JPH10300251A - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
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- JPH10300251A JPH10300251A JP9102891A JP10289197A JPH10300251A JP H10300251 A JPH10300251 A JP H10300251A JP 9102891 A JP9102891 A JP 9102891A JP 10289197 A JP10289197 A JP 10289197A JP H10300251 A JPH10300251 A JP H10300251A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】蓄冷材としてＥｒＮｉを用いた冷凍能力に優れ
た冷凍機を提供する。 【解決手段】冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを
用いるとともに、前記蓄冷材に磁場を印加できるように
し、さらに前記磁場の強さを冷凍機サイクルに同期して
変化させることを特徴とする冷凍機。
た冷凍機を提供する。 【解決手段】冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを
用いるとともに、前記蓄冷材に磁場を印加できるように
し、さらに前記磁場の強さを冷凍機サイクルに同期して
変化させることを特徴とする冷凍機。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機に関し、特
に、蓄冷材としてＥｒＮｉを用いた冷凍能力に優れた冷
凍機に関するものである。
に、蓄冷材としてＥｒＮｉを用いた冷凍能力に優れた冷
凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】極低温の冷凍機として、今日、ＧＭ（Ｇ
ｉｆｆｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）冷凍機が広く用いられて
いる。図５を参照して従来のＧＭ冷凍機の概略構成を説
明すると、図中、１は蓄冷器、２はシリンダ３内に摺動
自在に配置したピストン、４は熱交換器、５はコンプレ
ッサー、Ｖ１、Ｖ２はバルブであり、これらによって構
成された冷凍機は次のような動作をする。
ｉｆｆｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）冷凍機が広く用いられて
いる。図５を参照して従来のＧＭ冷凍機の概略構成を説
明すると、図中、１は蓄冷器、２はシリンダ３内に摺動
自在に配置したピストン、４は熱交換器、５はコンプレ
ッサー、Ｖ１、Ｖ２はバルブであり、これらによって構
成された冷凍機は次のような動作をする。
【０００３】最初ピストン２は、シリンダ３の底（図中
下方）にあり、高圧のヘリウムガスがバルブＶ１を通し
てコンプレッサー５からシリンダ３内のＡ室と蓄冷器１
の中に導入される。次にバルブＶ１を開けたままでピス
トン２を上昇させ、シリンダ３Ａ室内のヘリウムガスを
蓄冷器１を通してＢ室に移す。これをホットブローと呼
ぶ。この操作は、ヘリウムガスが蓄冷器１を通過する時
にその体積が収縮するため、等圧条件を満足するように
バルブＶ１を開けたままで行う。
下方）にあり、高圧のヘリウムガスがバルブＶ１を通し
てコンプレッサー５からシリンダ３内のＡ室と蓄冷器１
の中に導入される。次にバルブＶ１を開けたままでピス
トン２を上昇させ、シリンダ３Ａ室内のヘリウムガスを
蓄冷器１を通してＢ室に移す。これをホットブローと呼
ぶ。この操作は、ヘリウムガスが蓄冷器１を通過する時
にその体積が収縮するため、等圧条件を満足するように
バルブＶ１を開けたままで行う。
【０００４】次にバルブＶ１を閉め、バルブＶ２を開い
てシリンダ３内のＢ室の圧力を下げる。この過程でヘリ
ウムガスは膨張し、温度が減少することにより冷凍が行
われる。最後にピストン２を下げ、低温のヘリウムガス
がシリンダ３内のＢ室からＡ室に熱交換器４と蓄冷器１
を通して移動する。これをコールトブローと呼ぶ。上記
冷凍機では上記のような過程を１サイクルとして運転が
行われる。
てシリンダ３内のＢ室の圧力を下げる。この過程でヘリ
ウムガスは膨張し、温度が減少することにより冷凍が行
われる。最後にピストン２を下げ、低温のヘリウムガス
がシリンダ３内のＢ室からＡ室に熱交換器４と蓄冷器１
を通して移動する。これをコールトブローと呼ぶ。上記
冷凍機では上記のような過程を１サイクルとして運転が
行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このシステムの中で、
蓄冷器１に用いる材料「蓄冷材」としては比熱の大きな
材料が要求されるが、従来のＧＭ冷凍機では、蓄冷材と
してＥｒ3 ＮｉやＰｂが使用されていた。しかし、Ｅｒ
3 ＮｉやＰｂは蓄冷材として十分な比熱を有していると
は言えず、さらに大きな比熱を有する新しい蓄冷材が望
まれていた。
蓄冷器１に用いる材料「蓄冷材」としては比熱の大きな
材料が要求されるが、従来のＧＭ冷凍機では、蓄冷材と
してＥｒ3 ＮｉやＰｂが使用されていた。しかし、Ｅｒ
3 ＮｉやＰｂは蓄冷材として十分な比熱を有していると
は言えず、さらに大きな比熱を有する新しい蓄冷材が望
まれていた。
【０００６】こうした背景のなかで、本発明者等は、Ｅ
ｒＮｉが、常磁性から強磁性に転移する１０．５Ｋ付近
で従来の蓄冷材Ｅｒ3 ＮｉやＰｂなどよりも大きな比熱
を示し、蓄冷材として有望であることを確認し、本発明
はこの知見に基づいてされたものである。図２に、Ｅｒ
Ｎｉ蓄冷材の磁場中での比熱の実測値を示す。比較のた
めに従来のＧＭ冷凍機で用いられて来たＥｒ3 ＮｉやＰ
ｂのゼロ磁場での比熱も一緒に示す。この図からも明ら
かなようにＥｒＮｉが蓄冷材として極めて有望であるこ
とが判る。
ｒＮｉが、常磁性から強磁性に転移する１０．５Ｋ付近
で従来の蓄冷材Ｅｒ3 ＮｉやＰｂなどよりも大きな比熱
を示し、蓄冷材として有望であることを確認し、本発明
はこの知見に基づいてされたものである。図２に、Ｅｒ
Ｎｉ蓄冷材の磁場中での比熱の実測値を示す。比較のた
めに従来のＧＭ冷凍機で用いられて来たＥｒ3 ＮｉやＰ
ｂのゼロ磁場での比熱も一緒に示す。この図からも明ら
かなようにＥｒＮｉが蓄冷材として極めて有望であるこ
とが判る。
【０００７】本発明による冷凍機では、蓄冷材として比
熱の大きいＥｒＮｉを使用したため、冷凍機の効率が向
上するとともに、ＥｒＮｉに一定の磁場を印加すること
により冷凍能力を著しく飛躍させることができる。
熱の大きいＥｒＮｉを使用したため、冷凍機の効率が向
上するとともに、ＥｒＮｉに一定の磁場を印加すること
により冷凍能力を著しく飛躍させることができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した技術解決手段は、冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥ
ｒＮｉを用いたことを特徴とする冷凍機であり、冷凍機
の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを用いるとともに、前
記蓄冷材に磁場を印加できるように構成したことを特徴
とする冷凍機であり、冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥ
ｒＮｉを用いるとともに、前記蓄冷材に磁場を印加でき
るようにし、さらに前記磁場の強さを冷凍機サイクルに
同期して変化させることを特徴とする冷凍機である。
した技術解決手段は、冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥ
ｒＮｉを用いたことを特徴とする冷凍機であり、冷凍機
の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを用いるとともに、前
記蓄冷材に磁場を印加できるように構成したことを特徴
とする冷凍機であり、冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥ
ｒＮｉを用いるとともに、前記蓄冷材に磁場を印加でき
るようにし、さらに前記磁場の強さを冷凍機サイクルに
同期して変化させることを特徴とする冷凍機である。
【０００９】
【実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形
態を説明すると、図１は本発明の実施の形態に係る冷凍
機の構成図であり、この冷凍機は前述した従来の冷凍機
の蓄冷器１の付近に磁場を印加する磁場印加手段６を備
えており、他の構成要件は従来と同様である。前記磁場
印加手段６としては永久磁石や電磁石等の適宜磁石を使
用することができ、また磁場印加手段６の磁場制御も適
宜手段にて行うことができる。たとえば、永久磁石を使
用した場合、蓄冷材に永久磁石を近づけたり遠ざけたり
することで磁場の強さを変えることができ、また永久磁
石の移動手段として、各種のアクチュエータを使用する
ことができる。
態を説明すると、図１は本発明の実施の形態に係る冷凍
機の構成図であり、この冷凍機は前述した従来の冷凍機
の蓄冷器１の付近に磁場を印加する磁場印加手段６を備
えており、他の構成要件は従来と同様である。前記磁場
印加手段６としては永久磁石や電磁石等の適宜磁石を使
用することができ、また磁場印加手段６の磁場制御も適
宜手段にて行うことができる。たとえば、永久磁石を使
用した場合、蓄冷材に永久磁石を近づけたり遠ざけたり
することで磁場の強さを変えることができ、また永久磁
石の移動手段として、各種のアクチュエータを使用する
ことができる。
【００１０】上記構成の冷凍機の蓄冷器１に使用する蓄
冷材はＥｒＮｉであり、この蓄冷材には前述のように磁
場印加手段により、種々の形態で磁場を印加できるよう
にしてある。高熱源の温度を３０Ｋ、低熱源の温度を４
Ｋとし、蓄冷材としてＥｒＮｉを用い、それに磁場を印
加した場合の冷凍能力（Ｐr ／Ｐi ）のシミュレーショ
ンの結果を図３に示す。ここで、Ｐi は理想の、Ｐr は
実際のＧＭ冷凍機の冷凍能力を表しており、Ｌ１は蓄冷
機の全長、Ｌ２はその内の磁場を印加した部分の長さを
表す。またＢ（Ｔ）は印加磁場をテスラの単位であらわ
す。図から明らかなように、Ｌ２／Ｌ１＝０．５５、Ｂ
（Ｔ）＝２．１Ｔのときに最大値は０．６９５であり、
この値は磁場を印加しないときの値０．５２に比べ１．
３４倍となる。このようにＥｒＮｉは一定の磁場を印加
することにより冷凍能力が増大することが明らかなっ
た。
冷材はＥｒＮｉであり、この蓄冷材には前述のように磁
場印加手段により、種々の形態で磁場を印加できるよう
にしてある。高熱源の温度を３０Ｋ、低熱源の温度を４
Ｋとし、蓄冷材としてＥｒＮｉを用い、それに磁場を印
加した場合の冷凍能力（Ｐr ／Ｐi ）のシミュレーショ
ンの結果を図３に示す。ここで、Ｐi は理想の、Ｐr は
実際のＧＭ冷凍機の冷凍能力を表しており、Ｌ１は蓄冷
機の全長、Ｌ２はその内の磁場を印加した部分の長さを
表す。またＢ（Ｔ）は印加磁場をテスラの単位であらわ
す。図から明らかなように、Ｌ２／Ｌ１＝０．５５、Ｂ
（Ｔ）＝２．１Ｔのときに最大値は０．６９５であり、
この値は磁場を印加しないときの値０．５２に比べ１．
３４倍となる。このようにＥｒＮｉは一定の磁場を印加
することにより冷凍能力が増大することが明らかなっ
た。
【００１１】次に、コールドブローの前に蓄冷器に磁場
ＢH を印加し、断熱励磁する。このとき発生した熱はそ
の直後のコールドブロー時にヘリウムガスによって高熱
源に運ばれる。逆にホットブローの前に蓄冷器にかかっ
ている磁場ＢH を断熱減磁してＢL にすることにより蓄
冷器の温度を下げる。その直後にホットブローで蓄冷器
を通過するヘリウムガスが冷却され、低熱源がより低温
になる。この操作によってガス冷凍（ＧＭ冷凍）だけで
なく、磁気冷凍の効果もプラスされるので冷凍能力が増
大する。これは磁気冷凍とガス冷凍の「ハイブリッド冷
凍機」ということができる。
ＢH を印加し、断熱励磁する。このとき発生した熱はそ
の直後のコールドブロー時にヘリウムガスによって高熱
源に運ばれる。逆にホットブローの前に蓄冷器にかかっ
ている磁場ＢH を断熱減磁してＢL にすることにより蓄
冷器の温度を下げる。その直後にホットブローで蓄冷器
を通過するヘリウムガスが冷却され、低熱源がより低温
になる。この操作によってガス冷凍（ＧＭ冷凍）だけで
なく、磁気冷凍の効果もプラスされるので冷凍能力が増
大する。これは磁気冷凍とガス冷凍の「ハイブリッド冷
凍機」ということができる。
【００１２】図４は磁場ＢH とＢL の組み合わせと冷凍
能力の関係を示したものである。ＢL ＝０．２Ｔ、ＢH
＝０．３９Ｔの時最大０．７７３を示す。この値は、磁
場を印加しない時に比べて、１．５倍の冷凍能力になる
ことを示している。現在市販されている最強の永久磁石
（Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ）の表面磁場は約０．３Ｔであるか
ら、この磁石を用いる場合にはＢL ＝０．１４Ｔ、ＢH
＝０．３Ｔとして、図から冷凍能力０．６８が得られ
る。この値は磁場を印加しない時の値０．５２に比べて
１．３倍の冷凍能力になることを示している。このこと
は、磁石を冷凍サイクルに同期して蓄冷器に近づけたり
遠ざけたりするだけで、容易に冷凍能力が１．３倍とな
ることを示している。
能力の関係を示したものである。ＢL ＝０．２Ｔ、ＢH
＝０．３９Ｔの時最大０．７７３を示す。この値は、磁
場を印加しない時に比べて、１．５倍の冷凍能力になる
ことを示している。現在市販されている最強の永久磁石
（Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ）の表面磁場は約０．３Ｔであるか
ら、この磁石を用いる場合にはＢL ＝０．１４Ｔ、ＢH
＝０．３Ｔとして、図から冷凍能力０．６８が得られ
る。この値は磁場を印加しない時の値０．５２に比べて
１．３倍の冷凍能力になることを示している。このこと
は、磁石を冷凍サイクルに同期して蓄冷器に近づけたり
遠ざけたりするだけで、容易に冷凍能力が１．３倍とな
ることを示している。
【００１３】上述したように本発明は、蓄冷材としてＥ
ｒＮｉを用い、さらに蓄冷材に磁場を印加することによ
り、従来の冷凍機に比較して大幅に冷凍能力を増大する
ことができる。この場合磁場を印加する手段として永久
磁石に限らず、電磁石などを使用することができること
は言うまでもない。また、蓄冷材に印加する磁場の強さ
は永久磁石を適宜手段により近づけたり遠ざけたりする
ばかりでなく、電磁石への電流制御等により行うことも
できる。なお、本発明はその精神また主要な特徴から逸
脱することなく、他の色々な形で実施することができ、
そのため前述の実施の形態は単なる例示に過ぎず、限定
的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範
囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものであ
る。
ｒＮｉを用い、さらに蓄冷材に磁場を印加することによ
り、従来の冷凍機に比較して大幅に冷凍能力を増大する
ことができる。この場合磁場を印加する手段として永久
磁石に限らず、電磁石などを使用することができること
は言うまでもない。また、蓄冷材に印加する磁場の強さ
は永久磁石を適宜手段により近づけたり遠ざけたりする
ばかりでなく、電磁石への電流制御等により行うことも
できる。なお、本発明はその精神また主要な特徴から逸
脱することなく、他の色々な形で実施することができ、
そのため前述の実施の形態は単なる例示に過ぎず、限定
的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範
囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものであ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、比熱の高いＥｒＮｉを蓄冷材として用いたため、従
来のガス冷凍機に比較して冷凍能力を大幅に向上するこ
とができる。また、蓄冷材へ印加する磁場の強さを冷凍
機サイクルに同期して変化させることにより冷凍能力を
容易に増大することができる、等の優れた効果を奏する
ことができる。
ば、比熱の高いＥｒＮｉを蓄冷材として用いたため、従
来のガス冷凍機に比較して冷凍能力を大幅に向上するこ
とができる。また、蓄冷材へ印加する磁場の強さを冷凍
機サイクルに同期して変化させることにより冷凍能力を
容易に増大することができる、等の優れた効果を奏する
ことができる。
【図１】本発明に係わるＧＭ冷凍機の概略構成図であ
る。
る。
【図２】ＥｒＮｉ蓄冷材の磁場中での比熱の実測値を示
す図である。
す図である。
【図３】蓄冷材としてＥｒＮｉを用い、それに磁場を印
加した場合の冷凍能力（Ｐr ／Ｐi ）のシミュレーショ
ンの結果である。
加した場合の冷凍能力（Ｐr ／Ｐi ）のシミュレーショ
ンの結果である。
【図４】磁場ＢH とＢL の組み合わせと冷凍能力の関係
を示した図である。
を示した図である。
【図５】従来のＧＭ冷凍機の概略構成図である。
１ 蓄冷器 ２ ピストン ３ シリンダ ４ 熱交換器 ５ コンプレッサー ６ 磁場印加手段
Claims (5)
- 【請求項１】冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを
用いたことを特徴とする冷凍機。 - 【請求項２】冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを
用いるとともに、前記蓄冷材に磁場を印加できるように
構成したことを特徴とする冷凍機。 - 【請求項３】冷凍機の蓄冷器の蓄冷材としてＥｒＮｉを
用いるとともに、前記蓄冷材に磁場を印加できるように
し、さらに前記磁場の強さを冷凍機サイクルに同期して
変化させることを特徴とする冷凍機。 - 【請求項４】前記磁場は永久磁石によって付与すべく構
成したことを特徴とする請求項３に記載の冷凍機。 - 【請求項５】前記磁場の強さは永久磁石を蓄冷材に対し
て移動させることにより変化させるようにしたことを特
徴とする請求項３に記載の冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10289197A JP3766507B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | 冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10289197A JP3766507B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | 冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10300251A true JPH10300251A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3766507B2 JP3766507B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=14339492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10289197A Expired - Fee Related JP3766507B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | 冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3766507B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024647A1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-04-12 | Abi Limited | Method and apparatus for quick freezing |
| JP2007155237A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Toshiba Corp | 熱輸送装置 |
| EP1818628A3 (de) * | 2006-02-11 | 2009-01-21 | Bruker BioSpin AG | Hybrid-Wärmepumpe/Kältemaschine mit magnetischer Kühlstufe |
| US7594406B2 (en) | 2004-08-25 | 2009-09-29 | Ulvac Cryogenics, Inc. | Regenerator and cryogenics pump |
| CN102538285A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-04 | 中国科学院理化技术研究所 | 磁制冷与回热式气体制冷复合制冷的制冷方法和制冷装置 |
| RU211504U1 (ru) * | 2022-01-31 | 2022-06-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые пищевые технологии" | Мобильное устройство для замораживания продуктов растительного происхождения |
-
1997
- 1997-04-21 JP JP10289197A patent/JP3766507B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024647A1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-04-12 | Abi Limited | Method and apparatus for quick freezing |
| US6250087B1 (en) | 1999-10-01 | 2001-06-26 | Abi Limited | Super-quick freezing method and apparatus therefor |
| AU779275B2 (en) * | 1999-10-01 | 2005-01-13 | Abi Limited | Method and apparatus for quick freezing |
| US7594406B2 (en) | 2004-08-25 | 2009-09-29 | Ulvac Cryogenics, Inc. | Regenerator and cryogenics pump |
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| EP1818628A3 (de) * | 2006-02-11 | 2009-01-21 | Bruker BioSpin AG | Hybrid-Wärmepumpe/Kältemaschine mit magnetischer Kühlstufe |
| CN102538285A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-04 | 中国科学院理化技术研究所 | 磁制冷与回热式气体制冷复合制冷的制冷方法和制冷装置 |
| WO2012088747A1 (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-05 | 中国科学院理化技术研究所 | 磁制冷与回热式气体制冷复合的制冷方法和制冷装置 |
| EP2660538A4 (en) * | 2010-12-29 | 2014-06-18 | Chinese Acad Tech Inst Physics | COOLING METHOD AND DEVICE COMPRISING A MAGNETIC COOLING AND REGENERATIVE GAS COOLING |
| RU211504U1 (ru) * | 2022-01-31 | 2022-06-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые пищевые технологии" | Мобильное устройство для замораживания продуктов растительного происхождения |
| RU211765U1 (ru) * | 2022-01-31 | 2022-06-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые пищевые технологии" | Мобильное устройство для быстрого охлаждения продуктов растительного происхождения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3766507B2 (ja) | 2006-04-12 |
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