JPS60103273A - 磁気冷凍機 - Google Patents
磁気冷凍機Info
- Publication number
- JPS60103273A JPS60103273A JP21084783A JP21084783A JPS60103273A JP S60103273 A JPS60103273 A JP S60103273A JP 21084783 A JP21084783 A JP 21084783A JP 21084783 A JP21084783 A JP 21084783A JP S60103273 A JPS60103273 A JP S60103273A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- working material
- working
- temperature
- magnetic refrigerator
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
- F25B2321/0021—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は２０に以下の温度を発生する極低温冷凍機に係
り、とくに磁気冷凍機の作業物質に関する。
り、とくに磁気冷凍機の作業物質に関する。
４Ｋから２０にの温度範囲で動作する磁気冷凍機につい
て、第、１図を用いて説明する。磁気冷凍機の２０にの
高温側ステージ１は小型気体冷伸機２０２０にステージ
３とワイヤメツシュ４などで熱的に接続され、約２０Ｋ
に冷却される。セラミックスやガラスなどの熱絶縁物５
と磁気冷凍の作業物質６（Ｇｄ５ＧａｓＯｔｚなど）を
組み合わせて、ピストンとし、これは上下駆動棒７によ
って上下運動きれる。ピストンと２０に置部側ステージ
１０間のすきまは５〜５０μｍである。ピストンの上下
運動によって、作業物質６は超電導マグネット８ａ、８
ｂによって形成される筒磁界中を出入りする。第１図の
状態は作業物質６が下端部にある状態で、この時、作業
物質６に印加式れる磁界ははソ零となる。９は熱伝導度
が高い銅などのワイヤメツシュで、液体ヘリウム１０に
より超電導マグネット８ａ、８ｂを約５に以−トに保っ
ている。
て、第、１図を用いて説明する。磁気冷凍機の２０にの
高温側ステージ１は小型気体冷伸機２０２０にステージ
３とワイヤメツシュ４などで熱的に接続され、約２０Ｋ
に冷却される。セラミックスやガラスなどの熱絶縁物５
と磁気冷凍の作業物質６（Ｇｄ５ＧａｓＯｔｚなど）を
組み合わせて、ピストンとし、これは上下駆動棒７によ
って上下運動きれる。ピストンと２０に置部側ステージ
１０間のすきまは５〜５０μｍである。ピストンの上下
運動によって、作業物質６は超電導マグネット８ａ、８
ｂによって形成される筒磁界中を出入りする。第１図の
状態は作業物質６が下端部にある状態で、この時、作業
物質６に印加式れる磁界ははソ零となる。９は熱伝導度
が高い銅などのワイヤメツシュで、液体ヘリウム１０に
より超電導マグネット８ａ、８ｂを約５に以−トに保っ
ている。
磁気冷凍はピストンを上下運動することによシ、作業物
質６を超″亀導コイル８ａ、８ｂ中を出入りさせる。こ
ｎによって作業−貞６の磁気エントロピーを増減させる
ものである。即ち第２図に示すように、まず、囚−但の
過程で断熱的に磁束Ｂを増ＤＩする。次に（ロ）→０の
過程で準等温的に磁束を増加して磁気エントロピー勿減
少させる。作業物質６は超電導マグネット８ａの中に入
っておシ、この時、作業物質６中で発生する熱量Ｑｈは
２０に冷却ステージ１へ熱伝導によって伝わる。次に磁
気エントロピーを減少式せた状態で、作業物質６を第１
図のように下端に移！ＪＪＪ烙せ、断熱的に磁界を減少
させると、（Ｑ→（至）→囚の過程で作業物質６の温度
は低下する。第２図に示した逆カルノササイクルからも
明らかなように、磁気冷凍の作業物質６としては次のよ
うな条件を満足する必要がある。（１）動作温度におい
て磁、場によって大きな磁気エントロピー変化がある。
質６を超″亀導コイル８ａ、８ｂ中を出入りさせる。こ
ｎによって作業−貞６の磁気エントロピーを増減させる
ものである。即ち第２図に示すように、まず、囚−但の
過程で断熱的に磁束Ｂを増ＤＩする。次に（ロ）→０の
過程で準等温的に磁束を増加して磁気エントロピー勿減
少させる。作業物質６は超電導マグネット８ａの中に入
っておシ、この時、作業物質６中で発生する熱量Ｑｈは
２０に冷却ステージ１へ熱伝導によって伝わる。次に磁
気エントロピーを減少式せた状態で、作業物質６を第１
図のように下端に移！ＪＪＪ烙せ、断熱的に磁界を減少
させると、（Ｑ→（至）→囚の過程で作業物質６の温度
は低下する。第２図に示した逆カルノササイクルからも
明らかなように、磁気冷凍の作業物質６としては次のよ
うな条件を満足する必要がある。（１）動作温度におい
て磁、場によって大きな磁気エントロピー変化がある。
（Ｚ） ｏｒｄｅｒ ｉｎｇ温度Ｔ。
が低い。（３）格子および成子の熱容量が小さい。（４
）熱伝導率がよい。（５）磁性イオン当りの体積が小さ
い。（６）加工が容易で、化学的に安定でろり、安価で
ある。
）熱伝導率がよい。（５）磁性イオン当りの体積が小さ
い。（６）加工が容易で、化学的に安定でろり、安価で
ある。
現在、この作業物質には太＠な磁気エントロピー変化址
と比較的高い熱伝導率を示すガドリニウム・ガリクム・
ガーネット（Ｇｄ５Ｇａｌ、０１２ ）が使用されティ
る。（例えば、Ｊ 、 Ａ、 Ｂａｒｃｌａｙ ａｎｄ
Ｗ、 Ａ−５ｔｅｙｅｒｔ ＣＲＹＯＧＥＮＩＣ８２２
（１９８２） ７３゜）Ｇ ｄ ３ Ｇ ａ ｓ ０１
２は磁気冷凍用の作業物質として、もつとも優れた熱、
磁気時性を示すが、Ｑａを構成元素にしているため、高
価という問題がある。また、磁気冷凍機の性能が作業物
質の諸物件に負うところ大であり、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２
より安価で、かつ優れた特性をもつ作業物質の開発が望
まれていた。
と比較的高い熱伝導率を示すガドリニウム・ガリクム・
ガーネット（Ｇｄ５Ｇａｌ、０１２ ）が使用されティ
る。（例えば、Ｊ 、 Ａ、 Ｂａｒｃｌａｙ ａｎｄ
Ｗ、 Ａ−５ｔｅｙｅｒｔ ＣＲＹＯＧＥＮＩＣ８２２
（１９８２） ７３゜）Ｇ ｄ ３ Ｇ ａ ｓ ０１
２は磁気冷凍用の作業物質として、もつとも優れた熱、
磁気時性を示すが、Ｑａを構成元素にしているため、高
価という問題がある。また、磁気冷凍機の性能が作業物
質の諸物件に負うところ大であり、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２
より安価で、かつ優れた特性をもつ作業物質の開発が望
まれていた。
不発明の目的は４〜２０にの温度範囲で動作する磁気冷
凍用の新しい作業物質を提供することに必し、とくに、
熱容量が不妊く、ｏｒｄｅｒｉｎｇ温度が低く、かつ安
価な単結晶の作業物質を提供することである。
凍用の新しい作業物質を提供することに必し、とくに、
熱容量が不妊く、ｏｒｄｅｒｉｎｇ温度が低く、かつ安
価な単結晶の作業物質を提供することである。
上記目的を達成するための本発明の構成は、分子式ｏａ
２ｓ ｉ ｏｓで我わされるケイ酸ガドリニウム単結晶
を作業物質とすることにある。
２ｓ ｉ ｏｓで我わされるケイ酸ガドリニウム単結晶
を作業物質とすることにある。
磁気冷凍用作業物質としてはその電子構造から軌道角運
１ｇ１ｌｉが０で、スピンがＪ＝’ｌ／ＺであるＧｄを
含む物質が望ましい。Ｇｄを含む化合物の中から、（１
）゛電気的に絶縁体でおる、（２）安価な単結晶を得る
ために、融液から直接単結晶が得られる、（３）熱容量
を小さくするために、軽元素との化合物である等の条件
を設定し、材料探索を行った。その結果ケイ酸ガドリニ
ウム（ＧｄｚＳ ｉ Ｏｓ ）が磁気冷凍用作業物質と
して極めて優れていることを児い出した。
１ｇ１ｌｉが０で、スピンがＪ＝’ｌ／ＺであるＧｄを
含む物質が望ましい。Ｇｄを含む化合物の中から、（１
）゛電気的に絶縁体でおる、（２）安価な単結晶を得る
ために、融液から直接単結晶が得られる、（３）熱容量
を小さくするために、軽元素との化合物である等の条件
を設定し、材料探索を行った。その結果ケイ酸ガドリニ
ウム（ＧｄｚＳ ｉ Ｏｓ ）が磁気冷凍用作業物質と
して極めて優れていることを児い出した。
ケイ酸ガドリニウムのｏｒｄｅｒｉｎｇ温度は約２．５
にで低く、低温度の動作が可能である。熱伝導率は４．
２Ｋにおいて５０Ｗ／ｍ−にで酸化物としては高いＩＩ
ＩＩを示す。まだ、高い熱伝導を有効にオＵ用するため
には単結晶として吐出するのが窒ましいが、Ｇｄ ２
Ｓ ＋Ｏｓは引上げ法によって直１２５ｍ以上の単結晶
が育成でき、原材料も酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）
、酸化ケイ素（Ｓ ｉ ０２）で安価な点が特徴であ
る。
にで低く、低温度の動作が可能である。熱伝導率は４．
２Ｋにおいて５０Ｗ／ｍ−にで酸化物としては高いＩＩ
ＩＩを示す。まだ、高い熱伝導を有効にオＵ用するため
には単結晶として吐出するのが窒ましいが、Ｇｄ ２
Ｓ ＋Ｏｓは引上げ法によって直１２５ｍ以上の単結晶
が育成でき、原材料も酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）
、酸化ケイ素（Ｓ ｉ ０２）で安価な点が特徴であ
る。
以下、不発明を災施りＵでもって説明する。
実施例
作業物質６となるケイ酸ガドリニウム（Ｇｄ２ Ｓ １
ｔｓ）単結晶の作ＪＡ法についてまず述べる。
ｔｓ）単結晶の作ＪＡ法についてまず述べる。
酸化ガドリニウム（Ｇａ２０３）と酸化ケイ素（ＳｉＯ
２）を等モルの割合で混合し、１４００Ｃで加熱するこ
とにより、多結晶Ｇｄ２ＳｉＯ５を作製した。多結晶体
を直径５０ｍのイリジウム（Ｉｒ）るつぼに人れ、高周
波誘導加熱により浴融した。融点は１７００Ｃでめった
。浴融体より通常のチョクラルスキー法（回転引上法）
により［ＯＵＸ］を成長軸とする直径２８ｍｍ、長さ５
０闘の単結晶をａ成した。育成雰囲気は窒素で、結晶の
回転速度は７５０＋ｉｎ−’、引上速度は３ ｒｒｒｍ
／ ｈでβつだ。
２）を等モルの割合で混合し、１４００Ｃで加熱するこ
とにより、多結晶Ｇｄ２ＳｉＯ５を作製した。多結晶体
を直径５０ｍのイリジウム（Ｉｒ）るつぼに人れ、高周
波誘導加熱により浴融した。融点は１７００Ｃでめった
。浴融体より通常のチョクラルスキー法（回転引上法）
により［ＯＵＸ］を成長軸とする直径２８ｍｍ、長さ５
０闘の単結晶をａ成した。育成雰囲気は窒素で、結晶の
回転速度は７５０＋ｉｎ−’、引上速度は３ ｒｒｒｍ
／ ｈでβつだ。
育成した結晶よシ、直径２５圏、長さ２５ｍｍの円柱体
を機械加工で作製し、第１図に示す構造の磁気冷凍機に
このＧｄ２ＳｉＯ５単結晶を作業物質６として取付けた
。尚磁場側の磁界を７Ｔ（テスラー 、 １１１６ ｓ
１ ａ ）、低磁場側の磁界をはゾＯＴとし、尚部側
、低温側の温度をそれぞれ、２０ Ｋ、 ４．４にとし
た。ピストンを１）（Ｚの周波数で動作式せた。
を機械加工で作製し、第１図に示す構造の磁気冷凍機に
このＧｄ２ＳｉＯ５単結晶を作業物質６として取付けた
。尚磁場側の磁界を７Ｔ（テスラー 、 １１１６ ｓ
１ ａ ）、低磁場側の磁界をはゾＯＴとし、尚部側
、低温側の温度をそれぞれ、２０ Ｋ、 ４．４にとし
た。ピストンを１）（Ｚの周波数で動作式せた。
その結果、放熱量が３２Ｗで、冷凍能力が６．８Ｗであ
ることが分った。これは作業物質早位体積必たりＯ，ｌ
４ Ｗ ／ ｃｍ３に相当し、同じ冷凍機にＧｄａＧ
ａｓＯｕを作業物質６とした時の値、０．１５Ｗ／ ｃ
ｍ ３にわずかに劣る７乞けでβった。
ることが分った。これは作業物質早位体積必たりＯ，ｌ
４ Ｗ ／ ｃｍ３に相当し、同じ冷凍機にＧｄａＧ
ａｓＯｕを作業物質６とした時の値、０．１５Ｗ／ ｃ
ｍ ３にわずかに劣る７乞けでβった。
本発明のＱｄ２８１０ｓ単結晶を作業物質として用いた
磁気冷凍機は冷凍能力が大きく、かつ、作業物質の価格
がこれまでのＧｄ５Ｇ”５０１２に比べて約６０チにな
るという経済的利点がある。
磁気冷凍機は冷凍能力が大きく、かつ、作業物質の価格
がこれまでのＧｄ５Ｇ”５０１２に比べて約６０チにな
るという経済的利点がある。
第１図は磁気冷凍４戊の概略を示す図、第２図は磁気冷
凍機の動作を説明するエントロピー・温度線図上の冷凍
サイクル図である。 ｌ・・・高温側ステージ、２・・・小型気体冷凍戦、３
・・・２０にステージ、４・・・ワイヤメツシュ、５・
・・熱絶縁物、６・・・作業ｍ質、７・・・上丁駆励俸
、８・・・超電導コイル、９・・・ワイヤメツシュ、１
０−Ｕ体ヘリ第 １ 図 − シ凰友 （Ｋ）
凍機の動作を説明するエントロピー・温度線図上の冷凍
サイクル図である。 ｌ・・・高温側ステージ、２・・・小型気体冷凍戦、３
・・・２０にステージ、４・・・ワイヤメツシュ、５・
・・熱絶縁物、６・・・作業ｍ質、７・・・上丁駆励俸
、８・・・超電導コイル、９・・・ワイヤメツシュ、１
０−Ｕ体ヘリ第 １ 図 − シ凰友 （Ｋ）
Claims (1)
- 分子式Ｇｄ２５ｉＱ、で表わされるケイ酸ガドリニウム
単結晶を作業物質とし極低温用に用いる磁気冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21084783A JPS60103273A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 磁気冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21084783A JPS60103273A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 磁気冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60103273A true JPS60103273A (ja) | 1985-06-07 |
Family
ID=16596091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21084783A Pending JPS60103273A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 磁気冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60103273A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007267535A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | 回転電機 |
-
1983
- 1983-11-11 JP JP21084783A patent/JPS60103273A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007267535A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | 回転電機 |
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