超低温蓄冷材料、使用这种超低温蓄冷材料的制冷机以及隔热材料制造技术

一种超低温蓄冷材料１，其特征在于它是将含有稀土元素的磁性颗粒４填充到多孔质载体２的空穴部３内而构成的。另外，多孔质载体２可用片状多孔质金属构成。并且，本发明专利技术的制冷机，其特征在于设有填充了上述超低温蓄冷材料１的蓄冷器５。根据以上构成，可提供一种制冷剂（工作介质）压力损失小、可充分发挥制冷能力、并容易加工成压力损失小的形状的超低温蓄冷材料，以及使用这种超低温蓄冷材料的制冷机。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利说明超低温蓄冷材料、 使用这种超低温蓄冷材料的制冷机 以及隔热材料 本专利技术涉及在制冷机等中所使用的超低温蓄冷材料、使用这种超低温蓄冷材料的制冷机以及超低温用隔热材料，特别是涉及制冷剂压力损失小、可充分发挥制冷能力、并且容易加工成低压力损失的形状的超低温蓄冷材料，以及使用这种超低温蓄冷材料的制冷机和超低温用隔热材料。近年来，超导技术的发展很快，随着其应用领域的扩大，小型高性能的制冷机的开发已不可缺少。这种制冷机，要求质量轻、体积小，且热效率高。例如，在超导MRI装置和低温泵等上，采用以吉福特·麦克马洪方法(GM方法)或斯特林方法等进行制冷循环的制冷机。另外，磁悬浮列车上也必须设高性能的制冷机。并且，最近，超导电力储存装置(SMES)、以及制造高品质硅片等的磁场中拉单晶装置等上，主结构机器也装备有高性能的制冷机。另外，为了提高超导线、超导元件、红外传感器等在超低温区域工作的构件材料的温度稳定性，广泛采用了吸热器、散热器、隔热用超低温蓄冷材料。图9是传统2级式GM制冷机的主要部分构成的断面图。该GM制冷机10设有真空容器13，而真空容器13内设有大直径的第1汽缸11和与该第1汽缸11同轴连接的小直径的第2汽缸12。在第1汽缸11内往复活动自由地配置第1蓄冷器14，在第2汽缸12内往复活动自由地配置第2蓄冷器15。在第1汽缸11与第1蓄冷器14之间、以及第2汽缸12与第2蓄冷器15之间分别配置密封环16、17。在第1蓄冷器14内，装入Cu网等构成的第1蓄冷材料18。在第2蓄冷器15内装入作为第2蓄冷材料19的超低温蓄冷材料。第1蓄冷器14以及第2蓄冷器15分别设有He气等工作介质(制冷剂)的流动通路，该He气等工作介质的通路是设在第1蓄冷材料18和超低温蓄冷材料19的间隙内的。在第1蓄冷器14以及第2蓄冷器15之间设第1膨胀室20。并且，在第2蓄冷器15与第2汽缸12的前端壁之间设第2膨胀室21。而且，在第1膨胀室20的底部形成第1冷却区22，而在第2膨胀室21的底部形成比第1冷却区22温度低的第2冷却区23。从压缩机24向上述那样的2级式GM制冷机10提供高压的工作介质(例如He气)。所提供的工作介质流过装在第1蓄冷器14内的第1蓄冷材料18的空隙到达第1膨胀室20，进而再流过装在第2蓄冷器15内的超低温蓄冷材料(第2蓄冷材料)19的空隙到达第2膨胀室21。这时，工作介质向各蓄冷材料18、19提供热能而被冷却。流过各蓄冷材料18、19的空隙的工作介质在各膨胀室20、21膨胀而变冷，各冷却区22、23被冷却。膨胀后的工作介质再沿各蓄冷材料18、19的空隙反向流动。工作介质从各蓄冷材料18、19吸取热量之后被排出。由于在这一过程中回热效果良好，因而提高了工作介质循环的热效率，实现了更进一步的低温。即，在上述那样的GM制冷机上，在填充有蓄冷材料的蓄冷器内，向一个方向流过被压缩的He气等工作介质，并将其热能提供给蓄冷材料，而在此膨胀后的工作介质向相反方向流动，吸取蓄冷材料的热能。由于在这一过程中回热效果良好，因而提高了工作介质循环的热效率，可实现进一步的低温。用在上述那样的制冷机上的蓄冷材料，传统上主要采用Cu或Pb等。但是，这种蓄冷材料在20°K以下的超低温区域，体积比热明显变小，所以，上述的回热效果不充分，难以实现超低温。因此，近年来，为了更进一步实现接近绝对零度的温度，研究采用由在超低温区域体积比热大的Er3Ni、ErNi、ErNi2、ErRh、HoCu2等稀土元素和过渡金属元素构成的金属化合物制造的磁性蓄冷材料。为了使上述那样的磁性蓄冷材料与He气等工作介质有良好的换热效率，通常将其加工成直径为0.1～0.5mm的球形，以磁性颗粒的形状来使用。将填充了上述球形磁性颗粒的蓄冷器用在GM制冷机上，由此可实现温度达到4°的制冷运行。附图说明图10是使用上述那样的GM制冷机10的低温恒温装置30的构成例的断面图。特别示出了构成超导MRI装置、磁悬浮列车、超导电力储存装置(SMES)、以及磁场中拉单晶装置等的主要部分的超导磁铁的恒冷装置。图10所示的低温恒温装置30是在真空容器33内配置作为被冷却物的超导磁铁31、将该超导磁铁31冷却到超低温的GM制冷机10、以及围绕超导磁铁31配置的若干隔热材料32而构成。上述若干隔热材料32通过支撑件34支撑在真空容器33内。另外，设热开关35，可将被冷却的被冷却物与制冷机10等冷却装置进行暂时的热隔离。作为上述隔热材料32，广泛采用的是由厚1～2mm的铜(Cu)板构成的材料，为了抵御外部热侵入而提高恒温系统整体的冷却效率，可将这种隔热材料32设置多层。但是，与上述那样制冷循环低到数Hz的传统GM制冷机不同，在制冷循环达到数10Hz的斯特林制冷机或脉管制冷机等高速循环运转的制冷机上，填充有上述球形磁性颗粒的蓄冷器中，压力损失大，工作介质与磁性颗粒之间的热交换不够充分，所以，存在着难以发挥其充分的制冷能力的问题。另一方面，作为降低上述蓄冷器中的压力损失的方法，曾试行将磁性蓄冷材料的形状设计成将穿设有多个透孔的冲孔板状、带状的蓄冷材料卷成圆柱状，也可将网状蓄冷材料重叠多层形成叠层筛状。但是，上述磁性蓄冷材料由于金属化合物特有的脆性，难以穿孔加工和弯曲加工，实际上不可能利用蓄冷材料的形状来降低蓄冷器中的压力损失。另一方面，在采用铜制隔热材料的传统低温恒温装置上，制冷机停止的时候或氦气(He)等低温液化气体挥发的时候，由于低温时铜的比热小，所以存在隔热材料在短时间内温度上升，失去抵御外部热量侵入效果的问题。最近，也在研究一种系统，即，在将冷却后的被冷却物暂时脱离冷却装置而在狭小的空间使用的状态下使超导磁铁等被冷却物工作的系统。但是，因为上述只由铜等传统金属材料构成的隔热材料比热小，保温效果也差，所以存在被冷却物难以长时间保持低温的问题。作为上述问题的解决方法，本专利技术者们考虑采用特别是由在超低温区域比热大的Er3Ni、ErNi、HoCu2等含有稀土元素以及过渡金属元素的金属化合物构成的磁性蓄冷材料作为隔热材料的原材料。但是，上述那样的磁性蓄冷材料一般是脆性材料，所以，其问题在于用来加工成隔热材料这样的大型板材是极困难的。另外，对于超导线圈这样的被冷却物，适合采用如图10所示的圆筒状隔热材料，但问题在于将作为脆性材料的磁性蓄冷材料加工成圆筒形或曲面形状比加工成平面形状更加困难。另一方面，Nd等稀土元素单独构成的磁性蓄冷材料与上述由金属化合物构成的磁性蓄冷材料相比，比热方面的特性稍差一些。而与Cu等普通金属相比，在超低温区域有比较大的比热，且可加工成板状。然而，一般所使用的隔热材料大多有比较大的面积，并且是在隔热材料自身受到大的负荷作用的条件下使用。而由Nd等稀土元素单独构成的磁性蓄冷材料，结构强度不理想，不可能就这样用在隔热材料上。本专利技术是为解决上述问题而提出的，第1目的是提供一种超低温蓄冷材料以及使用这种超低温蓄冷材料的制冷机。该超低温蓄冷材料的特点是，不仅可减少制冷剂(工作介质)的压力损失、充分发挥制冷能力，且容易加工成压力损失小的形状。本专利技术的第2目的是提供一种隔热材料，该隔热材料可有效抵御热的侵入，容易加工成任意的形状，且结构强度大。为了达到上述目的，本专利技术的超低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低温蓄冷材料，其特征在于：是将含有稀土元素的磁性颗粒填充到多孔质载体的空穴部内所构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈村正巳，新井智久，桥本启介，R钱德蒂勒基，中込秀树，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]