JPS59122872A - 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 - Google Patents
冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置Info
- Publication number
- JPS59122872A JPS59122872A JP22728182A JP22728182A JPS59122872A JP S59122872 A JPS59122872 A JP S59122872A JP 22728182 A JP22728182 A JP 22728182A JP 22728182 A JP22728182 A JP 22728182A JP S59122872 A JPS59122872 A JP S59122872A
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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】
この発明は、広い温度範囲にゎたル一様な冷却効率を示
す磁気作業物質を用いることにょシ、冷却温度幅の大き
い磁気冷凍機を得よりとするものである。
す磁気作業物質を用いることにょシ、冷却温度幅の大き
い磁気冷凍機を得よりとするものである。
磁気冷凍は、従来Ｑ気体冷凍ｌ装置に比して１） 作業
媒質０モル容積が小さいので本質的に装置の小製軽量化
が可能なこと １１） 作業媒質に加わる外場制御用のコンプレッサ
が不要なため低雑音、低振動のものがＨＰ′Ｆ。
媒質０モル容積が小さいので本質的に装置の小製軽量化
が可能なこと １１） 作業媒質に加わる外場制御用のコンプレッサ
が不要なため低雑音、低振動のものがＨＰ′Ｆ。
可能であること
１１１） 殆んどの操作はｔＷ＆操作となるのでコン
ピュータ制御等が各易となル、高信頼性の冷凍装置を得
ることが出来る・ 等、多くθｑｉｌＦ徴があシ、冷凍工業に新展開をもた
らすものと期待されている。
ピュータ制御等が各易となル、高信頼性の冷凍装置を得
ることが出来る・ 等、多くθｑｉｌＦ徴があシ、冷凍工業に新展開をもた
らすものと期待されている。
この磁気冷凍は、二十度に以下捏にの低温領域での利用
が試みられ始めているが、近年、超電導磁石の開発によ
シ強磁場が得やすくなったこと等によシ、よシ高温の領
域への応用の可能性が開けている・しかし、従来知られ
ている物質１種を作業物質として用いたのでは１．この
ように冷却温ａＳＯ大きい磁気冷凍装置を効率よく運転
することは出来ない。
が試みられ始めているが、近年、超電導磁石の開発によ
シ強磁場が得やすくなったこと等によシ、よシ高温の領
域への応用の可能性が開けている・しかし、従来知られ
ている物質１種を作業物質として用いたのでは１．この
ように冷却温ａＳＯ大きい磁気冷凍装置を効率よく運転
することは出来ない。
すなわち、高温領域の磁気冷凍では、通常、強磁性体を
磁気作業物質として用い、エリクンン・サイクルを構成
する。このサイクルをエンド１ビー−温ｗＩＬ千面上に
描くと第１図のようになる。Ａ点で強磁界Ｈ１を加え、
作業物質を等温磁化する（Ｂ点）と、作業物質を形成す
る原子の磁気モーメントの整列によシ、磁気エントロピ
ーはΔＳ１だけ減少し、これに伴い Ｑ１＝Δｓ１’ｒ。
磁気作業物質として用い、エリクンン・サイクルを構成
する。このサイクルをエンド１ビー−温ｗＩＬ千面上に
描くと第１図のようになる。Ａ点で強磁界Ｈ１を加え、
作業物質を等温磁化する（Ｂ点）と、作業物質を形成す
る原子の磁気モーメントの整列によシ、磁気エントロピ
ーはΔＳ１だけ減少し、これに伴い Ｑ１＝Δｓ１’ｒ。
だけの熱を放出し、高温側は少し昇温する０次いで磁界
Ｈ１を一定にしたまま低１．Ｔ２部に作業物質を移しく
６点）、ここで等温消磁すれば（Ｄ点）、磁気そ−メン
トの配列が乱れることによシ、磁気エントロピーはΔＳ
２だけ増加し、これに伴い Ｑ２＝Δ５２Ｔ２ だけＯ熱を吸収し、低温側は少し温度降下を生ずる０次
に作業物質を消磁状ｌ１１Ｉ（りまま高温部に移す０高
温部は先のＱｌの熱゛放出でＴ１よシ少しく高温となっ
ているので、作業物質はＥ点に移る０このようにしてＥ
−＋ Ｆ −＋ Ｇ ４ Ｈ−＋ Ｉと状態を変じ、
高温部と低温部の温度差ΔＴが次第に拡がシ最終的に安
定状態に達する。
Ｈ１を一定にしたまま低１．Ｔ２部に作業物質を移しく
６点）、ここで等温消磁すれば（Ｄ点）、磁気そ−メン
トの配列が乱れることによシ、磁気エントロピーはΔＳ
２だけ増加し、これに伴い Ｑ２＝Δ５２Ｔ２ だけＯ熱を吸収し、低温側は少し温度降下を生ずる０次
に作業物質を消磁状ｌ１１Ｉ（りまま高温部に移す０高
温部は先のＱｌの熱゛放出でＴ１よシ少しく高温となっ
ているので、作業物質はＥ点に移る０このようにしてＥ
−＋ Ｆ −＋ Ｇ ４ Ｈ−＋ Ｉと状態を変じ、
高温部と低温部の温度差ΔＴが次第に拡がシ最終的に安
定状態に達する。
上記のサイクル図から明らかなように、磁気冷凍装置の
性能を高めるには作業物質の一定磁界に対するエンド９
ピー変化ΔＳＭ は出来るだけ大きいことが望ましい。
性能を高めるには作業物質の一定磁界に対するエンド９
ピー変化ΔＳＭ は出来るだけ大きいことが望ましい。
また、冷却温度幅ΔＴを大きく、冷凍効率をよくするに
は、少なくときこの温度範囲にわたって６８Ｍ がほぼ
一定値であることが望ましい。
は、少なくときこの温度範囲にわたって６８Ｍ がほぼ
一定値であることが望ましい。
一方、強磁性体のΔＳ虞、第２図に示すように、キエリ
ー温１１：’ｌ？、で最高峰を−とシ、この温度からず
れると急激に減少する０このため、−柚Ｏ強磁性体を作
業物質とする磁気冷凍−は、そのキュリ一点附近で示す
高い冷却能力を大きい温度幅で維持することが出来ない
０ この発明は、冷凍ＶａＯ作動温度範囲Ｔ１〜Ｔ２間にキ
瓢す一温度がある数個θ強磁性体を適当な比率で混合し
そＯ温度範−で一定磁場に対し一定のエン）０ピー変化
Δ５ａ）ｆ−有する様な作業物質を合成、使用し、大き
い冷却ＷＡｖ幅に対して高い冷却能力を持つ磁気冷凍装
置を得ようとするものである。
ー温１１：’ｌ？、で最高峰を−とシ、この温度からず
れると急激に減少する０このため、−柚Ｏ強磁性体を作
業物質とする磁気冷凍−は、そのキュリ一点附近で示す
高い冷却能力を大きい温度幅で維持することが出来ない
０ この発明は、冷凍ＶａＯ作動温度範囲Ｔ１〜Ｔ２間にキ
瓢す一温度がある数個θ強磁性体を適当な比率で混合し
そＯ温度範−で一定磁場に対し一定のエン）０ピー変化
Δ５ａ）ｆ−有する様な作業物質を合成、使用し、大き
い冷却ＷＡｖ幅に対して高い冷却能力を持つ磁気冷凍装
置を得ようとするものである。
すなわち、第３図に示すように、磁気冷凍装置の高温側
温＊ Ｉｌ：１と低温側温ＦＴ２の間にキュリ一点Ｔｅ
１〜ＴＯ２％ ＴＱ５％ＴＣ４−を持り強磁性体を適当
蓋混会することによシ、全体として実線に示すように、
Ｔ１、Ｔ２の間でほぼ一定のΔｓＭを持つ強磁性体を合
成するととが出来る。
温＊ Ｉｌ：１と低温側温ＦＴ２の間にキュリ一点Ｔｅ
１〜ＴＯ２％ ＴＱ５％ＴＣ４−を持り強磁性体を適当
蓋混会することによシ、全体として実線に示すように、
Ｔ１、Ｔ２の間でほぼ一定のΔｓＭを持つ強磁性体を合
成するととが出来る。
゛ 具体的には、−例として、′各温度範囲に対して次
のような系列の強磁性体を使用すればよい。
のような系列の強磁性体を使用すればよい。
２８０〜１８Ｍ （ＧｄｘＴｂｌ−ｘ）ｓＡｔ２１８
０〜７４Ｘ （ＴｂｘＤｙｌ−ｘ）３ＡＡ２７４〜
３３（ｋ （ＤｙｘＨｏ、−ｘ）ａＡｔ２これらの
化合物中のＸを変えることで各一度範す内の任意の温度
にキュリ一点がある作業物質が得られる。 ′ これらのうち、適当なキ為り一点を持つものを第３図の
実線に示す形が出来るような比率で計量し、粉砕して混
合し、必要に応じて焼結することによ、シ、所望の作業
物質が得られる。
０〜７４Ｘ （ＴｂｘＤｙｌ−ｘ）３ＡＡ２７４〜
３３（ｋ （ＤｙｘＨｏ、−ｘ）ａＡｔ２これらの
化合物中のＸを変えることで各一度範す内の任意の温度
にキュリ一点がある作業物質が得られる。 ′ これらのうち、適当なキ為り一点を持つものを第３図の
実線に示す形が出来るような比率で計量し、粉砕して混
合し、必要に応じて焼結することによ、シ、所望の作業
物質が得られる。
このような作業物質を用いた磁気冷凍装置の１例を嬉４
図に示す。
図に示す。
５は蓄冷器で適当数の固体ブロック５１．５２．５３．
５４１１１によりて構成され、熱交換のためのヘリウム
等のガスが充填される０７は上部放熱用熱交換室であシ
、入ロア１から出ロア２へ還流するガスによって排熱さ
れる。
５４１１１によりて構成され、熱交換のためのヘリウム
等のガスが充填される０７は上部放熱用熱交換室であシ
、入ロア１から出ロア２へ還流するガスによって排熱さ
れる。
８は下部熱交換室であシ、入口８１から出口８２へ還流
するガスは被冷却物体へと導かれる。
するガスは被冷却物体へと導かれる。
図中３は断熱容器、４は電磁石、９は操作棒である。
磁気作業物１ｔ１とｗｉ電磁石は蓄冷器に対して相対移
動し、蓄冷器５の上部ブロック５１部分で磁界がけられ
、熱交換後、下部ブロック５４部分で消磁される・ このとき、蓄冷器５Ｑ固体ブロック５１．５２ ％ ％
Ｓは、やはシ比熱の高い物質である方が冷凍機を小型
にまとめるために有利である０しかし、一般に、固体の
結晶格子による比熱Ｃ１゜は、第５図に示すように、温
度の低下と共に急激に低下する。反強磁性体や強磁性体
の場合は、上述の磁気エントロピーに由来する比熱が加
わシ、嬉５図に点線で示すように相転移点Ｔｔにピーク
を有する形状となる〇 現実の冷凍機にあっては、各蓄冷ブ日ツク５１．５２．
５３１−〜は同じ物質で作るのが便利であ）、従って冷
凍機の使用＠度範囲Ｔ１〜Ｔ２間で一定の比熱を持つよ
うにするのが便利である◎従って上記作業物質と同様の
Ｔ、の異なる幾つかの反強磁性体、あるいは強磁性体を
適幽量混会し、第６図に示すような比熱を有するブロッ
ク材料を合成する。特に磁気冷凍の場合、外磁場を便う
■で、これによるエントロピー変化の少い反強磁性材料
を使うのがよい。
動し、蓄冷器５の上部ブロック５１部分で磁界がけられ
、熱交換後、下部ブロック５４部分で消磁される・ このとき、蓄冷器５Ｑ固体ブロック５１．５２ ％ ％
Ｓは、やはシ比熱の高い物質である方が冷凍機を小型
にまとめるために有利である０しかし、一般に、固体の
結晶格子による比熱Ｃ１゜は、第５図に示すように、温
度の低下と共に急激に低下する。反強磁性体や強磁性体
の場合は、上述の磁気エントロピーに由来する比熱が加
わシ、嬉５図に点線で示すように相転移点Ｔｔにピーク
を有する形状となる〇 現実の冷凍機にあっては、各蓄冷ブ日ツク５１．５２．
５３１−〜は同じ物質で作るのが便利であ）、従って冷
凍機の使用＠度範囲Ｔ１〜Ｔ２間で一定の比熱を持つよ
うにするのが便利である◎従って上記作業物質と同様の
Ｔ、の異なる幾つかの反強磁性体、あるいは強磁性体を
適幽量混会し、第６図に示すような比熱を有するブロッ
ク材料を合成する。特に磁気冷凍の場合、外磁場を便う
■で、これによるエントロピー変化の少い反強磁性材料
を使うのがよい。
この場合、作業物質と異シ、結晶格子の比熱の寄与も大
きく、鎖線で示す格子比熱との差Ｑ会を磁気比熱で与え
ればよい■で、ネール温度の昆い反強磁性材料の比率は
？￥＋柴物質の場合よシも小さいものとなるＤ もちろん、磁気冷凍サイクルは各種アシ、サイクルの種
類（エリクソン等）によっては、効率をあげるため、熱
容量が一定の温糺依存性を持った方が良いことがあるが
、これは、ネール温度の異る反強磁性材料の混合比を変
えれば、どの様な＠度依存性を持った蓄冷材、も作るこ
とが可能である◎ このような蓄冷材を用いた蓄冷器は、ｆｉｔ！種の冷凍
（気体等）■器材としてＯ応用も多い。
きく、鎖線で示す格子比熱との差Ｑ会を磁気比熱で与え
ればよい■で、ネール温度の昆い反強磁性材料の比率は
？￥＋柴物質の場合よシも小さいものとなるＤ もちろん、磁気冷凍サイクルは各種アシ、サイクルの種
類（エリクソン等）によっては、効率をあげるため、熱
容量が一定の温糺依存性を持った方が良いことがあるが
、これは、ネール温度の異る反強磁性材料の混合比を変
えれば、どの様な＠度依存性を持った蓄冷材、も作るこ
とが可能である◎ このような蓄冷材を用いた蓄冷器は、ｆｉｔ！種の冷凍
（気体等）■器材としてＯ応用も多い。
（この場合は反強磁性、強磁性何れでもよい。）この冷
凍機において、［有］ｊ熱番姦３に封入されたガスは蓄
冷媒質でおる固体ブロック５１．５２、〜−１に比して
熱容量は極端に小さく、固体ブロックと１気作業物′Ｘ
１とＯ熱交換媒体としてｖ）ｊ、４作用し、多少の上下
の混合によっても冷却効果を低下させる程には欽らない
。また、固体ブロック５１．５２．５３．１％Ｓは一定
間隔を置いて配置されているので、隣シ会うブロックに
温度差があっても、相互間の熱伝導は遮断されておシ、
これによる蓄冷効果の低下を防ぐことが出来る。
凍機において、［有］ｊ熱番姦３に封入されたガスは蓄
冷媒質でおる固体ブロック５１．５２、〜−１に比して
熱容量は極端に小さく、固体ブロックと１気作業物′Ｘ
１とＯ熱交換媒体としてｖ）ｊ、４作用し、多少の上下
の混合によっても冷却効果を低下させる程には欽らない
。また、固体ブロック５１．５２．５３．１％Ｓは一定
間隔を置いて配置されているので、隣シ会うブロックに
温度差があっても、相互間の熱伝導は遮断されておシ、
これによる蓄冷効果の低下を防ぐことが出来る。
この発明のよ°うに、冷却温度幅が大きく、比較的小型
に作られ、しかも作業物質と固体蓄冷ブロックとがガス
を媒体として熱交換を行なう場合は、熱交換を促進する
ため第７図に上面図を示すように蓄冷プ日ツク５１．５
２１．、。
に作られ、しかも作業物質と固体蓄冷ブロックとがガス
を媒体として熱交換を行なう場合は、熱交換を促進する
ため第７図に上面図を示すように蓄冷プ日ツク５１．５
２１．、。
と作業物質１との対向面を広くなるようそれぞれＤフィ
ンが交互に対面する形状とするのが望ましい０このよう
に熱交換が早い形状とすることによって、比熱の大きい
固体を用いて比較的早い速度での運転が可能となる０
ンが交互に対面する形状とするのが望ましい０このよう
に熱交換が早い形状とすることによって、比熱の大きい
固体を用いて比較的早い速度での運転が可能となる０
嬉１図は磁気冷凍の原理の説明図、第２図は強磁性体の
エントロピー変化−＠度図、第３図はこの発明の磁気冷
凍装置に用いる作業物質の原塊説明図、ｗ４４図はこの
発明の磁気冷凍装置の１１！ｍ−的の構造説明側面図、
第５図は固体の格子比熱θ説明図、第６図はこの発明Ｖ
Ｄ磁気冷凍装置の蓄冷固体ブロックＱ比熱説明図、第７
図は同じく蓄冷固体ブロックと作業物質の構造を示す上
面図である０ １：磁気作業物質 ３：断熱容器 ４：電磁石 ５：固
体蓄冷器 ７．８：熱交換室特許出臥人 新技術開発
事業団 出願人代理人 弁理士 佐 藤 文 男第
１ 図 Ｔ２ Ｔｌ １ 第 ２ 図 ＴｃＬ Ｔｃ２ ’ｒｏ、、 Ｔｃ４第 ４
図
エントロピー変化−＠度図、第３図はこの発明の磁気冷
凍装置に用いる作業物質の原塊説明図、ｗ４４図はこの
発明の磁気冷凍装置の１１！ｍ−的の構造説明側面図、
第５図は固体の格子比熱θ説明図、第６図はこの発明Ｖ
Ｄ磁気冷凍装置の蓄冷固体ブロックＱ比熱説明図、第７
図は同じく蓄冷固体ブロックと作業物質の構造を示す上
面図である０ １：磁気作業物質 ３：断熱容器 ４：電磁石 ５：固
体蓄冷器 ７．８：熱交換室特許出臥人 新技術開発
事業団 出願人代理人 弁理士 佐 藤 文 男第
１ 図 Ｔ２ Ｔｌ １ 第 ２ 図 ＴｃＬ Ｔｃ２ ’ｒｏ、、 Ｔｃ４第 ４
図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １） 冷凍装置の高温側温度Ｔ、と低温側温度Ｔ２との
間にキュリ一点を有する複数０強磁性物質の混合物から
なる磁気作業物質を用いたことを％敵とする冷却温度幅
と冷凍出力の大きい磁気冷凍装置 ２） 固体蓄冷ブロックとして、異なる転移＠度を有す
る複数Ｑ反強磁性物質あるいは強磁性物質Ｑ混合物を用
いることを特徴とする特許績求Ｏ＠ｇ第１狼の磁気冷凍
装置 ３） 磁気作業物質と蓄冷ブロックがそれぞれフィンを
有し、鉄フィンが互に対面するような構造とされている
仁とを特徴とする特許請求Ｑ範ｖ！Ａ第１項ある、いは
第２項０磁気冷凍装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22728182A JPS59122872A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22728182A JPS59122872A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59122872A true JPS59122872A (ja) | 1984-07-16 |
| JPH0362983B2 JPH0362983B2 (ja) | 1991-09-27 |
Family
ID=16858352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22728182A Granted JPS59122872A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 冷却温度幅の大きい磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59122872A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001239074A (ja) * | 2000-02-03 | 2001-09-04 | Mcpherson's Ltd | はさみ |
| JP2008527301A (ja) * | 2005-01-12 | 2008-07-24 | ザ テクニカル ユニヴァーシティー オブ デンマーク | 磁気蓄熱器、磁気蓄熱器を製造する方法、能動磁気冷凍機を製造する方法、および能動磁気冷凍機 |
| JP2009204234A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Toshiba Corp | 磁気冷凍装置用磁性材料、熱交換容器および磁気冷凍装置 |
| JP2010060211A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Toshiba Corp | 磁気冷凍用磁性材料、磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム |
| US10046467B2 (en) | 2013-12-26 | 2018-08-14 | Raymay Fujii Corporation | Scissors |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2510801A (en) * | 1945-12-19 | 1950-06-06 | Chilowsky Constantin | Method and apparatus for producing electrical and mechanical energy from thermal energy |
| US2589775A (en) * | 1948-10-12 | 1952-03-18 | Technical Assets Inc | Method and apparatus for refrigeration |
| JPS58124178A (ja) * | 1982-01-20 | 1983-07-23 | アメリカ合衆国 | ホイ−ル型磁気冷凍機 |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP22728182A patent/JPS59122872A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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| US2510801A (en) * | 1945-12-19 | 1950-06-06 | Chilowsky Constantin | Method and apparatus for producing electrical and mechanical energy from thermal energy |
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| JP2010060211A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Toshiba Corp | 磁気冷凍用磁性材料、磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム |
| JP4703699B2 (ja) * | 2008-09-04 | 2011-06-15 | 株式会社東芝 | 磁気冷凍用磁性材料、磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム |
| US9310108B2 (en) | 2008-09-04 | 2016-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetically refrigerating magnetic material, magnetic refrigeration apparatus, and magnetic refrigeration system |
| US10046467B2 (en) | 2013-12-26 | 2018-08-14 | Raymay Fujii Corporation | Scissors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0362983B2 (ja) | 1991-09-27 |
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