RU2818411C1 - Cold preservation material, cold preservation material particle, granular particle, cold preservation device, refrigerator, cryopump, superconducting magnet, apparatus for imaging nuclear magnetic resonance, apparatus for nuclear magnetic resonance, apparatus for drawing monocrystal with application of magnetic field and device for re-condensation of helium - Google Patents

Cold preservation material, cold preservation material particle, granular particle, cold preservation device, refrigerator, cryopump, superconducting magnet, apparatus for imaging nuclear magnetic resonance, apparatus for nuclear magnetic resonance, apparatus for drawing monocrystal with application of magnetic field and device for re-condensation of helium Download PDF

Info

Publication number
RU2818411C1
RU2818411C1 RU2023113659A RU2023113659A RU2818411C1 RU 2818411 C1 RU2818411 C1 RU 2818411C1 RU 2023113659 A RU2023113659 A RU 2023113659A RU 2023113659 A RU2023113659 A RU 2023113659A RU 2818411 C1 RU2818411 C1 RU 2818411C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cold preservation
cold
group
preservation material
particles
Prior art date
Application number
RU2023113659A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Такахиро КАВАМОТО
Дайти УСУЙ
Рёсукэ ХИРАМАЦУ
Хироясу КОНДО
Сэйна ТАГУТИ
Original Assignee
Кабусики Кайся Тосиба
Тосиба Матириалс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кабусики Кайся Тосиба, Тосиба Матириалс Ко., Лтд. filed Critical Кабусики Кайся Тосиба
Application granted granted Critical
Publication of RU2818411C1 publication Critical patent/RU2818411C1/en

Links

Abstract

FIELD: refrigerating equipment.
SUBSTANCE: application describes a material for cold preservation in one of the embodiments of the invention, which includes a rare-earth oxysulphide containing at least one rare-earth element selected from a group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and an element of the first group in amount of 0.001 at % or more and 10 at % or less, in which the maximum value of the volumetric specific heat capacity in the temperature range from 2 to 10 K is 0.5 J/(cm3·K) or more.
EFFECT: increased volumetric specific heat and high heat conductivity of the material for preservation of cold.
19 cl, 7 dwg, 4 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к материалу для сохранения холода, частице материала для сохранения холода, гранулированной частице, устройству для сохранения холода, холодильнику, крионасосу, сверхпроводящему магниту, аппарату для визуализации ядерного магнитного резонанса, аппарату ядерного магнитного резонанса, аппарату для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля и устройству для повторной конденсации гелия.Embodiments of the present invention relate to a cold preservation material, a cold preservation material particle, a granular particle, a cold preservation device, a refrigerator, a cryopump, a superconducting magnet, a nuclear magnetic resonance imaging apparatus, a nuclear magnetic resonance apparatus, a single crystal pulling apparatus with an application magnetic field and a device for re-condensation of helium.

Известный уровень техникиPrior Art

В последние годы происходило значительное развитие сверхпроводящих технологий, и разработка небольшого и высокопроизводительного криогенного холодильника стала необходимой с расширением областей его применения. Такой криогенный холодильник должен быть легким, компактным и высокой тепловой эффективностью, чтобы он нашел практическое применение в различных областях.In recent years, there has been significant development in superconducting technology, and the development of a small, high-performance cryogenic refrigerator has become necessary as its applications have expanded. Such a cryogenic refrigerator must be lightweight, compact and have high thermal efficiency so that it can find practical applications in various fields.

В устройстве для сохранения холода криогенного холодильника размещается множество материалов для сохранения холода. Например, холод генерируется путем теплообмена между материалом для сохранения холода и газообразным гелием, проходящим через устройство для сохранения холода. Например, в сверхпроводящем аппарате МРТ, или в крионасосе, используемом в устройстве для производства полупроводников, или тому подобном, используется холодильник, использующий холодильный цикл, такой как система Гиффорда-МакМагона (GM), система Стирлинга или система импульсных трубок.The cold preservation device of a cryogenic refrigerator houses a variety of cold preservation materials. For example, cold is generated by heat exchange between the cold preservation material and helium gas passing through the cold preservation device. For example, in a superconducting MRI machine, or in a cryopump used in a semiconductor manufacturing apparatus, or the like, a refrigerator using a refrigeration cycle such as a Gifford-McMahon (GM) system, a Stirling system, or a pulse tube system is used.

Кроме того, высокопроизводительный холодильник также необходим для поезда с магнитной левитацией, чтобы генерировать магнитную силу с помощью сверхпроводящего магнита. Более того, в последние годы высокопроизводительный холодильник также используется в сверхпроводящем магнитном накопителе энергии (SMES), аппарате для вытягивания монокристаллов с применением магнитного поля для производства высококачественных кремниевых пластин и тому подобном. Кроме того, активно продвигается разработка и практическое применение импульсного трубчатого холодильника, который, как ожидается, будет иметь высокую надежность.In addition, a high-performance refrigerator is also necessary for the magnetic levitation train to generate magnetic force using a superconducting magnet. Moreover, in recent years, high-performance refrigerator has also been used in superconducting magnetic energy storage (SMES), single crystal magnetic field pulling apparatus to produce high-quality silicon wafers and the like. In addition, the development and practical application of the pulsed tubular refrigerator, which is expected to have high reliability, is being actively promoted.

Кроме того, в сверхпроводящем магните, аппарате МРТ и тому подобных устройствах, описанных выше, используемый жидкий гелий испаряется и снабжение гелием становится проблемой. В последние годы проблема истощения запасов гелия стала серьезной, и возникла сложная ситуация с доступностью гелия, влияющая на промышленность.Moreover, in the superconducting magnet, MRI machine and the like described above, the liquid helium used evaporates and helium supply becomes a problem. In recent years, the problem of helium depletion has become serious, and a complex helium availability situation has emerged, affecting the industry.

Чтобы уменьшить потребление жидкого гелия и снизить затраты на его использование, например, на его поставку, было введено в практическое использование устройство повторной конденсации гелия для повторной конденсации испаренного гелия, и спрос на такое устройство повторной конденсации гелия увеличился. Для сжижения гелия, устройство повторной конденсации гелия также использует холодильник GM или холодильник с импульсной трубкой, который снижает температуру до уровня 4K.In order to reduce the consumption of liquid helium and reduce the cost of its use, such as its supply, a helium recondensation device for recondensing evaporated helium has been put into practical use, and the demand for such a helium recondensation device has increased. To liquefy helium, the helium recondenser also uses a GM refrigerator or pulse tube refrigerator, which reduces the temperature to 4K levels.

В таком холодильнике рабочая среда, такая как сжатый газообразный гелий (He), течет в одном направлении в холодильном устройстве, в котором размещен материал для сохранения холода, и тепловая энергия от него поступает к материалу для сохранения холода. Затем расширившаяся рабочая среда течет в противоположном направлении в устройстве для сохранения холода и принимает тепловую энергию от материала для сохранения холода. Поскольку эффект рекуперации в таком процессе улучшен, тепловая эффективность в цикле рабочей среды улучшена, и может быть реализована более низкая температура.In such a refrigerator, a working fluid such as compressed helium (He) gas flows in one direction in a refrigeration device in which a cold-preserving material is housed, and thermal energy therefrom is supplied to the cold-preserving material. The expanded working fluid then flows in the opposite direction in the cold storage device and receives thermal energy from the cold storage material. Since the recovery effect in such a process is improved, the thermal efficiency in the working fluid cycle is improved, and a lower temperature can be realized.

Поскольку удельная теплота на единицу объема материала для сохранения холода, содержащегося в устройстве для сохранения холода, выше, тепловая энергия, которая может сохраняться в материале для сохранения холода, увеличивается, так что холодопроизводительность холодильника улучшается. Поэтому на низкотемпературной стороне устройства для сохранения холода желательно использовать материал для сохранения холода, имеющий высокую удельную теплоемкость при низкой температуре, а на высокотемпературной стороне - материал для сохранения холода, имеющий высокую удельную теплоемкость при высокой температуре.Since the specific heat per unit volume of the cold storage material contained in the cold storage device is higher, the thermal energy that can be stored in the cold storage material is increased, so that the cooling performance of the refrigerator is improved. Therefore, on the low temperature side of the cold storage device, it is desirable to use a cold storage material having a high specific heat capacity at a low temperature, and on the high temperature side, a cold storage material having a high specific heat capacity at a high temperature.

Магнитный материал для сохранения холода обладает высокой объемной удельной теплоемкостью в определенном диапазоне температур в зависимости от его состава. Поэтому комбинируя магнитные материалы для сохранения холода, имеющие различные составы и демонстрирующие высокую объемную удельную теплоту в целевом диапазоне температур, можно повысить и улучшить способность сохранять холод и улучшить холодопроизводительность холодильника.Magnetic cold storage material has a high volumetric specific heat capacity over a certain temperature range depending on its composition. Therefore, by combining magnetic cold preservation materials having different compositions and exhibiting high volumetric specific heat in the target temperature range, it is possible to enhance and improve the cold retention ability and improve the cooling performance of the refrigerator.

В материале для сохранения холода, используемом в устройстве для сохранения холода, чем выше теплопроводность и коэффициент теплопередачи материала для сохранения холода, тем выше эффективность передачи тепловой энергии, и тем выше эффективность работы холодильника.In the cold preservation material used in the cold preservation device, the higher the thermal conductivity and heat transfer coefficient of the cold preservation material, the higher the thermal energy transfer efficiency, and the higher the operating efficiency of the refrigerator.

В обычных холодильниках металлические частицы материала для сохранения холода, такие как свинец (Pb), висмут (Bi) и олово (Sn), комбинируются на стороне высокой температуры с частицами магнитного для сохранения холода материала на основе металла, такого как Er3Ni, ErNi и HoCu2, на стороне низкой температуры в 20 K или менее для осуществления охлаждения до температуры 4 K.In conventional refrigerators, metal particles of cold preservation material such as lead (Pb), bismuth (Bi) and tin (Sn) are combined on the high temperature side with particles of magnetic metal-based cold preservation material such as Er 3 Ni, ErNi and HoCu 2 , on the low temperature side of 20 K or less to realize cooling to a temperature of 4 K.

В последние годы были предприняты попытки улучшить холодопроизводительность холодильника путем замены некоторых частиц магнитного материала для сохранения холода на основе металла частицами керамического магнитного материала для сохранения холода, такими как Gd2O2S, Tb2O2S, Dy2O2S, Ho2O2S и GdAlO3, имеющими высокую удельную теплоту в диапазоне температур от 2 K до 10 K.In recent years, attempts have been made to improve the cooling performance of a refrigerator by replacing some metal-based magnetic cold preservation material particles with ceramic magnetic cold preservation material particles such as Gd 2 O 2 S, Tb 2 O 2 S, Dy 2 O 2 S, Ho 2 O 2 S and GdAlO 3 , which have high specific heat in the temperature range from 2 K to 10 K.

По мере изучения применения описанного выше холодильника в различных системах охлаждения, требуется дальнейшее улучшение холодопроизводительности холодильника, поскольку необходимо стабильно охлаждать большой охлаждаемый объект.As the application of the above refrigerator in various refrigeration systems is explored, further improvement in the refrigeration performance of the refrigerator is required since it is necessary to stably cool a large refrigerated object.

Список цитированияCitation list

Патентная литератураPatent literature

Патентная литература 1: JP 2003-73661 A.Patent Literature 1: JP 2003-73661 A.

Патентная литература 2: JP 2003-213252 A.Patent Literature 2: JP 2003-213252 A.

Патентная литература 3: WO 2018/025581 A.Patent Literature 3: WO 2018/025581 A.

Патентная литература 4: Патент Японии № 5010071.Patent Literature 4: Japan Patent No. 5010071.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

Проблема, решаемая изобретениемThe problem solved by the invention

Задачей настоящего изобретения является создание материала для сохранения холода, имеющего высокую объемную удельную теплоту и высокую теплопроводность.The objective of the present invention is to create a material for maintaining cold, having a high volumetric specific heat and high thermal conductivity.

Пути решения проблемыWays to solve the problem

Материал для сохранения холода в одном из вариантов осуществления изобретения включает в себя редкоземельный оксисульфид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu, и элемент первой группы в количестве 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее, в котором максимальное значение объемного удельного тепла в диапазоне температур 2 K или более и 10 K или менее составляет 0,5 Дж/(см3⋅K) или более.The cold storage material in one embodiment of the invention includes a rare earth oxysulfide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and an element of the first group in an amount of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less, in which the maximum value of the volumetric specific heat in the temperature range of 2 K or more and 10 K or less is 0, 5 J/(cm 3 ⋅K) or more.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг. 1 представлен схематический вид в поперечном сечении конфигурации основной части частицы материала для сохранения холода согласно второму варианту осуществления изобретения и холодильника согласно четвертому варианту осуществления изобретения.In fig. 1 is a schematic cross-sectional view of the configuration of a main part of a cold storage material particle according to a second embodiment of the invention and a refrigerator according to a fourth embodiment of the invention.

На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий схематическую конфигурацию крионасоса согласно пятому варианту осуществления изобретения.In fig. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a cryopump according to a fifth embodiment of the invention.

На фиг. 3 показан вид в перспективе, иллюстрирующий схематическую конфигурацию сверхпроводящего магнита согласно шестому варианту осуществления изобретения.In fig. 3 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a superconducting magnet according to a sixth embodiment of the invention.

На фиг. 4 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий схематическую конфигурацию аппарата для визуализации ядерного магнитного резонанса согласно седьмому варианту осуществления изобретения.In fig. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to a seventh embodiment of the invention.

На фиг. 5 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий схематическую конфигурацию аппарата ядерного магнитного резонанса восьмого варианта осуществления изобретения.In fig. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a nuclear magnetic resonance apparatus of the eighth embodiment of the invention.

На фиг. 6 - вид в перспективе, иллюстрирующий схематическую конфигурацию устройства для вытягивания монокристаллов с применением магнитного поля в соответствии с девятым вариантом осуществления изобретения.In fig. 6 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a single crystal drawing apparatus using a magnetic field in accordance with the ninth embodiment of the invention.

На фиг. 7 представлена схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства повторной конденсации гелия в соответствии с десятым вариантом осуществления изобретения.In fig. 7 is a diagram illustrating the configuration of a helium recondensation apparatus according to a tenth embodiment of the invention.

Вариант(ы) осуществления изобретенияEmbodiment(s) of the invention

Здесь и далее варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. В нижеследующем описании одинаковые или подобные элементы и т.п. обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и их повторное описание может быть соответственно опущено.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or similar elements, etc. are designated by the same reference numerals, and their repeated description may be accordingly omitted.

В настоящем описании криогенная температура означает, например, диапазон температур, в котором явление сверхпроводимости может быть промышленно полезным. Криогенная температура - это, например, диапазон температур 20 К или менее.As used herein, cryogenic temperature means, for example, a temperature range in which the phenomenon of superconductivity can be industrially useful. Cryogenic temperature is, for example, a temperature range of 20 K or less.

Первый вариант осуществления изобретенияFirst embodiment of the invention

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления включает в себя редкоземельный оксисульфид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из иттрия (Y), лантана (La), церия (Ce), празеодима (Pr), неодима (Nd), самария (Sm), европия (Eu), гадолиния (Gd), тербия (Tb), диспрозия (Dy), гольмия (Ho), эрбия (Er), тулия (Tm), иттербия (Yb) и лютеция (Lu), и элемента первой группы, составляющего 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее, в котором максимальное значение объемной удельной теплоты в диапазоне температур 2 K или более и 10 K или менее составляет 0,5 Дж/(см3⋅K) или более.The cold storage material of the first embodiment includes a rare earth oxysulfide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd). ), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu ), and an element of the first group constituting 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less, in which the maximum value of the volumetric specific heat in the temperature range of 2 K or more and 10 K or less is 0.5 J/(cm 3 ⋅K ) or more.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет, например, объемную удельную теплоту 0,5 Дж/(см3⋅K) или более в диапазоне температур 2,5 K или более и 10 K или менее. Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет, например, объемную удельную теплоту 0,55 Дж/(см3⋅K) или более в диапазоне температур 2 K или более и 8 K или менее. Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет, например, объемную удельную теплоту 0,6 Дж/(см3⋅K) или более в диапазоне температур 4 K или более и 7 K или менее.The cold storage material of the first embodiment of the invention has, for example, a volumetric specific heat of 0.5 J/(cm 3 ⋅K) or more in the temperature range of 2.5 K or more and 10 K or less. The cold storage material of the first embodiment of the invention has, for example, a volumetric specific heat of 0.55 J/(cm 3 ⋅K) or more in the temperature range of 2 K or more and 8 K or less. The cold storage material of the first embodiment of the invention has, for example, a volumetric specific heat of 0.6 J/(cm 3 ⋅K) or more in the temperature range of 4 K or more and 7 K or less.

Редкоземельный оксисульфид, содержащийся в материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, представлен, например, общей формулой R2±0,1O2S1±0,1 (где R представляет собой по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu). В редкоземельном оксисульфиде, представленном вышеприведенной общей формулой, максимальное значение объемной удельной теплоемкости и температура, указывающая на максимальное значение объемной удельной теплоемкости, отличаются в зависимости от выбранного редкоземельного элемента. Поэтому характеристики удельной теплоемкости могут быть отрегулированы путем соответствующей регулировки доли редкоземельного элемента.The rare earth oxysulfide contained in the cold preservation material of the first embodiment of the invention is represented, for example, by the general formula R 2 ± 0.1 O 2 S 1 ± 0.1 (where R represents at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu). In the rare earth oxysulfide represented by the above general formula, the maximum value of the volumetric specific heat capacity and the temperature indicating the maximum value of the volumetric specific heat capacity differ depending on the selected rare earth element. Therefore, the specific heat capacity characteristics can be adjusted by appropriately adjusting the proportion of rare earth element.

Редкоземельный элемент представляет собой, например, по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy, Ho и Er. Редкоземельный оксисульфид, содержащийся в материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, может содержать, например, два или более видов редкоземельных элементов.The rare earth element is, for example, at least one rare earth element selected from the group consisting of Gd, Tb, Dy, Ho and Er. The rare earth oxysulfide contained in the cold storage material of the first embodiment may contain, for example, two or more kinds of rare earth elements.

Редкоземельный оксисульфид является, например, кристаллическим.Rare earth oxysulfide is, for example, crystalline.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения содержит оксисульфид редкоземельных металлов в качестве основного компонента. Среди веществ, содержащихся в материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, например, объемное соотношение оксисульфида редкоземельных металлов является наибольшим. Среди веществ, содержащихся в материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, например, молярное соотношение оксисульфида редкоземельных металлов является наибольшим.The cold preservation material of the first embodiment of the invention contains a rare earth metal oxysulfide as a main component. Among the substances contained in the cold storage material of the first embodiment of the invention, for example, the volume ratio of rare earth metal oxysulfide is the largest. Among the substances contained in the cold preservation material of the first embodiment of the invention, for example, the molar ratio of rare earth metal oxysulfide is the largest.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения содержит 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее в целом элемента первой группы. Элемент первой группы представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из лития (Li), натрия (Na), калия (K), рубидия (Rb), цезия (Cs) и франция (Fr). Элемент первой группы представляет собой, например, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Li, Na и K. Материал для сохранения холода может содержать, например, два или более видов элементов первой группы.The cold storage material of the first embodiment of the invention contains 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less as a whole of a Group 1 element. The first group element is at least one element selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and francium (Fr). The first group element is, for example, at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K. The cold preservation material may contain, for example, two or more kinds of elements of the first group.

Элемент первой группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, в кристалле оксисульфида редкоземельных металлов. Элемент первой группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, на границе кристаллического зерна редкоземельного оксисульфида. Элемент первой группы, содержащийся в материале для сохранения холода, существует, например, на внутренней поверхности стенки пустоты, имеющейся в материале для сохранения холода. Элемент первой группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, в кристаллических зернах редкоземельного оксисульфида. Элемент первой группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, в кристаллических зернах, отличных от редкоземельного оксисульфида, содержащихся в материале для сохранения холода.An element of the first group, contained in a material for maintaining cold, is present, for example, in a crystal of rare earth metal oxysulfide. The element of the first group, contained in the material for maintaining cold, is present, for example, at the crystal grain boundary of rare earth oxysulfide. The first group element contained in the cold preservation material exists, for example, on the inner surface of the wall of a void present in the cold preservation material. The element of the first group, contained in the material for maintaining cold, is present, for example, in crystalline grains of rare earth oxysulfide. The first group element contained in the cold preservation material is present, for example, in crystal grains other than rare earth oxysulfide contained in the cold preservation material.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения содержит в целом, например, 0 атомных% или более и 10 атомных% или менее элемента второй группы в дополнение к элементу первой группы. Кроме того, материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения содержит в целом, например, 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее элемента второй группы в дополнение к элементу первой группы.The cold storage material of the first embodiment of the invention contains a total of, for example, 0 atomic% or more and 10 atomic% or less of a second group element in addition to the first group element. Moreover, the cold storage material of the first embodiment of the invention contains a total of, for example, 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less of a second group element in addition to the first group element.

Элемент второй группы представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из бериллия (Be), магния (Mg), кальция (Ca), стронция (Sr), бария (Ba) и радия (Ra). Элементом второй группы является, например, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из магния (Mg), кальция (Ca), стронция (Sr) и бария (Ba).The second group element is at least one element selected from the group consisting of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) and radium (Ra). The element of the second group is, for example, at least one element selected from the group consisting of magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba).

Материал для сохранения холода может содержать, например, два или более видов элементов второй группы. Материал для сохранения холода может не содержать второй элемент.The cold preservation material may contain, for example, two or more types of elements of the second group. The cold preservation material may not contain the second element.

Элемент второй группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, в кристалле оксисульфида редкоземельных металлов. Элемент второй группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, на границе кристаллического зерна редкоземельного оксисульфида. Элемент второй группы, содержащийся в материале для сохранения, присутствует, например, на внутренней поверхности стенки пустоты в материале для сохранения холода. Элемент второй группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, в кристаллических зернах редкоземельного оксисульфида. Элемент второй группы, содержащийся в материале для сохранения холода, присутствует, например, в кристаллических зернах, отличных от оксисульфида редкоземельных металлов, содержащихся в материале для сохранения холода.The element of the second group, contained in the material for maintaining cold, is present, for example, in a crystal of rare earth metal oxysulfide. The second group element contained in the cold preservation material is present, for example, at the crystal grain boundary of rare earth oxysulfide. The second group element contained in the storage material is present, for example, on the inner surface of the wall of a void in the cold storage material. The element of the second group, contained in the material for maintaining cold, is present, for example, in crystalline grains of rare earth oxysulfide. The second group element contained in the cold preservation material is present, for example, in crystal grains other than rare earth metal oxysulfide contained in the cold preservation material.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения содержит, например, вещество, полученное из вспомогательного средства для спекания, используемого при производстве материала для сохранения холода. Вспомогательным веществом для спекания является, например, оксид алюминия (глинозем), оксид магния, оксид иттрия, оксид циркония или оксид бора.The cold storage material of the first embodiment of the invention contains, for example, a substance derived from a sintering aid used in the production of the cold storage material. The sintering aid is, for example, aluminum oxide (alumina), magnesium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide or boron oxide.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления содержит, например, 0,01 атомных% или более и 20 атомных% или менее по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из алюминия (Al), железа (Fe), меди (Cu), никеля (Ni), кобальта (Co), циркония (Zr) и бора (B). По меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr и B, является, например, элементом, полученным из вспомогательного материала для спекания.The cold storage material of the first embodiment contains, for example, 0.01 atomic% or more and 20 atomic% or less of at least one element selected from the group consisting of aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu) , nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr) and boron (B). At least one element selected from the group consisting of Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr and B is, for example, an element obtained from a sintering aid material.

Следует отметить, что обнаружение элемента, содержащегося в материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, и измерение атомной концентрации элемента также может выполняться, например, путем растворения материала для сохранения холода в жидкости и использования атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). Также можно использовать энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (EDX) или рентгеновскую спектроскопию с дисперсией по длине волны (WDX).It should be noted that detecting the element contained in the cold storage material of the first embodiment of the invention and measuring the atomic concentration of the element can also be performed, for example, by dissolving the cold storage material in a liquid and using inductively coupled plasma (ICP) atomic emission spectroscopy AES). Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDX) can also be used.

Кристаллическая структура редкоземельного оксисульфида, содержащегося в материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, например, имеет тип Ce2O2S, а его пространственная группа - P 3m. Кристаллическая структура может быть подтверждена путем измерения рентгеновской дифракции порошка, наблюдения изображения дифракции обратного рассеяния электронов с помощью растрового электронного микроскопа, наблюдения с помощью просвечивающего электронного микроскопа или тому подобного.The crystal structure of the rare earth oxysulfide contained in the cold storage material of the first embodiment, for example, is of the type Ce 2 O 2 S, and its space group is P 3m. The crystal structure can be confirmed by measuring X-ray diffraction of the powder, observing an electron backscatter diffraction image with a scanning electron microscope, observing with a transmission electron microscope, or the like.

Способ получения материала для сохранения холода первого варианта осуществления особо не ограничивается, но, например, материал для сохранения холода может быть получен путем смешивания порошков сырья с помощью шаровой мельницы или тому подобного для получения сырьевой смеси, а также формования и спекания полученной сырьевой смеси. В качестве порошка сырья может использоваться оксид редкоземельных металлов или оксисульфид редкоземельных металлов. Тип и соотношение редкоземельного оксида или редкоземельного оксисульфида регулируются в соответствии с целевым составом материала для сохранения холода.The method for producing the cold preservation material of the first embodiment is not particularly limited, but, for example, the cold preservation material can be obtained by mixing raw material powders using a ball mill or the like to obtain a raw material mixture, and molding and sintering the resulting raw material mixture. Rare earth metal oxide or rare earth metal oxysulfide can be used as raw material powder. The type and ratio of rare earth oxide or rare earth oxysulfide are adjusted according to the target cold preservation material composition.

При использовании карбоната, содержащего элемент первой группы, оксида, содержащего элемент первой группы, нитрида, содержащего элемент первой группы, или карбида, содержащего элемент первой группы в порошке сырья, элемент первой группы может входить в состав материала для сохранения холода. При использовании карбоната, содержащего элемент второй группы, оксида, содержащего элемент второй группы, нитрида, содержащего элемент второй группы, или карбида, содержащего элемент второй группы, в порошке сырья, элемент второй группы может входить в состав материала для сохранения холода.When using a carbonate containing an element of the first group, an oxide containing an element of the first group, a nitride containing an element of the first group, or a carbide containing an element of the first group in the raw material powder, the element of the first group may be included in the material for maintaining cold. When using a carbonate containing an element of the second group, an oxide containing an element of the second group, a nitride containing an element of the second group, or a carbide containing an element of the second group in the raw material powder, the element of the second group may be included in the material for maintaining cold.

Сырьевая смесь может содержать вспомогательное средство для спекания. Вспомогательным веществом для спекания является, например, оксид алюминия (глинозем), оксид иттрия, оксид циркония или оксид бора.The raw material mixture may contain a sintering aid. The sintering aid is, for example, aluminum oxide (alumina), yttrium oxide, zirconium oxide or boron oxide.

Когда в качестве порошка сырья используется редкоземельный оксид, формованное тело подвергается сульфированию. В этом случае термическую обработку проводят в атмосфере сульфуризации. Атмосфера сульфуризации представляет собой, например, газ, содержащий атом серы с отрицательным числом окисления, такой как сероводород (H2S), сульфид углерода (CS2) или метантиол (CH3SH). Температура термообработки составляет, например, 400°C или более и 700°C или менее. Время термообработки составляет, например, 1 час или более и 8 часов или менее.When rare earth oxide is used as the raw material powder, the molded body is subjected to sulfonation. In this case, heat treatment is carried out in a sulfurization atmosphere. The sulfurization atmosphere is, for example, a gas containing a sulfur atom with a negative oxidation number, such as hydrogen sulfide (H 2 S), carbon sulfide (CS 2 ) or methanethiol (CH 3 SH). The heat treatment temperature is, for example, 400°C or more and 700°C or less. The heat treatment time is, for example, 1 hour or more and 8 hours or less.

Термообработка для спекания полученного оксисульфида проводится, например, в атмосфере инертного газа, находящегося под давлением. Температура термообработки составляет, например, 1000°C или более и 2000°C или менее. Температура термообработки составляет, например, 1100°C или более и 1700°C или менее. Время термообработки составляет, например, 1 час или более и 48 часов или менее.Heat treatment for sintering the resulting oxysulfide is carried out, for example, in an atmosphere of inert gas under pressure. The heat treatment temperature is, for example, 1000°C or more and 2000°C or less. The heat treatment temperature is, for example, 1100°C or more and 1700°C or less. The heat treatment time is, for example, 1 hour or more and 48 hours or less.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения может представлять собой, например, спеченное тело частиц материала для сохранения холода, изготовленное из первого материала для сохранения холода.The cold storage material of the first embodiment of the invention may be, for example, a sintered body of cold storage material particles made from the first cold storage material.

Далее описываются функции и эффекты материала для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения.Next, the functions and effects of the cold storage material of the first embodiment of the invention will be described.

В криогенном холодильнике, используемом для охлаждения сверхпроводящего устройства или тому подобного, материал для сохранения холода размещается в устройстве для сохранения холода. Например, холод генерируется путем теплообмена между материалом для сохранения холода и газообразным гелием, проходящим через устройство для сохранения холода. Для того чтобы улучшить холодопроизводительность холодильника, материал для сохранения холода, размещенный в устройстве для сохранения холода, должен обладать превосходными характеристиками, такими как высокая удельная теплоемкость и высокая теплопроводность.In a cryogenic refrigerator used for cooling a superconducting device or the like, a cold storage material is placed in the cold storage device. For example, cold is generated by heat exchange between the cold preservation material and helium gas passing through the cold preservation device. In order to improve the cooling performance of a refrigerator, the cold preservation material housed in the cold preservation device must have excellent characteristics such as high specific heat capacity and high thermal conductivity.

Верхний предел объемной удельной теплоемкости ограничен составом вещества. Поэтому трудно значительно улучшить объемную удельную теплоемкость. Между тем, теплопроводность может быть улучшена за счет повышения кристалличности и уменьшения количества пустот.The upper limit of volumetric specific heat capacity is limited by the composition of the substance. Therefore, it is difficult to significantly improve the volumetric specific heat capacity. Meanwhile, thermal conductivity can be improved by increasing crystallinity and reducing voids.

В материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения максимальное значение объемной удельной теплоемкости в диапазоне температур 2 K или более и 10 K или менее составляет 0,5 Дж/(см3⋅K) или более. Таким образом, материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет высокую объемную удельную теплоемкость.In the cold storage material of the first embodiment of the invention, the maximum value of the volumetric specific heat in the temperature range of 2 K or more and 10 K or less is 0.5 J/(cm 3 ⋅K) or more. Thus, the cold storage material of the first embodiment of the invention has a high volumetric specific heat capacity.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет, например, объемную удельную теплоемкость 0,5 Дж/(см3⋅K) или более в диапазоне температур 2,5 K или более и 10 K или менее. При этом, например, объемная удельная теплоемкость в диапазоне температур 2 K или более и 8 K или менее составляет 0,55 Дж/(см3⋅K) или более, а в диапазоне температур 4 K или более и 7 K или менее составляет 0,6 Дж/(см3⋅K) или более.The cold storage material of the first embodiment of the invention has, for example, a volumetric specific heat capacity of 0.5 J/(cm 3 ⋅K) or more in the temperature range of 2.5 K or more and 10 K or less. In this case, for example, the volumetric specific heat capacity in the temperature range of 2 K or more and 8 K or less is 0.55 J/(cm 3 ⋅K) or more, and in the temperature range of 4 K or more and 7 K or less is 0 .6 J/(cm 3 ⋅K) or more.

Как описано выше, поскольку материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет высокую объемную удельную теплоемкость, устройство для сохранения холода, содержащее материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, имеет высокие показатели сохранения холода. Холодильник, включающий в себя устройство для сохранения холода, в котором размещен материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, обладает высокой холодопроизводительностью.As described above, since the cold storage material of the first embodiment of the invention has a high volumetric specific heat, the cold storage device containing the cold storage material of the first embodiment has high cold retention performance. The refrigerator including the cold preservation device in which the cold preservation material of the first embodiment of the invention is housed has a high cooling capacity.

Кроме того, материал для сохранения холода первого варианта осуществления содержит элемент первой группы в атомной концентрации 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее. Элемент первой группы имеет функцию содействия спеканию формованного тела и уменьшения количества пустот в полученном спеченном теле на этапе спекания, когда производится материал для сохранения холода. Поэтому материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения имеет высокую степень спекания и высокую теплопроводность.In addition, the cold storage material of the first embodiment contains an element of the first group in an atomic concentration of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less. The first group element has the function of promoting sintering of the molded body and reducing the amount of voids in the resulting sintered body during the sintering step when the cold preservation material is produced. Therefore, the cold storage material of the first embodiment of the invention has a high degree of sintering and high thermal conductivity.

Для того чтобы в достаточной степени получить характеристики, необходимые для материала для сохранения холода, такие как теплопроводность и объемная удельная теплоемкость, в процессе спекания требуется достаточная температура спекания и время спекания. Материал для сохранения холода первого варианта осуществления позволяет снизить температуру спекания, необходимую для спекания, и сократить время спекания за счет функции содействия спеканию элемента первой группы. Таким образом, можно снизить стоимость изготовления материала для сохранения холода и получить недорогой материал для сохранения холода.In order to sufficiently obtain the characteristics required for a cold preservation material, such as thermal conductivity and volumetric specific heat, sufficient sintering temperature and sintering time are required in the sintering process. The cold preservation material of the first embodiment can reduce the sintering temperature required for sintering and shorten the sintering time through the sintering promotion function of the first group member. In this way, the manufacturing cost of the cold preservation material can be reduced and an inexpensive cold preservation material can be obtained.

Когда атомная концентрация элемента первой группы в материале для сохранения холода составляет 0,001 атомных% или более, степень спекания увеличивается, а количество чрезвычайно мелких пустот уменьшается. Поэтому теплопроводность материала для сохранения холода может увеличиваться.When the atomic concentration of a Group 1 element in the cold preservation material is 0.001 atomic% or more, the degree of sintering increases and the number of extremely fine voids decreases. Therefore, the thermal conductivity of the cold preservation material may increase.

Когда атомная концентрация элемента первой группы в материале для сохранения холода превышает 10 атомных%, образуется сульфид, содержащий редкоземельный элемент и элемент первой группы, так что объемная удельная теплоемкость снижается и теплопроводность снижается. Когда атомная концентрация элемента первой группы в материале для сохранения холода составляет 10 атомных% или менее, объемная удельная теплоемкость является высокой, а теплопроводность может быть увеличена, и холодопроизводительность холодильника, содержащего материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения, улучшается.When the atomic concentration of a group 1 element in a cold preservation material exceeds 10 atomic%, a sulfide containing a rare earth element and a group 1 element is formed, so that the volumetric specific heat is reduced and the thermal conductivity is reduced. When the atomic concentration of the first group element in the cold storage material is 10 atomic% or less, the volumetric specific heat is high and thermal conductivity can be increased, and the cooling performance of the refrigerator containing the cold storage material of the first embodiment of the invention is improved.

Элемент первой группы, содержащийся в материале первого варианта осуществления изобретения, представляет собой, например, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Li, Na, K, Rb, Cs и Fr. Элемент первой группы предпочтительно представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Li, Na и K. При этом, например, в состав материала для сохранения холода могут быть включены два или более видов элементов первой группы.The first group element contained in the material of the first embodiment of the invention is, for example, at least one element selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs and Fr. The element of the first group is preferably at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K. For example, two or more kinds of elements of the first group may be included in the cold preservation material.

Материал для сохранения холода, содержащий элемент первой группы, может быть получен путем использования карбоната, оксида, нитрида или карбида, содержащего элемент первой группы в порошке сырья. Концентрация элемента первой группы в материале для сохранения холода регулируется путем регулирования количества карбоната, оксида, нитрида или карбида, содержащего элемент первой группы.The cold preservation material containing the first group element can be obtained by using a carbonate, oxide, nitride or carbide containing the first group element in the raw material powder. The concentration of the Group 1 element in the cold preservation material is controlled by adjusting the amount of carbonate, oxide, nitride or carbide containing the Group 1 element.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения содержит в целом, например, 0 атомных% или более и 10 атомных% или менее от атомной концентрации элемента второй группы. При этом, например, элемент второй группы содержится в общем количестве 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее в пересчете на атомную концентрацию. Элемент второй группы представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Be, Mg, Ca, Sr, Ba и Ra. Атомная концентрация элемента второй группы составляет, например, 0,001 атомных % или более и 5 атомных % или менее в целом. Материал для сохранения холода может содержать, например, два или более видов элементов второй группы.The cold storage material of the first embodiment of the invention contains a total of, for example, 0 atomic% or more and 10 atomic% or less of the atomic concentration of a second group element. In this case, for example, the element of the second group is contained in a total amount of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less in terms of atomic concentration. The second group element is at least one element selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra. The atomic concentration of the second group element is, for example, 0.001 atomic % or more and 5 atomic % or less overall. The cold preservation material may contain, for example, two or more types of elements of the second group.

В материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения элемент второй группы содержится в количестве 0,001 атомных% или более в дополнение к элементу первой группы, тем самым дополнительно улучшая спекаемость и уменьшая количество чрезвычайно мелких пустот. Это дополнительно улучшает теплопроводность. Элемент второй группы не обладает специфическими тепловыми характеристиками. Поэтому, когда содержание элемента второй группы превышает в общей сложности 10 атомных%, объемная удельная теплоемкость материала для сохранения холода снижается, производительность устройства для сохранения холода снижается, и холодопроизодительность холодильника уменьшается.In the cold storage material of the first embodiment, the second group element is contained in an amount of 0.001 atomic % or more in addition to the first group element, thereby further improving sinterability and reducing the amount of extremely fine voids. This further improves thermal conductivity. The element of the second group does not have specific thermal characteristics. Therefore, when the content of the second group element exceeds a total of 10 atomic%, the volumetric specific heat of the cold storage material decreases, the performance of the cold storage device decreases, and the cooling capacity of the refrigerator decreases.

Используя карбонат, оксид, нитрид или карбид, содержащий элемент второй группы в порошке сырья, можно получить материал для сохранения холода, содержащий элемент второй группы. Концентрация элемента второй группы, содержащегося в материале для сохранения холода, регулируется путем регулирования количества карбоната, оксида, нитрида или карбида, содержащего элемент второй группы.By using a carbonate, oxide, nitride or carbide containing an element of the second group in the raw material powder, it is possible to obtain a cold preservation material containing an element of the second group. The concentration of the Group 2 element contained in the cold preservation material is controlled by adjusting the amount of carbonate, oxide, nitride or carbide containing the Group 2 element.

При изготовлении материала для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения путем добавления 0,01 атомных% или более вспомогательного средства для спекания в виде металла или металлоидного элемента, образующего вспомогательное средство для спекания, в дополнение к элементу первой группы, спекаемость дополнительно улучшается, а количество чрезвычайно мелких пустот уменьшается. Это дополнительно улучшает теплопроводность. Металл или металлоидный элемент, образующий вспомогательное средство для спекания, не обладает хорошей удельной теплоемкостью. Поэтому, когда количество добавленного металла или металлоидного элемента, составляющего вспомогательное средство для спекания, превышает 20 атомных%, объемная удельная теплоемкость материала для сохранения холода снижается, производительность устройства для сохранения холода снижается, и холодопроизодительность холодильника снижается.When the cold preservation material of the first embodiment of the invention is manufactured by adding 0.01 atomic% or more of a sintering aid in the form of a metal or a metalloid element forming a sintering aid in addition to the element of the first group, the sintering ability is further improved and the amount is extremely small voids are reduced. This further improves thermal conductivity. The metal or metalloid element forming the sintering aid does not have good specific heat capacity. Therefore, when the amount of added metal or metalloid element constituting the sintering aid exceeds 20 atomic%, the volumetric specific heat of the cold preservation material decreases, the performance of the cold preservation device decreases, and the cooling capacity of the refrigerator decreases.

Материал для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения предпочтительно содержит 0,01 атомных% или более и 20 атомных% или менее по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из алюминия (Al), железа (Fe), меди (Cu), никеля (Ni), кобальта (Co), циркония (Zr) и бора (B). По меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr и B, является, например, элементом, полученным из вспомогательного материала для спекания. По меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr и B, является, например, примером металла или металлоидного элемента, составляющего вспомогательное средство для спекания.The cold storage material of the first embodiment preferably contains 0.01 atomic% or more and 20 atomic% or less of at least one element selected from the group consisting of aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr) and boron (B). At least one element selected from the group consisting of Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr and B is, for example, an element obtained from a sintering aid material. At least one element selected from the group consisting of Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr and B is, for example, an example of a metal or metalloid element constituting the sintering aid.

Как описано выше, согласно первому варианту осуществления изобретения можно реализовать материал для сохранения холода, имеющий превосходные характеристики, такие как высокая объемная удельная теплоемкость и высокая теплопроводность.As described above, according to the first embodiment of the invention, a cold storage material having excellent characteristics such as high volumetric specific heat capacity and high thermal conductivity can be realized.

Второй вариант осуществления изобретенияSecond embodiment of the invention

Частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения формируется из материала для сохранения холода первого варианта осуществления и имеет размер 50 мкм или более и 3 мм или менее. Аспектное отношение частицы материала для сохранения холода составляет, например, 1 или более и 5 или менее. Аспектное отношение частицы материала для сохранения холода представляет собой отношение главной оси частицы материала для сохранения холода к ее малой оси. Форма частицы материала для сохранения холода является, например, сферической.The particle of the cold storage material of the second embodiment of the invention is formed from the cold storage material of the first embodiment and has a size of 50 μm or more and 3 mm or less. The aspect ratio of the cold preservation material particle is, for example, 1 or more and 5 or less. The aspect ratio of a cold storage material particle is the ratio of the major axis of the cold storage material particle to its minor axis. The particle shape of the cold preservation material is, for example, spherical.

Здесь и далее описание содержания, совпадающего с первым вариантом осуществления изобретения, может быть частично опущено.Hereinafter, the description of contents identical to the first embodiment of the invention may be partially omitted.

Размер частицы материала для сохранения холода представляет собой эквивалентный диаметр окружности. Эквивалентный диаметр окружности представляет собой диаметр идеального круга, соответствующего области фигуры, наблюдаемой на изображении, таком как изображение оптического микроскопа или изображение сканирующего электронного микроскопа (SEM изображение). Размер частицы материала для сохранения холода может быть определен, например, путем анализа изображения, полученного с помощью оптического микроскопа или SEM-изображения.The particle size of the cold storage material is the equivalent diameter of a circle. The equivalent circle diameter is the diameter of a perfect circle corresponding to the area of the figure observed in an image, such as an optical microscope image or a scanning electron microscope image (SEM image). The particle size of the cold storage material can be determined, for example, by analyzing an image obtained using an optical microscope or an SEM image.

Способ получения частицы материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения особо не ограничивается, но, например, частица материала для сохранения холода может быть получена путем смешивания порошков сырья с помощью шаровой мельницы или тому подобного для получения сырьевой смеси, формования (гранулирования) полученной сырьевой смеси в частицы способом гранулирования с галтовкой, способом гранулирования с перемешиванием, способом экструзии, способом напыления (способом распыления), способом пресс-формования или тому подобным, а затем спекания полученного гранулированного формованного тела.The method for producing the cold preservation material particle of the second embodiment of the invention is not particularly limited, but, for example, the cold preservation material particle can be obtained by mixing raw material powders using a ball mill or the like to obtain a raw material mixture, molding (granulating) the resulting raw material mixture into particles by a tumbling granulation method, a stir granulation method, an extrusion method, a sputtering method, a compression molding method or the like, and then sintering the resulting granular molded body.

Полученное гранулированное формованное тело называют гранулированными частицами.The resulting granular molded body is called granular particles.

В способе гранулирования прочность гранулированных частиц улучшают путем добавления связующего вещества для сцепления частиц порошка сырья друг с другом. Связующим веществом является, например, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, карбоксиметилцеллюлоза, акриловая смола или полиэтиленгликоль. Количество добавляемого связующего вещества составляет, например, 0,01 масс.% или более и 20 масс.% или менее.In the granulation method, the strength of the granular particles is improved by adding a binder to adhere the raw material powder particles to each other. The binder is, for example, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, carboxymethylcellulose, acrylic resin or polyethylene glycol. The amount of the binder added is, for example, 0.01 mass% or more and 20 mass% or less.

В качестве порошка сырья может использоваться оксид редкоземельных металлов или оксисульфид редкоземельных металлов. Тип и соотношение редкоземельного оксида или редкоземельного оксисульфида регулируются в соответствии с целевым составом частиц материала для сохранения холода.Rare earth metal oxide or rare earth metal oxysulfide can be used as raw material powder. The type and ratio of rare earth oxide or rare earth oxysulfide are adjusted according to the target particle composition of the cold preservation material.

Частицы материала для сохранения холода, содержащие элемент первой группы, могут быть получены путем использования карбоната, содержащего элемент первой группы, оксида, содержащего элемент первой группы, нитрида, содержащего элемент первой группы, или карбида, содержащего элемент первой группы, в порошке сырья. Кроме того, частицы материала для сохранения холода, содержащие элемент второй группы, могут быть получены путем использования карбоната, содержащего элемент второй группы, оксида, содержащего элемент второй группы, нитрида, содержащего элемент второй группы, или карбида, содержащего элемент второй группы, в порошке сырья.The cold storage material particles containing the first group element can be produced by using a carbonate containing the first group element, an oxide containing the first group element, a nitride containing the first group element, or a carbide containing the first group element in the raw material powder. In addition, the cold preservation material particles containing a group 2 element can be prepared by using a carbonate containing a group 2 element, an oxide containing a group 2 element, a nitride containing a group 2 element or a carbide containing a group 2 element in powder. raw materials.

При добавлении вспомогательного средства для спекания в порошок исходного материала можно получить частицы материала для сохранения холода, содержащие вспомогательное средство для спекания. Когда вспомогательное средство для спекания и редкоземельный оксид в качестве сырья реагируют друг с другом, может образовываться оксидная фаза, содержащая редкоземельный элемент и металл или металлоидный элемент, составляющие вспомогательное средство для спекания.By adding a sintering aid to the raw material powder, cold preservation material particles containing the sintering aid can be obtained. When the sintering aid and the rare earth oxide raw material react with each other, an oxide phase containing a rare earth element and a metal or metalloid element constituting the sintering aid can be formed.

Кроме того, суспензия, приготовленная путем добавления порошка сырья к водному раствору альгиновой кислоты и смешивания порошка сырья с водным раствором альгиновой кислоты, может быть добавлена по каплям в желирующий раствор, и суспензия может быть желирована для гранулирования суспензии в частицы. Этот способ гранулирования частиц представляет собой способ вызывания гелеобразования в результате реакции сшивания ионами поливалентных металлов, содержащихся в желирующем растворе. Поэтому прочность гранулированных частиц, то есть прочность гелеобразования, зависит от количества альгината, содержащегося в частицах.In addition, the suspension prepared by adding the raw material powder to the alginic acid aqueous solution and mixing the raw material powder with the alginic acid aqueous solution can be added dropwise to the gelling solution, and the suspension can be gelled to granulate the suspension into particles. This method of particle granulation is a method of causing gelation as a result of a cross-linking reaction with polyvalent metal ions contained in the gelling solution. Therefore, the strength of granular particles, that is, the gelling strength, depends on the amount of alginate contained in the particles.

Количество альгината, содержащегося в частицах, может быть изменено в зависимости от концентрации альгината, содержащегося в водном растворе альгиновой кислоты, или от соотношения между водным раствором альгиновой кислоты и порошком сырья. Для закапывания суспензии в желирующий раствор можно использовать, например, капельницу, бюретку, пипетку, шприц, дозатор, струйный аппарат или тому подобное. Здесь и далее способ гранулирования частиц этим способом называется способом получения геля с помощью альгиновой кислоты.The amount of alginate contained in the particles can be changed depending on the concentration of alginate contained in the alginic acid aqueous solution or the ratio between the alginic acid aqueous solution and the raw material powder. To instill the suspension into the gelling solution, you can use, for example, a dropper, burette, pipette, syringe, dispenser, jet device or the like. Hereinafter, the method of granulating particles using this method is called the method of obtaining a gel using alginic acid.

В способе получения геля с помощью альгиновой кислоты размер частиц и соотношение сторон частиц могут быть изменены путем регулирования вязкости суспензии, диаметра выпускного отверстия в момент капания или расстояния между кончиком выпускного отверстия и уровнем поверхности желирующего раствора. Диаметр выпускного отверстия составляет, например, 50 мкм или более и 3000 мкм или менее. Вязкость суспензии составляет, например, 0,1 мПа⋅с или более и 1000000 мПа⋅с или менее. Расстояние между кончиком выпускного отверстия и уровнем поверхности желирующего раствора составляет, например, 0,1 мм или более и 1000 мм или менее.In the alginic acid gelling process, the particle size and aspect ratio of the particles can be changed by adjusting the viscosity of the suspension, the diameter of the outlet at the time of dripping, or the distance between the tip of the outlet and the surface level of the gelling solution. The outlet diameter is, for example, 50 μm or more and 3000 μm or less. The viscosity of the suspension is, for example, 0.1 mPa.s or more and 1,000,000 mPa.s or less. The distance between the tip of the outlet and the surface level of the gelling solution is, for example, 0.1 mm or more and 1000 mm or less.

Если для дозирования используется дозатор, то это может быть любой тип дозатора из пневматического импульсного дозатора, плунжерного дозатора и пьезодозатора.If a dispenser is used for dosing, it can be any type of dispenser from a pneumatic pulse dispenser, a plunger dispenser and a piezo dispenser.

Струйные аппараты по способу действия в целом делятся на дозаторы непрерывного действия и дозаторы, срабатывающие по требованию, и в данном случае может использоваться любой тип дозатора. Далее, тип дозаторов, срабатывающий по требованию, делится на три типа: пьезотип, термический тип и клапанный тип, и в данном случае может использоваться любой тип дозатора.Based on their mode of operation, jet devices are generally divided into continuous dispensers and demand dispensers, and in this case any type of dispenser can be used. Further, the type of demand-actuated dispensers are divided into three types: piezo type, thermal type and valve type, and any type of dispenser can be used in this case.

Суспензия, подлежащая желированию, закапанная в желирующий раствор с помощью капельницы, бюретки, пипетки, шприца, дозатора, струйного аппарата или т.п., выдерживается в желирующем растворе. В результате желирования суспензии образуются гранулированные частицы, содержащие порошок сырьевого материала для сохранения холода.The suspension to be gelled, dropped into the gelling solution using a dropper, burette, pipette, syringe, dispenser, jet device, or the like, is kept in the gelling solution. As a result of gelation of the suspension, granular particles are formed containing raw material powder to maintain cold.

Время выдерживания суспензии в желирующем растворе составляет, например, 10 минут или более и 48 часов или менее. Когда время гелеобразования короткое, гелеобразование протекает недостаточно, так что прочность гранулированных частиц меньше, чем прочность, ожидаемая исходя из количества альгината.The residence time of the suspension in the gelling solution is, for example, 10 minutes or more and 48 hours or less. When the gelation time is short, gelation does not proceed sufficiently so that the strength of the granular particles is less than the strength expected from the amount of alginate.

Водный раствор альгиновой кислоты, используемый в способе получения геля альгиновой кислоты, представляет собой, например, водный раствор альгината натрия, водный раствор альгината аммония или водный раствор альгината калия. При использовании водного раствора альгината натрия или водного раствора альгината калия, содержащего элемент первой группы, натрий или калий могут содержаться в частицах материала для сохранения холода. Натрий и калий могут содержаться одновременно при использовании смешанного водного раствора, состоящего из водного раствора альгината натрия и водного раствора альгината калия в суспензии.The alginic acid aqueous solution used in the method for producing alginic acid gel is, for example, a sodium alginate aqueous solution, an ammonium alginate aqueous solution or a potassium alginate aqueous solution. When using an aqueous solution of sodium alginate or an aqueous solution of potassium alginate containing an element of the first group, sodium or potassium may be contained in the particles of the material to maintain cold. Sodium and potassium can be contained simultaneously by using a mixed aqueous solution consisting of an aqueous solution of sodium alginate and an aqueous solution of potassium alginate in suspension.

Концентрация элемента первой группы, содержащегося в частице, регулируется путем регулирования концентрации альгината, содержащего элемент первой группы. Например, концентрация альгината в водном растворе альгината составляет 0,01 масс.% или более и 5 масс.% или менее. Когда концентрация водного раствора альгината ниже 0,01 масс.%, гель, обладающий достаточной прочностью, не может быть сформирован, и частицы не могут быть получены.The concentration of the group 1 element contained in the particle is controlled by adjusting the concentration of the alginate containing the group 1 element. For example, the concentration of alginate in the alginate aqueous solution is 0.01 mass% or more and 5 mass% or less. When the concentration of the alginate aqueous solution is lower than 0.01 mass%, a gel having sufficient strength cannot be formed and particles cannot be obtained.

В качестве водного раствора, содержащего элемент второй группы, можно использовать, например, водный раствор лактата кальция, водный раствор хлорида кальция, водный раствор хлорида марганца (II), водный раствор сульфата магния, водный раствор сульфата бериллия, водный раствор нитрата стронция, водный раствор хлорида бария или водный раствор гидроксида бария.As an aqueous solution containing an element of the second group, for example, an aqueous solution of calcium lactate, an aqueous solution of calcium chloride, an aqueous solution of manganese (II) chloride, an aqueous solution of magnesium sulfate, an aqueous solution of beryllium sulfate, an aqueous solution of strontium nitrate, an aqueous solution barium chloride or an aqueous solution of barium hydroxide.

При использовании водного раствора лактата кальция, водного раствора хлорида кальция, водного раствора сульфата магния, водного раствора сульфата бериллия, водного раствора нитрата стронция, водного раствора хлорида бария и водного раствора гидроксида бария в желирующем растворе, кальций, магний, бериллий, стронций и барий могут содержаться в частицах материала для сохранения холода.When using aqueous calcium lactate, aqueous calcium chloride, aqueous magnesium sulfate, aqueous beryllium sulfate, aqueous strontium nitrate, aqueous barium chloride and aqueous barium hydroxide in the gelling solution, calcium, magnesium, beryllium, strontium and barium may contained in particles of material to preserve cold.

При использовании водного раствора хлорида алюминия, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора лактата алюминия, водного раствора хлорида железа (II), водного раствора хлорида железа (III), водного раствора хлорида меди (II), водного раствора хлорида никеля (II) или водного раствора хлорида кобальта (II) в качестве желирующего раствора, алюминий, железо, медь, никель или кобальт могут содержаться в частицах материала для сохранения холода в качестве вспомогательного вещества для спекания.When using aqueous aluminum chloride, aqueous aluminum nitrate, aqueous aluminum lactate, aqueous ferric (II) chloride, aqueous ferric (III) chloride, aqueous copper (II) chloride, aqueous nickel (II) chloride or aqueous cobalt(II) chloride solution as a gelling solution, aluminum, iron, copper, nickel or cobalt may be contained in the cold preservation material particles as a sintering aid.

Поскольку гелеобразование происходит в результате реакции сшивания ионами поливалентных металлов, содержащихся в желирующем растворе, когда водный раствор, содержащий элемент первой группы, используется в качестве суспензии, а водный раствор, содержащий элемент второй группы, используется в качестве желирующего раствора, количество элемента первой группы и элемента второй группы, содержащихся в частицах, может быть отрегулировано путем регулирования времени погружения частиц, которые добавляются по каплям в желирующий раствор и гранулируются в желирующем растворе.Since gelation occurs as a result of the cross-linking reaction of polyvalent metal ions contained in the gelling solution, when an aqueous solution containing an element of the first group is used as a suspension, and an aqueous solution containing an element of the second group is used as a gelling solution, the amount of the element of the first group and element of the second group contained in the particles can be adjusted by adjusting the immersion time of the particles, which are added dropwise to the gelling solution and granulated in the gelling solution.

По меньшей мере два вида водных растворов, содержащих различные металлические элементы, выбранные из группы, состоящей из водного раствора лактата кальция, водного раствора хлорида кальция, водного раствора сульфата магния, водного раствора сульфата бериллия, водного раствора нитрата стронция, водного раствора хлорида бария и водного раствора гидроксида бария, смешиваются и используются в качестве желирующего раствора, таким образом, два или более видов элементов второй группы могут содержаться в частицах материала для сохранения холода.At least two kinds of aqueous solutions containing different metal elements selected from the group consisting of an aqueous solution of calcium lactate, an aqueous solution of calcium chloride, an aqueous solution of magnesium sulfate, an aqueous solution of beryllium sulfate, an aqueous solution of strontium nitrate, an aqueous solution of barium chloride and aqueous barium hydroxide solution are mixed and used as a gelling solution, thus two or more kinds of elements of the second group can be contained in the particles of the cold preservation material.

Размер гранулированных частиц составляет, например, 70 мкм или более и 5 мм или менее. Аспектное отношение гранулированных частиц составляет, например, 1 или более и 5 или менее.The size of the granular particles is, for example, 70 μm or more and 5 mm or less. The aspect ratio of the granular particles is, for example, 1 or more and 5 or less.

Путем обезжиривания гранулированных частиц можно удалить определенное количество органических компонентов. В случае, когда сырье представляет собой оксид, при недостаточном обезжиривании не происходит достаточного процесса сульфирования, и не может быть получено необходимое количество оксисульфида. Кроме того, когда обезжиривание недостаточно и органического компонента остается слишком много, плотность спеченных частиц уменьшается. Поэтому прочность частицы материала для сохранения холода становится небольшой, и частица материала для сохранения холода не выдерживает использования в холодильнике.By defatting granular particles, a certain amount of organic components can be removed. In the case where the raw material is an oxide, if degreasing is insufficient, the sulfonation process does not occur sufficiently, and the required amount of oxysulfide cannot be obtained. In addition, when degreasing is insufficient and too much organic component remains, the density of the sintered particles decreases. Therefore, the strength of the cold preservation material particle becomes small, and the cold preservation material particle cannot withstand use in the refrigerator.

Когда обезжиривание продолжается слишком долго, органический компонент, обеспечивающий прочность, исчезает, так что прочность гранулированных частиц после обезжиривания снижается, и частицы трескаются или откалываются. Температура обезжиривания составляет, например, 400°C или более и 800°C или менее, а время - 30 минут или более и 12 часов или менее.When defatting continues for too long, the organic component that provides strength disappears, so that the strength of the granular particles after defatting is reduced and the particles crack or chip. The degreasing temperature is, for example, 400°C or more and 800°C or less, and the time is 30 minutes or more and 12 hours or less.

Когда в качестве порошка сырья используется редкоземельный оксид, гранулированные частицы подвергаются сульфированию. В этом случае термическую обработку проводят в атмосфере сульфуризации. Атмосфера сульфуризации содержит, например, газ, содержащий атом серы с отрицательным числом окисления, такой как сероводород (H2S), сульфид углерода (CS2) или метантиол (CH3SH). Температура термообработки составляет, например, 400°C или более и 700°C или менее. Время термообработки составляет, например, 1 час или более и 8 часов или менее.When rare earth oxide is used as the raw material powder, the granular particles are subjected to sulfonation. In this case, heat treatment is carried out in a sulfurization atmosphere. The sulfurization atmosphere contains, for example, a gas containing a sulfur atom with a negative oxidation number, such as hydrogen sulfide (H 2 S), carbon sulfide (CS 2 ) or methanethiol (CH 3 SH). The heat treatment temperature is, for example, 400°C or more and 700°C or less. The heat treatment time is, for example, 1 hour or more and 8 hours or less.

Термообработка для спекания частиц оксисульфида проводится, например, в атмосфере инертного газа, находящегося под давлением. Температура термообработки составляет, например, 1000°C или более и 2000°C или менее. Температура термообработки составляет, например, 1100°C или более и 1700°C или менее. Время термообработки составляет, например, 1 час или более и 48 часов или менее.The heat treatment for sintering the oxysulfide particles is carried out, for example, in an inert gas atmosphere under pressure. The heat treatment temperature is, for example, 1000°C or more and 2000°C or less. The heat treatment temperature is, for example, 1100°C or more and 1700°C or less. The heat treatment time is, for example, 1 hour or more and 48 hours or less.

Далее описываются функции и эффекты частицы материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения.Next, the functions and effects of the cold preservation material particle of the second embodiment of the invention will be described.

Частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения изготавливается из материала для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения и имеет размер 50 мкм или более и 3 мм или менее. Аспектное отношение частицы материала для сохранения холода составляет, например, 1 или более и 5 или менее. Аспектное отношение частицы материала для сохранения холода представляет собой отношение ее главной оси к малой оси. Форма частицы материала для сохранения холода является, например, сферической.The particle of the cold storage material of the second embodiment is made from the cold storage material of the first embodiment and has a size of 50 μm or more and 3 mm or less. The aspect ratio of the cold preservation material particle is, for example, 1 or more and 5 or less. The aspect ratio of a cold preservation material particle is the ratio of its major axis to its minor axis. The particle shape of the cold preservation material is, for example, spherical.

В частице материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения максимальное значение объемной удельной теплоемкости в диапазоне температур 2 K или более и 10 K или менее составляет 0,5 Дж/(см3⋅K) или более. Таким образом, частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления имеет высокую объемную удельную теплоемкость. Поскольку частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения имеет высокую объемную удельную теплоемкость, устройство для сохранения холода, в котором используется частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения, имеет высокую холодопроизводительность. Кроме того, холодильник, включающий в себя устройство сохранения холода, в котором используется частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления, обладает высокой холодопроизводительностью.In the cold storage material particle of the second embodiment, the maximum value of the volumetric specific heat in the temperature range of 2 K or more and 10 K or less is 0.5 J/(cm 3 ⋅K) or more. Thus, the cold storage material particle of the second embodiment has a high volumetric specific heat capacity. Since the cold storage material particle of the second embodiment has a high volumetric specific heat, the cold storage device using the cold storage material particle of the second embodiment has high refrigeration capacity. Moreover, the refrigerator including the cold preservation device using the cold preservation material particle of the second embodiment has high cooling capacity.

Кроме того, частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления содержит элемент первой группы в атомной концентрации 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее. Элемент первой группы имеет функцию содействия спеканию частицы материала для сохранения холода и уменьшения количества пустот, содержащихся в частице материала для сохранения холода во время спекания при производстве частицы материала для сохранения холода. Таким образом, частица материала для сохранения холода имеет высокую степень спекания и высокую теплопроводность.In addition, the cold storage material particle of the second embodiment contains an element of the first group in an atomic concentration of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less. The element of the first group has the function of promoting sintering of the cold preservation material particle and reducing the amount of voids contained in the cold preservation material particle during sintering when producing the cold preservation material particle. Thus, the cold preservation material particle has a high degree of sintering and high thermal conductivity.

В материале для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения спекаемость дополнительно улучшается путем добавления 0,01 атомных% или более вспомогательного вещества для спекания в виде металла или металлоидного элемента, образующего вспомогательное вещество для спекания, в дополнение к элементу первой группы, и количество чрезвычайно мелких пустот уменьшается. Это дополнительно улучшает теплопроводность. Металл или металлоидный элемент, образующий вспомогательное средство для спекания, не обладает хорошей удельной теплоемкостью. Поэтому, когда количество добавленного металла или металлоидного элемента, образующего вспомогательное средство для спекания, превышает 20 атомных%, объемная удельная теплота материала для сохранения холода уменьшается, производительность устройства для сохранения холода уменьшается, и холодопроизодительность холодильника уменьшается.In the cold preservation material of the first embodiment of the invention, the sinterability is further improved by adding 0.01 atomic% or more of a sintering aid in the form of a metal or a metalloid element forming a sintering aid in addition to the element of the first group, and an amount of extremely fine voids decreases. This further improves thermal conductivity. The metal or metalloid element forming the sintering aid does not have good specific heat capacity. Therefore, when the amount of added metal or metalloid element forming the sintering aid exceeds 20 atomic%, the volumetric specific heat of the cold preservation material decreases, the performance of the cold preservation device decreases, and the cooling capacity of the refrigerator decreases.

Для того чтобы в достаточной степени получить характеристики, необходимые для частиц материала для сохранения холода, такие как теплопроводность и объемная удельная теплоемкость, в процессе спекания требуется достаточная температура спекания и достаточное время спекания. Частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления позволяет снизить температуру спекания, необходимую для спекания, и сократить время спекания за счет функции содействия спеканию элемента первой группы. Таким образом, можно снизить стоимость изготовления частицы материала для сохранения холода и получить недорогую частицу материала для сохранения холода.In order to sufficiently obtain the properties required for cold retention material particles, such as thermal conductivity and volumetric specific heat, the sintering process requires sufficient sintering temperature and sufficient sintering time. The cold preservation material particle of the second embodiment can reduce the sintering temperature required for sintering and shorten the sintering time through the sintering promotion function of the element of the first group. Thus, it is possible to reduce the cost of manufacturing a cold storage material particle and obtain an inexpensive cold storage material particle.

Частица материала для сохранения холода согласно второму варианту осуществления изобретения имеет размер 50 мкм или более и 3 мм или менее. Более предпочтительно размер частицы материала для сохранения холода составляет 1 мм или менее, и еще более предпочтительно 500 мкм или менее.The particle size of the cold preservation material according to the second embodiment of the invention is 50 μm or more and 3 mm or less. More preferably, the particle size of the cold preservation material is 1 mm or less, and even more preferably 500 μm or less.

Когда размер частиц материала для сохранения холода превышает вышеприведенное нижнее предельное значение, плотность упаковки частиц материала для сохранения холода в устройстве для сохранения холода снижается, потеря давления рабочей среды, такой как гелий, уменьшается и улучшается холодильные характеристики холодильника. Между тем, когда размер частиц материала для сохранения холода меньше, чем вышеприведенное верхнее предельное значение, расстояние от поверхности частицы материала для сохранения холода до ее центральной части сокращается, тепло рабочей среды легко передается к центральной части частицы материала для сохранения холода, и холодильные характеристики холодильника улучшаются.When the particle size of the cold preservation material exceeds the above lower limit value, the packing density of the particles of the cold preservation material in the cold preservation device is reduced, the pressure loss of the working medium such as helium is reduced, and the refrigeration performance of the refrigerator is improved. Meanwhile, when the particle size of the cold preservation material is smaller than the above upper limit value, the distance from the surface of the cold preservation material particle to its center is shortened, the heat of the working medium is easily transferred to the center of the cold preservation material particle, and the refrigeration performance of the refrigerator are improving.

Аспектное отношение частиц материала для сохранения холода предпочтительно составляет 1 или более и 5 или менее, и более предпочтительно 1 или более и 2 или менее. Когда аспектное отношение частиц материала для сохранения холода меньше, чем вышеупомянутое верхнее предельное значение, зазоры при заполнении устройства для сохранения холода частицами материала для сохранения холода становятся равномерными, и холодопроизводительность холодильника улучшается.The aspect ratio of the cold preservation material particles is preferably 1 or more and 5 or less, and more preferably 1 or more and 2 or less. When the aspect ratio of the particles of the cold storage material is smaller than the above-mentioned upper limit value, the gaps when filling the cold storage device with the particles of the cold storage material become uniform, and the cooling performance of the refrigerator is improved.

Частица материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения трескается или откалывается во время обработки, если прочность обезжиренной гранулированной частицы ниже определенного уровня. Когда в холодильнике используются частицы материала для сохранения холода, отклоняющиеся от сферической формы, холодопроизводительность холодильника снижается, и поэтому гранулированные частицы, в которых имеются трещины или сколы, отбраковывается как дефектный продукт. По этой причине желательно, чтобы гранулированные частицы имели заданный уровень прочности или более, при котором растрескивание или сколы не возникают.The cold preservation material particle of the second embodiment of the invention cracks or chips during processing if the strength of the defatted granular particle is below a certain level. When a refrigerator uses particles of cold preservation material that deviate from the spherical shape, the cooling performance of the refrigerator is reduced, and therefore granular particles that are cracked or chipped are rejected as a defective product. For this reason, it is desirable that the granular particles have a specified level of strength or greater at which cracking or chipping does not occur.

Прочность гранулированных частиц в основном зависит от количества связующего вещества или количества альгината, но когда количество этих органических компонентов слишком велико, сульфуризация или спекание становятся затруднительными. Между тем, элемент первой группы способствует спеканию частиц материала для сохранения холода. Когда гранулированные частицы содержат элемент первой группы в атомной концентрации 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее и дополнительно содержат связующее или углеродный компонент, полученный из альгината, в количестве 0,01 масс.% или более и 20 масс.% или менее, за счет двух вышеуказанных эффектов можно достичь как спекаемости, так и высокой прочности.The strength of granular particles mainly depends on the amount of binder or the amount of alginate, but when the amount of these organic components is too large, sulfurization or sintering becomes difficult. Meanwhile, the element of the first group promotes sintering of material particles to maintain cold. When the granular particles contain an element of the first group in an atomic concentration of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less and further contain a binder or a carbon component derived from alginate in an amount of 0.01 mass% or more and 20 mass% or less , due to the above two effects, both sinterability and high strength can be achieved.

Содержание углеродного компонента более предпочтительно составляет 10 масс.% или менее, еще более предпочтительно 5 масс.% или менее. Даже когда элемент первой группы содержится в атомной концентрации 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее, если углеродный компонент превышает 20 масс.%, то трудно надлежащим образом удалить органический компонент, или плотность формования после обезжиривания значительно снижается, и реакция спекания не протекает даже при высокой температуре спекания. По этой причине прочность спеченных частиц очень низкая, и трудно извлечь спеченные частицы в виде частиц. Когда количество углеродного компонента составляет менее 0,01 масс.%, количество связующего вещества или альгината натрия, содержащегося в гранулированных частицах, невелико, поэтому прочность ослаблена, и при работе с гранулированными частицами происходит их растрескивание или откалывание.The content of the carbon component is more preferably 10 mass% or less, even more preferably 5 mass% or less. Even when the first group element is contained in an atomic concentration of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less, if the carbon component exceeds 20 mass%, it is difficult to properly remove the organic component, or the molding density after degreasing is significantly reduced, and the sintering reaction does not occurs even at high sintering temperatures. For this reason, the strength of the sintered particles is very low, and it is difficult to remove the sintered particles in particulate form. When the amount of the carbon component is less than 0.01 mass%, the amount of binder or sodium alginate contained in the granular particles is small, so the strength is weakened, and cracking or chipping occurs when the granular particles are handled.

В обезжиренных гранулированных частицах, когда элемент первой группы содержится в атомной концентрации 0,001 атомных% или более и 10 атомных% или менее, а связующее или углеродный компонент, полученный из альгината, содержится в количестве 0,001 масс.% или более и 10 масс.% или менее, могут быть обеспечены как спекаемость, так и высокая прочность. Более предпочтительно, когда содержание углеродного компонента составляет 5 масс.% или менее, еще более предпочтительно - 3 масс.% или менее. Когда углеродный компонент содержится в количестве более 10 масс.%, поскольку плотность формования низкая, плотность не увеличивается даже после спекания, и прочность, которая позволяет использование частиц в холодильнике, не достигается. Когда делается попытка улучшить плотность после спекания путем повышения температуры спекания, частицы прилипают друг к другу, и аспектное отношение заметно уменьшается.In defatted granular particles, when the element of the first group is contained in an atomic concentration of 0.001 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the binder or carbon component derived from alginate is contained in an amount of 0.001 mass% or more and 10 mass% or However, both sinterability and high strength can be ensured. More preferably, the content of the carbon component is 5 mass% or less, even more preferably 3 mass% or less. When the carbon component is contained in an amount of more than 10 mass%, since the molding density is low, the density is not increased even after sintering, and the strength that allows the particles to be used in a refrigerator is not achieved. When an attempt is made to improve the post-sintering density by increasing the sintering temperature, the particles stick to each other and the aspect ratio decreases markedly.

С учетом усадки вследствие спекания, желательно, чтобы размер гранулированных частиц до и после обезжиривания составлял 70 мкм или более и 5 мм или менее. Аспектное отношение гранулированных частиц до и после обезжиривания составляет, например, 1 или более и 5 или менее.In view of shrinkage due to sintering, it is desirable that the granular particle size before and after degreasing is 70 µm or more and 5 mm or less. The aspect ratio of granular particles before and after degreasing is, for example, 1 or more and 5 or less.

Как описано выше, согласно второму варианту осуществления изобретения можно реализовать частицу материала для сохранения холода, имеющую превосходные характеристики, такие как высокая объемная удельная теплоемкость и высокая теплопроводность.As described above, according to the second embodiment of the invention, it is possible to realize a cold storage material particle having excellent characteristics such as high volumetric specific heat capacity and high thermal conductivity.

Третий вариант осуществления изобретенияThird embodiment of the invention

Устройство для сохранения холода третьего варианта осуществления изобретения представляет собой устройство для сохранения холода, заполненное множеством частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления. В устройстве для сохранения холода третьего варианта осуществления, например, отношение частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения, имеющих круглость R, представленную формулой 4πA/L2, меньшую или равную 0,5, составляет 5% или менее. "L" представляет собой периметр каждого проекционного изображения частиц материала для сохранения холода, а "A" представляет собой фактическую площадь проекционного изображения в формуле.The cold storage device of the third embodiment of the invention is a cold storage device filled with a plurality of particles of the cold storage material of the second embodiment. In the cold preservation device of the third embodiment, for example, the ratio of particles of the cold preservation material of the second embodiment having a roundness R represented by the formula 4πA/L 2 less than or equal to 0.5 is 5% or less. "L" represents the perimeter of each projection image of the cold preservation material particles, and "A" represents the actual area of the projection image in the formula.

Круглость R может быть получена путем обработки изображений форм множества частиц материала для сохранения холода с помощью оптического микроскопа. Частица материала для сохранения холода, имеющая круглость R 0,5 или менее, представляет собой форму, например, с наличием неровностей на поверхности. Когда множество частиц материала для сохранения холода, содержащих такие частицы материала для сохранения холода в количестве более 5%, заполняют устройство для сохранения холода, пористость, материала, образованного частицами для сохранения холода в устройстве для сохранения холода, становится неравномерной, и свойство заполнения становится нестабильным. Поэтому, когда рабочая среда поступает внутрь, холодопроизводительность холодильника снижается, или частицы материала для сохранения холода перемещаются или разрушаются из-за напряжения, прикладываемого к частицам материала для сохранения холода во время заполнения устройства для сохранения холода частицами материала для сохранения холода или во время работы холодильника, и образуются мелкие частицы, которые забивают зазоры, что приводит к засорению промежутков, снижает холодопроизводительность и долговременную надежность холодильника. Частицы материала для сохранения холода, имеющие круглость R 0,5 или менее, предпочтительно составляют 2% или менее, более предпочтительно - 0%.The roundness R can be obtained by processing images of the shapes of multiple particles of the cold preservation material using an optical microscope. A particle of cold preservation material having a roundness R of 0.5 or less is shaped, for example, having irregularities on the surface. When a plurality of cold storage material particles containing such cold storage material particles in an amount of more than 5% fills the cold storage device, the porosity of the material formed by the cold storage particles in the cold storage device becomes uneven and the filling property becomes unstable. . Therefore, when the working medium enters inside, the cooling capacity of the refrigerator decreases or the particles of the cold preservation material move or break due to the stress applied to the particles of the cold preservation material while the cold preservation device is filled with particles of the cold preservation material or during operation of the refrigerator , and small particles are formed that clog the gaps, resulting in clogged gaps, reducing the cooling performance and long-term reliability of the refrigerator. The cold storage material particles having a roundness R of 0.5 or less are preferably 2% or less, more preferably 0%.

Четвертый вариант осуществления изобретенияFourth Embodiment

Холодильник четвертого варианта осуществления изобретения представляет собой холодильник, включающий в себя устройство для сохранения холода, заполненное материалом для сохранения холода первого варианта осуществления или множеством частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления. Здесь и далее описание содержимого, совпадающего с первым вариантом варианта осуществления, вторым вариантом варианта осуществления и третьим вариантом осуществления, будет частично опущено.The refrigerator of the fourth embodiment of the invention is a refrigerator including a cold storage device filled with the cold storage material of the first embodiment or a plurality of particles of the cold storage material of the second embodiment. Hereinafter, description of contents identical to the first embodiment, the second embodiment and the third embodiment will be partially omitted.

На фиг. 1 представлен схематический вид в поперечном сечении, иллюстрирующий конфигурацию основной части холодильника четвертого варианта осуществления изобретения, включающего в себя устройство для сохранения холода третьего варианта осуществления, заполненное множеством частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения. Холодильник четвертого варианта осуществления представляет собой двухступенчатый криогенный холодильник 100 для сохранения холода, используемый для охлаждения сверхпроводящего устройства или тому подобного.In fig. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a main body of a refrigerator of the fourth embodiment including the cold storage device of the third embodiment filled with a plurality of particles of the cold storage material of the second embodiment. The refrigerator of the fourth embodiment is a two-stage cryogenic cold storage refrigerator 100 used for cooling a superconducting device or the like.

Криогенный холодильник 100 для сохранения холода включает в себя первый цилиндр 111, второй цилиндр 112, вакуумный контейнер 113, первое устройство 114 для сохранения холода, второе устройство 115 для сохранения холода, первое уплотнительное кольцо 116, второе уплотнительное кольцо 117, первый материал для сохранения холода 118, второй материал для сохранения холода 119, первую расширительную камеру 120, вторую расширительную камеру 121, первую ступень охлаждения 122, вторую ступень охлаждения 123 и компрессор 124.The cryogenic cold preservation refrigerator 100 includes a first cylinder 111, a second cylinder 112, a vacuum container 113, a first cold preservation device 114, a second cold preservation device 115, a first O-ring 116, a second O-ring 117, a first cold preservation material. 118, a second cold storage material 119, a first expansion chamber 120, a second expansion chamber 121, a first refrigeration stage 122, a second refrigeration stage 123, and a compressor 124.

Криогенный холодильник 100 для сохранения холода включает в себя вакуумный контейнер 113, в котором установлены первый цилиндр 111 большого диаметра и второй цилиндр 112 малого диаметра, коаксиально соединенный с первым цилиндром 111. Первое устройство 114 для сохранения холода установлено с возможностью возвратно-поступательного перемещения в первом цилиндре 111. Во втором цилиндре 112 установлено с возможностью возвратно-поступательного перемещения второе устройство 115 для сохранения холода, которое является примером устройства для сохранения холода третьего варианта осуществления изобретения.The cryogenic cold storage refrigerator 100 includes a vacuum container 113 in which a first large diameter cylinder 111 and a second small diameter cylinder 112 are mounted coaxially connected to the first cylinder 111. The first cold storage device 114 is reciprocatably mounted in the first cylinder 111. In the second cylinder 112, a second cold storage device 115 is reciprocatably mounted, which is an example of the cold storage device of the third embodiment of the invention.

Первое уплотнительное кольцо 116 расположено между первым цилиндром 111 и первым устройством 114 для сохранения холода. Второе уплотнительное кольцо 117 расположено между вторым цилиндром 112 и вторым устройством 115 для сохранения холода.The first O-ring 116 is located between the first cylinder 111 and the first cold retaining device 114. A second O-ring 117 is located between the second cylinder 112 and the second cold retaining device 115.

Первое устройство 114 для сохранения холода содержит первый материал 118 для сохранения холода, такой, например, как сетка из меди. Во втором устройстве 115 для сохранения холода размещается второй материал 119 для сохранения холода.The first cold storage device 114 includes a first cold storage material 118, such as a copper mesh. The second cold storage device 115 accommodates the second cold storage material 119.

Первое устройство 114 для сохранения холода и второе устройство 115 для сохранения холода имеют проход для рабочей среды, предусмотренный в промежутке между первым материалом 118 для сохранения холода и вторым материалом 119 для сохранения холода. Рабочей средой является газообразный гелий.The first cold storage device 114 and the second cold storage device 115 have a working fluid passage provided in the space between the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119. The working medium is helium gas.

Первая расширительная камера 120 предусмотрена между первым устройством 114 для сохранения холода и вторым устройством 115 для сохранения холода. Вторая расширительная камера 121 предусмотрена между вторым устройством 115 для сохранения холода и дистальной концевой стенкой второго цилиндра 112. Первая ступень 122 охлаждения предусмотрена на дне первой расширительной камеры 120. Вторая ступень 123 охлаждения, имеющая температуру ниже, чем температура первой ступени 122 охлаждения, сформирована на дне второй расширительной камеры 121.The first expansion chamber 120 is provided between the first cold storage device 114 and the second cold storage device 115. A second expansion chamber 121 is provided between the second cold storage device 115 and the distal end wall of the second cylinder 112. A first cooling stage 122 is provided at the bottom of the first expansion chamber 120. A second cooling stage 123 having a temperature lower than the temperature of the first cooling stage 122 is formed on the bottom of the second expansion chamber 121.

Рабочая среда под высоким давлением подается из компрессора 124 в описанный выше двухступенчатый криогенный холодильник 100. Подаваемая рабочая среда проходит между первыми материалами 118 для сохранения холода, размещенными в первом устройстве 114 для сохранения холода, и достигает первой расширительной камеры 120. Затем, хладагент проходит между вторыми материалами 119 для сохранения холода, размещенными во втором устройстве 115 для сохранения холода, и достигает второй расширительной камеры 121.A high-pressure working fluid is supplied from the compressor 124 to the above-described two-stage cryogenic refrigerator 100. The supplied working fluid passes between the first cold storage materials 118 housed in the first cold storage device 114 and reaches the first expansion chamber 120. Then, the refrigerant passes between the second cold preservation materials 119 disposed in the second cold preservation device 115 and reaches the second expansion chamber 121.

В это время рабочая среда охлаждается путем передачи тепловой энергии первому материалу 118 для сохранения холода и второму материалу 119 для сохранения холода. Рабочая среда, проходящая между первым материалом 118 для сохранения холода и вторым материалом 119 для сохранения холода, расширяется в первой расширительной камере 120 и второй расширительной камере 121 с генерированием холода. В результате первая ступень 122 охлаждения и вторая ступень 123 охлаждения охлаждаются.At this time, the working medium is cooled by transferring thermal energy to the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119. The working medium passing between the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119 expands in the first expansion chamber 120 and the second expansion chamber 121 to generate cold. As a result, the first cooling stage 122 and the second cooling stage 123 are cooled.

Расширившаяся рабочая среда течет в обратном направлении между первым материалом 118 для сохранения холода и вторым материалом 119 для сохранения холода. Рабочая среда отводится после получения тепловой энергии от первого материала 118 для сохранения холода и второго материала 119 для сохранения холода. Криогенный холодильник 100 для сохранения холода сконфигурирован таким образом, что тепловая эффективность цикла рабочей среды улучшается, поскольку в таком процессе эффект рекуперации улучшается, и реализуется более низкая температура.The expanded working fluid flows in the reverse direction between the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119. The working fluid is withdrawn after receiving thermal energy from the first cold storage material 118 and the second cold storage material 119. The cryogenic cold storage refrigerator 100 is configured such that the thermal efficiency of the working fluid cycle is improved because in such a process the recovery effect is improved and a lower temperature is realized.

Устройство для сохранения холода, входящее в состав холодильника четвертого варианта осуществления изобретения, содержит материал для сохранения холода первого варианта осуществления во втором устройстве 115 для сохранения холода в качестве по меньшей мере части второго материала 119 для сохранения холода. Второе устройство 115 для сохранения холода может быть заполнено множеством частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения в качестве по меньшей мере части второго материала 119 для сохранения холода. Предпочтительно, чтобы во множестве частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления соотношение частиц, имеющих круглость R, представленную формулой 4πA/L2, меньшую или равную 0,5, составляло 5% или менее. "L" представляет собой периметр каждого проекционного изображения частиц материала для сохранения холода, а "A" представляет собой фактическую площадь проекционного изображения в формуле.The cold storage device included in the refrigerator of the fourth embodiment of the invention includes the cold storage material of the first embodiment in the second cold storage device 115 as at least a part of the second cold storage material 119. The second cold storage device 115 may be filled with a plurality of particles of the cold storage material of the second embodiment as at least a portion of the second cold storage material 119. It is preferable that in the plurality of particles of the cold preservation material of the second embodiment, the ratio of particles having a roundness R represented by the formula 4πA/L 2 less than or equal to 0.5 is 5% or less. "L" represents the perimeter of each projection image of the cold preservation material particles, and "A" represents the actual area of the projection image in the formula.

В четвертом варианте осуществления изобретения устройство для сохранения холода третьего варианта осуществления может включать в себя, например, множество заполняющих слоев различных типов материалов для сохранения холода. Различные типы материалов для сохранения холода могут разделяться сеткой. Сетка представляет собой, например, металлическую сетку. По меньшей мере один из множества заполняющих слоев материалов для сохранения холода представляет собой материал для сохранения холода первого варианта осуществления или частицы материала для сохранения холода второго варианта осуществления. В холодильнике четвертого варианта осуществления изобретения, например, материал для сохранения холода первого варианта осуществления или множество частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления заполняют устройство для сохранения холода со стороны низкой температуры.In the fourth embodiment of the invention, the cold storage device of the third embodiment may include, for example, a plurality of fill layers of different types of cold storage materials. Different types of cold storage materials can be separated by mesh. The mesh is, for example, a metal mesh. At least one of the plurality of core layers of cold storage materials is a cold storage material of the first embodiment or a particle of a cold storage material of the second embodiment. In the refrigerator of the fourth embodiment, for example, the cold storage material of the first embodiment or a plurality of particles of the cold storage material of the second embodiment fills the cold storage device on the low temperature side.

Чтобы улучшить холодильную способность холодильника, желательно улучшить удельную теплоемкость на единицу объема материала для сохранения холода и улучшить теплопроводность. Холодильник четвертого варианта осуществления изобретения включает в себя материал для сохранения холода или частицы материала для сохранения холода, которые сохраняют объемную удельную теплоемкость и имеют улучшенную теплопроводность.To improve the refrigerating capacity of a refrigerator, it is desirable to improve the specific heat capacity per unit volume of cold preservation material and improve thermal conductivity. The refrigerator of the fourth embodiment of the invention includes a cold preservation material or particles of a cold preservation material that maintain volumetric specific heat capacity and have improved thermal conductivity.

Например, при использовании холодильника четвертого варианта осуществления изобретения в поезде с магнитной левитацией может быть улучшена долгосрочная надежность поезда с магнитной левитацией.For example, by using the refrigerator of the fourth embodiment in the magnetic levitation train, the long-term reliability of the magnetic levitation train can be improved.

Как описано выше, согласно четвертому варианту осуществления изобретения, холодильник с превосходными характеристиками может быть реализован путем использования материала для сохранения холода или частиц материала для сохранения холода с превосходными характеристиками.As described above, according to the fourth embodiment of the invention, a refrigerator with excellent performance can be realized by using a cold preservation material or particles of a cold preservation material with excellent performance.

Пятый вариант осуществления изобретенияFifth embodiment of the invention

Крионасос согласно пятому варианту варианта осуществления изобретения включает в себя холодильник четвертого варианта осуществления. Здесь и далее описание содержания, совпадающего с четвертым вариантом осуществления, будет частично опущено.The cryopump according to the fifth embodiment of the invention includes a refrigerator of the fourth embodiment. Hereinafter, description of contents identical to the fourth embodiment will be partially omitted.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий схематическую конфигурацию крионасоса согласно пятому варианту осуществления изобретения. Крионасос согласно пятому варианту варианта осуществления представляет собой крионасос 500, включающий в себя криогенный холодильник 100 для сохранения холода согласно четвертому варианту осуществления.In fig. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a cryopump according to a fifth embodiment of the invention. The cryopump according to the fifth embodiment is a cryopump 500 including a cryogenic refrigerator 100 for keeping cold according to the fourth embodiment.

Крионасос 500 включает в себя криопанель 501, которая конденсирует или адсорбирует молекулы газа, криогенный холодильник 100 для сохранения холода, который охлаждает криопанель 501 до заранее заданной криогенной температуры, экран 503, предусмотренный между криопанелью 501 и криогенным холодильником 100 для сохранения холода, перегородку 504, предусмотренную на впускном отверстии, и кольцо 505, которое изменяет скорость выпуска аргона, азота, водорода или тому подобного.The cryopump 500 includes a cryopanel 501 that condenses or adsorbs gas molecules, a cryogenic cooler 100 that cools the cryopanel 501 to a predetermined cryogenic temperature, a screen 503 provided between the cryopanel 501 and the cryogenic cooler 100, a baffle 504, provided at the inlet port, and a ring 505 that changes the release rate of argon, nitrogen, hydrogen or the like.

Согласно пятому варианту осуществления изобретения, крионасос, имеющий превосходные характеристики, может быть реализован путем использования холодильника, имеющего превосходные характеристики. Благодаря использованию в устройстве для производства полупроводников крионасоса согласно пятому варианту осуществления изобретения, можно повысить надежность устройства для производства полупроводников в долгосрочной перспективе.According to a fifth embodiment of the invention, a cryopump having excellent performance can be realized by using a refrigerator having excellent performance. By using a cryopump in the semiconductor manufacturing apparatus according to the fifth embodiment of the invention, the reliability of the semiconductor manufacturing apparatus in the long term can be improved.

Шестой вариант осуществления изобретенияSixth embodiment of the invention

Сверхпроводящий магнит шестого варианта осуществления изобретения включает в себя холодильник четвертого варианта осуществления изобретения. Здесь и далее описание содержимого, дублирующего четвертый вариант осуществления, будет частично опущено.The superconducting magnet of the sixth embodiment includes a refrigerator of the fourth embodiment. Hereinafter, description of contents duplicating the fourth embodiment will be partially omitted.

На фиг. 3 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий схематическую конфигурацию сверхпроводящего магнита согласно шестому варианту осуществления изобретения. Сверхпроводящий магнит шестого варианта осуществления представляет собой, например, сверхпроводящий магнит 600 для поезда с магнитной левитацией, включающий в себя криогенный холодильник 100 для сохранения холода четвертого варианта осуществления изобретения.In fig. 3 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a superconducting magnet according to a sixth embodiment of the invention. The superconducting magnet of the sixth embodiment is, for example, a superconducting magnet 600 for a magnetic levitation train including a cryogenic cold storage refrigerator 100 of the fourth embodiment.

Сверхпроводящий магнит 600 для поезда с магнитной левитацией включает в себя сверхпроводящую катушку 601, резервуар 602 для жидкого гелия для охлаждения сверхпроводящей катушки 601, резервуар 603 для жидкого азота для предотвращения испарения жидкого гелия, ламинированный теплоизолирующий материал 605, силовой провод 606, переключатель постоянного тока 607 и криогенный холодильник 100 для сохранения холода.The superconducting magnet 600 for magnetic levitation train includes a superconducting coil 601, a liquid helium tank 602 for cooling the superconducting coil 601, a liquid nitrogen tank 603 to prevent liquid helium from evaporating, a laminated heat insulating material 605, a power wire 606, a DC switch 607 and a cryogenic refrigerator 100 to keep things cold.

Согласно шестому варианту осуществления изобретения, сверхпроводящий магнит, имеющий превосходные характеристики, может быть реализован путем использования холодильника, имеющего превосходные характеристики.According to the sixth embodiment of the invention, a superconducting magnet having excellent characteristics can be realized by using a refrigerator having excellent characteristics.

Седьмой вариант осуществления изобретенияSeventh Embodiment

Аппарат для визуализации ядерного магнитного резонанса седьмого варианта осуществления изобретения включает в себя холодильник четвертого варианта осуществления изобретения. Здесь и далее описание содержимого, совпадающего с четвертым вариантом осуществления, будет частично опущено.The nuclear magnetic resonance imaging apparatus of the seventh embodiment includes a refrigerator of the fourth embodiment. Hereinafter, description of contents identical to the fourth embodiment will be partially omitted.

На фиг. 4 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий схематическую конфигурацию аппарата ядерной магнитно-резонансной томографии седьмого варианта осуществления изобретения. Аппарат ядерной магнитно-резонансной томографии (МРТ) седьмого варианта осуществления представляет собой аппарат 700 ядерной магнитно-резонансной томографии, включающий в себя криогенный холодильник 100 для сохранения холода четвертого варианта осуществления изобретения.In fig. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus of the seventh embodiment of the invention. The nuclear magnetic resonance imaging (MRI) apparatus of the seventh embodiment is a nuclear magnetic resonance imaging apparatus 700 including a cryogenic refrigerator 100 for keeping cold in the fourth embodiment.

Аппарат 700 ядерной магнитно-резонансной томографии включает в себя сверхпроводящую катушку 701 статического магнитного поля, которая прикладывает пространственно однородное и временно стабильное статическое магнитное поле к телу человека, корректирующую катушку (на чертеже не показана), которая корректирует неоднородность генерируемого магнитного поля, катушку 702 градиентного магнитного поля, которая создает градиент магнитного поля в области измерения, зонд 703 для передачи/приема радиоволн, криостат 705 и радиационный адиабатический экран 706. Криогенный холодильник 100 для сохранения холода используется для охлаждения сверхпроводящей катушки 701 статического магнитного поля.The nuclear magnetic resonance imaging apparatus 700 includes a superconducting static magnetic field coil 701 that applies a spatially uniform and temporally stable static magnetic field to the human body, a correction coil (not shown) that corrects the inhomogeneity of the generated magnetic field, a gradient coil 702 magnetic field that creates a magnetic field gradient in the measurement area, a probe 703 for transmitting/receiving radio waves, a cryostat 705, and a radiation adiabatic screen 706. The cryogenic cold storage refrigerator 100 is used to cool the superconducting static magnetic field coil 701.

Согласно седьмому варианту осуществления изобретения, аппарат для визуализации ядерного магнитного резонанса с превосходными характеристиками может быть реализован путем использования холодильника с превосходными характеристиками.According to a seventh embodiment of the invention, a nuclear magnetic resonance imaging apparatus with excellent performance can be realized by using a refrigerator with excellent performance.

Восьмой вариант осуществления изобретенияEighth Embodiment

Аппарат ядерного магнитного резонанса восьмого варианта осуществления изобретения включает в себя холодильник четвертого варианта осуществления. Здесь и далее описание содержимого, совпадающего с четвертым вариантом осуществления, будет частично опущено.The nuclear magnetic resonance apparatus of the eighth embodiment of the invention includes a refrigerator of the fourth embodiment. Hereinafter, description of contents identical to the fourth embodiment will be partially omitted.

На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий схематическую конфигурацию аппарата ядерного магнитного резонанса восьмого варианта осуществления изобретения. Аппарат ядерного магнитного резонанса (ЯМР) восьмого варианта осуществления представляет собой аппарат 800 ядерного магнитного резонанса, включающий в себя криогенный холодильник 100 для сохранения холода четвертого варианта осуществления изобретения.In fig. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a nuclear magnetic resonance apparatus of the eighth embodiment of the invention. The nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus of the eighth embodiment is a nuclear magnetic resonance apparatus 800 including a cryogenic refrigerator 100 for keeping cold in the fourth embodiment.

Аппарат 800 ядерного магнитного резонанса включает в себя сверхпроводящую катушку 802 статического магнитного поля, которая прикладывает магнитное поле к образцу, такому как органическое вещество, помещенному в пробирку 801, высокочастотный генератор 803, который прикладывает радиоволну к пробирке 801 в магнитном поле, и усилитель 804, который усиливает индуцированный ток, генерируемый в катушке (на чертеже не показана) вокруг пробирки 801. Кроме того, предусмотрен криогенный холодильник 100 для сохранения холода, который охлаждает сверхпроводящую катушку 802 статического магнитного поля.The nuclear magnetic resonance apparatus 800 includes a superconducting static magnetic field coil 802 that applies a magnetic field to a sample, such as an organic matter, placed in a test tube 801, a high-frequency generator 803 that applies a radio wave to the test tube 801 in a magnetic field, and an amplifier 804, which amplifies the induced current generated in a coil (not shown) around the test tube 801. In addition, a cryogenic cold storage refrigerator 100 is provided that cools the superconducting static magnetic field coil 802.

Согласно восьмому варианту осуществления изобретения, аппарат ядерного магнитного резонанса с превосходными характеристиками может быть реализован с использованием холодильника с превосходными характеристиками.According to the eighth embodiment of the invention, a nuclear magnetic resonance apparatus with excellent performance can be realized using a refrigerator with excellent performance.

Девятый вариант осуществления изобретенияNinth embodiment of the invention

Аппарат для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля девятого варианта осуществления изобретения включает в себя холодильник четвертого варианта осуществления. Здесь и далее описание содержания, дублирующего четвертый вариант осуществления, будет частично опущено.The magnetic field-applied single crystal drawing apparatus of the ninth embodiment includes a refrigerator of the fourth embodiment. Hereinafter, description of contents duplicating the fourth embodiment will be partially omitted.

На фиг. 6 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий схематическую конфигурацию аппарата для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля согласно девятому варианту варианта осуществления. Аппарат для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля девятого варианта осуществления представляет собой аппарат 900 для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля, включающий в себя криогенный холодильник 100 четвертого варианта осуществления изобретения.In fig. 6 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a single crystal drawing apparatus applying a magnetic field according to the ninth embodiment of the embodiment. The magnetic field-applied single crystal drawing apparatus of the ninth embodiment is a magnetic field-applied single crystal drawing apparatus 900 including the cryogenic refrigerator 100 of the fourth embodiment.

Аппарат 900 для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля включает в себя блок 901 вытягивания монокристаллов, имеющий тигель для плавления сырья, нагреватель, механизм вытягивания монокристаллов и тому подобное, сверхпроводящую катушку 902, которая прикладывает статическое магнитное поле к расплаву сырья, подъемный механизм 903 блока 901 вытягивания монокристаллов, токоподвод 905, теплозащитную пластину 906 и контейнер 907 для гелия. Для охлаждения сверхпроводящей катушки 902 используется криогенный холодильник 100 для сохранения холода.The apparatus 900 for drawing single crystals with the application of a magnetic field includes a unit 901 for drawing single crystals having a crucible for melting raw materials, a heater, a mechanism for drawing single crystals and the like, a superconducting coil 902 that applies a static magnetic field to the molten raw materials, a lifting mechanism 903 of the unit 901 drawing monocrystals, current lead 905, heat shield plate 906 and container 907 for helium. To cool the superconducting coil 902, a cryogenic refrigerator 100 is used to keep it cold.

Согласно девятому варианту осуществления изобретения, устройство для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля, имеющее превосходные характеристики, может быть реализовано путем использования холодильника, имеющего превосходные характеристики.According to a ninth embodiment of the invention, a magnetic field-applied single crystal drawing apparatus having excellent characteristics can be realized by using a refrigerator having excellent characteristics.

Десятый вариант осуществления изобретенияTenth embodiment of the invention

Устройство повторной конденсации гелия десятого варианта осуществления изобретения включает в себя холодильник четвертого варианта осуществления. Здесь и далее описание содержимого, совпадающего с четвертым вариантом осуществления, будет частично опущено.The helium recondensation apparatus of the tenth embodiment includes a refrigerator of the fourth embodiment. Hereinafter, description of contents identical to the fourth embodiment will be partially omitted.

На фиг. 7 схематически представлена конфигурация устройства повторной конденсации гелия согласно десятому варианту варианта осуществления изобретения. Устройство повторной конденсации гелия согласно десятому варианту осуществления представляет собой устройство 1000 повторной конденсации гелия, включающее в себя криогенный холодильник 100 для сохранения холода четвертого варианта осуществления.In fig. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a helium recondensation apparatus according to a tenth embodiment of the invention. The helium recondensation device according to the tenth embodiment is a helium recondensation device 1000 including the cold storage cryogenic refrigerator 100 of the fourth embodiment.

Устройство 1000 повторной конденсации гелия включает в себя криогенный холодильник 100 для сохранения холода, испарительную трубу 1001 и трубу 1002 сжижения.The helium recondensation apparatus 1000 includes a cryogenic refrigerator 100 for maintaining cold, an evaporator pipe 1001 and a liquefaction pipe 1002.

Устройство 1000 повторной конденсации гелия может повторно конденсировать газообразный гелий, испаренный из устройства жидкого гелия, входящего в состав устройства, использующего жидкий гелий, в жидкий гелий. Устройство, использующее жидкий гелий, может быть сверхпроводящим магнитом, устройством ядерного магнитного резонанса (ЯМР), устройством ядерной магнитно-резонансной томографии (МРТ), системой измерения физических свойств (PPMS) или устройством, использующим сверхпроводящий магнит, таким как система измерения магнитных свойств.The helium recondensation device 1000 can recondense helium gas evaporated from the liquid helium device included in the liquid helium using device into liquid helium. The device using liquid helium may be a superconducting magnet, a nuclear magnetic resonance (NMR) device, a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) device, a physical properties measurement system (PPMS), or a device using a superconducting magnet such as a magnetic properties measurement system.

Газообразный гелий вводится из устройства жидкого гелия (на чертеже не показано) в устройство 1000 повторной конденсации гелия через испарительную трубу 1001. Газообразный гелий охлаждается до температуры 4 К, равной или ниже температуры сжижения гелия, в криогенном холодильнике 100 для сохранения холода. Сконденсированный и сжиженный жидкий гелий проходит через трубу 1002 сжижения и возвращается в устройство жидкого гелия.Helium gas is introduced from a liquid helium device (not shown) into a helium recondensation device 1000 through an evaporator tube 1001. The helium gas is cooled to a temperature of 4 K, equal to or below the helium liquefaction temperature, in a cryogenic refrigerator 100 to maintain cold. The condensed and liquefied liquid helium passes through the liquefaction pipe 1002 and is returned to the liquid helium device.

Согласно десятому варианту осуществления изобретения, устройство повторной конденсации гелия, имеющее превосходные характеристики, может быть реализовано путем использования холодильника, имеющего превосходные характеристики.According to a tenth embodiment of the invention, a helium recondensation device having excellent characteristics can be realized by using a refrigerator having excellent characteristics.

ПримерыExamples

Далее будут описаны Примеры, Сравнительные примеры и результаты оценки материала для сохранения холода первого варианта осуществления и частиц материала для сохранения холода второго варианта осуществления.Next, Examples, Comparative Examples and evaluation results of the cold storage material of the first embodiment and the cold storage material particles of the second embodiment will be described.

Пример 1Example 1

Порошок Gd2O3 и порошок Na2CO3 смешивали и измельчали в шаровой мельнице в течение 24 часов для получения сырьевой смеси. Затем полученную сырьевую смесь сушили и гранулировали с помощью гранулятора для получения гранулированных частиц размером от 0,3 мм до 0,5 мм. При этом в качестве связующего вещества использовали поливиниловый спирт, который добавляли в количестве 1,2 масс.% по отношению к порошку сырья. Концентрация натрия в гранулированных частицах составляла 0,52 атомных%, а концентрация углерода - 0,99 масс.%. Полученную сырьевую смесь формовали для получения формованного тела.Gd 2 O 3 powder and Na 2 CO 3 powder were mixed and ground in a ball mill for 24 hours to obtain a raw material mixture. The resulting raw material mixture was then dried and granulated using a granulator to obtain granular particles ranging in size from 0.3 mm to 0.5 mm. In this case, polyvinyl alcohol was used as a binder, which was added in an amount of 1.2 wt.% relative to the raw material powder. The sodium concentration in the granular particles was 0.52 atom% and the carbon concentration was 0.99 wt%. The resulting raw material mixture was molded to obtain a molded body.

Для того чтобы оценить прочность гранулированных частиц, цилиндрический контейнер диаметром 15 мм и высотой 5 мм заполняли гранулированными частицами. При этом цилиндрический контейнер заполняли материалами для сохранения холода в количестве, достаточном для того, чтобы гранулированные частицы были зафиксированы в цилиндрическом контейнере и не могли перемещаться свободно. Однократная вибрация с амплитудой 2 мм и максимальным ускорением 200 м/с2 прикладывалась к контейнеру 1×103 раза. В результате количество разрушенного материала для сохранения холода составляло менее 0,1 масс.%.In order to evaluate the strength of granular particles, a cylindrical container with a diameter of 15 mm and a height of 5 mm was filled with granular particles. In this case, the cylindrical container was filled with cold preservation materials in an amount sufficient to ensure that the granular particles were fixed in the cylindrical container and could not move freely. A single vibration with an amplitude of 2 mm and a maximum acceleration of 200 m/s 2 was applied to the container 1×10 3 times. As a result, the amount of destroyed cold storage material was less than 0.1 mass%.

Гранулированные частицы и формованное тело были обезжирены при 600°C в течение 6 часов в воздушной атмосфере. Обезжиренные гранулированные частицы и формованное тело имели концентрацию натрия 0,54 атомных% и концентрацию углерода 0,51 масс.%. Термообработка проводилась при 500°C в течение 4 часов в атмосфере, содержащей сероводород (H2S), для сульфуризации частиц и формованного тела. Термообработку проводили при 1300°C в течение 12 часов в атмосфере инертного газа, находящегося под давлением, для спекания частиц и формованного тела.The granular particles and the molded body were degreased at 600°C for 6 hours in an air atmosphere. The defatted granular particles and molded body had a sodium concentration of 0.54 atom% and a carbon concentration of 0.51 wt%. Heat treatment was carried out at 500°C for 4 hours in an atmosphere containing hydrogen sulfide (H 2 S) to sulfurize the particles and the molded body. Heat treatment was carried out at 1300°C for 12 hours under an inert gas atmosphere under pressure to sinter the particles and the molded body.

Основными составными элементами материала для сохранения холода и частиц материала для сохранения холода Примера 1 является оксисульфид гадолиния. Концентрация натрия в материале для сохранения холода и в частицах материала для сохранения холода Примера 1 составляла 0,55 атомных%.The main constituents of the cold storage material and the cold storage material particles of Example 1 are gadolinium oxysulfide. The sodium concentration of the cold storage material and the particles of the cold storage material of Example 1 was 0.55 atomic percent.

Были измерены максимальное значение объемной удельной теплоемкости при 10 K или менее и теплопроводности при 4,2 K материала для сохранения холода Примера 1. Измерение проводили с использованием системы измерения физических свойств (PPMS).The maximum value of volumetric specific heat at 10 K or less and thermal conductivity at 4.2 K of the cold storage material of Example 1 were measured. The measurement was carried out using a physical properties measurement system (PPMS).

250 г частиц материала для сохранения холода Примера 1 засыпали в низкотемпературную сторону второй ступени устройства для сохранения холода двухступенчатого холодильника GM, показанного на фиг. 1, а 250 г материала Pb для сохранения холода засыпали в высокотемпературную сторону, собрали холодильник согласно Примеру 1 и провели испытание на охлаждение для измерения холодопроизводительности при 4,2 К. В устройстве для сохранения холода первой ступени приложили тепловую нагрузку таким образом, чтобы температура составляла 50 К.250 g of the cold preservation material particles of Example 1 were poured into the low temperature side of the second stage of the cold preservation apparatus of the GM two-stage refrigerator shown in FIG. 1, and 250 g of Pb cold preservation material was poured into the high temperature side, assembled the refrigerator according to Example 1, and conducted a cooling test to measure the cooling capacity at 4.2 K. A heat load was applied to the first stage cold preservation device so that the temperature was 50 K.

В результате испытания на охлаждение было получено 0,66 Вт в качестве холодопроизводительности при 4,2 К.The cooling test results in 0.66 W of cooling capacity at 4.2 K.

В нижеследующих Примерах и Сравнительных примерах время смешивания порошков сырья, условия термической обработки сульфированием, условия термической обработки спекания и т.п. регулируются для обеспечения соответствующих условий. Кроме того, условия испытания холодильника были установлены такими же.In the following Examples and Comparative Examples, the mixing time of raw material powders, sulfonation heat treatment conditions, sintering heat treatment conditions, etc. regulated to ensure appropriate conditions. In addition, the test conditions for the refrigerator were set to be the same.

Пример 2Example 2

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вместо порошка Na2CO3 был использован порошок Li2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that Li 2 CO 3 powder was used instead of Na 2 CO 3 powder.

Пример 3Example 3

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вместо порошка Na2CO3 был использован порошок K2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that K 2 CO 3 powder was used instead of Na 2 CO 3 powder.

Пример 4Example 4

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что порошок CaCO3 использовали в дополнение к порошку Na2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that CaCO 3 powder was used in addition to Na 2 CO 3 powder.

Пример 5Example 5

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вместо порошка Na2CO3 был использован порошок Li2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that Li 2 CO 3 powder was used instead of Na 2 CO 3 powder.

Пример 6Example 6

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вместо порошка Na2CO3 был использован порошок K2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that K 2 CO 3 powder was used instead of Na 2 CO 3 powder.

Пример 7Example 7

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вместо порошка CaCO3 был использован порошок MgCO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that MgCO 3 powder was used instead of CaCO 3 powder.

Пример 8Example 8

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вместо порошка CaCO3 был использован порошок SrCO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that SrCO 3 powder was used instead of CaCO 3 powder.

Пример 9Example 9

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вместо порошка CaCO3 был использован порошок BaCO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that BaCO 3 powder was used instead of CaCO 3 powder.

Пример 10Example 10

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вместо порошка Gd2O3 был использован порошок Gd2O2S.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that Gd 2 O 2 S powder was used instead of Gd 2 O 3 powder.

Пример 11Example 11

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вместо порошка Gd2O3 был использован порошок Tb2O3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that Tb 2 O 3 powder was used instead of Gd 2 O 3 powder.

Пример 12Example 12

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вместо порошка Gd2O3 был использован порошок Dy2O3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that Dy 2 O 3 powder was used instead of Gd 2 O 3 powder.

Пример 13Example 13

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вместо порошка Gd2O3 был использован порошок Ho2O3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that Ho 2 O 3 powder was used instead of Gd 2 O 3 powder.

Пример 14Example 14

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что порошок K2CO3 был использован в дополнение к порошку Na2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that K 2 CO 3 powder was used in addition to Na 2 CO 3 powder.

Пример 15Example 15

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что порошок Li2CO3 использовался в дополнение к порошку Na2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that Li 2 CO 3 powder was used in addition to Na 2 CO 3 powder.

Пример 16Example 16

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что в дополнение к порошку Na2CO3 были использованы порошок K2CO3 и порошок CaCO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that in addition to Na 2 CO 3 powder, K 2 CO 3 powder and CaCO 3 powder were used.

Пример 17Example 17

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что в дополнение к порошку Na2CO3 использовали порошок CaCO3 и порошок SrCO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that CaCO 3 powder and SrCO 3 powder were used in addition to Na 2 CO 3 powder.

Примеры 18-20Examples 18-20

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вес порошка Na2CO3 был уменьшен.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that the weight of the Na 2 CO 3 powder was reduced.

Примеры с 21 по 23Examples 21 to 23

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вес порошка Na2CO3 был увеличен.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that the weight of the Na 2 CO 3 powder was increased.

Примеры 24 и 25Examples 24 and 25

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вес порошка CaCO3 был уменьшен.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that the weight of the CaCO 3 powder was reduced.

Примеры 26-28Examples 26-28

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что вес порошка CaCO3 был увеличен.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 4 except that the weight of the CaCO 3 powder was increased.

Примеры с 29 по 31Examples 29 to 31

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что часть порошка Gd2O3 была заменена на Tb2O3, Dy2O3 или Ho2O3.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that part of the Gd 2 O 3 powder was replaced by Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 or Ho 2 O 3 .

Пример 32Example 32

Порошок Gd2O3 добавляли в водный раствор альгината натрия и перемешивали в течение 12 часов для получения суспензии. Водный раствор альгината натрия добавляли так, чтобы количество альгината натрия составляло 2,3 масс.% от количества порошка сырья. Приготовленную суспензию добавляли по каплям в водный раствор лактата кальция в качестве желирующего раствора. Для закапывания суспензии использовали шприц. Диаметр шприца составлял 510 мкм, а расстояние от кончика шприца до поверхности водного раствора лактата кальция составляло 100 мм. Суспензией заполняли форму, а затем суспензию погружали в желирующий раствор.Gd 2 O 3 powder was added to an aqueous solution of sodium alginate and stirred for 12 hours to obtain a suspension. An aqueous solution of sodium alginate was added so that the amount of sodium alginate was 2.3 mass% of the amount of raw material powder. The prepared suspension was added dropwise to an aqueous solution of calcium lactate as a gelling solution. A syringe was used to instill the suspension. The diameter of the syringe was 510 μm, and the distance from the tip of the syringe to the surface of the aqueous calcium lactate solution was 100 mm. The suspension was filled into a mold, and then the suspension was immersed in a gelling solution.

Суспензию, закапываемую шприцем, и суспензию, заполняющую форму, выдерживали в желирующем растворе в течение 5 часов.The suspension instilled with a syringe and the suspension filling the mold were kept in the gelling solution for 5 hours.

После этого желированные гранулированные частицы промывали чистой водой. Суспензию, заполняющую форму, удаляли из формы и затем промывали чистой водой для получения формованного тела. После промывки формованного тела и частиц, формованное тело и частицы высушивали. Концентрация натрия в гранулированных частицах составляла 0,78 атомных%, а концентрация углерода - 082 масс.%. После того как формованное тело и частицы были высушены, формованное тело и частицы были обезжирены, сульфурированы и спечены.After this, the gelled granular particles were washed with clean water. The mold filling slurry was removed from the mold and then washed with clean water to obtain a molded body. After washing the molded body and particles, the molded body and particles were dried. The sodium concentration in the granular particles was 0.78 atom% and the carbon concentration was 082 wt%. After the molded body and particles were dried, the molded body and particles were degreased, sulfurized and sintered.

Обезжиривание проводили при 600°C в течение 6 часов в атмосфере воздуха, и после обезжиривания концентрация натрия в гранулированных частицах составляла 1,0 атомный%, а концентрация углерода составляла 0,54 масс.%. После обезжиривания была проведена термообработка при температуре 500°C в течение 4 часов в атмосфере, содержащей сероводород (H2S), для сульфурирования формованного тела и частиц. Термообработку проводили при 1300°C в течение 12 часов в атмосфере инертного газа, находящегося под давлением, для спекания формованного тела и частиц. Основным составным элементом материала для сохранения холода и частиц материала для сохранения холода Примера 32 является оксисульфид гадолиния. Концентрация натрия в материале для сохранения холода Примера 32 и в частицах материала для сохранения холода составляла 0,83 атомных%.Degreasing was carried out at 600°C for 6 hours in an air atmosphere, and after defatting, the sodium concentration of the granular particles was 1.0 atomic% and the carbon concentration was 0.54 mass%. After degreasing, heat treatment was carried out at 500°C for 4 hours in an atmosphere containing hydrogen sulfide (H 2 S) to sulfurize the molded body and particles. Heat treatment was carried out at 1300°C for 12 hours under an inert gas atmosphere under pressure to sinter the molded body and particles. The main constituent of the cold storage material and the cold storage material particles of Example 32 is gadolinium oxysulfide. The sodium concentration of the cold storage material of Example 32 and the cold storage material particles was 0.83 atomic percent.

Пример 33Example 33

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что вместо водного раствора альгината натрия был использован водный раствор альгината калия.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32 except that an aqueous solution of potassium alginate was used instead of an aqueous solution of sodium alginate.

Примеры 34-38Examples 34-38

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 33, за исключением того, что количество водного раствора альгината калия было увеличено или уменьшено.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 33 except that the amount of the potassium alginate aqueous solution was increased or decreased.

Пример 39Example 39

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что вместо водного раствора лактата кальция был использован водный раствор хлорида магния.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32 except that instead of an aqueous solution of calcium lactate, an aqueous solution of magnesium chloride was used.

Пример 40Example 40

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что водный раствор хлорида стронция был использован вместо водного раствора лактата кальция.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32 except that an aqueous solution of strontium chloride was used instead of an aqueous solution of calcium lactate.

Пример 41Example 41

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что вместо водного раствора лактата кальция был использован водный раствор хлорида бария.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32 except that an aqueous barium chloride solution was used instead of an aqueous solution of calcium lactate.

Пример 42Example 42

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что в качестве порошка сырья был добавлен порошок K2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were produced in the same manner as in Example 32 except that K 2 CO 3 powder was added as a raw material powder.

Пример 43Example 43

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 18, за исключением того, что в качестве порошка сырья был добавлен порошок Li2CO3.The cold preservation material and cold preservation material particles were produced in the same manner as in Example 18 except that Li 2 CO 3 powder was added as a raw material powder.

Пример 44Example 44

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же способом, как и в Примере 32, за исключением того, что в качестве способа заполнения формы суспензией и способа закапывания суспензии вместо шприца использовали воздушно-импульсный дозатор. Диаметр сопла составлял 510 мкм, а расстояние от кончика сопла до поверхности водного раствора лактата кальция составляло 100 мм.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32, except that an air pulse dispenser was used instead of a syringe as the method of filling the mold with the suspension and the method of instilling the suspension. The nozzle diameter was 510 μm, and the distance from the tip of the nozzle to the surface of the aqueous calcium lactate solution was 100 mm.

Пример 45Example 45

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что в качестве способа заполнения формы суспензией и способа закапывания суспензии вместо шприца был использован пьезодозатор. Диаметр сопла составлял 510 мкм, а расстояние от кончика сопла до поверхности водного раствора лактата кальция составляло 100 мм.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32, except that a piezo dispenser was used instead of a syringe as a method for filling the mold with the slurry and a method for instilling the slurry. The nozzle diameter was 510 μm, and the distance from the tip of the nozzle to the surface of the aqueous calcium lactate solution was 100 mm.

Примеры 46-51Examples 46-51

Частицы материала для сохранения холода Примеров 46-51 отличаются от частицы материала для сохранения холода Примера 44 размером или аспектным отношением. При получении частицы материала для сохранения холода Примеров 51-56 диаметр шприца и расстояние от кончика шприца до поверхности желирующего раствора были изменены по сравнению со случаем получения частицы материала для сохранения холода Примера 1.The particles of the cold storage material of Examples 46-51 differ from the particles of the cold storage material of Example 44 in size or aspect ratio. When obtaining a particle of the cold preservation material of Examples 51-56, the diameter of the syringe and the distance from the tip of the syringe to the surface of the gelling solution were changed compared to the case of obtaining a particle of the cold preservation material of Example 1.

Пример 52Example 52

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что в качестве способа заполнения формы суспензией и способа закапывания суспензии вместо шприца использовали струйный аппарат непрерывного типа. Диаметр сопла составлял 510 мкм, а расстояние от кончика сопла до поверхности водного раствора лактата кальция составляло 100 мм.The cold preservation material and cold preservation material particles were produced in the same manner as in Example 32, except that a continuous type jet apparatus was used instead of a syringe as the method of filling the mold with the slurry and the method of dropping the slurry instead of a syringe. The nozzle diameter was 510 μm, and the distance from the tip of the nozzle to the surface of the aqueous calcium lactate solution was 100 mm.

Примеры 53-56Examples 53-56

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что вес поливинилового спирта был изменен. При этом прочность гранулированных частиц измеряли таким же способом, как и в Примере 1.The cold preservation material and the cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight of the polyvinyl alcohol was changed. In this case, the strength of granular particles was measured in the same way as in Example 1.

Пример 57-60Example 57-60

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что количество альгината натрия по отношению к количеству порошку сырья было изменено путем изменения концентрации водного раствора альгината натрия или соотношения водного раствора альгината натрия и порошка сырья. При этом прочность гранулированных частиц измеряли таким же образом, как и в Примере 1.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32, except that the amount of sodium alginate relative to the amount of raw material powder was changed by changing the concentration of the sodium alginate aqueous solution or the ratio of the aqueous alginate solution sodium and powder raw materials. In this case, the strength of the granular particles was measured in the same way as in Example 1.

Пример 61Example 61

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что в качестве порошка сырья также использовали порошок Al2O3. Порошок Al2O3 добавляли таким образом, чтобы содержание Al в частицах материала для сохранения холода составляло 15 атомных%.The cold preservation material and cold preservation material particles were produced in the same manner as in Example 1 except that Al 2 O 3 powder was also used as the raw material powder. Al 2 O 3 powder was added so that the Al content in the particles of the cold preservation material was 15 atomic%.

Пример 62Example 62

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 4, за исключением того, что порошок Al2O3 также использовался в качестве порошка сырья. Порошок Al2O3 добавляли таким образом, чтобы содержание Al в частицах материала для сохранения холода составляло 15 атомных%.The cold preservation material and cold preservation material particles were produced in the same manner as in Example 4 except that Al 2 O 3 powder was also used as the raw material powder. Al 2 O 3 powder was added so that the Al content in the particles of the cold preservation material was 15 atomic%.

Пример 63Example 63

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что вместо водного раствора лактата кальция был использован водный раствор хлорида алюминия. Al добавляли таким образом, чтобы количество Al, содержащегося в частицах материала для сохранения холода, составляло 0,01 атомных%.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32 except that instead of an aqueous solution of calcium lactate, an aqueous solution of aluminum chloride was used. Al was added so that the amount of Al contained in the cold preservation material particles was 0.01 atomic%.

Пример 64Example 64

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода были получены таким же образом, как и в Примере 32, за исключением того, что водный раствор хлорида алюминия использовали в дополнение к водному раствору лактата кальция. Al добавляли таким образом, чтобы количество Al, содержащегося в частицах материала для сохранения холода, составляло 0,01 атомных%.The cold preservation material and cold preservation material particles were prepared in the same manner as in Example 32 except that an aqueous solution of aluminum chloride was used in addition to an aqueous solution of calcium lactate. Al was added so that the amount of Al contained in the cold preservation material particles was 0.01 atomic%.

Сравнительный пример 1Comparative example 1

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 1 отличаются от материала для сохранения холода и частиц материала для сохранения холода Примера 1 тем, что атомная концентрация натрия составляет 0,0008 атомных%. При получении материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 1 вес порошка Na2CO3 был уменьшен по сравнению со случаем получения материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 1.The cold preservation material and cold preservation material particles of Comparative Example 1 differ from the cold preservation material and cold preservation material particles of Example 1 in that the atomic concentration of sodium is 0.0008 atomic%. When producing the cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 1, the weight of the Na 2 CO 3 powder was reduced compared with the case of producing the cold preservation material and the cold preservation material particle of Example 1.

Сравнительный пример 2Comparative example 2

Материал для сохранения холода и частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 2 отличаются от материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 1 тем, что атомная концентрация натрия достигает 15 атомных%. Когда были получены материал для сохранения холода и частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 2, вес порошка Na2CO3 был увеличен по сравнению со случаем получения материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 1. При этом в дополнение к Gd2O2S заметно образовывался NaGdS2.The cold preservation material and cold preservation material particle of Comparative Example 2 differ from the cold preservation material and cold preservation material particle of Example 1 in that the atomic concentration of sodium reaches 15 atomic %. When the cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 2 were obtained, the weight of the Na 2 CO 3 powder was increased compared with the case of obtaining the cold preservation material and the cold preservation material particle of Example 1. Here, in addition to Gd 2 O 2 S was noticeably formed by NaGdS 2 .

Сравнительный пример 3Comparative example 3

Материал для сохранения холода и частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 3 отличаются от материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 4 тем, что атомная концентрация кальция достигает 15 атомных%. При получении материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 3 вес порошка CaCO3 был увеличен по сравнению со случаем получения материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 4.The cold preservation material and cold preservation material particle of Comparative Example 3 differ from the cold preservation material and cold preservation material particle of Example 4 in that the atomic concentration of calcium reaches 15 atomic %. When producing the cold preservation material and cold preservation material particle of Comparative Example 3, the weight of CaCO 3 powder was increased compared with the case of producing the cold preservation material and cold preservation material particle of Example 4.

Сравнительный пример 4Comparative example 4

Материал для сохранения холода и частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 4 отличаются от материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 1 тем, что они не содержат элемент первой группы. Материал для сохранения холода и частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 4 были получены без использования порошка, содержащего элемент первой группы.The cold preservation material and cold preservation material particle of Comparative Example 4 differ from the cold preservation material and cold preservation material particle of Example 1 in that they do not contain the first group element. The cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 4 were produced without using a powder containing an element of the first group.

Сравнительный пример 5Comparative Example 5

Гранулированные частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 5 отличаются от частиц Примера 1 тем, что углерод составляет до 25 масс.%. Гранулированные частицы Сравнительного примера 5 имели концентрацию углерода 12 масс.% после обезжиривания, но после спекания частицы потрескались или раскололись, и не могли быть извлечены. По этой причине оценка удельной теплоёмкости и прочности, а также испытание холодильника не могли быть выполнены. Когда изготавливался материал для сохранения холода и частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 5, весовое соотношение поливинилового спирта, используемого в качестве связующего, было увеличено до 34 масс.% от количества порошка материала сырья.The granular cold storage material particles of Comparative Example 5 differ from those of Example 1 in that carbon constitutes up to 25% by weight. The granular particles of Comparative Example 5 had a carbon concentration of 12 mass% after degreasing, but after sintering, the particles cracked or split and could not be removed. For this reason, specific heat capacity and strength assessments and testing of the refrigerator could not be carried out. When the cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 5 were produced, the weight ratio of polyvinyl alcohol used as a binder was increased to 34 mass% of the amount of raw material powder.

Сравнительный пример 6Comparative Example 6

Гранулированное тело материала для сохранения холода Сравнительного примера 6 отличается от гранулированного тела Примера 1 тем, что содержание углерода составляет всего 0,005 масс.%. В Сравнительном примере 6 частицы не могли быть извлечены после гранулирования. По этой причине оценка удельной теплоемкости и прочности, а также испытание холодильника не могли быть проведены. При изготовлении материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 6, весовое отношение поливинилового спирта к порошку сырья составляло 0,2 масс.%.The granular body of the cold storage material of Comparative Example 6 differs from the granular body of Example 1 in that the carbon content is only 0.005 mass%. In Comparative Example 6, particles could not be recovered after granulation. For this reason, specific heat capacity and strength assessments and testing of the refrigerator could not be carried out. When producing the cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 6, the weight ratio of polyvinyl alcohol to raw material powder was 0.2 mass%.

Сравнительный пример 7Comparative example 7

Гранулированные частицы материала для сохранения холода после обработки обезжириванием в Сравнительном примере 7 отличаются от частиц в Примере 1 тем, что содержание углерода достигает 15 масс.%. Концентрация углерода перед обезжириванием составляла 19 масс.%. Гранулированные частицы Сравнительного примера 7 были спечены для получения материала для сохранения холода и частиц материала для сохранения холода. При изготовлении материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 7 обезжиривание проводили при 400°C в течение 1 часа в атмосфере воздуха с использованием поливинилового спирта в количестве 24 масс.% от количества порошка сырья.The granular particles of cold storage material after degreasing treatment in Comparative Example 7 differ from those in Example 1 in that the carbon content reaches 15 mass%. The carbon concentration before degreasing was 19 wt.%. The granular particles of Comparative Example 7 were sintered to obtain a cold storage material and cold storage material particles. In the production of the cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 7, degreasing was carried out at 400°C for 1 hour in an air atmosphere using polyvinyl alcohol in an amount of 24 mass% of the amount of raw material powder.

Сравнительный пример 8Comparative Example 8

Частица материала для сохранения холода Сравнительного примера 8 после обезжиривания отличается от частицы Примера 1 тем, что содержание углерода меньше или равно пределу обнаружения. Гранулированные частицы Сравнительного примера 8 после обезжиривания имели трещины или сколы. Концентрация углерода перед обезжириванием составляла 0,01 масс%. При получении материала для сохранения холода и частиц материала для сохранения холода Сравнительного примера 8, поливиниловый спирт составлял 0,2 масс.% от количества порошка сырья, и обезжиривание проводили при 800°C в течение 12 часов в атмосфере воздуха.The cold preservation material particle of Comparative Example 8 after degreasing differs from the particle of Example 1 in that the carbon content is less than or equal to the detection limit. The granular particles of Comparative Example 8 were cracked or chipped after degreasing. The carbon concentration before degreasing was 0.01 wt%. When producing the cold preservation material and cold preservation material particles of Comparative Example 8, polyvinyl alcohol accounted for 0.2 mass% of the raw material powder amount, and degreasing was carried out at 800°C for 12 hours in an air atmosphere.

Сравнительный пример 9Comparative Example 9

Материал для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 9 отличаются от материала Примера 61 тем, что Al, содержащийся в частицах материала для сохранения холода, составляет до 25 атомных%. При изготовлении материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Сравнительного примера 9, вес порошка Al2O3 был увеличен по сравнению со случаем изготовления материала для сохранения холода и частицы материала для сохранения холода Примера 61.The cold storage material and cold storage material particles of Comparative Example 9 differ from the material of Example 61 in that the Al contained in the cold storage material particles is up to 25 atomic %. In the production of the cold preservation material and the cold preservation material particle of Comparative Example 9, the weight of the Al 2 O 3 powder was increased compared with the case of the production of the cold preservation material and the cold preservation material particle of Example 61.

У материалов для сохранения холода согласно Примерам и Сравнительным примерам измеряли максимальное значение объемной удельной теплоемкости при 10 К или менее и теплопроводность при 4,2 К. Результаты сведены в таблицу 1, таблицу 2 и таблицу 3.The cold storage materials of the Examples and Comparative Examples had their maximum volumetric specific heat capacity at 10 K or less and thermal conductivity at 4.2 K measured. The results are summarized in Table 1, Table 2 and Table 3.

Холодопроизводительность частицы материала для сохранения холода в каждом из Примеров и Сравнительных примеров приведена в таблице 1, таблице 2 и таблице 3. 250 г частиц материала для сохранения холода в соответствии с каждым из Примеров и Сравнительных примеров были засыпаны в низкотемпературную сторону второй ступени устройства для сохранения холода двухступенчатого холодильника GM, показанного на фиг. 1, а 250 г материала Pb для сохранения холода было засыпано в высокотемпературную сторону, холодильник был собран, и был проведен тест на охлаждение для измерения холодопроизводительности при 4,2 К. В устройстве для сохранения холода первой ступени была приложена такая тепловая нагрузка, чтобы температура составляла 50 К.The cooling capacity of the cold storage material particles in each of the Examples and Comparative Examples is shown in Table 1, Table 2 and Table 3. 250 g of the cold storage material particles in each of the Examples and Comparative Examples were poured into the low temperature side of the second stage of the storage apparatus cold of the two-stage GM refrigerator shown in FIG. 1, and 250 g of Pb cold preservation material was poured into the high temperature side, the refrigerator was assembled, and a cooling test was carried out to measure the cooling performance at 4.2 K. The heat load was applied to the first stage cold preservation device such that the temperature was 50 K.

Результаты оценки прочности гранулированных частиц материала для сохранения холода до обезжиривания и после обезжиривания в соответствии с каждым из Примеров и Сравнительных примеров показаны в таблице 3. Цилиндрический контейнер диаметром 15 мм и высотой 5 мм был заполнен гранулированными частицами согласно каждому из Примеров и Сравнительных примеров. При этом цилиндрический контейнер был заполнен материалами для сохранения холода в количестве, достаточном для того, чтобы гранулированные частицы были зафиксированы в цилиндрическом контейнере и не могли перемещаться свободно. Однократная вибрация с амплитудой 2 мм и максимальным ускорением 200 м/с2 была приложена к контейнеру 1×103 раза. В результате было оценена доля разрушенных гранулированных частиц материала для сохранения холода.The evaluation results of the strength of the cold storage material granules before degreasing and after degreasing according to each of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 3. A cylindrical container with a diameter of 15 mm and a height of 5 mm was filled with granular particles according to each of the Examples and Comparative Examples. In this case, the cylindrical container was filled with cold preservation materials in an amount sufficient to ensure that the granular particles were fixed in the cylindrical container and could not move freely. A single vibration with an amplitude of 2 mm and a maximum acceleration of 200 m/s 2 was applied to the container 1×10 3 times. As a result, the proportion of destroyed granular particles of the cold preservation material was assessed.

Как в Сравнительном примере 1, так и в Сравнительном примере 4, видно, что когда атомная концентрация элемента первой группы в материале для сохранения холода составляет менее 0,001 атомных% или материал для сохранения холода не содержит элемента первой группы, теплопроводность составляет 0,005 Вт/см⋅К и 0,004 Вт/(см⋅К). Считается, что это связано с тем, что эффект содействия спеканию уменьшился из-за уменьшения доли элемента первой группы в материале для сохранения холода, и с тем, что количество мелких пустот увеличилось.In both Comparative Example 1 and Comparative Example 4, it can be seen that when the atomic concentration of a Group 1 element in the cold storage material is less than 0.001 atomic% or the cold storage material does not contain a Group 1 element, the thermal conductivity is 0.005 W/cm⋅ K and 0.004 W/(cm⋅K). This is believed to be due to the fact that the sintering promoting effect has decreased due to the reduction in the proportion of the group 1 element in the cold-preserving material, and because the number of small voids has increased.

Как и в Сравнительном примере 2, можно видеть, что когда атомная концентрация элемента первой группы в материале для сохранения холода составляет более 10 атомных%, объемная удельная теплоемкость составляет 0,4 Дж/(см3⋅K). Считается, что это происходит потому, что относительное количество редкоземельного оксисульфида уменьшилось, поскольку сульфид, содержащий редкие земли и элемент первой группы, образуется по мере увеличения доли элемента первой группы в материале для сохранения холода.As in Comparative Example 2, it can be seen that when the atomic concentration of a Group 1 element in the cold storage material is more than 10 atomic%, the volumetric specific heat capacity is 0.4 J/(cm 3 ⋅K). This is thought to be because the relative amount of rare earth oxysulfide has decreased, as sulfide containing rare earths and a group 1 element is formed as the proportion of the group 1 element in the cold-storing material increases.

Из результатов Сравнительного примера 3 видно, что когда атомная концентрация элемента второй группы в материале для сохранения холода составляла более 10 атомных%, теплопроводность увеличивалась, но объемная удельная теплоемкость составляла всего 0,4 Дж/(см3⋅K), и холодопроизводительность при использовании частиц материала для сохранения холода значительно снижалась. Считается, что это связано с тем, что доля редкоземельного элемента относительно уменьшается по мере увеличения доли элемента второй группы в частицах материала для сохранения холода.From the results of Comparative Example 3, it can be seen that when the atomic concentration of the second group element in the cold preservation material was more than 10 atomic%, the thermal conductivity increased, but the volumetric specific heat was only 0.4 J/(cm 3 ⋅K), and the refrigeration performance when used particles of material for maintaining cold was significantly reduced. This is believed to be due to the fact that the proportion of rare earth element decreases relatively as the proportion of group 2 element increases in the particles of the cold preservation material.

Из результатов таблиц 1 и 4 следует, что прочность увеличивается при добавлении вспомогательного средства для спекания, так что содержание металла или металлоидного элемента, полученного из вспомогательного средства для спекания, составляет 0,01 атомных% или более. Когда содержание составляло более 20 атомных%, прочность еще больше увеличивалась, но объемная удельная теплоемкость снижалась до 0,4 Дж/(см3⋅K), и холодопроизводительность при использовании частиц материала для сохранения холода была значительно снижена. Считается, что это связано с тем, что доля редкоземельного элемента относительно уменьшается по мере увеличения доли вспомогательного агломерата в частицах материала для сохранения холода.From the results of Tables 1 and 4, the strength increases with the addition of the sintering aid, so that the content of the metal or metalloid element obtained from the sintering aid is 0.01 atomic% or more. When the content was more than 20 atomic%, the strength was further increased, but the volumetric specific heat capacity was reduced to 0.4 J/(cm 3 ⋅K), and the refrigeration performance of using material particles to maintain cold was significantly reduced. This is believed to be due to the fact that the proportion of rare earth element decreases relatively as the proportion of auxiliary agglomerate in the cold preservation material particles increases.

Из таблиц 1 и 2 видно, что когда размер частиц материала для сохранения холода находится в диапазоне 50 мкм или более и 3000 мкм или менее, холодопроизводительность при 4,2 К значительно улучшается.From Tables 1 and 2, it can be seen that when the particle size of the cold preservation material is in the range of 50 μm or more and 3000 μm or less, the cooling performance at 4.2 K is significantly improved.

Таблицы 1 и 2 свидетельствуют, что когда аспектное отношение частиц материала для сохранения холода составляет 5 или менее, холодопроизводительность при 4,2 K значительно улучшается.Tables 1 and 2 show that when the particle aspect ratio of the cold preservation material is 5 or less, the cooling performance at 4.2 K is significantly improved.

Из таблиц 1 и 2 видно, что даже когда способ гранулирования частиц материала для сохранения холода отличается, при соответствующей настройке условий синтеза проявляются одинаковый размер частиц, аспектное отношение, содержание элементов первой и второй групп и теплопроводность.From Tables 1 and 2 it can be seen that even when the method of granulating the particles of the material for maintaining cold is different, with appropriate adjustment of the synthesis conditions, the same particle size, aspect ratio, content of elements of the first and second groups and thermal conductivity appear.

Из таблицы 1 и таблицы 2 видно, что даже в случае получения частиц материала для сохранения холода разными способами грануляции, производительность и надежность холодильника, снаряженного частицами материала для сохранения холода, эквивалентны, если размер частиц, аспектное отношение и теплопроводность эквивалентны.From Table 1 and Table 2, it can be seen that even if the cold storage material particles are produced by different granulation methods, the performance and reliability of the refrigerator equipped with the cold storage material particles are equivalent if the particle size, aspect ratio and thermal conductivity are equivalent.

Из таблицы 3 следует, что прочность гранулированных частиц высока, когда гранулированные частицы содержат 0,001 атомных% или более и 10% или менее элемента первой группы и 0,01 масс.% или более и 20 масс.% или менее углерода перед обезжириванием. Когда концентрация углерода ниже 0,01 масс.%, гранулированные частицы очень хрупкие и не могут быть извлечены в виде частиц.From Table 3, the strength of the granular particles is high when the granular particles contain 0.001 atomic% or more and 10% or less of a Group 1 element and 0.01 mass% or more and 20 mass% or less of carbon before degreasing. When the carbon concentration is below 0.01 wt%, the granular particles are very fragile and cannot be recovered as particles.

Таблица 3 свидетельствует, что когда элемент первой группы содержится в количестве 0,001 атомных% или более и 10% или менее, а углерод после обезжиривания содержится в количестве 0,001 масс.% или более и 10 масс.% или менее, можно добиться как прочности, так и спекаемости гранулированных частиц. Кроме того, холодильник, снаряженный полученными частицами материала для сохранения холода, демонстрирует высокие холодильные характеристики. Когда концентрация углерода после обезжиривания превышает 10 масс.%, прочность частиц сохраняется даже после обезжиривания, но поскольку плотность формования низкая, а спекаемость плохая, плотность частиц низкая, и удельная теплоемкость и теплопроводность низкие. По этой причине холодильные характеристики при использовании частиц в холодильнике также снижены. Когда концентрация углерода составляет менее 0,001 масс.%, обезжиренные частицы являются очень хрупкими, и поэтому не могут быть извлечены в виде частиц.Table 3 shows that when the element of the first group is contained in an amount of 0.001 atomic% or more and 10% or less, and the carbon after degreasing is contained in an amount of 0.001 atomic% or more and 10 mass% or less, both strength and and sinterability of granular particles. In addition, a refrigerator equipped with the obtained particles of the material to preserve cold demonstrates high refrigeration characteristics. When the carbon concentration after degreasing exceeds 10 mass%, the particle strength is maintained even after degreasing, but since the molding density is low and the sintering ability is poor, the particle density is low, and the specific heat capacity and thermal conductivity are low. For this reason, the refrigeration performance when using particles in a refrigerator is also reduced. When the carbon concentration is less than 0.001 wt.%, the defatted particles are very fragile and therefore cannot be recovered as particles.

В вышеприведенных Примерах были подтверждены эффекты, проявляемые материалом для сохранения холода первого варианта осуществления изобретения и частицей материала для сохранения холода второго варианта осуществления изобретения.In the above Examples, the effects exhibited by the cold storage material of the first embodiment and the cold storage material particle of the second embodiment were confirmed.

Хотя в качестве примера дозатора был описан случай использования воздушно-импульсного дозатора или пьезодозатора, может использоваться и плунжерный дозатор.Although an air pulse meter or a piezo meter has been described as an example of a metering device, a plunger metering device can also be used.

В качестве примера струйного аппарата был описан случай струйного аппарата непрерывного типа, но может использоваться струйный аппарат, работающий "по требованию".As an example of an inkjet apparatus, a continuous type inkjet apparatus has been described, but an on-demand inkjet apparatus can be used.

Хотя были описаны некоторые варианты осуществления изобретения, эти варианты осуществления представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема изобретений. Эти варианты могут быть воплощены в различных других формах; кроме того, могут быть сделаны различные исключения, замены и изменения не отходя от духа изобретений. Например, компонент одного варианта осуществления может быть заменен или подменен компонентом другого варианта осуществления. Такие варианты осуществления и их модификации соответствуют сути изобретения и включены в объем изобретения, описанного в формуле изобретения и ее эквивалентный объем.Although certain embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example only and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments may be embodied in various other forms; in addition, various exceptions, substitutions and modifications may be made without departing from the spirit of the inventions. For example, a component of one embodiment may be replaced or replaced by a component of another embodiment. Such embodiments and modifications thereof are within the spirit of the invention and are included within the scope of the invention as described in the claims and their equivalent scope.

Список ссылочных позицийList of reference items

100 Криогенный холодильник для сохранения холода100 Cryogenic refrigerator to keep cold

114, 115 Устройство для сохранения холода114, 115 Cold storage device

118, 119 Материал для сохранения холода118, 119 Cold keeping material

500 Крионасос500 Cryopump

600 Сверхпроводящий магнит600 Superconducting magnet

700 Аппарат для визуализации ядерного магнитного резонанса700 Nuclear magnetic resonance imaging apparatus

800 Аппарат ядерного магнитного резонанса800 Nuclear magnetic resonance apparatus

900 Аппарат для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля900 Apparatus for drawing single crystals using a magnetic field

1000 Устройство для повторной конденсации гелия1000 Helium re-condensation device

Claims (30)

1. Материал для сохранения холода, включающий в себя:1. Cold preservation material including: редкоземельный оксисульфид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu; иa rare earth oxysulfide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu; And элемент первой группы в количестве в интервале от 0,001 до 10 ат.%, у которого максимальное значение объемной удельной теплоемкости в диапазоне температур от 2 до 10 K составляет 0,5 Дж/(см3⋅K) или более.an element of the first group in an amount in the range from 0.001 to 10 at.%, for which the maximum value of volumetric specific heat in the temperature range from 2 to 10 K is 0.5 J/(cm 3 ⋅K) or more. 2. Материал для сохранения холода по п. 1, в котором элемент первой группы представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Li, Na и K.2. The cold preservation material according to claim 1, wherein the element of the first group is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K. 3. Материал для сохранения холода по п. 1 или 2, дополнительно включающий в себя элемент второй группы в количестве 10 ат.% или менее.3. Material for maintaining cold according to claim 1 or 2, additionally including an element of the second group in an amount of 10 at.% or less. 4. Материал для сохранения холода по п. 1 или 2, дополнительно включающий в себя элемент второй группы в количестве от 0,001 до 10 ат.%.4. Material for preserving cold according to claim 1 or 2, additionally including an element of the second group in an amount from 0.001 to 10 at.%. 5. Материал для сохранения холода по п. 3 или 4, в котором элемент второй группы представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ba.5. The cold preservation material according to claim 3 or 4, wherein the element of the second group is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba. 6. Материал для сохранения холода по любому из пп. 1-5, дополнительно включающий в себя от 0,01 до 20 ат.% по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr и B.6. Material for maintaining cold according to any one of paragraphs. 1-5, further including from 0.01 to 20 at.% of at least one element selected from the group consisting of Al, Fe, Cu, Ni, Co, Zr and B. 7. Частица материала для сохранения холода, сформированная из материала для сохранения холода по любому из пп. 1-6 и имеющая размер от 50 мкм до 3 мм.7. A cold storage material particle formed from the cold storage material according to any one of claims. 1-6 and having a size from 50 microns to 3 mm. 8. Частица материала для сохранения холода по п. 7, у которой аспектное отношение составляет от 1 до 5.8. A particle of cold preservation material according to claim 7, in which the aspect ratio is from 1 to 5. 9. Гранулированная частица, являющаяся сырьем для частицы материала для сохранения холода по п. 7 или 8, включающая в себя:9. Granular particle, which is the raw material for the particle of cold preservation material according to claim 7 or 8, including: редкоземельный оксид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu, или редкоземельный оксисульфид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu;a rare earth oxide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, or a rare earth oxysulfide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu; элемент первой группы в количестве от 0,001 до 10 ат.%; иan element of the first group in an amount from 0.001 to 10 at.%; And углерод в количестве от 0,01 до 20 масс.%, carbon in an amount from 0.01 to 20 wt.%, у которой размер частицы составляет от 70 мкм до 5 мм, и аспектное отношение составляет от 1 до 5.in which the particle size is from 70 µm to 5 mm, and the aspect ratio is from 1 to 5. 10. Обезжиренная гранулированная частица, являющаяся сырьем для частицы материала для сохранения холода по п. 7 или 8, включающая в себя:10. A defatted granular particle, which is the raw material for a particle of cold preservation material according to claim 7 or 8, including: редкоземельный оксид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu, или редкоземельный оксисульфид, содержащий по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы, состоящей из Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu;a rare earth oxide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, or a rare earth oxysulfide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu; элемент первой группы в количестве от 0,001 до 10 ат.%; иan element of the first group in an amount from 0.001 to 10 at.%; And углерод в количестве от 0,001 до 10 масс.%,carbon in an amount from 0.001 to 10 wt.%, у которой размер частицы составляет от 70 мкм до 5 мм, иin which the particle size is from 70 µm to 5 mm, and аспектное отношение составляет от 1 до 5.aspect ratio ranges from 1 to 5. 11. Устройство для сохранения холода, содержащее материал для сохранения холода по любому из пп. 1-6.11. A device for preserving cold, containing a material for preserving cold according to any one of paragraphs. 1-6. 12. Устройство для сохранения холода, заполненное множеством частиц материала для сохранения холода по п. 7 или 8.12. A cold preservation device filled with a plurality of particles of the cold preservation material according to claim 7 or 8. 13. Холодильник, включающий в себя устройство для сохранения холода по п. 11 или 12.13. A refrigerator including a device for maintaining cold according to claim 11 or 12. 14. Крионасос, включающий в себя холодильник по п. 13.14. Cryopump, including a refrigerator according to claim 13. 15. Сверхпроводящий магнит, включающий в себя холодильник по п. 13.15. A superconducting magnet including a refrigerator according to claim 13. 16. Аппарат для визуализации ядерного магнитного резонанса, включающий в себя холодильник по п. 13.16. An apparatus for nuclear magnetic resonance imaging, including a refrigerator according to claim 13. 17. Аппарат ядерного магнитного резонанса, включающий в себя холодильник по п. 13.17. A nuclear magnetic resonance apparatus, including a refrigerator according to claim 13. 18. Аппарат для вытягивания монокристаллов с приложением магнитного поля, включающий в себя холодильник по п. 13.18. An apparatus for drawing single crystals with the application of a magnetic field, including a refrigerator according to claim 13. 19. Устройство для повторной конденсации гелия, включающее в себя холодильник по п. 13.19. A device for re-condensing helium, including a refrigerator according to claim 13.
RU2023113659A 2020-11-26 2021-11-25 Cold preservation material, cold preservation material particle, granular particle, cold preservation device, refrigerator, cryopump, superconducting magnet, apparatus for imaging nuclear magnetic resonance, apparatus for nuclear magnetic resonance, apparatus for drawing monocrystal with application of magnetic field and device for re-condensation of helium RU2818411C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-195605 2020-11-26
JP2021-120187 2021-07-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818411C1 true RU2818411C1 (en) 2024-05-02

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU186516A1 (en) *
JP2003213252A (en) * 2002-01-18 2003-07-30 Konoshima Chemical Co Ltd Rare earth oxysulfide cold storage medium and cold storage apparatus
JP2020152769A (en) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社東芝 Cold storage material particle, regenerator, refrigerator, superconducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, nuclear magnetic resonance apparatus, cryopump, and magnetic field application-type monocrystal pulling apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU186516A1 (en) *
JP2003213252A (en) * 2002-01-18 2003-07-30 Konoshima Chemical Co Ltd Rare earth oxysulfide cold storage medium and cold storage apparatus
JP2020152769A (en) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社東芝 Cold storage material particle, regenerator, refrigerator, superconducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, nuclear magnetic resonance apparatus, cryopump, and magnetic field application-type monocrystal pulling apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5656842B2 (en) Rare earth regenerator material particles, rare earth regenerator material particles, refrigerator using the same, measuring device, and method for producing the same
KR100859347B1 (en) Rare earth metal oxysulfide cool storage material and cool storage device
US6467277B2 (en) Cold accumulating material, method of manufacturing the same and refrigerator using the material
EP1016701A2 (en) Cold accumulating material and cold accumulation refrigerator using the same
US20220135419A1 (en) Rare earth oxysulfide cold storage medium
JP2023169141A (en) Two-stage cold storage type cryogenic refrigerator and method for producing the same
JP3642486B2 (en) Rare earth oxysulfide regenerator and regenerator
RU2818411C1 (en) Cold preservation material, cold preservation material particle, granular particle, cold preservation device, refrigerator, cryopump, superconducting magnet, apparatus for imaging nuclear magnetic resonance, apparatus for nuclear magnetic resonance, apparatus for drawing monocrystal with application of magnetic field and device for re-condensation of helium
CN110168043B (en) Rare earth regenerator material, regenerator and refrigerator having the same
JP7432769B2 (en) Cold storage materials, cold storage material particles, granulated particles, cold storage devices, refrigerators, cryopumps, superconducting magnets, nuclear magnetic resonance imaging devices, nuclear magnetic resonance devices, magnetic field application type single crystal pulling devices, and helium recondensation devices
WO2023145730A1 (en) Cold storage material, cold storage material particles, granular particles, cold storage machine, refrigerator, cryo-pump, super-conducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging device, nuclear magnetic resonance device, magnetic field application-type single crystal pulling device, helium recondensing device, and dilution refrigerator
WO2023032867A1 (en) Granular particles for cold storage material particles, cold storage material particles, cold storage device, refrigerating machine, cryopump, superconducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, nuclear magnetic resonance apparatus, magnetic field application-type single crystal pulling apparatus, and helium re-condensation apparatus
CN116710715A (en) Cold storage material, cold storage material particles, granulated particles, cold storage device, refrigerator, cryopump, superconducting magnet, MRI device, magnetic field applied single crystal pulling device, and helium recondensing device
JP4170703B2 (en) Rare earth oxysulfide ceramic regenerator material and method for producing the same, and cryogenic regenerator using the regenerator material
RU2815751C1 (en) Cold preservation material particle, cold preservation device, refrigerator, cryogenic pump, superconducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging device, nuclear magnetic resonance device, device for growing monocrystal by drawing method with application of magnetic field, and method of producing particles of material for maintaining cold
EP4328284A1 (en) Magnetic cold storage material particle, cold storage device, refrigerating machine, cryopump, superconducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, nuclear magnetic resonance apparatus, magnetic-field-application-type single crystal pulling apparatus, and helium re-condensation apparatus
WO2022039150A1 (en) Cold storage material particles, cold storage device, refrigerating machine, cryopump, superconducting magnet, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, nuclear magnetic resonance apparatus, magnetic field application type single crystal pulling apparatus, and mehod for producing cold storage material particles
JP3990894B2 (en) Oxide ceramics regenerator material and its manufacturing method
JP4259837B2 (en) Method for producing rare earth oxysulfide ceramic regenerator material
JP2004161839A (en) Cooling storage material using rare earth element vanadium oxide ceramic and production method therefor and cooling storage apparatus