JP6377880B1 - 希土類蓄冷材並びにこれを備えた蓄冷器及び冷凍機 - Google Patents
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Abstract
本発明は、具体的には、一般式(1)
Er1−xRxNi1+α (1)
〔式中、xは0<x<1、αは−1<α<1を示す。RはY及びランタノイド元素(但しErを除く)から選ばれる少なくとも一種を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材、並びにこれを備えた蓄冷器及び冷凍機を提供する。
Description
1.一般式(2)
Er1−xDyxNi (2)
〔式中、xは0<x≦0.15を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。
2.一般式(3)
Er1−xGdxNi (3)
〔式中、xは0<x≦0.25を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。
3.一般式(4)
Er1−x−yDyxGdyNi (4)
〔式中、xは0<x≦0.3、yは0<y≦0.25を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。
4.一般式(1)
Er 1−x R x Ni (1)
〔式中、xは0<x<1を示す。RはDy及びGdから選ばれる少なくとも一種を示す。〕
で表される希土類蓄冷材であって、
前記Niの一部がMにより置換されており、一般式(5)
Er1−xRxNi(1−z) M z (5)
〔式中、xは0<x<1、zは0<z<0.5を示す。RはDy及びGdから選ばれる少なくとも一種を示す。MはCo、Cu、Fe、Al、Mn、Si、Ag及びRuからなる群から選択される少なくとも一種を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。
5.上記項1〜4のいずれかに記載の希土類蓄冷材が単独で又は他の蓄冷材と組み合わせて充填されている蓄冷器。
6.前記希土類蓄冷材は、1)球状粉の粒子群の状態、又は2)球状粉の粒子群の焼結体の状態である、上記項5に記載の蓄冷器。
7.上記項5又は6に記載の蓄冷器を備えた冷凍機。
本発明の希土類蓄冷材は、ErNiに含まれるEr(エルビウム)の一部が他の特定の希土類元素(R)に置換された構造であり、下記一般式(1)
Er1−xRxNi1+α (1)
〔式中、xは0<x<1、αは−1<α<1を示す。RはY及びランタノイド元素(但しErを除く)から選ばれる少なくとも一種を示す。〕
で表されることを特徴とする。
Er1−x―yRxR’yNi1+α (1)’
〔式中、xは0<x<1、yは0<y<1、0<x+y<1、αは−1<α<1を示す。R及びR’は相互に異なりY及びランタノイド元素(但しErを除く)から選ばれる少なくとも一種を示す。〕
と記載することができ、RとR’の複合置換量x+yとしては0.05≦x+y≦0.9が好ましい。また、αは−1<α<1の中でも、−0.9≦α≦0.8が好ましく、−0.75≦α≦0.5がより好ましい。
(R=Dyである場合)
RがDyである場合には、下記一般式(2)
Er1−xDyxNi1+α (2)
〔式中、xは0<x≦0.3、αは−1<α<1を示す。〕
で表すことができる。
1)10〜25K付近にファセット状の比熱ピークを有する、
2)20K以下で鉛より比熱が大きい、
3)比熱ピークより高温側(約26K付近)における比熱低下が大きい、
4)9K付近の比熱はHoCu2の比熱に比べて小さい、
等の特徴を有し、特に1)、2)の特徴は従来品の蓄冷材に比して有用性がある。
(R=Gdである場合)
RがGdである場合には、下記一般式(3)
Er1−xGdxNi1+α (3)
〔式中、xは0<x≦0.25、αは−1<α<1を示す。〕
で表すことができる。
1)明確なファセット状の比熱ピークは認められない、
2)20K以下では鉛より比熱が大きい、
3)比熱ピークより高温側での比熱低下が大きい、
4)9K付近における比熱はHoCu2の高温側比熱ピークとほぼ同等の比熱である、
等の特徴を有する。
1)それにより、明確なファセット状の比熱ピークは認められない、
2)約23K以下では鉛より比熱が大きい、
3)30K以下での極端な比熱低下は見られない、
4)9K付近における比熱はHoCu2の高温側比熱ピークに比べ小さい、
等の特徴を有する。
(R=Dy及びGdの複合置換である場合)
RがDy及びGdの複合置換である場合には、下記一般式(4)
Er1−x−yDyxGdyNi1+α (4)
〔式中、xは0<x≦0.3、yは0<y≦0.25、αは−1<α<1を示す。〕
で表すことができる。
1)10〜25K付近にファセット状の比熱ピークを有する、
2)25K以下で鉛より比熱が大きい、
3)比熱ピークより高温側での比熱低下が僅かである、
4)9K付近の比熱はHoCu2の比熱に近い、
等の特徴がある。つまり、一般式(2)及び一般式(3)で示される単独置換の希土類蓄冷材では達成できなかった上記2)、3)及び4)の項目を達成することが可能となる。これは、Erのうち20モル%をDy及びGdに複合置換することにより、Erの25モル%をDyに置換した希土類蓄冷材よりも比熱特性が向上していることを意味しており、複合置換により単独置換よりも効率的に比熱特性の改良がなされている。
(Niの一部がMに置換された場合)
本発明には、上記一般式(1)で示される希土類蓄冷材のうち、Ni1+αの一部がMにより置換されており、一般式(5)
Er1−xRxNi(1−z)+αMz (5)
〔式中、xは0<x<1、zは0<z<0.5、αは−1<α<1を示す。RはY及びランタノイド元素(但しErを除く)から選ばれる少なくとも一種を示す。MはCo、Cu、Fe、Al、Mn、Si、Ag及びRuからなる群から選択される少なくとも一種を示す。〕
で表される希土類蓄冷材も包含される。なお、一般式(2)〜(4)で示される希土類蓄冷材は一般式(1)で示される希土類蓄冷材に含まれる。よって、本発明には、一般式(2)〜(4)の希土類蓄冷材のうち、Ni1+αの一部がMにより置換されているものも包含される。
本発明の希土類蓄冷材は、それを単独又は他の蓄冷材と組み合わせて充填することにより蓄冷器を構成することができる。他の蓄冷材としては限定されず、公知の蓄冷材を適宜組み合わせることができる。また、当該蓄冷器を備えた冷凍機(例えば、液体水素製造用冷凍機、10K特化冷凍機、4KGM冷凍機)を構成することができる。
{1−実測重量/(見かけ体積×比重)}×100
〔但し、見かけ体積は例えば円柱状の試料の場合、直径と長さから求めた体積を示す。〕により求められる値を意味する。
表1に記載の本発明の希土類蓄冷材である各合金粉末は溶解・鋳造によって得られる。
Claims (7)
- 一般式(2)
Er1−xDyxNi (2)
〔式中、xは0<x≦0.15を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。 - 一般式(3)
Er1−xGdxNi (3)
〔式中、xは0<x≦0.25を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。 - 一般式(4)
Er1−x−yDyxGdyNi (4)
〔式中、xは0<x≦0.3、yは0<y≦0.25を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。 - 一般式(1)
Er 1−x R x Ni (1)
〔式中、xは0<x<1を示す。RはDy及びGdから選ばれる少なくとも一種を示す。〕
で表される希土類蓄冷材であって、
前記Niの一部がMにより置換されており、一般式(5)
Er1−xRxNi(1−z) M z (5)
〔式中、xは0<x<1、zは0<z<0.5を示す。RはDy及びGdから選ばれる少なくとも一種を示す。MはCo、Cu、Fe、Al、Mn、Si、Ag及びRuからなる群から選択される少なくとも一種を示す。〕
で表されることを特徴とする希土類蓄冷材。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の希土類蓄冷材が単独で又は他の蓄冷材と組み合わせて充填されている蓄冷器。
- 前記希土類蓄冷材は、1)球状粉の粒子群の状態、又は2)球状粉の粒子群の焼結体の状態である、請求項5に記載の蓄冷器。
- 請求項5又は6に記載の蓄冷器を備えた冷凍機。
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