JPH06101915A - 蓄冷材及びその製造方法 - Google Patents

蓄冷材及びその製造方法

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JPH06101915A
JPH06101915A JP27539192A JP27539192A JPH06101915A JP H06101915 A JPH06101915 A JP H06101915A JP 27539192 A JP27539192 A JP 27539192A JP 27539192 A JP27539192 A JP 27539192A JP H06101915 A JPH06101915 A JP H06101915A
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JP
Japan
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specific heat
melting point
flexible metal
high specific
low melting
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JP27539192A
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English (en)
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Motoo Tsuchie
基夫 土江
Hisashi Hashimoto
寿志 橋本
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低温で大きな比熱を有し、柔軟性と熱伝導
性に富み、長期間使用しても微細粉が出ることのない蓄
冷材を得る。 【構成】 極低温で大きな比熱を有し微細粉化した高比
熱物質1を、熱伝導性のよい低融点柔軟性金属2に混入
した複合体とし、多数の粒状体2aに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、冷凍機や液化機に使
用される蓄冷材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】気体を冷却したり液化するには、気体の
膨張を繰り返す方法がとられる。その際、冷気を貯える
ために蓄冷材が用いられる。一般に、冷凍機や液化機に
使用する蓄冷材は、熱伝導率と比熱の大きいものが使用
されている。熱伝導率が小さいと表面での蓄冷効果しか
期待できない。また、比熱が小さいと貯えることの可能
な熱容量が小さい。このような見地から銅のような熱伝
導率の大きいものや、鉛のような比熱の大きいものが使
用されることがある。
【0003】最近になって、極低温までの冷凍機やヘリ
ウム液化機が検討されるに至って、10K(−263
℃)付近で結晶転移点を持ち、4.2K前後で非常に大
きな比熱を有する希土類化合物の合金が使用されるよう
になった(特開平1−310269号公報参照)。
【0004】一般に、希土類化合物は脆い性質があり、
長期間使用すると微細粉化して装置を詰まらせる恐れが
ある。また、比熱は大きいものの、熱伝導率が小さいの
で、蓄冷効果は表面近傍でしか期待できない。
【0005】図5は特開平3−99162号公報に示さ
れた、従来の蓄冷材の断面図である。蓄冷材は、希土類
磁性材料3と鉛4との混合物からなる。一つの粒子につ
いてみれば、希土類磁性材料3の粒子か、鉛4の粒子の
どちらかである。
【0006】図6は他の先行技術として特平4−598
84号公報に示された、従来の蓄冷材の正面図である。
多数の鉛4の粒4aの表面に、希土類磁性材料3を付着
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の図
5に示す蓄冷材では、希土類磁性材料3の粒子と鉛4の
粒子とを混合して詰めており、希土類磁性材料3の粒子
はもろいので、長期間の使用により装置を詰まらせると
いう問題点があった。また、従来の図6に示す蓄冷材で
は、鉛4の粒4aの表面に希土類磁性材料3を付着して
おり、一体化されておらず、希土類磁性材料3が脱落す
るおそれがあり、また、付着が表面のみであり、希土類
磁性材料3の比熱を上げるのが難しいという問題点があ
った。
【0008】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、長期間使用しても希土類化合
物の微細粉が脱落することなく、また、蓄冷却効果に優
れた蓄冷材及びその製造方法を得ることを目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる蓄冷材
は、高比熱物質と、低融点柔軟性金属とを混合し、多数
の粒状にしたものである。
【0010】
【作用】この発明においては、高比熱物質と、低融点柔
軟性金属とを混合し、粒状にしており、大きな比熱を確
保し、柔軟性に富み蓄冷効率にすぐれたものとなり、長
期間使用しても高比熱物質が脱落することはない。
【0011】
【実施例】
実施例1.図1はこの発明の実施例1による蓄冷材の断
面図である。図において、1は微細粉化された高比熱物
質、2は熱伝導性に優れた低融点柔軟性金属で、高比熱
物質1が混合されており、多数の粒状体2aにされてい
る。各粒状体2aは、高比熱物質1が低融点柔軟性金属
2の内部にも入った複合体である。
【0012】上記実施例の各種蓄冷材試料の試験結果に
ついて説明する。比熱の測定は熱緩和法で行った。今回
の測定は、希土類合金のうち比較的比熱の大きいエルビ
ニウム3ニッケルと、良熱伝導性の低融点柔軟性金属の
複合体の比熱測定と、他の希土類合金単体の比熱測定を
行った。測定した複合体試料の組合せを表1に、単体の
高比熱物質試料を表2にそれぞれ示す。柔軟性金属は比
較的大きな比熱を持ち、低融点で加工性及び熱伝導性に
富んだインジウム、鉛、はんだ1(鉛:錫=70:3
0)、はんだ2(鉛:錫=50:50)及びウッドメタ
ルを用いた。
【0013】[表1]
【0014】[表2]
【0015】各種試料の比熱を図2に示す。インジウ
ム、鉛、はんだ1、はんだ2はいずれも単体でも7K付
近(±1K)で大きな比熱を示すが、蓄冷効果を考えた
場合、1×10-2J/g・K以上程度の比熱が必要と考
えられる。一般に複合体の比重や比熱等の物理特性は、
複合する前の単体の按分比例で表されると言われてい
る。この度調べた試料についてもほぼ同様の傾向がみら
れ、図3のインジウムのように、混合物の比熱はそれぞ
れの比熱の重量比率の按分比例となっている。今回、イ
ンジウム、はんだ1以外の低融柔軟性金属については、
混合比率30%〜50%での測定を行っている。しか
し、上述のような按分比例関係が成り立つことが確かめ
られたので、柔軟性金属100%の7Kにおける比熱
が、ウッドメタルで2×10-2J/g・K、その他のも
ので6〜8×10-3J/g・Kであることを考えると、
20〜50%でも1×10-2J/g・K以上の比熱であ
ることが推察される。
【0016】図4のように、インジウムやはんだの熱伝
導率は他金属と比べると大きい(引用文献:「低温工学
ハンドブック」第197ページ内田老鶴圃新社)。希土
類合金の熱伝導率は不明であるが、かなり小さいと考え
られる。というのは、熱緩和法による比熱測定の際、希
土類元素については試料を十分に薄くしないと熱緩和速
度が遅いという問題があったが、低融点柔軟性金属で
は、厚い試料でも比較的短時間で熱緩和した。一般的に
熱緩和量を比熱に比例するが、熱緩和速度は熱伝導率に
比例することが知られている。
【0017】熱伝導率の小さいものは表面積を大きくし
ないと、十分な蓄冷効果が期待できない。したがって、
この発明のように微細粉化した高比熱材料を、熱伝導率
のよい低融点柔軟性金属に混入した組合せは、表面積の
大きな高比熱材料が高熱伝導率状態にあるので、蓄冷効
率に優れている。
【0018】実施例2.この発明の複合体は、エルビニ
ウム3ニッケルのような希土類合金と低融点柔軟性金属
との組合せであるが、合金ではなく、微視的にみれば不
均質なものである。エルビニウム3ニッケルと低融点柔
軟性金属との合金になれば、元のエルビニウム3ニッケ
ルや柔軟性金属とは異なった結晶構造をとるので、比熱
等の熱特性も異なってくると考えられる。したがって、
これらの複合体は、母材の海の中に異種金属の島が存在
するような形態をとる。量の多いエルビニウム3ニッケ
ルは脆いので、海とは成りえない。量の少ない低融点柔
軟性金属を海とするには、20%以上程度の柔軟性金属
が必要であった。微細粉化したエルビニウム3ニッケル
と低融点柔軟性金属とを混合し、6000kg/cm2程度
で加圧成型し、350℃の窒素気流中で加熱して柔軟性
金属との複合体を得た。
【0019】実施例3.エルビニウム3ニッケルの比重
は、9.3g/cm3である。一方、インジウム、鉛、は
んだ1、はんだ2、ウッドメタルの比重は、それぞれ
7.3、11.3、9.7、8.9、11.4であり、
両者の比重は比較的近い。また、エルビニウム3ニッケ
ルの融点は1000℃以上であるのに対し、インジウ
ム、鉛、はんだ、ウッドメタルの融点は、いづれも40
0℃以下と低い。したがって、それらの融解温度で融解
した柔軟性金属中に微細化したエルビニウム3ニッケル
を混合すると、エルビニウム3ニッケルが融解すること
なく、ほぼ均一な複合体を得ることができる。混合比率
としては、低融点柔軟性金属20%以上であれば、柔軟
性金属との複合体を得ることができる。
【0020】実施例4.蓄冷材は限られた重量で表面積
を最も大きくするには、材料を多数の球状をなす粒状体
にするとよい。希土類合金はすでに述べたように脆いの
で、球状化が困難である。ところが、この発明による複
合体の蓄冷材は、柔軟性金属の連続体なので、プレス成
型や、溶融物を不活性気体とともにノズルから噴射する
ことにより容易に球状化できる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、極低
温で非常に大きな比熱を有する希土類化合物のような高
比熱物質を、熱伝導性のよい低融点柔軟性金属に混合し
て複合し、多数の粒状体に形成したので、極低温で大き
な比熱を有し、柔軟性と熱伝導性に富み、長期間使用し
ても微細粉が出ることのない蓄冷材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1による蓄冷材の断面図であ
る。
【図2】この発明の基になる実験結果で、各種複合体の
温度7K付近での比熱のグラフである。
【図3】この発明の基になる実験結果で、エルビニウム
3ニッケルとインジウムとの複合体の比熱の混合率依存
性を示すグラフである。
【図4】この発明の基になる資料で、各種物質の熱伝導
率を示すグラフである。
【図5】従来の蓄冷材を示す断面図である。
【図6】従来の他の例による蓄冷材の正面図である。
【符号の説明】
1 高比熱物質 2 低融点柔軟性金属 2a 粒状体
【表1】
【表2】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比熱1J/g・K以上の微細粉化した高
    比熱物質と、融点400℃以下の良熱伝導性の低融点柔
    軟性金属との、5:5〜8:2の混合比の複合体が多数
    の粒状体にされてなることを特徴とする蓄冷材。
  2. 【請求項2】 微細粉化した高比熱物質が、エルビウム
    3ニッケル、ホルミウム3ルテニウム、エルビニウム3
    ルテニウム、ジスプロシウム1.5エルビニウム1.5
    ルテニウム、ホルミニウム1.5エルビニウム1.5ル
    テニウム、ガドリニウム0.3エルビニウム2.7ルテ
    ニウム、ホルミウム3ルテニウム0.9コバルト0.
    1、ガドリニウムロジウムのうちの一つ、あるいは混合
    物であり、 低融点柔軟性金属が、鉛、はんだ、インジウム、ウッド
    メタルのうちの一つ、あるいは混合物であることを特徴
    とする請求項1の蓄冷材。
  3. 【請求項3】 微細粉化した高比熱物質と、微細粉化し
    た低融点柔軟性金属とを5:5〜8:2の割合で混合
    し、加圧成型して多数の粒状体にすることを特徴とする
    蓄冷材の製造方法。
  4. 【請求項4】 微細粉化した高比熱物質と、融解した低
    融点柔軟性金属とを5:5〜8:2の割合で、高比熱物
    質の融点以下の温度で柔軟性金属を溶融して混合し、冷
    却して多数の粒状体にすることを特徴とする蓄冷材の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 微細粉化した高比熱物質と、融解した低
    融点柔軟性金属とを5:5〜8:2の割合で、高比熱物
    質の融点以下の温度で柔軟性金属を溶融して混合し、細
    いノズルから噴射することにより、多数の粒状体にする
    ことを特徴とする蓄冷材の製造方法。
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