(57)【要約】【課題】  永久磁石を用いずに磁気作業物質に飽和磁束密度までの磁場を印加することができる軽量でコンパクトな電磁石型磁気冷凍システムを提供する。【解決手段】  電磁石型磁気冷凍システムにおいて、筒状のセル４と、このセル４内の長手方向に配置された筒状のセル４内の長手方向に配置された筒状の磁気作業物質２と、この筒状の磁気作業物質２に巻回される励磁コイル３と、この励磁コイル３に接続可能な電流源１と、この電流源１と前記励磁コイル３間に配置されるオン・オフスイッチ８とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）筒状のセルと、
（ｂ）該筒状のセル内の長手方向に配置された筒状の磁気作業物質と、
（ｃ）該筒状の磁気作業物質に巻回される励磁コイルと、
（ｄ）該励磁コイルに接続可能な電流源と、
（ｅ）該電流源と前記励磁コイル間に配置されるオン・オフスイッチとを具備することを特徴とする電磁石型磁気冷凍システム。
【請求項２】
請求項１記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記筒状のセルの一方端に低温側熱交換部を、もう一方端に高温側熱交換部とを具備することを特徴とする電磁石型磁気冷凍システム。
【請求項３】
請求項２記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記磁気作業物質を複数個配置してなることを特徴とする電磁石型磁気冷凍システム。
【請求項４】
請求項３記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記磁気作業物質を複数個配置し、かつ複数列に配置してなることを特徴とする電磁石型磁気冷凍システム。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記筒状の磁気作業物質が円筒状であることを特徴とする電磁石型磁気冷凍システム。
【請求項６】
請求項５記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記円筒状の磁気作業物質自体に直接励磁コイルを巻回し、漏れ磁束を少なくしたことを特徴とする電磁石型磁気冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石型磁気冷凍システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気冷凍は、磁気作業物質に磁場を印加あるいは消磁する際に磁気作業物質に生じる吸発熱現象（磁気熱量効果）を利用して冷却を行っている（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
従来、室温領域において磁気冷凍機に用いられる磁場は、永久磁石によるものが一般的であり、磁石あるいは磁気作業物質を移動することにより、励消磁を行うようにしている（下記特許文献１，２及び非特許文献１〜３参照）。
【０００４】
図５は従来の断熱励消磁過程を示す模式図であり、図５（ａ）は断熱励磁状態、図５（ｂ）は断熱消磁状態を示している。
【０００５】
この図において、１０１は励磁コイル、１０２は熱量の放出、１０３は励磁コイル１０１を移動した状態での熱量の吸収を示している。
【０００６】
また、超伝導コイルを用いて磁性体を励磁させるようにした磁気冷凍機が提案されている（下記特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９−１１９７４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７３６８号公報
【特許文献３】特開２００７−２５５７４６号公報
【非特許文献１】平野直樹，長屋重夫，高橋政彦，栗山透，岡村哲至，山田和彦「室温磁気冷凍機の開発（１）−磁気冷凍機の室温への適用−」，第３８回空気調和・冷凍連合講演会論文集（２００４），ｐｐ．１〜４
【非特許文献２】青木亮三，「カスケード式回転磁気冷凍機」，低温工学，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５（１９８５），ｐｐ．２９４−３０１
【非特許文献３】中込秀樹，栗山透，荻原宏康，藤田豊実，橋本巍洲「駆動方式磁気冷凍機」，低温工学，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５（１９８５），ｐｐ．２８８−２９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の磁気冷凍システムにおける磁気熱量効果は、磁場の強度に比例するが、永久磁石を用いる場合には磁場強度を上げようとすると永久磁石の重量も増加する。永久磁石重量の増加は、重量的にも価格的にも好ましくない。
【０００８】
また、上記特許文献３のように、超伝導コイルを用いて磁性体を励磁させるようにした磁気冷凍機も提案されているが、構成が複雑になり、かつコストが嵩むといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みて、永久磁石を用いずに磁気作業物質に飽和磁束密度までの磁場を印加することができる、軽量でコンパクトな電磁石型磁気冷凍システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕電磁石型磁気冷凍システムにおいて、筒状のセルと、この筒状のセル内の長手方向に配置された筒状の磁気作業物質と、この筒状の磁気作業物質に巻回される励磁コイルと、この励磁コイルに接続可能な電流源と、この電流源と前記励磁コイル間に配置されるオン・オフスイッチとを具備することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記筒状のセルの一方端に低温側熱交換部を、もう一方端に高温側熱交換部とを具備することを特徴とする。
【００１２】
〔３〕上記〔２〕記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記磁気作業物質を複数個配置してなることを特徴とする。
【００１３】
〔４〕上記〔３〕記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記磁気作業物質を複数個配置し、かつ複数列に配置してなることを特徴とする。
【００１４】
〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか一項記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記筒状の磁気作業物質が円筒状であることを特徴とする。
【００１５】
〔６〕上記〔５〕記載の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、前記円筒状の磁気作業物質自体に直接励磁コイルを巻回し、漏れ磁束を少なくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００１７】
（１）永久磁石を用いる方式に比べ、軽量・コンパクト化を図ることができる。
【００１８】
（２）永久磁石を用いないため、コストを抑えることができる。
【００１９】
（３）磁気作業物質に均一に磁場を与えることができる。
【００２０】
（４）磁気作業物質が筒状の磁性コアとしての機能を有しているため漏れ磁束が少なく効率の良い電磁石型磁気冷凍システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の電磁石型磁気冷凍システムにおいて、筒状のセルと、この筒状のセル内の長手方向に配置された筒状の磁気作業物質と、この筒状の磁気作業物質に巻回される励磁コイルと、この励磁コイルに接続可能な電流源と、この電流源と前記励磁コイル間に配置されるオン・オフスイッチとを具備する。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施例を示す電磁石型磁気冷凍システムの構成図であり、図１（ａ）はその電磁石型磁気冷凍システムの全体構成図、図１（ｂ）は磁気作業物質と励磁コイルとを示す模式図である。
【００２４】
この図において、１は電流源、２は筒状（円筒状）の磁気作業物質、３は筒状の磁気作業物質２に磁路を形成するように巻回される励磁コイル、４は筒状（円筒状）のセル、５は筒状のセル４内の流路、６は低温熱交換、７は高温熱交換、８は電流源１と励磁コイル３との間に設けられるオン・オフスイッチを示している。なお、図示していないが、筒状のセル４の一方端に低温側熱交換部を、もう一方端に高温側熱交換部とを具備する。
【００２５】
また、筒状（円筒状）の磁気作業物質２は、筒状のセル４内に複数個配置することができる。さらに、筒状のセル４内に配置されたそれらの複数個の磁気作業物質２は、図１に示すように、筒状のセル４内に複数個配置することができる。特に、図１では、複数個の磁気作業物質２を複数列に配置するようにした。
【００２６】
この磁気作業物質２の個数とその配置に応じて、磁気冷凍の効果を高めることができることは言うまでもない。
【００２７】
本発明の電磁石型磁気冷凍システムによれば、磁気冷凍は以下のように行われる。
【００２８】
電流源１より励磁コイル３に電流を掃引すると、この掃引された電流により励磁コイル３が励磁される。この時、励磁磁場により磁気作業物質２の磁束密度が増加し、磁気熱量効果により磁気作業物質２が発熱する。この磁気作業物質２で発生した熱は、高温熱交換７が行われ、筒状のセル４の外に排熱される。
【００２９】
一方、電流源１からの電流掃引を止めると、励磁コイル３による磁気作業物質２の磁束が消磁される。その消磁の際、磁気熱量効果により、磁気作業物質２が吸熱する。この磁気作業物質２の吸熱時には、低温熱交換６が行われ、冷熱を取り出すことができる。
【００３０】
図２は本発明の電磁石型磁気冷凍システムの励磁による発熱モードを示す図であり、図２（ａ）はその構成図、図２（ｂ）は掃引電流の状態を示す図である。また、図３は本発明の電磁石型磁気冷凍システムの電流消磁による吸熱モードを示す図であり、図３（ａ）はその構成図、図３（ｂ）は掃引電流の状態を示す図である。図４は図２及び図３に示す電磁石型磁気冷凍システムの発熱及び吸熱サイクルを示す模式図である。
【００３１】
図４において、１１はセル、１２は電磁石、１３は高温側熱交換部、１４は低温側熱交換部、１５は低温側熱交換媒体、１６は高温側熱交換媒体である。なお、セル１１内の実線はセル１１内の温度を示している。
【００３２】
電流源からの電流を掃引することにより、励磁コイルが励磁されると、図２に示すように発熱モードとなり、図４（ａ）に示すようにセル１１は温度が上昇する。すると、図４（ｂ）に示すように、低温側熱交換媒体１５により低温流体熱交換されて、低温側熱交換部１４で温度降下が起こる。次いで、電流掃引を止めて励磁コイルが消磁されると、図３に示すように吸熱モードとなり、図４（ｃ）に示すように、セル１１の温度が下がる。すると、図４（ｄ）に示すように、高温側熱交換媒体１６により高温流体熱交換が行われ、高温側熱交換部１３が温度上昇する。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の電磁石型磁気冷凍システムは、軽量・コンパクト化と、低コスト化を図ることができる磁気冷凍システムとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例を示す電磁石型磁気冷凍システムの構成図である。
【図２】本発明の電磁石型磁気冷凍システムの励磁による発熱モードを示す図である。
【図３】本発明の電磁石型磁気冷凍システムの消磁による吸熱モードを示す図である。
【図４】図２及び図３に示す電磁石型磁気冷凍システムの発熱及び吸熱サイクルを示す模式図である。
【図５】従来の断熱励消磁過程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    電流源
２    筒状（円筒状）の磁気作業物質
３    励磁コイル
４    筒状（円筒状）のセル
５    筒状のセルの流路
６    低温熱交換
７    高温熱交換
８    オン・オフスイッチ
１１    セル
１２    電磁石
１３    高温側熱交換部
１４    低温側熱交換部
１５    低温側熱交換媒体
１６    高温側熱交換媒体
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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