JPH0331978B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0331978B2 JPH0331978B2 JP57129039A JP12903982A JPH0331978B2 JP H0331978 B2 JPH0331978 B2 JP H0331978B2 JP 57129039 A JP57129039 A JP 57129039A JP 12903982 A JP12903982 A JP 12903982A JP H0331978 B2 JPH0331978 B2 JP H0331978B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- heat
- regenerator
- solid
- cold storage
- 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.)
- Expired - Lifetime
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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
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は磁気冷凍装置における冷却効率の改良
のため、蓄熱媒質として固体を用いた装置に関す
る。
のため、蓄熱媒質として固体を用いた装置に関す
る。
磁気冷凍は、従来の気体冷凍装置に比して
(i) 作業媒質のモル容積が小さいので本質的に装
置の小型軽量化が可能なこと (ii) 作業媒質のコンプレツサが不要なため低雑
音、低振動のものが製作可能であること (iii) 殆んどの操作は電磁操作となるのでコンピユ
ータ制御等が容易となり、高信頼性の冷凍装置
を得ることが出来る。
置の小型軽量化が可能なこと (ii) 作業媒質のコンプレツサが不要なため低雑
音、低振動のものが製作可能であること (iii) 殆んどの操作は電磁操作となるのでコンピユ
ータ制御等が容易となり、高信頼性の冷凍装置
を得ることが出来る。
等、多くの特徴があり、冷凍工業に新展開をもた
らすものと期待されている。
らすものと期待されている。
この磁気冷凍は、数十度ｋ以下程度の低温領域
での利用が試みられ始めているが、近年、超電導
磁石の開発により強磁場が得やすくなつたこと等
により、より高温の領域への応用の可能性が開け
てきている。
での利用が試みられ始めているが、近年、超電導
磁石の開発により強磁場が得やすくなつたこと等
により、より高温の領域への応用の可能性が開け
てきている。
しかし、磁気作業物質の格子比熱が大きな熱負
荷として作用する温度領域では、気体冷凍におけ
る逆スターリングあるいは逆エリクソンサイクル
に相当する等磁化あるいは等磁場過程を含むサイ
クルを用いねばならないが、このサイクルを構成
するには適当な再生蓄冷装置を用いる必要があ
る。
荷として作用する温度領域では、気体冷凍におけ
る逆スターリングあるいは逆エリクソンサイクル
に相当する等磁化あるいは等磁場過程を含むサイ
クルを用いねばならないが、このサイクルを構成
するには適当な再生蓄冷装置を用いる必要があ
る。
このような磁気冷凍装置の１例を第１図に示
す。１は適当なキユーリー点を持つ磁気作業物
質、２は蓄冷液、３はその断熱容器、４は電磁石
であり、断熱容器３は上下動可能となつている。
同図ａのように作業物質１が蓄冷液の上部にある
状態で電磁石４で強磁場H1をかける。この過程
は第２図に示す逆エリクソンサイル中のＡからＢ
への準等温磁化過程に相当し、作業物質１を構成
する原子の磁気モーメントの整列によるエントロ
ピーＳの低下に伴う発熱が生ずるが、蓄冷液２と
の熱交換によつて放熱される。次いで第１図ｂの
ように断熱容器３は作業物質１がその底部に達す
るまで上昇する。（Ｂ→Ｃの等磁場過程）ここで
電磁石４の通電を止め消磁すると、磁気モーメン
トの配列の乱れに伴うエントロピーの増加による
吸熱が生じ、周囲の蓄冷液２の温度が低下する。
（Ｃ→Ｄの準等温過程）最後に容器３はゆつくり
下ろされ最初の状態に戻る。（Ｄ→Ｅの等磁場過
程）このサイクルにより蓄冷液２の上下方向には
温度勾配が生じ、第１図ａの状態に戻つた作業物
質１の温度はＥ迄上昇し、以後サイクルはＥ→Ｆ
→Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｊ→Ｋと進行し、蓄冷液２の下部
は冷却される。
す。１は適当なキユーリー点を持つ磁気作業物
質、２は蓄冷液、３はその断熱容器、４は電磁石
であり、断熱容器３は上下動可能となつている。
同図ａのように作業物質１が蓄冷液の上部にある
状態で電磁石４で強磁場H1をかける。この過程
は第２図に示す逆エリクソンサイル中のＡからＢ
への準等温磁化過程に相当し、作業物質１を構成
する原子の磁気モーメントの整列によるエントロ
ピーＳの低下に伴う発熱が生ずるが、蓄冷液２と
の熱交換によつて放熱される。次いで第１図ｂの
ように断熱容器３は作業物質１がその底部に達す
るまで上昇する。（Ｂ→Ｃの等磁場過程）ここで
電磁石４の通電を止め消磁すると、磁気モーメン
トの配列の乱れに伴うエントロピーの増加による
吸熱が生じ、周囲の蓄冷液２の温度が低下する。
（Ｃ→Ｄの準等温過程）最後に容器３はゆつくり
下ろされ最初の状態に戻る。（Ｄ→Ｅの等磁場過
程）このサイクルにより蓄冷液２の上下方向には
温度勾配が生じ、第１図ａの状態に戻つた作業物
質１の温度はＥ迄上昇し、以後サイクルはＥ→Ｆ
→Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｊ→Ｋと進行し、蓄冷液２の下部
は冷却される。
上記のような従来装置においては、蓄冷器とし
て液体、気体等の流体が用いられてきた。しか
し、第１図に示すように、蓄冷器中の作業物質の
移動に伴い、蓄冷流体が共に移動してしまう「蓄
冷流体の混合」あるいは「磁性体による蓄冷流体
のかかえこみ」と呼ばれる効果によつて、蓄冷効
果は悪化し、さらに温度域によつては適当な蓄冷
流体のない場合も生ずる。
て液体、気体等の流体が用いられてきた。しか
し、第１図に示すように、蓄冷器中の作業物質の
移動に伴い、蓄冷流体が共に移動してしまう「蓄
冷流体の混合」あるいは「磁性体による蓄冷流体
のかかえこみ」と呼ばれる効果によつて、蓄冷効
果は悪化し、さらに温度域によつては適当な蓄冷
流体のない場合も生ずる。
本発明は、蓄冷媒質として固体を用いることに
より、上記の欠点を除いた蓄冷器を得ようとする
ものである。
より、上記の欠点を除いた蓄冷器を得ようとする
ものである。
さらに、固体蓄冷媒質を一定間隔に並べたブロ
ツクとすることにより、各ブロツク間の熱伝導を
断つと共に、各ブロツクにその温度域で最も熱容
量の大きい材料を選択使用することを可能にす
る。
ツクとすることにより、各ブロツク間の熱伝導を
断つと共に、各ブロツクにその温度域で最も熱容
量の大きい材料を選択使用することを可能にす
る。
第３図は、本発明の磁気冷凍装置の１実施例を
示し、蓄冷器５は適当数の固体ブロツク５１，５
２，５３，５４…によつて構成され、熱交換のた
めのガスが充填される。６はテフロン製のガイド
棒であり、磁気作業物質１の上下動のガイドとな
る。７は上部放熱用熱交換室であり、入口７１か
ら出口７２へ還流するガスによつて排熱される。
８は下部熱交換室であり、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。
示し、蓄冷器５は適当数の固体ブロツク５１，５
２，５３，５４…によつて構成され、熱交換のた
めのガスが充填される。６はテフロン製のガイド
棒であり、磁気作業物質１の上下動のガイドとな
る。７は上部放熱用熱交換室であり、入口７１か
ら出口７２へ還流するガスによつて排熱される。
８は下部熱交換室であり、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。
この装置の作動原理は第１図の装置のものと同
じであるが、断熱容器３に封入されたガスは蓄冷
媒質である固体ブロツク５１，５２，…に比して
熱容量は極端に小さく、固体ブロツクと磁気作業
物質１との熱交換媒体としてのみ作用し、多少の
上下の混合によつても冷却効果を低下させる程に
は致らない。また、固体ブロツク５１，５２，５
３，…は一定間隔を置いて配置されているので、
隣り合うブロツクに温度差があつても、相互間の
熱伝導は遮断されており、これによる蓄冷効果の
低下を防ぐことが出来る。
じであるが、断熱容器３に封入されたガスは蓄冷
媒質である固体ブロツク５１，５２，…に比して
熱容量は極端に小さく、固体ブロツクと磁気作業
物質１との熱交換媒体としてのみ作用し、多少の
上下の混合によつても冷却効果を低下させる程に
は致らない。また、固体ブロツク５１，５２，５
３，…は一定間隔を置いて配置されているので、
隣り合うブロツクに温度差があつても、相互間の
熱伝導は遮断されており、これによる蓄冷効果の
低下を防ぐことが出来る。
また、一般に、固体比熱は低温で急激に低下
し、固体ブロツクの蓄冷効果を低下させる。しか
し、強磁性体はキユーリー点附近で異常比熱を有
することが知られており、各ブロツク５１，５
２，５３，…はそれぞれ、その作動温度附近にキ
ユーリー点を有する物質を用いることにより、そ
の熱容量を高め、装置を小型化することが出来
る。
し、固体ブロツクの蓄冷効果を低下させる。しか
し、強磁性体はキユーリー点附近で異常比熱を有
することが知られており、各ブロツク５１，５
２，５３，…はそれぞれ、その作動温度附近にキ
ユーリー点を有する物質を用いることにより、そ
の熱容量を高め、装置を小型化することが出来
る。
１例として利用しうる物質とそのキユーリー点
Tcを示せば次の通りである。
Tcを示せば次の通りである。
化合物 Tc（〓）
Gd3Al2 282
Tb3Al2 180
Dy3Al2 74
Ho3Al2 33
ErAl2 25
EuＳ 16
280〓〜180〓の間は（GdxTb1-x）3Al2のＸを変
えることにより、180〓〜74〓の間は（Tbx−
Dy1-x）3Al2のＸを変えることにより、また、74〓
〜33〓の間は（DyxH01-x）3Al2のＸを変えること
により任意のTcを有する固溶体を得ることが出
来る。
えることにより、180〓〜74〓の間は（Tbx−
Dy1-x）3Al2のＸを変えることにより、また、74〓
〜33〓の間は（DyxH01-x）3Al2のＸを変えること
により任意のTcを有する固溶体を得ることが出
来る。
この磁気冷凍装置は、第１図に示す冷凍装置と
同様に作動する。すなわち、第３図のように磁気
作業物質１が上部にある状態で電磁石４で強磁場
H1をかけると、磁気モーメントの整列に伴う発
熱が生じる。この熱は装置内に充填されたガスに
よつて固体蓄冷ブロツクに伝達されるが、気体を
介した熱伝導は、伝熱面間隔が小さくなると急激
に大きくなるので、事実上、磁気作業物質１と隣
あうブロツク５１にだけ熱が伝達される。次い
で、断熱容器３が上昇するかあるいは磁気作業物
質と電磁石４が下降するかして、磁気作業物質１
が順次ブロツク５２，５３等と熱交換しながら断
熱容器３の底部に達する。ここで電磁石４を消磁
すると、磁気モーメントの配列乱れに伴う吸熱に
よる温度の低下が生じ、ブロツク５４の温度を低
下させる。最後にゆつくりと第３図の状態に戻る
が、この間、ブロツク５３，５２と順次熱交換を
行なう。このようにして、ブロツク５１の温度上
昇とブロツク５４の温度低下を生じる。この間、
熱交換は上記のように磁気作業物質１とこれと隣
あうブロツクの間でだけ生じ、ブロツク相互間は
その間隔が大きいため熱伝導は遮断されている。
このブロツク５１からの排熱は上部放熱用熱交換
室７、冷熱は下部熱交換室８のガスの還流によつ
て行なわれる。これらの熱交換室は断熱容器３内
とは遮断されているので、このガスの還流によつ
て容器内のガス流を生じるものではない。
同様に作動する。すなわち、第３図のように磁気
作業物質１が上部にある状態で電磁石４で強磁場
H1をかけると、磁気モーメントの整列に伴う発
熱が生じる。この熱は装置内に充填されたガスに
よつて固体蓄冷ブロツクに伝達されるが、気体を
介した熱伝導は、伝熱面間隔が小さくなると急激
に大きくなるので、事実上、磁気作業物質１と隣
あうブロツク５１にだけ熱が伝達される。次い
で、断熱容器３が上昇するかあるいは磁気作業物
質と電磁石４が下降するかして、磁気作業物質１
が順次ブロツク５２，５３等と熱交換しながら断
熱容器３の底部に達する。ここで電磁石４を消磁
すると、磁気モーメントの配列乱れに伴う吸熱に
よる温度の低下が生じ、ブロツク５４の温度を低
下させる。最後にゆつくりと第３図の状態に戻る
が、この間、ブロツク５３，５２と順次熱交換を
行なう。このようにして、ブロツク５１の温度上
昇とブロツク５４の温度低下を生じる。この間、
熱交換は上記のように磁気作業物質１とこれと隣
あうブロツクの間でだけ生じ、ブロツク相互間は
その間隔が大きいため熱伝導は遮断されている。
このブロツク５１からの排熱は上部放熱用熱交換
室７、冷熱は下部熱交換室８のガスの還流によつ
て行なわれる。これらの熱交換室は断熱容器３内
とは遮断されているので、このガスの還流によつ
て容器内のガス流を生じるものではない。
第４図に示すのは別の実施例で、固体蓄冷器９
上には蓄冷ブロツク９１，９２，９３，…は円盤
状に配置される。固体ブロツク９１が磁気作業物
質１位置で磁場がかけられ、ブロツク９１は加熱
される。次いで蓄冷器９は半回転し、ブロツク９
４が作業物質１位置に来たとき、電磁石４は消磁
され、ブロツク９４は冷却される。更に蓄冷器９
の半回転で元に復し１サイクルを終る。蓄冷器９
は一方向回転でも往復逆回転でもよい。
上には蓄冷ブロツク９１，９２，９３，…は円盤
状に配置される。固体ブロツク９１が磁気作業物
質１位置で磁場がかけられ、ブロツク９１は加熱
される。次いで蓄冷器９は半回転し、ブロツク９
４が作業物質１位置に来たとき、電磁石４は消磁
され、ブロツク９４は冷却される。更に蓄冷器９
の半回転で元に復し１サイクルを終る。蓄冷器９
は一方向回転でも往復逆回転でもよい。
また、磁気作業物質１を円盤状に配置して回転
するようにしてもよい。この場合は一定磁場への
進入、退出によつて作業物質の磁化・消磁が行な
われるので、電磁石の通電、遮断を行う必要がな
く、超電導磁石等の利用には有利である。
するようにしてもよい。この場合は一定磁場への
進入、退出によつて作業物質の磁化・消磁が行な
われるので、電磁石の通電、遮断を行う必要がな
く、超電導磁石等の利用には有利である。
第１図は従来の磁気冷凍装置の動作説明図、第
２図は冷凍サイクルのエントロピー温度線図、第
３図は本発明の冷凍装置の１実施例の構成図、第
４図は同じく他の実施例の構成図。 １：磁気作業物質、２：蓄冷液、３：断熱容
器、４：電磁石、５：固体蓄冷器、７，８：熱交
換室、９：円盤状固体蓄冷器。
２図は冷凍サイクルのエントロピー温度線図、第
３図は本発明の冷凍装置の１実施例の構成図、第
４図は同じく他の実施例の構成図。 １：磁気作業物質、２：蓄冷液、３：断熱容
器、４：電磁石、５：固体蓄冷器、７，８：熱交
換室、９：円盤状固体蓄冷器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 磁気作業物質、該磁気作業物質に磁界を作用
させる磁気装置、該磁気作業物質と熱交換をする
蓄冷器からなり、該蓄冷器は気体等の熱交換媒質
中に配設された固体蓄冷媒質を有することを特徴
とする磁気冷凍装置。 ２ 固体蓄冷媒質が、蓄冷器の高温側から低温側
へかけて、一定間隔を置いた複数の固体ブロツク
から形成されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項の磁気冷凍装置。 ３ 複数の固体ブロツクが、その作動温度に応じ
てそれぞれ異なつたキユーリー点を持つ物質で形
成されることを特徴とする特許請求の範囲第２項
の磁気冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12903982A JPS5921958A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 固体蓄冷器を用いた磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12903982A JPS5921958A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 固体蓄冷器を用いた磁気冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5921958A JPS5921958A (ja) | 1984-02-04 |
| JPH0331978B2 true JPH0331978B2 (ja) | 1991-05-09 |
Family
ID=14999586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12903982A Granted JPS5921958A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 固体蓄冷器を用いた磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921958A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60169064A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | 株式会社東芝 | 磁気冷凍装置 |
| JPS60174466A (ja) * | 1984-02-21 | 1985-09-07 | 株式会社東芝 | 磁気冷凍装置 |
| JPS6144266A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-03 | 科学技術庁長官官房会計課長 | 磁気冷凍機 |
| JPS6144267A (ja) * | 1984-08-09 | 1986-03-03 | 科学技術庁長官官房会計課長 | 磁気冷凍機 |
| JP7727280B2 (ja) * | 2021-10-27 | 2025-08-21 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 磁気冷凍材料とその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3841107A (en) * | 1973-06-20 | 1974-10-15 | Us Navy | Magnetic refrigeration |
-
1982
- 1982-07-26 JP JP12903982A patent/JPS5921958A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5921958A (ja) | 1984-02-04 |
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