蓄冷材料及其制造方法、蓄冷器以及制冷机技术

本发明专利技术提供一种蓄冷材料及其制造方法，上述蓄冷材料能够使填充率提高，而且具有适当范围内的填充率，因此易于控制蓄冷器中的制冷剂气体的压力损失。本发明专利技术的蓄冷材料包含粒子的烧结体，上述粒子包含稀土元素，上述烧结体的空隙率为30～40％。本发明专利技术的蓄冷材料的制造方法具有对包含稀土元素的原料粒子进行烧结的工序，上述原料粒子的D50为100～320μm、D90/D10为1.5～2.5，其中，D10、D50、D90分别相当于粒度分布曲线的总粒子数的第10％的平均粒径、第50％的平均粒径、第90％的平均粒径。

Cold Storage Materials and Manufacturing Methods, Cold Storage Devices and Refrigerators

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蓄冷材料及其制造方法、蓄冷器以及制冷机
本专利技术涉及蓄冷材料及其制造方法、蓄冷器以及制冷机。
技术介绍
目前，在医疗领域中拍摄断层图像的超导MRI(核磁共振成像)装置、磁悬浮列车、超导电力蓄电装置(SMES)等中，超导磁铁已经得到实际应用或正在向实际应用推进。其中，超导磁铁必须被冷却至液氦(He)的沸点4.2K(约-269℃)的极低温度，但液氦价格高昂且操作需要高度的技术，因此目前正在开发高性能的小型制冷机作为代替液氦的冷却手段。作为现已得到实际应用的小型制冷机例如已知有吉福特麦克马洪型的小型氦制冷机(即GM制冷机)。在像这样的制冷机中，在蓄冷器内填充有蓄冷材料，通过该蓄冷材料，制冷机可以在极低温范围发挥制冷功能。作为蓄冷材料，以往主要使用Cu或Pb等，近年来，为了实现进一步的极低温度，正在使用像HoCu2等这样的具有稀土元素的蓄冷材料。蓄冷材料形成为粒状。该粒状的蓄冷材料被填充到蓄冷器内，被压缩的制冷剂气体(例如氦气)通过该蓄冷材料的同时膨胀，与蓄冷材料进行热交换，从而蓄冷材料冷却，重复这一周期，从而可以实现极低温状态。在制冷机中，蓄冷材料因制冷剂气体(例如氦气)的压力振荡、各种应力及冲击力等受损，由此产生制冷剂气体的压力损失，因此有热交换效率下降等问题。为了防止这样的问题，最近，正在积极地开发蓄冷性能进一步提高的蓄冷材料。例如，专利文献1中公开了一种技术，其通过调节蓄冷材料的粒径及形状，从而防止蓄冷材料的微粉化而使耐热冲击性等提高，由此，在低温范围内使高制冷能力得以发挥。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-77447号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题作为使用蓄冷材料的制冷机的高性能化的手段，可举出蓄冷材料填充部(是指填充有蓄冷材料的部分)在规定温度下的热容的提高的同时蓄冷材料与制冷剂的热交换性的提高。本申请专利技术人发现，使必须的流通阻力(即制冷剂通过时的压力损失)为适宜的值以使制冷剂通过蓄冷材料填充部、并且使蓄冷材料与制冷剂的热交换面积(比表面积)增大，对被压缩的制冷剂通过蓄冷材料时恰当地膨胀而高效地冷却蓄冷材料是重要的。蓄冷材料填充部需要有适宜的连通状的流路，不希望空间占有率高的蓄冷材料填充部。另一方面，对于蓄冷材料填充部的高热容化，使用在规定温度具有高比热的材料的同时填充更多的蓄冷材料即以高的空间占有率填充蓄冷材料也是重要的。在如专利文献1所公开的这样的填充粒状蓄冷材料的情况下，难以将填充率提高到一定值以上。此外，在使用粒径大的蓄冷材料的情况下，比表面积下降，由此会导致压损下降，从而难以确保规定的热交换性能。因此，存在以下问题，即，制冷剂气体的流通性变得过高，在制冷剂气体发挥冷却作用之前就通过了蓄冷材料，不能使制冷机达到期望的极低温范围。还存在以下问题，即，通过使用例如粒径约200μm的球形的蓄冷材料，从而压力损失能够正常化，但是蓄冷材料的填充率不能提高，依然不能谋求提高蓄热材料填充部的能力。在这方面，可以考虑例如对粒状的蓄冷材料进一步并用微细粉末来提高蓄冷材料的填充率，但在这种情况下有下述问题：有时会引起微细粉末导致的流路堵塞，并且有可能微细粉末喷出后被阀门吸入，基于该原因可能引起制冷机运行不良，且填充率也难以控制在希望的范围。而且，用于得到包含微细粉末的蓄冷材料的粒度分布难以调节，因此，还有生产率下降的问题。进一步地，如果使用包含微细粉末的蓄冷材料，有时候会导致填充率反而过高，由此，使得制冷剂气体难以通过，难以发挥期望的冷却性能的问题。像这样，即使在使用微细粉末调节粒度的情况下，也依旧存在难以实现期望的极低温范围的问题。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够使填充率提高、而且具有适当范围的填充率、因此容易抑制蓄冷器中的制冷剂气体的压力损失的蓄冷材料及其制造方法。此外，本专利技术的目的在于提供具有上述蓄冷材料的蓄冷器和制冷机。用于解决问题的方案本专利技术人为了实现上述目的反复进行了深入研究，结果发现，通过形成具有特定的粒度分布的含稀土元素粒子的烧结体，从而能够实现上述目的，以至完成了本专利技术。即，本专利技术例如包含以下所述的主题。[1]一种蓄冷材料，包含粒子的烧结体，上述粒子包含稀土元素，上述烧结体的空隙率为30～40％。[2]根据[1]所述的蓄冷材料，其中，上述烧结体至少侧面被烧结层覆盖，该烧结层具有比上述烧结体低的空隙率。[3]根据[1]或[2]所述的蓄冷材料，其中，上述烧结体形成为锥形。[4]根据[1]～[3]中任1项所述的蓄冷材料，其中，上述稀土元素包含选自Ho、Er、Dy、Tb、Yb及Gd中的至少1种。[5]一种制造方法，为在[1]～[4]中任1项所述的蓄冷材料的制造方法中具有对包含稀土元素的原料粒子进行烧结的工序，上述原料粒子的D50为100～320μm、D90/D10为1.5～2.5，D10、D50、D90分别表示相当于粒度分布曲线的总粒子数的第10％的平均粒径、第50％的平均粒径、第90％的平均粒径。[6]一种蓄冷器，具有[1]～[4]中任1项所述的蓄冷材料。[7]一种制冷机，具有[6]所述的蓄冷器。专利技术效果本专利技术的蓄冷材料能够使蓄冷材料填充部的填充率提高，而且具有适当范围的填充率，从而具有适度的流通性，因此，蓄冷器中的制冷剂气体的压力损失也处于恰当的范围内。因此，本专利技术的蓄冷材料能够发挥高制冷能力，在填充容器内具有该蓄冷材料的制冷机能够发挥高制冷能力。本专利技术的蓄冷材料的制造方法为适合于制造上述蓄冷材料的方法。附图说明图1是示出本专利技术的蓄冷材料的实施方式的一个例子，示出其截面的电子显微镜图像。图2是示出各种材料的比热(J/K·cm3)与温度(K)的关系的图表。图3是示出本专利技术的蓄冷材料的另一实施方式的示意图。图4是示出本专利技术的蓄冷材料的另一实施方式的示意图。图5是压力损失测定所使用的装置的示意图。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行详细说明。另外，本说明书中，“含有”和“包含”的用词涵盖“含有”、“包含”、“实质上由……构成”以及“仅由……构成”的概念。1.蓄冷材料本实施方式的蓄冷材料包含粒子的烧结体，上述粒子包含稀土元素，上述烧结体的空隙率为30～40％。该蓄冷材料以具有规定的空隙率的烧结体为构成要素，从而，在例如填充于蓄冷器的情况下，能够使填充率提高，而且具有适当范围的填充率，从而具有适度的流通性，因此，能够使蓄冷器中的制冷剂气体的压力损失也处于恰当的范围内。由此，本专利技术的蓄冷材料能够发挥高制冷能力，填充容器(也称蓄冷容器)中具有该蓄冷材料的制冷机能够发挥高制冷能力。图1为本实施方式的蓄冷材料的一个例子，为其截面结构的扫描型显微镜图像(SEM图像)。上述蓄冷材料具有烧结体10作为构成要素。如图1所示，烧结体10具有烧结部11和空隙部12而形成。烧结部11为包含稀土元素的粒子13彼此烧结而结合形成。因此，烧结部11包含稀土元素。具体地说烧结部11由包含稀土元素的合金形成。稀土元素的种类没有特别限定，能够举出Y及镧元素。作为稀土元素，从容易发挥优秀蓄冷效果的观点出发，优选包含选自Ho、Er、Dy、Tb、Yb及Gd中的至少一种。空隙部12为烧结体11中所形成的空间，大多形成于烧结体10中。烧结体10的空隙率为30～40％。这里所说的“烧结体的空隙率”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄冷材料，包含粒子的烧结体，所述粒子包含稀土元素，所述烧结体的空隙率为30～40％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.22 JP 2016-2494461.一种蓄冷材料，包含粒子的烧结体，所述粒子包含稀土元素，所述烧结体的空隙率为30～40％。2.根据权利要求1所述的蓄冷材料，其中，所述烧结体至少侧面被烧结层覆盖，所述烧结层具有比所述烧结体低的空隙率。3.根据权利要求1或2所述的蓄冷材料，其中，所述烧结体形成为锥形。4.根据权利要求1～3中任1项所述的蓄冷材料，其中，所述稀土元素包含选自Ho、E...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗岩贵宽，松本恭知，
申请(专利权)人：株式会社三德，
类型：发明
国别省市：日本,JP