JP3417654B2 - Cryogenic refrigerator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍機に係り、
特に蓄冷式の冷凍機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigerator,
In particular, it relates to a cold storage type refrigerator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】極低温の冷凍機には種々のタイプがあ
る。これらの中にギフォード・マクマホン冷凍機で代表
される蓄冷式の極低温冷凍機がある。この蓄冷式の極低
温冷凍機は、通常、圧縮されたヘリウムガスを蓄冷器に
通して冷却した後に低温部で膨脹させて寒冷を発生さ
せ、この低温のヘリウムガスを逆の経路で蓄冷器に通
し、蓄冷器内の蓄冷材を冷却した後に回収するサイクル
を採用している。2. Description of the Related Art There are various types of cryogenic refrigerators. Among these is a cold storage type cryogenic refrigerator represented by Gifford McMahon refrigerator. This regenerator type cryogenic refrigerator normally cools compressed helium gas by passing it through a regenerator, then expands it in the low temperature part to generate cold, and cools this helium gas to the regenerator in the reverse path. Through this, a cycle is adopted in which the regenerator material in the regenerator is cooled and then recovered.
【０００３】ところで、このような蓄冷式の極低温冷凍
機では、常温部から低温部にかけて蓄冷器を複数段設け
ているものが多い。そして、最も低温側に位置する蓄冷
器、つまり最終段蓄冷器においては、低温下において比
熱の高い鉛が蓄冷材として用いられている。By the way, in such a regenerator type cryogenic refrigerator, there are many cases in which a plurality of regenerators are provided from a room temperature portion to a low temperature portion. Then, in the regenerator located on the lowest temperature side, that is, the final stage regenerator, lead having a high specific heat at a low temperature is used as a regenerator material.
【０００４】しかしながら、上記のように最終段蓄冷器
の蓄冷材として鉛を用いた極低温冷凍機にあっては次の
ような問題があった。すなわち、鉛は低温下において比
熱の高い材料であるが、１５Ｋ以下になると温度の低下
に伴って比熱が急激に低下する。このため、最終段蓄冷
器の蓄冷材として鉛を用いたものでは、熱交換効率の低
下が影響して１０Ｋ以下を実現することが困難であっ
た。However, the cryogenic refrigerator using lead as the regenerator material of the final stage regenerator has the following problems. That is, lead is a material having a high specific heat at a low temperature, but when the temperature is 15 K or less, the specific heat rapidly decreases as the temperature decreases. For this reason, in the case where lead is used as the regenerator material of the final stage regenerator, it is difficult to achieve 10 K or less due to the decrease in heat exchange efficiency.
【０００５】そこで、このような不具合を解消するため
に、最近では１０Ｋ以下における比熱が鉛より大きいＥ
ｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷材として用いた極低温冷
凍機が出現している。Ｅｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷
材として用いると、到達最低温度を４Ｋレベルまで下げ
ることができ、４．２Ｋ（液体ヘリウム温度）において
０．２Ｗ程度の冷凍能力が得られ、しかも１５Ｋ程度ま
での冷凍能力も鉛を用いたものより高い値が得られる。Therefore, in order to solve such a problem, recently, the specific heat at 10 K or less is larger than that of lead E.
Cryogenic refrigerators using r 3 Ni as a regenerator material for the final stage regenerator have appeared. If Er 3 Ni is used as the regenerator material for the final stage regenerator, the lowest temperature reached can be lowered to 4K level, and a refrigerating capacity of about 0.2W can be obtained at 4.2K (liquid helium temperature), and about 15K. The freezing capacity up to is also higher than that using lead.
【０００６】しかし、Ｅｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷
材として用いた極低温冷凍機にあっても、１０Ｋ付近以
下においてＥｒ3 Ｎｉの比熱が小さいため、特に４．２
Ｋ付近における冷凍能力がまだ低いという問題があっ
た。However, even in a cryogenic refrigerator using Er 3 Ni as a regenerator material for the final stage regenerator, the specific heat of Er 3 Ni is small in the vicinity of 10 K or less, and therefore 4.2 in particular.
There was a problem that the refrigeration capacity near K was still low.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の蓄
冷式の極低温冷凍機にあっては、産業上、重要な温度で
ある４．２Ｋ付近において冷凍能力がまだ低いという問
題があった。そこで本発明は、４．２Ｋ付近において冷
凍能力の高い蓄冷式の極低温冷凍機を提供することを目
的としている。As described above, the conventional regenerator type cryogenic refrigerator has a problem that the refrigerating capacity is still low near the industrially important temperature of 4.2K. . Therefore, an object of the present invention is to provide a regenerator type cryogenic refrigerator having a high refrigerating capacity in the vicinity of 4.2K.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る蓄冷式の極低温冷凍機では、最終段に
位置している蓄冷器に、下記の一般式で表される組成の
蓄冷材Ａと、同じく下記の一般式で表される組成の蓄冷
材Ｂとを充填している。To achieve the above object, in the regenerator type cryogenic refrigerator according to the present invention, the regenerator located at the final stage has a composition represented by the following general formula. The regenerator material A and the regenerator material B having the same composition represented by the following general formula are filled.
【０００９】蓄冷材Ａ
(a) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x))3Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表
される組成物
(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、
(b) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｕ(1-y)で表され
る組成物
(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、
(c) 一般式 Ｅｒ(x)Ｄｙ(1-x)Ｎｉ2で表される組成物
(ただし、0≦x≦0.85)
または、
(d) 一般式 Ｅｒ(x)Ｇｄ(1-x)Ｒｈで表される組成物
(ただし、0≦x≦0.3)
または、
(e) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表され
る組成物
(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＧｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，
Ｈｏから選ばれた希土類元素)
蓄冷材Ｂ
(f) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表され
る組成物
(ただし、0≦x≦1、0≦y＜1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、
(g) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x))3ＡｌＣ(y)で表される組
成物
(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、
(i) 一般式 Ｅｒ(x)Ｇｄ(1-x）Ｒｈで表される組成物
(ただし、0.3≦x≦1)
または、
(j) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x）)(1-y)Ｒｕ(y)で表され
る組成物
(ただし、0.5≦x≦1、0≦y≦0.7、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素)または、
(k) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x）Ｎｉ(y)Ｃｕ(1-y)で表さ
れる組成物
(ただし、0≦x≦1、0≦y＜1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)なお、上記蓄冷材Ｂを低温側
に充填することが好ましく、さらに蓄冷材Ｂを体積比で
１０〜９０％の範囲に充填することが好ましい。Cooling material A (a) A composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 Ni (y) Co (1-y) (provided that 0 ≦ x ≦ 1,0 ≤y≤1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Or a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1,0 ≤y≤1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
(A rare earth element selected from the following) or (c) a composition represented by the general formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2 .
(However, 0 ≦ x ≦ 0.85) or (d) a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh.
(Provided that 0 ≦ x ≦ 0.3) or (e) a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (provided that 0 ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y ≦ 1, R is Gd, Tb, Dy,
Rare earth element selected from Ho) Cooling material B (f) Composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y <1 , R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
From selected rare earth elements were) or, (g) Formula (Er (x) R (1 -x)) 3 composition represented by AlC (y) (however, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Rare earth elements) or (i) a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh
(Provided that 0.3 ≦ x ≦ 1) or (j) a composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) (1-y) Ru (y) (provided that 0.5 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.7, R is Y, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
b, a rare earth element selected from Sc) or (k) a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1 , R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
It is preferable to fill the cold storage material B on the low temperature side, and further to fill the cold storage material B in a range of 10 to 90% by volume.
【００１０】また、蓄冷材に添加すべき希土類元素の中
からＬａ，Ｃｅ，Ｐｍを意識的に除いた。ＬａおよびＣ
ｅは活性のために容易に酸化され、工業上の利用可能性
がないことが判明したからである。また、Ｐｍは自然界
で安定に存在し得ないので、供給することができないか
らである。La, Ce and Pm were intentionally removed from the rare earth elements to be added to the cold storage material. La and C
This is because it was found that e was easily oxidized due to its activity and had no industrial applicability. Moreover, Pm cannot be stably supplied in the natural world and cannot be supplied.
【００１１】蓄冷材ＡおよびＢは適当なサイズのペレッ
トに形成されている。最終段蓄冷室内に仕切り部材を設
けて、これにより蓄冷材ＡおよびＢのペレットを互いに
分離した場合には、蓄冷材ＡおよびＢのペレットが蓄冷
室内で互いに混じり合わないので、それぞれが比熱ピー
クを示す温度域に応じた適材適所の配置となり、この結
果、冷凍機の冷凍効率が飛躍的に向上する。The regenerator materials A and B are formed into pellets of appropriate size. When a partition member is provided in the final-stage cold storage chamber to separate the pellets of the cold storage materials A and B from each other, since the pellets of the cold storage materials A and B do not mix with each other in the cold storage chamber, each has a specific heat peak. The right material is placed in the right place according to the temperature range shown, and as a result, the refrigeration efficiency of the refrigerator is dramatically improved.
【００１２】また、蓄冷材Ａ，Ｂのいずれの組成におい
ても、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｚ
ｒ，Ｙ，Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌなどの元素を添加してもよ
い。これらの添加により、Ａ群，Ｂ群で示される蓄冷材
の磁気転移点を微妙に変化させ、比熱のピーク位置を微
調整したり、蓄冷材の熱伝導特性を向上させることがで
きる。たとえば、低温側蓄冷材Ｂ群に属するＥｒＮｉに
おいては、ＣｕやＹを添加することで磁気転移点を低下
させることができる。Further, in any composition of the cold storage materials A and B, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Z
Elements such as r, Y, In, Ga and Al may be added. By adding these, the magnetic transition points of the regenerator materials shown in the groups A and B can be subtly changed, the peak position of the specific heat can be finely adjusted, and the heat transfer characteristics of the regenerator material can be improved. For example, in ErNi belonging to the low temperature side regenerator material group B, the magnetic transition point can be lowered by adding Cu or Y.
【００１３】[0013]
【作用】上記蓄冷材Ａは、一般式中の x,y のいずれか
一方または両方が選択されることにより、１０Ｋより高
温の領域においてＥｒ3 Ｎｉよりも高いか、あるいは等
しい比熱を示す。また、上記蓄冷材Ｂは、一般式中の
x,y のいずれか一方または両方が選択されることによ
り、１０Ｋ以下の温度領域においてＥｒ3 Ｎｉよりも高
い比熱を示す。したがって、蓄冷材Ｂを低温側に充填し
ておくことによって、４．２Ｋ付近での冷凍能力を大幅
に向上させることが可能となる。The regenerator material A exhibits a specific heat higher than or equal to that of Er 3 Ni in the region higher than 10K by selecting one or both of x and y in the general formula. In addition, the regenerator material B is
By selecting one or both of x and y, a specific heat higher than that of Er 3 Ni is exhibited in a temperature range of 10 K or lower. Therefore, by filling the cold storage material B on the low temperature side, it is possible to significantly improve the refrigerating capacity in the vicinity of 4.2K.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る蓄冷式の極低温冷
凍機、ここにはギフォード・マクマホン形の冷凍機が示
されている。Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a regenerator type cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention, which is a Gifford-McMahon type refrigerator.
【００１５】この冷凍機は、大きく別けて、コ−ルドヘ
ッド１と、冷媒ガス導排出系２とで構成されている。コ
−ルドヘッド１は、閉じられたシリンダ１１と、このシ
リンダ１１内に往復動自在に収容されたピストン、すな
わち断熱材で形成されたディスプレ−サ１２と、このデ
ィスプレ−サ１２に対して往復動に必要な動力を与える
モ−タ１３とで構成されている。The refrigerator is roughly divided into a cold head 1 and a refrigerant gas guide / discharge system 2. The cold head 1 includes a closed cylinder 11, a piston 12 reciprocally housed in the cylinder 11, that is, a displacer 12 formed of a heat insulating material, and a reciprocating motion with respect to the displacer 12. And a motor 13 that gives necessary power to the motor.
【００１６】シリンダ１１は、大径の第１シリンダ１４
と、この第１シリンダ１４に同軸的に接続された小径の
第２シリンダ１５とで構成されている。第１シリンダ１
４および第２シリンダ１５は、通常、薄いステンレス鋼
板等で形成されている。そして、第１シリンダ１４と第
２シリンダ１５との境界壁部分で第１段冷却ステ−ジ１
６を構成し、また第２シリンダ１５の先端壁部分で第１
段冷却ステ−ジ１６より低温の第２段冷却ステ−ジ１７
を構成している。The cylinder 11 is a large-diameter first cylinder 14
And a small-diameter second cylinder 15 coaxially connected to the first cylinder 14. 1st cylinder 1
The fourth and second cylinders 15 are usually formed of a thin stainless steel plate or the like. The first-stage cooling stage 1 is installed at the boundary wall between the first cylinder 14 and the second cylinder 15.
6 and the first wall portion of the second cylinder 15 is
Second stage cooling stage 17 that is cooler than the stage cooling stage 16
Are configured.
【００１７】ディスプレ−サ１２は、第１シリンダ１４
内を往復動する第１ディスプレ−サ１８と、第２シリン
ダ１５内を往復動する第２ディスプレ−サ１９とで構成
されている。第１ディスプレ−サ１８と第２ディスプレ
−サ１９とは、連結機構２０によって軸方向に連結され
ている。The displacer 12 includes a first cylinder 14
The first displacer 18 reciprocates inside and the second displacer 19 reciprocates inside the second cylinder 15. The first displacer 18 and the second displacer 19 are axially connected by a connecting mechanism 20.
【００１８】第１ディスプレ−サ１８の内部には、蓄冷
器を構成するための流体通路２１が軸方向に形成されて
おり、この流体通路２１には銅メッシュあるいは銅粒子
等で形成された蓄冷材２２が収容されている。なお、こ
の第１ディスプレーサ１８の内部に収容される蓄冷材２
２としては、銅以外にも、鉛あるいは銅と鉛のハイブリ
ッドタイプを適用することができ、ハイブリッドの場合
には鉛を40% 〜80% の割合で用いることが望ましい。Inside the first displacer 18, a fluid passage 21 for constituting a regenerator is formed in the axial direction, and the fluid passage 21 has a regenerator formed of copper mesh or copper particles. A material 22 is contained. The regenerator material 2 housed inside the first displacer 18
In addition to copper, lead or a hybrid type of copper and lead can be applied as 2, and in the case of a hybrid, it is desirable to use lead in a proportion of 40% to 80%.
【００１９】第２ディスプレ−サ１９の内部には最終段
蓄冷器を構成するための流体通路２３が軸方向に形成さ
れており、この流体通路２３には複数の球状あるいは塊
状に分割された蓄冷材２４が収容されている。A fluid passage 23 for constituting a final stage regenerator is axially formed inside the second displacer 19, and the fluid passage 23 has a plurality of spherical or lump-shaped divided regenerators. A material 24 is contained.
【００２０】蓄冷材２４は、図２にも示すように、第１
段冷却ステージ１６側、つまり高温側に充填された蓄冷
材２４ａと、第２段冷却ステージ１７側、つまり低温側
に充填された蓄冷材２４ｂとで構成されている。As shown in FIG. 2, the regenerator material 24 is the first
The regenerator material 24a is filled in the stage cooling stage 16 side, that is, the high temperature side, and the regenerator material 24b is filled in the second stage cooling stage 17, that is, the low temperature side.
【００２１】蓄冷材２４ａとしては、下記(a),(b),(c)
,(d),(e)のいずれかの一般式で表される組成のものが
用いられている。
(a) 一般式 （Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) ）3 Ｎｉ(y) Ｃｏ
(1-y) で表される組成物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y
≦ 1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元
素）または、(b) 一般式 Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃ
ｕ(1-y) で表される組成物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦
y ≦1 、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類
元素）または、(c) 一般式 Ｅｒ(x) Ｄｙ(1-x) Ｎｉ2
で表される組成物（ただし、0 ≦ x≦0.85）または、
(d) 一般式 Ｅｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｒｈで表される組成物
（ただし、0 ≦x ≦0.3 ）または、(e) 一般式 Ｅｒ
(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃｏ(1-y) で表される組成物（た
だし、 0≦ x≦ 1、 0≦ y≦ 1、ＲはＧｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏから選ばれた希土類元素）
また、蓄冷材２４ｂとしては、下記(f),(g),(h),(i),
(j),(k) のいずれかの一般式で表される組成のものが用
いられている。As the cold storage material 24a, the following (a), (b), (c)
The composition represented by any one of the general formulas, (d) and (e) is used. (a) General formula (Er (x) R (1-x) ) 3 Ni (y) Co
A composition represented by (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y
≤ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
(Rare earth element selected from Dy, Ho, Tm, Yb and Sc) or (b) General formula Er (x) R (1-x) Ni (y) C
The composition represented by u (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤
y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, T
b, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc) or (c) General formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2
A composition represented by (where 0 ≤ x ≤ 0.85), or
(d) a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh (where 0 ≤ x ≤ 0.3) or (e) a general formula Er
(x) composition represented by R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, R is Gd, Tb, D
y, rare earth element selected from Ho) Further, as the cold storage material 24b, the following (f), (g), (h), (i),
The composition represented by one of the general formulas (j) and (k) is used.
【００２２】(f) 一般式 Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃ
ｏ(1-y) で表される組成物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦
y≦ 1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類
元素）または、(g) 一般式 （Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) ）3 Ａ
ｌＣ(y) で表される組成物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦
y≦ 1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類
元素）または、(h) 一般式 Ｅｒ(x) Ｄｙ(1-x) Ｎｉ2
で表される組成物（ただし、0.85≦ x≦ 1）または、
(i) 一般式 Ｅｒ(x) Ｇｄ(1-x)Ｒｈで表される組成物
（ただし、0.3 ≦x ≦1）または、(j) 一般式 （Ｅｒ
(x) Ｒ(1-x)）(1-y) Ｒｕ(y) で表される組成物（ただ
し、0.5 ≦x ≦1 、0 ≦y ≦0.7 、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）または、(k) 一般式
Ｅｒ(x) Ｒ(1-x)Ｎｉ(y) Ｃｕ(1-y) で表される組成
物（ただし、0 ≦x ≦1 、0 ≦y ≦1 、ＲはＹ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）
具体的には、この例の場合、高温側の蓄冷材２４ａとし
てＥｒ3 Ｃｏが用いられており、また低温側の蓄冷材２
４ｂとしてＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 が用いられている。そ
して、これら蓄冷材２４ａと蓄冷材２４ｂとは、セパレ
ータ２８によって混合しないように分離されている。な
お、この例では蓄冷材２４ａの体積と蓄冷材２４ｂの体
積との和に対して蓄冷材２４ｂの体積が約３０％になる
関係に充填されている。(F) General formula Er (x) R (1-x) Ni (y) C
The composition represented by o (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤
y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, T
b, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc) or (g) General formula (Er (x) R (1-x) ) 3 A
The composition represented by lC (y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤
y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, T
b, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc) or (h) the general formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2
The composition represented by (where 0.85 ≦ x ≦ 1) or
(i) General formula Er (x) Gd (1-x) Rh (where 0.3 ≤ x ≤ 1) or a composition represented by general formula (Er
(x) R (1-x) ) (1-y) A composition represented by Ru (y) (where 0.5 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.7, and R is Y, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
b, a rare earth element selected from Sc) or (k) a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, R is Y, Pr,
Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
(Rare earth element selected from b and Sc) Specifically, in this example, Er 3 Co is used as the high temperature side cold storage material 24a, and the low temperature side cold storage material 2 is used.
ErNi 0.8 Co 0.2 is used as 4b. The cool storage material 24a and the cool storage material 24b are separated by a separator 28 so as not to be mixed. In this example, the volume of the cold storage material 24b is about 30% of the sum of the volume of the cold storage material 24a and the volume of the cold storage material 24b.
【００２３】第１ディスプレ−サ１８の外周面と第１シ
リンダ１４の内周面との間および第２ディスプレ−サ１
９の外周面と第２シリンダ１５の内周面との間には、そ
れぞれシ−ル装置２５、２６が装着されている。Between the outer peripheral surface of the first displacer 18 and the inner peripheral surface of the first cylinder 14, and the second displacer 1.
Sealing devices 25 and 26 are mounted between the outer peripheral surface of 9 and the inner peripheral surface of the second cylinder 15, respectively.
【００２４】第１ディスプレ−サ１８の図中上端は、連
結ロッド３１、スコッチヨ−クあるいはクランク軸３２
を介してモ−タ１３の回転軸に連結されている。したが
って、モ−タ１３が回転すると、この回転に同期してデ
ィスプレ−サ１２が図中実線矢印３３で示す方向に往復
動する。The upper end of the first displacer 18 in the figure has a connecting rod 31, a scotch yoke or a crankshaft 32.
Is connected to the rotating shaft of the motor 13 via. Therefore, when the motor 13 rotates, the displacer 12 reciprocates in the direction indicated by the solid arrow 33 in the figure in synchronization with this rotation.
【００２５】第１シリンダ１４の側壁上部には冷媒ガス
の導入口３４と排出口３５とが設けてあり、これら導入
口３４と排出口３５とは冷媒ガス導排出系２に接続され
ている。An inlet 34 and an outlet 35 for the refrigerant gas are provided on the upper side wall of the first cylinder 14, and the inlet 34 and the outlet 35 are connected to the refrigerant gas guide / exhaust system 2.
【００２６】冷媒ガス導排出系２は、シリンダ１１を経
由するヘリウムガス循環系を構成するもので、排出口３
５を低圧弁３６、圧縮機３７、高圧弁３８を介して導入
口３４に接続したものとなっている。すなわち、この冷
媒ガス導排出系２は、低圧（約５atm ）のヘリウムガス
を圧縮機３７で高圧（約18atm ）に圧縮してシリンダ１
１内に送り込むものである。そして、低圧弁３６、高圧
弁３８はディスプレ−サ１２の往復動との関連において
後述する関係に開閉制御される。The refrigerant gas introduction / exhaust system 2 constitutes a helium gas circulation system passing through the cylinder 11, and has an exhaust port 3
5 is connected to the inlet 34 via a low pressure valve 36, a compressor 37, and a high pressure valve 38. That is, the refrigerant gas guide / exhaust system 2 compresses low-pressure (about 5 atm) helium gas to high pressure (about 18 atm) by the compressor 37, and
It is to be sent into 1. Then, the low-pressure valve 36 and the high-pressure valve 38 are controlled to be opened / closed in the relationship described later in relation to the reciprocal movement of the displacer 12.
【００２７】次に、上記のように構成された冷凍機の動
作を説明する。この冷凍機において、寒冷を発生する部
分、つまり冷却面に供される部分は第１段冷却ステ−ジ
１６と第２段冷却ステ−ジ１７とである。Next, the operation of the refrigerator configured as described above will be described. In this refrigerator, a portion that produces cold, that is, a portion that is used as a cooling surface is a first stage cooling stage 16 and a second stage cooling stage 17.
【００２８】モ−タ１３が回転を開始すると、ディスプ
レ−サ１２が下死点と上死点との間を往復動する。ディ
スプレ−サ１２が下死点にあるとき、高圧弁３８が開い
て高圧ヘリウムガスがコ−ルドヘッド１内に流入する。
次に、ディスプレ−サ１２が上死点へと移動する。前述
の如く、第１ディスプレ−サ１８の外周面と第１シリン
ダ１４の内周面との間および第２ディスプレ−サ１９の
外周面と第２シリンダ１５の内周面との間にはそれぞれ
シ−ル装置２５、２６が装着されている。このため、デ
ィスプレ−サ１２が上死点へと向かうと、高圧ヘリウム
ガスは第１ディスプレ−サ１８に形成された流体通路２
１および第２ディスプレ−サ１９に形成された流体通路
２３を通って、第１ディスプレ−サ１８と第２ディスプ
レ−サ１９との間に形成された１段膨張室３９および第
２ディスプレ−サ１９と第２シリンダ１５の先端壁との
間に形成された２段膨張室４０へと流れる。この流れに
伴って、高圧ヘリウムガスは蓄冷材２２、２４によって
冷却され、結局、１段膨張室３９に流れ込んだ高圧ヘリ
ウムガスは３０Ｋレベルに、また２段膨張室４０に流れ
込んだ高圧ヘリウムガスは４Ｋレベルに冷却される。When the motor 13 starts rotating, the displacer 12 reciprocates between the bottom dead center and the top dead center. When the displacer 12 is at the bottom dead center, the high pressure valve 38 opens and the high pressure helium gas flows into the cold head 1.
Next, the displacer 12 moves to the top dead center. As described above, between the outer peripheral surface of the first displacer 18 and the inner peripheral surface of the first cylinder 14, and between the outer peripheral surface of the second displacer 19 and the inner peripheral surface of the second cylinder 15, respectively. Seal devices 25 and 26 are mounted. Therefore, when the displacer 12 moves toward the top dead center, the high-pressure helium gas is supplied to the fluid passage 2 formed in the first displacer 18.
A first stage expansion chamber 39 and a second displacer formed between the first displacer 18 and the second displacer 19 through a fluid passage 23 formed in the first and second displacer 19. It flows into the two-stage expansion chamber 40 formed between 19 and the tip wall of the second cylinder 15. Along with this flow, the high-pressure helium gas is cooled by the regenerator materials 22, 24, so that the high-pressure helium gas flowing into the first-stage expansion chamber 39 reaches the 30K level, and the high-pressure helium gas flowing into the second-stage expansion chamber 40 changes. It is cooled to 4K level.
【００２９】ここで、高圧弁３８が閉じ、低圧弁３６が
開く。このように低圧弁３６が開くと、１段膨張室３９
内および２段膨張室４０内の高圧ヘリウムガスが膨張し
て寒冷を発生し、第１段冷却ステ−ジ１６および第２段
冷却ステ−ジ１７において吸熱が行われる。そして、デ
ィスプレ−サ１２が再び下死点へ移動すると、これに伴
って１段膨張室３９内および２段膨張室４０内のヘリウ
ムガスが排除される。膨張したヘリウムガスは流体通路
２１、２３内を通る間に蓄冷材２２、２４を冷却し、常
温となって排出される。以下、上述したサイクルが繰返
されて冷凍運転が行なわれる。Here, the high pressure valve 38 is closed and the low pressure valve 36 is opened. When the low pressure valve 36 is opened in this manner, the first stage expansion chamber 39
The high-pressure helium gas inside and inside the second-stage expansion chamber 40 expands to generate cold, and heat is absorbed in the first-stage cooling stage 16 and the second-stage cooling stage 17. When the displacer 12 moves to the bottom dead center again, the helium gas in the first-stage expansion chamber 39 and the second-stage expansion chamber 40 is expelled along with this. The expanded helium gas cools the regenerator materials 22, 24 while passing through the fluid passages 21, 23, and is discharged at normal temperature. Hereinafter, the cycle described above is repeated to perform the refrigerating operation.
【００３０】上述の如く、この実施例では第２ディスプ
レ−サ１９の流体通路２３、つまり最終段蓄冷器内の高
温側に組成がＥｒ3 Ｃｏからなる蓄冷材２４ａを充填
し、低温側に組成がＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 からなる蓄冷
材２４ｂを充填している。As described above, in this embodiment, the fluid passage 23 of the second displacer 19, that is, the high temperature side in the final stage regenerator is filled with the regenerator material 24a composed of Er 3 Co, and the low temperature side is composed. Is filled with a cold storage material 24b made of ErNi 0.8 Co 0.2 .
【００３１】Ｅｒ3 Ｃｏは、図３に示すように、１２Ｋ
付近の比熱がＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2や従来から知られて
いるＥｒ3 Ｎｉのそれよりはるかに大きい。一方、Ｅｒ
Ｎｉ0.8 Ｃｏ0.2 は、同図に示すように、７Ｋ以下にお
いてＥｒ3 ＣｏやＥｒ3 Ｎｉより比熱がはるかに大き
い。流体通路２３には温度勾配がつくので、実施例のよ
うに、Ｅｒ3 Ｃｏからなる蓄冷材２４ａを高温側に、Ｅ
ｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 からなる蓄冷材２４ｂを低温側に充
填しておくと、各蓄冷材の比熱特性を最も有効に活用で
き、４．２Ｋ付近での冷凍効率を向上させることができ
る。Er 3 Co is 12K as shown in FIG.
The specific heat in the vicinity is much larger than that of ErNi 0.8 Co 0.2 or Er 3 Ni which is conventionally known. On the other hand, Er
As shown in the figure, Ni 0.8 Co 0.2 has a far larger specific heat than Er 3 Co or Er 3 Ni at 7 K or less. Since there is a temperature gradient in the fluid passage 23, the regenerator material 24a made of Er 3 Co is moved to the high temperature side as shown in the embodiment.
When the cold storage material 24b made of rNi 0.8 Co 0.2 is filled in the low temperature side, the specific heat characteristic of each cold storage material can be utilized most effectively, and the refrigerating efficiency in the vicinity of 4.2K can be improved.
【００３２】図４には高温側に充填するのに適した各種
蓄冷材、一例としてＥｒ0.2 Ｄｙ0.8 Ｎｉ2 、Ｅｒ0.7
Ｈｏ0.3 Ｎｉの比熱特性が示されており、図５には低温
側に充填するのに適した各種蓄冷材、一例としてＥｒ
0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉ、ＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 、Ｅｒ3 Ａｌ
Ｃの比熱特性が示されている。これらの図には、参考と
してＥｒ3 Ｎｉの比熱特性が破線で示されている。FIG. 4 shows various regenerator materials suitable for filling on the high temperature side, for example Er 0.2 Dy 0.8 Ni 2 and Er 0.7.
The specific heat characteristics of Ho 0.3 Ni are shown, and in FIG. 5, various regenerator materials suitable for filling in the low temperature side, for example Er
0.9 Yb 0.1 Ni, ErNi 0.8 Co 0.2 , Er 3 Al
The specific heat characteristic of C is shown. In these figures, the specific heat characteristics of Er 3 Ni are indicated by broken lines for reference.
【００３３】同様に、図６には高温側の蓄冷材として充
填するのに適したＥｒＣｕの比熱特性および低温側の蓄
冷材として充填するのに適したＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 の
比熱特性とが一緒に示されている。Similarly, FIG. 6 shows the specific heat characteristics of ErCu suitable for filling as a high temperature side cold storage material and the specific heat characteristics of ErNi 0.8 Co 0.2 suitable for filling as a low temperature side cold storage material. It is shown.
【００３４】また、図７には組成がＥｒ(x) Ｄｙ(1-x)
Ｎｉ2 、すなわち蓄冷材Ａとして一般式(c) で、蓄冷材
Ｂとして一般式(h) で表される蓄冷材の xを種々変えた
組成での比熱特性が示されている。Further, in FIG. 7, the composition is Er (x) Dy (1-x).
The specific heat characteristics are shown for various compositions of Ni 2 , that is, the cold storage material A represented by the general formula (c) and the cold storage material B represented by the general formula (h) with various x values.
【００３５】この特性から判るように、組成がＥｒ(x)
Ｄｙ(1-x) Ｎｉ2 である蓄冷材では、高温側に充填する
ときにはx を0.85より小さくすればよく、低温側に充填
するときには xを0.85以上にすればよい。このように、
x を調整することによって高温側にも低温側にも有利な
条件で充填できる。As can be seen from this characteristic, the composition is Er (x).
In the case of the regenerator material which is Dy (1-x) Ni 2 , x should be smaller than 0.85 when filling the high temperature side, and x should be 0.85 or more when filling the low temperature side. in this way,
By adjusting x, filling can be performed under favorable conditions on both the high temperature side and the low temperature side.
【００３６】図８には組成がＥｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｒｈ、
すなわち蓄冷材Ａとして一般式(d)で、蓄冷材Ｂとして
一般式(i) で表される蓄冷材の xを種々変えた組成での
比熱特性が示されている。この特性から判るように、組
成がＥｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｒｈである蓄冷材では、高温側
に充填するときにはx を0.3 より小さくすればよく、低
温側に充填するときには xを0.3 以上にすればよい。こ
のように、x を調整することによって高温側にも低温側
にも有利な条件で充填できる。In FIG. 8, the composition is Er (x) Gd (1-x) Rh,
That is, the specific heat characteristics are shown in the general formula (d) as the cold storage material A and as the cold storage material B in the general formula (i) with different compositions of x. As can be seen from this characteristic, in the regenerator material having a composition of Er (x) Gd (1-x) Rh, x should be smaller than 0.3 when filling the high temperature side, and x should be 0.3 when filling the low temperature side. The above is enough. In this way, by adjusting x, filling can be performed under favorable conditions on both the high temperature side and the low temperature side.
【００３７】さらに、蓄冷材ＡおよびＢの組み合わせに
ついて考察する。たとえば、蓄冷材Ａとして一般式(e)
のＥｒ(x) Ｒ(1-X) Ｎｉ(y) Ｃｕ(1-y)で表される組成
物を用い、蓄冷材Ｂとして一般式(f) のＥｒ(x) Ｒ
(1-X) Ｎｉ(y) Ｃｏ(1-y) で表される組成物を用いる場
合を想定する。y を1 とすると、両者共に、Ｅｒ(x) Ｒ
(1-X) Ｎｉになるが、前者と後者は必ずしも一致すると
は限らない。すなわち、ＲにＧｄを選び、かつ xを0.9
とすると、Ｅｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉの組成物となる。この
Ｅｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉを高温側蓄冷材に用いる場合は、
低温側蓄冷材としてＥｒＮｉを組み合わせることができ
る。一方、Ｅｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉを低温側蓄冷材として
用いる場合は、高温側蓄冷材としてＥｒ3 Ｃｏを用いる
ことができる。Further, the combination of the cold storage materials A and B will be considered. For example, as the cold storage material A, the general formula (e)
Er (x) R (1-X) Ni (y) Cu (1-y) of the composition is used as the regenerator material B of the general formula (f) Er (x) R
It is assumed that a composition represented by (1-X) Ni (y) Co (1-y) is used. If y is 1, both Er (x) R
Although it becomes (1-X) Ni, the former and the latter do not always match. That is, select Gd for R and set x to 0.9
Then, a composition of Er 0.9 Gd 0.1 Ni is obtained. When this Er 0.9 Gd 0.1 Ni is used for the high temperature side regenerator material,
ErNi can be combined as the low temperature side cold storage material. On the other hand, when Er 0.9 Gd 0.1 Ni is used as the low temperature side cold storage material, Er 3 Co can be used as the high temperature side cold storage material.
【００３８】図９を参照しながらさらに説明する。Ｅｒ
Ｎｉを低温側蓄冷材とする場合は、Ｅｒ0.95Ｇｄ0.05Ｎ
ｉ、Ｅｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉ、Ｅｒ0.85Ｇｄ0.15Ｎｉ、Ｅ
ｒ0.75Ｇｄ0.25Ｎｉを高温側蓄冷材に用いることができ
る。Ｅｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉを低温側蓄冷材とする場合
は、Ｅｒ0.85Gd 0.15Ｎｉ、Ｅｒ0.75Ｇｄ0.25Ｎｉを高温
側蓄冷材に用いることができる。Ｅｒ0.85Ｇｄ0.15Ｎｉ
を低温側蓄冷材とする場合は、Ｅｒ0.75Ｇｄ0.25Ｎｉを
高温側蓄冷材に用いることができる。Further description will be given with reference to FIG. Er
When Ni is used as the low temperature side cold storage material, Er 0.95 Gd 0.05 N
i, Er 0.9 Gd 0.1 Ni, Er 0.85 Gd 0.15 Ni, E
r 0.75 Gd 0.25 Ni can be used for the high temperature side regenerator material. When Er 0.9 Gd 0.1 Ni is used as the low temperature side cold storage material, Er 0.85 Gd 0.15 Ni and Er 0.75 Gd 0.25 Ni can be used as the high temperature side cold storage material. Er 0.85 Gd 0.15 Ni
When using as a low temperature side cold storage material, Er 0.75 Gd 0.25 Ni can be used as a high temperature side cold storage material.
【００３９】このように、一般式Ｅｒ(x) Ｒ(1-X) Ｎｉ
(y) Ｃｕ(1-y) で表される組成物は、x,y の値およびＲ
を適宜調整することで、高温側にも低温側にも有利な条
件で充填できる。Thus, the general formula Er (x) R (1-X) Ni
(y) The composition represented by Cu (1-y) has x, y values and R
Can be adjusted under appropriate conditions on both the high temperature side and the low temperature side.
【００４０】図１０には組成が一般式（Ｅｒ(x) Ｒ
(1-x)）(1-y) Ｒｕ(y) で表される蓄冷材（ただし、Ｒ
はＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）におい
て、x=1 に設定し、かつ yを0.3〜0.4 に変化させたと
きの比熱特性が示されている。この特性から判るよう
に、yを0.3 〜0.4 に変化させた条件では、４Ｋ以下の
温度領域において大きな比熱特性を示す。したがって、
低温側に充填するのに適した蓄冷材であるといえる。In FIG. 10, the composition is represented by the general formula (Er (x) R
(1-x) ) (1-y) Regenerator material represented by Ru (y)
Is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
Specific heat characteristics of rare earth elements selected from o, Tm, Yb, and Sc) are shown when x = 1 and y is changed from 0.3 to 0.4. As can be seen from this characteristic, a large specific heat characteristic is exhibited in the temperature range of 4 K or less under the condition that y is changed to 0.3 to 0.4. Therefore,
It can be said that it is a cold storage material suitable for filling on the low temperature side.
【００４１】図１１に示すように、高温側に充填するの
に適した、一般式Ｅｒ3 Ｎｉ(y) Ｃｏ(1-y) で表される
組成物について、y を0.01,0.15,0.2,0.3,0.5,1 と種々
変えた場合は、比熱のピーク値が温度１３Ｋから６Ｋま
で遷移する。このシリーズの組成物ではＣｏ量が減り、
Ｎｉ量が増えるほど比熱値のピーク（磁気転移点：一般
に磁気相転移においては、その比熱値に大きなピーク値
が得られるために、比熱値のピークと磁気転移点とはほ
ぼ一致している）が低温側に移行することが判明した。
なお、図にはＰｂの比熱特性線を比較例として併記して
ある。As shown in FIG. 11, for a composition represented by the general formula Er 3 Ni (y) Co (1-y) suitable for filling on the high temperature side, y was 0.01, 0.15, 0.2, When variously changed to 0.3, 0.5, 1 the peak value of specific heat changes from 13K to 6K. The composition of this series reduces the amount of Co,
The peak of the specific heat value as the amount of Ni increases (magnetic transition point: In general, in the magnetic phase transition, a large peak value is obtained for the specific heat value, so the peak of the specific heat value and the magnetic transition point are almost the same) Was found to shift to the low temperature side.
In the figure, a Pb specific heat characteristic line is also shown as a comparative example.
【００４２】また、図９に示した、高温側に充填するの
に適した、一般式Ｅｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｎｉで表される組
成物について、x を0.75,0.85,0.9,0.95,1と種々変えた
場合は、比熱値のピーク値が温度３７Ｋから１０Ｋまで
遷移する。このシリーズの組成物では、Ｇｄが減り、Ｅ
ｒが増えるほど比熱のピークは低温側に移行することが
判明した。Further, in the composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Ni shown in FIG. 9 suitable for filling on the high temperature side, x is 0.75,0.85,0.9, When variously changed to 0.95,1, the peak value of the specific heat value changes from the temperature of 37K to 10K. In this series of compositions, Gd is reduced and E
It was found that the peak of the specific heat shifts to the low temperature side as r increases.
【００４３】図１２に示すように、ＥｒＮｉ0.6 Ｃｕ
0.4 は比熱値のピークが温度６Ｋにあり、ＨｏＮｉ0.5
Ｃｕ0.5 は比熱値のピークが温度１１Ｋにあるため、一
般式Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃｕ(1-y) の組成物は、
x,y の値およびＲを適宜調整することで、高温側にも低
温側にも有利な条件で充填できる。As shown in FIG. 12, ErNi 0.6 Cu
0.4 has a peak of specific heat value at a temperature of 6K, and HoNi 0.5
Since Cu 0.5 has a peak specific heat value at a temperature of 11 K, the composition of the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) is
By appropriately adjusting the values of x, y and R, it is possible to fill under conditions advantageous on both the high temperature side and the low temperature side.
【００４４】図１３に示すように、一般式ＥｒＮｉ(y)
Ｃｏ(1-y) で表される組成物について、y を0.7,0.8,0.
9,1 と種々変えた場合は、比熱値のピークが温度１１Ｋ
から６〜７Ｋまで遷移する。このシリーズの組成物で
は、Ｎｉ量が減り、Ｃｏ量が増えるほど比熱値のピーク
は低温側に移行することが判明した。As shown in FIG. 13, the general formula ErNi (y)
For the composition represented by Co (1-y) , y is 0.7,0.8,0.
When changed variously to 9,1, the peak of specific heat value is temperature 11K.
To 6 to 7K. In the composition of this series, it was found that the peak of the specific heat value shifts to the low temperature side as the amount of Ni decreases and the amount of Co increases.
【００４５】図１４に示すように、低温側に充填するの
に適した、一般式Ｅｒ3 ＡｌＣ(y)で表される組成物に
ついて、y を0.5,0.75,1と種々変えた場合、比熱値のピ
ークが温度６Ｋから３Ｋまで遷移する。このシリーズの
組成物では、炭素量が増えるほど比熱値のピークが低温
側に移行することが判明した。As shown in FIG. 14, for the composition represented by the general formula Er 3 AlC (y) suitable for filling on the low temperature side, when the y was changed variously to 0.5, 0.75, 1 The value peak transitions from a temperature of 6K to 3K. In the composition of this series, it was found that the peak of the specific heat value shifts to the low temperature side as the amount of carbon increases.
【００４６】図１５には、ＥｒＮｉ、Ｅｒ0.95Ｇｄ0.05
Ｎｉ、Ｅｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉ、Ｅｒ3 Ｃｏの比熱特性が
示されている。図から明らかなように、一般式Ｅｒ(x)
Ｇｄ(1-x) Ｎｉで表される組成物は、最終段蓄冷室の高
温側および低温側のいずれにも用いることができる。す
なわち、高温側蓄冷材２４ａにＥｒ3 Ｃｏを用いる場合
は、Ｅｒ0.95Ｇｄ0.05ＮｉまたはＥｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉ
を低温側蓄冷材２４ｂに用いることができる。また、低
温側蓄冷材２４ｂにＥｒＮｉを用いる場合は、Ｅｒ0.95
Ｇｄ0.05ＮｉまたはＥｒ0.9 Ｇｄ0.1 Ｎｉを高温側蓄冷
材２４ａに用いることができる。FIG. 15 shows ErNi, Er 0.95 Gd 0.05.
Specific heat characteristics of Ni, Er 0.9 Gd 0.1 Ni and Er 3 Co are shown. As is clear from the figure, the general formula Er (x)
The composition represented by Gd (1-x) Ni can be used for both the high temperature side and the low temperature side of the final stage cold storage chamber. That is, when Er 3 Co is used for the high temperature side cold storage material 24a, Er 0.95 Gd 0.05 Ni or Er 0.9 Gd 0.1 Ni is used.
Can be used for the low temperature side cold storage material 24b. When ErNi is used for the low temperature side regenerator material 24b, Er 0.95
Gd 0.05 Ni or Er 0.9 Gd 0.1 Ni can be used for the high temperature side regenerator material 24a.
【００４７】図４乃至図１５に示されている材料を組成
によって分類すると、蓄冷材２４ａとしては、(a) 一般
式 （Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) ）3 Ｎｉ(y) Ｃｏ(1-y) で表さ
れる組成物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y≦ 1、Ｒは
Ｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）また
は、(b) 一般式 Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃｕ(1-y)
で表される組成物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦y ≦1 、
ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，
Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）また
は、(c) 一般式 Ｅｒ(x) Ｄｙ(1-x) Ｎｉ2 で表される
組成物（ただし、0 ≦ x≦0.85）または、(d) 一般式
Ｅｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｒｈで表される組成物（ただし、0
≦x ≦0.3 ）または、(e) 一般式 Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎ
ｉ(y) Ｃｏ(1-y) で表される組成物（ただし、 0≦ x≦
1、 0≦ y≦ 1、ＲはＧｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ば
れた希土類元素）が適していることが判った。When the materials shown in FIGS. 4 to 15 are classified according to their compositions, the cold storage material 24a includes (a) the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 Ni (y) Co ( 1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
or a rare earth element selected from Tm, Yb, and Sc) or (b) the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y)
The composition represented by (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1,
R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy,
A rare earth element selected from Ho, Tm, Yb, and Sc), or (c) a composition represented by the general formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2 (where 0 ≤ x ≤ 0.85), or (d) General formula
Composition represented by Er (x) Gd (1-x) Rh (however, 0
≤x ≤0.3) or (e) General formula Er (x) R (1-x) N
i (y) A composition represented by Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦
It was found that 1, 0 ≤ y ≤ 1, and R is preferably a rare earth element selected from Gd, Tb, Dy, and Ho.
【００４８】また、蓄冷材２４ｂとしては、(f) 一般式
Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃｏ(1-y) で表される組成
物（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y≦ 1、ＲはＹ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）または、(g) 一般式
（Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) ）3 ＡｌＣ(y) で表される組成物
（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y≦ 1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）または、(h) 一般式
Ｅｒ(x) Ｄｙ(1-x) Ｎｉ2 で表される組成物（ただ
し、0.85≦ x≦ 1）または、(i) 一般式 Ｅｒ(x) Ｇｄ
(1-x)Ｒｈで表される組成物（ただし、0.3 ≦x ≦1）ま
たは、(j) 一般式 （Ｅｒ(x) Ｒ(1-x)）(1-y) Ｒｕ(y)
で表される組成物（ただし、0.5 ≦x ≦1 、0 ≦y ≦
0.7 、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元
素）または、(k) 一般式 Ｅｒ(x) Ｒ(1-x)Ｎｉ(y) Ｃ
ｕ(1-y) で表される組成物（ただし、0 ≦x ≦1 、0 ≦
y ≦1 、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類
元素）が適していることが判った。As the cold storage material 24b, a composition represented by the general formula (f) Er (x) R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1 , 0 ≤ y ≤ 1, R is Y, Pr,
Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
b, a rare earth element selected from Sc) or (g) a composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 AlC (y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, R is Y, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
a rare earth element selected from b and Sc) or (h) a composition represented by the general formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2 (where 0.85 ≦ x ≦ 1) or (i) general Formula Er (x) Gd
Composition represented by (1-x) Rh (where 0.3 ≤ x ≤ 1) or (j) General formula (Er (x) R (1-x) ) (1-y) Ru (y)
The composition represented by (where 0.5 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤
0.7, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
(Rare earth element selected from Dy, Ho, Tm, Yb, Sc) or (k) General formula Er (x) R (1-x) Ni (y) C
The composition represented by u (1-y) (provided that 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤
y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, T
It has been found that a rare earth element selected from b, Dy, Ho, Tm, Yb and Sc) is suitable.
【００４９】なお、蓄冷材２４ａ，２４ｂのいずれの組
成においても、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｚｒ，Ｙ，Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌなどの元素を添加し
てもよい。これらの添加により、蓄冷材の磁気転移点を
微妙に変化させ、比熱のピーク位置を微調整したり、蓄
冷材の熱伝導特性を向上させることができる。たとえ
ば、低温側蓄冷材に属するＥｒＮｉにおいては、Ｃｕや
Ｙを添加することで磁気転移点を低下させることができ
る。In any composition of the cool storage materials 24a, 24b, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru,
Elements such as Rh, Zr, Y, In, Ga and Al may be added. By adding these, the magnetic transition point of the regenerator material can be subtly changed, the peak position of the specific heat can be finely adjusted, and the heat transfer characteristics of the regenerator material can be improved. For example, in ErNi belonging to the low temperature side cold storage material, the magnetic transition point can be lowered by adding Cu or Y.
【００５０】図１６には高温側の蓄冷材２４ａとしてＥ
ｒ3 Ｃｏを充填し、低温側の蓄冷材２４ｂとしてＥｒ
0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉを充填し、蓄冷材全体に対するＥｒ
0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉ蓄冷材の体積比率（ε）と蓄冷効率
（η）との関係を求めた計算結果が示されている。計算
で使用した蓄冷器の高温端温度は３２Ｋ、低温端温度は
４Ｋである。In FIG. 16, E is used as the high temperature side regenerator material 24a.
r 3 Co is filled, and Er is used as the cold storage material 24 b on the low temperature side.
Er with 0.9 Yb 0.1 Ni for the whole regenerator material
The calculation results of the relationship between the volume ratio (ε) of the 0.9 Yb 0.1 Ni cold storage material and the cold storage efficiency (η) are shown. The high temperature end temperature of the regenerator used in the calculation is 32K, and the low temperature end temperature is 4K.
【００５１】この図から、Ｅｒ0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉ蓄冷材
の比率が１０〜９０％の範囲では、Ｅｒ3 Ｃｏ蓄冷材の
みの場合（ε＝０％）より高い蓄冷効率が得られること
が判る。これは１０Ｋ以下ではＥｒ0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉの
比熱がＥｒ3 Ｃｏのそれより大きいことによる（図３お
よび図５参照）。From this figure, it can be seen that in the range of the ratio of the Er 0.9 Yb 0.1 Ni regenerator material in the range of 10 to 90%, a higher regenerator efficiency can be obtained as compared with the case of only the Er 3 Co regenerator material (ε = 0%). This is because the specific heat of Er 0.9 Yb 0.1 Ni is higher than that of Er 3 Co below 10 K (see FIGS. 3 and 5).
【００５２】図１７には高温側の蓄冷材２４ａとしてＥ
ｒ0.7 Ｈｏ0.3 Ｎｉを充填し、低温側の蓄冷材２４ｂと
してＥｒ3 ＡｌＣを充填し、蓄冷材全体に対するＥｒ3
ＡｌＣ蓄冷材の体積比率（ε）と蓄冷効率（η）との関
係を求めた計算結果が示されている。この場合も計算で
使用した蓄冷器の高温端温度は３２Ｋ、低温端温度は４
Ｋである。In FIG. 17, E is used as the high temperature side regenerator material 24a.
filling the r 0.7 Ho 0.3 Ni, filled with Er 3 AlC as regenerator material 24b on the low temperature side, Er 3 for the entire regenerator material
The calculation results of the relationship between the volume ratio (ε) of the AlC cool storage material and the cool storage efficiency (η) are shown. Also in this case, the high temperature end temperature of the regenerator used in the calculation is 32 K, and the low temperature end temperature is 4
K.
【００５３】この図から、Ｅｒ3 ＡｌＣ蓄冷材の比率が
１０〜９０％の範囲では、Ｅｒ0.7Ｈｏ0.3 Ｎｉ蓄冷材
のみの場合（ε＝０％）より高い蓄冷効率が得られるこ
とが判る。これは、５Ｋ以下の領域においてではＥｒ3
ＡｌＣの比熱がＥｒ0.7 Ｈｏ0.3 Ｎｉのそれより大きい
ことによる（図４および図５参照）。From this figure, it is understood that in the range of the ratio of the Er 3 AlC regenerator material in the range of 10 to 90%, a higher regenerator efficiency can be obtained than in the case of only Er 0.7 Ho 0.3 Ni regenerator material (ε = 0%). This is Er 3 in the region below 5K.
This is because the specific heat of AlC is larger than that of Er 0.7 Ho 0.3 Ni (see FIGS. 4 and 5).
【００５４】図１８には最終段蓄冷器内に各種の蓄冷材
を充填し、第１段冷却ステージ１６の温度をパラメータ
にして第２段冷却ステージ１７の温度を4.2 Ｋに保持で
きる冷凍能力との関係が示されている。In FIG. 18, various cold storage materials are filled in the final-stage regenerator, and a refrigerating capacity capable of maintaining the temperature of the second-stage cooling stage 17 at 4.2 K with the temperature of the first-stage cooling stage 16 as a parameter. The relationship is shown.
【００５５】図中、〇印は高温側の蓄冷材２４ａとして
Ｅｒ3 Ｃｏを充填し、低温側の蓄冷材２４ｂとしてＥｒ
Ｎｉ0.8 Ｃｏ0.2 を体積比で５０％充填したときのデー
タを示し、□印は高温側の蓄冷材２４ａとしてＥｒ3 Ｃ
ｏを充填し、低温側の蓄冷材２４ｂとしてＥｒＮｉ2 を
体積比で５０％充填したときのデータを示し、×印は高
温側および低温側にそれぞれＥｒ3 Ｎｉを充填したとき
のデータを示している。In the figure, the ∘ mark is filled with Er 3 Co as the high temperature side cold storage material 24a and Er as the low temperature side cold storage material 24b.
The data when 50% by volume of Ni 0.8 Co 0.2 is filled is shown, and □ indicates Er 3 C as the high temperature side regenerator material 24 a.
o shows the data when 50% of the volume ratio of ErNi 2 was filled as the cold storage material 24b on the low temperature side, and the x mark shows the data when Er 3 Ni was filled on the high temperature side and the low temperature side, respectively. There is.
【００５６】この図から判るように、〇印および□印で
示す蓄冷材構成では、×で示す従来構成に比べてはるか
に高い冷凍能力が得られる。図１９にはモータ１３の回
転数（ディスプレーサ１９の往復動数）と、第２段冷却
ステージ１７の温度を4.2 Ｋに保持できる冷凍能力との
関係が示されている。As can be seen from this figure, the regenerator material structure shown by the circles and the squares can provide a much higher refrigerating capacity than the conventional structure shown by the symbol x. FIG. 19 shows the relationship between the rotation speed of the motor 13 (the reciprocating speed of the displacer 19) and the refrigerating capacity capable of keeping the temperature of the second cooling stage 17 at 4.2K.
【００５７】図中、黒〇印は高温側の蓄冷材２４ａとし
てＥｒ0.7 Ｈｏ0.3 Ｎｉを充填し、低温側の蓄冷材２４
ｂとしてＥｒ0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉを体積比で５０％充填し
たときのデータを示し、黒◇印は高温側の蓄冷材２４ａ
としてＥｒ3 Ｃｏを充填し、低温側の蓄冷材２４ｂとし
てＥｒ0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉを体積比で５０％充填したとき
のデータを示し、白抜□印は高温側および低温側にそれ
ぞれＥｒ3 Ｎｉを充填したときのデータを示し、二重□
印は高温側にＥｒ0.75Ｇｄ0.25Ｎｉを充填し、低温側に
Ｅｒ0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉを充填し、中間部にＥｒ3 Ｃｏを
充填したときのデータを示し、白〇印は高温側にＥｒ3
Ｃｏを充填し、低温側にＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 を充填
し、中間部にＥｒ0.9 Ｙｂ0.1 Ｎｉを充填したときのデ
ータを示し、△印は高温側の蓄冷材２４ａとしてＥｒ3
Ｃｏを充填し、低温側の蓄冷材２４ｂとしてＥｒ0.9 Ｙ
ｂ0.1 Ｎｉを充填したときのデータを示し、◇印は高温
側の蓄冷材２４ａとしてＥｒ3 Ｎｉを充填し、低温側の
蓄冷材２４ｂとしてＥｒ0.9Ｙｂ0.1 Ｎｉを充填したと
きのデータを示している。In the figure, black circles are filled with Er 0.7 Ho 0.3 Ni as the cold storage material 24a on the high temperature side, and the cold storage material 24 on the low temperature side is filled.
b shows the data when 50% of Er 0.9 Yb 0.1 Ni is filled by volume ratio, and the black ⋄ marks indicate the high temperature side regenerator material 24a.
Shows the data when Er 3 Co is filled as the cold storage material, and Er 0.9 Yb 0.1 Ni is filled as the cold storage material 24b on the low temperature side by 50% by volume ratio. The white squares indicate Er 3 Ni on the high temperature side and the low temperature side, respectively. Shows data when filled, double □
Mark filled with Er 0.75 Gd 0.25 Ni to the high temperature side, filled with Er 0.9 Yb 0.1 Ni on the low temperature side, shows the data when filled with Er 3 Co in the intermediate portion, the white .smallcircle is Er 3 to the high temperature side
The graph shows the data when Co was filled, ErNi 0.8 Co 0.2 was filled in the low temperature side, and Er 0.9 Yb 0.1 Ni was filled in the middle part, and Δ indicates Er 3 as the cool storage material 24a on the high temperature side.
Er 0.9 Y filled with Co and used as the cold storage material 24b on the low temperature side
b shows the data when filled with 0.1 Ni, and the symbol ◇ shows the data when filled with Er 3 Ni as the cold storage material 24a on the high temperature side and Er 0.9 Yb 0.1 Ni as the cold storage material 24b on the low temperature side. There is.
【００５８】この図から判るように、黒〇印，黒◇印，
二重□印，白〇印，△印，◇印は、白抜□印で示す従来
構成に比べてはるかに高い冷凍能力が得られる。なお、
本発明は上述した実施例に限定されるものではない。す
なわち、上述した実施例の説明では最終段の蓄冷器内を
高温側と低温側とに分けて説明しているが、最終段の蓄
冷器内を高温端から低温端までの複数（４以上）に区分
し、各区分に図７および図８に示すように、各区分の温
度に適した比熱特性を示す組成の蓄冷材を充填するよう
にしてもよい。As can be seen from this figure, black circles, black diamonds,
The double □ mark, white ◯ mark, Δ mark, and ◇ mark provide much higher refrigerating capacity than the conventional configuration shown by the white □ mark. In addition,
The invention is not limited to the embodiments described above. That is, in the above description of the embodiment, the inside of the final regenerator is divided into the high temperature side and the low temperature side, but the inside of the final regenerator is divided into a plurality of high temperature end to low temperature end (4 or more). Alternatively, as shown in FIGS. 7 and 8, each section may be filled with a cold storage material having a composition showing a specific heat characteristic suitable for the temperature of each section.
【００５９】また、実施例では全体として２段構成の冷
凍機を構成しているが、たとえば高温、中温、低温から
なる３段あるいはそれ以上の段数構成を採用してもよ
い。また、上述した実施例は本発明をギフォード・マク
マホン形冷凍機に適用した例であるが、スターリング冷
凍機、改良形ソルベーサイクルＧＭ冷凍機、ビルミヤ冷
凍機あるいはパルスチューブ冷凍機等の蓄冷式の極低温
冷凍機全般に適用できる。また、蓄冷材の形状も球状、
粒状、メッシュ状等の各種形状を選択できることは勿論
である。Further, in the embodiment, a refrigerator having a two-stage structure is constructed as a whole, but a three-stage or more stage structure comprising high temperature, medium temperature and low temperature may be adopted. The above-mentioned embodiment is an example in which the present invention is applied to a Gifford-McMahon type refrigerator, but a regenerative type pole such as a Stirling refrigerator, an improved Solvay cycle GM refrigerator, a Billmiya refrigerator or a pulse tube refrigerator is used. Applicable to all low temperature refrigerators. Also, the shape of the regenerator material is spherical,
Of course, various shapes such as granular shape and mesh shape can be selected.
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、特
に産業上有用な４．２Ｋ付近での冷凍能力を向上させる
ことができる。As described above, according to the present invention, it is possible to improve the refrigerating capacity particularly in the vicinity of 4.2K which is industrially useful.
【図１】本発明の一実施例に係る極低温冷凍機の概略構
成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention.
【図２】同冷凍機の最終段蓄冷器の構成を説明するため
の断面図FIG. 2 is a sectional view for explaining a configuration of a final stage regenerator of the refrigerator.
【図３】ＥｒＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 蓄冷材，Ｅｒ3 Ｃｏ蓄冷
材、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材の比熱特性を示す図FIG. 3 is a diagram showing specific heat characteristics of ErNi 0.8 Co 0.2 regenerator material, Er 3 Co regenerator material, and Er 3 Ni regenerator material.
【図４】最終段蓄冷器の高温側に充填するのに適した各
種蓄冷材の比熱特性を示す図FIG. 4 is a diagram showing the specific heat characteristics of various regenerator materials suitable for filling the high temperature side of the final stage regenerator.
【図５】最終段蓄冷器の低温側に充填するのに適した各
種蓄冷材の比熱特性を示す図FIG. 5 is a diagram showing specific heat characteristics of various regenerator materials suitable for filling the low temperature side of the final stage regenerator.
【図６】最終段蓄冷器の低温側に充填するのに適した各
種蓄冷材の比熱特性を示す図FIG. 6 is a diagram showing specific heat characteristics of various regenerator materials suitable for filling the low temperature side of the final stage regenerator.
【図７】組成が一般式Ｅｒ(x) Ｄｙ(1-x) Ｎｉ2 で表さ
れる蓄冷材の xを種々変えた組成での比熱特性を示す図FIG. 7 is a diagram showing the specific heat characteristics of the regenerator material whose composition is represented by the general formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2 with various x values.
【図８】組成が一般式Ｅｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｒｈで表され
る蓄冷材の xを種々変えた組成での比熱特性を示す図FIG. 8 is a diagram showing the specific heat characteristics of the regenerator material having a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh with various x values.
【図９】組成が一般式Ｅｒ(x) Ｇｄ(1-x) Ｎｉで表され
る蓄冷材のx を種々変えた組成での比熱特性を示す図FIG. 9 is a diagram showing specific heat characteristics of a cold storage material having a composition represented by a general formula Er (x) Gd (1-x) Ni with various x values.
【図１０】組成が一般式（Ｅｒ(x) Ｒ(1-x)）(1-y) Ｒ
ｕ(y) で表される蓄冷材（ただし、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）において、x=1 に設
定し、かつ yを0.3 〜0.4 に変化させたときの比熱特性
を示す図FIG. 10 shows the composition of the general formula (Er (x) R (1-x) ) (1-y) R.
Cool storage material represented by u (y) (where R is Y, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
b), a rare earth element selected from Sc), showing specific heat characteristics when x = 1 is set and y is changed from 0.3 to 0.4.
【図１１】組成が一般式（Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) ）3 Ｎｉ
(y) Ｃｏ(1-y) で表されるで蓄冷材（ただし、ＲはＹ，
Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）において、x=
1 に設定し、かつ yを0 〜1に変化させたときの比熱特
性を示す図FIG. 11 shows the composition of the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 Ni.
(y) is represented by Co (1-y) and is a cold storage material (where R is Y,
Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, T
(rare earth element selected from m, Yb and Sc), x =
Diagram showing the specific heat characteristics when 1 is set and y is changed from 0 to 1.
【図１２】組成が一般式Ｅｒ(x) Ｒ(1-x)Ｎｉ(y) Ｃｕ
(1-y) で表される蓄冷材（ただし、0 ≦x ≦1 、0 ≦y
≦1 、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元
素）において、x=1 ，y=0 に設定したときの比熱特性
と、x =0，y=0.5 ，Ｒ＝Ｈｏに設定したときの比熱特性
とを示す図FIG. 12 shows the composition of the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu.
Cold storage material represented by (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y
≦ 1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Tm, Yb, and Sc), the specific heat characteristics when x = 1 and y = 0 and the specific heat characteristics when x = 0, y = 0.5, and R = Ho are set. Figure showing specific heat characteristics
【図１３】組成が一般式Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) Ｎｉ(y) Ｃｏ
(1-y) で表される蓄冷材（ただし、 0≦ x≦ 1、 0≦ y
≦ 1、ＲはＧｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれた希土類
元素）においてx=1 ，y=0.7 〜1 に設定したときの比熱
特性を示す図FIG. 13 shows the composition of the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Co.
Cool storage material represented by (1-y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y
≦ 1, R is a rare earth element selected from Gd, Tb, Dy, and Ho), showing specific heat characteristics when x = 1 and y = 0.7 to 1 are set.
【図１４】組成が一般式（Ｅｒ(x) Ｒ(1-x) ）3 ＡｌＣ
(y) で表される蓄冷材（ただし、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y≦
1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）
においてx=1 ，y=0.5 〜1に設定したときの比熱特性を
示す図FIG. 14 shows the composition of the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 AlC.
Cool storage material represented by (y) (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤
1, R is Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, D
(rare earth element selected from y, Ho, Tm, Yb, Sc)
Of specific heat characteristics when x = 1 and y = 0.5 to 1 in
【図１５】ＥｒＮｉ、Ｅｒ0.95Ｇｄ0.05Ｎｉ、Ｅｒ0.9
Ｇｄ0.1 Ｎｉ、Ｅｒ3 Ｃｏの比熱特性を示す図FIG. 15: ErNi, Er 0.95 Gd 0.05 Ni, Er 0.9
Diagram showing specific heat characteristics of Gd 0.1 Ni, Er 3 Co
【図１６】最終段蓄冷器の低温側に充填された蓄冷材の
体積比と蓄冷効率との関係の一例を示す図FIG. 16 is a diagram showing an example of the relationship between the volume ratio of the cold storage material filled in the low temperature side of the final stage regenerator and the cold storage efficiency.
【図１７】最終段蓄冷器の低温側に充填された蓄冷材の
体積比と蓄冷効率との関係の別の例を示す図FIG. 17 is a diagram showing another example of the relationship between the volume ratio of the regenerator material charged on the low temperature side of the final stage regenerator and the regenerator efficiency.
【図１８】最終段蓄冷器に充填された蓄冷材の種類と冷
凍能力との関係を示す図FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the type of regenerator material filled in the final stage regenerator and the refrigerating capacity.
【図１９】最終段蓄冷器に充填された蓄冷材の種類と冷
凍能力との関係を示す図FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the type of regenerator material filled in the final stage regenerator and the refrigerating capacity.
１…コールドヘッド、 ２…冷媒ガス導
排出系、１１…シリンダ、 １２…
ディスプレーサ、１３…モータ、
１６…第１段冷却ステージ、１７…第２段冷却ステー
ジ、 １８…第１ディスプレーサ、１９…第２
ディスプレーサ、 ２２，２４…蓄冷材、２
１，２３…蓄冷器を構成するための流体通路、２４ａ…
高温側の蓄冷材、２４ｂ…低温側の蓄冷材、２８…セパ
レータ。1 ... Cold head, 2 ... Refrigerant gas guide / exhaust system, 11 ... Cylinder, 12 ...
Displacer, 13 ... Motor,
16 ... 1st cooling stage, 17 ... 2nd cooling stage, 18 ... 1st displacer, 19 ... 2nd
Displacer, 22, 24 ... Regenerator material, 2
1, 23 ... Fluid passages for forming a regenerator, 24a ...
High temperature side cold storage material, 24b ... Low temperature side cold storage material, 28 ... Separator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東海 陽一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平４−313648（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−222356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−86420（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−310269（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−30135（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 9/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoichi Tokai Komukai Toshiba Town No. 1, Komukai Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Toshiba Research & Development Center Co., Ltd. (56) Reference JP-A-4-313648 (JP, A) Kaihei 4-222356 (JP, A) JP 61-86420 (JP, A) JP 1-310269 (JP, A) Actual Kai 5-30135 (JP, U) (58) Fields investigated (58) Int.Cl. 7 , DB name) F25B 9/00
Claims (4)
冷却した後に低温部で膨脹させて寒冷を発生させる極低
温冷凍機において、前記蓄冷器の高温側に下記の一般式
で表される組成の蓄冷材Ａが、低温側に下記の一般式で
表される組成の蓄冷材Ｂが充填されていることを特徴と
する極低温冷凍機。 蓄冷材Ａ (a) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x))3Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表
される組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (b) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｕ(1-y)で表され
る組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (c) 一般式 Ｅｒ(x)Ｄｙ(1-x)Ｎｉ2で表される組成物
(ただし、0≦x≦0.85) または、 (d) 一般式 Ｅｒ(x)Ｇｄ(1-x)Ｒｈで表される組成物
(ただし、0≦x≦0.3) または、 (e) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表され
る組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＧｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，
Ｈｏから選ばれた希土類元素) 蓄冷材Ｂ (f) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表され
る組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y＜1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素) または、 (g) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x))3ＡｌＣ(y)で表される組
成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (i) 一般式 Ｅｒ(x)Ｇｄ(1-x）Ｒｈで表される組成物
(ただし、0.3≦x≦1) または、 (j) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x）)(1-y)Ｒｕ(y)で表され
る組成物 (ただし、0.5≦x≦1、0≦y≦0.7、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素)または、 (k) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x）Ｎｉ(y)Ｃｕ(1-y)で表さ
れる組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y＜1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)1. A cryogenic refrigerator in which compressed helium gas is cooled by passing through a regenerator and then expanded at a low temperature portion to generate cold, which is represented by the following general formula on the high temperature side of the regenerator. A cryogenic refrigerator in which a cold storage material A having a composition is filled with a cold storage material B having a composition represented by the following general formula on the low temperature side . Cooling material A (a) Composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Or a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1,0 ≤y≤1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
(A rare earth element selected from the following) or (c) a composition represented by the general formula Er (x) Dy (1-x) Ni 2 .
(However, 0 ≦ x ≦ 0.85) or (d) a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh.
(Provided that 0 ≦ x ≦ 0.3) or (e) a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (provided that 0 ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y ≦ 1, R is Gd, Tb, Dy,
Rare earth element selected from Ho) Cooling material B (f) Composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y <1 , R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
From selected rare earth elements were) or, (g) Formula (Er (x) R (1 -x)) 3 composition represented by AlC (y) (however, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Rare earth elements) or (i) a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh
(Provided that 0.3 ≦ x ≦ 1) or (j) a composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) (1-y) Ru (y) (provided that 0.5 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.7, R is Y, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
b, a rare earth element selected from Sc) or (k) a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1 , R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
(Rare earth elements selected from)
１０〜９０％の範囲充填されていることを特徴とする請
求項１に記載の極低温冷凍機。2. The cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein the regenerator material B is filled in the regenerator in a volume ratio of 10 to 90%.
れた第１蓄冷器と、後段冷却ステージに設けられた第２
蓄冷器とから構成され、前記蓄冷材Ａおよび蓄冷材Ｂと
を第２蓄冷器に充填するとともに、前記第１蓄冷器には
銅あるいは鉛の少なくともどちらか一方を含む蓄冷材を
充填してなることを特徴とする請求項１に記載の極低温
冷凍機。3. The regenerator is a first regenerator provided in a front cooling stage and a second regenerator provided in a rear cooling stage.
A regenerator, and a regenerator material A and a regenerator material B are filled in a second regenerator, and the first regenerator is filled with a regenerator material containing at least one of copper and lead. The cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein:
ジの第１蓄冷器から後段冷却ステージの第２蓄冷器に通
して冷却した後に膨脹させて寒冷を発生させる極低温冷
凍機において、前記第１蓄冷器に充填された第１の蓄冷
材と、前記第２蓄冷器に充填された複数の第２の蓄冷材
と、この複数の第２の蓄冷材同士が前記第２蓄冷器内で
混合しないように仕切る仕切り部材とを備え、前記第２
の蓄冷材は下記の一般式(a)乃至(i)で表される少なくと
も一つの式の中から選ばれた異なる複数の組成物からそ
れぞれ構成されており、前記第２蓄冷器の高温側には前
記複数の組成物のうち他の組成物よりも高温側に磁気転
移点を有するものを充填し、前記第２蓄冷器の低温側に
は前記複数の組成物のうち他の組成物よりも低温側に磁
気転移点を有するものを充填したことを特徴とする極低
温冷凍機。 (a) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x))3Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表
される組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (b) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｕ(1-y)で表され
る組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y＜1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (d) 一般式 Ｅｒ(x)Ｇｄ(1-x)Ｒｈで表される組成物
（ただし、0≦x≦0.3） または、 (e) 一般式 Ｅｒ(x)Ｒ(1-x)Ｎｉ(y)Ｃｏ(1-y)で表され
る組成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y＜1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (f) 一般式 (Ｅｒ(x)Ｒ(1-x))3ＡｌＣ(y)で表される組
成物 (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ
から選ばれた希土類元素)または、 (h) 一般式 Ｅｒ(x)Ｇｄ(1-x）Ｒｈで表される組成物
(ただし、0.3≦x≦1) または、 (i) 一般式 （Ｅｒ(x)Ｒ(1-x））(1-y)Ｒｕ(y)で表さ
れる組成物 (ただし、0.5≦x≦1、0≦y≦0.7、ＲはＹ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素)4. A cryogenic refrigerator for generating compressed cold by passing compressed helium gas from a first regenerator of a front cooling stage to a second regenerator of a rear cooling stage and then expanding it to generate cold. The first regenerator material filled in the regenerator, the plurality of second regenerator materials filled in the second regenerator, and the plurality of second regenerator materials are not mixed in the second regenerator. And a partition member for partitioning the second
The regenerator material is composed of a plurality of different compositions selected from at least one formula represented by the following general formulas (a) to (i), and is placed on the high temperature side of the second regenerator. Is filled with a material having a magnetic transition point on a higher temperature side than the other compositions among the plurality of compositions, and a lower temperature side of the second regenerator is filled with the material than the other compositions among the plurality of compositions. A cryogenic refrigerator characterized by being filled with a material having a magnetic transition point on the low temperature side. (a) A composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) 3 Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, R Is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Or (b) a composition represented by the general formula Er (x) R (1-x) Ni (y) Cu (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≤y <1 , R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Or (d) a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh (where 0 ≦ x ≦ 0.3) or (e) the general formula Er (x ) A composition represented by R (1-x) Ni (y) Co (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1 , R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
From selected rare earth elements were) or, (f) Formula (Er (x) R (1 -x)) 3 composition represented by AlC (y) (however, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, R is Y, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Sc
Or a composition represented by the general formula Er (x) Gd (1-x) Rh.
(Provided that 0.3 ≦ x ≦ 1) or (i) a composition represented by the general formula (Er (x) R (1-x) ) (1-y) Ru (y) (provided that 0.5 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.7, R is Y, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Y
b, rare earth element selected from Sc)
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|---|---|---|---|
| JP5-109420 | 1993-05-11 | ||
| JP10942093 | 1993-05-11 | ||
| JP09761594A JP3417654B2 (en) | 1993-05-11 | 1994-05-11 | Cryogenic refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0727434A JPH0727434A (en) | 1995-01-27 |
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ID=26438781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09761594A Expired - Fee Related JP3417654B2 (en) | 1993-05-11 | 1994-05-11 | Cryogenic refrigerator |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3417654B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-05-11 JP JP09761594A patent/JP3417654B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN102734976A (en) * | 2011-04-04 | 2012-10-17 | 住友重机械工业株式会社 | Regenerative refrigerator and partitioning member |
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| JPH0727434A (en) | 1995-01-27 |
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