(57)【要約】回転磁気冷却装置は、リング（２１）に配列された磁気再生ベッド（２２）を有し、このリングは、中心軸の周りで回転するように取り付けられ、各ベッドは、リング（２１）が回転するときにマグネット（２９）により形成される磁界中へと移動しそしてそこから出る。熱伝達流体は、分配バルブ（２４）により再生ベッド（２２）へ及びそこから案内され、分配バルブは、コンジットによりベッドのホット端及びコールド端に接続されると共に、ベッド（２２）のリング（２１）と共に回転する。上記分配バルブ（２４）は、コンジットによりホット熱交換器（３４）及びコールド熱交換器（３８）に接続された固定バルブ部材を有する。上記ベッドに含まれる磁熱材料は、多孔性であり、それを通して熱伝達流体を流すことができる。上記分配バルブ（２４）は、磁界の外部にあるベッドのホット端へ熱伝達流体を向け、該流体は、それを通ってコールド端へ流れ、そこで、分配バルブ（２４）へ戻され、そしてベッドが磁界内にあるときには、分配バルブ（２４）は、流体をベッドのコールド端へ向け、それを通してホット端へ流し、そこで、流体は分配バルブへ戻され、能動的な磁気再生サイクルを完了する。各コンジットに流れる流体は、単一方向にしか流れないか又は静止したままであり、コンジット内のデッドボリュームを最小にする。
2004506168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達流体の再生冷却を行う方法において、
（ａ）偶数の磁気再生ベッドのリングを用意し、各ベッドに含まれる材料は、磁熱効果を示し、多孔性であり且つこのような磁熱材料を通して熱伝達流体を流すことができ、各ベッドは、ホット端及びコールド端を有し、更に、当該ベッドは、各ベッドのコールド端がその隣接ベッドのコールド端に隣接しそして各ベッドのホット端がその隣接ベッドのホット端に隣接するように円形リングに配列され、
（ｂ）磁界を通して上記再生ベッドのリングを回転して、上記再生ベッドのリングが回転するときに上記再生ベッドの各々に交互に磁界を付与しそして磁界を除去し、そして
（ｃ）上記ベッドが磁界内にないときには上記ベッドのホット端からコールド端へ上記再生ベッドを経て熱伝達流体を通して、上記ベッドが回転される中心軸に対して熱伝達流体が周囲流となるようにし、そして上記ベッドのリングが回転されて上記ベッドが磁界内にあるときには上記ベッドのコールド端からホット端へ上記再生ベッドを経て熱伝達流体を周囲流として通す、
という段階を備えた方法。
【請求項２】
上記ベッドが磁界内にあるときに上記ベッドのコールド端からホット端へと上記再生ベッドを通過した熱伝達流体から熱を引き出す段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱伝達流体に熱を移送し、次いで、熱伝達流体を、上記再生ベッドが磁界内にあるときにそのベッドへ通しそしてそのベッドを経てそのコールド端からホット端へと通す段階を更に備えた請求項２に記載の方法。
【請求項４】
回転磁気冷却ヒートポンプ装置において、
（ａ）中心軸の周りで回転するように取り付けられた磁気再生ベッドのリング、及び中心軸の周りで回転するように上記磁気再生ベッドのリングを駆動するためのドライブを備え、各ベッドに含まれる材料は、磁熱効果を示し、多孔性であり且つこのような磁熱材料を通して熱伝達流体を周囲流として流すことができ、各ベッドは、ホット端及びコールド端を有し、
（ｂ）上記リングにおける再生ベッドの全部ではなくその少なくとも１つを通る磁界を与えて、少なくとも１つのベッドが磁界内にありそして少なくとも１つのベッドが磁界の外部にあるようにするマグネットと、
（ｃ）ホット熱交換器と、
（ｄ）コールド熱交換器と、
（ｅ）コンジットにより上記ホット熱交換器及びコールド熱交換器に接続されると共に、コンジットにより各磁熱ベッドのホット端及びコールド端に接続された分配バルブとを更に備え、この分配バルブは、上記再生ベッドのリングが回転するときにスイッチングして、磁界の外部にあるベッドからの流路にある熱伝達流体を、この分配バルブを経て上記コールド熱交換器へ向け、そしてこの分配バルブを経て磁界内にあるベッドへと戻し、次いで、この分配バルブを経てホット熱交換器へ向け、そしてこの分配バルブを経て、磁界の外部にあるベッドへと戻し、更に、この分配バルブは、これを通る流れを、コンジットを通る流れが同じ方向に維持されるように向け、そしてベッドが磁界の外部にあるときに各ベッドを通る流れの方向が、ベッドが磁界内にあるときの流れの方向と逆転されるようにし、そして
（ｆ）上記ホット及びコールド熱交換器、コンジット及び分配バルブを通して熱伝達流体を駆動するようにコンジットに接続されたポンプを更に備えた装置。
【請求項５】
上記分配バルブとベッドとの間の対応する入口及び出口コンジットがＹコネクタを経てベッドにおける単一の入口／出口ポートへと合流される請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
偶数の磁気再生ベッドがあり、これらベッドは、各ベッドのコールド端がその隣接ベッドのコールド端に隣接しそして各ベッドのホット端がその隣接ベッドのホット端に隣接するように円形リングに配列され、これらベッドの隣接コールド端は、流体の流れに対して互いに開いていて、１つの共通のコールド端入力ポート及び１つの共通のコールド端出力ポートを有し、そしてこれらベッドの隣接ホット端は、流れ防止セパレータにより分離されていて、各ベッドのホット端に対して入力及び出力ポートを有する請求項４に記載の冷却装置。
【請求項７】
上記分配バルブは、固定バルブ部材と、中心軸の周りでこの固定バルブ部材に係合して回転するように取り付けられた回転バルブ部材とを備え、そして上記コンジットは、上記回転バルブ部材から各ベッドのホット端及びコールド端へと延びて分配バルブとベッドとの間に流体を分配し、上記回転バルブ部材は、上記再生ベッドのリングと共に回転する請求項４に記載の冷却装置。
【請求項８】
上記分配バルブは、内部の固定バルブ部材と、中心軸の周りでこの固定バルブ部材に係合して回転するように取り付けられた外部の回転バルブ部材とを備え、上記固定バルブ部材は、２つのコールド流体チャンバー及び２つのホット流体チャンバーを有し、上記回転バルブ部材は、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第１コールド流体チャンバーと次々に連通する第１コールド流体ポートと、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第２コールド流体チャンバーと次々に連通する第２コールド流体ポートとを有し、上記回転バルブ部材は、更に、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第１ホット流体チャンバーと次々に連通する第１ホット流体ポートと、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第２ホット流体チャンバーと次々に連通する第２ホット流体ポートとを有し、上記固定バルブ部材におけるチャンネルは、２つのホット流体開口から第１及び第２のホット流体チャンバーへと延びそして２つのコールド流体開口から第１及び第２のコールド流体チャンバーへと延び、上記コンジットは、上記ベッドのコールド入力ポートから、第１のコールド流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延び、上記コンジットは、上記ベッドのコールド出力ポートから、第２のコールド流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延び、上記コンジットは、上記ベッドのホット出力ポートから、第１のホット流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延び、そして上記コンジットは、上記ベッドのホット入力ポートから、第２のホット流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延び、更に、上記コンジットは、上記コールド熱交換器の出口から、第１コールド流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のコールド流体開口へと延び、上記コンジットは、上記コールド熱交換器の入口から、第２コールド流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のコールド流体開口へと延び、上記コンジットは、第１ホット流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のホット流体開口からポンプを経て上記ホット熱交換器の入口へと延び、そして上記コンジットは、上記ホット熱交換器の出口から、上記固定バルブ部材の第２ホット流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のホット流体開口へと延びる請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
上記固定バルブ部材は上端及び下端を有し、そして上記固定バルブ部材におけるコールド流体開口は、上記端の一方において軸方向を向き、そして上記固定バルブ部材におけるホット流体開口は、他方の端において軸方向を向く請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
上記マグネットは、永久磁石より成る請求項７に記載の冷却装置。
【請求項１１】
上記マグネットは、Ｃ字型である請求項１０に記載の冷却装置。
【請求項１２】
中心軸の周りで回転するように取り付けられた取り付けプラットホームを更に備え、上記回転バルブ部材から上記ベッドへと延びるコンジットは、この取り付けプラットホームから上記ベッドのリングへと延びる区分を有し、そして上記ベッドのリングは、中心軸の周りで回転するようにこの取り付けプラットホームにより支持される請求項７に記載の冷却装置。
【請求項１３】
上記取り付けプラットホームから上記ベッドへ延びる上記コンジットの区分は、上記ベッドのリングに対する物理的な支持体をなす請求項１２に記載の冷却装置。
【請求項１４】
上記回転バルブ部材及び上記取り付けプラットホームは、中心軸の周りで一緒に回転するように一緒に接続される請求項１２に記載の冷却装置。
【請求項１５】
上記固定バルブ部材及び回転バルブ部材は、互いに係合するフラットな面をもつ円板として形成され、上記回転バルブ部材は、その面が中心軸に直角となるようにして中心軸の回りで回転するように取り付けられ、上記固定バルブ部材及び回転バルブ部材は、その回転バルブ部材が回転するときに連通したりしなくなったりするポートを有する請求項７に記載の冷却装置。
【請求項１６】
上記固定バルブ部材円板を上記回転バルブ部材円板に係合するように取り付けるスプリング取り付け組立体を含む請求項１５に記載の冷却装置。
【請求項１７】
回転磁気冷却ヒートポンプ装置において、
（ａ）偶数の磁気再生ベッドを備え、各ベッドに含まれる材料は、磁熱効果を示し、多孔性であり且つこのような磁熱材料を通して熱伝達流体を流すことができ、各ベッドは、ホット端及びコールド端、各ベッドのホット端におけるホット端入力及び出力ポート、そして各ベッドのコールド端におけるコールド端入力及び出力ポートを有し、上記ベッドは、各ベッドのコールド端がその隣接ベッドのコールド端に隣接しそして各ベッドのホット端がその隣接ベッドのホット端に隣接するように円形リングに配列され、これらベッドの隣接コールド端は、流体の流れに対して互いに開いていて、１つの共通のコールド端入力ポート及び１つの共通のコールド端出力ポートを有し、そしてこれらベッドの隣接ホット端は、流れ防止セパレータにより分離されていて、各ベッドのホット端に対して入力ポート及び出力ポートを有し、上記磁気再生ベッドのリングが中心軸の周りで回転するように取り付けられ、そして中心軸の周りで回転するように上記ベッドのリングを駆動するためにドライブを備え、更に、ベッドの入力ポートから出力ポートへ流れる熱伝達流体は、中心軸に対して周囲に流れ、
（ｂ）上記リングにおける再生ベッドの全部ではなくその少なくとも１つを通る磁界を与えて、少なくとも１つのベッドが磁界内にありそして少なくとも１つのベッドが磁界の外部にあるようにする少なくとも１つのマグネットを備え、
（ｃ）内部の固定バルブ部材、及び中心軸の周りでこの固定バルブ部材に係合して回転するように取り付けられた外部の回転バルブ部材を含む回転分配バルブを更に備え、上記固定バルブ部材は、２つのコールド流体チャンバー及び２つのホット流体チャンバーを有し、上記回転バルブ部材は、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第１コールド流体チャンバーと次々に連通する第１コールド流体ポートと、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第２コールド流体チャンバーと次々に連通する第２コールド流体ポートとを有し、上記回転バルブ部材は、更に、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第１ホット流体チャンバーと次々に連通する第１ホット流体ポートと、この回転バルブ部材が回転するときに、上記第２ホット流体チャンバーと次々に連通する第２ホット流体ポートとを有し、上記固定バルブ部材におけるチャンネルは、２つのホット流体開口から第１及び第２のホット流体チャンバーへと延びそして２つのコールド流体開口から第１及び第２のコールド流体チャンバーへと延び、
（ｄ）上記ベッドのコールド入力ポートから、第１のコールド流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延びるコンジット、上記ベッドのコールド出力ポートから、第２のコールド流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延びるコンジット、上記ベッドのホット出力ポートから、第１のホット流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延びるコンジット、及び上記ベッドのホット入力ポートから、第２のホット流体チャンバーと次々に連通状態になる上記回転バルブ部材のポートへと延びるコンジットを更に備え、
（ｅ）入口及び出口をもつホット熱交換器と、
（ｆ）入口及び出口をもつコールド熱交換器とを更に備え、
（ｇ）上記コールド熱交換器の出口から、第１コールド流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のコールド流体開口へと延びるコンジット、上記コールド熱交換器の入口から、第２コールド流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のコールド流体開口へと延びるコンジット、第１ホット流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のホット流体開口からポンプを経て上記ホット熱交換器の入口へと延びるコンジット、及び上記ホット熱交換器の出口から、上記固定バルブ部材の第２ホット流体チャンバーと連通する上記固定バルブ部材のホット流体開口へと延びるコンジットを更に備え、そして
（ｈ）上記ホット及びコールド熱交換器、コンジット、ベッド及び分配バルブを通る流路に熱伝達流体を駆動するように上記コンジットに接続されたポンプを更に備えた装置。
【請求項１８】
上記固定バルブ部材は上端及び下端を有し、そして上記固定バルブ部材におけるコールド流体開口は、上記端の一方において軸方向を向き、そして上記固定バルブ部材におけるホット流体開口は、他方の端において軸方向を向く請求項１７に記載の冷却装置。
【請求項１９】
上記マグネットは、永久磁石より成る請求項１７に記載の冷却装置。
【請求項２０】
上記マグネットは、Ｃ字型である請求項１９に記載の冷却装置。
【請求項２１】
中心軸の周りで回転するように取り付けられた取り付けプラットホームを更に備え、上記回転バルブ部材から上記ベッドへと延びるコンジットは、この取り付けプラットホームから上記ベッドのリングへと延びる区分を有し、そして上記ベッドのリングは、中心軸の周りで回転するようにこの取り付けプラットホームにより支持される請求項１７に記載の冷却装置。
【請求項２２】
上記取り付けプラットホームから上記ベッドへ延びる上記コンジットの区分は、上記ベッドのリングに対する物理的な支持体をなす請求項２１に記載の冷却装置。
【請求項２３】
上記外部の回転バルブ部材及び上記取り付けプラットホームは、中心軸の周りで一緒に回転するように一緒に接続される請求項２１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、一般に、磁気冷却の分野に係り、能動的磁気再生冷却装置に係る。
【０００２】
【背景技術】
能動的磁気再生とは、再生装置を、磁熱効果で動作する装置と組み合わせたものである。能動的磁気再生装置の動作が、バークレイ氏等の米国特許第４，３３２，１３５号に開示されている。能動的磁気再生装置の実験モデルが形成されてテストされており、アドバンシス・イン・クライオジェニック・エンジニアリング、第３７Ｂ巻、１９９９１年、に掲載されたＡ．Ｊ．デグレゴリア氏等の論文「能動的磁気再生冷却装置のテスト結果（Ｔｅｓｔ Ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ａｎ Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ）」に説明されている。能動的磁気再生装置の詳細モデルは、アドバンシス・イン・クライオジェニック・エンジニアリング、第３７Ｂ巻、１９９９１年のＡ．Ｊ．デグレゴリア氏の論文に示されている。能動的磁気再生装置は、磁熱効果を利用するクーラー又はヒートポンプの形式である。磁熱効果を示す材料は、磁化の際に暖かくなりそして減磁の際に冷たくなる。基本的な能動的磁気再生（ＡＭＲ）装置では、熱伝達流体に対して多孔性である磁熱材料のベッドが２つの熱交換器に接続され、磁熱材料のベッドを通して一方の熱交換器から他方の熱交換器へ流体の流れを往復運動させるメカニズムが設けられている。又、ベッドを磁化したり減磁したりするメカニズムも設けられている。ＡＭＲサイクルには次の４つの部分がある。即ち、磁熱効果によりベッドの磁熱材料及び流体を暖めるベッドの磁化；ホットサイドの熱交換器を通して熱を解放するのに伴いベッドを通して流体がコールドサイドからホットサイドへ流れること；ベッドの磁熱材料及び流体を冷やすベッドの減磁；及びベッドを通してホットサイドからコールドサイドへ流体が流れて、冷えた流体がコールドサイドの熱交換器において熱を吸収すること。
【０００３】
ＡＭＲ装置は、ベッドを磁化して暖めた後に、コールドサイドからホットサイドへ流体を流し、次いで、ベッドを減磁して冷やした後に、ホットサイドからコールドサイドへ流体を流す。磁化されたベッドに磁界を当てると、温度及び相対的位置の一対のプロファイルがベッドに形成され、その一方は、ベッドが磁化されたとき、そしてその他方は、ベッドが減磁されたときである。任意の位置における２つのベッドプロファイル間の相違は、磁界の変化を通して進むときに生じる磁熱材料の断熱的温度変化である。断熱的温度変化が充分に大きい場合には、ベッドのコールドサイドから出てくる流体の温度が、コールド貯溜器の温度より低く、その結果、通常の再生装置の場合のようにホット貯溜器からコールド貯溜器へ熱が漏れるのではなく、コールド貯溜器の正味冷却が生じる。当然、熱力学の法則によれば、熱がコールド貯溜器からホット貯溜器へ流れるので、このようなプロセスにおいて仕事がなされねばならない。ＡＭＲの場合に、この仕事は、マグネット及び／又はベッドを互いに移動する駆動メカニズムによるか又は電気的にスイッチされるマグネットにより実行される。ホットサイド及びコールドサイドの両方に熱交換器を利用することにより、コールドサイドの熱交換器からＡＭＲを経て熱を除去しそしてホットサイドの熱交換器を通して解放することができる。この熱伝達を達成するための構造が、上記米国特許第４，３３２，１３５号に開示されている。
【０００４】
能動的磁気再生装置の更に別の拡張が、デグレゴリア氏等の米国特許第５，２４９，４２４号に開示されており、この場合、ベッドを通る熱伝達流体の流れはアンバランスで、ベッドのコールドサイドからホットサイドへの場合よりホットサイドからコールドサイドへベッドを通してより多くの流体が流れる。過剰な熱伝達流体は、ベッドのホットサイドへ転向されて戻され、そして能動的磁気再生装置の多数の段を使用することができる。上記特許に説明されたように、再生装置のベッドは、往復運動式に磁界に入れたり出したりすることもできるし、又は回転ホイールに取り付けることもできる。
【０００５】
上記能動的磁気再生装置の１つの欠点は、往復運動式の能動的磁気再生装置における熱伝達流体が、再生装置のベッド（１つ又は複数）と各ホット及びコールド熱交換器との間で前後に往復されるので、効率の悪さに遭遇することである。流体の流れは、ベッドと熱交換器との間で単一方向ではないので、常にある量の熱伝達流体がベッドと熱交換器との間の接続ラインにあり、ベッド及び熱交換器の両方を通して決して循環しない。この捕獲された熱伝達流体は、「デッドボリューム」と一般に称されるが、従来の能動的磁気再生装置における効率悪化の顕著な原因である。ロートン二世氏等の米国特許第５，９３４，０７８号は、熱伝達流体のデッドボリュームを著しく減少する往復式能動的磁気再生冷却装置を開示している。
【０００６】
【発明の開示】
本発明によれば、回転ベッド磁気冷却装置は、中心軸の周りで回転するように取り付けられたリングに配置された磁気再生ベッドを有し、各ベッドは、リングが回転するときにマグネットによって形成される磁界に入ったり出たりする。各ベッドは、ホット端及びコールド端を有する。熱伝達流体は、分配バルブにより再生ベッドへ及び再生ベッドから案内され、分配バルブは、コンジットによってベッドのホット端及びコールド端に接続され、そしてベッドのリングと共に回転する。分配バルブは、コンジットによりホット熱交換器及びコールド熱交換器に接続された固定のバルブ部材を有する。コンジットに接続されたポンプは、コンジットを経、ホット及びコールド熱交換器、分配バルブ及び磁気再生ベッドを通して熱伝達流体を循環駆動させる。各ベッドは、多孔性であって熱伝達流体を通流できるようにする磁熱材料を含む。分配バルブは、磁界の外部にあるベッドのホット端へ熱伝達流体を向け、熱伝達流体はベッドの周囲をそのコールド端へと流れ、そこで、分配バルブへと戻される。ベッドが磁界中にあるときには、分配バルブは、ベッドのコールド端へ流体を向け、その周囲をホット端へと流れるようにし、そこで、流体は、分配バルブへと戻され、能動的磁気再生サイクルを完成する。再生ベッドのリングが各々完全に回転する間に、各コンジットに流れる流体は、単一方向にのみ流れるか又はサイクルの一部分の間に固定に保たれ、コンジットにおけるデッドボリュームを最小にし、ひいては、効率を向上させる。
【０００７】
分配バルブは、内部固定バルブ部材と、該固定バルブ部材に係合して中心軸の周りで回転するように取り付けられた外部回転バルブ部材とを備えたものが使用される。好ましい回転分配バルブでは、上記固定のバルブ部材は、２つのコールド流体チャンバーと、２つのホット流体チャンバーとを有し、そして回転バルブ部材は、その回転バルブ部材が回転するときに第１のコールド流体チャンバーと次々に連通する第１のコールド流体ポートと、その回転バルブ部材が回転するときに第２のコールド流体チャンバーと次々に連通する第２のコールド流体ポートとを有する。回転バルブ部材は、更に、その回転バルブ部材が回転するときに第１のホット流体チャンバーと次々に連通する第１のホット流体ポートと、その回転バルブ部材が回転するときに第２のホット流体チャンバーと次々に連通する第２のホット流体ポートとを備えている。固定バルブ部材には、２つのホット流体開口から第１及び第２のホット流体チャンバーへ延びそして２つのコールド流体開口から第１及び第２のコールド流体開口へ延びるチャンネルが形成される。次いで、コンジットは、ベッドのコールド端におけるコールド入力ポートから、第１のコールド流体チャンバーと次々に連通状態になる回転バルブチャンバーのポートへと延びる。又、コンジットは、ベッドのコールド出力ポートから、第２のコールド流体チャンバーと次々に連通状態になる回転バルブチャンバーのポートへと延びる。又、コンジットは、ベッドのホット端におけるベッドのホット出力ポートから、第１のホット流体チャンバーと次々に連通状態になる回転バルブチャンバーのポートへと延び、そしてコンジットは、ベッドのホット入力ポートから、第２のホット流体チャンバーと次々に連通状態になる回転バルブチャンバーのポートへと延びる。回転バルブ部材は、コンジットにより、ベッドのリングにおいてベッドに接続され、そしてリングと共に回転する。従って、流体の流れの全スイッチングは、リングに係合されたバルブではなく、中央の回転分配バルブにおいて生じる。中央の回転分配バルブに必要とされるシールは、ベッドのポートに係合する必要のあるシールよりも非常に簡単で且つ充分なものであり、これは、シール設計を簡単化し、シールにおける磨耗を減少し、そして分配バルブにおける機械的ロスを最小にできるようにする。
【０００８】
又、分配バルブは、互いにぴったりと係合されるフラットな面を有する２つの円板で形成することができる。一方の円板は、固定のバルブ部材であり、そして他方の円板は、回転するように取り付けられた回転バルブ部材である。これら２つの円板は、回転する円板から各磁気冷却ベッドのホット端及びコールド端へ延びる適当なコンジットに流体の流れを案内するように次々に連通状態になったり分離したりするポートを有する。分配バルブの固定円板は、コンジットにより、ホット熱交換器及びコールド熱交換器に接続され、そして流体の流れは、固定の内部バルブ部材及び回転する外部バルブ部材を有する分配バルブについて上述したのと同様に分配バルブ円板によって分配される。
【０００９】
リングは、円運動するように一定速度で駆動できるので、往復運動システムの場合より高い機械的効率を得ることができる。更に、回転部品の質量を減少することにより慣性作用を最小にすることができる。好ましくは、リングを形成する多数のベッドは、隣接ベッドのホット端が互いに隣接しそして隣接ベッドのコールド端が互いに隣接するように配置され、隣接ベッド間の温度差を最小にし、ひいては、ベッド間の熱の漏洩を最小にする。好ましくは、隣接ベッドのホット端は、流れ防止セパレータにより分離される。これらセパレータは、隣接ベッドのコールド端にも使用できるが、それは必要ではなく、そして好ましい設計では、隣接ベッドのコールド端は、オープンとなっていて互いに連通している。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の更に別の目的、特徴及び効果は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
本発明による回転ベッド磁気冷却装置は、連続的な円形運動で装置の可動部の機械的運動を実行して、優れた機械的効率を発揮する。装置の各部分にかかる力は、良くバランスされ、正味の駆動力は、主として、冷却プロセスを推進するに必要なものである。再生動作は、磁熱材料のベッドに対する熱伝達流体の流れを往復運動することにより与えられる。熱交換器及びコンジットを通る熱伝達流体の一方向の流れが得られ、これにより、熱交換器、又は活性材料と熱交換器との間のコンジットにおけるデッドボリューム作用を最小にする。バルブは、簡単な設計のもので、最小限の磨耗に曝されるだけであり、そしてマシンに対して最小の摩擦負荷しか発生しない。更に、再生ベッドにおける回転部品の質量を減少することによって慣性作用を最小にすることができ、そして同様の温度をもつベッドを一緒にグループ編成しそして明確に異なる温度のベッド間に空間分離を与えることにより熱漏洩を減少することができる。又、本発明は、多数の再生ベッドを通して同時に熱伝達流体の流れを与えることもできる。
【００１１】
本発明の原理を説明するために、本発明による回転ベッド磁気冷却装置が、図１に、簡単な概略図の形態で、参照番号２０で一般的に示されている。この装置２０は、複数の再生ベッド２２で形成された円形リング２１を備え、各ベッドは、磁熱効果を示す材料であって熱伝達流体を通流できるような多孔性の材料を含む。リング２１は、中心軸２３の周りで回転するように取り付けられる。中心軸２３には中央分配バルブ２４が配置され、これは、内部固定バルブ部材２５及び外部回転バルブ部材２６を含む。熱伝達流体のための１組の回転コンジット２７が、外部バルブ部材２６から、再生ベッド２２のリング２１への接続部まで延びている。１組のコンジット２７は、説明上、回転分配バルブ２４からリング２１まで直接延びるように示されているが、他のやり方（以下にも述べる）で向けられてもよく、そして軸２３の周りで回転するようにリング２１が取り付けられるところのリング２１の物理的支持体を形成するように使用されてもよいし、そうでなくてもよいことを理解されたい。
【００１２】
マグネット２９は、リング２１の全周ではなくその一部分を経て磁界が延びるところの区分をエンドプレート３０間に有するように形成され、従って、リング２１内の幾つかの個々のベッドは、マグネット２９の磁界内に入れられ、他のベッド２２は、磁界の外部に置かれる。リング２１が軸２３の周りを回転すると、リング２１内の個々のベッド２２は、マグネット２９により与えられる磁界へと次々に移動し、それを通り、そしてそこから出る。ベッド２２がマグネット２９からの磁界内にあるときには、ベッド内の磁熱材料の温度が上昇し、そして冷たい熱伝達流体をそこに通して、磁熱材料から熱を引き出すことができる。ベッド２２が磁界から出ると、温度が低下し、暖かい熱伝達流体をベッドに通過させ、熱伝達流体からベッドの磁熱材料へ熱を引き出すことができる。ベッド２２は、マグネット２９の磁界内にベッドがあるときに各ベッドのコールド端からウオーム端へ冷えた熱電圧流体を流し、そしてベッドがマグネット２９の磁界から出たときにベッドのホット端からベッドのコールド端へ暖かい熱伝達流体を流すことにより、ベッドの周囲にホット端からコールド端へ多孔性磁熱材料を経て熱勾配が維持されるように構成されるのが好ましい。コンジット２７は、回転分配バルブ２４から各ベッドのホット及びコールド端へ接続され、このような流れを発生することができる。
【００１３】
バルブ２４は、磁界内の１つ以上のベッドからセット２７の１つ以上のコンジットを経て出てくるホット熱伝達流体を受け取り、そして固定のバルブ部材２５からコンジット３１を経てポンプ３３を通ってホット熱交換器３４へ流体を向けるように機能し、この熱交換器３４は、流体の熱を周囲の空気又は別のヒートシンクへ伝達する。ホット熱交換器３４を出る冷えた流体は、コンジット３５を経て固定のバルブ部材２５のポートへと戻る。この流体は、次いで、１つ以上のコンジット２７を経て、磁界の外部に置かれた１つ以上のベッド２２のホット端へ向けられ、冷えたベッドを通るときに流体の温度が低下する。冷えた流体は、次いで、コンジット２７を経てバルブ２４の回転バルブ部材２６へ戻され、そして冷えた流体は、固定バルブ部材２５からコンジット３７を経てコールド熱交換器３８へと放出され、これは、冷却されるべきボリューム（例えば、冷却器包囲体の内部）から熱伝達流体へ熱を伝達する。暖められた熱伝達流体は、次いで、コールド熱交換器３８を出てコンジット３９を経てバルブ２４へ戻され、バルブ２４は、１つ以上のコンジット２７を経て、マグネット２９により課せられた磁界内にある１つ以上のベッド２２のコールド端にそれを向ける。暖められた流体は、ベッドのホット端から１つのコンジット２７へ流出し、該コンジットは、流体を分配バルブ２４へ向け、そこから流体はコンジット３１を経てポンプ３３へと流れ、サイクルを完了する。リング２１が回転するときには、再生ベッド２２がマグネット２９の磁界に入って出るときに、回転分配バルブ２４がコンジット２７へ流れをスイッチし、再生ベッド２２への適切な流れ方向を維持する。
【００１４】
図１は、説明上、簡単化されているが、コンジット２７のセットにおけるコンジットは、再生ベッド２２に固定され、そして再生ベッドのリング２１と共に回転することに注意されたい。従って、リング２１の位置においてコンジット２７と再生ベッドとの間にスライド式の接触は必要とされないことが明らかである。更に、コンジット２７のセットは、リング２１と共に回転する回転バルブ部材２６にもしっかり接続される。加えて、コンジット２７における流れは一方向であり、即ちセット２７の各コンジットが再生ベッドを通して熱伝達流体を送給するように接続されたときに流体がそのコンジットにおいて単一方向に流れるか、或いはコンジット２７に熱伝達流体が流れず、コンジットが接続されたベッドが異なる位置に到達するまでコンジット内の流体が滞留するかのいずれかである。更に、外部コンジット３１及び３５、ポンプ３３並びにホット熱交換器３４を通る熱伝達流体の流れは、単一方向であり、そして外部コンジット３７及び３９並びにコールド熱交換器３８を通る熱伝達流体の流れも、単一方向であり、そしてこの流体は、これら要素を通して連続的に流れる。従って、熱伝達流体のデッドボリュームが最小にされる。
【００１５】
図２は、熱伝達コンジット２７がベッド２２のホット端及びコールド端にいかに接続されるかを概略的に示す。図２のリング２１は、この例では、１から６まで番号付けされた６個のベッド２２を含む。他の数のベッドを、同様のコンジット共に使用することもできる。各ベッドは、文字「ｈ」で示されたホット端と、文字「ｃ」で示されたコールド端とを有する。図２に示すように、各ベッド２２は、２つのホット端ポートを有し、即ちベッド１についてはポートｈ１、ベッド２についてはｈ２、ベッド３についてはｈ３、ベッド４についてはｈ４、ベッド５についてはｈ５及びベッド６についてはｈ６を有する。その１つのポートは、ホット端入力ポートとして働き、そして２７ｈｉと示されたセット２７における１つのコンジットに接続される。ホット端における他方のポートは、出力ポートとして働き、図２に２７ｈｏと示された１つのコンジットに接続される。偶数個のベッドが存在して、各ベッド２２のホット端が、隣接ベッドのホット端に隣接されるのが好ましい。ベッドリング２１及びバルブのホット区分に対する構造上の支持体は、ベッドのホット端に取り付けられるのが最良である。各ベッドのホット端は、セパレータ４０によって分離され、熱伝達流体が、ホット端において隣接ベッド間に流れないようにされる。従って、ベッドのコールド端も、互いに隣接され、ベッドのその側と同様のポート配列をもつことができる。しかしながら、図２に示すように、隣接ベッド２２のコールド端が出会う位置において単一入力ポート及び単一出力ポートをもつことにより、コンジットの接続を簡単化することができる。２７ｃｉと示された単一コンジットが、隣接ベッドのコールド端に置いて入力ポートに接続され、そして図２に２７ｃｏと示されたコンジットが、隣接ベッド２２のコールド端間の位置においてコールド端出力ポートに接続される。コールド端においてベッドを通して熱伝達流体を均一に分布できるようにするために、図２に４１で示す破線により画成された分配スペースが隣接ベッド間に形成される。バルブのコールド区分に対する構造上の支持体は、ベッドのコールド端に取り付けられるのが最良である。
【００１６】
信頼性を改善するために、流体ループの外部区分に従来の流体取り扱い装置を追加することもできる。例えば、ポンプ３３の後の流れループに流体アキュムレータ及びフィルタを追加して、バルブ及び磁熱ベッドを圧力スパイク及び汚染から保護することができる。
【００１７】
バルブから出てくるコンジット２７の入口及び出口対は、ベッドリング２１で終わる単一通路に接合することができる。合流は、Ｙコネクタで行うことができる。例えば、図２を参照すれば、コンジット２７ｈｏ、２７ｈｉの入口及び出口対は、Ｙコネクタにより接合され、そして各ベッドにおいて単一の入口及び出口ポートで終わり、そしてコンジット２７ｃｏ、２７ｃｉについても同様である。Ｙコネクタとベッドとの間の通路における流れは、両方向性であり、従って、流れのデッドボリュームが生じる欠点がある。しかしながら、ベッドにおける合成された入口／出口ポートは、あまりスペースをとらず、詰まるおそれがほとんどなく、そして熱漏洩がほとんどないという効果を有する。
【００１８】
図３ないし５は、ベッドリング２１が回転するときの回転及び固定コンジット、回転分配バルブ２４、及び再生ベッド２２を通る流れパターンを示す。説明上、マグネット２９の位置は、これら図においてリング２１に対して種々の位置で破線で示されているが、マグネットがリングに対して時計方向に移動するのではなく、リングがマグネットに対して反時計方向に移動することを理解されたい。これらの各図において、流体が流れるコンジットは、太線で示され、そして流体が流れないコンジットは、細線で示されている。同様に、コンジット間に流体の流れを許すバルブ２４内の接続は、黒く塗りつぶした領域により示され、一方、バルブの明るい領域は、このような領域に接続されたコンジットへの又はコンジットからの流体の流れがバルブにより阻止されることを示す。バルブ２４の４つの区分が、図３ないし５に２４ｈｏ、２４ｈｉ、２４ｃｉ及び２４ｃｏと示されている。
【００１９】
図３に示す例では、ベッド１全体と、ベッド６のほとんどが、マグネット２９の磁界内にある。熱伝達流体は、熱交換器３８のウオーム端からコンジット３９を経て流れ、そしてバルブ区分２４ｃｉのコールド流れチャンバーへと流れ、そしてベッド１及びベッド６のコールド端入力ポートに接続される２つのコンジット２７ｃｉへと流れる。熱伝達流体は、ベッド１の周囲をそのコールド端からそのホット端へと流れ、そしてホット端ポートｈｏからコンジット２７ｈｏへ放出され、該コンジットは、ポートＨ１においてバルブ２４のホット出力バルブ区分２４ｈｏへと戻る。又、流体が流れ込むバルブ区分２４ｈｏのホット出力チャンバーは、マグネット２９の磁界から出るように動くベッド６のホット出力ポートｈｏからコンジット２７ｈｏを経て熱伝達流体を受け取る。ホット出力バルブ区分２４ｈｏにより受け取られたライン２７ｈｏからの暖かい熱伝達流体は、次いで、（固定の）出力コンジット３１へ転送され、そしてポンプ３３を経てホット熱交換器３４へ転送され、そこで、流体から熱が放出されて流体を冷却する。冷えた流体は、次いで、コンジット３５を経てバルブ２４のホット入力バルブ区分２４ｈｉへと流れ、そこで、図３に黒く塗りつぶして示されたホット流体チャンバーへと分配される。冷えた流体は、バルブ２４から２つのコンジット２７ｈｉへと流れ、これらコンジットは、ベッド３のホット端入力ポートｈｉ及びベッド４のホット端入力ポートｈｉへと通じている。ベッド３及び４は、全て、磁界の外にあり、従って、冷えている。熱伝達流体は、これら２つのベッドのホット端における入力ポートｈｉからベッドの磁熱材料を通してベッドのコールド端へと流れ、そこで、出力ポートｃｏを経てコンジット２７ｃｏへ放出される。次いで、流体は、コールド出力バルブ区分２４ｃｏを経て固定のコンジット３１へ流れ、従って、コールド熱交換器３８へと流れる。
【００２０】
図４は、リング２１に対するマグネット２９の相対的な位置が変化し、マグネット２９からの磁界が完全にベッド１及び２上にあり、そしてベッド６が磁界の外に出た流れパターンを示す。バルブ区分２４ｈｏは、ベッド６の出力ポートｈｏから通じているコンジット２７ｈｏの流れを今や阻止するように移動し、そしてバルブ区分２４ｃｉは、ベッド６のコールド端入力ポートｃｉへ通じているコンジット２７ｃｉの流れを今や阻止するように移動している。更に、バルブ区分２４ｈｉは、ベッド３の入力ポートｈｉに通じているコンジット２７ｈｉの流れを今や阻止するように移動し、従って、ベッド３には現在流体が流れていない。従って、完全に磁界内になく又は完全に磁界から出ているベッド３及び６は、それらを通る流れをもたず、一方、磁界内にあるベッド１及び２は、それらを通してホット熱交換器３４へ進行する流体の流れを有し、そして完全に磁界の外にある（ひいては、低い温度にある）ベッド４及び５は、それらを通してコールド熱交換器３８へ進行する流体の流れを有する。
【００２１】
図５は、ベッド２の全体と、ベッド３のほとんどが磁界内にあるようにマグネット２９に対してリング２１が更に移動した相対的な位置を示す。バルブ区分２４ｃｉは、ベッド２及び３のコールド端入力ポートに通じているコンジット２７ｃｉがそれらベッドに流体を供給する位置へ今や移動し、そしてバルブ区分２４ｈｏは、ベッド２及び３の出力ポートｈｏからコンジット２７ｈｏを通る流れを与えるように移動している。従って、ベッド２及び３を通して流れる流体は、バルブ区分２４ｈｏを経て、出力コンジット３１、ポンプ３３そしてホット熱交換器３４へ流れる。バルブ区分２４ｈｉは、ベッド５及び６（これらは今や完全に磁界の外にあり、従って、冷えている）のホット端入力ポートｈｉへコンジット２７ｈｉを経て流体の流れを与えるように今や移動し、そしてバルブ区分２４ｃｏは、コンジット２７ｃｏを経て、ベッド５及び６のコールド端出力ポートｃｏからバルブ区分２４ｃｏを通りコンジット３７へ、従って、コールド熱交換器３８へ流れを与える位置に移動している。
【００２２】
熱伝達流体の流れの上記パターンは、マグネット２９の磁界に対するベッドリング２１の相対的な位置がリング２１の完全な一回転を完了したときに繰り返される。各ベッドを通る流体は、ベッドがマグネット２９の磁界内にあるときにはベッドのコールド端からホット端へ流れ、そしてベッドが磁界の外部にあるときにはベッドのホット端からコールド端へ流れることが明らかである。従って、ベッド内の磁熱材料の温度勾配は、ベッドが磁界に入りそして出るときに維持される。各コンジット２７における流れの方向は、一方向に保持され、従って、任意の時間に熱伝達流体が逆方向に流れることはない。バルブ２４のある位置では、幾つかのコンジットにおいて（図３ないし５に細線で示すように）、熱伝達流体がバルブ２４のその後の位置まで固定状態に保たれる（しかし、流れの方向は逆転しない）。
【００２３】
図６は、冷却装置２０を実施するための機械的構造体を例示する。例示のために、マグネット２９は、磁束が集中するマグネット２９の中央の開口５０を経てリング２１が延びるように形成される。開口５０に通じているマグネット２９のスロット５１は、コンジット２７の一部分として機能するように中空に形成することもできる支持部材５３を通すことができる。この支持部材５３は、取り付けプラットホーム５５まで延び、これは、コア５７に対して回転するようにベアリング５６により取り付けられる。コンジット２７は、分配バルブ２４の回転する外部２６まで延びる。バルブ２４の固定部分２５は、コア５７に取り付けられ、一方、回転部分２６は、ベアリング５９により回転するようにコア５７に取り付けられる。図６に示すように、固定コンジット３１Ａ、３５Ａ、３７Ａ及び３９Ａは、固定バルブ部材２５に接続される。モーター６０は、ギア６１によりポンプ３３に接続されてポンプを駆動し、又、取り付けプラットホーム５５及びこれに接続された回転バルブ部材２６を回転駆動するようにも接続される。図６に示すように、ホット熱交換器３４は、熱交換器の効率を向上するために熱交換器の要素を通して送風するように接続されたファン６２を備えている。
【００２４】
図７は、バルブ２４の詳細な軸方向断面図であり、そして図８ないし１１は、バルブの種々の区分２４ｈｏ、２４ｈｉ、２４ｃｉ、２４ｃｏのレベルにおける軸に垂直な断面図である。図７に示すように、バルブの固定部分２５は、好ましくは、テーパー付けされた形状に作られ、そして回転バルブ区分２６の内部ボアに受け入れられ、この回転バルブ区分も、固定部材のテーパーに一致するようにテーパーが付けられ、回転部材２６を固定部材２５の上にぴったりと嵌合することができる。スプリング６５は、外側のバルブ部材２６と固定部材２５との間にカラー６７を伴うベアリング６６を経て圧力を付与する。バルブ部材２５及び２６は、ＮｙｌａｔｒｏｎＧＳ及びＴｅｆｌｏｎのような商品を含む種々のプラスチックのような適当な材料で形成することができ、これは、内側及び外側のバルブ部材間にぴったりとした係合を与えて流体の流れを阻止するが、外側のバルブ部材２６が固定のバルブ部材２５に対して回転するときに、抵抗及び摩擦ロスは比較的低い。
【００２５】
ホット出力バルブ区分２４ｈｏ（図８）には、ホット流体チャンバー７１が形成され、これは、固定バルブ部材に形成されたチャンネル３１Ａと連通し、該チャンネルは、ホット流体開口を経てコンジット３１に接続される。ホット入力バルブ区分２４ｈｉには、ホット流体チャンバー７０が形成され、これには、バルブ部材２５のチャンネル３５Ａが固定バルブ区分のホット流体開口を経て連通し、コンジット３５に接続する（図９）。コールド入力バルブ区分２４ｃｉには、コールド流体チャンバー７５が形成され、これは、固定バルブ部材２５に形成されたチャンネル３９Ａと通信し、これは、コンジット３９が接続されるコールド流体開口を有し（図１０）、そしてコールド出力バルブ区分２４ｃｏには、コールド流体チャンバー７４が形成され、これは、固定バルブ部材２５のチャンネル３７Ａに連通し、これは、コンジット３７を接続できるコールド流体開口を有する（図１１）。図６に示すように、コールド流体開口は、バルブの一端（図示されたように上端）において軸方向を向いており、そしてホット流体開口は、他端（図示されたように下端）において軸方向を向いている。
【００２６】
外側バルブ部材２６が内側固定部材２５に対して回転するときには、コンジット２７ｈｉ及び２７ｈｏに各々接続されたバルブ区分２４ｈｏ及び２４ｈｉ各々の６個のポート（Ｈ１−Ｈ６）が、ホット流体チャンバー７０及び７１と連通したりしなくなったりする。同様に、バルブが回転するときには、コンジット２７ｃｉ及び２７ｃｏが各々接続されたバルブ区分２４ｃｉ及び２４ｃｏ各々のコールド流体ポートＣ１−２、Ｃ３−４及びＣ５−６が、コールド流体チャンバー７５及び７４と各々連通状態になる。
【００２７】
バルブ２４は、既に述べた合成バルブと同じ機能を達成する多数の区分に分割することができる。例えば、バルブを、区分２４ｈｏ及び２４ｈｉの機能を含むホット区分と、区分２４ｃｏ及び２４ｃｉの機能を含むコールド区分へと分割することにより、ホットからコールドへの熱漏洩を減少することができる。
【００２８】
バルブ２４の別の構成は、円板バルブである。円板バルブも、２つの目的を果たす。これは、装置の固定部分と回転部分との間に４つの別々の一方向性の流れを転送する。又、適切な流れを正しい時間に適切なベッドへ／から向けるスイッチング機能も遂行する。
【００２９】
図１２は、２枚の円滑なフラット円板８０及び８１を有する円板バルブの実施形態を示す。第１円板８０は、異なる半径で弧状スロット８２、８３、８４及び８５として形成されたポートを有し、その中心軸が装置の回転軸２３と同軸となるように装置の固定部分に固定される。各スロットは、装置の固定部分から回転部分へ及びそれとは逆に転送されるべき個別の流体に対応し、そして各スロットポートは、コンジット３１、３５、３７及び３９の１つに接続される。好ましい単一マグネット６ベッド構成では、スロット８２及び８３が互いに対向し、弧状に１８０°延び、そしてコールド熱交換器へ／から流れを搬送し、そしてスロット８４及び８５が互いに対向し、弧状に１２０°延び、そしてホット熱交換器へ／から流れを搬送する。第２円板８１は、２つの円板が互いに回転するときに固定円板８０のポートスロット８２、８３、８４、８５と連通したりしなくなったりする異なる半径の円形開口８７、８８として形成されたポートのセットを有する。ポート８７、８８は、回転コンジット２７に接続される。好ましい単一マグネット６ベッド構成では、ポートが円の周りに均一に離間され、そしてポート８７は、ポート８８に対して３０°シフトされている。第２円板８１も、その中心軸が装置の回転軸２３と同軸である状態で、装置の回転部分に取り付けられる。円板８０のフラットな面９０及び円板８１のフラットな面９１は、嵌合されそしてぴったり係合されて、動的シールを形成する。２つの円板８０及び８１は、正しい接触圧力を確保しそして不整列を修正するために、以下に述べるようにスプリングにより一緒に圧接されてもよい。
【００３０】
図１５及び１６は、固定バルブ円板８０の取り付け組立体１０５を示す。この取り付け組立体１０５は、円板８０及び８１を互いに保持するためのシール力を付与し、固定円板８０が回転するのを防止し、そして固定円板８０と回転円板８１との間の不整列を受け入れる。伸縮チューブ１０８及び１０９に組み合わされたコイルスプリング１０７は、固定円板８０を回転円板８１に押し付け、円板を分離しようとする内部流体圧力に抵抗する。内部チューブ１０９に固定されそして外部チューブ１０８の軸方向に向けられたスロット１１３内をスライドするピン１１１は、回転円板により加えられる摩擦トルクに抵抗し、そして固定円板８０が回転するのを防止する。円板８０は、バッキングプレート１１５、弾性素子１１６（例えば、ゴム又はプラスチックリング）及び弁座１１７と共に取り付けられ、弾性素子１１６は、２つの円板間の若干の不整列即ち「ぐらつき」を受け入れて、２つの一致面を完全に接触状態に保つように働く。他の実施形態であるＵジョイントを使用して、上記目的を達成することもできる。４つの流体の流れは、内部チューブ及びスプリングに通されるコンジット３１、３５、３７及び３９を経て搬送される。組立体１０５は、取り付けプレート１１９に固定され、そしてスプリング１０７は、ねじ切りされた調整具１２０により、ねじ切りされたチューブ１２１に保持される。回転バルブ円板８１は、装置の回転部分（図示せず）にしっかり取り付けられる。
【００３１】
図１３及び１４は、一対の円板９３及び９４と、一対の円板９５及び９６とで構成された２つの別々の円板バルブが使用される変形態様を示す。これらの円板は、円板８０及び８１について上述したものと同様に機能するポートスロット１０１、１０２及びポート１０３を有する。第１の円板バルブ対９３及び９４は、装置の軸方向の一端において回転部分と固定部分との間に配置され、一方、第２のバルブ対９５及び９６は、その反対端において回転部分と固定部分との間に配置される。４つの全ての個々の円板は、回転軸がその表面に直角で且つその中心を通るように配置され、従って、これらの円板は、装置の回転軸２３と同軸的に回転する。バルブ対９３、９４及びバルブ対９５、９６の各々は、装置の固定部分と回転部分との間に２つの別々の流れを転送する。２つの別々の円板バルブを使用する効果は、装置のホット部分とコールド部分との間を熱的に分離できることと、小さなフラットな円板表面に対する製造コストをおそらく低減できることである。
【００３２】
円板８０、８１、９３、９４、９５、９６は、セラミックやカーボン−グラファイト合成物を含む種々の材料で作ることができる。その嵌合対は、同じ材料で形成される必要はない。
【００３３】
ベッド２２を充填するために選択される特定の磁熱材料は、装置の動作温度範囲及びマグネット２９の磁界に依存する。この材料は、熱伝達流体を通過できる間隙から出る一緒にパックされた小さな粒子として形成されてもよい。室温又はその付近で動作する場合に、適当な磁熱材料の一形式は、ガドリニウムであり、そして適当な熱伝達流体は、水、又は不凍液と混合された水である。ベッドの構成及び種々の要素の材料は、参考としてここに援用する上記米国特許第５，９３４，０７８号に開示されたものを使用できる。ベッドの壁には熱絶縁を追加してもよく、そして好ましい実施形態では、堅牢な発泡絶縁がベッドの内壁を形成する。マグネット２９は、スロットがカットされたリングダイポール磁石のような永久磁石より成る。図１７に示すように、永久磁石片１２５及び２つの磁束集中磁極片１３１、１３２をもつＣ字型断面のマグネット２９を使用することができる。好ましい単一マグネット６ベッド構成では、マグネットが１２０°の弧にわたって延びる。更に、電磁石及び低温学的に冷却される超伝導磁石を含む他の形式のマグネットも使用できる。これらの例が、参考としてここに援用する上記米国特許第５，９３４，０７８号及び第５，２４９，４２４号に開示されている。
【００３４】
本発明は、例示のために上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に包含されるあらゆる形態を網羅することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の磁気冷却装置を示す簡単な図である。
【図２】
本発明による磁気再生ベッドのリングの簡単な上面図で、分配バルブから再生ベッドのホット端及びコールド端におけるポートへ延びるコンジットの構成を簡単な形態で示す図である。
【図３】
再生ベッドのリングの第１位置において装置の要素を経て流れる熱伝達流体のパターンを示す概略図である。
【図４】
図３と同様の図で、ベッドのリングが第２の移動した位置にある状態で流体の流れを示す概略図である。
【図５】
図３と同様の図で、ベッドのリングが更に別の移動した位置にある状態で流体の流れを示す概略図である。
【図６】
本発明による回転ベッド磁気冷却装置の好ましい実施形態を示す部分断面図である。
【図７】
図６の分配バルブの断面図である。
【図８】
図７の８−８線に一般的に沿った分配バルブの断面図である。
【図９】
図７の９−９線に一般的に沿った分配バルブの断面図である。
【図１０】
図７の１０−１０線に一般的に沿った分配バルブの断面図である。
【図１１】
図７の１１−１１線に一般的に沿った分配バルブの断面図である。
【図１２】
別の分配バルブ構成体に使用される円板を示す図である。
【図１３】
分配バルブに使用するための別の円板を示す図である。
【図１４】
分配バルブに使用するための別の円板を示す図である。
【図１５】
図１２の円板を使用する分配バルブのための取り付け組立体の正面図である。
【図１６】
図１５の取り付け組立体の断面図である。
【図１７】
好ましいＣ字型マグネットの断面図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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