[发明专利]HoCu系蓄冷材料以及具备其的蓄冷器和制冷机

说明书

本发明提供一种特别是在10～25K的温度范围具有高比热的蓄冷材料以及具备其的蓄冷器和制冷机。具体而言，本发明提供HoCu系蓄冷材料以及具备其的蓄冷器和制冷机，该HoCu系蓄冷材料的特征在于，由通式(1)HoCu_2‑xM_x(1)[式中，x表示0＜x≤1，M表示Al和过渡金属元素(但Cu除外)的至少一种]表示。

技术领域

本发明涉及HoCu系蓄冷材料以及具备其的蓄冷器和制冷机。

背景技术

目前，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、超导储能系统(SMES)等中，超导磁铁已经得到实际应用或正在向实际应用推进。在此，超导磁铁必须被冷却至液氦(He)沸点4.2K(约-269℃)的极低温度，然而由于液氦昂贵且需要高水平的技术来进行处理，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。作为已经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。在这些制冷机中，例如在将预先冷却的压缩氦输送到填充有蓄冷材料的蓄冷器时，由于压缩氦一边膨胀一边通过蓄冷器，因此蓄冷器被冷却。此外，在通过减压将被输送到蓄冷器的氦除去时，也使蓄冷材料进一步被冷却，每次重复循环蓄冷器都被冷却，以此达到目标温度。因此，为了实现极低温，重要的是蓄冷材料1)能够与一边膨胀一边通过的压缩氦充分进行热交换、和2)具有能够对膨胀的压缩氦供给充分的热或储存热的比热。此外，从通过增大蓄冷材料的比表面积来提高制冷机的性能的观点出发，已知有将蓄冷材料制成网状、或将球状粉末状态的蓄冷材料进行紧密填充的方法等。

在现有的小型制冷机中，使用铜(Cu)或铅(Pb)作为填充于蓄冷器的蓄冷材料。在此，要求蓄冷材料在低温区域具有高比热，但铜在室温至80K左右的温度使用，另一方面铅的比热主要取决于晶格比热，随着温度降低急剧降低，因此用于20K以上的温度。近年来，受到RoHS指令(有害物质使用限制指令)的影响，铅已被铋(Bi)代替，但铋在大部分低温区域中比热比铅低，因此从提高小型制冷机性能的观点出发，期望开发出代替铋的新型蓄冷材料。

在非专利文献1中，公开了一种在低于10K的低温区域的比热特性优异的反铁磁体蓄冷材料：钬铜2(HoCu₂)。钬铜2是一种在低于10K的低温区域显示伴随2次磁跃迁的两个大比热峰(约6.7K和约8.2K)的材料，且为反铁磁体，因此受到磁场的影响小，优选用于MRI等。另外，钬铜2在高于约8.2K的比热峰的高温侧具有较高的比热特性，该较高的比热特性被认为是由肖特基(Schottky)比热引起的，但是在10～25K左右的温度范围比热特性小。

在专利文献1中，作为改良了的极低温蓄冷材料，公开了“一种极低温蓄冷材料，其特征在于，并用仅由铋形成的蓄冷材料和由HoCu₂构成的磁性蓄冷材料。”(权利要求1)、“一种极低温蓄冷材料，其特征在于，并用由以铋为主成分且包含5～10％锑的合金形成的蓄冷材料和由HoCu₂构成的磁性蓄冷材料。”(权利要求2)。专利文献1的极低温蓄冷材料相比于单独的钬铜2，比热峰向高温侧移动，在10～25K的温度范围具有比热峰，但比热峰本身小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4445230号公报。

非专利文献

非专利文献1：高性能磁性蓄冷材料HoCu₂[冈村正巳等，Toshiba ReviewVol.55,No.1(2000)]。

发明内容

发明要解决的问题