(57)【要約】      （修正有）【課題】流路が簡単であり、流体抵抗と熱損失が小さい磁気冷凍式冷凍装置を提供する。【解決手段】回転型磁気冷凍式冷凍装置は、互いに組み立てられる冷凍装置上部ケース３ａと冷凍装置下部ケース３ｂとを備え、上部ケースと下部ケースとの結合接触面の間には、第１挟持板６ａと第２挟持板６ｂとが対称的に固定され、第１挟持板と第２挟持板との間には、円形磁気作動流体ユニット２が軸を介して回転可能に支持して取り付けられ、冷凍装置上部ケースの最上部の外部に永久磁石スロット１０が嵌着される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
回転型磁気冷凍式冷凍装置であって、
前記磁気冷凍式冷凍装置（１）は、互いに組み立てられる冷凍装置上部ケース（３ａ）と冷凍装置下部ケース（３ｂ）とを備え、
前記冷凍装置上部ケース（３ａ）と前記冷凍装置下部ケース（３ｂ）との結合接触面の間には、第１挟持板（６ａ）と第２挟持板（６ｂ）とが対称的に固定され、
前記第１挟持板（６ａ）と前記第２挟持板（６ｂ）との間には、円形磁気作動流体ユニット（２）が軸（４）を介して支持して取り付けられるとともに、回転するように連動され、
前記冷凍装置上部ケース（３ａ）の最上部の外部には永久磁石スロット（１０）が嵌着され、
前記永久磁石スロット（１０）は、前記円形磁気作動流体ユニット（２）の平面に垂直な励磁磁場を前記円形磁気作動流体ユニット（２）に提供する、
ことを特徴とする回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項２】
前記第１挟持板（６ａ）と前記第２挟持板（６ｂ）との両方の中間部位には、第１軸受取付穴（６ｃ）と第２軸受取付穴（６ｄ）とがそれぞれ加工され、
前記第１挟持板（６ａ）の前記第１軸受取付穴（６ｃ）内には第１軸受（５ａ）が取り付けられ、
前記第２挟持板（６ｂ）の前記第２軸受取付穴（６ｄ）内には第２軸受（５ｂ）が取り付けられ、
前記軸（４）の両端のそれぞれが前記第１軸受（５ａ）と前記第２軸受（５ｂ）との間に支持して取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項３】
前記円形磁気作動流体ユニット（２）は、フレーム（７）を備え、
前記フレーム（７）の間隙内には、複数の磁気作動流体（８）が均一に固定して取り付けられ、
前記磁気作動流体（８）の外縁がフープ（９）を介して固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項４】
前記フレーム（７）は、硬質断熱性プラスチックを用いて星型構造として鋳造され、
前記磁気作動流体（８）は、キャスト成形され所望の扇形に切断される、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項５】
前記第１挟持板（６ａ）と前記第２挟持板（６ｂ）とは、同じ構造を用い、それらの断面がいずれもＴ字形断面（６ｅ）とされており、
前記Ｔ字形断面（６ｅ）の長尺状リブ（６ｆ）が前記冷凍装置上部ケース（３ａ）と前記冷凍装置下部ケース（３ｂ）との間に締め付けられて設けられ、これらのケースを固定し、
前記Ｔ字形断面（６ｅ）の他方の光滑面には、前記円形磁気作動流体ユニット（２）に対して回転可能に締まり嵌めするためのシリコン層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項６】
前記冷凍装置上部ケース（３ａ）、前記冷凍装置下部ケース（３ｂ）、前記円形磁気作動流体ユニット（２）、前記第１挟持板（６ａ）、及び前記第２挟持板（６ｂ）が組み立てられると、キャビティ全体は、保冷キャビティ（１１）と保温キャビティ（１２）という２つの、比較的密閉されているキャビティに分けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項７】
前記保温キャビティ（１２）は、保温ガスが流通するものであり、下部から供給、上部から排出するように構成され、その一方側の下部には保温流路入口（１３）が設けられ、他方側の上部には保温流路出口（１４）が設けられ、前記保温流路入口（１３）が設けられた側のトップコーナーの位置には、熱流体がコーナーに蓄積しないように、傾斜して配置された第１セパレータ（１７）が取り付けられる、
ことを特徴とする請求項６に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項８】
前記保冷キャビティ（１１）は、保冷液体が流通するものであり、上部から供給、下部から排出するように構成され、その一方側の上部には保冷流路入口（１５）が設けられ、他方側の下部には保冷流路出口（１６）が設けられ、前記保冷流路入口（１５）が設けられた側のボトムコーナーの位置には、冷流体がコーナーに蓄積しないように、傾斜して配置された第２セパレータ（１８）が取り付けられる、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【請求項９】
作動するときに、前記円形磁気作動流体ユニット（２）は、反時計回りで回転して、前記保温キャビティ（１２）の内部の保温ガスと前記保冷キャビティ（１１）の内部の保冷液体とをそれぞれ逆方向に移動させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の回転型磁気冷凍式冷凍装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実用新案は、磁気冷凍式の技術分野に属し、特に、エネルギーを貯蔵することなく、連続的に冷却できる回転型磁気冷凍式冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気冷凍技術は、新しい冷凍技術であり、従来の蒸気圧縮式の冷凍技術と異なり、磁気冷凍技術は、プロセスがより簡単であり、そして有機作動流体の使用を必要としない。現在の高効冷凍ユニットに使用される有機作動流体には、程度が異なるが、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）及び地球温暖化係数（ＧＷＰ）が存在する。「モントリオール議定書」に従って、従来の有機作動流体の多くが制限されるようになり、これは、磁気冷凍技術が発展する１つの要因である。
【０００３】
磁気冷凍技術は、ある材料の磁気熱量効果を利用して冷凍又は加熱を行うプロセスである。通常使用されている磁気熱量材料は、磁場に入ると、材料の内部の原子の磁気モーメントが非規則的なものから規則的に変わり、材料の磁気エントロピーが低くなり、エネルギー保存の法則に従って磁気熱量材料自体から放熱し、磁気熱量材料は、磁場から離れると吸熱し、材料の内部の原子の磁気モーメントが規則的なものから非規則的になる。近来、Ｇｄ及びこの合金Ｇｄ５Ｓｉ２Ｇｅ２の巨大磁気熱量効果が発見されており、それは、磁気冷凍技術の発展の基礎となる。
【０００４】
連続した安定的な磁気冷凍プロセスを実現するために、磁気作動流体に印加される磁場を周期的に変化させる必要がある。電磁場は、周期的に変化する磁場を提供できるものの、大きな磁場を発生させるために、電力システムの電流が大きくなり、高損失が生じる。それに比べて、現在の永久磁石磁場がもっと人気がある。磁体と磁気作動流体との相対運動方式によって、磁気冷凍式冷凍装置は、回転式と往復式の２種の主な形態に分けられる。そのうち、回転式冷凍装置冷凍は、プロセスの連続性が良好であることから、注目を集めている。
【０００５】
しかしながら、システムの冷熱を連続的に切り替えるために、冷凍装置の内部の流路が複雑になり、且つ配管が多く、その結果、熱が損失され、エネルギーの利用率が低下し、そして、複雑な流路構造により冷凍装置の信頼性が低下し、抵抗が高まる。複雑なシステムの構造は、磁気冷凍システムのスケールアップを制限する重要な要素でもあり、したがって、磁気冷凍式冷凍装置の連続性及び信頼性は、磁気冷凍式冷凍装置の商用及び普及の可能性に直接繋がる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本実用新案は、現在、磁気冷凍式冷凍装置の流路が複雑であり、流体抵抗が大きく、熱損失が大きいという欠点を解決するために、新型回転型磁気冷凍式冷凍装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記技術的特徴を実現するために、本実用新案の目的は、以下のように実現される。前記磁気冷凍式冷凍装置は、互いに組み立てられる冷凍装置上部ケースと冷凍装置下部ケースとを備え、前記冷凍装置上部ケースと冷凍装置下部ケースとの結合接触面の間には、第１挟持板と第２挟持板とが対称的に固定され、第１挟持板と第２挟持板との間には、円形磁気作動流体ユニットが軸を介して支持して取り付けられるとともに、回転するように連動され、前記冷凍装置上部ケースの最上部の外部には永久磁石スロットが嵌着され、前記永久磁石スロットは、円形磁気作動流体ユニットの平面に垂直な励磁磁場を円形磁気作動流体ユニットに提供する。
【０００８】
前記第１挟持板と第２挟持板との両方の中間部位には、第１軸受取付穴と第２軸受取付穴とがそれぞれ加工され、第１挟持板の第１軸受取付穴内には第１軸受が取り付けられ、第２挟持板の第２軸受取付穴内には第２軸受が取り付けられ、前記軸の両端のそれぞれが第１軸受と第２軸受との間に支持して取り付けられる。
【０００９】
前記円形磁気作動流体ユニットは、フレームを備え、前記フレームの間隙内には、複数の磁気作動流体が均一に固定して取り付けられ、前記磁気作動流体の外縁がフープを介して固定される。
【００１０】
前記フレームは、硬質断熱性プラスチックを用いて星型構造として鋳造され、前記磁気作動流体は、キャスト成形され所望の扇形に切断される。
【００１１】
前記第１挟持板と第２挟持板とは、同じ構造を用い、それらの断面がいずれもＴ字形断面とされており、Ｔ字形断面の長尺状リブが冷凍装置上部ケースと冷凍装置下部ケースとの間に締め付けられて設けられ、これらのケースを固定し、Ｔ字形断面の他方の光滑面には、円形磁気作動流体ユニットに対して回転可能に締まり嵌めするためのシリコン層が設けられている。
【００１２】
前記冷凍装置上部ケース、冷凍装置下部ケース、円形磁気作動流体ユニット、第１挟持板、及び第２挟持板が組み立てられると、キャビティ全体は、保冷キャビティと保温キャビティという２つの、比較的密閉されているキャビティに分けられる。
【００１３】
前記保温キャビティは、保温ガスが流通するものであり、下部から供給、上部から排出するように構成され、その一方側の下部には保温流路入口が設けられ、他方側の上部には保温流路出口が設けられ、保温流路入口が設けられた側のトップコーナーの位置には、熱流体がコーナーに蓄積しないように、傾斜して配置された第１セパレータが取り付けられる。
【００１４】
前記保冷キャビティは、保冷液体が流通するものであり、上部から供給、下部から排出するように構成され、その一方側の上部には保冷流路入口が設けられ、他方側の下部には保冷流路出口が設けられ、保冷流路入口が設けられた側のボトムコーナー位置には、冷流体がコーナーに蓄積しないように、傾斜して配置された第２セパレータが取り付けられる。
【００１５】
作動するときに、前記円形磁気作動流体ユニットは、反時計回りで回転して、保温キャビティの内部の保温ガスと保冷キャビティの内部の保冷液体とをそれぞれ逆方向に移動させる。
【考案の効果】
【００１６】
本実用新案は、下記有益な効果を有する。
１、本実用新案の前記冷凍装置の設計によれば、エネルギーを効果的に利用して、連続的な冷凍を可能にするだけでなく、各工程のモジュール化及び簡素化が可能になり、回転型磁気冷凍式冷凍装置に存在する、システム、手順や製造が複雑であるなどのさまざまな問題を解決する。
【００１７】
２、本実用新案の磁気冷凍式冷凍装置は、構造が簡単であり、信頼性が高く、設備のスケールアップが可能であり、且つ保冷、保温の流路が簡単であり、システムの抵抗が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実用新案の全体の分解構造図である。
【図２】本実用新案の主断面図である。
【図３】本実用新案の第１挟持板の正裏面の構造図である。
【図４】本実用新案の第２挟持板の正裏面の構造図である。
【図５】本実用新案の円形磁気作動流体ユニットの構造図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本実用新案の実施形態についてさらに説明する。
【００２０】
実施例１：
図１〜５に示すように、回転型磁気冷凍式冷凍装置であって、前記磁気冷凍式冷凍装置１は、互いに組み立てられる冷凍装置上部ケース３ａと冷凍装置下部ケース３ｂとを備え、前記冷凍装置上部ケース３ａと前記冷凍装置下部ケース３ｂとの結合接触面の間には、第１挟持板６ａと第２挟持板６ｂとが対称的に固定され、前記第１挟持板６ａと前記第２挟持板６ｂとの間には、円形磁気作動流体ユニット２が軸４を介して支持して取り付けられるとともに、回転するように連動され、前記冷凍装置上部ケース３ａの最上部の外部には永久磁石スロット１０が嵌着され、永久磁石スロット１０は、前記円形磁気作動流体ユニット２の平面に垂直な励磁磁場を前記円形磁気作動流体ユニット２に提供する、ことを特徴とする。上記回転型磁気冷凍式冷凍装置によって、エネルギーを効果的に利用して、連続的な冷凍を可能にする。現在、磁気冷凍式冷凍装置の流路が複雑になり、流体抵抗が大きく、熱損失が大きいという欠点を解決する。
【００２１】
さらに、前記第１挟持板６ａと前記第２挟持板６ｂとの両方の中間部位には、第１軸受取付穴６ｃと第２軸受取付穴６ｄとがそれぞれ加工され、前記第１挟持板６ａの前記第１軸受取付穴６ｃ内には第１軸受５ａが取り付けられ、前記第２挟持板６ｂの前記第２軸受取付穴６ｄ内には第２軸受５ｂが取り付けられ、前記軸４の両端のそれぞれが前記第１軸受５ａと前記第２軸受５ｂとの間に支持して取り付けられる。上記構造によって、軸４は、軸受の支持作用でスムーズに回転できることを確保し、さらに支持する円形磁気作動流体ユニット２を回転連動する。
【００２２】
さらに、前記円形磁気作動流体ユニット２は、フレーム７を備え、前記フレーム７の外周には、複数の磁気作動流体８が均一に固定して取り付けられ、前記磁気作動流体８の外縁がフープ９を介して固定される。前記フレーム７は、硬質断熱性プラスチックを用いて星型構造として鋳造され、前記磁気作動流体８は、キャスト成形され所望の扇形に切断される。上記の磁気作動流体８が磁場作用で熱量を発生でき、磁場領域から離れると、吸熱でき、さらに交互して磁場に入るとき、循環冷却を実現する。
【００２３】
さらに、前記第１挟持板６ａと前記第２挟持板６ｂとは、同じ構造を用い、それらの断面がいずれもＴ字形断面６ｅとされており、前記Ｔ字形断面６ｅの長尺状リブ６ｆが前記冷凍装置上部ケース３ａと前記冷凍装置下部ケース３ｂとの間に締め付けられて設けられ、これらのケースを固定し、前記Ｔ字形断面６ｅの他方の光滑面には、前記円形磁気作動流体ユニット２に対して回転可能に締まり嵌めするためのシリコン層が設けられる。上記構造の挟持板を介して、軸４を効果的に支持することができる。
【００２４】
さらに、前記冷凍装置上部ケース３ａ、前記冷凍装置下部ケース３ｂ、前記円形磁気作動流体ユニット２、前記第１挟持板６ａ及び前記第２挟持板６ｂが組み立てられると、キャビティ全体は、保冷キャビティ１１と保温キャビティ１２という２つの、比較的密閉されているキャビティに分けられる。前記保温キャビティ１２は、保温ガスが流通するものであり、下部から供給、上部から排出するように構成され、その一方側の下部には保温流路入口１３が設けられ、他方側の上部には保温流路出口１４が設けられ、前記保温流路入口１３が設けられた側のトップコーナー位置には、熱流体がコーナーに蓄積しないように、傾斜して配置された第１セパレータ１７が取り付けられる。前記保冷キャビティ１１は、保冷液体が流通するものであり、上部から供給、下部から排出するように構成され、その一方側の上部には保冷流路入口１５が設けられ、他方側の下部には保冷流路出口１６が設けられ、前記保冷流路入口１５が設けられた側のボトムコーナー位置には、冷流体がコーナーに蓄積しないように、傾斜して配置された第２セパレータ１８が取り付けられる。上記の２つの比較的密封されている流路により、それぞれ冷却及び加熱を行うことができる。
【００２５】
さらに、作動するときに、前記円形磁気作動流体ユニット２は、反時計回りで回転して、前記保温キャビティ１２の内部の保温ガスと前記保冷キャビティ１１の内部の保冷液体とをそれぞれ逆方向に移動させる。上記の移動と回転方向により、流体がキャビティの内部を十分に流れることができ、また、熱交換効率を大幅に向上させ、さらに作業効率を向上させる。
【００２６】
さらに、前記上側流路の外部は磁場が印加され、磁気作動流体の励磁領域であり、前記下側流路の外部は、磁場がなく、磁気作動流体の消磁領域であり、中部挟持板の遮蔽部分は、磁場がなく、遷移領域である。
【００２７】
実施例２：
本実用新案の前記磁気冷凍式冷凍装置１の取り付けは以下のとおりである。
軸４を円形磁気作動流体ユニット２に挿入し、固定方式は、システムの大きさとトルクに応じて摩擦、リブ追加やねじなどにより固定することができる。次に、第１軸受５ａと第２軸受５ｂとを第１挟持板６ａと第２挟持板６ｂとに固定し、ここで、第１挟持板６ａが軸４のトップに取り付けられ、軸４の他端が第２挟持板６ｂに挿入され、円形磁気作動流体ユニット２が軸４を介して挟持板ユニットのリブ付き面と反対の面に挟持される。その後に、軸４、円形磁気作動流体ユニット２、第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂが取り付けられた第１挟持板６ａと第２挟持板６ｂとを冷凍装置下部ケース３ｂに取り付け、第１挟持板６ａと第２挟持板６ｂとのリブが軸４と円形磁気作動流体ユニット２を対応位置に固定でき、冷凍装置上部ケース３ａをかけ、２つのケースがねじやクランプなどを通して固定でき、最後に永久磁石スロット１０を冷凍装置上部ケース３ａの一方側に配置して、磁気冷凍式冷凍装置１の組み立てが完了する。
【００２８】
実施例４：
本実施例では、ケースユニットは、冷凍装置上部ケース３ａ、冷凍装置下部ケース３ｂを突き合わせて形成され、これらの２つのケースは同じであり、ケースは、アルミニウム合金材料であり、肉厚が２ｍｍであり、内部サイズが長さ×幅×高さ２００ｍｍ×１００×ｍｍ×３０ｍｍである。冷凍装置上部ケース３ａ、冷凍装置下部ケース３ｂには流体が流入流出するためのジョイントが接続され、ジョイントとケースは、同じ材質を用い、溶接により接続され、ジョイントの外側にねじが刻設され、ホースを介して外部サイクルに接続される。ケースユニットの開口の下縁に残された、軸受が通過可能な円穴は、外径が１０ｍｍである。
【００２９】
前記実施例では、第１挟持板６ａ及び第２挟持板６ｂの断面がＴ字形であり、第１挟持板６ａ及び第２挟持板６ｂ本体は、硬質断熱性プラスチック材質であり、本体の長さ×幅×高さが２００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍであり、一方側には長さ×幅×高さが２００ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍのリブが付かれており、磁気作動流体と接触する他方側には０．５ｍｍ厚さのシリコン材料が粘着される。２つの挟持板部材のうち一方の第２挟持板６ｂの中心には、軸受が通過できるとともに、軸受が取り付けられる１２ｍｍの円穴が開設され、他方の第１挟持板６ａには、厚さが２ｍｍの軸受を取り付け可能なスロットが開設されるが、このスロットが貫通しない。
【００３０】
前記実施例では、円形磁気作動流体ユニット２は、フレーム７、磁気作動流体８及びフープ９で構成され、フレーム７は、硬質断熱性プラスチックを用いて星型構造として鋳造され、その外径×内径×厚さが１９８ｍｍ×１０ｍｍ×２５ｍｍであり、磁気作動流体８は、キャスト成形され所望の扇形に切断され、その直径×厚さが１６８ｍｍ×２５ｍｍであり、最後に炭素繊維製のフープ９を介してフレーム７に固定され、フープ９の外径×内径×厚さが２００ｍｍ×１９８ｍｍ×２５ｍｍである。前記円形磁気作動流体ユニット２の厚さが２５ｍｍである。
【００３１】
前記実施例では、第１軸受５ａ、第２軸受５ｂ及び軸４は、すべてステンレス材料を用い、軸４の直径が１０ｍｍであり、第１軸受５ａと第２軸受５ｂは、外径が１２ｍｍ、内径が１０ｍｍ、厚さが２ｍｍである。
【００３２】
実施例５：
前記回転型磁気冷凍式冷凍装置の冷却方法であって、
Ｓｔｅｐ１：永久磁石スロット１０が磁場を発生させ、また、前記磁場が冷凍装置上部ケース３ａと冷凍装置下部ケース３ｂを透過して、さらにその内部の円形磁気作動流体ユニット２に励磁磁場を提供できるステップと、
Ｓｔｅｐ２：動力装置を介して軸４を駆動し、軸４が同期して円形磁気作動流体ユニット２を回転駆動し、さらに円形磁気作動流体ユニット２を磁場において回転させるステップと、
Ｓｔｅｐ３：磁気作動流体８が前記磁場に入るとき、前記磁気作動流体８が励磁されて放熱することができ、前記磁気作動流体８が前記磁場から離れるとき、前記磁気作動流体８が消磁して吸熱するステップと、
Ｓｔｅｐ４：冷流体内の磁気作動流体８の吸熱時間を計算することにより、円形磁気作動流体ユニット２の回転角速度を制御し、保温キャビティ１２と保冷キャビティ１１の内部における磁気作動流体８の循環放熱と吸熱を実現し、さらに磁気冷凍式冷凍装置１の連続的な冷却を可能にするステップとを含む。
【符号の説明】
【００３３】
図において、磁気冷凍式冷凍装置１、円形磁気作動流体ユニット２、冷凍装置上部ケース３ａ、冷凍装置下部ケース３ｂ、軸４、第１軸受５ａ、第２軸受５ｂ、第１挟持板６ａ、第２挟持板６ｂ、第１軸受取付穴６ｃ、第２軸受取付穴６ｄ、Ｔ字形断面６ｅ、長尺状リブ６ｆ、フレーム７、磁気作動流体８、フープ９、永久磁石スロット１０、保冷キャビティ１１、保温キャビティ１２、保温流路入口１３、保温流路出口１４、保冷流路入口１５、保冷流路出口１６、第１セパレータ１７、第２セパレータ１８。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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