JPS5993158A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、冷凍効率の向上化を図れるようにした磁気冷
凍装置に関する。

〔従来技術をその問題点〕

従来、磁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。この磁気冷凍装置は、断熱消磁によって
冷えた磁性体で被冷却物から熱を奪わせるようにしたも
ので、通常の気体冷凍装置に較べて単位体積当りの冷凍
能力が高いと云う利点を備えでいｒｕ。

ところで、磁気冷凍装置の場合には、断熱磁化によって
磁性体、つまり作業物質に発生した熱を外部へ逃がす排
熱過程と、断熱消磁によって冷えた作業物質で被冷却物
から熱を奪わせる吸熱過程との２つの熱交換過程を交互
に行なわせる必要がある。このように、２つの熱交換過
程を交互に行なわせ、効率の高い冷凍サイクルを実現す
るには、排熱過稈では作業物質から被冷却物への熱移動
を確実に断つ必要があり、また吸熱過程では被冷却物か
ら作業物質へ向けて速やかに熱移動させる必要がある。

このようなことから、従来装置にあっては、排熱過程を
実行する部屋と、吸熱過程を実行する部屋とを設け、作
業物質を両部屋に気密的に交互に進入させるようにして
いる。

しかしながら上記のように構成された装置にあっては、
作業物質を両部屋に気密的に交互に進入させるために信
頼性に富んだシール機構を必要とし、このようなシール
機構を構成することは実際問題として困難であることか
らして、冷凍効率の低下を免れ得ない問題があった。ま
た、最も重要な要素である作業物質を機構的に移動させ
る必要があるので構造の複雑化を免れ得ない問題もあっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、簡単な構成であるにも関わらず
、高い冷凍効率を発揮し得る磁気冷凍装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、磁界内に入ると発熱し、磁界外へ出ると吸熱
する作業物質と、この作業物質を周期的に磁界内に位置
さぜる装置と、前記作業物質の表面の一部を凝縮部とす
る密封容器と、前記作業物質が磁界内に入っているとき
前記作業物質を冷媒で冷却し、前記作業物質が磁界外に
なったときは前記密封容器の凝縮部に前記冷媒を流通さ
せる冷却装置とで構成した磁気冷凍装置にある。

〔発明の効果〕

上記構成であると、作込物質の表面の一部を直接凝縮部
とした密封容器を用いているので、吸熱過程時に、前配
密封容器の凝縮部温度を作業物質の表面温度と等しくで
き、両者間での熱損失をなくすことができる。したがっ
て、作業物質の表面の一部を密封容器の凝縮部にしたこ
とで冷凍効用率を大幅に向上させることができる。また
、作業物質を機械的に移動させることなしに冷凍効率を
高めることができるので、従来装置に較べて構造も頗る
簡単化できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図では、その要部だけを取り出して示している。

図において、１はたとえばガドリニウムガリウムガーネ
ットの単結晶塊体な円柱状に加工して形成され軸心線を
重力方向に対して平行させて配置された作業物質であり
、この作業物質１の回りには上記作業物質１と同心的に
超電導コイル２が配置されている。

しかして、作業物質１の上端面には、キャップ状の部材
３が固着されており、この部材３と作業物質１の上端面
との間に形成された空洞４は配管５ａ，５ｂ、バルブ６
，７を介して小型冷凍機８の冷媒入口管１０とに接続さ
れている。また、上記冷媒出口管９と冷媒入口管１０と
の間にはバイパス用のバルブ１１が接続されている。上
記冷凍帰は、実際には２０ｋ以下のヘリウムガスを生成
するものが用いられている。

一方、作業物質１の回りには上記作業物質１の外周面を
直接に凝縮部１２とし、前記キャップ状部材３と接続さ
れる密封容器１３が配置されている。

この密封容器１３は、作業物質１の外周面上の間に間隙
１４をあけて同心的に配置され、上端部が前記部材３の
外周縁部に気密に接続されるとともに下端部が作業物質
１の下端面より下方に延出した金属材製の貯溜部を５を
備えている。なお、密封容器１３、作業物質１および超
電導コイル２は図示しない真空容器内に一体的に収容を
れている。

そして、上記超電導コイル２の付勢およびバルブ６、７
、１１の開閉は制御装置２１によって後述する関係に制
御される。

次に、上記のように構成された装置の動作を説明する。

まず、バルブ６、７が“閉”に、バルブ１１が“開”に
保持されて、冷凍機８から排出された２０ｋ以下のヘリ
ウムガスが冷媒出口管９〜バルブ１１〜冷媒入口管１０
の経路で循環しているものとする。

この状態で、制郵装置２１に動作開始指令を与えると、
制御装置２１は、まず超電導コイル２を付勢し、続いて
、バルブ６、７を“開”に、バルブ１１を“閉”に制御
する。超電導コイル２が付勢されると、作業物質１は磁
界内に置かれることになるので、断熱磁化の状態となり
発熱する、このとき、空洞４内には２０ｋ以下のヘリウ
ムガスが流れているので、作業物質１で発生した熱はヘ
リウムガスによって直接的に奪われる。したがって、作
業物質１の温度上昇は抑えられ、排熱過程が実行される
。

続いて、制御装置２１は、バルブ１１を“開”に、バル
ブ６を“閉”に制御し、次に超電導コイル２の付勢を停
止させる。この結果、作業物質１は磁界外へ出ることに
なるので断熱消磁の状態となり、急速に温度降下する。

そして、作業物質１の温度が４、２ｋ以下まで低下する
と、冷凍機８からのヘリウムガスがバルブ７、１１を通
過して密封容器１３の間隙１４内に流れ、ヘリウムガス
は密封容器１３の凝縮部１２すなわち作業物質１の外周
面で液化して密封容器１３の貯槽部１５に落下する。こ
のようにして吸熱過程が実行されることになる。そして
、制御装置２１は上述した一連の制御を繰り返す。した
がって冷凍機８から供給されるヘリウムガスは冷却され
て液化されることになり、ここに冷凍装置としての機能
が発揮される。

尚、冷凍機８からヘリウムガスを供給して作業物質１を
冷却するときは、密封容器１３内にはヘリウムガスが充
満しているので密封容器１３の貯槽部５内に入ることは
ない。一方、作業物質１を磁界外にするときは作業物質
１は吸熱作業を行うので冷凍機８から供給するヘリウム
ガスは冷却されて液化するので密封容器１３内は減圧し
、更に冷凍機８からヘリウムガスを密封容器１３内に引
き込むことになる。

上述した実施例では、超電導コイルを付勢したり、付勢
を停止することによって作業物質を磁界の内外へ交互に
出し入れするようにしているが、超電導コイルを付勢し
たまゝの状態にしておき、コイルを軸方向に周期的に移
動させることによって作業物質を磁界の内、外へ交互に
出し入れするようにしてもよい。また、超電導コイルに
限られるものでもない。また、コイルや作業物質の支持
は任意に設定できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例に係る磁気冷凍装置の要部を一
部切欠して示す構成説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁界内に入ると発熱し、磁界外は出ると吸熱する作業物
   質と、この作業物質を周期的に磁界内に位置させる装置
   と、前記作業物質の表面の一部を凝縮部とする密閉容器
   と、前記作業物質が磁界内に入っているとき前記作業物
   質を冷媒で冷却し、前記作業物質が磁界外になったとき
   は前記密封容器の凝縮部に前記冷媒を流通させる冷却装
   置とを具備してなることを特徴とする磁気冷凍装置。