッド部の他方のハウジングの中に形成された第１及び第２ ポートと、（ｄ）ハウジングの中にあり、各ベッド部の第１ポートからベッド部 の各部分の一方側に延びるチャンネルであって、各ベッド部の第２ポートからベ ッド部の各部分の他方側まで延び、熱伝達流体は、チャンネルを通ってベッド部 の各部分の一方側に流れ、平行な部分を通り、各部分の他方側を出て、各ベッド 部についての第２ポートに到るチャンネルを通って流れる、活性磁気再生装置用 再生ベッド構造物。
47. ４７．各ベッド部のベッド部分の各々に磁気熱量効果を示す材料は、磁気熱量効 果を示し熱伝達流体が通過できる間隙を備えた小さな球状のペレットを有する、 請求の範囲第４６項に記載の再生ベッド。
48. ４８．各ベッド部分は、磁気熱量材料のペレットを入れる円筒外部リングと、外 部リングの端部を密封し、かつ中に形成された側チャンネルを有する端キャップ を含み、熱伝達流体の流れを、一方の端キャップのチャンネルを横に通り、次い で磁気熱量材料を通って他方の端キャップに軸線方向に通り、次いで他方の端キ ャップのチャンネルを横に通るように向ける、請求の範囲第４７項に記載の再生 ベッド。
49. ４９．各ベッド部の各ベッド部分は、端キャップ間に軸線方向に延びて、熱伝達 流体がベッド部分を通過するとき、熱伝達流体を分流する、請求の範囲第４８項 に記載の再生ベッド。
50. ５０．ベッド部の磁性材料は、ＧｄＮｉ２，ＧｄＰｄ，ニッケルの一部をコバル トに置換した２つの混合物，ＧｄＰｄ及びＥｒ０．８Ｌａ０．２からなる群から 選択される請求の範囲第４６項に記載の装置。
51. ５１．（ａ）ＧｄＮｉ２，ＧｄＮｉ，ニッケルの一部をコバルトに置換した２つ の混合物からなる群から選択される磁気熱量効果を示す材料で形成され、高温熱 側と低温冷却側とを有する多孔性再生ベッドと、熱側及び冷却側の間のベッドを 通過でき、ベッドの材料で熱伝達を行う熱伝達流体と、磁界を作るマグネットと 、マグネットの磁界を交互に第１段階のベッドに加え、第１段階のベッドから除 く手段とを有する第１段階と、 （ｂ）ＧｄＰｄ，ＧｄＰｄ０．７５Ｎｉ０．２５，Ｅｒ０．８Ｌａ０．２からな る群から選択される磁気熱量効果を示す材料で形成され、高温熱側と低温冷却側 とを有する多孔性再生ベッドと、熱側及び冷却側の間のベッドを通過でき、ベッ ドの材料で熱伝達を行う熱伝達流体と、磁界を作るマグネットと、マグネットの 磁界を交互に第２段階のベッドに加え、第２段階のベッドから除く手段とを有す る第１段階と、 （ｃ）第１及び第２段階の再生ベッドに及び再生ベッドからの流体用の流路を作 り、第１段階の冷却側から第２段階のベッドの熱側までの熱伝達流体用流路を設 け、流体の少なくとも一部が、第２段階のベッドの冷却側から通るように第２段 階のベッドの冷却側から第１段階のベッドの熱側までの流路を設け、磁界がベッ ドから除くとき、流体の第１量を、各段階のベッドを通って各々の熱側から冷却 側に駆動させ、磁界がベッドに加えられるとき、流体の第２量を各段階のベッド を通って、各々の冷却側から熱側に駆動させる伝達手段と、を有する活性磁気再 生装置。
52. ５２．伝達手段は、第１段階のベッドを通る流体の第１量の一部を分流させるた めに、第１段階ベッドの冷却側から熱側までの流路を設け、その結果、流体は、 第１段階ベッドを通って冷却側から熱側に通ることなく、第１段階の熱側に戻っ て流れる、請求の範囲第５１項に記載の装置。
53. ５３．熱伝達流体はヘリウムガスである、請求の範囲第５１項に記載の装置。