JP3122214B2 - 蓄冷材料及び冷凍機 - Google Patents
蓄冷材料及び冷凍機Info
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- JP3122214B2 JP3122214B2 JP04019280A JP1928092A JP3122214B2 JP 3122214 B2 JP3122214 B2 JP 3122214B2 JP 04019280 A JP04019280 A JP 04019280A JP 1928092 A JP1928092 A JP 1928092A JP 3122214 B2 JP3122214 B2 JP 3122214B2
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- substance
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/0009—Antiferromagnetic materials, i.e. materials exhibiting a Néel transition temperature
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄冷材料及びこれを用
いた冷凍機に関する。
いた冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超伝導技術の発展は著しく、その
応用分野が拡大するに伴って小型で高性能の冷凍機の開
発が不可欠になってきている。かかる小型冷凍機は、軽
量・小型で熱効率の高いことが要求されている。このよ
うなことから、スターリングサイクルによる気体冷凍
や、磁気熱量効果を用いた磁気冷凍等の研究が盛んに行
われている。
応用分野が拡大するに伴って小型で高性能の冷凍機の開
発が不可欠になってきている。かかる小型冷凍機は、軽
量・小型で熱効率の高いことが要求されている。このよ
うなことから、スターリングサイクルによる気体冷凍
や、磁気熱量効果を用いた磁気冷凍等の研究が盛んに行
われている。
【０００３】前記スターリングサイクル等の熱サイクル
による気体冷凍の高性能化を図るには、蓄冷器、圧縮部
及び膨張部の改良が重要な課題となっている。特に、蓄
冷器を構成する充填物質である蓄冷材料はその性能を大
きく左右する。
による気体冷凍の高性能化を図るには、蓄冷器、圧縮部
及び膨張部の改良が重要な課題となっている。特に、蓄
冷器を構成する充填物質である蓄冷材料はその性能を大
きく左右する。
【０００４】蓄冷器においては従来より充填物質を鉛ま
たは青銅のボール、或いは銅、燐青銅の金網層から形成
している。しかしながら、かかる充填物質は比熱が１０
Ｋ以下の低温で急激に小さくなるため、上述の気体冷凍
において低温（１０Ｋ以下）で気体冷却効率が著しく低
下するという問題があった。
たは青銅のボール、或いは銅、燐青銅の金網層から形成
している。しかしながら、かかる充填物質は比熱が１０
Ｋ以下の低温で急激に小さくなるため、上述の気体冷凍
において低温（１０Ｋ以下）で気体冷却効率が著しく低
下するという問題があった。
【０００５】これに対して、蓄冷材料として２０Ｋ以下
に比熱の最大値を有し、かつその値が単位体積あたりの
比熱（体積比熱）で充分に大きいＲ・Ｒｈの金属間化合
物（Ｒ；Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、
Ｙｂ）を用いることが提案されている（特開昭51-52378
号）。
に比熱の最大値を有し、かつその値が単位体積あたりの
比熱（体積比熱）で充分に大きいＲ・Ｒｈの金属間化合
物（Ｒ；Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、
Ｙｂ）を用いることが提案されている（特開昭51-52378
号）。
【０００６】しかしながら、かかる蓄冷材料は一構成成
分であるＲｈ（ロジウム）が極めて高価であるため、数
百グラムオーダで使用する蓄冷器の充填物質としては実
用化の点で問題である。
分であるＲｈ（ロジウム）が極めて高価であるため、数
百グラムオーダで使用する蓄冷器の充填物質としては実
用化の点で問題である。
【０００７】さらに、２０Ｋ以下の比熱が充分に大きく
且つ安価である蓄冷材料Ｒ・ＭZ （Ｒ；Ｓｃ，Ｙ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ、 Ｍ；Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｐｄ，Ｂ，
Ｓｉ，Ｐ，Ｃ、 ｚ；０．００１≦ｚ≦９．０）が提案
されている（特開平1-310269号）。
且つ安価である蓄冷材料Ｒ・ＭZ （Ｒ；Ｓｃ，Ｙ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ、 Ｍ；Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｐｄ，Ｂ，
Ｓｉ，Ｐ，Ｃ、 ｚ；０．００１≦ｚ≦９．０）が提案
されている（特開平1-310269号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特に 4Ｈｅ冷凍機用を
考えた場合は、蓄冷材料が４〜５Ｋ付近に大きな比熱を
持つことが冷凍機の性能を左右する重要な鍵となってい
るが、使用される気体冷凍機の目的温度に応じた冷却効
率を持つ磁性蓄熱材料の提供は困難であった。
考えた場合は、蓄冷材料が４〜５Ｋ付近に大きな比熱を
持つことが冷凍機の性能を左右する重要な鍵となってい
るが、使用される気体冷凍機の目的温度に応じた冷却効
率を持つ磁性蓄熱材料の提供は困難であった。
【０００９】本発明は、比較的低い磁気相転移温度を持
つ２つの物質の固溶系に於いて、出発物質の両者より低
い磁気相転移温度を実現することのできる点に着目し、
高い冷却効率を実現できる蓄冷材料を提供することを目
的とする。
つ２つの物質の固溶系に於いて、出発物質の両者より低
い磁気相転移温度を実現することのできる点に着目し、
高い冷却効率を実現できる蓄冷材料を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、例え
ば２０Ｋ以下程度の極低温での磁気相転移に伴う比熱の
異常を用いた蓄冷材料において、その磁性のタイプが異
なる２種以上の物質の固溶系からなり、この固溶系の磁
気相転移点が、出発物質のそれより低いことを特徴とす
る磁性蓄冷材料である。
ば２０Ｋ以下程度の極低温での磁気相転移に伴う比熱の
異常を用いた蓄冷材料において、その磁性のタイプが異
なる２種以上の物質の固溶系からなり、この固溶系の磁
気相転移点が、出発物質のそれより低いことを特徴とす
る磁性蓄冷材料である。
【００１１】すなわち本発明は、磁性のタイプが異なる
２種以上の物質の固溶系を作り、磁性イオン間の相互作
用を競合させることにより、出発物質より磁気相転移温
度を低下させた蓄冷物質を与えるものである。
２種以上の物質の固溶系を作り、磁性イオン間の相互作
用を競合させることにより、出発物質より磁気相転移温
度を低下させた蓄冷物質を与えるものである。
【００１２】上記蓄冷材料の磁気相転移を担う磁性イオ
ンとしては、例えば希土類（Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ）イオン、または遷移金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ）イオンが挙げられる。希土類磁性イオンの磁
性を担っているのは４ｆ電子であるが、４ｆ電子は、非
常に局在性が強く波動関数の広がりが狭いため、４ｆ電
子間相互作用は波動関数の重なりによる直接相互作用(d
irect exchange)ではなく、伝導電子を媒介としたＲＫ
ＫＹ相互作用で良く記述できる。以下、ＲＫＫＹ相互作
用によって良く記述できる様な物質系で、磁性イオン間
の相互作用とその競合の方法について詳しく述べる。
ンとしては、例えば希土類（Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ）イオン、または遷移金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ）イオンが挙げられる。希土類磁性イオンの磁
性を担っているのは４ｆ電子であるが、４ｆ電子は、非
常に局在性が強く波動関数の広がりが狭いため、４ｆ電
子間相互作用は波動関数の重なりによる直接相互作用(d
irect exchange)ではなく、伝導電子を媒介としたＲＫ
ＫＹ相互作用で良く記述できる。以下、ＲＫＫＹ相互作
用によって良く記述できる様な物質系で、磁性イオン間
の相互作用とその競合の方法について詳しく述べる。
【００１３】まず、ミクロな視点から考える。いま、ｉ
番目の格子点にあるにある１つの磁性イオンに属する局
在電子のスピンの総和をｓi とすると、一般に、磁性イ
オン間に働く交換相互作用は、−Ｊij・ｓi ・ｓj （ｓ
i ；ｉ番目の磁性イオンの全スピン，ｓj ；ｊ番目の磁
性イオンの全スピン，Ｊij；ｉ番目とｊ番目の磁性イオ
ンのスピン間に働く交換相互作用の大きさを表す係数）
と表すことができ、この相互作用係数Ｊijの符号の正負
により、磁性イオンのスピン間の相互作用のタイプが異
なる。即ち、Ｊij＞０のとき、モーメントは互いに平行
にＣｏｕｐｌｅし（強磁性的）（図１参照）、Ｊij＜０
のとき、モーメントは互いに反平行にＣｏｕｐｌｅする
（反強磁性的）（図２参照）。
番目の格子点にあるにある１つの磁性イオンに属する局
在電子のスピンの総和をｓi とすると、一般に、磁性イ
オン間に働く交換相互作用は、−Ｊij・ｓi ・ｓj （ｓ
i ；ｉ番目の磁性イオンの全スピン，ｓj ；ｊ番目の磁
性イオンの全スピン，Ｊij；ｉ番目とｊ番目の磁性イオ
ンのスピン間に働く交換相互作用の大きさを表す係数）
と表すことができ、この相互作用係数Ｊijの符号の正負
により、磁性イオンのスピン間の相互作用のタイプが異
なる。即ち、Ｊij＞０のとき、モーメントは互いに平行
にＣｏｕｐｌｅし（強磁性的）（図１参照）、Ｊij＜０
のとき、モーメントは互いに反平行にＣｏｕｐｌｅする
（反強磁性的）（図２参照）。
【００１４】しかし、実際の系は莫大な数の磁性イオン
から成っているため、より複雑である。物質系全体の磁
気的相互作用の強さを表す量（磁気相転移点に比例した
量）Ｊ（Ｑ）を、次式で定義することができる。 Ｊ（Ｑ）＝ΣＺi ・Ｊij・ｅ-iQR （１） 但し、Ｑは物質系の磁気構造を表すベクトルであり、Ｒ
はｉ番目磁性イオンからｊ番目の磁性イオンへ向かうベ
クトルである。さらに、Ａi ＝ΣＺi ・ｅ-iQR とおく
と、（１）式は、 Ｊ（Ｑ）＝Ａ1 ・Ｊ1 ＋Ａ2 ・Ｊ2 ＋Ａ3 ・Ｊ3 ＋・・ （２） と展開することができる。
から成っているため、より複雑である。物質系全体の磁
気的相互作用の強さを表す量（磁気相転移点に比例した
量）Ｊ（Ｑ）を、次式で定義することができる。 Ｊ（Ｑ）＝ΣＺi ・Ｊij・ｅ-iQR （１） 但し、Ｑは物質系の磁気構造を表すベクトルであり、Ｒ
はｉ番目磁性イオンからｊ番目の磁性イオンへ向かうベ
クトルである。さらに、Ａi ＝ΣＺi ・ｅ-iQR とおく
と、（１）式は、 Ｊ（Ｑ）＝Ａ1 ・Ｊ1 ＋Ａ2 ・Ｊ2 ＋Ａ3 ・Ｊ3 ＋・・ （２） と展開することができる。
【００１５】ここで、磁性を担う電子のスピン間相互作
用がＲＫＫＹ相互作用であるような系に於いては、Ｊij
（磁性イオンのスピン間の交換相互作用の大きさを表す
係数）は、ｉ−ｊスピン間の距離Ｒとフェルミ波数ｋF
の積ｋF ・Ｒの関数である。Ｊ（ｋF ・Ｒ）を図３に示
す。図３から分かるように、磁性物質中での磁性イオン
間の相互作用は、最近接磁性イオン間の相互作用が最も
強く、第２近接、第３近接、・・と高次の相互作用にな
るに連れ、スクリーニング効果によって弱くなる。 こ
のような、ＲＫＫＹ的な振動する長距離秩序の相互作用
によって、強磁性的相互作用（Ｆerro coupling)，反強
磁性的相互作用（Ａntiferro coupling)という符号が異
なる磁性イオン間相互作用が競合し、その結果、相互作
用の大きさが小さくなり磁気相転移温度を低下させるこ
とができる。
用がＲＫＫＹ相互作用であるような系に於いては、Ｊij
（磁性イオンのスピン間の交換相互作用の大きさを表す
係数）は、ｉ−ｊスピン間の距離Ｒとフェルミ波数ｋF
の積ｋF ・Ｒの関数である。Ｊ（ｋF ・Ｒ）を図３に示
す。図３から分かるように、磁性物質中での磁性イオン
間の相互作用は、最近接磁性イオン間の相互作用が最も
強く、第２近接、第３近接、・・と高次の相互作用にな
るに連れ、スクリーニング効果によって弱くなる。 こ
のような、ＲＫＫＹ的な振動する長距離秩序の相互作用
によって、強磁性的相互作用（Ｆerro coupling)，反強
磁性的相互作用（Ａntiferro coupling)という符号が異
なる磁性イオン間相互作用が競合し、その結果、相互作
用の大きさが小さくなり磁気相転移温度を低下させるこ
とができる。
【００１６】例えばＪ2 ，Ｊ3 に比べてＪ1 が支配的な
系に於いて、図４の様なＪ1 （正）を持つ反強磁性物質
と、図５の様なＪ1 （負）を持つ強磁性物質を固溶させ
ることによってｋF ・Ｒを制御し、０近傍のＪ1 を実現
するとき（図６）、相互作用が弱まり、磁気相転移点を
下げることができる。
系に於いて、図４の様なＪ1 （正）を持つ反強磁性物質
と、図５の様なＪ1 （負）を持つ強磁性物質を固溶させ
ることによってｋF ・Ｒを制御し、０近傍のＪ1 を実現
するとき（図６）、相互作用が弱まり、磁気相転移点を
下げることができる。
【００１７】また、Ｊ1 に比してＪ2 ，Ｊ3 も無視でき
ないような（高次の相互作用まで重要な）系に於いて
も、Ｊ1 が殆ど０で、Ｊ2 ，Ｊ3 が図７の様な系と、図
８の様な系の固溶系に於いて、Ｊ2 ，Ｊ3 がキャンセル
したかたちを実現させた場合や（図９）、Ｊ1 ，Ｊ2 ，
Ｊ3 が全体で丁度キャンセルするようにｋF ・Ｒを制御
した場合、相互作用が弱まり、磁気相転移点を下げるこ
とができる。磁性のタイプが異なる２種以上の物質の組
み合わせの具体な例として、以下の様な組み合わせを挙
げることができる。
ないような（高次の相互作用まで重要な）系に於いて
も、Ｊ1 が殆ど０で、Ｊ2 ，Ｊ3 が図７の様な系と、図
８の様な系の固溶系に於いて、Ｊ2 ，Ｊ3 がキャンセル
したかたちを実現させた場合や（図９）、Ｊ1 ，Ｊ2 ，
Ｊ3 が全体で丁度キャンセルするようにｋF ・Ｒを制御
した場合、相互作用が弱まり、磁気相転移点を下げるこ
とができる。磁性のタイプが異なる２種以上の物質の組
み合わせの具体な例として、以下の様な組み合わせを挙
げることができる。
【００１８】１．強磁性物質（ＴC ＝１３Ｋ）であるＥ
ｒ3 Ｃｏと、反強磁性物質（ＴN ＝６Ｋ）であるＥｒ3
Ｎｉの擬二元系Ｅｒ3 （Ｎｉ1-X ＣｏX ）。
ｒ3 Ｃｏと、反強磁性物質（ＴN ＝６Ｋ）であるＥｒ3
Ｎｉの擬二元系Ｅｒ3 （Ｎｉ1-X ＣｏX ）。
【００１９】２．強磁性物質（ＴC ＝３３Ｋ）であるＨ
ｏ3 Ａｌ2 と反強磁性物質（ＴN ＝９Ｋ）であるＥｒ3
Ａｌ2 の擬二元系（Ｅｒ1-X ＨｏX ）3 Ａｌ2 。 ３．強磁性物質（ＴC ＝２６Ｋ）であるＨｏＡｌと反強
磁性物質（ＴN ＝１３Ｋ）であるＥｒＡｌの擬二元系
（Ｅｒ1-X ＨｏX ）Ａｌ。
ｏ3 Ａｌ2 と反強磁性物質（ＴN ＝９Ｋ）であるＥｒ3
Ａｌ2 の擬二元系（Ｅｒ1-X ＨｏX ）3 Ａｌ2 。 ３．強磁性物質（ＴC ＝２６Ｋ）であるＨｏＡｌと反強
磁性物質（ＴN ＝１３Ｋ）であるＥｒＡｌの擬二元系
（Ｅｒ1-X ＨｏX ）Ａｌ。
【００２０】上述のように、本発明の技術は、低温の磁
気相転移に伴う比熱異常（大きな比熱）を利用する蓄冷
材料において、その磁性のタイプが異なる２種以上の物
質（例えば；強磁性物質と反強磁性物質，強磁性物質と
フェリ磁性物質，フェリ磁性物質と反強磁性物質など）
を合金化することによって、異なるタイプの磁気的相互
作用を競合させ、磁気相転移温度（比熱がピークを示す
温度）を出発物質の両者より低下させ、これを適宜制御
して、搭載される気体冷凍器の目的温度に応じた比熱の
形を提供することができる。
気相転移に伴う比熱異常（大きな比熱）を利用する蓄冷
材料において、その磁性のタイプが異なる２種以上の物
質（例えば；強磁性物質と反強磁性物質，強磁性物質と
フェリ磁性物質，フェリ磁性物質と反強磁性物質など）
を合金化することによって、異なるタイプの磁気的相互
作用を競合させ、磁気相転移温度（比熱がピークを示す
温度）を出発物質の両者より低下させ、これを適宜制御
して、搭載される気体冷凍器の目的温度に応じた比熱の
形を提供することができる。
【００２１】また、上記蓄冷材料が、デバイ温度が１５
０Ｋ以下であり、１０Ｋ乃至４０Ｋの温度領域でも、そ
の格子比熱が充分に（Ｐｂと同程度に）大きければ、２
０Ｋ近傍の温度領域に於いては、従来の蓄冷物質である
Ｐｂなみの蓄冷効率を持ち、且つ、１０Ｋ以下の低温領
域でも、上述の磁気相転移に伴う大きな比熱を持ち、し
かも搭載される気体冷凍気の目的温度に応じた比熱の形
を提供するように磁気相転移温度を制御した蓄冷材料を
与えることができる。
０Ｋ以下であり、１０Ｋ乃至４０Ｋの温度領域でも、そ
の格子比熱が充分に（Ｐｂと同程度に）大きければ、２
０Ｋ近傍の温度領域に於いては、従来の蓄冷物質である
Ｐｂなみの蓄冷効率を持ち、且つ、１０Ｋ以下の低温領
域でも、上述の磁気相転移に伴う大きな比熱を持ち、し
かも搭載される気体冷凍気の目的温度に応じた比熱の形
を提供するように磁気相転移温度を制御した蓄冷材料を
与えることができる。
【００２２】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００２３】図１０はＲ3 Ｎｉ系及びＲ3 Ｃｏ系（Ｒ：
希土類元素）の磁気相転移温度を３次元的に示したもの
である。この中から、反強磁性的相互作用をもつＥｒ3
Ｎｉと強磁性的相互作用をもつＥｒ3 Ｃｏに着目した。
希土類元素）の磁気相転移温度を３次元的に示したもの
である。この中から、反強磁性的相互作用をもつＥｒ3
Ｎｉと強磁性的相互作用をもつＥｒ3 Ｃｏに着目した。
【００２４】まず、アーク溶解炉を用いてＥｒ75atom
％、Ｎｉ12.5atom％、残部Ｃｏからなる金属間化合物及
びＥｒ75atom％、Ｎｉ 18.75atom％、残部Ｃｏからなる
金属間化合物及びＥｒ75atom％、Ｎｉ20atom％、残部Ｃ
ｏからなる金属間化合物を調整し、この合金を 700℃、
10-3torr程度の真空中で 100時間の均一化熱処理を施
し、Ｅｒ3 ＮｉとＥｒ3Ｃｏの擬二元系を得た。得られ
た物質のＸ線回折実験によれば、Ｅｒ3ＣｏとＥｒ3 Ｎ
ｉの中間的な結晶構造を持つ金属間化合物の単相が形成
されていることが分かった。Ｅｒ3 ＣｏのＴc は約１３
Ｋ，Ｅｒ3 ＮｉのＴN は約６Ｋであり、この磁気相転移
点で比熱のピークを有する。
％、Ｎｉ12.5atom％、残部Ｃｏからなる金属間化合物及
びＥｒ75atom％、Ｎｉ 18.75atom％、残部Ｃｏからなる
金属間化合物及びＥｒ75atom％、Ｎｉ20atom％、残部Ｃ
ｏからなる金属間化合物を調整し、この合金を 700℃、
10-3torr程度の真空中で 100時間の均一化熱処理を施
し、Ｅｒ3 ＮｉとＥｒ3Ｃｏの擬二元系を得た。得られ
た物質のＸ線回折実験によれば、Ｅｒ3ＣｏとＥｒ3 Ｎ
ｉの中間的な結晶構造を持つ金属間化合物の単相が形成
されていることが分かった。Ｅｒ3 ＣｏのＴc は約１３
Ｋ，Ｅｒ3 ＮｉのＴN は約６Ｋであり、この磁気相転移
点で比熱のピークを有する。
【００２５】ここで、蓄冷効率を考えた場合、冷凍は、
蓄冷材料と作業物質であるＨｅとのエントロピー交換に
より行われるので、これを直接的に見る物理量であるＣ
／Ｔ（各温度での比熱をその温度で割った値）の温度依
存のグラフを図１１、１２、１３、１４、１５に示す。
蓄冷材料と作業物質であるＨｅとのエントロピー交換に
より行われるので、これを直接的に見る物理量であるＣ
／Ｔ（各温度での比熱をその温度で割った値）の温度依
存のグラフを図１１、１２、１３、１４、１５に示す。
【００２６】これにより、Ｎｉ12.5％の試料ではＣ／Ｔ
−Ｔのピーク位置は約 5.5Ｋ、Ｎｉ18.5％及び20％の試
料では磁気的相互作用の競合の結果山は２つのこぶを持
つ様なやや複雑な形を有するが、その低温側のピークの
位置は約 5.7Ｋ及び約４Ｋと何れも出発物質の両者より
低下しており、より低温でのＣ／Ｔが大きい蓄冷材料を
得ることができた。なおこのピークはＣのピークとほぼ
一致する。
−Ｔのピーク位置は約 5.5Ｋ、Ｎｉ18.5％及び20％の試
料では磁気的相互作用の競合の結果山は２つのこぶを持
つ様なやや複雑な形を有するが、その低温側のピークの
位置は約 5.7Ｋ及び約４Ｋと何れも出発物質の両者より
低下しており、より低温でのＣ／Ｔが大きい蓄冷材料を
得ることができた。なおこのピークはＣのピークとほぼ
一致する。
【００２７】またＥｒ3 ＮｉとＥｒ3 Ｃｏの擬二元系に
おける磁気相転移温度の組成依存を図１６に示す。Ｘが
0.5 以上の領域で転移点の下がる領域のあることがわか
る。好ましくは、0.65≦ｘ≦0.85である。従ってこの様
な材料を用いることにより所望の温度域に有効な蓄冷器
を得ることができ、結果として高効率の冷凍機を得るこ
とができる。
おける磁気相転移温度の組成依存を図１６に示す。Ｘが
0.5 以上の領域で転移点の下がる領域のあることがわか
る。好ましくは、0.65≦ｘ≦0.85である。従ってこの様
な材料を用いることにより所望の温度域に有効な蓄冷器
を得ることができ、結果として高効率の冷凍機を得るこ
とができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
温の磁気相転移に伴う比熱異常（大きな比熱）を利用す
る蓄冷材料において、その磁性のタイプが異なる２種以
上の物質（例えば；強磁性物質と反強磁性物質，強磁性
物質とフェリ磁性物質，フェリ磁性物質と反強磁性物質
など）を合金化することによって、異なるタイプの磁気
的相互作用を競合させ、磁気相転移温度（比熱がピーク
を示す温度）を出発物質の両者より低下させ、これを微
妙に制御して、搭載される気体冷凍気の目的温度に応じ
た比熱を持つ蓄冷材料を提供することができる。従って
より気体冷却効率の高い蓄冷材料を設計することが可能
となり、工業的に寄与するところ大なるものである。
温の磁気相転移に伴う比熱異常（大きな比熱）を利用す
る蓄冷材料において、その磁性のタイプが異なる２種以
上の物質（例えば；強磁性物質と反強磁性物質，強磁性
物質とフェリ磁性物質，フェリ磁性物質と反強磁性物質
など）を合金化することによって、異なるタイプの磁気
的相互作用を競合させ、磁気相転移温度（比熱がピーク
を示す温度）を出発物質の両者より低下させ、これを微
妙に制御して、搭載される気体冷凍気の目的温度に応じ
た比熱を持つ蓄冷材料を提供することができる。従って
より気体冷却効率の高い蓄冷材料を設計することが可能
となり、工業的に寄与するところ大なるものである。
【図１】 ２つのスピン系の平行配列図（Ｊij＞０）
【図２】 ２つのスピン系の反平行配列図（Ｊij＜０）
【図３】 ＲＫＫＹ相互作用の強さを表す関数Ｊ（ｋF
・Ｒ）を示す図
・Ｒ）を示す図
【図４】 相互作用の強さとｋF ・Ｒの関係図
【図５】 相互作用の強さとｋF ・Ｒの関係図
【図６】 相互作用の強さとｋF ・Ｒの関係図
【図７】 相互作用の強さとｋF ・Ｒの関係図
【図８】 相互作用の強さとｋF ・Ｒの関係図
【図９】 相互作用の強さとｋF ・Ｒの関係図
【図１０】 磁気相転移温度を示す図
【図１１】 Ｃ／Ｔ特性図
【図１２】 Ｃ／Ｔ特性図
【図１３】 Ｃ／Ｔ特性図
【図１４】 Ｃ／Ｔ特性図
【図１５】 Ｃ／Ｔ特性図
【図１６】 磁気相転移温度の組成依存性を示す図
１ ｉ番目のスピンｓi ２ ｊ番目のスピンｓj ３ 最近接磁性イオン間の相互作用の大きさＪ1 ４ 第２近接磁性イオン間の相互作用の大きさＪ2 ５ 第３近接磁性イオン間の相互作用の大きさＪ３
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09K 5/14 F25B 21/00 H01F 1/00 C22C 28/00 ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (3)
- 【請求項１】 磁気相転移に伴う比熱の異常を用いた蓄
冷材料において、強磁性物質と反強磁性物質との組み合
せ，強磁性物質とフェリ磁性物質との組み合せおよびフ
ェリ磁性物質と反強磁性物質との組み合せのいずれかの
組み合せによる物質の固溶系からなり、この固溶系の磁
気相転移点が上記組み合せた各物質の磁気相転移点より
低いことを特徴とする蓄冷材料。 - 【請求項２】 前記固溶系は強磁性物質と反強磁性物質
とを組み合わせて合金化したものであることを特徴とす
る請求項１記載の蓄冷材料。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の蓄冷材料が充填
された蓄冷機を用いたことを特徴とする冷凍機。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04019280A JP3122214B2 (ja) | 1991-02-05 | 1992-02-05 | 蓄冷材料及び冷凍機 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-14290 | 1991-02-05 | ||
| JP1429091 | 1991-02-05 | ||
| JP04019280A JP3122214B2 (ja) | 1991-02-05 | 1992-02-05 | 蓄冷材料及び冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570768A JPH0570768A (ja) | 1993-03-23 |
| JP3122214B2 true JP3122214B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=26350212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04019280A Expired - Lifetime JP3122214B2 (ja) | 1991-02-05 | 1992-02-05 | 蓄冷材料及び冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3122214B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012052755A (ja) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Toyama Univ | 磁気冷却材料およびそれを用いた極低温生成方法 |
-
1992
- 1992-02-05 JP JP04019280A patent/JP3122214B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0570768A (ja) | 1993-03-23 |
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