JPS60169059A - Helium liquefying refrigerator - Google Patents

Helium liquefying refrigerator

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JPS60169059A
JPS60169059A JP59022771A JP2277184A JPS60169059A JP S60169059 A JPS60169059 A JP S60169059A JP 59022771 A JP59022771 A JP 59022771A JP 2277184 A JP2277184 A JP 2277184A JP S60169059 A JPS60169059 A JP S60169059A
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JP
Japan
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magnetic field
helium
heat
tank
working
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JP59022771A
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Japanese (ja)
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秀樹 中込
聡 安田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0255696B2 publication Critical patent/JPH0255696B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0021Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、磁気熱量効果を利用したヘリウム液化冷凍装
置に係シ、特に冷凍効率の向上化を図れるようにしたヘ
リウム液化冷凍装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a helium liquefaction refrigeration system that utilizes the magnetocaloric effect, and particularly to a helium liquefaction refrigeration system that is capable of improving refrigeration efficiency.

〔発明の背景技術とその問題点〕[Background technology of the invention and its problems]

従来、磁性体の磁気熱量効果を利用したヘリウム液化冷
凍装置が知られている。この冷凍装置は、断熱消磁によ
って冷えだ磁性体で被冷却物であるヘリウムガスを凝縮
させるようにしたもので、通常の圧縮形冷凍装置べに較
べて単位体植当りの冷凍能力が高いと云う利点を備えて
いる。
BACKGROUND ART Conventionally, helium liquefaction refrigeration equipment that utilizes the magnetocaloric effect of a magnetic material has been known. This refrigeration system uses a magnetic material that cools through adiabatic demagnetization to condense helium gas, which is the object to be cooled, and is said to have a higher refrigerating capacity per unit than ordinary compression type refrigeration equipment. It has advantages.

ところで、このような冷凍装置の場合には、がトリニウ
ムガリウムガーネットで代表される磁性体、つまり作業
物質を磁場内に急速に導入して断熱磁化させ、このとき
に作業物質に発生した熱を外部へ逃がす排熱過程と、磁
場内に(+L置している作業物質を磁場外へ急速に導入
して断熱消hmさせ、このときの作業物質の吸熱作用で
ヘリウムガスを冷却する吸熱過程との2つの熱交間過程
を交互に行なわせる必要がある。つまり、作業物質を磁
場内に位置させたり、磁場外に位1べさせたりす°る必
要がある。
By the way, in the case of such a refrigeration system, a magnetic material such as trinium gallium garnet, that is, a working material, is rapidly introduced into a magnetic field to adiabatically magnetize it, and the heat generated in the working material at this time is absorbed. There is an exhaustion process in which heat is released to the outside, and an endothermic process in which the working material placed inside the magnetic field (+L) is rapidly introduced outside the magnetic field to adiabatic quenching, and the helium gas is cooled by the endothermic action of the working material at this time. It is necessary to perform the two heat exchange processes alternately, that is, it is necessary to place the work material within the magnetic field and place it outside the magnetic field.

このため、従来の装置にあっては、作業物質を固定する
とともに上記作業物質の回りに超′rli:導コイルか
らなる磁場発生装置を固定しておき、断熱磁化のときに
は磁場発生装置を付勢するとともにJFI熱系を動作さ
せ、また断熱消磁のときには磁場発生装置の付勢を停止
するとともに排熱系の動作を停止させ、この制御を交互
に行ガわせるようにしている。
For this reason, in conventional devices, the work material is fixed and a magnetic field generator made of a superconducting coil is fixed around the work material, and the magnetic field generator is energized during adiabatic magnetization. At the same time, the JFI thermal system is operated, and during adiabatic demagnetization, the energization of the magnetic field generator is stopped and the operation of the heat exhaust system is also stopped, and this control is performed alternately.

このような構成であると、電気的な制御だけで冷凍ザイ
クルを実行させることができるので全体の小型化を図れ
ること、作業物質が静止しているので排熱工程の信頼性
を高めることができる仁となどの利点がある。
With this configuration, the freezing cycle can be executed using only electrical control, making the entire system more compact, and since the work material is stationary, the reliability of the heat exhaust process can be increased. There are advantages such as jin.

しかしながら、反面、磁場発生装置、つまり超1Lノリ
・コイルをパルス付勢するようにしているので、この超
電導コイルの付勢過程での損失が大きく、1凍効率が大
幅に低いと云う問題があった。
However, on the other hand, since the magnetic field generator, that is, the super 1L coil is energized in pulses, there is a problem that the loss in the energization process of the superconducting coil is large and the freezing efficiency is significantly low. Ta.

そこで、このような問題を解消するために、磁場発生装
置を常に付勢しておき、代シに作業物l・f ’c機械
的に移動させて上記磁場発生装置で発生した磁場内およ
び磁場外に交互に位置させることが考えられる。しかし
、このように構成すると、移動する作業物質から排熱を
行なわなければならず、排熱系をどのように構成するか
と云う点が問題となる。
Therefore, in order to solve this problem, the magnetic field generator is always energized, and the workpiece is moved mechanically to remove the inside and outside of the magnetic field generated by the magnetic field generator. It is conceivable to alternately position them outside. However, with this configuration, heat must be removed from the moving work material, which poses a problem as to how to configure the heat exhaust system.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、このような事イ■に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、磁JXA発生装置を常時付勢
するととも作業物質を機械的に移動させる方式を採用し
たものにあって、断熱磁化時に作業物質から良好に排熱
させることができ、もって冷凍効率の向上化を図れるヘ
リウム液化冷凍装置とyを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems (i).
The purpose of this is to use a method that constantly energizes the magnetic JXA generator and moves the working material mechanically, which allows heat to be efficiently exhausted from the working material during adiabatic magnetization. It is an object of the present invention to provide a helium liquefaction refrigeration device and y capable of improving refrigeration efficiency.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、ヘリウム4nの上刃に配jHJされた磁場発
生装置を常時付勢するとともにヘリウム格内に通じる空
間内において上記部(届発生装置で発生した磁場内およ
び磁場外に向けて作業物質を交互に機械的に移動させる
ようにしだものにおいて、作業物質が磁場内に位置して
いるとき上記作業物質に厚さ500μm以下のヘリウム
ガス層を介して近接する良熱伝導性部材を設け、さらに
上記作業物質で発生した熱を上記へりラムガス層および
良熱伝導性部材を介して上記ヘリウム槽外へJ、JI熱
する手段を設けたことを特徴としている。
The present invention constantly energizes the magnetic field generator disposed on the upper blade of the helium 4n, and directs the work material into the magnetic field generated by the helium generator and outside the magnetic field in the space leading to the helium case. in which the working material is moved mechanically in an alternating manner, and when the working material is located in a magnetic field, a member with good thermal conductivity is provided in close proximity to the working material via a helium gas layer having a thickness of 500 μm or less, Furthermore, the present invention is characterized in that a means is provided for transferring the heat generated by the working substance to the outside of the helium tank via the helium gas layer and the well-thermal conductive member.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

移動する作業物質から熱を奪って排熱する場合、排熱さ
せるための系を作業物質と一体に移動させることは構造
の複雑化を免れ得す、また、断熱消磁時に排熱系から作
業物質へ向けて熱が侵入するのを免れ得ない。
When removing heat from a moving work material and discharging it, moving the system for discharging heat together with the work material can avoid complicating the structure. There is no way to avoid heat invading the area.

しかし、本発明装置のように、作業物質が磁場内に位置
しているときだけ上記作業物質にヘリウムガス層を介し
て十分近接する良熱伝導性 ゛部材を設け、上t4cヘ
リウムガスノーおよび上記部Uを介して排熱するイ薄造
であると、上記良熱伝導性部材、つまり排熱系全体を作
業物(6と一体に移動させる必要はない。また、ヘリウ
ムガス層は熱伝導率が高く、特に上述した厚さのヘリウ
ムガス層は良好な熱伝導体として作用する。したがって
、41q造の複雑化を招くことなく良好な排熱を?J’
なわせることができる。また、断熱消磁iqには、作業
物質と良熱伝導性11μ材とを距1ζ1f的に(帷すこ
とができる。このため、1′:)i熱消磁時に良に−8
,に導性部材を介して作業物質に熱がfフ入するのを防
止できる。したがって、イ荀造の複雑化や熱浸入を抑え
た状態で、作業物質を移動させる方式のl待機、つまり
、この方式が本質的に備えている冷凍効率が丙い点を最
大限に発輝させることができる。
However, as in the device of the present invention, a member with good thermal conductivity is provided that is sufficiently close to the working material through a helium gas layer only when the working material is located in a magnetic field, and the upper t4c helium gas nozzle and the above If heat is exhausted through part U, it is thinly constructed, and there is no need to move the above-mentioned good heat conductive member, that is, the entire heat exhaust system together with the workpiece (6). The helium gas layer, especially with the thickness mentioned above, acts as a good heat conductor.Therefore, good heat exhaustion can be achieved without complicating the 41q structure.
You can do it. In addition, for adiabatic demagnetization iq, the working material and a 11μ material with good thermal conductivity can be (stretched) at a distance of 1ζ1f. Therefore, 1′:)i
, heat can be prevented from entering the work material through the conductive member. Therefore, while suppressing the complexity of construction and heat infiltration, this method of moving the work material can be utilized to the fullest extent, which is the inherent disadvantage of this method in terms of refrigeration efficiency. can be done.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図において、1は外槽を示し、2は外槽1内に収容
された内槽を示している。外槽1は、全体が熱伝導性の
悪い部材で形成されている。
In FIG. 1, 1 indicates an outer tank, and 2 indicates an inner tank accommodated within the outer tank 1. The outer tank 1 is entirely formed of a member with poor thermal conductivity.

また、内1曹2は、その上壁2aだけが肉厚の厚い良熱
伝導拐で形成されており、残りの部分が熱伝導性の悪い
部材で形成されている。そして、外槽1と内槽2との間
に存在する空間3は真空引きされて真空断熱JΔに形成
されている。
In addition, only the upper wall 2a of the inner chamber 2 is made of a thick material with good thermal conductivity, and the remaining part is made of a material with poor thermal conductivity. A space 3 existing between the outer tank 1 and the inner tank 2 is evacuated and formed into a vacuum insulation JΔ.

上記内41!12の上壁2aの211ん所には、上1:
た21Nの図中上側と下側とを連通させる筒部4a・4
bが下方に向けて平行に、かつ同一寸法に突設されてい
る。これら筒部4&、4bは、上壁28を414成して
いる部材と同一材あるいはそれ以上に熱伝導性の良い部
材で厚肉に形成されたもので、その下端部から所定の長
さの部分5a。
In the 211th place of the upper wall 2a of 41!12 above, the upper 1:
Cylindrical portions 4a and 4 that connect the upper and lower sides in the figure of 21N
b protrudes downward in parallel and with the same dimensions. These cylindrical parts 4&, 4b are thickly formed from the same material as the material forming the upper wall 28 or a material with better thermal conductivity than that, and have a predetermined length from the lower end thereof. Part 5a.

5bの内径が他の部分より小径に形成されている。そし
て、部分5h、5bの上下内端縁はそれぞれテーパ曲に
形成されている。
The inner diameter of 5b is smaller than other parts. The upper and lower inner edges of the portions 5h and 5b are each formed into a tapered curve.

しかして、内槽2内には、内槽2との間に真空断熱jに
iを介してヘリウム槽6が収容されている。このヘリウ
ム槽6は、非磁性良熱伝導材で全体が形成されたもので
、具体的には次のように419成されている。すなわち
、槽本体7と、この槽本体7内を上下方向に2分するよ
うに設けられた仕り壁8と、槽本体7の上壁9に設けら
れ、前記筒部4a、4bをそれぞれ非接触に嵌入させる
孔117a 、 10hと、これら孔10a。
Thus, a helium tank 6 is housed in the inner tank 2 via a vacuum insulation j and i between the inner tank 2 and the inner tank 2. The helium tank 6 is entirely made of a non-magnetic and heat-conductive material, and is specifically constructed as follows. That is, the tank body 7, the partition wall 8 provided to vertically divide the interior of the tank body 7 into two, and the upper wall 9 of the tank body 7 are provided to connect the cylindrical portions 4a and 4b without contacting each other. The holes 117a and 10h are fitted into the holes 117a and 10a.

10bの縁141(を仕切壁8の上面棟でそれぞれ延長
させる筒体11a、11bと、これら筒体11a、ll
bの外周面に上下方向に2段イ1”4成に突設された鍔
部12a、12bおよび13a。
The cylinders 11a, 11b extend the edge 141 (of the partition wall 8) at the top ridge of the partition wall 8, and these cylinders 11a, ll
Flange portions 12a, 12b, and 13a are provided on the outer circumferential surface of b in a two-stage, 1"-4 configuration projecting in the vertical direction.

13bとでイii7成されている。そして、「;1体1
1 a。
13b. And “;1 body 1
1 a.

11bの外周で鍔部12a、12bと上壁9との間には
主磁場発生装置「1を構成する超’)、tl’、 ”2
コイル14a、14bが装着されており、捷だ筒体11
h、llbの外周で鍔部13a、13bと仕切壁8との
間には補助磁場発生数値を114成するla’i ’T
ff、 iユニ41115m、15bが装着されている
。各超′屯導コイル14g、14bおよび15a。
At the outer periphery of 11b, between the flanges 12a, 12b and the upper wall 9, there are main magnetic field generators ``1''), tl', ``2''.
Coils 14a and 14b are attached, and the twisted cylinder 11
h, between the flanges 13a, 13b and the partition wall 8 on the outer periphery of llb, there is a
ff, i Uni 41115m, 15b are installed. Each superconductive coil 14g, 14b and 15a.

15bは、ヘリウム槽6内の底部に謂っている液体ヘリ
ウムIIを冷却源とし、ヘリウム4i’J 4+5成材
を介して所要の温度に冷却さgる。そして、超′l柱導
コイル15a、15bは、超山:う淳コイル14a、1
4bの発生磁場とtま逆向きの磁場を発生させ、これに
よって、超iL樽コイル14a。
15b uses the so-called liquid helium II at the bottom of the helium tank 6 as a cooling source, and is cooled to a required temperature via a helium 4i'J 4+5 material. The super'l pillar conducting coils 15a, 15b are super mountain: Ujun coils 14a, 1.
A magnetic field in the opposite direction to the magnetic field generated by the coil 4b is generated, thereby causing the ultra-iL barrel coil 14a.

14hで発生した磁場の下側強度勾配を急峻化させるよ
うにしている。
The lower intensity gradient of the magnetic field generated in 14 hours is made steeper.

しかして、仕切(層8の前記節部4m 、4bの下端面
に対向する位置には、部分5a、5bの内径より大きく
、かつ筒部4a、4bの外径より小さい孔16a、16
bが形成されている。
The partitions (holes 16a, 16, which are larger than the inner diameter of the portions 5a, 5b and smaller than the outer diameter of the cylindrical portions 4a, 4b, are provided at positions facing the lower end surfaces of the joint portions 4m, 4b of the layer 8.
b is formed.

そして、上記孔16a、16bの内縁には、熱伝導性の
悪い部材で形成された筒体17a。
A cylindrical body 17a formed of a material with poor thermal conductivity is provided at the inner edge of the holes 16a and 16b.

17bの下端(1111が接続されており、これら筒体
17a 、 17bの上端側は筒部4a、4bの下端面
にそれぞれ気密に接続されている。また、外槽1の土壁
で節部4h、4bに対向する位置には、ft’+)体1
7a、17bの内径と同径(D 孔18h、18bが同
軸的に設けである。そして、孔18a、18bの縁部と
筒部4a、4bの上縁部とkJ、熱伝導性の悪い部材で
形成された筒体19th、19bによって気密に接続さ
れている。
17b is connected to the lower end (1111), and the upper end sides of these cylindrical bodies 17a and 17b are airtightly connected to the lower end surfaces of the cylindrical parts 4a and 4b, respectively. , 4b, ft'+) body 1
The same diameter as the inner diameter of holes 7a and 17b (D) The holes 18h and 18b are provided coaxially.The edges of the holes 18a and 18b and the upper edges of the cylindrical parts 4a and 4b and kJ are made of a material with poor thermal conductivity. The cylinders 19th and 19b are airtightly connected to each other.

すなわち、孔18a1筒体19a1筒部4&、筒体17
aおよび孔16hが同軸的に接続されて、外部と液体ヘ
リウム)Iの収容されている空間とを連通させるシリン
ダ20hが構成され、同様に孔18a1筒体19a1筒
部4b、筒体ivbおよび孔16bが同軸的に接続され
て同様のシリンダ20bが構成されているのである。
That is, the hole 18a1 cylinder body 19a1 cylinder part 4&, cylinder body 17
a and the hole 16h are coaxially connected to form a cylinder 20h that communicates the outside with the space in which liquid helium (I) is accommodated. 16b are coaxially connected to form a similar cylinder 20b.

しかして、前記各シリンダ20a、20b内には外部か
らロッド21h、21bが昇降自在に挿設されている。
Rods 21h and 21b are inserted into each of the cylinders 20a and 20b from the outside so as to be movable up and down.

ロッド21a、21bはそれぞれ熱伝導性の悪い部材で
前述した筒部4a。
The rods 21a and 21b are members having poor thermal conductivity, and are the aforementioned cylindrical portions 4a.

4bにおける部分5a、5bの内径より約200μmn
小さい外径の円柱状に形成されている。そして、首ロッ
ド21a、21bの下端部には、ガドリニウムガリウム
ガーネット等の磁性体をロッド21a、21bの外径と
等しい外径の円柱状に加工してなる作業物質22a、2
2bが11″:L列に介挿されている。
Approximately 200 μm from the inner diameter of portions 5a and 5b in 4b
It is formed into a cylindrical shape with a small outer diameter. At the lower ends of the neck rods 21a, 21b, working materials 22a, 2 are formed by processing a magnetic material such as gadolinium gallium garnet into a columnar shape with an outer diameter equal to the outer diameter of the rods 21a, 21b.
2b is inserted in the 11″:L column.

ロッド21h、21bの外槽1外に位置する端部には支
持材23h、23bが取り付けてあり、これら支持拐2
3 a 、 23 bの先端部に互いに対向する関係に
ラック24’a 、 24 bが固定されている。そし
て、ラック24aとラック24bとの間の中心位置には
、紙面と直焚する方向に延びる軸25が図示しない軸受
によって回転自在に支持されている。軸25の外周でラ
ック24&とラック24bとの間に位1゛、する部分に
は上記ラック24a、24bに共通に噛合するビニオン
26が固定され2Cいる。なお、ビニオン26と各ラッ
ク241L、24bとは次のような関係にIQ合してい
る。すなわち、ロッド21 a r 21 bの下端部
に介挿されている作業物′1+(22a 、 2z b
が下肥、第1図の作業物質22aのように筒部4a(4
b)の部分5a(5b)内に位lid しているときを
上死点とし、また作C11物y 2z bのように仕切
壁8と液体ヘリウムjIの液面との間に位置していると
きを下死点と1/、倒れかの作業物質が上死点に位置し
−〔いるときには他方の作業物質が下死点に位置する四
部が成立するように噛合している。軸25の外周には図
示しない別のビニオンが固定されており、このビニオン
は図示しないラックと噛合している。そして、上記ラッ
クは図示しない往f)動駆動源に連結されている。
Support members 23h and 23b are attached to the ends of the rods 21h and 21b located outside the outer tank 1.
Racks 24'a and 24b are fixed to the distal ends of 3a and 23b in a mutually opposing relationship. At a central position between the racks 24a and 24b, a shaft 25 extending in the direction of firing directly with respect to the plane of the paper is rotatably supported by a bearing (not shown). A pinion 26, which is commonly engaged with the racks 24a and 24b, is fixed to a portion of the outer periphery of the shaft 25 located approximately 1" between the racks 24& and 24b. Note that the binion 26 and each rack 241L, 24b match the IQ relationship as follows. That is, the workpiece '1+(22a, 2zb) inserted into the lower end of the rod 21a r 21b
is the manure, and the cylindrical part 4a (4
The top dead center is defined as when it is located inside part 5a (5b) of b), and it is also located between the partition wall 8 and the liquid level of liquid helium jI as shown in Figure C11. When one of the working materials falls down and is located at the top dead center, the other working material is located at the bottom dead center. Another pinion (not shown) is fixed to the outer periphery of the shaft 25, and this pinion meshes with a rack (not shown). The rack is connected to a dynamic drive source (not shown).

しかして、内槽2の上壁2aの周縁部には厚内部31が
形成されており、との厚肉部31には、開目部を横方向
に向けた円柱状の凹部32が形成されている。外(臼1
の側壁で凹部32に対向する位(?(には、四部32よ
り大径の孔33が形成されており、この孔33の周縁部
には外方へ装出するフランジ34が気警に接続されてい
る。そして、上記7ランー)34内を通して前記四部3
2に良熱伝導材で形成された伝熱ロッド35の一端側が
低大している。伝熱ロッド35の外周には鍔部36が設
けてあり、この鍔部36がシール材を介してフランジ3
4に+F+il付は固定されている。そして、伝熱ロッ
ド35の他端側は小型冷凍機等の冷却器37に熱的に接
続されている。なお、第1図中38h 、38bは、シ
ール部材を示しているう 次に上記のように構成されたヘリウム液化冷凍数的−の
動作を説明する。
Thus, a thick interior 31 is formed at the peripheral edge of the upper wall 2a of the inner tank 2, and a cylindrical recess 32 with an opening facing laterally is formed in the thick wall 31. ing. Outside (mortar 1
A hole 33 with a larger diameter than the fourth part 32 is formed in the side wall of the hole 33 facing the recess 32, and a flange 34 projecting outward is connected to the flange 34 on the periphery of the hole 33. Then, the fourth part 3 is passed through the above seven runs 34.
2, one end side of a heat transfer rod 35 formed of a material with good thermal conductivity is lowered and enlarged. A flange portion 36 is provided on the outer periphery of the heat transfer rod 35, and this flange portion 36 connects to the flange 3 through a sealing material.
4 is fixed with +F+il. The other end of the heat transfer rod 35 is thermally connected to a cooler 37 such as a small refrigerator. In FIG. 1, 38h and 38b indicate sealing members. Next, the operation of the helium liquefaction refrigeration system constructed as described above will be explained.

まず、超゛成導コイル14a、14bおよび151L、
15bには前述した関係の磁場を発生させ得る永久電流
が流れているものとする。まだ、冷却器37が動作状態
にあるものとする。
First, superconducting coils 14a, 14b and 151L,
It is assumed that a persistent current that can generate a magnetic field having the above-mentioned relationship flows through 15b. It is assumed that the cooler 37 is still in operation.

冷却器37が動作すると、伝熱ロッド35f:介して上
壁2aの熱が奪われる。したがりて筒部4 a 、 4
 bも十分低温に保たれる。
When the cooler 37 operates, heat is removed from the upper wall 2a via the heat transfer rod 35f. Therefore, the cylindrical portions 4a, 4
b is also kept at a sufficiently low temperature.

このような状II(1で、往復動駆動源を動作させると
、ビニオン26が第1図中実線矢印Pで示すように往1
M動回動する。この結果、ロッド21m、21bが第1
図中実線矢印Q、、Q、で示すように昇トfする。すな
わち、ロッド21aが下降を開始すると口、ド21bが
上昇を開始する19j係にそれぞれが昇降する。このた
め、作業物’41122 a 、 22 bは、上死点
と下死点との間を180度の位相差をもって昇降するこ
とになる。」二死点に位置しているときには、第1図中
の作業物質22thに見られるように超゛亀導コイルの
発生ずる磁場内に完全に位置する。したがって、断熱M
化状態となる。一方、下死点に位置しているときには、
第1図中の作業物質22bに見られるように磁場外に位
置する。したがって、断熱消磁状態となる。断熱消磁状
態では、作業物質22b(22a)が吸熱する。
When the reciprocating drive source is operated in such a state II (1), the pinion 26 moves in the reciprocating direction as shown by the solid line arrow P in FIG.
M Rotate. As a result, the rods 21m and 21b are
As shown by the solid line arrows Q, , Q in the figure, it is raised to f. That is, when the rod 21a starts to descend, the mouth and door 21b start to rise, respectively, moving up and down to the position 19j. Therefore, the workpieces '41122a and 22b move up and down with a phase difference of 180 degrees between the top dead center and the bottom dead center. '' When it is located at the second dead center, it is completely located within the magnetic field generated by the superconducting coil, as seen in the working material 22th in FIG. Therefore, the insulation M
It becomes a state of transformation. On the other hand, when it is located at bottom dead center,
As seen in the working material 22b in FIG. 1, it is located outside the magnetic field. Therefore, it becomes an adiabatic demagnetized state. In the adiabatic demagnetization state, the working material 22b (22a) absorbs heat.

このためi夜1笛上に漂よっているヘリウムガ゛スが作
業物ノ%52.’b(2,?a)の表1IIiに凝縮す
る。
For this reason, the helium gas floating on the pipe at night is 52% of the workpiece. 'b(2,?a) is condensed into Table 1IIi.

この凝縮によって形成されだ液滴は自然落下し、ここに
ヘリウムの液化が達成されることになる。
The droplets formed by this condensation fall naturally and liquefy the helium.

しかして、上記のように断熱磁化状1甜になると、作業
物質22a(22b)は発熱する。この熱は次のように
して外部に導かれる。すなわち、作業物%22a、22
bが上死点に位置しているときには、必ず部分58.5
b内に位ii二tしている。部分5a、5bの内径は、
この実施例では作業物質22a、22bの外征よシ約2
00μm大きい値に設屋されている。このため、作業物
%22b、22bが部分5m、5b内に位置していると
きには、第2図に示すように部分5a(5b)の内面と
作業物5i22a(22b)の外向との間に約100μ
mの間隙Gが存在していることになる。部分5h、5b
内にはヘリウムガスが任仕しているので、作業物ijJ
 22 a(22b)と部分5a(5b)の内面との間
には約100μn1厚のヘリウムガス層が存在する。
Therefore, when the work material 22a (22b) becomes adiabatic and magnetized as described above, it generates heat. This heat is led to the outside in the following manner. That is, workpiece% 22a, 22
When b is located at top dead center, part 58.5 is always
There are two positions within b. The inner diameter of portions 5a and 5b is
In this embodiment, the outer working materials 22a, 22b are approximately 2
It is set to a value 00 μm larger. For this reason, when the workpieces 22b, 22b are located within the portions 5m, 5b, approximately 100μ
This means that a gap G of m exists. Parts 5h, 5b
Since there is helium gas inside, the workpiece
A helium gas layer with a thickness of approximately 100 μn1 exists between 22 a (22 b) and the inner surface of portion 5 a (5 b).

ヘリウムガス層の厚さと熱伝達率との間には、f+″−
3図に示す関係があり、ヘリウムガス層の厚さが500
μm以下では極めて良好な熱伝達重性1ト1゛を示す。
There is a relationship between the thickness of the helium gas layer and the heat transfer coefficient:
There is a relationship shown in Figure 3, and the thickness of the helium gas layer is 500 mm.
At micrometers or less, extremely good heat transfer properties are exhibited.

このため、作業物質22&、22bで発生した熱は、ヘ
リウムガス層、筒部4a。
Therefore, the heat generated in the working materials 22&, 22b is transferred to the helium gas layer and the cylindrical portion 4a.

4bおよび上壁2aを介して速やかに外部へと排熱され
ることになる。したがって、作業物質22th、22b
で発生した熱によってヘリウム槽6内が温度上昇するよ
うなことはなく、ここに良好f!:、?11凍゛リーイ
クルが実現される。
4b and the upper wall 2a, the heat is quickly exhausted to the outside. Therefore, working materials 22th, 22b
The temperature inside the helium tank 6 does not rise due to the heat generated, and this is a good f! :,? 11 Freeze Recycle is realized.

このように、作業物質22h、22bが断熱磁化状f歴
にあるときだけ、これらの作条物質2’2a、22bに
ヘリウムガス層を介して十分近接する熱伝導性部材を設
け、この熱伝導性部材を介して外IXμへ排熱させるよ
うにしている。
In this way, only when the working materials 22h, 22b are in the adiabatic magnetization f history, a thermally conductive member is provided sufficiently close to these striped materials 2'2a, 22b via the helium gas layer to prevent the heat conduction. The heat is dissipated to the outside IXμ via the gender member.

したがっ−C1排熱系を作業物質と一緒に移動させるも
のとtよ違って全体の梼造の単純化を図ることができる
。また、断熱消磁時には必然的に熱体2#性部祠と作業
物質との間に長い断熱距離を確保することができる。し
たがって、断熱消磁時に上記熱伝導性部材を介して熱侵
入するようなこともなく、結局、前述した効果が摺られ
る。
Therefore, unlike the system in which the C1 exhaust heat system is transferred together with the working materials, the overall structure can be simplified. Further, during adiabatic demagnetization, a long adiabatic distance can be inevitably ensured between the heating element 2# and the work material. Therefore, during adiabatic demagnetization, there is no heat intrusion through the thermally conductive member, and the above-mentioned effect is achieved after all.

なお、実施例−のように主磁場発生装置と補助磁場発生
装置f2:とを設け、補助磁場発生装置で磁場の縁部の
強度勾配を急峻化させるようにすると、作業物質が磁場
外へ出るのに必要な移動ストロークを小さくできる。し
たがって、装置全体の小型化にを与できる。また、実施
例のように、2つの作業物質を1つの駆動源を用いて排
他的に昇降させる方式であると、一方の作業物質が磁場
から離れようとしたとき、他方の作業物質が磁場に近づ
く関係にあるので、一方の磁場と作業物質との間に生じ
るイ社気的吸引力で他方の磁場と作業物質との間に生じ
る磁気的吸引力を結果的に減少させることができる。し
たがって、駆動動力を少なくできる刊点もある。また、
本発明は、上述した実施例めように昇降方式を採用した
ものに限らず回転方式を採用したものにも適用できる。
In addition, if a main magnetic field generator and an auxiliary magnetic field generator f2 are provided as in Example 2, and the auxiliary magnetic field generator is used to steepen the intensity gradient at the edge of the magnetic field, the work material will come out of the magnetic field. The travel stroke required for this can be reduced. Therefore, it is possible to downsize the entire device. In addition, if the method of lifting and lowering two working materials exclusively using one driving source as in the example is used, when one working material attempts to leave the magnetic field, the other working material will be moved by the magnetic field. Since they are in a close relationship, the magnetic attraction force generated between one magnetic field and the working substance can eventually reduce the magnetic attraction force generated between the other magnetic field and the working substance. Therefore, there are some publications that can reduce the driving power. Also,
The present invention is not limited to those that employ an elevating system as in the above-mentioned embodiments, but can also be applied to systems that employ a rotation system.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る磁気冷凍装置の縦断面
図、第2図は同装置の要部だけを取り出して示す断面図
、第3図はヘリウムガス層の熱伝J率特性を示す図であ
る。 1・・・夕日7す、2・・・内槽、6,41・・・ヘリ
ウム槽、4a、4b・・・良熱伝導拐で形成された筒部
、14 a 、 14 b 、 15 a 、 15 
b ・−・磁場発生装置としてのjti’! ?lt 
男:コイル、20a、2θb・・・シリンダ、218,
21b・・・ロッド、22a。 22b・・・作g、+3物夕^、24 a 、 24 
b ・−9ツク、26・・・ピニオン、G・・・間隙。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a magnetic refrigeration device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing only the main parts of the device, and FIG. 3 is a thermal conductivity J coefficient characteristic of a helium gas layer. FIG. 1... Sunset 7s, 2... Inner tank, 6, 41... Helium tank, 4a, 4b... Cylindrical part formed of good heat conductive material, 14 a, 14 b, 15 a, 15
b --- jti' as a magnetic field generator! ? lt
Man: Coil, 20a, 2θb...Cylinder, 218,
21b...Rod, 22a. 22b...saku g, +3 things evening^, 24 a, 24
b ・-9 hook, 26... pinion, G... gap.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) ヘリウム槽と、このヘリウム槽の上方に常時磁
場を発生する磁場発生装置と、前記ヘリウム槽内に通じ
た空間に配置され、前記磁場発生装置で発生した磁場内
に位置したときには発熱し、磁場外に位置したときには
吸熱して前記ヘリウム槽内のヘリウムガスを液化する作
業物質と、前記ヘリウム槽外から動力を与えて前記作業
物質を前記磁場内および磁場外へと交互に移動させる駆
動手段と、前記作業物質が前記磁場内に位置していると
き上記作業物質に厚さ500μm以下のヘリウムガス層
を介して近接する良熱伝導性部材と、前記作業物質で発
生した熱を前記厚さのヘリウムガス層および前記良熱伝
導性部材を介して前記ヘリウム槽外へ排熱する手段とを
具備してなることを特徴とするヘリウム液化冷凍装置。
(1) A helium tank, a magnetic field generator that constantly generates a magnetic field above the helium tank, and a space that communicates with the helium tank and generates heat when placed within the magnetic field generated by the magnetic field generator. a working substance that absorbs heat and liquefies helium gas in the helium tank when located outside the magnetic field; and a drive that applies power from outside the helium tank to alternately move the working substance into and out of the magnetic field. means, a highly thermally conductive member that is close to the working material through a helium gas layer having a thickness of 500 μm or less when the working material is located in the magnetic field; 1. A helium liquefaction refrigeration apparatus comprising: a helium gas layer and means for exhausting heat to the outside of the helium tank via the well-thermal conductive member.
(2)前記磁場発生装置は、磁場終端部の強度勾配を急
峻化させる補助磁場発生装置を備えたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のヘリウム液化冷
凍装置。
(2) The helium liquefaction refrigerator according to claim 1, wherein the magnetic field generator includes an auxiliary magnetic field generator that steepens the intensity gradient at the end of the magnetic field.
(3) 前記磁場発生装置、前記作業物質および前記良
熱伝導性部材からなる要素の組を少なくとも一対備え、
対をなす各組の作業物質が1つの駆動手段によって各磁
場発生装置で発生した磁場内および磁場外へと排他的に
移動制御され 。 るものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のヘリウム液化冷凍装置。
(3) At least one pair of elements consisting of the magnetic field generating device, the working material, and the highly thermally conductive member,
Each pair of work materials is controlled to move exclusively into and out of the magnetic field generated by each magnetic field generator by one driving means. A helium liquefaction refrigeration system according to claim 1, characterized in that the helium liquefaction refrigeration system is characterized by:
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