DE69633793T2

DE69633793T2 - Regeneratormaterial zur verwendung bei sehr niedrigen temperaturen

Info

Publication number: DE69633793T2
Application number: DE69633793T
Authority: DE
Inventors: Masami Okamura; Naoyuki Sori
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: DE69633793D1; WO1997031226A1; KR19990087114A; EP0882938B1; EP0882938A1; EP0882938A4; KR100305249B1; JP3769024B2; US6197127B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeregenerationsmaterial, das verwendet werden kann bei einer sehr niedrigen Temperatur für eine Kühlvorrichtung und dergleichen, und eine Verwendung desselbigen in einer Kühlvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
In den vergangenen Jahren ist der Fortschritt der Supraleitungstechnologie bemerkenswert und, da dessen Anwendungsgebiet expandiert, wird die Entwicklung einer Kühlvorrichtung kleiner Größe und hoher Performance eine zwangsläufige Sache. Für solch eine Kühlvorrichtung werden ein geringes Gewicht/kleine Größe und eine hohe thermische Effizienz benötigt.
Beispielsweise wird in einer supraleitenden MRI-Vorrichtung und einer Kryopumpe ein Kühlvorrichtungsbetrieb, basierend auf einem Kühlzyklus, wie beispielsweise einem Gifford-MacMahon-System (GM-System) oder einem Stirling-System, verwendet. Darüber hinaus ist eine High-Performance-Kühlvorrichtung ebenso unentbehrlich für einen magnetischen Levitationszug (Schwebezug), weiterhin wird darüber hinaus für einige Einkristall-Wachstumsvorrichtungen eine Kühlvorrichtung hoher Performance verwendet. In solch einer Kühlvorrichtung, in der ein Wärmeregenerator gefüllt ist mit einem Wär meregenerationsmaterial, fließt ein Betriebsmedium, wie beispielsweise ein komprimiertes Heliumgas und dergleichen in eine Richtung, um dessen Wärmeenergie dem Wärmeregenerationsmaterial zuzuführen, wobei dort expandiertes Betriebsmedium in die umgekehrte Richtung fließt, um eine Wärmeenergie vom Wärmeregenerationsmaterial zu empfangen/aufzunehmen. Da ein Rückgewinnungseffekt/Wiedergewinnungseffekt durch solch einen Prozeß gut wird, kann die thermische Effizienz des Betriebsmediumzyklus verbessert werden, dadurch weiter eine tiefere Temperatur realisierend.
Als für die oben beschriebene Kühlvorrichtung üblicherweise zu verwendendes Wärmeregenerationsmaterial ist hauptsächlich Cu oder Pb verwendet worden. Da diese Wärmeregenerationsmaterialien bei sehr geringer Temperatur von 20 K oder weniger in deren spezifischen Wärme bemerkenswert klein werden, funktioniert jedoch der oben beschriebene Rückgewinnungseffekt nicht ausreichend, resultierend in der Schwierigkeit, eine sehr geringe Temperatur zu realisieren.
Dann sind kürzlich, um eine Temperatur zu realisieren, die näher am absoluten Nullpunkt liegt, die Applikation von magnetischem Wärmeregenerationsmaterial in der Erforschung, wie beispielsweise Er-Ni basierende intermetallische Verbindungen wie beispielsweise Er₃Ni, ErNi, ErNi₂ (Referenz: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI-1-310269) und RRh basierende intermetallische Verbindungen (R: Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb), wie beispeilsweise ErRh (Referenz: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Sho-51-52378), von denen sämtliche eine große spezifische Wärme bei sehr geringer Temperatur zeigen. Ein Wärmeregenerationsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist bekannt aus Patent Abstracts of Japan, Vol. 1995, Nr. 8, September 1995 und US-A-5449416.
In einem Betriebszustand einer Kühlvorrichtung wie der oben beschriebenen passiert ein Betriebsmedium, wie beispielsweise ein Heliumgas und dergleichen, durch den Raum zwischen dem Wärmeregenerationsmaterial, das im Wärmeregenerator eingefüllt ist, auf solch eine Art und Weise, daß dieses häufig dessen Flußrichtung unter hohem Druck mit hoher Geschwindigkeit ändert. Daher werden verschiedene Arten an Kräften einschließlich mechanischer Schwingung dem Wärmeregenerationsmaterial zugegeben. Darüber hinaus, wenn ein Magnetlevitationszug oder ein künstlicher Satellit ausgestattet ist mit einer Kühlvorrichtung, wirkt dort eine große Beschleunigung auf das Wärmeregenerationsmaterial.
Daher, obwohl verschiedene Kräfte auf das Wärmeregenerationsmaterial einwirken, da die oben beschriebenen magnetischen Wärmeregenerationsmaterialien, die bestehen aus den intermetallischen Verbindungen wie beispielsweise Er₃Ni und ErRh, brüchige Materialien im allgemeinen sind, aufgrund der Ursache, wie beispielsweise die oben beschriebene mechanische Schwingung oder Beschleunigung während des Betriebs, bestand dort ein Problem, daß diese dazu neigten, zu pulverisieren. Die pulverisierten Feinpartikel behindern die Gasdichtung, um sich negativ auf die Performance des Wärmeregenerators auszuwirken, daher resultierend in einer Verschlechterung der Kapazität der Kühlvorrichtung.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärmeregenerationsmaterial bereitzustellen, das verwendet werden kann bei einer sehr geringen Temperatur und exzellent in seiner mechanischen Performance gegen die mechanische Schwingung oder die Beschleunigung ist und eine Kühlvorrichtung, die es erlaubt, eine exzellente Kühlperformance über einen langen Zeitraum unter Verwendung solch eines Wärmeregenerationsmaterials aufzuzeigen. Weiterhin ist der andere Gegenstand, eine MRI-Vorrichtung, eine Kryopumpe, einen magnetischen Levitationszug und eine Einkristall-Züchtungsvorrichtung des magnetischen Feldapplikationstypes bereitzustellen, von denen sämtliche es möglich machen, eine exzellente Performance über einen langen Zeitraum unter Verwendung solch einer Kühlvorrichtung zu zeigen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Wärmeregenerationsmaterial der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur ist ein Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr niedrigen Temperatur, enthaltend ein magnetisches Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, wie in Anspruch 1 definiert, wobei unter den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln, die das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat aufbauen, das Verhältnis der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel, die zerstört werden, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² auf das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat 1 × 10⁶ mal dazugegeben wird, 1 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.
Eine Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist auf einen Wärmeregeneratorbehälter und einen Wärmeregenerator mit dem oben beschriebenen Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur der vorliegenden Erfindung, das in den Wärmeregeneratorbehälter eingefüllt ist.
Weiter weist jede MRI-Vorrichtung (magnetische Resonanzbilderzeugung/Imaging), Kryopumpe, magnetischer Schwebezug und Einkristallzüchtungsvorrichtung des ma gnetischen Feldapplikationstyps der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf.
Das Wärmeregenerationsmaterial der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur weist ein magnetisches Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat auf, welches ein Aggregat (Gruppe) der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel ist. Als ein in der vorliegenden Erfindung zu verwendendes Wärmeregenerationsmaterial ist beispielsweise eine intermetallische Verbindung, die ein Seltenerd-Element enthält und ausgedrückt wird durch die folgende allgemeine Formel,
Allgemeine Formel: RMz (1)(in der Formel bezeichnet R wenigstens einen Typ an Seltenerd-Element, ausgewählt aus Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb, wobei M wenigstens ein Typ eines metallischen Elementes bezeichnet, ausgewählt aus Ni, Co, Cu, Ag, Al und Ru, wobei z eine Zahl bezeichnet im Bereich von 0,001 bis 9,0. Das gleiche im folgenden) oder eine intermetallische Verbindung mit einem Seltenerd-Element und ausgedrückt durch die folgende allgemeine Formel
Allgemeine Formel: RRh (2)angeführt werden kann.
Die oben beschriebenen Wärmeregenerationsmaterialpartikel machen den Gasstom mehr glatt/ruhig, wenn deren Partikeldurchmesser mehr einheitlich sind und deren Form mehr rundlich ist. Daher werden 70 Gewichtsprozent oder mehr des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregats (sämtliche Partikel) bevorzugt, um von den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln mit Partikeldurchmesser im Bereich von 0,01 bis 3,0 mm aufgebaut zu werden. Wenn der Partikeldurchmes ser der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel kleiner ist als 0,01 mm, deren Packungsdichte zu hoch wird, wird daher der Druckverlust des Betriebsmediums wie beispielsweise Helium wahrscheinlich erhöht sein. Andererseits, wenn der Partikeldurchmesser 3,0 mm überschreitet, der Wärmeübertragungsoberflächenbereich zwischen den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln und dem Betriebsmedium klein wird, zu einer Herabsetzung der Wärmeübertragungseffizienz führen. Daher, wenn solche Partikel mehr als 30 Gewichtsprozent des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates besetzen, ist es wahrscheinlich, daß es zu einer Verschlechterung der Wärmeregenerationsperformance oder dergleichen führt. Der mehr bevorzugte Partikeldurchmesser liegt im Bereich von 0,05 bis 2,0 mm, noch bevorzugter im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. Das Verhältnis der Partikel, deren Partikeldurchmesser im Bereich von 0,01 bis 3,0 mm im magnetischen Wärmeregenerationspartikelaggregat liegt, beträgt noch bevorzugter 80 Gewichtsprozent oder mehr, nochmals bevorzugter 90 Gewichtsprozent oder mehr.
Das Wärmeregenerationsmaterial der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur ist zusammengesetzt aus einem magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, bei dem das Verhältnis der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel, zerstört, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal auf die oben beschriebene Gruppe der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel gegeben wird, 1 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.
Die vorliegende Erfindung nimmt Notiz vom mechanischen Widerstand als eine Gruppe von magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln, in denen der me chanische Widerstand einzelner magnetischer Regenerationsmaterialpartikel in Relation gestellt wird in einer komplizierten Art und Weise mit Inhalten von Stickstoff und Kohlenstoff als Verunreinigungen, Kühlgeschwindigkeit und metallographischer Textur während des Verfestigungsprozesses, Formen und dergleichen, und, wenn eine Gruppe gebildet wird, eine komplexe Streßkonzentration erzeugt wird. Durch Messen des Verhältnisses von Partikeln, die zerstört werden, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal auf solch eine Gruppe an magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln gegeben wird, das ist das magnetische Wärmeregenerationspartikelaggregat, kann die Zuverlässigkeit der mechanischen Festigkeit des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregats bewertet werden.
Das heißt, wenn das Verhältnis der zerstörten Partikel, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal auf ein magnetisches Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat gegeben wird, 1 Gewichtsprozent oder weniger beträgt, ungeachtet der Differenz zwischen Herstellungsposten des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregats, weiterhin zwischen Herstellungsbedingungen, die magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel kaum eine Pulverisierung aufgrund der mechanischen Schwingung während des Betriebs der Kühlvorrichtung oder aufgrund der Beschleunigung durchlaufen, induziert durch die Bewegung des Systems, auf dem die Kühlvorrichtung angeordnet ist. Daher kann durch Anwenden des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregats dieser mechanischen Eigenschaft vermieden werden, daß eine Behinderung der Gasdichtung in einer Kühlvorrichtung auftritt. Das Verhältnis von zerstörten magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal auf ein magnetisches Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat gegeben wird, beträgt vorzugsweise 0,5 Gewichtsprozent oder weniger, noch mehr bevorzugt 0,1 Gewichtsprozent oder weniger.
Beträgt die maximale Beschleunigung im Vibrationstest (Beschleunigungstest) weniger als 300 m/s², werden die magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel kaum zerstört, daher kann die Zuverlässigkeit nicht bestimmt werden. Darüber hinaus, wenn die Wiederholungsrate der einfachen harmonischen Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s², zugegeben auf das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, geringer als 1 × 10⁶ ist, zur Beschleunigung und dergleichen agierend auf das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat aufgrund der Bewegung des Systems, auf dem die Kühlvorrichtung angebracht ist, kann eine ausreichende praktische Bestimmung der Zuverlässigkeit nicht durchgeführt werden. In der vorliegenden Erfindung ist die Bedingung des oben beschriebenen Vibrationstestes wichtig mittels Spezifizieren der maximalen Beschleunigung und der Vibrationszeiten der einfachen harmonischen Oszillation zu den oben beschriebenen Werten, zum ersten Mal, ist es möglich die Zuverlässigkeit des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates unter einer praktischen Anwendungsbedingung zu bestimmen. Gemäß der Zuverlässigkeit eines magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 400 m/s² 1 × 10⁶ mal aufgegeben wird oder eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁷ mal aufgegeben wird, beträgt das Verhältnis der zerstörten magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel bevorzugter 1 Gewichtsprozent oder weniger.
Der oben erwähnte Zuverlässigkeitsevaluationstest (Vibrationstest) des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates wird durchgeführt durch die folgende Art und Weise. Zunächst wird eine definierte Menge an magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln zufällig zu jedem Herstellungsposten aus dem magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat gewonnen, von dem Partikeldurchmesser und ähnliches im Bereich der Bereitstellung sind. Anschließend wird das gewonnene magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat in ein zylindrisches Gefäß 1 für die Vibrationstestverwendung wie in 1 beschrieben eingefüllt, wobei eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal dazu aufgegeben wird. Als Material für das zylindrische Gefäß 1 für die Schwingungstestverwendung kann Aluminit/Alumilit und dergleichen verwendet werden.
Nach dem Schwingungstest werden die zerstörten magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel durch Sieben oder Formklassifizierung ausgewählt, wobei durch Messen deren Gewichts die Zuverlässigkeit als eine Gruppe von magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln bestimmt werden kann.
Die Dichte (Packungsverhältnis), die das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat im Gefäß für die Schwingungstestverwendung packt, hängt in einer komplizierten Art und Weise von der Form und der Partikeldurchmesserverteilung der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel ab, wobei jedoch, wenn das Packungsverhältnis zu gering ist, aufgrund der Existenz von freiem Platz, in dem die magnetischen Wärme regenerationsmaterialpartikel sich im Testgefäß mehr bewegen können, die Schwingungswiderstandsperformance des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregats nicht akurat bestimmt werden kann. Ist das Packungsverhältnis zu hoch gesetzt aufgrund der Erforderlichkeit der Kompression während der Beladung der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel in das Testgefäß, wird die Kompressionsenergie zu dieser Zeit wahrscheinlich eine Zerstörung induzieren.
Daher ist es erforderlich, das Variieren des Packungsverhältnisses in einem weiteren Bereich zu testen. Das heißt, daß in der vorliegenden Erfindung das Verhältnis der aufgrund des Schwingungstests zerstörten magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel bestimmt wird durch verschiedenes Variieren des Packungsverhältnisses für einen Posten, wobei unter diesen der minimale Wert des Verhältnisses der zerstörten magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel als ein gemessener Wert angenommen wird.
Das Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei sehr geringer Temperatur der vorliegenden Erfindung, wenn dieses den oben beschriebenen Zuverlässigkeitsevaluierungstest (Vibrationstest/Schwingungstest) erfüllt, ist nicht beschränkt in seiner Zusammensetzung und der Form, jedoch sind die folgenden Bedingungen gewünscht, erfüllt zu sein, die Verunreinigungskonzentration in Partikel und Form betreffen, welche eine Ursache für die Partikelzerstörung aufgrund der mechanischen Vibration und der Beschleunigung sind.

(a) In einem zur Partikelform vorangeschrittenen Zustand sollte der Stickstoffanteil als Verunreinigung in den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln 0,3 Gew.-% oder weniger betragen.
(b) In einem zur Partikelform vorangeschrittenen Zustand sollte der Kohlenstoffanteil als Verunreinigung in einem magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel 0,1 Gew.-% oder weniger betragen.
(c) Wenn eine Umfangslänge eines Projektionsbildes jedes Partikels, aufbauend das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, L ist, beträgt der wahre Bereich des Projektionsbildes A, das existierende Verhältnis, deren Formfaktor R ausgedrückt wird durch L²/4 πA, übersteigt 1,5 bis 5% oder weniger.

Das heißt, daß Stickstoff und Kohlenstoff als Verunreinigung in den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln eine Verschlechterung der mechanischen Festigkeit der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel verursacht durch Ausfällen von Seltenerdnitriden oder Seltenerdkarbiden an der Korngrenze des magnetischen Wärmeregenerationsmaterials, ausgedrückt durch die oben beschriebene Gleichung (1) und Gleichung (2). Mit anderen Worten, die Reduktion dieser Stickstoff- und Kohlenstoffanteile kann ungefähr eine exzellente mechanische Festigkeit mit Stabilität bringen, kann den Zuverlässigkeitsevaluationstest (Vibrationstest) mit Reproduzierbarkeit bestehen. Aus diesen Gründen heraus beträgt der Stickstoffanteil als eine Verunreinigung in den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln vorzugsweise 0,3 Gew.-% oder weniger, wobei der Kohlenstoffanteil vorzugsweise 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt. Der Stickstoffanteil als eine Verunreinigung beträgt bevorzugter 0,1 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,05 Gew.-% oder weniger. Darüber hinaus ist der Kohlenstoffanteil als eine Verunreinigung bevorzugter 0,05 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,02 Gew.-% oder weniger.
Darüber hinaus ist die Form der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel vorzugsweise kugelför mig, wie oben beschrieben, wenn der Grad an Kugelförmigkeit höher und die Oberfläche mehr glatt wird, zusätzlich zum glatten Gasstrom, wobei eine extreme Streßkonzentration unterdrückt werden kann, wenn die mechanische Vibration oder dergleichen auf das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat zugegeben wird. Dadurch kann die mechanische Festigkeit als eine Gruppe der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel erhöht werden. Das heißt, daß, je komplizierter die Oberflächenform wird, wie beispielsweise Vorsprünge auf der Partikeloberfläche existieren, die Streßkonzentration dazu neigt, erzeugt zu werden, wenn die magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel einer Kraft unterworfen werden, dadurch entgegengesetzt wirkend auf die mechanische Festigkeit des magnetischen Wärmeregenerationspartikelaggregates.
Nunmehr, wenn die umfängliche Länge des Projektionsbildes jedes Partikels, der das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregats aufbaut, L ist, der wahre Bereich des Projektionsbildes A ist, ist es bevorzugt, daß das existierende Verhältnis der Partikel, deren Formfaktor R ausgedrückt wird durch L²/4 πA, 1,5 übersteigt, 5 Gew.-% oder weniger beträgt. Im übrigen wird der Formfaktor R vorzugsweise bestimmt mittels Bildbearbeitung dieser nach beispielsweise Extraktion von 100 Partikelteilen oder mehr zufällig für jede Herstellungscharge des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates. Ist die extrahierte Anzahl der Partikel zu klein, ist es wahrscheinlich, daß eine akurate Evaluierung des Formfaktors R des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates als ganzes bedroht sein wird.
Der oben beschriebene Formfaktor R wird ein großer Wert (große teilweise Formirregularität), wenn dort Vorsprünge und dergleichen auf der Oberfläche vorhanden sind, selbst dann, wenn dieser in seinem Grad an Kugelförmigkeit als eine ganze Form hoch ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Oberfläche relativ glatt ist, selbst, wenn der Grad an Kugelförmigkeit ein wenig niedrig ist, wird der Wert des Formfaktors R klein. Daher tendiert der Formfaktor R dazu, ein großer Wert zu sein, da die meisten Projektionen oder dergleichen auf der Oberfläche der Partikel existieren. Das heißt, daß der Formfaktor R, der klein ist, die Oberfläche des Partikels meint, die relativ glatt ist (kleine partielle Formirregularität), wobei dies ein Parameter ist, der effektiv zur Bestimmung der lokalen Form des Partikels ist. Daher kann die mechanische Festigkeit des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates verbessert werden mittels Durchführens des Existenzverhältnisses der Partikel.
Das Existenzverhältnis der Partikel, deren Formfaktor R 1,5 überschreitet, beträgt bevorzugter 2% oder weniger, noch bevorzugter 1% oder weniger. Weiterhin beträgt vorzugsweise das Existenzverhältnis der Partikel, deren Formfaktor R 1,3 überschreitet, 15 oder weniger. Das Existenzverhältnis der Partikel, deren Formfaktor R 1,3 überschreitet, beträgt bevorzugter 10% oder weniger, noch mehr bevorzugter 5% oder weniger.
Das Herstellungsverfahren des oben beschriebenen magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates ist nicht besonders beschränkt, wobei jedoch verschiedene Arten der Herstellungsmethoden angewandt werden können. Beispielsweise kann solch eine Methode angewandt werden, daß ein geschmolzenes Metall einer vorbestimmten Zusammensetzung verfestigt wird mittels Quenschen mit zentrifugaler Atomisierung, Gasatomisie rung, Rotationselektrodenmethode und dergleichen, um einen aus Partikeln bestehenden Stoff zu erzeugen. In diesem Fall kann der Stickstoffanteil und der Kohlenstoffanteil in den magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln verringert werden durch die Verwendung von hochreinem Rohmaterial oder durch die Reduktion eines Verunreinigungsgasanteils in der Atmosphäre während des Quenschens/der Verfestigung (Solidifizierung). Weiterhin kann beispielsweise durch die Optimierung der Herstellungsbedingungen oder durch Formklassifikation aufgrund der geneigten Vibration das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, in dem das Existenzverhältnis der Partikel 1,5 überschreitet, in dessen Formfaktor R 5% oder weniger beträgt, erhalten werden.
Die Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält einen Wärmeregenerator, der als ein Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur verwendet, was in einen Wärmeregenerator einzufüllen ist, ein magnetisches Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, das die oben beschriebenen mechanischen Eigenschaften aufweist, das ist das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, in dem das Verhältnis der zerstörten Partikel, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal dazugegeben wird, 1 Gew.-% oder weniger beträgt.
Das Wärmeregenerationsmaterial ist in einer Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung zu verwenden, da dort kaum magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikel vorhanden sind, die dazu gebracht werden, zu pulverisieren aufgrund der oben beschriebenen mechanischen Vibration während des Betriebs der Kühlvorrichtung und aufgrund der Beschleunigung aufgrund der Bewegung des Systems, auf dem die Kühlvorrichtung angebracht ist, wobei die Kühlvorrichtung an einer Gasabdichtung nicht gehindert ist. Daher kann die Kühlperformance über einen langen Zeitraum stabil aufrecht erhalten werden.
In einer MRI-Vorrichtung, einer Kryopumpe, einem magnetischen Schwebezug und einer Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung kombiniert daher in all diesen die Performance der Kühlvorrichtung die Performance jeder Vorrichtung, wobei eine MRI-Vorrichtung, eine Kryopumpe, ein magnetischer Schwebezug und eine magnetische Feldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung, in der die oben beschriebenen Kühlvorrichtungen verwendet werden, exzellente Performance über einen langen Zeitraum aufweisen können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt eines Gefäßes für die Vibrationstestverwendung, das verwendet wird zum Zuverlässigkeitsbestimmungstest eines magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates der vorliegenden Erfindung, 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Packungsdichte des magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregates gemäß eines Beispieles der vorliegenden Erfindung in einem Gefäß zur Vibrationstestverwendung und dem Verhältnis der durch den Vibrationstest zerstörten Partikel zeigt, 3 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines essentiellen Bereiches einer GM-Kühlvorrichtung zeigt, die hergestellt ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4 ist ein Diagramm, das die Struktur einer supraleitenden MRI-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung skizziert, 5 ist ein Diagramm, das eine essentielle Struktur eines magnetischen Schwebe zuges gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung skizziert, 6 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Kryopumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung skizziert, 7 ist ein Diagramm, das eine essentielle Struktur einer Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung skizziert.
MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Ausführungsbeispiele beschrieben.
Ausführungsform 1, Vergleichsbeispiel 1
Zunächst wird eine Er₃Ni-Mutterlegierung hergestellt mittels Hochfrequenzschmelzens. Diese Er₃Ni-Mutterlegierung wird geschmolzen bei ungefähr 1263 K, wobei das geschmolzene Metall auf eine rotierenden Scheibe in einer Argonatmosphäre (Druck = ungefähr 80 kPa) tropft, um rapide abzukühlen und sich zu verfestigen. Das erhaltene Partikelaggregat wird gemäß der Formklassifikation klassifiziert und gesiebt, um 1 kg kugelförmige Partikel eines Partikeldurchmessers von 180 bis 250 μm auszuwählen. Durch Wiederholen dieses Prozesses werden 10 Chargen von kugenförmigem Er₃Ni-Partikelaggregat erhalten.
Anschließend werden die aus den oben beschriebenen 10 Chargen des kugelförmigen Er₃Ni-Partikelaggregates zufällig extrahierten Er₃Ni-Partikel in ein Gefäß zur Vibrationstestverwendung 1 (D = 15 mm, h = 14 mm), gezeigt in 1, gepackt bzw. eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal auf diese mit einer Vibrationstestmaschine gegeben. Jedes Partikelaggregat, das diesem Test unterzogen wird, ist adäquat klassifiziert aufgrund der Formklassifikation und gesiebt, wobei das Verhältnis der zerstörten kugelförmigen Er₃Ni-Partikel erhalten wird. Die Verhältnisse (Zerstörungsrate) der zerstörten Partikel für jede Charge sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, korrespondiert jedes kugelförmige Er₃Ni-Partikelaggregat der Probennummer 1 bis Probennummer 8 mit Ausführungsform 1, wobei jedes kugelförmige Er₃Ni-Partikelaggregat der Probennummer 9 bis Probennummer 10 mit dem Vergleichsbeispiel 1 korrespondiert.
Hier werden die Packungsverhältnisse der Er₃Ni-Partikel im Gefäß für die Vibrationstestverwendung 1 variiert im Bereich von 55 bis 66%, wobei die minimale Zerstörungsrate angenommen wird als die Zerstörungsrate der Charge. 2 zeigt ein Verhältnis zwischen dem Packungsverhältnis des kugelförmigen Er₃Ni-Partikelaggregates von Probennummer 1 in einem Gefäß über die Vibrationstestverwendung und der Zerstörungsrate aufgrund des Vibrationstests. In 2 ist dieser Wert die Zerstörungsrate dieser Charge, da die Zerstörungsrate 0 (unterhalb der Detektionsgrenze) wurde beim Packungsverhältnis von 63,7%. Im übrigen wurde der Test nicht durchgeführt oberhalb dieses Packungsverhältnisses.
Das magnetische Wärmeregenerationsmaterialkugelpartikelaggregat jeder Charge, bestehend aus dem oben beschriebenen Er₃Ni, wird in einen Wärmeregenerationsbehälter gegeben mit dem Packungsverhältnis von 63,5 bis 63,8%, um einen Wärmeregenerator herzustellen, wobei jeder Wärmeregenerator eingebaut ist in einer 2-Stufen-GM-Kühlvorrichtung, wie in 3 gezeigt, als ein Zweistufenwärmeregenerator (der zweite Wärmeregenerator 15), wobei der Kühltest durchgeführt wurde. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, können sämtliche der Kühlvorrichtungen, die ein magnetisches Wärmeregenerationspartikelaggregat einsetzen, in dem das Verhältnis der zerstörten Partikel, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung. von 300 m/s 1 × 10⁶ mal zugegeben wird, 1 Gew.-% oder weniger beträgt, eine exzellente Kühlkapazität über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten.
Nunmehr zeigt eine in 3 gezeigte 2-Stufen-GM- Kühlvorrichtung 10 eine Ausführungsform einer Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die in 3 gezeigte 2-Stufen-GM-Kühlvorrichtung weist auf einen ersten Zylinder 11 eines großen Durchmessers und ein Vakuumgefäß 13, ausgestattet mit einem zweiten Zylinder 12 eines kleinen Durchmessers und koaxial verbunden mit dem ersten Zylinder 11. Zum ersten Zylinder 11 ist ein erster Wärmeregenerator 14 in einer hin und her bewegbaren freien Art und Weise angeordnet, zum zweiten Zylinder 12, der zweite Wärmeregenerator 15 angeordnet in einer frei hin und her bewegbaren Art und Weise. Zwischen dem ersten Zylinder 11 und dem ersten Wärmeregenerator 14 und zwischen dem zweiten Zylinder 12 und dem zweiten Wärmeregenerator 15 sind Dichtungen 16 bzw. 17 angeordnet.
Im ersten Wärmeregenerator 14 ist ein erstes Wärmeregenerationsmaterial 18 wie beispielsweise ein Kupfersieb und dergleichen untergebracht. Im zweiten Wärmeregenerator 15 ist ein Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur der vorliegenden Erfindung untergebracht als ein zweites Wärmeregenerationsmaterial 19. Der erste Wärmeregenerator 14 und der zweite Wärmeregenerator 15 weisen entsprechend Wege des Betriebsmediums beispielsweise Helium und dergleichen auf, angeordnet am Raum zwischen dem ersten Wärmeregenerationsmaterial 18 und dem Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur 19.
Zwischen dem ersten Wärmeregenerator 14 und dem zweiten Wärmeregenerator 15 ist ein erster Expansionsraum angeordnet. Weiterhin ist zwischen dem zweiten Wärmeregenerator 15 und einer Bodenwand des zweiten Zylinders 12 ein zweiter Expansionsraum 21 angeordnet. Dort ist eine erste Kühlstufe 22 am unteren Bereich des ersten Expansionsraumes 20 untergebracht und eine zweite Kühlstufe 23 geringerer Temperatur als die erste Kühlstufe 22 untergebracht an einem unteren Bereich des zweiten Expansionsraums 21.
Zur oben erwähnten 2-Stufen-GM-Kühlvorrichtung 10 wird ein komprimiertes aktives Medium (beispielsweise Heliumgas) von einem Kompressor 24 zugeführt. Das zugeführte Betriebsmedium erreicht den ersten Expansionsraum 20 durch das erste Wärmeregenerationsmaterial 18, das untergebracht ist im ersten Wärmeregenerator 14, erreicht weiter den zweiten Expansionsraum 21 durch das Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur (das zweite Wärmeregenerationsmaterial) 19, das untergebracht ist an einem zweiten Wärmeregenerator 15. Währenddessen stellt das Betriebsmedium Wärmeenergie jedem zu kühlenden Wärmeregenerationsmaterial 18, 19 zur Verfügung. Das durch entsprechendes Wämreregenerationsmaterial 18, 19 passierte Betriebsmedium expandiert im entsprechenden Expansionsraum 20, 21, um Kälte zu erzeugen, d. h., die entsprechende Kältestufe 22, 23 wird gekühlt. Das expandierte Betriebsmedium fließt in einer umgekehrten Richtung durch entsprechendes Wärmeregenerationsmaterial 18, 19. Das Betriebsmedium wird entladen nach Aufladen von Wärmeenergie aus dem entsprechenden Wärmeregenerationsmaterial 18, 19. Da der Erholungseffekt gut wird durch solch einen Prozeß, wird die thermische Effizienz des Betriebsmediumzyklus verbessert, wodurch eine weitere tiefere Temperatur realisiert werden kann.
Ausführungsform 2, Vergleichsbeispiel 2
Eine HoCu₂-Mutterlegierung wird mittels Hochfrequenzschmelzens hergestellt. Diese HoCu₂-Mutterlegierung wird geschmolzen bei ungefähr 1323 K, wobei das geschmolzene Metall auf eine rotierende Scheibe in einer Argonatmosphäre (Druck = ungefähr 80 kPa) getropft wird, um rapide abzukühlen und sich zu verfestigen. Das erhaltene Partikelaggregat wird gesiebt, nach Einstellen des Partikeldurchmessers im Bereich von 180 bis 250 μm, wobei die Klassifizierung durchgeführt wird gemäß einer Methode mit einer geneigten Vibrationsplatte, um 1 kg kugelförmige Partikelkörper zu selektieren. Durch vielfaches Wiederholen solch eines Prozesses werden Chargen kugelförmiger HoCu₂-Partikelaggregate erhalten. Hier wird durch Einstellen der Bedingungen für die Formklassifizierung, beispielsweise eines Tropfenwinkels, einer Schwingungsstärke und dergleichen, der Grad der Kugelförmigkeit jeder Charge variiert.
Anschließend werden von diesen 5 Chargen an kugelförmigem HoCu₂-Partikelaggregat 300 Partikelstücke zufällig extrahiert, wobei eine Umfangslänge L des Projektonsbildes und ein echter Bereich A des Projektionsbildes jedes Partikels gemessen wird mittels Bildbearbeitung, dadurch den Formfaktor R ausgedrückt durch L²/4 πA bestimmend. Weiterhin wird für jede Charge ein Schwingungstest durchgeführt in einer identischen Art und Weise wie in Ausführungsform 1, wobei das Verhältnis der zerstörten kugelförmigen HoCu₂-Partikel erhalten wird. Der Formfaktor R und die Zerstörungsrate der Partikel aufgrund des Vibrationstests sind in Tabelle 2. für jede Charge gezeigt. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, korrespondiert jedes kugelförmige HoCu₂-Partikelaggregat der Probennummer 1 bis Nummer 4 mit der Ausführungsform 2, wobei ein kugelförmiges HoCu₂-Partikelaggregat der Probennummer 5 mit dem Vergleichsbeispiel 2 korrespondiert.
Nachdem das kugelförmige Partikelaggregat des magnetischen Wärmeregenerationsmaterials jeder Charge, bestehend aus dem oben beschriebenen HoCu₂, entsprechend in die eine Hälfte der Niedertemperaturseite des Wärmeregenerationsbehälters mit einer Packungsdichte von 63,5 bis 64,0% gepackt ist, und in der einen Hälfte der Hochtemperaturseite Bleibälle gepackt sind, wird der Wärmeregenerationsbehälter eingesetzt in die 2-Stugen-GM-Kühlvorrichtung als ein 2-Stufen-Wärmeregenerator, identisch wie in der Ausführungsform 1, wobei ein Kühltest identisch wie in der Ausführungsform 1 durchgeführt wurde. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, können all die Kühlvorrichtungen, die das magnetische Wärmeregenerationspartikelaggregat verwenden, in dem das Verhältnis der zerstörten Partikel, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal zugegeben wird, 1 Gew.-% oder weniger beträgt, eine ausgezeichnete Kühlkapazität über einen langen Zeitraum aufrechterhalten können.
Ausführungsform 3, Vergleichsbeispiel 3
Eine ErNi_0,9Co_0,1-Mutterlegierung wird hergestellt durch Hochfrequenzschmelzen. Diese ErNi_0,9Co_0,1-Mutterlegierung wird geschmolzen bei ungefähr 1523 K, wobei das geschmolzene Metall auf eine rotierende Scheibe mit einer Argonatmosphäre (Druck = ungefähr 80 kPa) getropft wird, um rapide abzukühlen und sich zu verfestigen. Das erhaltene Partikelaggregat wird sauber formklassifiziert und gesiebt, wobei 1 kg des kugelförmigen Partikelaggregates des Partikeldurchmessers von 180 bis 250 μm selektiert wird. Durch vielmaliges Wiederholen dieses Prozesses werden 5 Chargen kugelförmiges Er-Ni_0,9Co_0,1-Partikelaggregat erhalten.
Da dort Unterschiede in den Rohmaterialchargen zur Herstellung der Mutterlegierung vorhanden sind, sind der Grad des Vakuums der Atmospähre während des Hochfrequenzschmelzens, die Verunreinigungsgaskonzentration während des rapiden Verfestigungsprozesses, die Verunreinigungsgehalte in den kugelförmigen Partikeln unterschiedlich. Stickstoffgehalt und Kohlenstoffgehalt in den kugelförmigen Partikeln sind in Tabelle 3 gezeigt. Mit diesen 5 Chargen der kugelförmigen ErNi_0,9Co_0,1-Partikelaggregate wurde der Vibrationstest/Schwingungstest durchgeführt auf eine identische Art und Weise wie in der Ausführungsform 1, wobei das Ver hältnis der zerstörten kugelförmigen ErNi_0,9Co_0,1-Partikel erhalten wurde. Der Stickstoffgehalt und Kohlenstoffgehalt, die Partikelzerstörungsrate aufgrund des Vibrationstests für jede Charge sind in Tabelle 3 gezeigt. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, korrespondieren die kugelförmigen ErNi_0,9Co_0,1-Partikelaggregate der Probennummer 1 bis Probennummer 4 mit der Ausführungsform 3, wobei das kugelförmige ErNi_0,9Co_0,1-Partikelaggregat der Probennummer 5 mit dem Vergleichsbeispiel 3 korrespondiert.
Nachdem das kugelförmige Partikelaggregat des magnetischen Wärmeregenerationsmaterials jeder Charge, bestehend aus dem oben beschriebenen ErNi_0,9Co_0,1 entsprechend in die eine Hälfte der Niedertemperaturseite des Wärmeregenerators mit einem Packungsverhältnis von 63,4 bis 64,0% gepackt wird und in die eine Hälfte der Hochtemperaturseite Bleibälle gepackt werden, wird der Wärmeregeneratorbehälter eingesetzt in die 2-Stufen-GM-Kühlvorrichtung als ein Zweistufenwärmeregenerator, identisch mit der Ausführungsform 1, wobei ein Kühltest durchgeführt wurde, identisch wie in Ausführungsform 1. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Wie aus Tabelle 3 offensichtlich, können all die Kühlvorrichtungen, die die magnetischen Wärmeregenerationspartikelaggregate verwenden, in denen das Verhältnis der zerstörten Partikel, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal zugegeben wird, 1 Gew.-% oder weniger beträgt, eine exzellente Kühlkapazität über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten.
Ausführungsform 4, Vergleichsbeispiel 4
Eine ErNi-Mutterlegierung, eine Er₃Co-Mutterlegierung, eine ErCu-Mutterlegierung, eine Ho₂Al-Mutterlegie rung wurden entsprechend hergestellt mittels Hochfrequenzschmelzens. Die entsprechenden Mutterlegierungen wurden bei ungefähr 1493 K geschmolzen, wobei die geschmolzenen Metalle auf eine rotierende Scheibe in einer Argonatmosphäre (Druck = ungefähr 80 kPa) getropft wurden, um rapide abzukühlen und sich zu verfestigen. Die erhaltenen Partikelaggregate wurden adäquat klassifiziert gemäß deren Größe und gesiebt, um 1 kg kugelförmige Partikelaggregate des Partikeldurchmessers von 180 bis 250 μm zu selektieren. Durch vielmaliges Wiederholen solch eines Prozesses wurden entsprechend 5 Chargen an kugelförmigen Partikelaggregaten erhalten.
Mit diesen entsprechenden kugelförmigen Partikelaggregaten wurde der Vibrationstest durchgeführt auf eine identische Art und Weise wie in der Ausführungsform 1, wobei die niedrigste Charge bzw. die höchste Charge (Vergleichsbeispiel) in deren Störungsrate selektiert wurden. Mit diesen entsprechenden Chargen wurden eine Messung des Formfaktors R und eine Analyse des Stickstoff- und Kohlenstoffgehaltes durchgeführt. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Das oben beschriebene jeweilige kugelförmige Partikelaggregat des magnetischen Wärmeregenerationsmaterials wurde in einer Kühlvorrichtung auf folgende Art und Weise untergebracht. Als erstes wurde das kugelförmige Partikelaggregat des aus ErNi bestehenden magnetischen Wärmeregenerationsmaterials entsprechend in die eine Hälfte der Niedertemperaturseite des Wärmeregeneratorbehälters mit einem Packungsverhältnis von 63,2 bis 64,0% gepackt, und in die eine Hälfte der Hochtemperaturseite das kugelförmige Partikelaggregat des magnetischen Wärmeregenerationsmaterials, bestehend aus Er₃Co, ErCu oder Ho₂Al, wurde gepackt mit dem entsprechenden Packungsverhältnis von 63,0 bis 64,1%, wobei das Gefäß in die 2-Stufen-GM-Kühlvorrichtung als ein Zweistufenwärmeregenerator, identisch wie in der Ausführungsform 1, eingesetzt. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Anschließend werden Ausführungsformen einer MRI- Vorrichtung, eines magnetischen Schwebezuges, einer Kryopumpe und einer Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
4 ist ein Diagramm, das eine Struktur skiziert einer supraleitenden MRI-Vorrichtung, zu der die vorliegende Erfindung angewandt wird. Die in der gleichen Figur gezeigte supraleitende MRI-Vorrichtung 30 ist zusammengesetzt aus einer supraleitenden magnetostatischen Feldspule 31, die ein räumlich homogenes und temporär stabiles magnetostatisches Feld auf einen menschlichen Körper voreinstellt (vormagnetisiert), einer nicht gezeigten Kompensationsspule, die in Homogenität des erzeugten magnetischen Feldes kompensiert, einer Gradientmagnetfeldspule 32, die einen magnetischen Feldgradienten in einer Meßregion bereitstellt, und einer Sonde für Radiowellentransducer 33. Um die supraleitende magnetostatische Feldspule 31 zu kühlen, wird die oben beschriebene Kühlvorrichtung 34 der vorliegenden Erfindung eingesetzt. Im übrigen ist in der Figur die Ziffer 35 ein Kryostat, Ziffer 36 ein Stahlenschild.
In der supraleitenden MRI-Vorrichtung 30, in der eine Kühlvorrichtung 34 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, da eine Betriebstemperatur der supraleitenden magnetostatischen Feldspule 31 garantiert werden kann, um über einen langen Zeitraum stabil zu sein, kann ein räumlich homogenes und temporär stabiles magnetostatisches Feld über einen langen Zeitraum erhalten werden. Daher kann die Performance einer supraleitenden MRI-Vorrichtung 30 gezeigt werden mit einer Stablilität über einen langen Zeitraum.
5 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines wesentlichen Bereiches eines Magnetschwebezuges skiz ziert, wobei die vorliegende Erfindung verwendet wird, wobei ein Bereich eines supraleitenden Magneten 40 für einen Magnetschwebezug gezeigt wird. Der in der selben Figur gezeigte supraleitende Magnet 40 für einen Magnetschwebezug setzt sich zusammen aus einer supraleitenden Spule 41, einem Flüssigheliumtank 42 zum Kühlen der supraleitenden Spule 41, einem Flüssigstickstofftank 43, um das Verdampfen des flüssigen Heliums zu verhindern, und einer Kühlvorrichtung 44 der vorliegenden Erfindung. Im übrigen ist die Ziffer 45 ein laminiertes adiathermisches Material, Ziffer 46 eine Stromzuführung, Ziffer 47 ein persistiver Stromschalter.
In einem supraleitenden Magneten 40 für eine Magnetschwebebahn, wobei eine Kühlvorrichtung 44 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, da die Betriebstemperatur der supraleitenden Spule 41 garantiert werden kann, stabil zu sein über einen langen Zeitraum, kann ein magnetisches Feld, das notwendig ist für das magnetische Schweben und den Antrieb eines Zuges stabil über einen langen Zeitraum erhalten werden. Im besonderen, obwohl Beschleunigung betrieben wird im supraleitenden Magneten 40 für einen Magnetschwebezug, kann die Kühlvorrichtung 44 der vorliegenden Erfindung, die in der Lage ist, eine exzellente Kühlperformance über einen langen Zeitraum aufrecht zu erhalten, selbst wenn die Beschleunigung betrieben wird, bemerkenswert zur Langzeitstabilität des Magnetfelds und dergleichen beitragen. Daher kann ein Magnetschwebezug, in dem solch ein supraleitender Magnet 40 verwendet wird, über einen langen Zeitraum dessen Zuverlässigkeit zeigen.
6 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Kryopumpe skizziert, die die vorliegende Erfindung betrifft. Eine in der selben Figur gezeigte Kryopumpe 50 ist zusammengesetzt aus einem Kryopanel 51, kondensie rend oder absorbierend Gasmoleküle, einer Kühlvorrichtung 52 der vorliegenden Erfindung, kühlend das Kryopanel 51 auf eine vorbestimmte sehr niedrige Temperatur, ein Schild 53, das dazwischen angeordnet ist, eine Drossel 54, die am Lufteinlaß angeordnet ist, und ein Ring 55, Abgasgeschwindigkeit von Argon, Stickstoff, Wasserstoff variierend.
Mit einer Kryopumpe 50, die eine Kühlvorrichtung 52 der vorliegenden Erfindung betrifft, kann die Betriebstemperatur des Kühlpanels 51 garantiert werden, über einen langen Zeitraum stabil zu sein. Daher kann die Performance der Kryopumpe 50 über einen langen Zeitraum stabil aufgezeigt werden.
7 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung skizziert, die die vorliegende Erfindung betrifft. Eine in der selben Figur gezeigte Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung 60 ist aufgebaut aus einem Tiegel zum Schmelzen von Rohmaterial, einem Erhitzer, einem Einkristallwachstumsbereich 61, aufweisend einen Mechanismus, der einen Einkristall hochzieht, eine supraleitende Spule 62, applizierend ein magnetostatisches Feld auf eine Rohmaterialschmelze, und einen Hebemechanismus 63 des einkristallhochziehenden Bereiches 61. Als ein Kühlmittel der supraleitenden Spule 62 wird die oben beschriebene Kühlvorrichtung 64 der vorliegenden Erfindung verwendet. In der Figur bezeichnet die Ziffer 65 eine Stromzuführung, Ziffer 66 eine Hitzeschildplatte, Ziffer 67 einen Heliumbehälter.
Mit einer Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung 60, die eine Kühlvorrichtung 64 der vorliegenden Erfindung betrifft, da die Betriebstemperatur der supraleitenden Spule 62 garantiert wer den kann, über einen langen Zeitraum stabil zu sein, kann über einen langen Zeitraum ein gutes Magnetfeld erhalten werden, das die Konvektion der Rohmaterialschmelze des Einkristalls unterdrückt. Daher kann die Performance des Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstums der Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung 60 stabil über einen langen Zeitraum gezeigt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich, können gemäß einem Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur der vorliegenden Erfindung mechanische Eigenschaften, exzellent gegen mechanische Vibrationen/Schwingungen und Beschleunigung, erhalten werden. Daher kann eine Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die solch ein Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr geringen Temperatur verwendet, eine exzellente Kühlperformance aufrecht erhalten mit einer Reproduzierbarkeit über einen langen Zeitraum. Darüber hinaus können eine MRI-Vorrichtung, eine Kryopumpe, ein Magnetschwebezug und eine Magnetfeldapplikationstyp-Einkristallwachstumsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die solche eine Kühlvorrichtung verwenden, eine exzellente Performance über einen langen Zeitraum zeigen.

Claims

Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr niedrigen Temperatur, enthaltend: ein magnetisches Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, das im wesentlichen besteht aus einer intermediären Verbindung, die ein Seltenerd-Element einschließt und durch eine der folgenden Formeln ausgedrückt wird: (a) Allgemeine Formel: RM_z, wobei R bezeichnet wenigstens eine Art eines Seltenerd-Elementes, ausgewählt aus Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb, wobei M wenigstens eine Art eines metallischen Elementes bezeichnet, ausgewählt aus Ni, Co, Cu, Ag, Al und Ru, und z eine Zahl im Bereich von 0,001 bis 9,0 bezeichnet, oder (b) Allgemeine Formel: RRh, wobei R bezeichnet wenigstens eine Art eines Seltenerd-Elementes, ausgewählt aus Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn eine einfache harmonische Oszillation der maximalen Beschleunigung von 300 m/s² 1 × 10⁶ mal appliziert wird auf magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikel, extrahiert aus dem magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat, der Anteil der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel, die durch einfache harmonische Oszillation zerbrochen werden, 1 Gew.-% oder weniger beträgt.
Wärmeregenerationsmaterial nach Anspruch 1, wobei das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat zusammengesetzt ist aus einem magnetischen Wärmeregenerationsmaterial, dessen Stickstoffgehalt 0,3 Gew.-% oder weniger beträgt.
Wärmeregenerationsmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das magnetische Wärmeregenerationsmaterialpartikelaggregat zusammengesetzt ist aus einem magnetischen Wärmeregenerationsmaterial, dessen Kohlenstoffgehalt 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt.
Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr niedrigen Temperatur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil an magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikeln, deren Formfaktor R, ausgedrückt durch L²/4 πA, 1,5 übersteigt, 5% oder weniger beträgt, wobei L die Umfangslänge eines Projektionsbildes von jedem der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel darstellt und A den wahren Bereich des Projektionsbildes repräsentiert.
Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr niedrigen Temperatur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei 70 Gew.-% oder mehr der magnetischen Wärmeregenerationsmaterialpartikel einen Partikeldurchmesser im Bereich von 0,01 bis 3,0 mm aufweist.
Kühlvorrichtung, aufweisend: einen Wärmeregenerator, enthaltend einen Wärmeregeneratorbehälter, der gefüllt ist mit einem Wärmeregenerationsmaterial für die Verwendung bei einer sehr niedrigen Temperatur, wie nach einem der vorherigen Ansprüche dargelegt, und Mittel zur Verursachung eines Betriebsmediums, um durch das Wärmeregenerationsmaterial zu strömen, um so die Wärmeenergie mit dem Wärmeregenerationsmaterial auszutauschen.