TW201500704A - 蓄冷材料及蓄冷式冷凍機 - Google Patents

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Tian Lei
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Sumitomo Heavy Industries
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Abstract

本發明提供一種能夠提高熱交換效率之蓄冷材料及具備該蓄冷材料之蓄冷式冷凍機。本發明的第1段蓄冷材料(30)及第2段蓄冷材料(60)係使用於GM冷凍機(1)之具有積層結構之蓄冷材料。在蓄冷材料的各層上以氣體能夠沿積層方向通過之方式形成有複數個孔。至少一個層包含基材及覆蓋基材之被覆層。在20K~40K的溫度範圍內使被覆層的容積比熱大於基材的容積比熱。

Description

蓄冷材料及蓄冷式冷凍機
本申請主張基於2013年12月13日申請之日本專利申請第2013-257721號之優先權。其申請之全部內容藉由参阅援用於本說明書中。
本發明係有關一種蓄冷材料及具備該蓄冷材料之蓄冷式冷凍機。
吉福德-麥克馬洪式(GM)冷凍機、脈管冷凍機、斯特林冷凍機及蘇威冷凍機等蓄冷式冷凍機能夠在從100K(Kelvin)左右的低溫到4K的極低溫為止的範圍內冷卻冷卻對象物。該種蓄冷式冷凍機使用於超導磁鐵和檢測器等的冷卻、低溫泵等。
例如，在GM冷凍機，被壓縮機壓縮之氦氣等的工作氣體導入蓄冷器中，被蓄冷器內的蓄冷材料預冷。藉由使預冷後之工作氣體在膨脹室絕熱膨脹而使工作氣體的溫度進一步下降。低溫工作氣體再度通過蓄冷器，而返回壓縮機。此時，工作氣體為了下一個被引導之工作氣體，一邊使蓄冷器內的蓄冷材料冷卻，一邊通過蓄冷器。以該行程 為1個循環來週期性地進行冷卻。
在蓄冷式冷凍機，蓄冷材料的熱交換效率顯著影響冷凍機的冷凍能力。以往，例如本申請人在專利文獻1中提出了藉由積層塗佈鉍或鍍鉍之金屬網來形成蓄冷材料。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2006-242484號公報
鉍在低溫區域的容積比熱較大，因此能夠使用鉍來增加低溫區域的蓄冷材料的熱容量。然而，在技術方面要鍍鉍係困難的，或者即使可以亦費時耗財。
本發明係鑒於這種情況而開發完成的，其目的在於提供一種能夠提高熱交換效率之蓄冷材料及具備該蓄冷材料之蓄冷式冷凍機。
本發明的一態樣係有關一種蓄冷材料。該蓄冷材料為使用於蓄冷式冷凍機之具有積層結構之蓄冷材料，在各層以氣體能夠沿積層方向通過之方式形成有複數個孔，至少一個層包含基材及覆蓋基材之被覆層。在20K~40K的溫度範圍內使被覆層的容積比熱大於基材的容積比熱(但被覆層以鉍為主成份之情況除外)。
本發明的另一態樣也是有關蓄冷材料。該蓄冷材料為使用於蓄冷式冷凍機之具有積層結構之蓄冷材料，在各層以氣體能夠沿積層方向通過之方式形成有複數個孔，在至少一個層上，使用鉍和錫的合金、銻和錫的合金、或鉍、銻及錫的合金實施有被覆層。
本發明的又一態樣為具備上述蓄冷材料之蓄冷式冷凍機。
另外，以上構成要件的任意組合和對本發明的構成要件及表現在裝置、方法及系統等之間彼此替換之技術，作為本發明的態樣仍然是有效的。
依本發明，提供一種能夠提高熱交換效率之蓄冷材料及具備該蓄冷材料之蓄冷式冷凍機。
1‧‧‧GM冷凍機
3‧‧‧氣體壓縮機
10‧‧‧冷卻頭
15‧‧‧第1段冷卻部
20‧‧‧第1段缸體
22‧‧‧第1段置換器
30‧‧‧第1段蓄冷材料
35‧‧‧第1段冷卻台
50‧‧‧第2段冷卻部
51‧‧‧第2段缸體
52‧‧‧第2段置換器
85‧‧‧第2段冷卻台
第1圖係搭載有實施形態之蓄冷材料之GM冷凍機的概略結構圖。
第2圖係表示第1圖的第1段蓄冷材料的結構之示意圖。
第3圖係低溫側的金屬網的線材的剖面圖。
第4圖(a)、第4圖(b)係表示各種金屬的容積比熱與溫度的關係之曲線圖。
第5圖係表示第1圖的第2段蓄冷材料的結構之示意 圖。
第6圖係表示在第1圖的GM冷凍機實際測定之第1段冷卻台的溫度與冷凍能力的關係之曲線圖。
第7圖係表示在第1圖的GM冷凍機實際測定之第1段冷卻台在40K的冷凍能力與線材的直徑之比的關係之曲線圖。
第8圖係第1變形例之金屬網的線材的剖面圖。
第9圖係第2變形例之金屬網的線材的剖面圖。
第10圖係積層2片第2變形例之金屬網時的剖面圖。
第11圖係表示第1段蓄冷材料的結構的另一例之示意圖。
第12圖(a)、第12圖(b)及第12圖(c)分別表示第1線材、第2線材及第3線材的一例。
第13圖(a)、第13圖(b)及第13圖(c)分別表示第1線材、第2線材及第3線材的另一例。
第14圖(a)、第14圖(b)及第14圖(c)分別表示第1線材、第2線材及第3線材的又一例。
以下，對於各附圖中示出之同一或相同的構成要件、構件附上相同的符號並適當省略重複說明。並且，為了便於理解，將各附圖中的構件的尺寸適當擴大、縮小示出。並且，在各附圖中，省略表示說明實施形態時不重要的構 件的一部份。
<GM冷凍機>
第1圖係搭載有實施形態之蓄冷材料之GM冷凍機1的概略結構圖。GM冷凍機1具有氣體壓縮機3、及發揮冷凍機的功能之2段式冷卻頭10。冷卻頭10具有第1段冷卻部15、及第2段冷卻部50，這些冷卻部以同軸的方式連結於凸緣12。
第1段冷卻部15具有中空狀的第1段缸體20、在該第1段缸體20內設置成可沿軸向Q往復運動之第1段置換器22、填充於第1段置換器22內之實施形態之第1段蓄冷材料30、設置於第1段缸體20的低溫端23b側的內部且藉由第1段置換器22的往復運動改變容積之第1段膨脹室31、及設置在第1段缸體20的低溫端23b附近之第1段冷卻台35。在第1段缸體20的內壁與第1段置換器22的外壁之間設置有第1段密封件39。
在第1段缸體20的高溫端23a，為了使氦氣相對於第1段蓄冷材料30流出/流入而設置有複數個第1段高溫側流通路40-1。並且，在第1段缸體20的低溫端23b，為了使氦氣相對於第1段蓄冷材料30及第1段膨脹室31流出/流入而設置有複數個第1段低溫測流通路40-2。
第2段冷卻部50具有與第1段冷卻部15大致相同的結構，且具備中空狀的第2段缸體51、在第2段缸體51內設置成可沿軸向Q往復運動之第2段置換器52、填充 於第2段置換器52內之實施形態之第2段蓄冷材料60、設置於第2段缸體51的低溫端53b側的內部且藉由第2段置換器52的往復運動改變容積之第2段膨脹室55、及設置在第2段缸體51的低溫端53b附近之第2段冷卻台85。在第2段缸體51的內壁與第2段置換器52的外壁之間設置有第2段密封件59。在第2段缸體51的高溫端53a，為了使氦氣相對於第1段蓄冷材料30流出/流入而設置有第2段高溫側流通路40-3。並且，在第2段缸體51的低溫端53b，為了使氦氣相對於第2段膨脹室55流出/流入而設置有複數個第2段低溫側流通路54-2。
GM冷凍機1中，來自氣體壓縮機3的高壓氦氣經由高壓閥5及配管7供給到第1段冷卻部15，並且低壓氦氣從第1段冷卻部15經由配管7及低壓閥6排氣至氣體壓縮機3。第1段置換器22及第2段置換器52藉由驅動馬達8沿軸向Q往復運動。並且，與其連動而進行高壓閥5及低壓閥6的開閉，藉此控制氦氣的吸排氣的時點。
第1段缸體20的高溫端23a例如設定為室溫，低溫端23b例如設定為20K~40K。第2段缸體51的高溫端53a例如設定為20K~40K，低溫端53b例如設定為4K。
對如上構成之GM冷凍機1的動作進行說明。
在關閉高壓閥5且關閉低壓閥6之狀態下，第1段置換器22及第2段置換器52分別處於第1段缸體20及第2段缸體51內的下死點。
在此，若將高壓閥5設為開啟狀態且將閥6設為關閉 狀態，則高壓氦氣從氣體壓縮機3流入到第1段冷卻部15中。高壓氦氣從第1段高溫側流通路40-1流入到第1段置換器22的內部，藉由第1段蓄冷材料30冷卻至既定的溫度。冷卻後之氦氣從第1段低溫側流通路40-2流入到第1段膨脹室31。
向第1段膨脹室31流入之高壓氦氣的一部份從第2段高溫側流通路40-3流入到第2段置換器52的內部。該氦氣藉由第2段蓄冷材料60進一步冷卻至更低既定溫度，從第2段低溫側流通路54-2流入到第2段膨脹室55。其結果，第1段膨脹室31及第2段膨脹室55內成為高壓狀態。
接著，第1段置換器22及第2段置換器52移動到上死點，並且關閉高壓閥5。並且，打開閥6。藉此，第1段膨脹室31及第2段膨脹室55內的氦氣從高壓狀態成為低壓狀態而使體積膨脹。其結果，第1段膨脹室31及第2段膨脹室55內的氦氣的溫度進一步下降。並且，藉此第1段冷卻台35及第2段冷卻台85分別被冷卻。
接著，第1段置換器22及第2段置換器52向下死點移動。隨此，低壓氦氣通過與上述相反的路徑分別冷卻第1段蓄冷材料30及第2段蓄冷材料60，並且經由閥6及配管7返回到氣體壓縮機3。之後，關閉閥6。
將以上動作作為1個循環，藉由重複上述動作，在第1段冷卻台35及第2段冷卻台85能夠分別從被熱連接之冷卻對象物(未圖示)吸收熱而進行冷卻。
<蓄冷材料>
第2圖係表示第1段蓄冷材料30的結構之示意圖。第1段蓄冷材料30具有沿積層方向P積層N片(N為2以上的自然數)板狀金屬網32-1~32-N而成之積層結構。積層方向P與冷卻頭10的軸向Q亦即第1段置換器22的移動方向大致平行。冷卻頭10構成為使氦氣在第1段置換器22內沿第1段置換器22的移動方向移動。藉此，積層方向P與氦氣的移動方向大致平行。換言之，氦氣在第1段蓄冷材料30內沿積層方向P移動。
構成各層之金屬網32-1~32-N藉由編織具有既定線徑及既定材質之線材而形成。構成各層之金屬網32-1~32-N所界定之面與積層方向P大致正交。氦氣在第1段蓄冷材料30內沿積層方向P流動時，是通過構成各層之金屬網32-1~32-N的複數個開口33。
N片金屬網32-1~32-N中的高溫側金屬網藉由編織銅或不銹鋼的線材37來形成。N片金屬網32-1~32-N中的低溫側金屬網藉由編織與高溫側的金屬網的線材37不同的線材34形成。低溫側金屬網例如為在GM冷凍機1的通常動作時成為50K以下之金屬網。
第3圖係低溫側的金屬網的線材34的剖面圖。線材34包括基材34a及覆蓋其基材34a之被覆層34b。基材34a由銅系材料或不銹鋼形成。銅系材料例如亦可為磷靑銅、紅銅、純銅、韌煉銅或無氧銅。被覆層34b由包含 鋅、錫、銀、銦或金中的任一個或其中至少2個之合金形成。特別是，藉由將基材34a電鍍處理來形成被覆層34b。
選擇基材34a及被覆層34b的材料時的考量如下。
(1)在20K~40K的溫度範圍內使被覆層34b的容積比熱(volumetric specific heat)大於基材34a的容積比熱。並且，使50K的被覆層34b的容積比熱大於50K的基材34a的容積比熱。
第4圖(a)、第4圖(b)係表示各種金屬的容積比熱與溫度的關係之曲線圖。若參閱這些曲線圖，則在20K~40K的溫度範圍內鋅、錫、銀、銦及金各個的容積比熱大於銅的容積比熱。並且，在50K鋅、錫、銀、銦及金的各個的容積比熱大於50K中的銅的容積比熱，並且在50K的鉍的容積比熱小於在50K的銅的容積比熱。
(2)在20K~40K的溫度範圍內使基材34a的導熱率大於被覆層34b的導熱率。
(3)被覆層34b的展性或延性或者其雙方(亦即，延展性)大於鉍。所謂延展性係固體物質的力學特性(塑性)的一種，表示材料不斷裂而能柔軟地變形之界限。延展性區分為延性和展性。物質科學中，延性係特指對物質施加拉伸力時的變形能力，大多以延伸成線狀之能力表示。另一方面，展性係指施加壓縮力時的變形能力，大多以能夠用鍛造或軋製成形為薄板狀之能力表示。鉍的展性較低且拉伸力弱。相反地，鋅、錫、銀、銦及金的展性和 延性均較高。
另外，被覆層34b較佳為藉由鍍錫來形成。錫係公知之親和性佳的金屬材料之一。鐵板上的熔融鍍錫是周知的馬口鐵，與鉛的合金作為焊料利用於金屬間的接合。近年來，隨著電鍍浴的改善，可得到光澤性、焊接性、防蝕性更加優異之光澤鍍錫。將鍍錫的硬度示於下表。
如表中所示，光澤錫的硬度為30~60Hv，高於無光澤錫的3~8Hv。因此，若藉由將基材34a以錫進行光澤電鍍來形成被覆層34b，則能夠提高被覆層34b的硬度，因此為較佳。
第5圖係表示第2段蓄冷材料60的結構之示意圖。第2蓄冷材料60包含高溫側部份62及低溫測部份64而具有不同的結構。高溫測部份62構成為與第1段蓄冷材料30的低溫測相同。亦即，高溫側部份62具有沿積層方向(亦即，軸向Q)積層多片板狀金屬網而成之積層結構。該金屬網的線材包含與基材34a對應之基材、及與被覆層34b對應之被覆層。
低溫側部份64包含複數個球狀的HoCu2等磁性材料、鉍、鉛而構成。
第2蓄冷材料60構成為高溫側部份62與低溫側部份64之邊界66的溫度在GM冷凍機1通常動作時成為10K左右。
依具備有本實施形態之蓄冷材料30、60之GM冷凍機1，當GM冷凍機1通常動作時，能夠提高成為10K~50K之蓄冷材料30、60的部份的比熱。因此，能夠提高蓄冷材料30、60中的熱交換效率。其結果，能夠提高GM冷凍機1的冷凍能力。
第6圖係表示在GM冷凍機1實際測定之第1段冷卻台35的溫度與冷凍能力的關係之曲線圖。第6圖所示之曲線圖中，塗黑的三角形表示未對第1段蓄冷材料的金屬網實施鍍錫之情況的數據，塗黑的四角形表示對第1段蓄冷材料30的低溫側的金屬網實施鍍錫之情況的數據。由該曲線圖可知在50K以下的溫度範圍內，鍍錫之情況的第1段冷凍能力比未實施鍍錫之情況的第1段冷凍能力大幅提高。特別是，在40K的第1段冷凍能力藉由實施電鍍而從無電鍍之情況的46.8W提高至53.4W，大約提高14%。此外，在30K的第1段冷凍能力藉由實施電鍍而從無鍍之情況的19.0W提高至36.4W，大約提高91%。
第7圖係表示在GM冷凍機1實際測定之第1段冷卻台35在40K下的冷凍能力與線材34的直徑之比的關係之曲線圖。將線材34的截面中的基材34a的直徑稱作d1， 將被覆層34b的外徑稱作d2(參閱第3圖)時，線材34的線徑之比為d2/d1。冷凍能力呈現大致以d2/d1=1.4為中心之峰值。這是因為，若被覆層34b過薄，則被覆層34b所產生之比熱增大效果不佳，另一方面，若被覆層34b過厚，則金屬網的開口變小而使流路阻力增大、或基材34a變細而使導熱性變差。因此，較佳為將d2/d1設在1.3~1.5的範圍，以避免這些影響。
並且，在具備有本實施形態之蓄冷材料30、60之GM冷凍機1，在20K~40K的溫度範圍內使基材34a的導熱率大於被覆層34b的傳熱率。因此，藉由將基材34a的導熱率設為較大而能夠促進通過基材34a之導熱率，以降低蓄冷材料30、60的徑向(與積層方向P正交之方向)上的溫差。這有助於蓄冷材料30、60的熱交換效率的提高。
亦即，依本實施形態之蓄冷材料30、60，能夠提高蓄冷材料30、60的熱容量，並且提高導熱來降低溫度梯度。
另外，在銅系材料中較佳為採用導熱率較大的材料，例如與磷青銅相比導熱率大之紅銅、純銅、韌煉銅或無氧銅。
並且，在具備有本實施形態之蓄冷材料30、60之GM冷凍機1，被覆層34b由延展性較好的材料形成。因此，將金屬網填充於置換器22、52時，能夠降低因機械接觸、應力及摩擦等而破壞金屬網的被覆層34b之可能 性。並且，在GM冷凍機1通常動作中，蓄冷材料30、60與置換器22、52一同往復運動，能夠降低此時因振動而破壞被覆層34b之可能性。
並且，在具備有本實施形態之蓄冷材料30、60之GM冷凍機1，第1段蓄冷材料30具有沿積層方向P積層N片板狀金屬網32-1~32-N而成之積層結構。藉此，與採用複數個球狀物作為蓄冷材料之情況相比，能夠降低壓力損失。
以上，對具備有實施形態之蓄冷材料30、60之GM冷凍機1的結構及動作進行了說明。該實施形態為例示，其各構成要件的組合可具有各種變形例，並且該種變形例亦屬於本發明的範圍內，這是所屬技術領域具有通常知識者所應理解的。
實施形態中，對於N片金屬網32-1~32-N中的低溫側的金屬網的線材34，雖是說明被覆層34b為最外層之情況，但並不限定於此。
第8圖係第1變形例之金屬網的線材134的剖面圖。金屬網的線材134包含與基材34a對應之基材134a、與被覆層34b對應之被覆層134b、及覆蓋被覆層134b之保護層134c。保護層134c由鉍、銻或其等的合金形成。或者，保護層134c亦可由光澤錫或鉻形成。
依本變形例，用較硬的保護層134c覆蓋較軟的被覆層134b，因此能夠降低被覆層134b的損傷。
另外，將銻或鉍混合於被覆層134b的材料中，將其 等同時被覆亦可。此時，銻、鉍的體積配合比較佳為0.01%~49.99%。
實施形態中，對線材34的截面為各向同性、亦即圓形之情況進行了說明，但並不限定於此。
第9圖係第2變形例之金屬網的線材234的剖面圖。線材234包含基材234a及覆蓋該基材234a之被覆層234b。基材234a由銅系材料或不銹鋼形成。銅系材料例如亦可為磷靑銅、紅銅、純銅、韌煉銅或無氧銅。被覆層234b由包含鋅、錫、銀、銦或金中的任一個或其中至少2個之合金形成。
線材234的截面的積層方向P上的寬度W1，小於在截面內與積層方向P交叉、特別是正交之正交方向R上的寬度W2。特別是，線材234的表面在積層方向P上具有相互對置之2個平面部236、238。該種線材234，例如亦可藉由對截面為圓型的基材進行軋製處理，並對如此處理後之基材進行鍍錫來形成。
第10圖係積層2片第2變形例之金屬網時的剖面圖。若沿積層方向P積層由線材234構成之金屬網，則上側金屬網的線材234的下側平面部238與下側金屬網的線材234的上側平面部236接觸。此時，其等的接觸面積比例如線材的截面為圓形的情況更大。因此，能夠使填充時的接觸應力分散，能夠降低被覆層的損傷。
實施形態中，對於作為被覆層34b的材料使用錫，且被覆層34b不以鉍為主成份之情況進行了說明，但並不限 定於此。例如，被覆層亦可為鉍和錫的合金、或銻和錫的合金、或鉍、銻及錫的合金。
錫在接近常溫之溫度下存在β錫和α錫的轉化點。往α錫轉化時會失去展性，同時體積大幅增加。在通常的溫度範圍內，因雜質等影響而幾乎難以進行該轉化，但在如極地等酷寒的環境下可能進行轉化，使錫成品膨脹而導致破裂之現象。該現象從錫成品的一部份開始最終遍佈整體，因此類似於傳染病而被稱作錫疫。
錫的物理性質會依其同素異形變能而大幅改變。從β錫到α錫物理上在13.2℃下發生變態。實際進行反應是從-10℃的低溫區域開始，在-45℃下該反應速度成為最大。依本變形例，被覆層是藉由向β錫添加作為雜質之銻、鉍或其雙方來形成。因此能夠抑制如上述之同素異形變態。另外，銻、鉍或其雙方的體積配合比較佳為0.01%~49.99%。
在實施形態，對第1段蓄冷材料30及/或第2段蓄冷材料60在低溫側具有與高溫側不同的金屬網之情況(亦即，積層有兩種金屬網之情況)進行了說明，但並不限定於此，在一實施形態中，第1段蓄冷材料30及/或第2段蓄冷材料60可具有三種或更多種之金屬網，在每個溫度區域積層有不同種類的金屬網。
例如，如第11圖所示，第1段蓄冷材料100亦可以具備最高溫側的第1部份101、中間溫度的第2部份102、及最低溫側的第3部份103。第1部份101的低溫 側與第2部份102的高溫側相鄰接，第2部份102的低溫側與第3部份103的高溫側相鄰接。
第1部份101、第2部份102、及第3部份103分別具有至少一片金屬網，通常具有多片金屬網。在第1部份101積層有由第1線材形成之第1金屬網。同樣在第2部份102積層有由第2線材形成之第2金屬網，在第3部份103積層有由第3線材形成之第3金屬網。第1線材、第2線材及第3線材在如下說明的幾個具體例中相互不同，因此，第1金屬網、第2金屬網及第3金屬網分別為不同種類的金屬網。
第1線材、第2線材及第3線材的被覆層相對於基材之容積比相互不同，具體而言，該容積比在越低溫側越大。例如，以線材的截面(更精確地說，與線材的長邊方向垂直之平面所形成之截面)中的被覆層相對於基材之面積比在越低溫側越大之方式，在每個溫度區域積層由不同種類的線材構成之金屬網，而構成第1段蓄冷材料100。例如，線材的截面為圓形時，上述d2/d1在越低溫側越變大。因此，第1蓄冷材料100中，在越低溫側，每一層的被覆材料量越多，每一層的熱容量越大。如此，能夠提高在低溫側的熱交換效率，而提高GM冷凍機1的冷凍能力。
第12圖(a)、第12圖(b)及第12圖(c)分別表示第1線材104、第2線材105及第3線材106的一例。圖示出第1線材104、第2線材105及第3線材106各個 的截面。
第1線材104具備基材。第1線材104不具有被覆層。第2線材105具備基材105a、覆蓋基材105a之被覆層105b。第3線材106具備基材106a、覆蓋基材106a之被覆層106b。
第1線材104、第2線材105的基材105a及第3線材106的基材106a具有相同的截面尺寸。因此，第1線材104、第2線材105的基材105a及第3線材106的基材106a的外徑相等。另一方面，第3線材106的被覆層106b比第2線材105的被覆層105b更厚。因此，第2線材105比第1線材104粗，第3線材106比第2線材105粗。
第3線材106比第2線材105粗，因此第3金屬網的線材間的開口比第2金屬網窄。但是，第3金屬網配置在比第2金屬網更低溫側，在低溫側氦氣的黏度較低，因此第3部份103中的壓力損失的增加(進而冷凍能力的下降)受到抑制。因此，可認為增厚被覆層所產生之熱交換的效率改善勝過壓力損失的增加。因此，能夠提高GM冷凍機1的冷凍能力。
第13圖(a)、第13圖(b)及第13圖(c)係分別表示第1線材104、第2線材105及第3線材106的另一例。如圖所示，第1線材104具有與第2線材105的基材105a相同的截面尺寸，但第3線材106的基材106a比第2線材105的基材105a細。因此，能夠使第3線材106 的被覆層106b比第2線材105的被覆層105b更厚。並且，第3線材106的基材106a較細，因此能夠使第3線材106的粗細與第2線材105相等。藉此，與第12圖(c)所示之例子相比，能夠進一步抑制第3部份103中的壓力損失的增加。又此時亦可使第3線材106比第2線材105粗，藉此使被覆層106b更厚。
第14圖(a)、第14圖(b)及第14圖(c)分別表示第1線材104、第2線材105及第3線材106的另一例。如圖所示，第2線材105的基材105a比第1線材104細，第3線材106的基材106a的粗細與第2線材105的基材105a相同。藉此，能夠抑制第2部份102中的壓力損失的增加。此時，第2線材105的粗細亦可以等於或大於第1線材104。
在實施形態，對於第1段蓄冷材料30具有沿積層方向P積層N片板狀金屬網32-1~32-N而成之積層結構進行了說明，但並不限定於此。例如，第1段蓄冷材料亦可以具有將形成有複數個孔之金屬板或多孔金屬板積層多片而成之積層結構。此時，亦可於低溫側的金屬板藉由電鍍設置被覆層。第2段蓄冷材料60亦相同。
實施形態中，以GM冷凍機1為例子進行了說明，但並不限定於此，實施形態之蓄冷材料亦可以搭載於另一種蓄冷式冷凍機，例如GM型或斯特林型脈管冷凍機、斯特林冷凍機、蘇威冷凍機。
搭載實施形態之蓄冷材料之GM冷凍機1亦適用於作 為超導磁鐵、低溫泵、X射線檢測器、紅外線感測器、量子光子檢測器、半導體檢測器、稀釋冷凍機、He3冷凍機、絕熱消磁冷凍機、氦液化機、及低溫恆溫器等中的冷卻機構或液化機構。
1‧‧‧GM冷凍機
3‧‧‧氣體壓縮機
5‧‧‧高壓閥
6‧‧‧低壓閥
7‧‧‧配管
8‧‧‧驅動馬達
10‧‧‧冷卻頭
12‧‧‧凸緣
15‧‧‧第1段冷卻部
20‧‧‧第1段缸體
22‧‧‧第1段置換器
23a‧‧‧高溫端
23b‧‧‧低溫端
30‧‧‧第1段蓄冷材料
31‧‧‧第1段膨脹室
35‧‧‧第1段冷卻台
39‧‧‧第1段密封件
40-1‧‧‧第1段高溫側流通路
40-2‧‧‧第1段低溫側流通路
40-3‧‧‧第2段高溫側流通路
50‧‧‧第2段冷卻部
51‧‧‧第2段缸體
52‧‧‧第2段置換器
53a‧‧‧高溫端
53b‧‧‧低溫端
54-2‧‧‧第2段低溫測流通路
55‧‧‧第2段膨脹室
85‧‧‧第2段冷卻台
59‧‧‧第2段密封件
60‧‧‧第2蓄冷材料
Q‧‧‧軸向

Claims (16)

  1. 一種蓄冷材料，是使用於蓄冷式冷凍機之具有積層結構之蓄冷材料，其特徵為，在各層以氣體能夠沿積層方向通過之方式形成有複數個孔，至少一個層包含基材及覆蓋前述基材之被覆層，在20K~40K的溫度範圍內使前述被覆層的容積比熱大於前述基材的容積比熱(但前述被覆層以鉍為主成份之情況除外)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蓄冷材料，其中，在前述溫度範圍內前述被覆層的導熱率小於前述基材的導熱率。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄冷材料，其中，在50K的前述被覆層的容積比熱大於在50K的前述基材的容積比熱。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄冷材料，其中，前述被覆層由包含鋅、錫、銀、銦或金中的任一個或其中至少2個之合金形成。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄冷材料，其中，前述基材由銅系材料或不銹鋼形成。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄冷材料，其 中，前述至少一個層進一步包含覆蓋前述被覆層之保護層，前述保護層由鉍或銻或其等的合金形成。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄冷材料，其中，前述被覆層藉由將前述基材使用錫進行光澤電鍍來形成。
  8. 一種蓄冷材料，是使用於蓄冷式冷凍機之具有積層結構之蓄冷材料，其特徵為，在各層以氣體能夠沿積層方向通過之方式形成有複數個孔，至少一個層上，使用鉍和錫的合金、或銻和錫的合金、或鉍、銻及錫的合金實施有被覆層。
  9. 如申請專利範圍第1或2或8項所述之蓄冷材料，其中，前述至少一個層具有網狀結構，其線材截面在積層方向上的寬度小於與積層方向交叉之交叉方向上的寬度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之蓄冷材料，其中，前述至少一個層的線材的表面具有在積層方向上相互對置之2個平面部。
  11. 如申請專利範圍第1或2或8項所述之蓄冷材料，其中，前述至少一個層具有網狀結構，其線材截面上的被覆 層外徑除以基材直徑之值在1.3~1.5的範圍內。
  12. 如申請專利範圍第1或2或8項所述之蓄冷材料，其中，低溫側的至少一個層，其被覆層相對於基材之容積比大於高溫側的至少一個層。
  13. 如申請專利範圍第1或2或8項所述之蓄冷材料，其中，低溫側的至少一個層的基材具有與高溫側的至少一個層的基材相同的截面尺寸，前述低溫側的至少一個層的被覆層比前述高溫側的至少一個層的被覆層更厚。
  14. 如申請專利範圍第1或2或8項所述之蓄冷材料，其中，低溫側的至少一個層的基材比高溫側的至少一個層的基材更細。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之蓄冷材料，其中，前述低溫側的至少一個層的線材比前述高溫側的至少一個層的線材更粗或粗細相同。
  16. 一種蓄冷式冷凍機，其特徵為，前述蓄冷式冷凍機具備有申請專利範圍第1至15項中任一項之蓄冷材料。
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