JPS6073267A - Refrigerator - Google Patents

Refrigerator

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JPS6073267A
JPS6073267A JP18279083A JP18279083A JPS6073267A JP S6073267 A JPS6073267 A JP S6073267A JP 18279083 A JP18279083 A JP 18279083A JP 18279083 A JP18279083 A JP 18279083A JP S6073267 A JPS6073267 A JP S6073267A
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JP
Japan
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cold storage
gadolinium
refrigerator
storage material
dysprosium
Prior art date
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JP18279083A
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JPH0317055B2 (en
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秀樹 中込
丹治 昇
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (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、スターリングサイクル冷凍機、ギフオードマ
クマホンヤイクル冷凍機等の蓄冷器を用いた冷凍機に係
わシ、特に最低到達温度の引下げを図った冷凍機に関す
る。。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a refrigerator using a regenerator, such as a Stirling cycle refrigerator or a Gifford McMahon Yakle refrigerator, and particularly relates to a refrigerator that uses a regenerator to reduce the minimum temperature reached. Regarding the refrigerator that was designed. .

/ 〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、超電導現象を利用した各種の電気機器、エネルギ
ー発生装置筒の開発が活発化してきた。
/ [Technical background of the invention and its problems] In recent years, the development of various electrical devices and energy generator tubes that utilize superconducting phenomena has become active.

これに伴なって、たとえばHe液化製品等の極低温生成
装置のニーズも高まっている。
Along with this, the need for cryogenic generation devices such as He liquefaction products is also increasing.

極低温生成装置として、従来、知られているものに、ス
ターリング冷凍1イクル、ギフオードマクマホン冷凍ラ
イフル等を利用した冷凍様がある。これらの冷凍機は、
蓄冷材にヘリウムがヌ等の冷媒全通流させて、冷媒の冷
却な行うものであり、冷媒のi(p到達温度を引下げる
ためには、蓄冷効果の大きい蓄冷材が必要不可欠となる
。従来、このような冷凍様の蓄冷材には鉛が用いられて
いだが、鉛は、10°に以下の温度において、その比熱
がヘリウムガスの比熱に比べ急激に低下してしまい、蓄
冷材としての機能を果たさなくなるという不具合があっ
た。このため、このような冷W、機では20°に程度ま
での冷却が限度であり、オU用範囲が限定されてし捷う
という問題があった。
Conventionally known cryogenic generating devices include freezing methods using Stirling 1-cycle refrigeration, Gifford McMahon refrigeration rifles, and the like. These refrigerators are
A refrigerant such as helium is completely passed through the refrigerant material to cool the refrigerant, and in order to lower the temperature reached by the refrigerant, a refrigerant material with a large cold storage effect is essential. Conventionally, lead has been used as a cold storage material for refrigeration, but the specific heat of lead rapidly decreases compared to that of helium gas at temperatures below 10 degrees, making it difficult to use as a cold storage material. There was a problem that the function could no longer be fulfilled.For this reason, such a cold W/W machine was limited to cooling down to about 20 degrees, and there was a problem that the range for W/W was limited.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものでアシ、そ
の目的とするところは、絶対零度近傍においても、高い
比熱を維持できる蓄冷器を用い、冷媒の最低到達温度の
引下げを図った冷凍機を提供することにある。
The present invention was created in view of these problems, and its purpose is to provide a refrigerator that uses a regenerator that can maintain a high specific heat even at temperatures close to absolute zero to lower the minimum temperature reached by the refrigerant. Our goal is to provide the following.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、希土類磁性体からなる蓄冷材と。 The present invention relates to a cold storage material made of rare earth magnetic material.

この蓄冷材に所定の磁場を与える手段とを具備したこと
′ff:特徴としている。
It is characterized by comprising a means for applying a predetermined magnetic field to this cold storage material.

蓄冷材として使用できる希土類磁性体としては、ガドリ
ニウムガリウムガーネット (Gd、Ga、O,、) 、 f’イスグロシウム7ル
ミガーネント(D)’5AdeO+t ) *ディスプ
ロシウムガリウムガーネット(D y s G a50
□)、ガドリニワムアルミガーネント(Gd5A(5,
0,、)、リン酸デイヌプロシウム(Dy PO2) 
s流岐ガドリニウム(Gds (804)a・8I4,
0)、硫化ユウロピウム(guS)が挙げられる。
Rare earth magnetic materials that can be used as cold storage materials include gadolinium gallium garnet (Gd, Ga, O, ), f'isglosium 7lumigannent (D)'5AdeO+t) *dysprosium gallium garnet (DysG a50)
□), Gadolinium Aluminum Garnent (Gd5A (5,
0,,), deineprosium phosphate (Dy PO2)
s branch gadolinium (Gds (804)a・8I4,
0), europium sulfide (guS).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、希土類磁性体からなる蓄冷材を所定の
磁場内で用いるようにしている。このため、5°に以下
の蓄冷温度においても、蓄冷材の高い比熱を維持させる
ことかできる。ちなみに、−例としてガドリニウムガリ
ウムガーネットを3Tの磁場中に役向した場合の各温度
に対する比熱を第1図にaで示す。なお、比較のだめに
鉛をす、磁場を与えない場合の流化ユウロピウムおよび
fドリニウムロソワム(GdRh)をそれぞれCおよび
dで示す。甘だ、図中eは2Q aimにおけるヘリウ
ムの比熱である。
According to the present invention, the cold storage material made of rare earth magnetic material is used within a predetermined magnetic field. Therefore, even at a cold storage temperature of 5° or less, the high specific heat of the cold storage material can be maintained. By the way, as an example, when gadolinium gallium garnet is placed in a 3T magnetic field, the specific heat at each temperature is shown by a in FIG. 1. Note that lead is used for comparison, and fluidized europium and f-dolinium rhosoum (GdRh) in the case where no magnetic field is applied are shown as C and d, respectively. That's sweet, e in the figure is the specific heat of helium at 2Q aim.

同図からも明らかなように、鉛す、流化ユウロピウムC
およびガドリニワムロヅウムdの比熱が15°に以下で
、それぞれ急激に下降するのに対し、3Tの磁場中に設
置されだガドリニウムガリワムガーネツ)aは5°に以
下においても高い比熱を維持している。
As is clear from the same figure, lead, fluidized europium C
The specific heat of gadolinium rhodium d and gadolinium rhodium d drops sharply below 15°, whereas the specific heat of gadolinium rhodium a placed in a 3T magnetic field is high even below 5°. is maintained.

このように1本発明によれば、蓄冷材の高い蓄熱効果を
得ることかでき、冷凍機の最低到達温度を大幅に引下げ
ることができる。
As described above, according to one aspect of the present invention, a high heat storage effect of the cold storage material can be obtained, and the lowest temperature reached by the refrigerator can be significantly lowered.

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

以下、不発ツ」の詳細を図示の実施例に基づき説明する
。
Hereinafter, the details of "Unexploded tsu" will be explained based on the illustrated embodiment.

第1図はスターリング冷イクル冷凍tji)を示したも
のであp、図中1はディスプレーサである。
Fig. 1 shows a Stirling refrigerated refrigeration system (tji), and numeral 1 in the figure is a displacer.

このディスプレーサ1は、シリンダ2と、このシリンダ
2内を往復運動するピストン3とで形成される2つの苗
量4および5を有し、これら空間4とを間5とを連通ず
る流路には、冷却器6、蓄冷器7および寒冷取出し用熱
交換器8が直列に接続されている。首だ、上記苗量4と
冷却器6との間には圧j、il!i機9からの流路が接
続さ・ れている。
This displacer 1 has two seedling volumes 4 and 5 formed by a cylinder 2 and a piston 3 that reciprocates within this cylinder 2, and a flow path that communicates these spaces 4 and 5 with , a cooler 6, a regenerator 7, and a cold extraction heat exchanger 8 are connected in series. The pressure between the seedling amount 4 and the cooler 6 is j, il! The flow path from i-machine 9 is connected.

蓄冷器7は、たとえばガドリニウムガリウムガーネット
からなる蓄冷材8と、この蓄冷材10に、′(Tの磁場
を与える励磁装置11とから惜成されている。しかして
、蓄冷材10には絶対零度近傍までの蓄冷がなされてい
る。なお、冷媒にはヘリウムガヌか使用される。
The regenerator 7 consists of a regenerator 8 made of, for example, gadolinium gallium garnet, and an excitation device 11 that applies a magnetic field of T to the regenerator 10. Cool storage is carried out up to the vicinity. Helium is used as a refrigerant.

このように構成されたスターリングライフル冷凍機の動
作について説明する。
The operation of the Stirling rifle refrigerator configured in this way will be explained.

スターリング冷凍1イクルでは1通常、4つの過程によ
って冷却か行われる。第1の過程では、初め、ディスプ
レーサ1のピストン3は1死点、すなわち、を間4か最
太各槓となる位置にあり、圧縮機9のピストン12は上
死点にある。圧縮機9のピストンノ2(l−1:下死点
へ向けて移動し、乙)妹分圧縮する。この時1発生ずる
用絹熱は冷却器6において、たとえは水冷によって取り
去られる。
In one cycle of Stirling refrigeration, cooling usually takes place through four steps. In the first process, the piston 3 of the displacer 1 is initially at the first dead center, that is, at the widest point between 4 and 4, and the piston 12 of the compressor 9 is at the top dead center. Piston No. 2 (l-1: moves toward the bottom dead center and compresses the piston No. 2 of the compressor 9 by the amount of piston No. 2 (l-1: moves toward the bottom dead center). The silk heat generated at this time is removed in a cooler 6, for example by water cooling.

り82の過程では、圧縮様9のピストン12は下死点に
静止し、ディスプレーサJのピストン3か上死点へ向け
て移動する。こわによって、冷媒は空間4〜冷却器6〜
蓄冷器2〜熱交便器8〜空間5の順に等容積的に移動す
る。蓄冷器7を通流した冷媒は、室jM近傍から急激に
冷却されて空間5へ送り込まれる。この時、冷媒(は等
容積変化を行うため理想気体の法則に従い。
In the process of rotation 82, the piston 12 in the compression mode 9 stands still at the bottom dead center, and the piston 3 of the displacer J moves toward the top dead center. Depending on the stiffness, the refrigerant flows from space 4 to cooler 6.
It moves equally volumetrically in the order of the regenerator 2 - heat exchanger toilet 8 - space 5. The refrigerant that has passed through the regenerator 7 is rapidly cooled from the vicinity of the chamber jM and is sent into the space 5. At this time, the refrigerant undergoes an equal volume change, so it follows the ideal gas law.

圧力が低下する。Pressure decreases.

第3の過程では、圧縮機9のピストンノ2は上死点へ向
けて移動し、冷媒の圧力がさらに低下する。これによっ
て、熱交換器8に寒冷が発生し、冷却対象の冷却がなさ
れる。
In the third process, the piston 2 of the compressor 9 moves toward the top dead center, and the pressure of the refrigerant further decreases. As a result, cold is generated in the heat exchanger 8, and the object to be cooled is cooled.

そして、第4の過程では、ディスプレーブlのピストン
3が下死点に戻シ、冷媒は空間5〜熱交換器8〜蓄冷器
7〜冷却器6〜柴間4の順に等客積的に移動する。これ
によって1周期が終了する。
Then, in the fourth process, the piston 3 of the displacer 1 returns to the bottom dead center, and the refrigerant flows in the order of space 5 - heat exchanger 8 - regenerator 7 - cooler 6 - Shiba 4 in an equal volume. Moving. This completes one cycle.

このように、スターリングライフル冷凍機では、蓄冷器
の蓄冷効果によって、その冷却性能が左右されるか1本
実施例によれば、蓄?@器7がガドリニワムガリウムガ
ーネントからなる蓄熱材lOが3Tの磁場中に設面され
ているので、―iJ述した如く5°に以下の極低2:t
r!にお・いても高い蓄冷効果を維持することが可能と
なる。このため、最低到達温度を大幅に引下げることが
可能な冷凍機が提供できる。
In this way, in a Stirling rifle refrigerator, does the cooling performance depend on the cold storage effect of the cold storage device? Since the heat storage material 10 made of gadolinium gallium garnant is placed in a 3T magnetic field, -iJ As mentioned above, the extremely low 2:t below 5°
r! It is possible to maintain a high cold storage effect even in cold weather. Therefore, it is possible to provide a refrigerator that can significantly lower the lowest temperature reached.

なお1本発明は上記実施例に限定されるものではない。Note that the present invention is not limited to the above embodiments.

たとえば蓄冷材10にディスプロシワムアルミガーネッ
ト、ディスプロシウムガリウムガーネット、ガドリニワ
ムアルミガーネット、リン酸ディスプロシウム、磁散ガ
ドリニヮムまたは硫化ユワロピウム等の希土類磁性体を
用いてもよい。
For example, a rare earth magnetic material such as dysprosium aluminum garnet, dysprosium gallium garnet, gadolinium aluminum garnet, dysprosium phosphate, magnetically dispersed gadolinium, or univaropium sulfide may be used for the cold storage material 10.

また1本発明は、上記スターリングブイクル′f!?i
凍機に限らず、たとえばギフオードマクマホンライフル
冷凍機等の他の蓄冷器を用いた冷凍機にも、もちろん適
゛用可能である。
Further, one aspect of the present invention is the above-mentioned Sterling Vehicle 'f! ? i
Of course, it can be applied not only to refrigerators but also to refrigerators using other regenerators such as the Gift McMahon rifle refrigerator.

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

第1図は1本発明の効果余水す特性図で、−例として3
Tの磁場中のガドリニウムガリヮムガーネントの温度に
対する比熱分水した図、第2図は本発明の一実施例に係
るスターリンダフイクfiv冷凍機の構成を示すヴイク
ル図である。 a・・・3Tにおけるガドリニウムガリウムが−ネット
、b・・・fi’LC−(i化コウロビウム、d・・・
ガドリニウムガリウム、1・・・ディヌグレーツ。 2・・・シリンダ、、i、12・・・ピストン、4,5
・・・空間、6・・・冷却器、7・・・蓄冷器、8・・
・寒冷取出し用熱交換器、9・・・圧縮機S 10・・
・蓄冷材。 1)・・・励磁装置。
Figure 1 is a characteristic diagram showing the effect of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the specific heat distribution versus temperature of a gadolinium gallium garnant in a magnetic field of T. FIG. 2 is a vehicle diagram showing the configuration of a Stalinda FIV refrigerator according to an embodiment of the present invention. a...Gadolinium gallium in 3T is -net, b...fi'LC-(Coulobium i-ide, d...
Gadolinium gallium, 1...Dinugrates. 2...Cylinder, i, 12...Piston, 4,5
...Space, 6...Cooler, 7...Regenerator, 8...
・Cold extraction heat exchanger, 9...Compressor S 10...
・Cold storage material. 1)... Excitation device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 0)希土類磁性体からなる蓄冷材と7.この蓄冷材に所
定の磁場を与える手段と多具備したことを特徴とする冷
凍機。 (2)蓄冷材はガドリニウムガリウムガーネット(Gd
、Ga、O□)、ディスプロシウムアルミガーネット(
DysAlsO□)、ディスプロシウムガリウムガーネ
ット(Dy5GaaOt2)*ガドリニウムアルミガー
ネット(Gds A150+z ) hリン酸ディスプ
ロシウム(Dypo、)、硫酸ガドリニウム(odt(
804)s・8H,O)kたは硫化ニウロビウム(Eu
8)からなるものである特許請求の範囲第1Jj8i記
載の冷凍機。
[Claims] 0) A cold storage material made of rare earth magnetic material; and 7. A refrigerator characterized by being equipped with means for applying a predetermined magnetic field to the cold storage material. (2) The cold storage material is gadolinium gallium garnet (Gd
, Ga, O□), dysprosium aluminum garnet (
DysAlsO□), Dysprosium gallium garnet (Dy5GaaOt2) * Gadolinium aluminum garnet (Gds A150+z) h Dysprosium phosphate (Dypo, ), Gadolinium sulfate (odt (
804)s・8H,O)k or niurobium sulfide (Eu
8) The refrigerator according to claim 1Jj8i.
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