JP2001262134A - 酸化物蓄冷材および蓄冷器 - Google Patents
酸化物蓄冷材および蓄冷器Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ４Ｋ付近のみならず、２Ｋ領域で極低温環境
で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁気比熱が大き
く、容易に製造できる新規な酸化物蓄冷材と、それを充
填した蓄冷器を提供する。 【解決手段】 一般式 ＭXＡｌ2-XＯ3（式中、Ｍは一種
以上の希土類元素を表し、ｘは、１≦ｘ≦１．５を満た
す数である）で表される酸化物蓄冷材とする。ＧｄＡｌ
Ｏ３多結晶体が例示される。
で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁気比熱が大き
く、容易に製造できる新規な酸化物蓄冷材と、それを充
填した蓄冷器を提供する。 【解決手段】 一般式 ＭXＡｌ2-XＯ3（式中、Ｍは一種
以上の希土類元素を表し、ｘは、１≦ｘ≦１．５を満た
す数である）で表される酸化物蓄冷材とする。ＧｄＡｌ
Ｏ３多結晶体が例示される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、酸化物蓄
冷材および蓄冷器に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、４Ｋ付近のみならず、２Ｋ領域
の極低温環境で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁
気比熱が大きく、容易に製造できる新規な酸化物蓄冷材
と、それを充填した蓄冷器に関するものである。
冷材および蓄冷器に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、４Ｋ付近のみならず、２Ｋ領域
の極低温環境で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁
気比熱が大きく、容易に製造できる新規な酸化物蓄冷材
と、それを充填した蓄冷器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】液体ヘリウム温度（４．２
Ｋ）を発生可能とする小型気体冷凍機の冷凍能力や最低
到達温度は、冷凍機に備えられている蓄冷器に用いられ
る蓄冷材の性能によるところが大きい。そして、蓄冷器
を通過するヘリウム冷媒に対して、同等もしくはそれ以
上の大きな熱容量を有することが、蓄冷材としての必要
条件である。
Ｋ）を発生可能とする小型気体冷凍機の冷凍能力や最低
到達温度は、冷凍機に備えられている蓄冷器に用いられ
る蓄冷材の性能によるところが大きい。そして、蓄冷器
を通過するヘリウム冷媒に対して、同等もしくはそれ以
上の大きな熱容量を有することが、蓄冷材としての必要
条件である。
【０００３】従来より、蓄冷材としては、ＲXＭ（Ｒ＝
Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ等、Ｍ＝Ｎｉ、Ａｌ等）に代表される
希土類金属間化合物が一般に用いられてきている。これ
らの希土類金属間化合物は、２０〜５Ｋ付近までの温度
領域では大きな熱容量を有し、蓄冷材として有効な材料
である。しかしながら、４Ｋ以下の温度領域では熱容量
が０．２Ｊ／ｃｃＫ以下にまで激減するため、冷凍機に
用いた時の冷凍能力が低下し、最低到達温度も３Ｋ付近
にとどまるという欠点があった。これは、希土類金属間
化合物が磁性相互作用の強い物質であり、また、そのほ
とんどが４Ｋ以上の温度領域に磁気転移点を有するもの
であるため、４Ｋ以下の温度領域では、蓄冷材として活
用できる程の磁気比熱をもたないことに起因している。
Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ等、Ｍ＝Ｎｉ、Ａｌ等）に代表される
希土類金属間化合物が一般に用いられてきている。これ
らの希土類金属間化合物は、２０〜５Ｋ付近までの温度
領域では大きな熱容量を有し、蓄冷材として有効な材料
である。しかしながら、４Ｋ以下の温度領域では熱容量
が０．２Ｊ／ｃｃＫ以下にまで激減するため、冷凍機に
用いた時の冷凍能力が低下し、最低到達温度も３Ｋ付近
にとどまるという欠点があった。これは、希土類金属間
化合物が磁性相互作用の強い物質であり、また、そのほ
とんどが４Ｋ以上の温度領域に磁気転移点を有するもの
であるため、４Ｋ以下の温度領域では、蓄冷材として活
用できる程の磁気比熱をもたないことに起因している。
【０００４】一方で、超伝導技術の実用化に伴い極低温
環境を必要としたり、センサーを冷却する等、様々な分
野の産業および研究開発において、４．２Ｋおよびそれ
以下の温度領域が必要とされている。そして、それに伴
い、極低温環境を簡便に実現できる蓄冷材が求められて
いる。
環境を必要としたり、センサーを冷却する等、様々な分
野の産業および研究開発において、４．２Ｋおよびそれ
以下の温度領域が必要とされている。そして、それに伴
い、極低温環境を簡便に実現できる蓄冷材が求められて
いる。
【０００５】そのため、蓄冷材について数多くの研究お
よび開発がなされている。しかしながら、これまでの蓄
冷材開発の対象とされる物質は、希土類金属や３ｄ遷移
金属の単体、およびこれらの合金、金属間化合物、アモ
ルファス合金のみであった。
よび開発がなされている。しかしながら、これまでの蓄
冷材開発の対象とされる物質は、希土類金属や３ｄ遷移
金属の単体、およびこれらの合金、金属間化合物、アモ
ルファス合金のみであった。
【０００６】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、４．２〜２Ｋ付近の
極低温環境で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁気
比熱が大きく、容易に製造できる新規な酸化物蓄冷材を
提供することを課題としている。また、それを充填し
た、４．２Ｋ以下の極低温環境で高い冷凍能力を有し、
最低到達温度が低く、小型で冷凍効率の高い蓄冷器を提
供することも課題としている。
事情に鑑みてなされたものであり、４．２〜２Ｋ付近の
極低温環境で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁気
比熱が大きく、容易に製造できる新規な酸化物蓄冷材を
提供することを課題としている。また、それを充填し
た、４．２Ｋ以下の極低温環境で高い冷凍能力を有し、
最低到達温度が低く、小型で冷凍効率の高い蓄冷器を提
供することも課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、従来技術の限界を克服し、以下の通りの発明を提供
する。
は、従来技術の限界を克服し、以下の通りの発明を提供
する。
【０００８】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、一般式 ＭXＡｌ2-XＯ3（式中、Ｍは一種以上の希土
類元素を示し、ｘは、１≦ｘ≦１．５を満たす数であ
る）で表されることを特徴とする酸化物蓄冷材を提供す
る。
は、一般式 ＭXＡｌ2-XＯ3（式中、Ｍは一種以上の希土
類元素を示し、ｘは、１≦ｘ≦１．５を満たす数であ
る）で表されることを特徴とする酸化物蓄冷材を提供す
る。
【０００９】また、第２には、この出願の発明は、上記
第１の発明の酸化物蓄冷材を充填したことを特徴とする
蓄冷器を提供する。
第１の発明の酸化物蓄冷材を充填したことを特徴とする
蓄冷器を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１１】まず、この出願の第1の発明が提供する酸
化物蓄冷材は、一般式 ＭXＡｌ2-XＯ 3で表され、式中
の、Ｍは一種以上の希土類元素を示し、ｘは、１≦ｘ≦
１．５を満たす数である。
化物蓄冷材は、一般式 ＭXＡｌ2-XＯ 3で表され、式中
の、Ｍは一種以上の希土類元素を示し、ｘは、１≦ｘ≦
１．５を満たす数である。
【００１２】希土類元素としては、Ｌａとその一族のラ
ンタニド、さらに同族のＳｃ、Ｙが示されるが、周期率
表のＧｄからＬｕまでの重希土類元素を用いることが好
ましい。
ンタニド、さらに同族のＳｃ、Ｙが示されるが、周期率
表のＧｄからＬｕまでの重希土類元素を用いることが好
ましい。
【００１３】ＭXＡｌ2-XＯ3は、一種以上の上記希土類
元素とＡｌとの複酸化物であり、たとえば、ＧｄXＡｌ
2-XＯ3やＨｏX1ＧｄX2Ａｌ2-X1-X2Ｏ3等が示される。よ
り具体的には、Ｇｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3やＤｙＡｌＯ3などと
して例示される。
元素とＡｌとの複酸化物であり、たとえば、ＧｄXＡｌ
2-XＯ3やＨｏX1ＧｄX2Ａｌ2-X1-X2Ｏ3等が示される。よ
り具体的には、Ｇｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3やＤｙＡｌＯ3などと
して例示される。
【００１４】これらの複合酸化物は、各々の希土類酸化
物粉末とＡｌ2Ｏ3粉末とを焼結させることで、容易に得
ることができる。原料粉末としては、それぞれ平均粒径
が５０μｍ以下程度のものを使用することができる。焼
結条件などを考慮すると、より好ましくは、平均粒径１
μｍ以下の粉末を用いることが望ましい。これらの粉末
を目的とする化学量論比で配合し、混合する。その配合
比は、上記一般式において、Ｍ：Ａｌ＝ｘ：２−ｘで表
され、ｘは１≦ｘ≦１．５を満たすように決めることが
できる。焼結方法としては、様々な方法が考慮される。
たとえば、混合した粉末を圧縮成形してペレットとし、
次いで約１７５０〜１８００℃で数時間程追加熱処理す
るなどの方法が例示される。これによって、ＭXＡｌ2-X
Ｏ3酸化物からなる蓄冷材を得ることができる。このＭX
Ａｌ2-XＯ3酸化物蓄冷材は、磁気転移温度を４Ｋ付近に
もち、かつ結晶場などの影響を受けにくいため、４．２
Ｋ以下の極低温領域でも高い熱容量を有する。
物粉末とＡｌ2Ｏ3粉末とを焼結させることで、容易に得
ることができる。原料粉末としては、それぞれ平均粒径
が５０μｍ以下程度のものを使用することができる。焼
結条件などを考慮すると、より好ましくは、平均粒径１
μｍ以下の粉末を用いることが望ましい。これらの粉末
を目的とする化学量論比で配合し、混合する。その配合
比は、上記一般式において、Ｍ：Ａｌ＝ｘ：２−ｘで表
され、ｘは１≦ｘ≦１．５を満たすように決めることが
できる。焼結方法としては、様々な方法が考慮される。
たとえば、混合した粉末を圧縮成形してペレットとし、
次いで約１７５０〜１８００℃で数時間程追加熱処理す
るなどの方法が例示される。これによって、ＭXＡｌ2-X
Ｏ3酸化物からなる蓄冷材を得ることができる。このＭX
Ａｌ2-XＯ3酸化物蓄冷材は、磁気転移温度を４Ｋ付近に
もち、かつ結晶場などの影響を受けにくいため、４．２
Ｋ以下の極低温領域でも高い熱容量を有する。
【００１５】また、希土類元素Ｍの割合ｘをｘ≧１とす
ることで、ＭＡｌＯ3単相あるいはＭＡｌＯ3相にＭ2Ｏ3
相が析出した混晶を形成させることができる。ＭＡｌＯ
3単結晶が低温で高い熱容量を持つことは知られている
が、ここで得られるＭＡｌＯ 3多結晶体の比熱特性も単
結晶のものと全く同一であり、高い熱容量を持つ。そし
て、さらにこのような混晶状態とすることで、４Ｋ付近
に現われるＭＡｌＯ3相に由来する比熱ピークに加え、
低温側の２Ｋ付近にも、Ｍ2Ｏ3相に由来する比熱ピーク
を持たせることが可能となる。ｘ＜１とすると、期待す
る効果は得られない。ｘ＞１．５となると、主とするＭ
ＡｌＯ3相の比熱特性が薄れてしまうため、ｘ≦１．５
とすることが重要である。
ることで、ＭＡｌＯ3単相あるいはＭＡｌＯ3相にＭ2Ｏ3
相が析出した混晶を形成させることができる。ＭＡｌＯ
3単結晶が低温で高い熱容量を持つことは知られている
が、ここで得られるＭＡｌＯ 3多結晶体の比熱特性も単
結晶のものと全く同一であり、高い熱容量を持つ。そし
て、さらにこのような混晶状態とすることで、４Ｋ付近
に現われるＭＡｌＯ3相に由来する比熱ピークに加え、
低温側の２Ｋ付近にも、Ｍ2Ｏ3相に由来する比熱ピーク
を持たせることが可能となる。ｘ＜１とすると、期待す
る効果は得られない。ｘ＞１．５となると、主とするＭ
ＡｌＯ3相の比熱特性が薄れてしまうため、ｘ≦１．５
とすることが重要である。
【００１６】また、この出願の発明の酸化物蓄冷材は、
ペロブスカイト構造をとるため、単位胞当たりの希土類
元素の含有割合が、ガーネット型酸化物等に比べて多く
なる。それゆえ、単位体積当たりの磁気比熱が大きくな
ることも特徴としている。
ペロブスカイト構造をとるため、単位胞当たりの希土類
元素の含有割合が、ガーネット型酸化物等に比べて多く
なる。それゆえ、単位体積当たりの磁気比熱が大きくな
ることも特徴としている。
【００１７】さらにこの出願の酸化物蓄冷材は、上記の
ように、多結晶体としての製造が容易であり、焼結方法
を工夫することにより、多様な構造を形成させることが
可能である。多結晶体の比熱特性は、単結晶体と全く同
一であり、熱伝導率も従来の金属間化合物に比べて数倍
大きいことが予測される。
ように、多結晶体としての製造が容易であり、焼結方法
を工夫することにより、多様な構造を形成させることが
可能である。多結晶体の比熱特性は、単結晶体と全く同
一であり、熱伝導率も従来の金属間化合物に比べて数倍
大きいことが予測される。
【００１８】これによって、４．２〜２Ｋ付近の極低温
環境で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁気比熱が
大きく、製造が容易な酸化物蓄冷材を得ることができ
る。
環境で高い熱容量を有し、単位体積当たりの磁気比熱が
大きく、製造が容易な酸化物蓄冷材を得ることができ
る。
【００１９】この出願の第２の発明は、上記第１の発明
の酸化物蓄冷材を充填したことを特徴とする蓄冷器を提
供する。
の酸化物蓄冷材を充填したことを特徴とする蓄冷器を提
供する。
【００２０】蓄冷器には、低温を保存するため、上記発
明の酸化物蓄冷材が充填される。酸化物蓄冷材はペレッ
ト状であるため、使用目的にあった大きさに粉砕する等
して用いることができる。蓄冷器用の酸化物蓄冷材の粒
径は特に制限されない。従来の冷凍機用蓄冷材の粒径が
平均３００〜５００μｍであるので、これに準じてもよ
い。実用上は１００〜５００μｍの範囲において問題な
く使用できる。
明の酸化物蓄冷材が充填される。酸化物蓄冷材はペレッ
ト状であるため、使用目的にあった大きさに粉砕する等
して用いることができる。蓄冷器用の酸化物蓄冷材の粒
径は特に制限されない。従来の冷凍機用蓄冷材の粒径が
平均３００〜５００μｍであるので、これに準じてもよ
い。実用上は１００〜５００μｍの範囲において問題な
く使用できる。
【００２１】この酸化物蓄冷材は、蓄冷材の全部に用い
られてもよいし、一部に用いられてもよい。酸化物蓄冷
材を一部に用いる場合には、残りの蓄冷材として、従来
材料を用いることができる。たとえば、低温での熱容量
が大きい鉛や、Ｅｒ3Ｎｉ、ＨｏＣｕ2等の磁性蓄冷材が
例示される。
られてもよいし、一部に用いられてもよい。酸化物蓄冷
材を一部に用いる場合には、残りの蓄冷材として、従来
材料を用いることができる。たとえば、低温での熱容量
が大きい鉛や、Ｅｒ3Ｎｉ、ＨｏＣｕ2等の磁性蓄冷材が
例示される。
【００２２】また、上記発明の酸化物蓄冷材は、４Ｋ付
近のみならず、２Ｋ領域で高い熱容量を持ち、単位体積
当たりの磁気比熱が大きく、製造が容易である。
近のみならず、２Ｋ領域で高い熱容量を持ち、単位体積
当たりの磁気比熱が大きく、製造が容易である。
【００２３】そのため、４．２Ｋ以下の極低温環境で高
い冷凍能力を有し、かつ、最低到達温度が低く、小型で
冷凍効率の高い蓄冷器を容易に得ることができる。
い冷凍能力を有し、かつ、最低到達温度が低く、小型で
冷凍効率の高い蓄冷器を容易に得ることができる。
【００２４】低温の発生を目的とする装置としては、蓄
冷型の冷凍機が注目されている。この発明の蓄冷器を備
えることで、極低温環境を簡便に実現できるため、超伝
導マグネットや、ＭＲＩ冷却用冷凍機等に利用できる。
冷型の冷凍機が注目されている。この発明の蓄冷器を備
えることで、極低温環境を簡便に実現できるため、超伝
導マグネットや、ＭＲＩ冷却用冷凍機等に利用できる。
【００２５】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
【００２６】
【実施例】（実施例１）出発物質として、平均粒径１μ
ｍ以下のＧｄ2Ｏ3およびＡｌ2Ｏ3粉末を用い、これらを
化学量論比としてＧｄＡｌＯ3が形成されるような分量
で混合し、プレス機を用いて、室温、大気中で約１ｔ／
ｃｍ2の圧力でコールドプレスし、ペレット状の固体に
成形した。このペレットを、大気雰囲気の１７５０〜１
８００℃の炉で１時間の熱処理を施した。
ｍ以下のＧｄ2Ｏ3およびＡｌ2Ｏ3粉末を用い、これらを
化学量論比としてＧｄＡｌＯ3が形成されるような分量
で混合し、プレス機を用いて、室温、大気中で約１ｔ／
ｃｍ2の圧力でコールドプレスし、ペレット状の固体に
成形した。このペレットを、大気雰囲気の１７５０〜１
８００℃の炉で１時間の熱処理を施した。
【００２７】得られた物質は、Ｘ線解析および比熱測定
の結果から、ＧｄＡｌＯ3単相からなる多結晶体である
ことが確認された。得られたＧｄＡｌＯ3多結晶体の比
熱測定の結果を、図１に、ＧｄＡｌＯ3として示した。
また、図１には、一般的な冷媒物質であるヘリウム（Ｈ
ｅ−０．５ＭＰａ）および、一般的な蓄冷材であるＰ
ｂ、ＥｒＮｉ、ＨｏＣｕ2の比熱特性も示した。
の結果から、ＧｄＡｌＯ3単相からなる多結晶体である
ことが確認された。得られたＧｄＡｌＯ3多結晶体の比
熱測定の結果を、図１に、ＧｄＡｌＯ3として示した。
また、図１には、一般的な冷媒物質であるヘリウム（Ｈ
ｅ−０．５ＭＰａ）および、一般的な蓄冷材であるＰ
ｂ、ＥｒＮｉ、ＨｏＣｕ2の比熱特性も示した。
【００２８】図１より、ＧｄＡｌＯ3は４Ｋ付近で極め
て高い熱容量を示し、ヘリウム冷媒以上の大きな熱容量
を有することが確認された。また、その値は、４〜２Ｋ
付近に至るまで０．２Ｊ／ｃｃＫ以上と高い熱容量であ
った。
て高い熱容量を示し、ヘリウム冷媒以上の大きな熱容量
を有することが確認された。また、その値は、４〜２Ｋ
付近に至るまで０．２Ｊ／ｃｃＫ以上と高い熱容量であ
った。
【００２９】ＧｄＡｌＯ3単結晶の比熱は既知であった
が、これにより上記方法で得られたＧｄＡｌＯ3多結晶
体が極低温磁性蓄冷材として極めて有用であることわか
った。
が、これにより上記方法で得られたＧｄＡｌＯ3多結晶
体が極低温磁性蓄冷材として極めて有用であることわか
った。
【００３０】なお、ＧｄＡｌＯ3の５Ｋ以上での熱容量
は高くないため、従来の蓄冷材と組み合わせて使用する
ことで、広い温度領域に使用できる蓄冷材を得ることが
できる。 （実施例２）実施例１における出発物質をＤｙ2Ｏ3およ
びＡｌ2Ｏ3粉末とし、これらを化学量論比としてＤｙＡ
ｌＯ3が形成されるような分量で混合し、その他は実施
例１と同様の条件で蓄冷材を作製した。
は高くないため、従来の蓄冷材と組み合わせて使用する
ことで、広い温度領域に使用できる蓄冷材を得ることが
できる。 （実施例２）実施例１における出発物質をＤｙ2Ｏ3およ
びＡｌ2Ｏ3粉末とし、これらを化学量論比としてＤｙＡ
ｌＯ3が形成されるような分量で混合し、その他は実施
例１と同様の条件で蓄冷材を作製した。
【００３１】得られたＤｙＡｌＯ3蓄冷材は、Ｘ線解析
の結果から、ＤｙＡｌＯ3単相からなる多結晶体である
ことが確認された。
の結果から、ＤｙＡｌＯ3単相からなる多結晶体である
ことが確認された。
【００３２】このＤｙＡｌＯ3蓄冷材の比熱測定の結果
をＤｙＡｌＯ3とし、図１に示した。その結果、３Ｋ付
近で０．６Ｊ／ｃｃＫ程度の高い熱容量を示すことが確
認された。このＤｙＡｌＯ3蓄冷材の比熱は、ＧｄＡｌ
Ｏ3蓄冷材よりも小さい値を示すが、従来の蓄冷材と比
較すると４Ｋ以下の温度領域での熱容量が大きい。 （実施例３）実施例１における出発物質の配合を、化学
量論比として、Ｇｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3（ｘ＝１．５）が形
成されるような分量とし、その他は実施例１と同様の条
件で蓄冷材を作製した。
をＤｙＡｌＯ3とし、図１に示した。その結果、３Ｋ付
近で０．６Ｊ／ｃｃＫ程度の高い熱容量を示すことが確
認された。このＤｙＡｌＯ3蓄冷材の比熱は、ＧｄＡｌ
Ｏ3蓄冷材よりも小さい値を示すが、従来の蓄冷材と比
較すると４Ｋ以下の温度領域での熱容量が大きい。 （実施例３）実施例１における出発物質の配合を、化学
量論比として、Ｇｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3（ｘ＝１．５）が形
成されるような分量とし、その他は実施例１と同様の条
件で蓄冷材を作製した。
【００３３】得られたＧｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3蓄冷材は、Ｘ
線解析の結果から、ＧｄＡｌＯ3相にＧｄ2Ｏ3相が析出
した混晶であることが確認された。
線解析の結果から、ＧｄＡｌＯ3相にＧｄ2Ｏ3相が析出
した混晶であることが確認された。
【００３４】このＧｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3蓄冷材の比熱測定
の結果をＧｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3とし、図１に示した。その
結果、４〜１．５Ｋ付近で０．２Ｊ／ｃｃＫ以上もの高
い熱容量を示し、４Ｋおよび２Ｋに２つの比熱ピークを
持つことが確認された。 （実施例４）実施例１で得られたＧｄＡｌＯ3多結晶体
蓄冷材を粉砕し、さらに回転ドラムを用いて球体化し、
回収した粉砕粒をスクリーニングすることで、直径約１
３３〜５００μｍに分布する顆粒を選別した。この顆粒
状ＧｄＡｌＯ3蓄冷材の冷凍特性を、図２に示した消費
電力３．３ｋＷの蓄冷型パルスチューブ冷凍機（１）を
用いて調べた。
の結果をＧｄ1.5Ａｌ0.5Ｏ3とし、図１に示した。その
結果、４〜１．５Ｋ付近で０．２Ｊ／ｃｃＫ以上もの高
い熱容量を示し、４Ｋおよび２Ｋに２つの比熱ピークを
持つことが確認された。 （実施例４）実施例１で得られたＧｄＡｌＯ3多結晶体
蓄冷材を粉砕し、さらに回転ドラムを用いて球体化し、
回収した粉砕粒をスクリーニングすることで、直径約１
３３〜５００μｍに分布する顆粒を選別した。この顆粒
状ＧｄＡｌＯ3蓄冷材の冷凍特性を、図２に示した消費
電力３．３ｋＷの蓄冷型パルスチューブ冷凍機（１）を
用いて調べた。
【００３５】この冷凍機（１）には、２段の蓄冷器
（７、８）が設置されており、高温側にある１段目の蓄
冷器（７）にはステンレスが使用され、低温側にある、
図中、点線で囲まれた２段目の蓄冷器（８）には蓄冷材
が充填されている。図３（Ａ）に、２段目の蓄冷器
（８）の構成を示した。２段目の蓄冷器（８）には、温
度の高い側から順に、鉛（９ａ）と、磁性蓄冷材である
Ｅｒ3Ｎｉ（１０ａ）およびＨｏＣｕ2（１１ａ）が充填
されており、各々の体積比は２：１：１である。あらか
じめ、この冷凍機の冷凍特性を調べ、図４の（Ａ）に示
した。図４（Ａ）より、この冷凍機は、４．２Ｋでの冷
凍能力が約１６５ｍＷであり、無負荷時の最低到達温度
は約２．９Ｋであった。
（７、８）が設置されており、高温側にある１段目の蓄
冷器（７）にはステンレスが使用され、低温側にある、
図中、点線で囲まれた２段目の蓄冷器（８）には蓄冷材
が充填されている。図３（Ａ）に、２段目の蓄冷器
（８）の構成を示した。２段目の蓄冷器（８）には、温
度の高い側から順に、鉛（９ａ）と、磁性蓄冷材である
Ｅｒ3Ｎｉ（１０ａ）およびＨｏＣｕ2（１１ａ）が充填
されており、各々の体積比は２：１：１である。あらか
じめ、この冷凍機の冷凍特性を調べ、図４の（Ａ）に示
した。図４（Ａ）より、この冷凍機は、４．２Ｋでの冷
凍能力が約１６５ｍＷであり、無負荷時の最低到達温度
は約２．９Ｋであった。
【００３６】これに対し、この蓄冷器のＨｏＣｕ2蓄冷
材（１１ａ）の、低温側の２５体積％分を、上記のＧｄ
ＡｌＯ3蓄冷材に置き換えた場合の冷凍特性を調べた。
置換後の蓄冷器の構成と冷凍特性とを、それぞれ図３
（Ｂ）、図４（Ｂ）に示した。
材（１１ａ）の、低温側の２５体積％分を、上記のＧｄ
ＡｌＯ3蓄冷材に置き換えた場合の冷凍特性を調べた。
置換後の蓄冷器の構成と冷凍特性とを、それぞれ図３
（Ｂ）、図４（Ｂ）に示した。
【００３７】図４（Ｂ）より、この発明のＧｄＡｌＯ3
蓄冷材を用いた蓄冷器は、明らかに冷凍能力が増大し、
４．２Ｋでは２４４ｍＷの冷凍能力が得られた。また、
無負荷時の最低到達温度も低下し、２．５５Ｋとなっ
た。
蓄冷材を用いた蓄冷器は、明らかに冷凍能力が増大し、
４．２Ｋでは２４４ｍＷの冷凍能力が得られた。また、
無負荷時の最低到達温度も低下し、２．５５Ｋとなっ
た。
【００３８】また、従来の蓄冷器（図３（Ａ））を用い
た場合の冷凍能力に対する、この発明のＧｄＡｌＯ3充
填蓄冷器（図３（Ｂ））を用いた場合の冷凍能力の比
を、図５に示した。
た場合の冷凍能力に対する、この発明のＧｄＡｌＯ3充
填蓄冷器（図３（Ｂ））を用いた場合の冷凍能力の比
を、図５に示した。
【００３９】図５より、この発明のＧｄＡｌＯ3蓄冷器
は、従来の蓄冷器に対して、４．２Ｋにおいて約１．５
倍の冷凍能力を有することが確認できた。また、温度の
低下とともに冷凍能力の比は増加し、３Ｋでは７倍にも
達することが確認できた。
は、従来の蓄冷器に対して、４．２Ｋにおいて約１．５
倍の冷凍能力を有することが確認できた。また、温度の
低下とともに冷凍能力の比は増加し、３Ｋでは７倍にも
達することが確認できた。
【００４０】以上より、この出願の発明によるＧｄＡｌ
Ｏ3蓄冷材を用いることで、冷凍機の冷凍特性が改善さ
れることが明らかとなった。特に、４．２Ｋでの冷凍能
力が１．５倍となることは、従来の金属間化合物磁性蓄
冷材に比べ、超伝導マグネットの冷却装置等に著しい性
能向上をもたらす。
Ｏ3蓄冷材を用いることで、冷凍機の冷凍特性が改善さ
れることが明らかとなった。特に、４．２Ｋでの冷凍能
力が１．５倍となることは、従来の金属間化合物磁性蓄
冷材に比べ、超伝導マグネットの冷却装置等に著しい性
能向上をもたらす。
【００４１】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、４．２Ｋ以下の冷凍温度領域で高い冷凍能力を有
し、かつ、最低到達温度を低下させることのできる新規
な酸化物蓄冷材と、それを充填した蓄冷器が提供され
る。
って、４．２Ｋ以下の冷凍温度領域で高い冷凍能力を有
し、かつ、最低到達温度を低下させることのできる新規
な酸化物蓄冷材と、それを充填した蓄冷器が提供され
る。
【図１】この発明の酸化物蓄冷材と、ヘリウムおよび従
来の蓄冷材の、比熱特性を例示した図である。
来の蓄冷材の、比熱特性を例示した図である。
【図２】蓄冷型パルスチューブ冷凍機を例示した図であ
る。
る。
【図３】従来の蓄冷器（Ａ）と、この発明のＧｄＡｌＯ
3充填蓄冷器（Ｂ）とを例示した図である。
3充填蓄冷器（Ｂ）とを例示した図である。
【図４】従来の蓄冷器の冷凍能力（Ａ）と、この発明の
ＧｄＡｌＯ3充填蓄冷器の冷凍能力（Ｂ）を例示した図
である。
ＧｄＡｌＯ3充填蓄冷器の冷凍能力（Ｂ）を例示した図
である。
【図５】従来の蓄冷器に対する、この発明のＧｄＡｌＯ
3充填蓄冷器の冷凍能力の比を例示した図である。
3充填蓄冷器の冷凍能力の比を例示した図である。
１ 蓄冷型パルスチューブ冷凍機 ２ 貯蔵タンク ３ 排出バルブ ４ ダブル注入バルブ ５ 第１パルスチューブ ６ 第２パルスチューブ ７ １段目蓄冷器 ８ ２段目蓄冷器 ９ａ，９ｂ 鉛蓄冷材 １０ａ，１０ｂ Ｅｒ3Ｎｉ蓄冷材 １１ａ，１１ｂ ＨｏＣｕ2蓄冷材 １２ ＧｄＡｌＯ3酸化物蓄冷材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500123810 和田 仁 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 沼澤 健則 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 佐藤 明男 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 和田 仁 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 4D047 DB03
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式 ＭXＡｌ2-XＯ3（式中、Ｍは一種
以上の希土類元素を示し、ｘは、１≦ｘ≦１．５を満た
す数である）で表されることを特徴とする酸化物蓄冷
材。 - 【請求項２】 請求項１記載の酸化物蓄冷材を充填した
ことを特徴とする蓄冷器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000078973A JP2001262134A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 酸化物蓄冷材および蓄冷器 |
| US09/811,628 US20020031464A1 (en) | 2000-03-21 | 2001-03-20 | Oxide regenerator material and regenerator |
| EP01302621A EP1136445A1 (en) | 2000-03-21 | 2001-03-21 | Oxidic regenerator material and regenerator comprising the material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000078973A JP2001262134A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 酸化物蓄冷材および蓄冷器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001262134A true JP2001262134A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18596300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000078973A Pending JP2001262134A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 酸化物蓄冷材および蓄冷器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020031464A1 (ja) |
| EP (1) | EP1136445A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001262134A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002249763A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-09-06 | Toshiba Corp | 蓄冷材，その製造方法およびその蓄冷材を用いた冷凍機 |
| JP2003073661A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-03-12 | Konoshima Chemical Co Ltd | 希土類オキシ硫化物蓄冷材及び蓄冷器 |
| JP2010163510A (ja) * | 2009-01-14 | 2010-07-29 | Institute Of Physical & Chemical Research | 蓄熱材 |
| CN103363706A (zh) * | 2012-04-04 | 2013-10-23 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机 |
| CN104048466A (zh) * | 2013-03-15 | 2014-09-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 蓄冷方法及应用该蓄冷方法的脉冲管制冷系统 |
| JP2015071795A (ja) * | 2015-01-21 | 2015-04-16 | 独立行政法人理化学研究所 | 蓄熱材 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7321732B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-08-07 | 株式会社東芝 | 蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、クライオポンプ、及び、磁界印加式単結晶引上げ装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4340405A (en) * | 1980-10-29 | 1982-07-20 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Apparatus and method for maintaining low temperatures about an object at a remote location |
| JPS58124178A (ja) * | 1982-01-20 | 1983-07-23 | アメリカ合衆国 | ホイ−ル型磁気冷凍機 |
| JPS6197132A (ja) * | 1984-10-16 | 1986-05-15 | Natl Res Inst For Metals | 磁気冷凍作業物質 |
| JPS6446545A (en) * | 1987-08-14 | 1989-02-21 | Hitachi Ltd | Magnetic refrigerator |
| JP2001317824A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Daikin Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| JP2001354474A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-25 | Konoshima Chemical Co Ltd | 酸化物セラミックス蓄冷材とその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4296608A (en) * | 1979-04-13 | 1981-10-27 | Corning Glass Works | Cryogenic ceramic and apparatus |
-
2000
- 2000-03-21 JP JP2000078973A patent/JP2001262134A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-20 US US09/811,628 patent/US20020031464A1/en not_active Abandoned
- 2001-03-21 EP EP01302621A patent/EP1136445A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4340405A (en) * | 1980-10-29 | 1982-07-20 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Apparatus and method for maintaining low temperatures about an object at a remote location |
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| JPS6197132A (ja) * | 1984-10-16 | 1986-05-15 | Natl Res Inst For Metals | 磁気冷凍作業物質 |
| JPS6446545A (en) * | 1987-08-14 | 1989-02-21 | Hitachi Ltd | Magnetic refrigerator |
| JP2001317824A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Daikin Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| JP2001354474A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-25 | Konoshima Chemical Co Ltd | 酸化物セラミックス蓄冷材とその製造方法 |
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| JP2003073661A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-03-12 | Konoshima Chemical Co Ltd | 希土類オキシ硫化物蓄冷材及び蓄冷器 |
| JP2010163510A (ja) * | 2009-01-14 | 2010-07-29 | Institute Of Physical & Chemical Research | 蓄熱材 |
| CN103363706A (zh) * | 2012-04-04 | 2013-10-23 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机 |
| CN103363706B (zh) * | 2012-04-04 | 2016-03-30 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机 |
| CN104048466A (zh) * | 2013-03-15 | 2014-09-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 蓄冷方法及应用该蓄冷方法的脉冲管制冷系统 |
| CN104048466B (zh) * | 2013-03-15 | 2016-04-20 | 中国科学院理化技术研究所 | 蓄冷方法及应用该蓄冷方法的脉冲管制冷系统 |
| JP2015071795A (ja) * | 2015-01-21 | 2015-04-16 | 独立行政法人理化学研究所 | 蓄熱材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020031464A1 (en) | 2002-03-14 |
| EP1136445A1 (en) | 2001-09-26 |
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