JPH0423184B2 - - Google Patents
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- JPH0423184B2 JPH0423184B2 JP59022763A JP2276384A JPH0423184B2 JP H0423184 B2 JPH0423184 B2 JP H0423184B2 JP 59022763 A JP59022763 A JP 59022763A JP 2276384 A JP2276384 A JP 2276384A JP H0423184 B2 JPH0423184 B2 JP H0423184B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
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- 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)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a magnetic refrigeration device capable of improving refrigeration efficiency.
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
熱消磁によつ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
点を備えている。
2. Description of the Related Art Magnetic refrigeration devices that utilize the magnetocaloric effect of magnetic materials have been known. This magnetic refrigeration system uses a magnetic material cooled by adiabatic demagnetization to remove heat from the object to be cooled, and has the advantage of having a higher refrigerating capacity per unit volume than ordinary gas refrigeration equipment. We are prepared.
ところで、磁気冷凍装置の場合には、ガドリニ
ウムガリウムガーネツ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、磁場内に位置している作業物
質を磁場外へ急速に導入して断熱消磁させ、この
ときの作業物質の吸熱作用で被冷却物を冷却する
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。つまり、作業物質を磁場内に位置
させたり、磁場外に位置させたりする必要があ
る。 By the way, in the case of magnetic refrigeration equipment, a magnetic material such as gadolinium gallium garnet, that is, a working material, is rapidly introduced into a magnetic field to adiabatic magnetize it, and the heat generated in the working material at this time is released to the outside. There are two types of heat exchange: the heat exhaustion process and the endothermic process, in which the working material located within the magnetic field is rapidly introduced outside the magnetic field to adiabatic demagnetization, and the object to be cooled is cooled by the endothermic action of the working material at this time. It is necessary to perform the processes alternately. That is, it is necessary to position the work material within the magnetic field or outside the magnetic field.
このため、従来の装置にあつては、作業物質を
固定するとともに上記作業物質の回りに超電導コ
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
排熱系を動作させ、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なわせるように
している。 For this reason, in conventional equipment, the work material is fixed and a magnetic field generator made of superconducting coils is fixed around the work material, and during adiabatic magnetization, the magnetic field generator is energized and the heat is exhausted. The 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
冷凍サ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こと
などの利点がある。 With this configuration, the refrigeration cycle can be executed using only electrical control, making it possible to reduce the overall size, and since the work material is stationary, the reliability of the heat exhaust process can be increased. There are advantages such as
しかしながら、反面、磁場発生装置、つまり超
電導コイルをパルス付勢するようにしているの
で、この超電導コイルでの損失が大きく、冷凍効
率が大幅に低いと云う問題があつた。 However, on the other hand, since the magnetic field generator, that is, the superconducting coil, is energized in pulses, there is a problem in that the loss in the superconducting coil is large and the refrigeration efficiency is significantly low.
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、代りに作業物質
を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、新
たに次のような問題が発生する。すなわち、作業
物質は磁性材である。したがつて、この作業物質
と磁場との間には大きな磁気的吸引力が作用す
る。このため、作業物質を磁場外へ移動させると
きに大きな駆動力を必要とし、この駆動動力の存
在が冷凍効率を低下させる原因となる。 Therefore, in order to solve this problem, the magnetic field generator is always energized, and instead, the work material is mechanically moved and placed alternately within and outside the magnetic field generated by the magnetic field generator. It is possible to do so. However, with this configuration, the following new problem arises. That is, the working material is a magnetic material. Therefore, a large magnetic attraction force acts between the working substance and the magnetic field. Therefore, a large driving force is required when moving the work material out of the magnetic field, and the presence of this driving force causes a reduction in refrigeration efficiency.
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、被凝縮ガスを凝
縮させる用途で、しかも磁場発生装置を常時付勢
するとともに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つて、作業物質を移動させる
のに必要な動力を大幅に低減でき、もつて冷凍効
率の向上化を図れる磁気冷凍装置を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to condense a gas to be condensed, and to constantly energize a magnetic field generator and mechanically move a working material. It is an object of the present invention to provide a magnetic refrigeration device which adopts this method and can significantly reduce the power required to move the working material, thereby improving the refrigeration efficiency.
上記目的を達成するために、本発明に係る磁気
冷凍装置は、断熱容器と、この断熱容器内に発生
磁場の中心軸をほぼ平行させて設けられた第１お
よび第２の磁場発生装置と、前記第１の磁場発生
装置の前記中心軸に沿つて移動自在に設けられる
とともに一端側を前記断熱容器の外へ気密に突出
させた第１のロツドと、前記第１の磁場発生装置
の前記中心軸に沿つて移動自在に設けられるとと
もに一端側を前記断熱容器の外へ気密に突出させ
た第２のロツドと、前記第１のロツドの他端側に
支持され、前記第１の磁場発生装置の発生してい
る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外面で被凝縮ガスを凝縮
させる第１の作業物質と、前記第２のロツドの他
端側に支持され、前記第２の磁場発生装置の発生
している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外面で被凝縮ガス
を凝縮させる第２の作業物質と、前記第１の作業
物質が前記第１の磁場発生装置の発生している磁
場内に位置しているときに上記第１の作業物質に
接触または近接する第１の良熱伝導性部材と、前
記第２の作業物質が前記第２の磁場発生装置の発
生している磁場内に位置しているときに上記第２
の作業物質に接触または近接する第２の良熱伝導
性部材と、前記第１および第２の良熱伝導性部材
に伝わつた熱を前記断熱容器外へ排熱する手段
と、前記第１および第２のロツドの前記一端側に
それぞれ連結されるとともに互いに対向関係に配
置された第１および第２のラツクと、前記第１の
ラツクと前記第２のラツクとの間に配置されて上
記第１および第２のラツクに共通に噛合するピニ
オンと、このピニオンを交互に正転、逆転駆動し
て前記第１および第２の作業物質を前記第１およ
び第２の磁場発生装置の発生している磁場内およ
び磁場外へ交互に位置させる駆動手段とを備えて
いる。
In order to achieve the above object, a magnetic refrigeration device according to the present invention includes: a heat insulating container; first and second magnetic field generating devices provided within the heat insulating container with central axes of generated magnetic fields substantially parallel to each other; a first rod that is movably provided along the central axis of the first magnetic field generator and has one end protruding airtightly outside the heat insulating container; and the center of the first magnetic field generator. a second rod that is movable along the axis and has one end protruding airtightly outside the heat insulating container; and the first magnetic field generating device is supported by the other end of the first rod. A first working material that generates heat when located within a magnetic field generated by the rod and absorbs heat when located outside the magnetic field to condense the gas to be condensed on its outer surface; , a second working material that generates heat when located within the magnetic field generated by the second magnetic field generator, absorbs heat when located outside the magnetic field, and condenses the gas to be condensed on its outer surface; a first highly thermally conductive member that contacts or approaches the first working substance when the working substance is located in the magnetic field generated by the first magnetic field generating device; and the second working substance. When the substance is located within the magnetic field generated by the second magnetic field generator, the second
a second highly thermally conductive member in contact with or in close proximity to the work material; a means for discharging heat transmitted to the first and second highly thermally conductive members to the outside of the heat insulating container; first and second racks each connected to the one end side of the second rod and disposed opposite to each other; and the first rack disposed between the first rack and the second rack. a pinion that is commonly engaged with the first and second racks; and the pinion is driven alternately in forward and reverse rotation to generate the first and second working materials in the first and second magnetic field generators. drive means for alternately positioning the magnetic field within and outside the magnetic field.
本発明装置のように、２つの作業物質を１つの
駆動源を用いて排他的に移動させる構造である
と、一方の作業物質が一方の磁場から離れようと
したときに、他方の作業物質が他方の磁場に近づ
く関係を形成することができるので、結果的に、
一方の作業物質と一方の磁場との間に生じる磁気
的吸引力を他方の作業物質と他方の磁場との間に
生じる磁気的吸引力で減少させることができる。
したがつて、作業物質を移動させるのに必要な動
力を少なくすることができ、この結果、冷凍効率
を向上させることができる。
If the device of the present invention has a structure in which two working substances are exclusively moved using one driving source, when one working substance tries to leave one magnetic field, the other working substance Since it is possible to form a relationship that approaches the other magnetic field, as a result,
The magnetic attraction force generated between one working substance and one magnetic field can be reduced by the magnetic attraction force generated between the other working substance and the other magnetic field.
Therefore, the power required to move the work material can be reduced, and as a result, the refrigeration efficiency can be improved.
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図は本発明をヘリウム液化用の磁気冷凍装
置に適用した例を示すものである。 FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a magnetic refrigeration device for helium liquefaction.
すなわち、同図において、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。また、内槽２は、その上壁２ａだけが肉厚の
厚い良熱伝導材で形成されており、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
きされて真空断熱層に形成されている。 That is, in the same figure, 1 indicates the outer tank, and 2
indicates an inner tank housed within the outer tank 1. The outer tank 1 is entirely formed of a member with poor thermal conductivity. Moreover, only the upper wall 2a of the inner tank 2 is formed of a thick material with good thermal conductivity, and the remaining part is formed of a material with poor thermal conductivity. and,
A space 3 existing between the outer tank 1 and the inner tank 2 is evacuated and formed into a vacuum insulation layer.
上記内層２の上壁２ａの２個所には、上壁２ａ
の図中上側と下側とを連通させる筒部４ａ，４ｂ
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４ａ，４ｂは、上壁２ａを構
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，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５ａ，５ｂの上下内端縁はそれぞれテーパ面に
形成されている。 At two places on the upper wall 2a of the inner layer 2, the upper wall 2a
Cylindrical portions 4a and 4b that communicate the upper and lower sides in the figure.
protrude downward in parallel and with the same dimensions. These cylindrical parts 4a and 4b are thickly formed from the same material as the material constituting the upper wall 2a or a material with better thermal conductivity, and extend a predetermined length from the lower end thereof. The inner diameters of 5a and 5b are smaller than other parts. The upper and lower inner edges of the portions 5a and 5b are each formed into a tapered surface.
しかして、内槽２内には、内槽２との間に真空
断熱層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構成さ
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切壁
８と、槽本体７の上壁９に設けられ、前記筒部４
ａ，４ｂをそれぞれ非接触に嵌入させる孔１０
ａ，１０ｂと、これら孔１０ａ，１０ｂの縁部を
仕切壁８の上面までそれぞれ延長させる筒体１１
ａ，１１ｂと、これら筒体１１ａ，１１ｂの外周
面に上下方向に２段構成に突設された鍔部１２
ａ，１２ｂおよび１３ａ，１３ｂとで構成されて
いる。そして、筒体１１ａ，１１ｂの外周で鍔部
１２ａ，１２ｂと上壁９との間には主磁場発生装
置を構成する超電導コイル１４ａ，１４ｂが発生
磁場の中心軸をほぼ平行させるように装着されて
おり、また筒体１１ａ，１１ｂの外周で鍔部１３
ａ，１３ｂと仕切壁３との間には補助磁場発生装
置を構成する超電導コイル１５ａ，１５ｂが装着
されている。各超電導コイル１４ａ，１４ｂおよ
び１５ａ，１５ｂは、ヘリウム槽６内の底部に溜
つている液体ヘリウムＨを冷却源とし、ヘリウム
槽構成材を介して所要の温度に冷却される。そし
て、超電導コイル１５ａ，１５ｂは、超電導コイ
ル１４ａ，１４ｂの発生磁場とは逆向きの磁場を
発生させ、これによつて超電導コイル１４ａ，１
４ｂ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。 Thus, a helium tank 6 is housed in the inner tank 2 with a vacuum insulation layer interposed 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 and this tank body 7
A partition wall 8 is provided to divide the interior into two in the vertical direction, and a partition wall 8 is provided on the upper wall 9 of the tank body 7.
Hole 10 into which holes a and 4b are fitted without contact
a, 10b, and a cylindrical body 11 that extends the edges of these holes 10a, 10b to the upper surface of the partition wall 8, respectively.
a, 11b, and a flange 12 that protrudes in a two-stage configuration in the vertical direction on the outer peripheral surface of these cylinders 11a, 11b.
a, 12b and 13a, 13b. Superconducting coils 14a and 14b constituting the main magnetic field generator are installed between the collar portions 12a and 12b and the upper wall 9 on the outer periphery of the cylinders 11a and 11b so that the central axes of the generated magnetic fields are approximately parallel to each other. Also, the flange 13 is formed on the outer periphery of the cylindrical bodies 11a and 11b.
Superconducting coils 15a, 15b constituting an auxiliary magnetic field generator are installed between a, 13b and the partition wall 3. Each superconducting coil 14a, 14b and 15a, 15b uses liquid helium H accumulated at the bottom of the helium tank 6 as a cooling source, and is cooled to a required temperature via the helium tank constituent materials. The superconducting coils 15a, 15b generate a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field generated by the superconducting coils 14a, 14b, thereby causing the superconducting coils 14a, 1
The lower intensity gradient of the magnetic field generated at 4b is made steeper.
しかして、仕切壁８の前記筒部４ａ，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，１６ｂが形成されている。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，１７ｂの下端側が
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の上壁で筒部４
ａ，４ｂに対向する位置には、筒体１７ａ，１７
ｂの内径と同径の孔１８ａ，１８ｂが同軸的に設
けてある。そして、孔１８ａ，１８ｂの縁部と筒
部４ａ，４ｂの上縁部とは熱伝導性の悪い部材で
形成された筒体１９ａ，１９ｂによつて気密に接
続されている。すなわち、孔１８ａ、筒体１９
ａ、筒部４ａ、筒体１７ａおよび孔１６ａが同軸
的に接続されて、外部と液体ヘリウムＨの収容さ
れている空間とを連通させるシリンダ２０ａが構
成され、同様に孔１８ａ、筒体１９ａ、筒部４
ｂ、筒体１７ｂ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。 Thus, holes 16a, 16b are formed in the partition wall 8 at positions facing the lower end surfaces of the cylindrical portions 4a, 4b, which are larger than the inner diameter of the portions 5a, 5b and smaller than the outer diameter of the cylindrical portions 4a, 4b. ing. The inner edges of the holes 16a, 16b are connected to the lower ends of cylinders 17a, 17b made of a material with poor thermal conductivity, and the upper ends of these cylinders 17a, 17b are connected to the cylinders 4a, 4b. Each is airtightly connected to the lower end surface. In addition, the cylindrical portion 4 is located on the upper wall of the outer tank 1.
Cylindrical bodies 17a and 17 are located at positions facing a and 4b.
Holes 18a and 18b having the same diameter as the inner diameter of b are provided coaxially. The edges of the holes 18a, 18b and the upper edges of the cylindrical parts 4a, 4b are airtightly connected by cylindrical bodies 19a, 19b made of a material with poor thermal conductivity. That is, the hole 18a, the cylinder 19
a, the cylindrical portion 4a, the cylindrical body 17a, and the hole 16a are coaxially connected to constitute a cylinder 20a that communicates the outside with the space in which liquid helium H is accommodated; Cylinder part 4
b, the cylindrical body 17b and the hole 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
は外部からロツド２１ａ，２１ｂが昇降自在に挿
設されている。ロツド２１ａ，２１ｂはそれぞれ
熱伝導性の悪い部材で前述した筒部４ａ，４ｂに
おける部分５ａ，５ｂの内径より数100μｍの小
さい外径の円柱状に形成されている。そして、各
ロツド２１ａ，２１ｂの下端部には、ガドリニウ
ムガリウムガーネツト等の磁性体をロツド２１
ａ，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，２２ｂが直列に介挿され
ている。 Rods 21a and 21b are inserted into each of the cylinders 20a and 20b from the outside so as to be movable up and down. The rods 21a and 21b are each made of a member having poor thermal conductivity and are formed into a cylindrical shape having an outer diameter several hundred μm smaller than the inner diameter of the portions 5a and 5b of the cylindrical portions 4a and 4b. A magnetic material such as gadolinium gallium garnet is attached to the lower end of each rod 21a, 21b.
Work materials 22a and 22b, which are machined into cylindrical shapes having an outer diameter equal to that of the outer diameters of the outer diameters of the outer diameters of the working materials 22a and 22b, are inserted in series.
ロツド２１ａ，２１ｂの外槽１外に位置する端
部には支持材２３ａ，２３ｂが取り付けてあり、
これら支持材２３ａ，２３ｂの先端部に互いに対
面する関係にラツク２４ａ，２４ｂが固定されて
いる。そして、ラツク２４ａとラツク２４ｂとの
間の中心位置には、紙面と直交する方向に延びる
軸２５が図示しない軸受によつて回転自在に支持
されている。軸２５の外周でラツク２４ａとラツ
ク２４ｂとの間に位置する部分には上記ラツク２
４ａ，２４ｂに共通に噛合するピニオン２６が固
定されている。なお、ピニオン２６と各ラツク２
４ａ，２４ｂとは次のような関係に噛合してい
る。すなわち、ロツド２１ａ，２１ｂの下端部に
介挿されている作業物質２２ａ，２２ｂが丁度、
第１図の作業物質２２ａのように筒部４ａ（４ｂ）
の部分５ａ（５ｂ）内に位置しているときを上死
点とし、また作業物質２２ｂのように仕切壁８と
液体ヘリウムＨの液面との間に位置しているとき
を下死点とし、何れかの作業物質が上死点に位置
しているときには他方の作業物質が下死点に位置
する関係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ピニオンが固定されて
おり、このピニオンは図示しないラツクと噛合し
ている。そして、上記ラツクは図示しない往復動
駆動源に連結されている。 Support members 23a and 23b are attached to the ends of the rods 21a and 21b located outside the outer tank 1,
Racks 24a and 24b are fixed to the distal ends of these supports 23a and 23b so as to face each other. At a central position between the racks 24a and 24b, a shaft 25 extending in a direction perpendicular to the plane of the paper is rotatably supported by a bearing (not shown). On the outer periphery of the shaft 25, the rack 2 is located between the racks 24a and 24b.
A pinion 26 that meshes commonly with 4a and 24b is fixed. In addition, the pinion 26 and each rack 2
4a and 24b mesh in the following relationship. That is, the working materials 22a, 22b inserted into the lower ends of the rods 21a, 21b are just
The cylindrical portion 4a (4b) as shown in the working material 22a in FIG.
It is defined as the top dead center when it is located within the portion 5a (5b) of , and it is defined as the bottom dead center when it is located between the partition wall 8 and the liquid level of liquid helium H like the working material 22b. , are meshed so that when one of the working materials is located at the top dead center, the other working material is located at the bottom dead center. axis 25
Another pinion (not shown) is fixed to the outer periphery of the pinion, and this pinion meshes with a rack (not shown). The rack is connected to a reciprocating drive source (not shown).
しかして、内槽２の上壁２ａの周縁部には厚肉
部３１が形成されており、この厚肉部３１には、
開口部を横方向に向けた円柱状の凹部３２が形成
されている。外槽１の側壁で凹部３２に対向する
位置には、凹部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突出する
フランジ３４が気密に接続されている。そして、
上記フランジ３４内を通して前記凹部３２に良熱
伝導材で形成された伝熱ロツド３５の一端側が嵌
入している。伝熱ロツド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３４に締付け固定されている。そして、
伝熱ロツド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３
８ａ，３８ｂは、シール部材を示している。 Thus, a thick wall portion 31 is formed at the peripheral edge of the upper wall 2a of the inner tank 2, and this thick wall portion 31 has the following features:
A cylindrical recess 32 is formed with the opening oriented laterally. A hole 33 having a larger diameter than the recess 32 is formed in the side wall of the outer tank 1 at a position facing the recess 32, and a flange 34 projecting outward is airtightly connected to the peripheral edge of the hole 33. There is. and,
One end of a heat transfer rod 35 made of a material with good thermal conductivity is fitted into the recess 32 through the flange 34. A flange portion 36 is provided on the outer periphery of the heat transfer rod 35.
is provided, and this collar portion 36 is fastened and fixed to the flange 34 via a sealing material. and,
The other end of the heat transfer rod 35 is thermally connected to a cooler 37 such as a small refrigerator. In addition, 3 in Figure 1
8a and 38b indicate seal members.
次に上記のように構成された磁気冷凍装置の動
作を説明する。 Next, the operation of the magnetic refrigeration system configured as described above will be explained.
まず、超電導コイル１４ａ，１４ｂおよび１５
ａ，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。また、冷却
器３７が動作状態にあるものとする。冷却器３７
が動作すると、伝熱ロツド３５を介して上壁２ａ
の熱が奪われる。したがつて筒部４ａ，４ｂも十
分低温に保たれる。 First, superconducting coils 14a, 14b and 15
It is assumed that a persistent current is flowing through a and 15b that can generate a magnetic field having the above-mentioned relationship. Further, it is assumed that the cooler 37 is in an operating state. Cooler 37
When it operates, the upper wall 2a is transferred through the heat transfer rod 35.
heat is taken away. Therefore, the cylindrical portions 4a and 4b are also kept at a sufficiently low temperature.
このような状態で、往復動駆動源を動作させる
と、ピニオン２６が第１図中実線矢印Ｐで示すよ
うに往復動回動する。この結果、ロツド２１ａ，
２１ｂが第１図中実線矢印Q1、Q2で示すように
昇降する。すなわち、ロツド２１ａが下降を開始
するとロツド２１ｂが上昇を開始する関係にそれ
ぞれが昇降する。このため、作業物質２２ａ，２
２ｂは、上死点と下死点との間を180度の位相差
をもつて昇降することになる。上死点に位置して
いるときには、第１図中の作業物質２２ａに見ら
れるように超電導コイルの発生する磁場内に完全
に位置する。したがつて、断熱磁化状態となる。
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。したがつて、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。このため液面上に漂よつているヘリウムガス
が作業物質２２ｂ（２２ａ）の表面に凝縮する。
この凝縮によつて形成された液滴は自然落下し、
ここにヘリウムの液化が達成されることになる。 When the reciprocating drive source is operated in this state, the pinion 26 reciprocates and rotates as shown by the solid line arrow P in FIG. As a result, rod 21a,
21b moves up and down as shown by solid line arrows Q 1 and Q 2 in FIG. That is, when the rod 21a begins to descend, the rod 21b begins to ascend. For this reason, the working materials 22a, 2
2b will move up and down with a phase difference of 180 degrees between top dead center and bottom dead center. When located at the top dead center, the working material 22a in FIG. 1 is completely located within the magnetic field generated by the superconducting coil. Therefore, an adiabatic magnetization state is achieved.
On the other hand, when it is located at the bottom dead center, it is located outside the magnetic field, as seen in the work material 22b in FIG. Therefore, it becomes an adiabatic demagnetized state. In the adiabatic demagnetization state, the working substance 22b (22a) absorbs heat. Therefore, helium gas floating on the liquid surface condenses on the surface of the working material 22b (22a).
The droplets formed by this condensation fall naturally,
This is where the liquefaction of helium is achieved.
しかして、上記のように断熱磁化状態になる
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、
作業物質２２ａ，２２ｂが上死点に位置している
ときには、必ず部分５ａ，５ｂ内に位置してい
る。部分５ａ，５ｂの内径は、作業物質２２ａ，
２２ｂの外径より僅かに大きい程度に設定されて
いる。このため、作業物質２２ａ，２２ｂが部分
５ａ，５ｂ内に位置しているときには、第２図中
に２点鎖線で示すように部分５ａ（５ｂ）の内面
と作業物質２２ａ（２２ｂ）とが直接接触したり、
あるいは両者間の隙間が非常に小さくなつたりす
る条件が必ず形成される。このため、作業物質２
２ａ，２２ｂで発生した熱は、筒部４ａ，４ｂ、
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。したがつて、作業物質２２ａ，２２ｂ
で発生した熱によつてヘリウム槽６内が温度上昇
するようなことはなく、ここに良好な冷凍サイク
ルが実現される。 Therefore, when the working material 22a (22b) is in the adiabatic magnetized state as described above, it generates heat. This heat is led to the outside in the following manner. That is,
When the working material 22a, 22b is located at the top dead center, it is necessarily located within the portions 5a, 5b. The inner diameter of the portions 5a, 5b is the working material 22a,
It is set to be slightly larger than the outer diameter of 22b. Therefore, when the working materials 22a, 22b are located within the portions 5a, 5b, the inner surface of the portion 5a (5b) and the working material 22a (22b) are directly connected, as shown by the two-dot chain line in FIG. come into contact with or
Alternatively, a condition is always created in which the gap between the two becomes extremely small. For this reason, the working material 2
The heat generated in 2a, 22b is transferred to the cylindrical parts 4a, 4b,
Heat is quickly exhausted to the outside via the upper wall 2a. Therefore, the working substances 22a, 22b
The temperature inside the helium tank 6 does not rise due to the heat generated, and a good refrigeration cycle is thus achieved.
このように、中心軸がほぼ平行するように、磁
場発生装置としての超電導コイル１４ａ，１４ｂ
を配置し、これら超電導コイル１４ａ，１４ｂの
中心軸に沿つて移動自在にロツド２１ａ，２１ｂ
を設け、さらにロツド２１ａ，２１ｂで作業物質
２２ａ，２２ｂを支持させ、これら作業物質２２
ａ，２２ｂを超電導コイル１４ａ，１４ｂが発生
している磁場内および磁場外へと排他的に移動さ
せるべくロツド２１ａ，２１ｂを駆動する駆動手
段を設けている。 In this way, the superconducting coils 14a and 14b as magnetic field generators are arranged so that their central axes are substantially parallel.
The rods 21a, 21b are arranged so as to be movable along the central axes of these superconducting coils 14a, 14b.
The rods 21a and 21b support the working materials 22a and 22b, and the working materials 22a and 22b are supported by rods 21a and 21b.
A driving means for driving the rods 21a, 21b is provided to move the rods 21a, 22b exclusively into and out of the magnetic field generated by the superconducting coils 14a, 14b.
したがつて、上記構造であると、作業物質２２
ａが超電導コイル１４ａの発生している磁場から
離れようとしたときには、作業物質２２ｂが超電
導コイル１４ｂの発生している磁場に近づこうと
する関係が形成される。また、逆に作業物質２２
ｂが超電導コイル１４ｂの発生している磁場から
離れようとしたときには、作業物質２２ａが超電
導コイル１４ａの発生している磁場に近づこうと
する関係が形成される。このため、一方の作業物
質と一方の磁場との間に生じる磁気的吸引力を他
方の作業物質と他方の磁場との間に生じる磁気的
吸引力で減少させることができる。したがつて、
作業物質を移動させるのに必要な動力、特に作業
物質を磁場外に移動させるのに必要な動力を少な
くすることができ、結局、前述した効果を発揮さ
せることができる。 Therefore, with the above structure, the working substance 22
When a tries to move away from the magnetic field generated by the superconducting coil 14a, a relationship is formed in which the working substance 22b tries to approach the magnetic field generated by the superconducting coil 14b. Also, conversely, the working material 22
When b tries to move away from the magnetic field generated by the superconducting coil 14b, a relationship is formed in which the working substance 22a tries to approach the magnetic field generated by the superconducting coil 14a. Therefore, the magnetic attraction force generated between one working substance and one magnetic field can be reduced by the magnetic attraction force generated between the other working substance and the other magnetic field. Therefore,
The power required to move the working substance, especially the power required to move the working substance out of the magnetic field, can be reduced, and as a result, the above-mentioned effects can be achieved.
なお、実施例のように、筒部４ａ，４ｂの部分
５ａ，５ｂの内径をロツド２１ａ，２１ｂの外径
より僅かに大きく設定しておけば、部分５ａ，５
ｂにロツド２１ａ，２１ｂを案内するためのガイ
ド体の機能も発揮させることができる。実施例の
構成であると必然的にロツド２１ａ，２１ｂが長
くなるので、このロツド２１ａ，２１ｂを滑らか
に昇降させるには何らかのガイド体を必要とす
る。実施例のように部分５ａ，５ｂの内径を上述
した関係に設定すると、部分５ａ，５ｂにガイド
体としての機能も発揮させることができるので、
それだけ部品数を減らすことができる。また、部
分５ａ，５ｂ内をロツド２１ａ，２１ｂが昇降す
ると、摺動摩擦によつて発熱するが、部分５ａ，
５ｂは冷却されているので、発熱の影響を回避す
ることができる。また、実施例のように主磁場発
生装置と補助磁場発生装置とを設け、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。したがつて、装
置全体の小型化に寄与できる。 Note that, as in the embodiment, if the inner diameter of the portions 5a, 5b of the cylindrical portions 4a, 4b is set slightly larger than the outer diameter of the rods 21a, 21b, the portions 5a, 5
It can also function as a guide body for guiding the rods 21a and 21b. With the configuration of the embodiment, the rods 21a, 21b are inevitably long, so some kind of guide body is required to move the rods 21a, 21b up and down smoothly. If the inner diameters of the portions 5a and 5b are set in the above-mentioned relationship as in the embodiment, the portions 5a and 5b can also function as guide bodies.
The number of parts can be reduced accordingly. Furthermore, when the rods 21a and 21b move up and down within the portions 5a and 5b, heat is generated due to sliding friction;
Since 5b is cooled, the influence of heat generation can be avoided. In addition, if a main magnetic field generator and an auxiliary magnetic field generator are provided as in the embodiment, and the auxiliary magnetic field generator is used to steepen the intensity gradient at the edge of the magnetic field, it is necessary for the work material to exit the magnetic field. The travel stroke can be made smaller. Therefore, it is possible to contribute to miniaturization of the entire device.
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
して示す断面図である。
１……外槽、２……内槽、６……ヘリウム槽、
４ａ，４ｂ……良熱伝導材で形成された筒部、１
４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ……磁場発生装置
としての超電導コイル、２０ａ，２０ｂ……シリ
ンダ、２１ａ，２１ｂ……ロツド、２２ａ，２２
ｂ……作業物質、２４ａ，２４ｂ……ラツク、２
６……ピニオン。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a magnetic refrigeration device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing only the essential parts of the device. 1... Outer tank, 2... Inner tank, 6... Helium tank,
4a, 4b... Cylindrical portion formed of a good heat conductive material, 1
4a, 14b, 15a, 15b...Superconducting coil as a magnetic field generator, 20a, 20b...Cylinder, 21a, 21b...Rod, 22a, 22
b... Working substance, 24a, 24b... Lack, 2
6...Pinion.
Claims (1)
心軸をほぼ平行させて設けられた第１および第２
の磁場発生装置と、前記第１の磁場発生装置の前
記中心軸に沿つて移動自在に設けられるとともに
一端側を前記断熱容器の外へ気密に突出させた第
１のロツドと、前記第１の磁場発生装置の前記中
心軸に沿つて移動自在に設けられるとともに一端
側を前記断熱容器の外へ気密に突出させた第２の
ロツドと、前記第１のロツドの他端側に支持さ
れ、前記第１の磁場発生装置の発生している磁場
内に位置したときには発熱し、磁場外に位置した
ときには吸熱して外面で被凝縮ガスを凝縮させる
第１の作業物質と、前記第２のロツドの他端側に
支持され、前記第２の磁場発生装置の発生してい
る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外面で被凝縮ガスを凝縮
させる第２の作業物質と、前記第１の作業物質が
前記第１の磁場発生装置の発生している磁場内に
位置しているときに上記第１の作業物質に接触ま
たは近接する第１の良熱伝導性部材と、前記第２
の作業物質が前記第２の磁場発生装置の発生して
いる磁場内に位置しているときに上記第２の作業
物質に接触または近接する第２の良熱伝導性部材
と、前記第１および第２の良熱伝導性部材に伝わ
つた熱を前記断熱容器外へ排熱する手段と、前記
第１および第２のロツドの前記一端側にそれぞれ
連結されるとともに互いに対向関係に配置された
第１および第２のラツクと、前記第１のラツクと
前記第２のラツクとの間に配置されて上記第１お
よび第２のラツクに共通に噛合するピニオンと、
このピニオンを交互に正転、逆転駆動して前記第
１および第２の作業物質を前記第１および第２の
磁場発生装置の発生している磁場内および磁場外
へ交互に位置させる駆動手段とを具備してなるこ
とを特徴とする磁気冷凍装置。 ２ 前記第１および第２の磁場発生装置は、磁場
終端の強度勾配を急峻化させる補助磁場発生装置
をそれぞれ備えていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の磁気冷凍装置。[Claims] 1. A heat insulating container, and a first and second magnetic field provided within the heat insulating container so that the central axes of the generated magnetic field are substantially parallel to each other.
a first rod that is movably provided along the central axis of the first magnetic field generator and has one end protruding airtightly out of the heat insulating container; a second rod that is movably provided along the central axis of the magnetic field generator and has one end protruding airtightly out of the heat insulating container; A first working material that generates heat when located within the magnetic field generated by the first magnetic field generator and absorbs heat when located outside the magnetic field to condense the gas to be condensed on its outer surface; A second working material supported on the other end side, generates heat when located within the magnetic field generated by the second magnetic field generator, absorbs heat when located outside the magnetic field, and condenses the gas to be condensed on its outer surface. and a first highly thermally conductive member that contacts or approaches the first working substance when the first working substance is located within the magnetic field generated by the first magnetic field generator. , said second
a second highly thermally conductive member that contacts or approaches the second working substance when the working substance is located within the magnetic field generated by the second magnetic field generating device; means for discharging the heat transmitted to the second highly thermally conductive member to the outside of the heat insulating container; a pinion disposed between the first and second racks and commonly meshing with the first and second racks;
a drive means that alternately drives the pinion in forward and reverse rotation to alternately position the first and second working materials within and outside the magnetic fields generated by the first and second magnetic field generators; A magnetic refrigeration device comprising: 2. The magnetic refrigeration system according to claim 1, wherein the first and second magnetic field generators each include an auxiliary magnetic field generator that steepens the intensity gradient at the end of the magnetic field.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2276384A JPS60169064A (en) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Magnetic refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2276384A JPS60169064A (en) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Magnetic refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169064A JPS60169064A (en) | 1985-09-02 |
| JPH0423184B2 true JPH0423184B2 (en) | 1992-04-21 |
Family
ID=12091713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2276384A Granted JPS60169064A (en) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Magnetic refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169064A (en) |
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| FR2875895A1 (en) * | 2004-09-28 | 2006-03-31 | Christian Muller | Heat energy producing device for cooling e.g. food product, has switching and synchronizing units coupled with passage of magneto-calorific units connected to fluid circuits based on intensity of magnetic field to which units are subjected |
| KR101458419B1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-11-07 | 백효정 | Cold and Hot water creation module with magnetic superconductor and its boiler also its mat |
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| JPS608674A (en) * | 1983-06-29 | 1985-01-17 | 株式会社日立製作所 | Cryogenic refrigerator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610266U (en) * | 1979-07-02 | 1981-01-28 |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP2276384A patent/JPS60169064A/en active Granted
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Also Published As
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| JPS60169064A (en) | 1985-09-02 |
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