CN1319753A - 蓄冷器及使用该蓄冷器的蓄冷式冷冻机 - Google Patents

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Abstract

一种蓄冷器1,是在蓄冷器主体2内充填蓄冷材料3,使制冷剂气体从蓄冷器主体2的一个方向流向另一方向以实现低温,其特点是,蓄冷材料3的至少一部分是由含10at%以上稀土类元素的合金构成的厚度为0.03mm～2mm的板状蓄冷材料3。另外,在制冷剂气体流动方向的板状蓄冷材料的长度为1mm～100mm。本发明可提供微粉化现象少、便于加工,寿命长、能在低温范围内发挥显著冷冻能力的蓄冷器及使用该蓄冷器的蓄冷式冷冻机。

Description

蓄冷器及使用该蓄冷器的蓄冷式冷冻机
本发明涉及蓄冷器及蓄冷式冷冻机，尤其涉及微粉现象少、便于加工、寿命长、能在低温范围内发挥显著冷冻能力的蓄冷器及使用该蓄冷器的蓄冷式冷冻机等。
近年来，超导技术发展迅速，随着其应用领域的扩大，开发小型、高性能的冷冻机就成为必然趋势。这种小型冷冻机要求重量轻、小型、热效率高，正在各种应用领域推广运用。
譬如在超导MRI装置或低温泵上，采用GM(Gifford Mcmahon)方式或斯塔令(starling)方式或脉冲管道(pulse tube)冷冻机等的冷冻循环形成的冷冻机。另外，在磁悬浮列车上，为了用超导磁铁产生磁力，也需要高性能的冷冻机。最近，在制造超导能量储存装置(SMES)以及高级硅片等的磁场中提拉单晶装置中等也使用高性能的冷冻机。
在这种冷冻机中，被压缩的氦气等作动介质在充填有蓄冷材料的蓄冷器内沿一个方向流动，将其热能供给蓄冷材料，在此膨胀的作动介质向相反方向流动，从蓄冷材料吸取热能。由于这一过程中的回热效果良好，就能提高作动介质循环中的热效率，能实现更低的温度。
过去在上述冷冻机中使用的蓄冷材料主要是Cu和Pb等。然而，这类蓄冷材料在20K以下的极低温时比热会明显缩小，因而不能充分发挥上述的回热效果，在冷冻机作动时不能在极低温下以每1周期在蓄冷材料中储存充分的热能，且作动介质不能从蓄冷材料吸收充分的热能。结果，装有充填前述蓄冷材料的蓄冷器的冷冻机不能实现极低温。
为此，最近为了提高前述蓄冷器在极低温下的回热特性、实现更接近绝对零度的冷冻温度，采用特别在20K以下的极低温范围具有体积比热的极大值、由以该值很大的Er3Ni、ErNi、HoCu2等稀土类元素和过渡性金属元素构成的金属互化物为主体的磁性蓄冷材料。通过在GM冷冻机上使用这类磁性蓄冷材料，能够实现4K下的冷冻。上述磁性蓄冷材料为了能有效地与作为制冷剂的氦气之间进行热交换，通常被加工成直径0.1～0.5mm的球状。尤其是当磁性蓄冷材料(粒状蓄冷物质)是含有稀土类元素的金属互化物时，采用离心喷雾法等加工成球状。
然而，在斯塔令冷冻机或脉冲管道冷冻机等高速运转的冷冻机中，充填了球状磁性蓄冷粒子的蓄冷器中压力损耗很大，不能实现足够的冷冻能力。而且在GM冷冻机等中，容易发生因冷冻机运转中产生的振动和冲击力而使磁性粒子微粉化、制冷剂的透气阻力升高、热交换效率急剧下降的问题。
为了降低压力损耗，已知有如下几种蓄冷材料：在磁性材料板上穿设多个制冷剂气体流通口的打孔板、由磁性体带状物卷成的滚筒状带状物、网状磁性体叠层形成的网等。然而，上述磁性蓄冷材料因显示面金属互化物特有的脆性，故很难进行穿孔或卷曲加工，难以加工成上述形状，加工成本很高。
本发明正是为了解决上述问题，目的在于提供一种微粉化现象少、便于加工、寿命长、能在低温范围内发挥显著的冷冻能力的蓄冷器及使用该蓄冷器的蓄冷式冷冻机等。
为了实现上述目的，本发明的蓄冷器是在蓄冷器主体内充填蓄冷材料，使制冷剂气体从蓄冷器主体的一个方向流向另一方向，以实现低温，其特点是，上述蓄冷材料的至少一部分是厚度为0.03mm以上2mm以下的板状蓄冷材料。
而且该蓄冷材料由含有10at％以上的稀土类元素的合金构成。
另外，在制冷剂气体流动方向的板状蓄冷材料的长度最好是1mm以上100mm以下。另外，最好将多个板状蓄冷材料在与制冷剂气体的流动方向正交的方向隔着间隙配设，且该间隙为0.01mm以上1mm以下。
另外，在上述蓄冷器上，可以在蓄冷器主体的内壁上形成槽，并在该槽中插入上述板状蓄冷材料的边缘部。还可以在蓄冷器主体的内壁上形成凸起，并在该凸起之间插入上述板状蓄冷材料的边缘部。也可用支承器固定多个板状蓄冷材料，并将该支承器插入蓄冷器主体内。
另外，最好将多个板状蓄冷材料配设在制冷剂气体的流动方向，且在上述制冷剂气体的流动方向相邻的板状蓄冷材料的平板面所形成的蓄冷器径向角度在0.5度以上。
另外，作为特殊结构，也可将上述多个板状蓄冷材料配置成分隔制冷剂流通路径截面的状态，形成制冷剂流通的多个单元。在上述结构中，最好形成单元的蓄冷材料的厚度平均值为0.05mm以上2mm以下。另外，最好上述多个单元的截面积的平均值为1×10-9m2以上2×10-6m2以下。还有，最好上述多个单元的平均长度为3mm以上100mm以下。
另外，上述多个板状蓄冷材料及单元也可以通过对含10at％以上稀土类元素的蓄冷材料粉末和粘合剂的混合物进行挤压加工而形成。
本发明的蓄冷式冷冻机是使作动介质(制冷剂气体)从蓄冷器的上游高温侧流过，并通过上述作动介质与蓄冷材料之间的热交换而在蓄冷器的下游侧得到更低温度，其特点是，上述蓄冷器的至少一部分充填有上述板状蓄冷材料。
另外，本发明的MRI(磁共振图象)装置，磁悬浮列车用超导磁铁、低温泵以及磁场外加式提拉单晶装置都具有本发明的上述蓄冷式冷冻机。
最好充填在本发明的蓄冷器主体内的蓄冷材料至少有一部分用含有10at％以上稀土类元素的磁性合金形成。构成上述蓄冷材料的合金最好是由可用一般式RMz…(1)(其中R是从Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb中选择的至少1种稀土类元素，M是从Ni、Co、Cu、Ag、Al、Ru、In、Ga、Ge、Si及Rh中选择的至少1种元素，z是原子比，满足0≤z≤9.0)表示的稀土类元素单体或含稀土类元素的金属互化物构成。
从前述一般式(1)可知，本发明的蓄冷器中充填的蓄冷材料最好由具有RMz(0≤z≤9.0)成分的稀土类元素单体、或含稀土类元素的金属互化物等磁性体构成。不过，除了上述磁性体外，也可并用由Pb、Pb合金、Cu、Cu合金、不锈钢等金属材料构成的蓄冷材料。
在上述一般式中，R成分是从Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb中选择的至少1种稀土类元素，M是从Ni、Co、Cu、Ag、Al、Ru、In、Ga、Ge、Si及Rh中选择的至少1种元素。
上述M成分对R成分的配合比z如果大于9.0，作为磁性原子的稀土类原子的密度就会明显下降，使比热减小。这里，当z=0时，即，蓄冷材料由稀土类元素单体构成时，表示比热峰值的温度很难调节，故最好采用含稀土类元素的金属互化物。z的较佳范围是0.1≤z≤5，更好范围是1≤z≤3。尤其好的具体成分是，Er3Ni、Er3Co、ErNi、ErNi0.9Co0.1、HoCu2、ErIn3、HoSb、Ho2Al。不过，正如将ErNi的Ni的一部分置换成Co后形成ErNi0.9Co0.1那样，可在上述成分的基础上将R成分的一部分用其他R成分的至少1种元素来置换，或是将M成分的一部分用其他M成分的至少1种元素来置换，由此来控制表示比热峰值的温度和峰值幅度等。
本发明中使用的蓄冷材料也可以由在20K以下的极低温范围具有比热峰值的氧化物为主体的多个磁性粒子构成。构成该磁性粒子的氧化物可适当使用以下一般式(2)、(3)、(4)、(5)表示的组成物。
即，用一般式RM’2O3……(2)
(其中，R是从Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb中选择的至少1种稀土类元素，M’是从3B族元素中选择的至少1种元素。)表示的钙钛矿类氧化物；
用一般式AB2O4……(3)
(其中A是从2B族元素中选择的至少1种元素，B是至少含Cr的过渡性金属元素。)表示的尖晶石类氧化物；
用一般式CD2O6……(4)
(其中C是从Mn及Ni中选择的至少1种元素，D是从Nb及Ta中选择的至少1种元素。)表示的氧化物；以及
用一般式Gd1-xRxA1-yByO3……(5)
(其中R是从Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy、Ho及Er中选择的至少1种稀土类元素，A是从Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Si中选择的元素，当x=0且y=0时至少选择2种元素，而当x≠0或y≠0时则至少选择1种元素，B是从Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Au、Bi选择的至少1种元素，x满足原子比0≤x≤0.4，y满足原子比0≤y≤0.4。)表示的氧化磁性粒子构成的蓄冷材料。
在前述一般式Gd1-xRxA1-yByO3…(5)中，x=0且y=0时的一般式用GdAO3表示，而当该GdAO3的A成分只是单一元素时，可得到在一般极低温范围内具有比热峰值的磁性粒子，但在4～6K的温度范围内很少显示出较大的比热峰值。因此，当x=0且y=0时，A成分至少要选择2种元素。另一方面，通过将Gd的一部分用其他的稀土类元素置换，或是将A成分的一部分用其他元素置换，来调节比热特性，作为高性能的蓄冷材料。
另外，在上述一般式(5)：Gd1-xRxA1-yByO3中，R成分是从Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy、Ho及Er中选择的至少1种稀土类元素，是能急剧扩宽比热值峰值或控制峰值温度位置的有效成分，以置换Gd一部分的形式添加。表示R成分置换量添加比率x如果大于0.4，则比热减小。在上述R成分中，选择Tb、Dy、Ho、Er较好，其中Tb、Dy尤其好。
另外，A成分表示从Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Si中选择的元素，具有控制比热峰值的效果。而且，当x=0且y=0时至少选择2种元素，而当x≠0或y≠0时，则至少选择1种元素，故GdAO3系中的Gd或A成分的一部分一定要用其他元素置换。作为上述A成分元素，最好是用Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Al、其中Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Al尤其好。
还有，B成分是通过置换上述A成分的一部分、并通过调节(Gd1-xRx)原子间距离等作用而改善比热特性的元素。B成分表示从Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Au、Bi中选择的至少1种元素。作为B成分元素，最好是Zr、Nb、Mo、Sn、Ta、W，其中Ta、W尤其好。如果表示该B成分添加量的比率y大于0.4，就难以维持钙钛矿结构，导致由磁性粒子构成的蓄冷材料的比热特性下降。
另外，关于前述一般式：Gd1-xRxA1-yByO3中的氧原子比，有时会由于原子的缺陷等而偏离作为化学计量比的3。然而，只要氧原子比在2.5～3.5的范围内，就不会对比热特性产生太大影响。
本发明蓄冷器中充填的板状蓄冷材料的制造方法没有特别限定，譬如可用切片机(blade saw)等切割装置将具有上述成分的蓄冷材料合金锭切断或用粉末法烧结等。
另外，如后所述，形成供制冷剂气体流通的多个单元的蓄冷材料也可通过将蓄冷材料粉末和粘合剂的混合物挤压后形成。
如图1及图2所示，本发明的蓄冷器1是在譬如筒状的蓄冷器主体2内，在与制冷剂气体流通路径4的方向正交的方向以一定间隔(间隙)G配置固定多个板状蓄冷材料3后形成。
充填在本发明的蓄冷器1中的板状蓄冷材料3的板厚度T是影响冷冻机蓄冷特性的重要因素，本发明将该厚度T定在0.03mm以上2mm以下的范围内。如果蓄冷材料3的板厚度T小于0.03mm，蓄冷材料的结构强度就不足，在组装蓄冷器1时容易发生破损，同时在冷冻机运转过程中会因振动而导致破损。
而如果蓄冷材料3的板厚度T大于2mm，则1次冷冻循环中渗透到蓄冷材料3内部(深部)的热量又会不足，导致蓄冷效率下降。为此，本发明将蓄冷材料3的板厚度T定在0.03mm～2mm的范围内，但更好是0.2mm～1.3mm的范围，最好是0.4mm～1.0mm的范围。
又如图3及图4所示，在本发明的蓄冷器1a中，最好制冷剂气体(氦气)流动方向上的板状蓄冷材料3a的长度L为1mm以上100m以下。如果板状蓄冷材料3a的长度小于1mm，则为了用上述较短的蓄冷材料3a填满在制冷剂气体的流动方向较长的蓄冷器主体2a，充填作业需要化费许多工时，不利于生产。
另一方面，如果板状蓄冷材料3a的长度L大于100mm，则气体流通路径方向的热传导系数增大，故热量容易流入冷冻机的低温端，导致冷冻能力下降。为此将制冷剂气体流动方向上的板状蓄冷材料3a的长度L定在1～100mm的范围内，更好是在5～40mm的范围内，最好是在8～20mm的范围内。
即，与图1及图2所示的沿蓄冷器1的制冷剂气体流动方向全长配置较长蓄冷材料3的结构相比，图3及图4所示的将多个较短蓄冷材料3a沿流动方向连续设置的结构能够利用相邻蓄冷材料3a、3a的接缝抑制上述热传导，故冷冻能力更佳。
另外，如图1及图4所示，在本发明的蓄冷器1中，配设在与制冷剂气体的流动方向正交的方向的多个板状蓄冷材料3、3a的间隙G定在0.01mm以上1mm以下。如果板状蓄冷材料3、3a的间隙G小于0.01mm，气体流通路径4上的制冷剂气体的透气阻力会增大，导致冷冻能力下降。
而如果板状蓄冷材料3、3a的间隙G大于1mm，则蓄冷材料3、3a的充填率下降，同时制冷剂气体与蓄冷材料3、3a之间的热交换不充分，会导致蓄冷效率下降。为此将板状蓄冷材料的间隔G定在0.01mm～1mm的范围内，更好是在0.02mm～0.3mm的范围内，最好是在0.05mm～0.15mm的范围内。
在本发明的蓄冷器中，将各板状蓄冷材料固定在蓄冷器主体上的固定结构并无特别限定，不过最好采用以下固定结构。譬如图4所示，通过将各板状蓄冷材料3a的边缘部插入在蓄冷器主体2a的内壁上形成的槽5中，可以将各蓄冷材料3a固定而形成蓄冷器。在这种场合，形成槽5的凸起部分的厚度就成为在相邻的蓄冷材料3a、3a之间形成的间隙G，并形成制冷剂气体流通路径4。不过，可以在将板状蓄冷材料3a插入上述槽5之前预先涂上润滑脂等润滑材料，由此便于顺利插入。
另外，作为板状蓄冷材料的其他固定结构，还可采用图6及图7所示的方式。即，在图6、图7所示的蓄冷器1b中，在蓄冷器主体2b的内壁上形成凸起6，在该凸起之间插入板状蓄冷材料3b的边缘部进行固定，凸起6的厚度成为在相邻蓄冷材料3b之间形成的间隙，并形成制冷剂气体流通路径。上述凸起6的形状无特别限定，可以是爪形、扣形、棒形等各种形状。另外，凸起也可在板状蓄冷材料的表面形成。
作为板状蓄冷材料的其他固定结构，还可采用图8及图9所示的方式。即，用可嵌装在蓄冷器主体2内的支承器7，并在该支承器7的内面沿轴向形成供板状蓄冷材料3的边缘部插入的多个槽5a，在该支承器7内插入多个板状蓄冷材料3进行固定。即，不是采用对筒状蓄冷器主体2自身进行加工并固定板状蓄冷材料3的方式，而是预先在与蓄冷器主体2相同材料或不同材料构成的支承器7内将多个板状蓄冷材料3以一定间隙支承固定，并将这种支承器7沿蓄冷器主体2内的轴向插入多个，由此形成蓄冷器。
在这种场合，由于多个板状蓄冷材料3是预先固定在支承器7内的，故在更换蓄冷材料3时，只要更换新的支承器7即可完成更换作业。从而，不仅便于迅速完成蓄冷材料3的更换作业，而且蓄冷材料3容易处理，可减少破损。
另外，本发明人发现，在多个板状蓄冷材料沿制冷剂气体的流动方向配设形成的蓄冷器中，与在制冷剂气体流动方向相邻的板状蓄冷材料的平板面处于同一平面的场合相比，使上述相邻的蓄冷材料的平板面相互略微错开的结构更有利于顺利地进行热交换，且蓄冷效率更佳。
为此，本发明蓄冷器的一个较佳实施形态是将在上述制冷剂气体的流动方向相邻的板状蓄冷材料的平板面在蓄冷器径向形成的角度定为0.5度以上。如图8及图9所示，当将多个板状蓄冷材料3配置固定在支承器7内，且将该支承器7在制冷剂气体流动方向多层重叠以作为蓄冷器1c时，将相邻的板状蓄冷材料3、3a的平板面所形成的蓄冷器径向角度θ调节成0.5度以上，由此可控制制冷剂气体的流通路径阻力大小。
如果在上述制冷剂气体流通路径方向相邻的板状蓄冷材料3、3a的平板面所形成的蓄冷器径向角度θ小于0.5度，会使制冷剂气体的流通路径阻力减小，难以使制冷剂气体(作动气体)与蓄冷材料之间进行充分的热交换。虽然将上述相邻蓄冷材料的平板面所形成的角度θ定为0.5度以上，但更好的是1度以上，最好是2度以上。
在本发明的蓄冷器中，多个板状蓄冷材料可以配置成将制冷剂气体的流通路径截面隔断的状态，形成供制冷剂气体流通的多个单元。
在上述结构的蓄冷器中，形成上述单元的蓄冷材料的平均厚度定为0.05m以上2mm以下。如果蓄冷材料的平均厚度小于0.05mm，会使蓄冷材料的结构强度不足，不仅很难装入蓄冷器中，而且容易因冷冻机运转过程中产生的振动或冲击而破损。
另一方面，如果形成单元的蓄冷材料的平均厚度大于2mm，会使每1次冷冻循环中渗入到蓄冷材料内部的热渗透不足，使蓄冷效率降低。为此，作为单元分隔壁的蓄冷材料的平均厚度定为0.05～2mm，更好的是在0.1～1mm以下的范围，最好是在0.2～0.5mm的范围内。
在充填了形成上述多个单元的蓄冷材料的蓄冷器中，多个单元的平均截面积最好在1×10-9m2以上2×10-6m2以下的范围。其中，单元的截面积是指与制冷剂流动方向(轴向)成直角的方向的截面积。如果该单元的平均截面积小于1×10-9m2，制冷剂气体的流通路径阻力会增大，使用该蓄冷材料的冷冻机的冷冻能力就会降低。另一方面，如果单元的平均截面积大于2×10-6m2，则不仅会降低蓄冷材料在蓄冷器中的充填率，而且会导致制冷剂气体与蓄冷材料之间的热交换不足，使蓄冷效率下降。从而，将多个单元的平均截面积定为1×10-9m2～2×10-6m2的范围，更好是在2×10-9m2～5×10-7m2以下的范围，最好是在5×10-9m2～2×10-7m2以下的范围。
另外，在充填了形成上述单元的蓄冷材料的蓄冷器中，最好将多个单元的平均长度定在3mm以上100mm以下的范围内。如果上述单元的平均长度小于3mm，为了用蓄冷材料填满在制冷剂气体流通路径方向较长的蓄冷器，就需要较多的蓄冷材料，导致蓄冷器的组装复杂化，不利于生产。而如果单元的平均长度大于100mm，则因在气体流通路径方向的热传导增大，会使热量容易流入冷冻机的蓄冷器的低温端，导致冷冻能力下降。为此，单元的平均长度应在3～100mm的范围内，更好是在5～40mm的范围内，最好是在8～20mm的范围内。
上述蓄冷材料的单元截面形状无特别限定，如图10(a)～(d)所示，可以采用三角形、四角形、六角形及圆形等各种形状。还可将上述至少2种截面形状混合构成单元形状。在上述单元的截面形状中，特别是在形成四角形及三角形的单元时，可得到机械性强度好、寿命长的蓄冷材料。
充填在本发明的蓄冷器中且具有上述多个单元的蓄冷材料的制造方法无特别限定，可以用挤压法、波纹加工法、轧花法以及轧光法等各种成形法。从便于成形操作的观点出发，多个板状蓄冷材料及单元最好通过对含稀土类元素10at％以上的蓄冷材料粉末和粘合剂的混合物进行挤压加工而形成。
在上述挤压加工中，在经过粒度调节的蓄冷材料粉末中加入粘接剂、润滑剂、界面活性剂和作为分散剂的水等搅拌成混合物，使该混合物通过具有挤压槽的成形模，其中的挤压槽就是形成最终单元结构用的分隔壁，由此形成具有多个单元的成形体。然后在必要时进行脱脂处理并烧固，由此形成具有规定截面形状的蓄冷材料。
在上述制造方法中，为了得到更加细密的高强度蓄冷材料，作为原料的蓄冷材料粉末的平均粒径最好在10μm以下。更好的是在5μm以下，最好是在3μm以下。作为粘合剂，可以适当地使用甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇(PVA)、淀粉糊、甘油、各种蜡等。另外，粘合剂也可使用Pb、Sn、In、各种锡焊合金等低熔点金属材料。
不过，过去曾有人提出过将经过压花加工的蓄冷材料坯料或带状蓄冷材料坯料卷绕或叠层，在相邻的蓄冷材料坯料之间的间隙形成模拟的单元结构，但使用这种蓄冷材料的蓄冷器与本发明的蓄冷器的使用效果不同。
即，上述传统的蓄冷材料只是形成单元的板状蓄冷材料的一部分接触，而本发明的单元是被形成一体的牢固的分隔壁围住。从而本发明的单元结构能够在外力下稳定地维持各单元的形状，有助于冷冻机特性的稳定化。尤其是当构成单元的分隔壁厚度较薄时，采用上述传统例子那种板状蓄冷材料的坯料相互接触的结构时蓄冷材料的机械性强度不足，而本发明因多个板状蓄冷材料形成一体，形成高刚性的框架结构，故可确保充分的机械性强度及寿命。
另外，在具有前述传统单元结构的蓄冷材料上，由于无法提高加工精度，构成一部分单元的分隔壁的接触不充分，会产生间隙。在这种场合，制冷剂气体与构成分隔壁的蓄冷材料之间的热交换就不充分，致使蓄冷性能降低。而在本发明的蓄冷器中使用的蓄冷材料中，相邻的分隔壁间不会形成间隙，故不会发生上述问题。
另外，还有人提出在由磁性材料构成的薄板上通过机械加工、蚀刻或蒸发处理等方法形成多个孔作为制冷剂气体的流通路径，再将这样的薄板叠层后形成蓄冷材料。然而，要在脆性很高的磁性材料构成的薄板上用机械加工方法形成多个细微的孔是极为困难的，而且工业成本很高。
本发明人也考虑过在由不同于蓄冷材料的材料构成芯材周围卷绕蓄冷材料，并将其多个捆扎后拉拔加工成一体，然后通过蚀刻或蒸发处理除去芯材后形成有孔的蓄冷材料。然而，一般情况下很难对脆性高、难以加工的磁性材料进行拉拔加工，不可能成为工业上的制造方法。另外，采用上述制造方法时，一般是形成截面为圆形的孔，但为了形成圆形的孔，围住孔的分隔壁就要由曲面构成，如图10(d)所示，较薄的分隔壁部分与较厚的分隔壁部分混杂。因此，较薄部分的结构强度不足，而较厚部分的热交换不足，都会成为降低蓄冷材料要求特性降低的因素。
从而，本发明的单元截面形状与其用图10(d)所示的圆形截面，不如象图10(a)～(c)那样用三角形、四角形或六角形，能同时确保较高的机械特性和良好的传热特性。
本发明蓄冷式冷冻机的蓄冷器至少有一部分采用充填有上述蓄冷材料的蓄冷器。当然也可以是规定冷却段的蓄冷器充填本发明的蓄冷材料，而其他蓄冷器则充填具有与其温度分布对应的比热特性的其他蓄冷材料。
采用上述结构的蓄冷器，由于能将板状蓄冷材料充填到蓄冷器主体中，且确保了使制冷剂气体容易通过且能与蓄冷材料之间进行充分热交换的空隙，故即使用于斯塔令冷冻机或脉冲管道冷冻机等高速运转的冷冻机，也具有压力损耗小、长时间稳定的冷冻特性。而且通过将该蓄冷器作为冷冻机的至少一部分蓄冷器使用，能够使冷冻机的冷冻能力提高，且能长时间保持稳定的冷冻性能。
另外，MRI装置、低温泵、磁悬浮列车用超导磁铁、以及磁场外加式提拉单晶装置的性能都受冷冻性能影响，故使用了上述冷冻机的本发明的MRI装置、低温泵、磁悬浮列车用超导磁铁、以及磁场外加式提拉单晶装置都能长时发挥优异的性能。
对附图的简单说明
图1是本发明蓄冷器一实施例的剖视图。
图2是图1蓄冷器的局部切断主视图。
图3是本发明蓄冷器又一实施例的立体图。
图4是图3中Ⅳ部的放大剖视图。
图5示意地表示脉冲管道冷冻机的组成部分及温度分布。
图6是本发明蓄冷器又一实施例的立体图。
图7是图6中Ⅶ部的放大立体图。
图8是本发明蓄冷器又一实施例的半剖视图。
图9是图8蓄冷器的纵剖视图。
图10表示蓄冷材料的截面形状，(a)是三角形单元的剖视图，(b)是四角形单元的剖视图，(c)是六角形单元的剖视图，(d)是圆形单元的剖视图。
图11是传统蓄冷材料的形状示例的立体图及剖视图。
图12是表示将图11的蓄冷材料叠层后插入蓄冷器主体中组装蓄冷器操作过程的立体图。
图13是表示蓄冷材料的板厚与冷冻能力之间关系的曲线图。
图14是表示蓄冷材料之间的间隙与冷冻能力之间关系的曲线图。
图15是表示蓄冷式冷冻机(GM冷冻机)的主要部分结构的剖视图。
图16是表示本发明一实施例的超导MRI装置基本结构的剖视图。
图17是表示本发明一实施例的超导磁铁(磁悬浮列车用)的主要部分基本结构的立体图。
图18是表示本发明一实施例的低温泵的基本结构的剖视图。
图19是表示本发明一实施例的磁场外加式提拉单晶装置的主要部分基本结构的立体图。
以下结合实施例具体说明本发明的实施形态。
实施例1
用高频熔解法铸造具有HoCu2成分的合金锭，并将此锭在真空中以750℃的温度进行12小时的热处理。用切片机将得到的合金锭切片，制成多个如图3所示的宽度W为35mm、长度L为10mm、厚度T为0.5mm的薄长方形蓄冷材料3a。
另一方面，准备蓄冷器主体2a，即，在图3所示的内侧尺寸为纵35mm×横35mm×长度150mm的方筒状蓄冷器主体2a上如图4那样在内壁上形成多个深0.5mm的槽5。然后在上述蓄冷器主体2a的槽5中插入前述薄长方形的蓄冷材料3a的两边缘部后固定，由此制成实施例1的蓄冷器1a。
在上述实施例1的蓄冷器1a中，以薄长方形蓄冷材料3a的长度方向与制冷剂气体的流动方向一致的状态，沿制冷剂气体的流动方向连设15片。由于形成槽5的凸起的厚度定为0.1mm，故在与制冷剂气体的流动方向正交的方向相邻的薄长方形蓄冷材料3a、3a之间分别形成间隙G为0.1mm的制冷剂气体流通路径4。
以下为了评价用上述方法制造的蓄冷器特性，准备了2层式脉冲管道冷冻机。图5表示1层式脉冲管道冷冻机的基本结构。该脉冲管道式冷冻机70的最大结构特征在于不具备后述GM冷冻机所必不可少的发生冷气用的往复式活塞。因此，机械可靠性佳，振动低，特别适用于元件或传感器冷却用冷冻机。
脉冲管道冷冻机70是蓄冷式冷冻机的一种，一般用氦气作为制冷剂气体。基本结构如下，冷冻机除了蓄冷器1之外，还具有对氦气进行压缩的压力振动源71、以及对制冷剂气体的压力变动和位置变动(变位)的时间差进行控制的相位调节机构72。
在GM冷冻机或斯塔令冷冻机上，上述相位调节机构72是设置在低温部的往复式活塞机构，而脉冲管道冷冻机70配置在室温部，蓄冷器1的低温端和室温部的相位调节机构72之间用称为脉冲管的管道连接，对制冷剂气体的压力波相位进行远距离控制。而且压力波动引起的制冷剂气体与蓄冷材料之间的熵交接通过对变位进行适当定时，使熵向一个方向依次积累，在蓄冷器1的低温部得到更低的温度。
并且将用前述方法制造的实施例1的蓄冷器作为上述2段式脉冲管道冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成实施例1的冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力。
本实施例的冷冻能力是以冷冻机运转时用加热器使热负荷作用于第2冷却层、且第2冷却层的温度上升在4.2K停止时的热负荷来定义。
结果，4.2K时的冷冻能力为0.11W。另外，在冷冻试验完毕后将充填于冷冻机蓄冷器中的蓄冷材料取出并观察其外观，未发现各板状蓄冷材料破损。
实施例2
用高频熔解法铸造具有HoCu2成分的合金锭，并将此锭在真空中以750℃的温度进行12小时的热处理。用切片机将得到的合金锭切片，制成多个如图6及图7所示的宽度为35mm、长度为15mm、厚度为0.7mm的薄长方形蓄冷材料3b。
另一方面，准备蓄冷器主体2b，即，在图6及图7所示的内侧尺寸为纵35mm×横35mm×长度150mm的方筒状蓄冷器主体2b上如图7那样在内壁上形成多个纵1mm×横2mm×厚0.2mm的凸起6。然后在上述蓄冷器主体2b的凸起6、6之间插入前述薄长方形的蓄冷材料3b的两边缘部后固定，由此制成实施例2的蓄冷器1b。
在上述实施例2的蓄冷器1b中，以薄长方形蓄冷材料3b的长度方向与制冷剂气体的流动方向一致的状态，沿制冷剂气体的流动方向连设10片。由于凸起6的厚度定为0.2mm，故在与制冷剂气体的流动方向正交的方向相邻的薄长方形蓄冷材料3b、3b之间分别形成间隙为0.2mm的制冷剂气体流通路径。
对于该蓄冷器1b，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果得到0.11W的冷冻能力。
实施例3
用高频熔解法铸造具有HoCu2成分的合金锭，并将此锭在真空中以750℃的温度进行12小时的热处理。用切片机将得到的合金锭切片，制成多个如图8及图9所示的长度为25mm、厚度为1mm的薄长方形蓄冷材料3。在这种场合，各薄长方形的蓄冷材料3的宽度调节成如下尺寸：可在图8及图9所示的外径为39mm、长度为25mm的大致圆筒状支承器7内沿着与气体流动方向隔开一定间隔配设。
上述支承器7被制成其外径可嵌装于蓄冷器主体2内，在支承器7的内面，沿气体流动方向形成可插入板状蓄冷材料3的两个边缘部进行支承固定用的槽5a。并且将宽度不同的蓄冷材料3的两个边缘部插入支承器7的槽5a中，组装成与蓄冷材料3一体固定的多个支承器7。在内径为39mm、长度为150mm的蓄冷器主体2内沿轴向重叠充填6层上述支承器7，以此制造出实施例3的蓄冷器1c。不过，在轴向相邻的板状蓄冷材料3、3的平板面所形成的蓄冷器圆周方向的角度θ为零。
对于该蓄冷器1c，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果得到0.13W的冷冻能力。
实施例4
将实施例3的插入、固定各板状蓄冷材料3的支承器7重叠6层形成蓄冷器1c，且使第2层以后～第6层的支承器7相对最下层的支承器7而围绕蓄冷器主体的中心轴依次旋转5度，以此状态在蓄冷器主体内进行多层充填、重叠，制成实施例4的蓄冷器。即，使相邻的各支承器7内的蓄冷材料3相互变位，以使固定在各层支承器7内的板状蓄冷材料3的平板面与固定在在气体流通路径方向相邻的支承器7内的板状蓄冷材料3的平板面之间形成的蓄冷器径向的角度θ为5度。
并且，对于该蓄冷器，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果得到0.20W的冷冻能力。
比较例1
用高频熔解法铸造具有HoCu2成分的合金锭，用约1350K使该合金锭熔化，并使得到的合金熔液下滴到在压力调节成90KPa的Ar氛围中以1×104rpm的旋转速度旋转的圆盘上分散，然后急冷凝固，由此制成磁性体粒子。将得到的磁性体粒子进行筛选并进行形状分级，由此得到粒径为0.2mm～0.3mm的球形磁性体粒子。将该球形磁性体粒子充填到内径35mm、长度150mm的蓄冷器主体内，由此得到比较例1的传统蓄冷器。
对于该蓄冷器，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果得到0.02W的冷冻能力。
比较例2
用高频熔解法铸造具有HoCu2成分的合金锭，并将此锭在真空中以750℃的温度进行12小时的热处理。用切片机将得到的合金锭切片，再进行机械研磨加工，制成多个如图11所示的宽度W为35mm、长度L为150mm、厚度T为2.3mm、长度方向两个边缘部有宽1.5mm×高1.2mm凸缘部8、截面呈コ字形的蓄冷材料3c。
另一方面，准备图12所示的内侧尺寸为纵35mm×横35mm×长150mm的方筒形蓄冷器主体2c。然后，将用前述方法制成的截面呈コ字形的蓄冷材料3c如图12那样10片重叠后插入方筒形的上述蓄冷器主体2c内固定，由此制成比较例2的蓄冷器1d。
在比较例2的蓄冷器1d中，板状的各蓄冷材料3c沿蓄冷器主本2c的全长配置，在与制冷剂气体流动方向正交的方向上层叠10片。在各蓄冷材料3c的两侧边缘形成的凸缘部8作为保持相邻的蓄冷材料3c、3c之间实质性间隙的衬垫而发挥作用。而且各凸缘部8的高度定为1.2mm，故在与制冷剂气体的流动方向正交的方向相邻的板状蓄冷材料3c、3c之间，分别形成间隙G为1.2mm的制冷剂气体流通路径4。
对于该蓄冷器1d，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果只得到0.04W的冷冻能力。另外，为了形成各蓄冷材料3c的凸缘部8需要很多加工工时，导致制造成本大幅度上升。
实施例5
使实施例1中使用的板状蓄冷材料3a的厚度T在0.1～2.3mm的范围内变化，并将相邻的板状蓄冷材料3a、3a间的间隙尺寸设定成与实施例1相同，将各蓄冷材料插入固定在纵横35mm×长150mm的蓄冷器主体内，由此制成实施例5的蓄冷器。
并且，对于该蓄冷器，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果如图13所示。
从图13所示的结果可知，在使用板厚为0.4mm以下的蓄冷材料的冷冻机上，冷冻能力没有明显的差别，但板厚越薄，越不容易将蓄冷材料装入蓄冷器主体中。根据图13所示的结果，使用板厚在0.4～2mm范围的蓄冷材料时，能够得到高冷冻能力。
实施例6
使实施例1中使用的厚度为0.5mm的板状蓄冷材料3a、3a间的间隙尺寸G在0.008～1.5mm的范围内变化，并将各蓄冷材料插入固定在纵横35mm×长150mm的蓄冷器主体内，由此分别制成实施例6的蓄冷器。
并且，对于各蓄冷器，与实施例1同样，将作为脉冲冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成冷冻机，用5Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果如图14所示。
从图14所示的结果可知，在使用相邻板状蓄冷材料间的间隙G在0.01～1mm范围内的蓄冷器的冷冻机上，冷冻能力存在峰值，特别是在使用板厚为0.05～0.5mm范围的蓄冷器时，能够得到高冷冻能力。
实施例7
用高频熔解法铸造具有Er3Ni成分的合金锭，并将此锭在真空中以700℃的温度进行12小时的热处理。用切片机将得到的合金锭切片，制成多个宽度W为40mm、长度L为15mm、厚度T为0.6mm的薄长方形蓄冷材料。
另一方面，准备内侧尺寸为纵40mm×横40mm×长180mm的方筒形蓄冷器主体，并在其内壁上形成多个深度为0.6mm的槽。然后，将前述的薄长方形蓄冷材料的两个边缘部插入该蓄冷器主体的槽中固定，由此制成实施例7的蓄冷器。
在上述实施例7的蓄冷器上，以薄长方形蓄冷材料的长度方向与制冷剂气体的流动方向一致的状态在制冷剂气体的流动方向连设12片。由于形成槽的凸起的厚度定为0.08mm，故在与制冷剂气体流动方向正交的方向相邻的薄长方形蓄冷材料之间分别形成间隙G为0.08mm的制冷剂气体流通路径。
然后，为了评价如上制成的蓄冷器的特性，准备图15所示的2层膨胀式GM冷冻机。图15所示的2层式GM冷冻机10是本发明冷冻机的一实施例。图15所示的2层式GM冷冻机10具有真空容器13，其中设有大直径的第1气缸11、与该第1气缸11同轴连接的小直径第2气缸、在第1气缸11上设有往复移动自如的第1蓄冷器14，在第2气缸12上设有往复移动自如的第2蓄冷器15、在第1气缸11和第1蓄冷器14之间以及第2气缸12和第2蓄冷器15之间分别设有密封环16、17。
在第1蓄冷器14中装有Cu网眼状等的第1蓄冷材料18。在第2蓄冷器15中，装有本发明蓄冷器中使用的板状极低温用蓄冷材料作为第2蓄冷材料19。第1蓄冷器14及第2蓄冷器15分别具有设在第1蓄冷材料18或极低温用蓄冷材料19的间隙等中的氦气的作动介质(制冷剂气体)的通路。
在第1蓄冷器14和第2蓄冷器15之间设有第1膨胀室20。在第2蓄冷器15和第2气缸12的前端壁之间设有第2膨胀室21。而且在第1膨胀室20的底部形成第1冷却台22、在第2膨胀室21的底部形成温度低于第1冷却台22的第2冷却台23。
从压缩机24向上述的2层式GM冷冻机10中供给高压的作动介质(譬如氦气)。供给的作动介质经过装在第1蓄冷器14中的第1蓄冷材料18之间而到达第1膨胀室20，再经过装在第2蓄冷器15中的极低温用蓄冷材料(第2蓄冷材料)19之间而到达第2膨胀室21。这时，作动介质向各蓄冷材料18、19供给热量而被冷却。通过了各蓄冷材料18、19之间的作动介质在各膨胀室21、22膨胀而产生冷气，将各冷却台22、23冷却。膨胀后的作动介质在各蓄冷材料18、19之间向相反方向流动。作动介质从各蓄冷材料18、19接受热能后排出。在这样的过程中回热效果越好，作动介质循环的热效率越高，可实现更低温度。
并且，将用前述方法制成的实施例7的蓄冷器作为上述2层膨胀式GM冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成实施例7的冷冻机，用2Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果得到0.57W的冷冻能力。另外，在冷冻试验完毕后将充填在冷冻机的蓄冷器内的蓄冷材料取出观察其外观，结果未发现蓄冷材料粒子有破损。
比较例3
用高频熔解法铸造具有Er3Ni成分的合金锭，并用约1200K使该合金锭熔化，并使得到的合金熔液下滴到在压力调节成90KPa的Ar氛围中以1×104rpm的旋转速度旋转的圆盘上分散，然后急冷凝固，由此制成磁性体粒子。将得到的磁性体粒子进行筛选并进行形状分级，由此得到粒径为0.2mm～0.3mm的球形磁性体粒子。将该球形磁性体粒子充填到与实施例7同样的纵40mm×横40mm×长180mm的方筒状蓄冷器主体内，由此得到比较例3的传统蓄冷器。
对于该蓄冷器，与实施例7同样，将作为2层膨胀式GM冷冻机的第2层蓄冷器装入，组装成GM冷冻机，用2Hz进行冷冻试验，测定4.2K下的冷冻能力，结果得到0.21W的冷冻能力。
以下说明将多个板状蓄冷材料配置成分隔制冷剂气体流通路径截面的状态、形成具有供制冷剂气体流通的多个单元的蓄冷材料的实施例。
实施例8
用高频熔解法制成具有HoCu2成分的合金锭。将该HoCu2成分的合金锭用喷射式粉碎机粉碎成平均粒径为2.6μm的蓄冷材料粉末。在该蓄冷材料粉末中加入聚乙烯醇和水，将此混合体向具有成形用金属模的螺旋式挤压机供给以进行成形，该成形用金属模具有图10(b)所示的单元截面形状，从而得到具有规定截面形状的单元的挤压成形体。各单元的截面形状是边长为50μm的正方形，作为围住单元的分隔壁的蓄冷材料的厚度为100μm。将该挤压成形体脱脂后用850℃的温度烧固，制成直径35mm、长度30mm的实施例8用的蓄冷材料。
将具有上述单元结构的3个蓄冷材料充填到长度150mm的蓄冷器的低温侧，同时在蓄冷器的高温侧的剩余空间，隔着毛毡衬垫充填粒径180～300μm的Pb球状粉末，制成实施例8的蓄冷器。将该蓄冷器作为图5所示的脉冲管道式冷冻机的第2层蓄冷器装入，并用6Hz使脉冲管道式冷冻机运转，结果在4.2K时冷冻能力稳定在0.15W。另外，在运转结束后，将单元结构的蓄冷材料从蓄冷器中取出观察，结果未发现破损的分隔壁。
实施例9
准备平均粒径1.8μm的GdAlO3粉末。在该蓄冷材料粉末中加入聚乙烯醇和水，并将此混合体向具有成形用金属模的螺旋式挤压机供给以进行成形，该成形用金属模具有图10(b)所示的单元截面形状，从而得到具有规定截面形状的单元的挤压成形体。各单元的截面形状是边长为50μm的正方形，作为围住单元的分隔壁的蓄冷材料的厚度为100μm。将该挤压成形体脱脂后用1500℃的温度烧固，制成直径35mm、长度30mm的实施例9用的蓄冷材料。
将具有上述单元结构的1个蓄冷材料充填到长度150mm的蓄冷器的低温侧，同时在蓄冷器的高温侧的剩余空间，充填实施例8的2个蓄冷材料，再隔着毛毡衬垫向该高温侧充填粒径180～300μm的Pb球状粉末，制成实施例9的蓄冷器。将该蓄冷器作为图5所示的脉冲管道式冷冻机的第2层蓄冷器装入，并用6Hz使脉冲管道式冷冻机运转，结果在4.2K时冷冻能力稳定在0.18W。另外，在运转结束后，将单元结构的蓄冷材料从蓄冷器中取出观察，结果未发现破损的分隔壁。
比较例4
用高频熔解法铸造具有HoCu2成分的合金锭，并用约1350K使该HoCu2合金锭熔化，并使得到的合金熔液下滴到在压力调节成90KPa的Ar氛围中以1×104rpm的旋转速度旋转的圆盘上后急冷凝固，由此制成磁性体粒子。将得到的磁性体粒子进行筛选并进行形状分级，由此得到由粒径为0.2～0.3mm的球形粒子构成的比较例4的蓄冷材料。
将该蓄冷材料粒子充填到实施例8、9所用的脉冲管道式冷冻机的蓄冷器中制成比较例4的蓄冷器。将该蓄冷器作为图5所示的脉冲管道式冷冻机的第2层蓄冷器装入，并用6Hz使脉冲管道式冷冻机运转，结果在4.2K时得到的冷冻能力为0.01W。
采用上述实施例的蓄冷器，即使用于脉冲管道式冷冻机或斯塔令冷冻机等高速运转的冷冻机，其压力损耗也较小，可实现热交换频率高的蓄冷器，进而实现冷冻能力高的冷冻机。
实施例10
本实施例除了所用的成形用金属模的截面形状是图10(a)所示的三角形、其一边长为75μm以外，是重复与实施例8同样的过程，制成具有规定单元结构的实施例10用的蓄冷材料。而且，与实施例8同样地充填到蓄冷器中进行冷冻试验。
结果，在4.2K时的冷冻能力为0.14W。另外，在连续500小时运转该冷冻机后，再测定4.2K时的冷冻能力，结果表明稳定在0.14W。再在运转结束后从蓄冷器中取出具有单元结构的蓄冷材料，结果未发现分隔壁有破损。
实施例11
本实施例除了所用的成形用金属模的截面形状是图10(d)所示的圆形、形成单元的分隔壁厚度为90μm以外，是重复与实施例8同样的过程，制成具有规定单元结构的实施例11用的蓄冷材料。而且，与实施例8同样地充填到蓄冷器中进行冷冻试验。
结果，在4.2K时的冷冻能力为0.11W。另外，在连续500小时运转该冷冻机后，再测定4.2K时的冷冻能力，结果只有0.05W。再在运转结束后从蓄冷器中取出具有单元结构的蓄冷材料，结果发现分隔壁有19处破损，且检测到微粉化的蓄冷材料。
以下说明使用本发明蓄冷式冷冻机的超导MRI装置、磁悬浮列车用超导磁铁、低温泵以及磁场外加式提拉单晶装置的实施例。
图16是采用了本发明的超导MRI装置的基本结构剖视图。图16所示的超导MRI装置30由：对人体在空间上均匀时间上稳定地外加静磁场的超导静磁场线圈31、对发生磁场的不均匀性进行校正的校正线圈(未图示)、对测定区域施加磁场坡度的倾斜磁场线圈32以及无线电波收发信用探头33等构成。为了对超导静磁场线圈31进行冷却，采用前述的本发明蓄冷式冷冻机。另外，图中35是低温恒温器，36是放射隔热屏蔽。
在使用了本发明蓄冷式冷冻机34的超导MRI装置30上，可以长时间稳定地保持超导静磁场线圈31的工作温度，故可长时间地得到空间上均匀、时间上稳定的静磁场。可使超导MRI装置30的性能得以长时间稳定发挥。
图17是使用了本发明蓄冷式冷冻机的磁悬浮列车用超导磁铁的主要部分基本结构的立体图，表示磁悬浮列车用超导磁铁40的局部。图17所示的磁悬浮列车用超导磁铁40由超导线圈41、将该超导线圈41冷却用的液体氦罐42、防止该液体氦挥发的液体氮罐43以及本发明的蓄冷式冷冻机44等构成。另外，图中45是叠层隔热材料、46是电源线，47是永久电流开关。
在使用了本发明蓄冷式冷冻机44的磁悬浮列车用超导磁铁40上，可以长时间稳定地保持超导线圈41的工作温度，故可长时间地得到列车悬浮和前进所需的磁场。尤其是，磁悬浮列车用超导线圈40发挥加速度的作用，而本发明的蓄冷式冷冻机44在加速度时也能长时间地保持良好的冷冻能力，故对于长时间地稳定磁场强度等发挥了重大作用。从而，使用了这种超导磁铁40的磁悬浮列车能长期保持可靠性。
图18是使用了本发明蓄冷式冷冻机的低温泵的基本结构剖视图。图18所示的低温泵50由：凝固或吸附气体分子的低温面板51、将该低温面板51冷却到规定的极低温度的本发明的蓄冷式冷冻机52、设在它们之间的屏蔽53、设在吸气口的挡板54、以及使氩气、氮气、氢气等的排气速度产生变化的环55等构成。
在使用了本发明蓄冷式冷冻机52的低温泵50上，可以长时间稳定地保持低温面板51的工作温度，故可使低温泵50的性能得以长时间稳定发挥。
图19是使用了本发明蓄冷式冷冻机的磁场外加式提拉单晶装置的基本结构立体图。图19所示的磁场外加式提拉单晶装置60由：具有原料熔融用坩锅、加热器、提拉单晶机构等的提拉单晶部61、对原料熔液外加静磁场的超导线圈62、以及提拉单晶部61的升降机构63等构成。而且，为了对超导线圈62进行冷却，采用前述的本发明的蓄冷式冷冻机64。图中65是电流引线，66是隔热板，67是氦容器。
在使用了本发明蓄冷式冷冻机64的磁场外加式提拉单晶装置60上，可以长时间稳定地保持超导线圈62的工作温度，故可长时间地得到能控制单晶原料熔液对流的良好的磁场。从而可使磁场外加式提拉单晶装置60的性能得以长时间稳定发挥。
如上所述，采用本发明的蓄冷器，由于是将板状蓄冷材料充填到蓄冷器主体内后形成，且形成便于制冷剂气体通过、能与蓄冷材料之间进行充分的热交换的空隙，故即使作为斯塔令冷冻机或脉冲管道冷冻机等高速运转的冷冻机的蓄冷器使用，其压力损耗也较小，且能长时间保持稳定的冷冻性能。而且，冷冻机的至少一部分蓄冷器采用本发明的蓄冷器，就能使冷冻机提高冷冻能力，且能长时间保持稳定的冷冻性能。
另外，MRI装置、低温泵、磁悬浮列车用超导磁铁以及磁场外加式提拉单晶装置的性能都要受冷冻机性能的影响，故使用了上述冷冻机的本发明的MRI装置、低温泵、磁悬浮列车用超导磁铁以及磁场外加式提拉单晶装置都能长时间地发挥良好的性能。

Claims (18)

1．一种蓄冷器，在蓄冷器主体内充填蓄冷材料，使制冷剂气体从蓄冷器主体的一个方向流向另一方向，以实现低温，其特征在于，上述蓄冷材料的至少一部分是厚度为0.03mm以上2mm以下的板状蓄冷材料。
2．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，所述蓄冷材料由含有10at％以上稀土类元素的合金构成。
3．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，在制冷剂气体流动方向的板状蓄冷材料的长度1mm以上100mm以下。
4．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，将多个板状蓄冷材料在与制冷剂气体的流动方向正交的方向隔着间隙配设，且该间隙为0.01mm以上1mm以下。
5．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，在蓄冷器主体的内壁上形成槽，并在该槽中插入上述板状蓄冷材料的边缘部。
6．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，在蓄冷器主体的内壁上形成凸起，并在该凸起之间插入上述板状蓄冷材料的边缘部。
7．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，用支承器固定多个板状蓄冷材料，并将该支承器插入蓄冷器主体内。
8．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，将多个板状蓄冷材料配设在制冷剂气体的流动方向，且在上述制冷剂气体的流动方向相邻的板状蓄冷材料的平板面所形成的蓄冷器径向角度在0.5度以上。
9．根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，将上述多个板状蓄冷材料配置成分隔制冷剂气体流通路径截面的状态，形成供制冷剂气体流通的多个单元。
10．根据权利要求9所述的蓄冷器，其特征在于，形成所述单元的蓄冷材料的厚度平均值为0.05mm以上2mm以下。
11．根据权利要求9所述的蓄冷器，其特征在于，上述多个单元的截面积的平均值为1×10-9m2以上2×10-6m2以下。
12．根据权利要求9所述的蓄冷器，其特征在于，上述多个单元的平均长度为3mm以上100mm以下。
13．根据权利要求9所述的蓄冷器，其特征在于，上述多个板状蓄冷材料及单元通过对含10at％以上稀土类元素的蓄冷材料粉末和粘合剂的混合物进行挤压加工而形成。
14．一种蓄冷式冷冻机，是使制冷剂气体从蓄冷器的上游高温侧流过，并通过上述制冷剂气体与蓄冷材料之间的热交换而在蓄冷器的下游侧得到更低温度，其特征在于，上述蓄冷器的至少一部分是权利要求1所述的蓄冷器。
15．一种超导磁铁，其特征在于，具有权利要求14所述的蓄冷式冷冻机。
16．一种MRI(核磁共振图象)装置，其特征在于，具有权利要求14所述的蓄冷式冷冻机。
17．一种低温泵，其特征在于，具有权利要求14所述的蓄冷式冷冻机。
18．一种磁场外加式提拉单晶装置，其特征在于，具有权利要求14所述的蓄冷式冷冻机。
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