蓄冷材料粒子、蓄冷器、冷冻机、低温泵、超导磁铁、核磁共振成像装置、核磁共振装置、磁场施加式单晶提拉装置及蓄冷材料粒子的制造方法制造方法及图纸

实施方式的蓄冷材料粒子包含选自由稀土类元素、银(Ag)及铜(Cu)构成的组中的至少一种第一元素和与第一元素不同且在水溶液中形成多价金属离子的第二元素，第二元素的原子浓度为0.001原子％以上且60原子％以下，温度20K以下时的体积比热的最大值为0.3J/cm3·

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蓄冷材料粒子、蓄冷器、冷冻机、低温泵、超导磁铁、核磁共振成像装置、核磁共振装置、磁场施加式单晶提拉装置及蓄冷材料粒子的制造方法


[0001]本专利技术的实施方式涉及蓄冷材料粒子、蓄冷器、冷冻机、低温泵、超导磁铁、核磁共振成像装置、核磁共振装置、磁场施加式单晶提拉装置及蓄冷材料粒子的制造方法。

技术介绍

[0002]在为了超导设备的冷却、形成超高真空而使用的极低温冷冻机中，使用了包含在低温区域中具有高的体积比热的蓄冷物质的蓄冷材料粒子。这里，将每单位体积的比热定义为体积比热。对于蓄冷物质，例如使用铅(Pb)、铋(Bi)等金属、HoCu2、Er3Ni等稀土类化合物、或Ag2O、Cu2O等氧化物、Gd2O2S等氧硫化物。
[0003]在极低温冷冻机中，将多种蓄冷材料粒子填充到蓄冷器中。例如，通过在蓄冷材料粒子与在蓄冷器中经过的氦气之间进行换热，从而产生寒冷。例如在超导核磁共振装置(MRI装置)、低温泵等中，使用了采用吉福特
‑
麦克马洪(GM)方式、斯特林方式、或脉冲管方式等冷冻循环的冷冻机。
[0004]此外，在磁悬浮列车中也由于使用超导磁铁来产生磁力，因此被视为需要高性能的冷冻机。此外，在半导体制造装置中，为了将在晶片上形成薄膜的腔室设定为超高真空，使用了低温泵。进而，最近，在超导电力贮藏装置(SMES)及制造高品质的硅晶片等的磁场施加式单晶提拉装置等中也使用了高性能的冷冻机。进而期待高可靠性的脉冲管冷冻机的开发及实用化也正在积极地开展。
[0005]在这样的冷冻机中，经压缩的氦(He)气等工作介质在填充有蓄冷材料粒子的蓄冷器内沿一个方向流动，将其热能供给至蓄冷材料。然后，在蓄冷器内膨胀的工作介质沿相反方向流动，从蓄冷材料粒子接收热能。随着这个过程中的回热效果变得良好，工作介质循环中的热效率提高，能够实现更低的温度。
[0006]蓄冷材料粒子被填充于冷冻机的蓄冷容器中，通过与作为工作介质流入的氦(He)气的换热，发挥极低温区域的冷冻能力。此时，蓄冷材料粒子受到起因于在冷冻机的运转中起作用的高压氦气的压力振动、起因于高压氦气的应力及起因于高压氦气的冲击力。在GM冷冻机的情况下，进而由置换器(工作介质压缩用活塞)的往返运动产生的应力作用于蓄冷材料粒子。此外，在冷冻机的启动时，温度在短时间内从室温附近下降至4K附近的极低温温度为止，因此大的热冲击作用于蓄冷材料粒子。
[0007]这样，通过在冷冻机的运转中起作用的压力振动、各种应力，蓄冷材料粒子破坏并微粉化。因所产生的微粉损伤冷冻机的密封部等构成部件而使冷冻能力显著降低成为问题。为了长时间保持冷冻机的高冷冻能力，即为了提高冷冻机的长期可靠性，对于填充于冷冻机的蓄冷器中的蓄冷材料粒子，例如要求具备高的体积比热、高的机械强度、高的热导率、高的传热率等优异的特性。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本特开2017
‑
58079号公报
[0011]专利文献2：日本特开2010
‑
64946号公报
[0012]专利文献3：日本特开2003
‑
213252号公报
[0013]专利文献4：国际公开第2018/025581号

技术实现思路

[0014]专利技术所要解决的课题
[0015]本专利技术所要解决的课题在于提供具备高机械强度的蓄冷材料粒子及其制造方法。
[0016]用于解决课题的手段
[0017]实施方式的蓄冷材料粒子包含选自由稀土类元素、银(Ag)及铜(Cu)构成的组中的至少一种第一元素、和与上述第一元素不同且在水溶液中形成多价金属离子的第二元素，上述第二元素的原子浓度为0.001原子％以上且60原子％以下，温度20K以下时的体积比热的最大值为0.3J/cm3·
K以上。
附图说明
[0018]图1是第一实施方式的蓄冷材料粒子的说明图。
[0019]图2是第二实施方式的蓄冷材料粒子的说明图。
[0020]图3是第三实施方式的蓄冷材料粒子的说明图。
[0021]图4是表示作为第四实施方式的冷冻机的一个例子的GM冷冻机的要部构成的示意截面图。
[0022]图5是表示第五实施方式的低温泵的概略构成的截面图。
[0023]图6是表示第六实施方式的超导磁铁的概略构成的立体图。
[0024]图7是表示第七实施方式的核磁共振成像装置的概略构成的截面图。
[0025]图8是表示第八实施方式的核磁共振装置的概略构成的截面图。
[0026]图9是表示第九实施方式的磁场施加式单晶提拉装置的概略构成的立体图。
具体实施方式
[0027]以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，对同一或类似的构件等标注同一符号，对于一度说明过的构件等有时适当省略其说明。
[0028]本说明书中，极低温例如是指在工业上可有用地利用超导现象的温度域。例如为20K以下的温度域。
[0029](第一实施方式)
[0030]第一实施方式的蓄冷材料粒子包含选自由稀土类元素、银(Ag)及铜(Cu)构成的组中的至少一种第一元素和与第一元素不同且在水溶液中形成多价金属离子的第二元素。而且，第二元素的原子浓度为0.001原子％以上且60原子％以下。此外，温度20K以下时的体积比热的最大值为0.3J/cm3·
K以上。
[0031]图1是第一实施方式的蓄冷材料粒子的说明图。图1(a)是蓄冷材料粒子的示意截面图。图1(b)是将蓄冷材料粒子的一部分放大而得到的示意截面图。图1(b)例如为图1(a)
的区域R的示意截面图。
[0032]第一实施方式的蓄冷材料粒子10例如被用于实现5K以下的极低温的冷冻机。
[0033]蓄冷材料粒子10的形状例如为球状。图1(a)表示蓄冷材料粒子10为正球的情况。图1(a)是通过蓄冷材料粒子10的中心部的截面。蓄冷材料粒子的粒径(图1(a)中的D)例如为50μm以上且3mm以下。蓄冷材料粒子10的长宽比例如为5以下。蓄冷材料粒子10的长宽比是蓄冷材料粒子10的长径相对于短径之比。
[0034]蓄冷材料粒子10的粒径D为当量圆直径。当量圆直径为相当于由光学显微镜图像或扫描电子显微镜图像(SEM图像)等图像观察到的图形的面积的正圆的直径。蓄冷材料粒子10的粒径D例如可以通过光学显微镜图像或SEM图像的图像解析来求出。
[0035]蓄冷材料粒子10在温度20K以下时的体积比热的最大值为0.3J/cm3·
K以上。蓄冷材料粒子10包含温度20K以下时的体积比热的最大值为0.3J/cm3·
K以上的蓄冷物质。
[0036]蓄冷材料粒子10包含蓄冷元素。蓄冷元素为选自由稀土类元素、银(Ag)及铜(Cu)构成的组中的至少一种元素。稀土类元素为选自由钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蓄冷材料粒子，其包含：选自由稀土类元素、银(Ag)及铜(Cu)构成的组中的至少一种第一元素、和与所述第一元素不同且在水溶液中形成多价金属离子的第二元素，所述第二元素的原子浓度为0.001原子％以上且60原子％以下，温度20K以下时的体积比热的最大值为0.3J/cm3·
K以上。2.根据权利要求1所述的蓄冷材料粒子，其中，所述第二元素为选自由铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、锰(Mn)、铝(Al)、铁(Fe)、铜(Cu)、镍(Ni)及钴(Co)构成的组中的至少一种元素。3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，进一步包含氧。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，所述第二元素包含不同的2种以上的元素。5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，包含含有所述第一元素的第一相、和含有所述第二元素且与所述第一相不同的第二相，所述第二相中的所述第二元素的原子浓度大于所述第一相中的所述第二元素的原子浓度。6.根据权利要求5所述的蓄冷材料粒子，其中，所述蓄冷材料粒子具备包含所述第一元素及所述第二元素、且与所述第一相及所述第二相不同的第三相。7.根据权利要求5所述的蓄冷材料粒子，其中，所述第二元素包含含有元素α及元素β的不同的2种以上的元素，所述第二相包含所述元素α及所述元素β，所述蓄冷材料粒子进一步具备：包含所述元素β且与所述第一相及所述第二相不同的第三相、和包含所述第一元素及所述元素β且与所述第一相、所述第二相及所述第三相不同的第四相。8.根据权利要求7所述的蓄冷材料粒子，其中，所述第二相之内与所述第三相相接触的所述第二相的比例比与所述第四相相接触的所述第二相的比例高。9.根据权利要求6至权利要求8中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，所述第二相之内的20％以上且90％以下与所述第三相相接触。10.根据权利要求5至权利要求9中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，在粒子的截面中，所述第二相所占的面积的比例为0.001％以上且75％以下。11.根据权利要求5至权利要求10中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，在粒子的截面中，每一个所述第二相的面积为0.001μm2以上且6000μm2以下。12.根据权利要求5至权利要求11中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，在粒子的截面中，每一个所述第二相的粒径为0.1μm以上且100μm以下。13.根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的蓄冷材料粒子，其中，所述蓄冷材料粒子具有第一区域、和与...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下知大，江口朋子，久保木贵志，碓井大地，河本崇博，
申请(专利权)人：东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：