JPH07504125A - 極低温リジェネレータ用多孔板および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は米国政府の後援によりエネルギー省により与えられた契約第ＤＥ−ＦＧ ０５−９０−ＥＲ８１０１８号に基づいてなされたものである。米国政府は本発 明に関しである権利を有している。

関係した出願の相互参照 この出願は１９８９年７月５日に出願された米国特許出願第０７／３７５゜７０ ９号の部分継続である１９９０年５月２９日に出願された米国特許出願第０７１ ５３０．８７３号の部分継続出願である。

発明の分野 本発明は極低温リジェネレータ（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓ）の多孔板およびこのような多孔板を製造する方法に関する。

発明の背景 リジェネレータは流体がマトリックスを通して前後に定期的にポンプで圧送され る定期的な質量流れ（ｍａ　ｓ　ｓ−ｆ　ｌｏｗ）熱交換器である。このマトリ ックスは流れサイクルの一部分の間に流体から熱を吸収し、そして流れが逆にな ったときに、熱がマトリックスから流体に伝達される。これらの装置の運転中の 二つの重要な要素は流体とマトリックスとの間の熱交換およびマトリックスの熱 貯蔵能力である。これらの要素は次のような数値係数により特性を表わすことが できる。

（ａ）熱交換−ｈＡ （ｂ）熱貯蔵−Ｃ ただし、ｈは熱伝達係数（Ｓ１単位−ワット／ｍ２　・ｋ）、Ａは熱伝達面積（ Ｓ１単位−ｍ２）、モしてＣはマトリックスの熱容量（Ｓｌ単位−ジュール／ｋ ｇ−ｋ）とする。

リジェネレータの運転のための二つの付加的な第二の要素、すなわち、摩擦損失 に起因するりジェネレータにおける圧力降下（△Ｐ）（圧力の８１単位−Ｐａ（ パスカル））およびリジェネレータのボイド容積（ＶＶ）（ボイド容積のＳｌ単 位−ｍａ）がある。流体をリジェネレータを通して押し込むためには、この圧力 降下に打ち勝たなければならない。そのために、仕事が必要になり、この仕事は 回収できないので、このサイクルにおいては損失になる。リジェネレータのボイ ド容積はりジェネレータの出力質量流量を入力質量流量よりも小さくする。この 差異はボイド容積を「充填」するために必要である。そのうえ、これはすべての 質量流れがリジェネレータを通して完全に流れないことを意味している。質量流 れのある部分はりジェネレータの一部分を横切るのみであり、従ってこの部分は 部分的な熱交換プロセスを受ける。

ある「理想的な」場合には、ｈＡの値は流体のキャパシティレート（ｃａｐａｃ ｉｔｙ　ｒａｔｅ）（ｍＣｐ）と比較して非常に大きくなる。ただし、ｍは流体 の質量流量、そしてＣｐは流体の熱容量とする。（Ｓｌ単位：ｍ−ｋｌ／秒、Ｃ ｐ−ジュール／ｋｇ−ｋ）理想的な場合には、マトリックスの熱容量Ｃの値は積 τｍＣｐと比較して大きくなければならない。（ただし、τは「ブロー」（ｂｌ ｏｗ）期間、すなわち、流れの逆転の間の時間間隔（Ｓｌ単位−秒）とする。） この理想的な場合には、ボイド容積および圧力降下はゼロになる。これらの要因 が相互に関係しているので、上記の理想的なりジェネレータを構成することは不 可能である。それゆえに、すべての実用のりジェネレータには圧力降下およびボ イド容積がある。リジェネレータ設計者にとっての課題は熱伝達および熱貯蔵の 必要な値を得ると共に、圧力降下およびボイド容積の影響を最小限にとどめるこ とにある。以前になされた設計面での努力により、いくつかの異なる分析技術が 開発された。これらの技術は、また、リジェネレータが使用される総合的なシス テムを考究しなければならない。しかしながら応用と関係なく、ある事項が常に 望ましい。これらの事項は次の事項を含む。

ａ、所定の熱交換に対して、圧力降下およびボイド容積を最小限にとどめるべき であり、逆にいえば、所定の圧力降下およびボイド容積に対して、熱交換を最大 に高めるべきである。

ｂ、マトリックスの熱容量はブロー期間中の温度の変動を最小値に保つために十 分に大きくしなければならない。

非常に効率の高いリジェネレータを製造するためには、単に高い熱容量を有する 材料を使用するのみでは十分ではない。この材料は単位ボイド容積あたりに最も 効果的な熱交換を行うことができる最適の形状で、しかも可能な最低の圧力降下 において組み込まれなければならない。リジェネレータのマトリックスの三つの 実施可能な幾何学的形状が考究され、そしてそれらの相対的な効率を決定するた めに分析を行った。これらのりジェネレータは以下の部材を含む。

（１）直交ロッドまたはワイヤスクリーン（２）ランダムに充填された球形床（ ｓｐｈｅｒｅ　ｂｅｄ、）および（３）多孔板 この分析を効果的にするために、特に、多孔板においてはある特性が必要であり 、各々の孔はその長さ全体にわたって均一な横断面を有していなければならず、 そして孔の「入口」および「出口」は鋭い直角の形状に形成されなければならな い。さらに考慮すべき事項は次のとおりである。円形の横断面を有する管の「摩 擦係数」および「スタントン数」は長さ対直径比（Ｌ／Ｄ）により左右される。

長方形の横断面を有する管は平行板の性能に近づき、Ｌ／Ｄ比により左右されず 、そして円形の横断面を有しかつ比較的に小さいＬ／Ｄ比を有する管の性能は平 行板の性能に近づく。

三つの研究用事例について、熱伝達に関する性能の比較を行った。

（１）等しい圧力降下およびリジェネレータの同一の寸法に対する多孔板対球形 床 （２）等しい圧力降下およびリジェネレータの同一の寸法に対する多孔板対スク リーン （３）等しい圧力降下、リジェネレータの等しいボイド容積およびリジェネレー タの等しい長さに対する多孔板対スクリーン得られた結果は次の事項を示してい る。

（１）多孔板は充填された球形床の性能を少なくとも６倍に改良することができ る。

（２）リジェネレータの等しい容積に対して、多孔板はレイノルド数のある範囲 においてワイヤメツシュスクリーンよりも良好な性能を発揮する。

（３）等しいボイド容積に対して、多孔板はすべてのレイノルド数においてワイ ヤメツシュスクリーンよりも優れている。

リジェネレータの性能はりジェネレータの全長に沿った温度の平均値を使用して 行うことができる。しかしながら、一つの好ましいアプローチはりジェネレータ を細かく分割し、そして各々の部分の平均値を使用することである。そのために は、二つの主要な温度の影響を考慮に入れて、リジェネレータの全長に沿った温 度勾配を知ることが必要である。二つの主要な温度の影響は、（１）流体の熱伝 導率は温度が低下するにつれて減少し、それゆえに、もしも効果的な熱伝達を維 持すべきであれば、低温度においては小さい流路が必要になることと、（２）マ トリックスの容積熱容量が低温度において減少し、より多量のマトリックス材料 を必要とすることである。

リジェネレータのマトリックス材料は、有用であるためには、流体と熱接触状態 に保たれなければならない。これは熱透過長、すなわち、温度波がマトリックス の中に伝搬する距離がマトリックス全体が熱伝達プロセスに参加するように十分 に長くなければならない。

正弦波温度変動に対する熱透過深さは次式により表わされる。

上式中、ｋ、ρおよびＣｐはマトリックスの熱伝導率、密度および比熱であり、 モしてνは動作周波数である。従って、マトリックスの熱容量を最大限に利用す るために、高い比熱および高い熱伝導率の両方が必要である。これは材料の選択 を厳密に制限することになる。

孔の形状が規制された多孔板の効率が高いことは明らかであるが、特に液体ヘリ ウムの温度において高い性能を有するリジェネレータを機能をさせるために望ま しい孔のサイズおよび孔の容積の範囲においてこのような多孔板を製造する方法 が得られなかった。

より低い使用温度に対してより小さい孔および多孔率が必要である特定のりジェ ネレータにおいては、３００ミクロンから１ミクロンよりも小さい値までの範囲 内の孔の直径および３０％ないし４０％の多孔板の多孔率が必要になるかもしれ ない。

種々の型式の熱交換器に使用される多孔板が先行特許に開示されている。

１９６６年９月２０日に付与されたホフマン氏の米国特許第３．　２７３．　３ ５７号明細書には、ダイス切断またはホトエツチングにより形成された８ミルの 直径の孔を有する多孔板が開示されている。ネスビット氏に１９７２年９月１９ 日に付与された米国特許第３．６９２．０９９号明細書には、穴ぐり、押抜き、 エツチングによる慣用の方法によりまたは、球体、チップまたは線材の焼結され たマトリックスを使用することにより形成されるべきであるといわれている８ミ ルの直径の孔を有する多孔板が開示されている。ガーウィン氏に１９６６年１月 １１日に付与された米国特許第３，２２８．４６０号明細書には、１５ミルの直 径の孔を有する多孔板が示されているが、孔を形成する方法は開示されていない 。これらの特許に開示されているような慣用の方法は、これらの方法により明け られた孔が最大の効率を得るために必要な孔の長さに沿って均一の形状を有して いない点から、高性能極低温冷却器のための孔のサイズ、すなわち、１ミクロン よりも小さい値から３００ミクロンまでの直径において効果的でない。穴ぐりま たは押抜きのような機械的な方法は、このようなサイズのきりまたはポンチが入 手できず、かつ必要な孔の数が多いので、このようなサイズにおいては実用的で ない。マスクを介してのホトエツチングは、多孔板の深さを通して真直ぐな孔の 壁部よりも湾曲したまたは傾斜した孔の壁部を生ずるエツチング不足のために長 さに沿って不均一な形状の孔を形成する。

高性能リジェネレータの設計におけるもう一つの重要な要素は、運転の温度範囲 に対する最適な熱特性、特に高い熱伝導率に見合う選択された温度において高い 比熱を有しかつ加工し易くかつ妥当なコストの板材料を選択することである。５ ０°によりも高い温度においては、銅、黄銅および３０ステンレススチールがこ れらの要求条件を満たし、２０°にないし５０°にの温度においては、エルビウ ムおよび鉛が最高の容積熱容量を有し、そして２０°によりも低い温度において は、ヘリウムおよび磁気転移を有する材料、特にＧｄＲｈ。

ＧｄＥｒｘＲｈｌ−ｘ、Ｅｒ３Ｎｉならびにその他の希土類金属のが合金が好ま しい高い熱容量を有する。貴金属、例えば、ロジウムを含有するいかなる合金も あまりにも高価すぎよう。希土類元素の多くは比較的に高価である。しかしなが ら、加工コストが包含された場合には、これらの材料のうちのある材料、特にＥ ｒ３Ｎｉのコストは、高性能の用途に対しては極端に高くならない。

日本の調査者、研究者は液体ヘリウムの温度に使用するための再生極低温冷却器 に関する研究を行った。（１９９０年１０月２５日に、マサチューセッツ州プリ マスにおいて開催された第６回国際極低温冷却器に関する会議の議事録）この研 究はＥｒ３Ｎｉを熱交換材料として使用したりジェネレータに関するものであり 、この化合物は３°にないし２０°にの範囲内の温度におけるその独特の高い比 熱のために選択されている。しかしながら、Ｅｒ３Ｎｉは既知の方法を使用して 多孔板に加工し難い脆い金属間化合物である。この研究におけるＥｒ３Ｎ＋は充 填床（ｐ　ａ　ｃ　ｋ　ｅ　ｄ　ｂ　ｅ　ｄ）において０．　６＋ｕの球体の形 態で提供された。このような形状では、この材料の潜在的に高い性能を実現する ことができない。もしも気孔の形状が制御されたＥｒ３Ｎｉの多孔板が製造され れば、はるかに良好な性能が得られよう。

選択された金属または金属間化合物から製造された多孔板を提供することに加え て、第１材料のマトリックス内の所定の位置に含まれた板材料の包含物が混合さ れた複合板を製造する方法を提供することが望ましい。このような多孔板のマト リックスは良好な熱伝達のために必要な熱伝導性を付与し、そして包含物は良好 な熱貯蔵のために必要な高い熱容量を付与する。このような構造を有する多孔板 を製造する方法はない。別の一つの望ましいアプローチは、ヘリウムを閉じ込め るいくつかの孔を含み、従ってヘリウムの高い熱容量を利用する多孔板を提供す ることであろう。

発明の要約 本発明は多孔板の厚さ全体を通じて均一な直径を有する非常に小さい孔を有する 多孔板に関し、かつこれらの特性を有する板を製造する方法に関する。この多孔 板のマトリックスは該板肉に所定のパターンで分布した包含物を有する金属、金 属間化合物または複合材料を含むことができる。この多孔板の金属またはその他 の材料は特定の温度範囲において望ましい熱物理特性、特にその他の基準と合致 した高い比熱を提供するように選択される。

本発明による多孔板の製造は一連の積重ねおよび延伸または押出しを含む「伸線 」工程により実施することができる。各々の工程においては、犠牲的な線材料が 押出し缶内に長手方向に配置され、そして所望の板材料により包囲されて、ビレ ットが形成されている。このビレットは最初に押出しされ、その後再び積み重ね られ、そして繰返して延伸され、線材料が各々のサイクルにより細くされる。所 定の線の直径に達したときに、線材を含むビレットが複数個の板に切断され、そ の後、選択的にエツチングされて、多孔板がｍる。

押出しし難い脆い材料、例えば、Ｅｒ３Ｎｉの包含物を有する板を製造するため に、この方法を押出された金属本体を得るために延性の金属先駆物質を含む混合 物を押出ししかつ延伸させ、そしてその後の現場での加熱工程においてその内部 の金属を金属間化合物に変換することにより実施することができる。

複合板は包含物質のロッドを積層されたビレットの中に所定の位置に配置し、マ トリックス金属のロッドと比較してこれらのロッドの相対面積が板肉で所望の比 率になるように選択することにより製造することができる。

ヘリウムを孔の選択された部分内に閉じ込めることができる構造を有する多孔板 が本発明の別の一実施例において提供される。閉じ込められたヘリウムはマトリ ックスの一部分として作用し、高い熱容量を提供する。

本発明の実施例の多孔板は高性能の極低温冷却器の用途のための範囲のサイズ、 特に１ミクロンよりも小さい値から３００ミクロンまでの選択された孔の直径を 有することができ、これらの孔はそれらの長さ全体を通じて均一な直径を有して いる。これらの多孔板は所定の位置において包含物質を有する単一の金属、金属 間化合物または金属複合材料からなることができる。指定された温度範囲におい て最適の性能を得るために、金属またはその他の板材料が選択されよう。この製 造方法により、材料が押出し缶内で組み立てられる態様を変更することにより、 異なる所望の材料または材料の組合せからなる板を製造する融通性が得られる。

この製造方法は、さらに、Ｅｒ３Ｎｉを多孔板の形態に製造することを可能にし て、それによりその比熱特性を最適の幾何学的形状において最大限に有利に利用 することができる・それゆえに、本発明の一つの目的は、再生熱交換器用の多孔 板であって、それらの厚さ全体を通じて均一の直径の管状の孔を有する多孔板を 提供することにある。

別の一つの目的は、選択された金属、すなわち、金属間化合物または金属複合材 料で製造された多孔板を提供することにある。

さらに一つの目的は、Ｅｒ３Ｎｉの多孔板を提供することにある。

別の一つの目的は、高い熱伝導率を有する金属で製造された多孔板であって、孔 の一部分がヘリウムを閉じ込めかつ貯蔵する能力を有する多孔板を提供すること にある。

別の一つの目的は、このような多孔板を製造する方法を提供することにある。

さらに別の一つの目的は、液体ヘリウムの温度において機能する極低温冷却器に 使用される多孔板を提供することにある。

本発明のその他の目的および利点は以下の詳細な説明および添付した請求の範囲 から明らかになろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の方法を例示した略図である。

第２図は本発明の実施例の多孔板の上面図である。

第３図は押出しするために組み立てられた六角形の要素の配列を示した上面図で ある。

第４図は押出しするためにマンドレルのまわりに巻かれた異なる金属のシートを 示す切断図である。

第５図は巻かれる前の第４図の金属シートの上面図である。

第６図は第５図を６−６線に沿って裁った断面図である。

第７図は多孔板を熱交換器に製造するための一実施例を例示した略図である。

第８図は熱交換器を製造するための別の一実施例を示した略図である。

第９図は本発明の実施例のりジェネレータを示した略図である。

好ましい実施例の説明 図面の第１図を参照すると、本発明の方法による多孔板の調製を略図で例示しで ある。この場合の板材料は銅である。一端部が円錐形に形成された全般的に円筒 形の押出し缶が銅で製造され、そして押出し缶の内部に犠牲用ニオブ・チタン合 金の円筒形ビレットが配置されている。その後、銅製の蓋が押出し缶の平坦な端 部に取付けられ、そして組立体が排気され、溶接によりシールされる。シールさ れた缶は少なくとも４００℃の温度まで予熱され、そしてダイスを通して押出さ れて、５０％またはそれ以上の伸びが得られる。この工程において、銅により包 囲されたニオブ・チタンコアで構成された押出し円筒形の口・ノドが製造される 。その後のサイズの減少はロッドをダイスを通して押し込む押出しまたはロッド が引っ張られる延伸により行うことができるが、最初のサイズの減少後は延伸が 好ましい。その後、単一コアロッドの配列を積み重ねることを可能にするために 、ロッドは六角形ダイスを通して延伸するかまたは必要に応じて機械加工するこ とにより図示のような六角形の形状に変換される。

その後、六角形の単一コアロッドが円筒形の銅製の缶内に積み重ねられ、そして 缶に蓋が設けられ、出発ビレットと同様に予熱され、そして再び押出される押出 しまたは延伸の順序を繰り返すことにより、ビレット材料が所望の直径まで細く なるまで、六角形への変換および積重ねが行われる。その後、仕上げられたロッ ドがウェーハに切断されて、所望の板の厚みが得られる。犠牲材料がフッ化水素 酸によるエツチングにより除去されて、板の厚さ全体を通じて均一な横断面を有 する多数の小さい直径の孔を有する銅製のマトリックスが残る。

銅板を調製するための上記に例示した方法は、多孔板熱交換器用のためのその他 の金属、特にニオブ、モリブデン、ニッケル、エルビウムおよびその他の希土類 金属に適用することができる。

各々の場合には、板用金属が押出し缶内で成形され、そして選択された犠牲金属 のビレットが缶内に配置される。犠牲材料は多孔板のマトリックスに影響を及ぼ すことなくエツチングにより除去される能力について選択される。ニオブまたは ニオブ・チタン合金は、銅板に対して、フッ化水素酸による選択的なエツチング による除去される能力およびその入手性の視点から好ましい。ニオブ製の板に対 しては、銅を犠牲金属として使用し、そして硝酸をエツチング用腐食液として使 用することができる。エルビウム、Ｅｒ３Ｎｉまたはその他の希土類金属の板に 対しては、ニオブまたはニオブ合金を犠牲金属として使用し、そしてフッ化水素 酸をエツチング用腐食液として使用することができる。

使用可能な金属の組合わせに関する制約が方法の性質により課せられる。金属は 押出し成形されるためにある程度の延性および展性を示さなければならず、そし て選択された組合わせの個々の金属は相互に相容性を有していなければならず、 かつ加工状態において望ましくない金属間化合物に総体的に形成されてはならな い。そのうえ、板用金属は犠牲材料を除去するために使用されるエツチング用腐 食液による侵食に耐えなければならない。これらの考慮事項は以下に述べる第２ 金属または望ましい金属間化合物の包含物を含む板の調製にも適用される。

第２図は第１図に示した方法により銅で製造された単一金属多孔板１０を示す。

多孔板１０は中実の領域１８により相互に隔置された六角形のグループ１６にお いて板金体を通じて隔置された多数の孔１４が貫通した金属マトリックス１２を 有しており、このパターンは調製プロセスにおいて六角形のロッドを積み重ねる ことにより得られる。これらの孔１４は極めて均一な間隔および寸法を有し、そ して特にそれらの長さ全体を通じて均一な横断面を有しており、この特性は高性 能の再生極低温冷却器の用途における多孔板の効果にとって不可欠である。

孔の直径および板を通しての開口領域の総合的な範囲は、１％よりも小さい値か ら４０％よりも大きい開口領域と、１ミクロンよりも小さい値から３００ミクロ ンよりも大きい孔の直径とを必要とする極低温冷却器の用途に望ましい値を含む 広範囲の値にわたることができる。板の厚さはロッドをウェーハに切断する場合 に横方向の間隔を変更することにより所望通りに得ることができる。

高性能極低温冷却器に対しては、０．　１．ｍｍないし０．　２ｍｍの厚さが代 表的に使用されよう。この多孔板はその外周のまわりに銅製のリム１９を有して いる。

リム１９は該リムと隣接して完全に孔あけされた構造体を提供するためにロッド を被覆することができる。

第３図ないし第６図は、まず先駆物質であるエルビウムおよびニッケル金属を含 む押出し構造体を形成し、その後この複合構造体を加熱して金属を相互に反応さ せて、金属間化合物を形成することによりＥｒＮｉが複合多孔板の領域内に組み 込まれた一実施例を示す。第３図に示した図は押出し缶２０の一方の端部から見 た場合の押出し缶２０内に積み重ねられた銅製の六角形ロッド２２およびエルビ ウムおよびニッケルを含む六角形ロッド２４を示す。銅製ロッド２２は、長手方 向に延びかつ以前の押出しまたは延伸および再積重ね工程により延長された犠牲 線材２６を有している。ロッド２４はまわりにエルビウムおよびニッケルの金属 シートが層状に巻かれた配列５３により包囲された銅製のマンドレル５５で構成 されており、その端縁部分５４は銅で構成されている。

これらの二つの型式のロッド２２および２４がこの組立体全体を通じて図示のよ うに交互に均一なパターンに分布せしめられている。

ロッド２２を調製する場合には、ニッケルメツシュシート４８がエルビウム箔の シート５０上に配置され、これらの金属の相対的な量はＥｒ３Ｎｉを調整するた めの化学量論的な屋を提供するために調製される。その後、積み重ねられたシー トの端縁がマンドレルの長手方向のスロット５２内に係合され、そしてシートが 「ゼリーロール」状に巻かれる。シートをこのように配置することにより、密接 な接触が得られ、シートの反応を容易にして、それによりＥｒ３Ｎｉが形成され る。その後、マンドレルにシートが巻かれた組立体が押出しのために銅製の缶３ ０内に配置され、六角形に変換された後、銅製ロッド２２の間に積み重ねられる 。所望の孔の直径に相当する線材の直径が得られるまで押出しまたは延伸および 再積重ねの反復サイクルを実施することができる。そのときに、得られた複合ロ ッドが加熱されて、エルビウムおよびニッケルがＥｒ３Ｎｉに変換される。この 工程においては、Ｅｒ３Ｎ＋の共融点（８８０℃）よりも高い温度に加熱するこ とが必要である。その後、ロッドは所望の板の厚さのウェーハに薄く切断され、 そしてウェーハがフッ化水素酸によりエツチングされ、犠牲線材が除去される。

この実施例により製造された複合多孔板は特に極低温リジェネレータのための特 性、特に２０−６５％のＥｒ３Ｎｉ含有量、２−２０％の開口領域および１０ミ クロンないし３００ミクロンの孔の直径を有することができる。

第３ａ図は異なるサイズの孔の六角形グループが貫通したマトリックス３４を有 する多孔板３２を示す。六角形のグループ３６には、気体状のヘリウム作動流体 を通過可能にするサイズの複数個の孔３８が貫通している。グループ４０はヘリ ウムを閉じ込めかつ貯蔵する極めて小さいミクロンよりも小さいサイズの孔４２ を有し、それにより貯蔵されたヘリウムが多孔板の熱容量を高めるようになって いる。グループ３６および４０は相互に中実の領域４４により隔置された均一な パターンに配列され、そして多孔板の端縁のまわりには中実のリム４６が設けら れている。この構造体は、まず前述したように押出しまたは延伸および積重ねの 反復サイクルによりグループ４０に相当する六角形のロッドを調製し、そしてグ ループ３６に相当する六角形ロッドに相並んで非常に小さい直径の線材の包含物 を有するその結果得られたロッドを積み重ね、二つの型式のロッドが第３図に示 すパターンで積み重ねられることにより得られる。

その後、積み重ねられた組立体が少なくとも一回の押出しまたは延伸工程を受け て、連続したマトリックスが製造される。その結果得られたロッドをウェーハに 薄く切断し、その後線材のエツチングによる除去を前述したように実施すること ができる。代表的な用途に対しては、孔４２は０．　６−０．　８ミクロンの直 径を有することができ、そして孔３８は１０−３０ミクロンの直径を有すること ができる。この実施例のために好ましい板材料は銅である。

第７図および第８図は本発明の実施例の多孔板を使用してリジェネレータを製造 する方法を例示している。板１０はスペーサ５６と交互に積み重ねられた配列に 配置される。第７図に示した方法においては、積み重ねられた配列が７７°にの 温度まで冷却され、そして管状ハウジング５８の中に挿入され、そして室温に保 持される。加温したときに、板１０およびスペーサ５６はハウジング５８と緊密 に嵌合する。この方法は銅製の板、ステンレススチールスペーサおよびステンレ ススチールハウジングを使用したりジェネレータに使用することができる。第８ 図に示すように、板およびスペーサの積み重ねられた配列は拡散接着を行うため に真空中で加熱することにより一緒に結合して一体の本体を構成することができ る。銅製の板およびステンレススチール製のスペーサに対しては、３０分間９０ ０℃の温度まで加熱することが好ましい。また、板およびスペーサはろう付けに より結合することができ、ろう付はプレフォームは各々の板と隣接したスペーサ との間に挿入される。

第９図は本発明の実施例のりジェネレータ４２の操作を略図で示している。

このリジェネレータは管状ハウジング６６の内部に配置されたスペーサ６４と交 互に配置された多孔板６２の積重ね体を有している。ハウジング６６はその各々 の端部に流体人口６８および流体出ロア０を備えている。液体ヘリウムのような 流体が圧力波発生器７２によりハウジング６６を通して定期的に前後にポンプで 圧送される。流れサイクルの一部分において、熱が板のマトリックスにより流体 から吸収され、そしてサイクルの逆の部分において、熱が流体に戻るように伝達 される。流体の定期的な膨張により、冷却作用が生じ、冷却される機関５４から 熱を除去する。

以上、本発明を特定の実施例について説明したが、それにより限定されるもので はなく、添付の請求の範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。

予熱　→押出す 積み重ねる Ｆｌに、　７ ＦＩＣ，４

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．多孔板の厚さ全体を通じて均一な直径の孔を有する多孔板を製造する方法に おいて、 選択された板用金属の第１押出し缶を準備し、選択された犠牲金属の円筒形のビ レットを前記缶内に前記缶と軸線方向に整列するように配置し、 ビレットを内蔵する缶を押出しまたは延伸して、それにより缶およびビレットを 延長して、直径を減少させ、 複数個の直径が減少した押出されたまたは延伸されたビレット内蔵缶を前記板用 金属の第２押出缶内に押出されたまたは延伸された缶が相互にかつ第２缶に対し て軸線方向に整列するように積み重ね、第２缶を押出しまたは延伸して、それに よりその内部の犠牲金属ビレットをさらに延長して、直径を減少させて線材を形 成し、前記線材の直径が所望の穴の直径に合致するように減少するまで前記の積 重ねおよび延伸または押出し工程を繰返し、その結果得られた押出されたまたは 延伸された缶をその軸線に対して垂直に薄く切断して所望の厚さのウェーハを得 、そしてウェーハを選択的にエッチングして、犠牲用金属線材を除去して、それ によりウェーハを貫通した孔が得られることを含む方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、各々の押出されたまたは延伸され た缶を再び押出すために積み重ねる前に六角形に積み重ねる工程を含む方法。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の方法において、六角形の押出されたまたは延伸さ れた缶が均一なサイズを有し、そして缶の側部がその長さ方向に沿って密接する ように六角形の配列に積み重ねられる方法。
4. ４．請求の範囲第３項に記載の方法において、押出しまたは延伸前に排気し、そ してシールする工程を含む方法。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の方法において、押出しまたは延伸前にシールされ た缶を予熱する工程を含む方法。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の方法において、板用金属が銅またはモリブデンで あり、かつ犠牲金属がニオブまたはニオブ合金である方法。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の方法において、ウェーハがフッ化水素酸によりエ ッチングされる方法。
8. ８．請求の範囲第１項に記載の方法において、板用金属がニオブであり、犠牲金 属が銅であり、かつウェーハが硝酸によりエッチングされる方法。
9. ９．請求の範囲第１項に記載の方法において、板用金属がエルビウムであり、犠 牲金属がニオブまたはニオブ合金であり、かつウェーハがフッ化水素酸によりエ ッチングされる方法。
10. １０．選択された板用金属の多孔マトリックスとＥｒ３Ｎｉの包含物とを含む複 合多孔板を調製する方法において、 前記板用金属の第１押出し缶を準備し、選択された犠牲金属の円筒形ビレットを 前記缶内に前記缶に対して軸線方向に整列するように配置し、 ビレットを内蔵した缶を押出しまたは延伸して、それによりビレットおよび缶を 延伸して、直径を減少させ、 複数個の直径が減少した押出されたまたは延伸されたビレット内蔵缶を前記の板 用金属の第２押出し缶内に押出されたまたは延伸された缶が相互にかつ第２缶に 対して軸線方向に整列するように積み重ね、第２缶を押出しまたは延伸して、そ れによりその内部の犠牲ビレットをさらに延長して、直径を減少させ、 所定の直径を有する犠牲金属の線材を内蔵する複数個の押出されたまたは延伸さ れた缶を第３押出し缶内に押出された缶と同じサイズを有しかつ相互に密接した エルビウムおよびニッケル金属を含む細長い中実の本体と交互になる関係に積重 ね、 前記第３缶を押出しまたは延伸して、それにより前記の板用金属を前記の細長い 本体と合体させ、そして前記線材の直径をさらに減少させ、前記の押出されたま たは延伸された缶を５６５℃ないし８００℃の温度で加熱して、前記のエルビウ ムおよびニッケルを反応させ、Ｅｒ３Ｎｉを形成し、加熱された缶を所望の厚さ のウェーハに薄く切断し、そしてウェーハをエッチングして、前記犠牲金属を除 去することを含む方法。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載の方法において、前記の押出されたまたは延伸 された缶の各々が積み重ねられる前に六角形に変換され、そして前記の細長い本 体が六角形の形状および造形押出し缶の寸法と等しい寸法を有する方法。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載の方法において、前記の細長い本体が軸線方向 に配置された金属製マンドレルと、マンドレルのまわりに巻かれたエルビウムお よびニッケルの交互に配置されるシートと、前記板用金属から製造された外側コ ンテナとを備えている方法。
13. １３．請求の範囲第１２項に記載の方法において、前記板用金属が銅である方法 。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の方法において、前記犠牲金属がニオブまたは ニオブ合金である方法。
15. １５．熱交換器用の多孔板において、銅、ニオブ、モリブデン、ニッケル、エル ビウムおよびその他の希土類金属から選択された金属のマトリックスを備え、前 記板に該板の厚さ全体を通じて均一の直径を有する多数の孔が貫通している熱交 換器用の多孔板。
16. １６．請求の範囲第１５項に記載の多孔板において、前記板用金属が銅である方 法。
17. １７．請求の範囲第１５項に記載の多孔板において、前記孔が１ミクロンないし ３００ミクロンの直径を有する多孔板。
18. １８．請求の範囲第１７項に記載の多孔板において、前記孔が１％ないし４０％ の開口領域を有する多孔板。
19. １９．請求の範囲第１７項に記載の多孔板において、孔あき部分の間の板のマト リックスにおいて隔置された位置に配置されたＥｒ３Ｎｉを含む多孔板。
20. ２０．請求の範囲第１５項に記載の多孔板において、前記孔が板のマトリックス に設けられかつ反復押出しおよび積重ね工程により直径が減少された犠牲線材を エッチングすることにより形成されている多孔板。
21. ２１．請求の範囲第１５項に記載の多孔板において、内部にヘリウムを保持する サイズに形成された第１直径を有する孔と、内部にヘリウムを保持するサイズに 形成された第２直径を有する穴と、作動流体を貫流可能にするサイズに形成され た第２直径を有する穴とを含む多孔板。
22. ２２．請求の範囲第２１項に記載の多孔板において、板が銅からなり、第１直径 が０．６ミクロンないし０．８ミクロンであり、かつ第２直径が１０ミクロンな いし３０ミクロンである多孔板。