[发明专利]稀土蓄冷材料以及具有其的蓄冷器和制冷机

说明书

本发明提供一种在10K以上温度范围、尤其是10～20K的温度范围具有高比热的蓄冷材料以及具有其的蓄冷器与制冷机。具体而言，本发明为特征在于由通式(1)Er_1‑xR_xNi_1+α(1)所示的稀土蓄冷材料，以及具有其的蓄冷器和制冷机。式中，x表示0＜x＜1、α表示‑1＜α＜1。R表示选自Y和除Er以外的镧系元素中的至少一种。

技术领域

本发明涉及稀土蓄冷材料以及具有其的蓄冷器和制冷机。

背景技术

现在，在医疗领域中拍摄断层图像的超导MRI(核磁共振成像)装置、磁悬浮列车、超导电力储能装置(SMES)等中，超导磁石已经得到实际应用或正在向实际应用迈进。其中，超导磁石必须被冷却至液氦(He)沸点4.2K(约-269℃)的极低温度，但液氦价格高昂且操作需要高度的技术，因此正在开发高性能的小型制冷机作为代替液氦的冷却手段。作为已得到实际应用的小型制冷机，已知有例如吉福特-麦克马洪型小型氦制冷机(所谓的GM制冷机)、脉冲管制冷机等。这些制冷机在将例如预先冷却的压缩氦输送到填充有蓄冷材料的蓄冷器时，压缩氦在通过蓄冷器的同时膨胀，因而将蓄冷器冷却。此外，在将被输送到蓄冷器的氦通过减压除去时，也将蓄冷材料进一步冷却，每次重复循环都将蓄冷器冷却而达到目标温度。

以往的小型制冷机使用铅(Pb)作为填充在蓄冷器中的蓄冷材料。其中，蓄冷材料需要在低温区域具有较高的比热，但铅的比热随着温度降低而急剧地下降，所以一般在20K以上的温度中使用。近些年受到RoHS指令(限制使用有害物质指令)，铅已被铋(Bi)代替，但铋在大部分的低温区域中比热低于铅，因此在提升小型制冷机性能的观点上，期望开发出代替铋的新型蓄冷材料。

在非专利文献1中，发表了低于10K的低温区域的比热特性优秀的反铁磁体蓄冷材料：钬铜2(HoCu₂)。钬铜2是在低于10K的低温区域中伴随2次磁跃迁而显示2个大的比热峰的材料，且为反铁磁体，因此受到磁场的影响小，适合利用于MRI等。此外，非专利文献1中还显示了其他稀土蓄冷材料的比热性能，例如ErNi在10K附近具有尖锐的比热峰，Er3Ni随着温度上升比热缓慢升高等。(参考非专利文献1的图2)

另一方面，专利文献1公开了在以钬铜2为代表的稀土蓄冷材料中，将稀土蓄冷材料粒子群的平均粒径、粒子形状等限定在特定范围，由此使小型制冷机的制冷能力提升的方法。

但是，钬铜2在10K以上的温度范围与上述铋具有同样的比热特征，因此称不上是在10K以上的温度范围(尤其是10～20K的温度范围)具有高比热的蓄冷材料。此外，对于上述ErNi、Er₃Ni，比热峰虽然尖锐但峰值温度低于15K，或者比热低，从该方面而言，称不上是在10～20K的温度范围利用性高的蓄冷材料。(各蓄冷材料的温度与比热的关系参考图1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5656842号公报。

非专利文献

非专利文献1：高性能磁蓄冷材料HoCu2[冈村正巳等，Toshiba Review Vol.55,No.1(2000)]

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供在10K以上的温度范围(尤其是10～20K的温度范围)具有高比热的蓄冷材料以及具有其的蓄冷器和制冷机。

用于解决问题的方案

本发明人为解决上述问题而进行了研究，结果发现利用将ErNi中包含的Er的一部分替换成其他特定的稀土元素而得到的材料能够达到上述目的，以至完成了本发明。

即，本发明涉及下述的稀土蓄冷材料以及具有其的蓄冷器和制冷机。