專利名稱：極低溫蓄冷器以及冷凍機的制作方法
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種極低溫蓄冷器，其特征在于作為蓄冷材料使用含有稀土類元素和硫磺之中的至少一種的磁性材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料含有氧。
3.根據(jù)權利要求2所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料使用了以一般式RxO2S或(R1-yR′y)xO2S(R、R′至少一種為稀土元素，0.1≤x≤9、0≤y≤1)表示的磁性材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述元素R和R′是釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm或鐿Yb。
5.根據(jù)權利要求1～4任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料還含有添加物。
6.根據(jù)權利要求5所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述添加物是鋯Zr和/或鋁Al和/或氧化鋁Al2O3。
7.根據(jù)權利要求1～6任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于其混合使用了至少一種的所述磁性材料與其它磁性材料。
8.根據(jù)權利要求1～6任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于其混合使用了至少二種所述磁性材料。
9.根據(jù)權利要求1～8任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于至少一種的所述磁性材料加工成顆粒狀，并充填至蓄冷器。
10.根據(jù)權利要求9所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述顆粒狀的磁性材料的表面加工成用薄膜包覆，并充填至蓄冷器。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述顆粒狀的尺寸為0.01～3mm。
12.根據(jù)權利要求1～8任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于將至少一種的所述磁性材料燒結并加工成為塊狀、彈丸狀或片狀，并充填至所述蓄冷器。
13.根據(jù)權利要求1～12任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料以疊層狀充填至蓄冷器。
14.根據(jù)權利要求1～13任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料被充填到蓄冷器的最低溫層。
15.根據(jù)權利要求1～13任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料用于比蓄冷器的最低溫層溫度高的層中，且在比其溫度低的層中使用了4K左右或以下的具有較大比熱的其它磁性材料。
16.一種蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于其使用了權利要求1～15任何一項所述的極低溫蓄冷器。
17.權利要求16所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于所述蓄冷器用于最低溫冷卻段。
18.權利要求16所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于所述蓄冷器用于中間冷卻段，在最終冷卻段蓄冷器使用在4K左右或以下的具有較大比熱的其它磁性材料。
19.根據(jù)權利要求16～18任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于將所述蓄冷器用于并列型蓄冷式極低溫冷凍機的低溫側(cè)冷卻段。
20.根據(jù)權利要求16～19任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以4He作為工作流體。
21.根據(jù)權利要求16～19任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以3He作為工作流體。
22.根據(jù)權利要求16～19任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以4He和3He的混合氣體作為工作流體。
23.一種冷凍系統(tǒng)，其特征在于其具有使用了權利要求16～22任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機的預冷段、以及至少一種的其它的冷卻手段。
24.一種制冷劑生成裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
25.一種制冷劑再冷凝裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
26.一種超導磁體裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
27.一種磁共振成像裝置，其特征在于其使用了權利要求26所述的超導磁體裝置。
28.一種超導元件冷卻裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
29.一種低溫面板以及低溫熱防護罩裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
30.一種低溫泵，其特征在于其使用了權利要求29所述的低溫面板。
31.一種空間技術領域的冷卻裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
本發(fā)明還提供上述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以4He、3He、或4He和3He的混合氣體作為工作流體(也稱為工作介質(zhì))。
本發(fā)明還提供例如焦耳-湯姆遜冷凍機、3He-4He稀釋冷凍機、絕熱消磁冷凍系統(tǒng)、磁力冷凍機、吸附式冷凍系統(tǒng)等冷凍系統(tǒng)，其特征在于其具有使用了上述的蓄冷式極低溫冷凍機的預冷段、以及至少一種的其它的冷卻手段。
本發(fā)明還提供流體4He、流體3He或它們的混合液、超流動4He、超流動3He等制冷劑生成裝置和制冷劑再冷凝裝置，其特征在于其使用了上述的蓄冷式極低溫冷凍機。
本發(fā)明還提供MRI(磁共振成像)裝置、NMR裝置、冷凍機傳導冷卻超導磁體、拉制單晶裝置、磁力分離裝置、SMES裝置、物性測定裝置等的超導磁體裝置，其特征在于其同樣使用了上述的蓄冷式極低溫冷凍機。
本發(fā)明又提供SQUID裝置、SIS元件、X射線衍射裝置、電子顯微鏡、電壓標準裝置等超導元件冷卻裝置，其特征在于其同樣使用了上述的蓄冷式極低溫冷凍機。
本發(fā)明還提供低溫泵、低溫面板、樣品冷卻系統(tǒng)、物性測定裝置、低溫熱防護罩、紅外線觀測裝置等低溫裝置，其特征在于其同樣使用了上述的蓄冷式極低溫冷凍機。
本發(fā)明還提供X射線觀測裝置、紅外線觀測裝置、電波觀測裝置、宇宙射線觀測裝置等空間技術領域的冷卻裝置，其特征在于其同樣使用了上述的蓄冷式極低溫冷凍機。
本發(fā)明使用在4～10K溫度附近具有大的比熱的陶瓷磁性材料作為蓄冷器的蓄冷材料，因此與以往的金屬系的磁性蓄冷材料相比，能夠大大地改善3～10K的冷凍性能。


圖1是表示以往的金屬系磁性蓄冷材料和本發(fā)明使用的磁性材料的比熱與溫度依存性的比較的曲線圖。
圖2是表示本發(fā)明使用的另外一種磁性材料的比熱與溫度依存性的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明使用的其它一種磁性材料的比熱與溫度依存性的曲線圖。
圖4是表示適用于2段式GM冷凍機的本發(fā)明的第1實施方案的總體構成的剖面圖。
圖5是表示第1實施方案的冷卻部的詳細的放大剖面圖。
圖6同樣是表示2段蓄冷器的放大剖面圖。
圖7是表示第1實施方案與以往例的冷凍能力相比較的曲線圖。
圖8是表示適用于2段式脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第2和第3實施方案的總體構成的剖面圖。
圖9是表示第2和第3實施方案的2段蓄冷器的放大剖面圖。
圖10是表示第2實施方案的冷凍能力的曲線圖。
圖11是表示適用于3段式脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第4實施方案的主要部分構成的剖面圖。
圖12是表示第4實施方案的各段蓄冷器的放大剖面圖。
圖13是表示適用于并列型脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第5實施方案的總體構成的剖面圖。
圖14是表示第5實施方案的低溫段蓄冷器的放大剖面圖。
圖15是表示適用于GM-JT冷凍系統(tǒng)的本發(fā)明的第6實施方案的總體構成的剖面圖。
圖16是表示適用于MRI裝置的本發(fā)明的第7實施方案的總體構成的剖面圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方案。
本發(fā)明的第1實施方案如圖4(總體圖)、圖5(冷卻部詳細圖)以及圖6(2段蓄冷器剖面圖)所示那樣，是將本發(fā)明用于2段式GM冷凍機。
在圖4中，來自壓縮機11的高壓氣體經(jīng)過高壓氣體配管12供給2段式GM冷凍機1，經(jīng)過低壓氣體配管13被回收到壓縮機11的低壓口。如圖5所示那樣，1段液壓缸25和2段液壓缸35中分別收容的1段蓄冷器2和2段蓄冷器3，被圖4所示的驅(qū)動電機14驅(qū)動而進行上下往復運動。
蓄冷材料24、34如圖5所示那樣被充填到各自的蓄冷器外筒23、33中，在本實施方案中1段蓄冷材料24是銅合金的金屬網(wǎng)制作的。
2段蓄冷器3如圖6所示那樣，是疊層結構，顆粒狀的(Gd0.05Tb0.95)2O2S以大約20％的體積比率充填到2段的低溫側(cè)蓄冷材料34b中，顆粒狀的Pb和HoCu2等以大約80％的體積比率充填到高溫側(cè)蓄冷材料34a中。在圖6中，38是蓄冷材料間壁。
如圖4所示，冷凍機1的冷卻部被收容到真空容器16中，2段冷卻臺架37被熱防護罩17包圍。熱防護罩17是銅制的板狀的筒體，由1段冷卻臺架27冷卻到大約40K。電加熱器18被安裝在2段冷卻臺架37中，根據(jù)電輸入功率測定冷卻能力。
在圖4中，15是收容高低壓氣體轉(zhuǎn)換閥和驅(qū)動機構的殼體。在圖5中，21是1段蓄冷器2的氣體通路、22是1段蓄冷器2的密封、26是1段膨脹空間、31是2段蓄冷器3的氣體通路、32是2段蓄冷器3的密封、36是2段膨脹空間。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明在2段蓄冷器低溫端充填大約20％體積的(Gd0.05Tb0.95)2O2S的場合與以往的充填磁性蓄冷材料HoCu2的場合的比較。該圖清楚表明，能夠確認根據(jù)本發(fā)明充填(Gd0.05Tb0.95)2O2S的場合，其冷凍能力大約提高了15～20％。
其次，適用于2段式脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第2實施方案示于圖8(總體圖)以及圖9(2段蓄冷器剖面圖)。
在圖8中，來自壓縮機41的高壓氣體經(jīng)過高壓氣體配管42和高低壓氣體轉(zhuǎn)換閥單元44以及連接管45供給2段式脈沖管冷凍機4，經(jīng)過低壓氣體配管43和高低壓氣體轉(zhuǎn)換閥單元44回收到壓縮機41的低壓口。如圖9所示那樣，1段蓄冷器51和2段蓄冷器61分別由蓄冷器外管(不銹鋼管)56、66以及充填到其內(nèi)部的蓄冷材料57、67構成。
各段蓄冷器51、61的低溫端與各段冷卻臺架52、62連接，通過各段冷卻臺架52、62內(nèi)部的氣體流路58、68與各段的脈沖管53、63連通。各脈沖管53、63的高溫端通過連接管55、65與各段的相位調(diào)節(jié)部54、64連接。
各段的相位調(diào)節(jié)部54、64由緩沖槽和節(jié)流孔(orifice)以及周期性開閉的閥門等組合而構成。相位調(diào)節(jié)部54、64的動作，能最佳調(diào)節(jié)根據(jù)高低壓氣體轉(zhuǎn)換閥單元44實現(xiàn)的脈沖管53、63內(nèi)部的壓力變化與氣體位移的相位，得到充足的冷凍能力。
在本實施方案，1段蓄冷材料57由銅合金的金屬網(wǎng)(No.100～400網(wǎng)目)制作而成。
2段蓄冷器61是3層的疊層結構，對高溫側(cè)蓄冷材料67a以大約20％的體積比率充填顆粒狀的鉛(長短徑為0.1～1mm)、對中間蓄冷材料67b充填顆粒狀的HoCu2(長短徑為0.1～0.7mm)、對低溫側(cè)蓄冷材料67c充填顆粒狀的Gd2O2S(長短徑為0.1～0.7mm)。圖9中的69是蓄冷材料間壁。
冷凍機4的冷卻部如圖8所示那樣，被收容于真空容器46中，2段冷卻臺架62由熱防護罩47包圍。熱防護罩47是銅制的板狀的筒體，由1段冷卻臺架52冷卻到大約40K。在2段冷卻臺架62中安裝電器加熱器48，由其電輸入功率測定冷卻能力。在圖8中的49是殼體。
圖10表示2段蓄冷器61的低溫側(cè)蓄冷材料67c的Gd2O2S增加到0％～約50％(體積比率)、中間蓄冷材料67b的HoCu2相應減少到80％～30％(體積比率)的場合(高溫側(cè)蓄冷材料69a的鉛固定在體積比率20％)的4.2K的冷卻能力。能夠確認冷凍能力提高大約15％。
對于本實施方案，各段的冷卻材料57、67被直接充填到蓄冷器外管56、66，為了便于組裝和解體操作，如第1實施方案那樣，將蓄冷材料一旦充填到蓄冷器外筒(由樹脂或不銹鋼等熱傳導率較低的材料構成)后，作成筒形插入蓄冷器外管56、66也可以。
其次，與第2實施方案一樣，詳細說明適用于2段式脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第3實施方案。
本實施方案使用與第2實施方案同樣的2段式脈沖管冷凍機4。與第2實施方案的不同點在于2段蓄冷器61構成。本實施方案的2段蓄冷器61仍然是3層結構，但是對高溫層(67a)充填顆粒狀的鉛(體積比率50％、長短徑為0.1～1mm)、對中間層(67b)充填本發(fā)明那樣的顆粒狀的磁性材料Tb2O2S(體積比率30％、長短徑為0.1～0.7mm)、對低溫層(67c)充填顆粒狀的GdAlO3(體積比率20％、長短徑為0.1～0.6mm)。
GdAlO3的比熱的峰值在4K或以下，所以由此能夠進一步提高2～4K的冷凍能力。
其次，將適用于3段式脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第4實施方案示于圖11(冷凍機剖面圖)和圖12(各段蓄冷器剖面圖)。
本實施方案的3段式脈沖管冷凍機5與第2實施方案的脈沖管冷凍機4在本質(zhì)上是相同的，不同點在于2段蓄冷器61的端部還串聯(lián)連接第3段的蓄冷器71，該3段蓄冷器71的低溫端通過3段冷卻臺架72連接于3段脈沖管73的低溫端。3段蓄冷器71、3段冷卻臺架72、3段脈沖管73以及由連接管75連接的3段相位調(diào)節(jié)部74的構造，與第2實施方案敘述的1段以及2段的相應的結構相同。在圖12中，76是3段蓄冷器外管、77是3段蓄冷材料、78是3段冷卻部臺架72的內(nèi)氣體流路、79是蓄冷材料的間壁。
在本實施方案中，1段蓄冷材料57由不銹鋼的金屬網(wǎng)(No.100～400網(wǎng)目)制作而成。
2段蓄冷器61是2層的結構，對高溫側(cè)蓄冷材料67a以60％的體積比率充填顆粒狀的鉛、作為低溫側(cè)蓄冷材料67c以40％體積比率充填本發(fā)明那樣的彈丸狀的磁性材料(Gd0.1Tb0.9)2O2S。對3段蓄冷器71以100％體積比例充填在4K或以下具有比熱峰值的GdAlO3(彈丸狀)。由此，能夠進一步提高2～4K的冷凍能力。
并且，對于本實施方案，使用彈丸狀的(Gd0.1Tb0.9)2O2S和GdAlO3，被燒結的彈丸狀的材料與顆粒狀的材料相比，與不容易適應尺寸管理和蓄冷器的形狀變化相反，而具有能夠?qū)崿F(xiàn)更高充填率的優(yōu)點。
其次，將適用于并列型脈沖管冷凍機的本發(fā)明的第5實施方案示于圖13(冷凍機剖面圖)和圖14(低溫段蓄冷器剖面圖)。
并列型脈沖管冷凍機與各自獨立的多個1段或2段脈沖管冷凍機進行熱結合，形成高溫段和低溫段，發(fā)揮一臺多段式冷凍機的作用。本實施方案的并列型脈沖管冷凍機6，將兩個臺獨立的1段脈沖管冷凍機進行熱結合，形成高溫段冷卻臺架103和低溫段冷卻臺架113，發(fā)揮實質(zhì)上一臺2段式脈沖管冷凍機的作用。這樣的并列型冷凍機，由于高溫段和低溫段的氣體獨立地流動，因此一方的冷卻臺架的溫度和冷卻能力的變化不容易影響另外一方，所以能夠得到更加穩(wěn)定的冷卻系統(tǒng)。
在本實施方案中，高溫段冷卻臺架103冷卻熱防護罩86，同時也冷卻低溫段蓄冷器111的中間。由此，低溫段蓄冷器111的效率提高，結果低溫段能夠到達更低的溫度。并且，本實施方案的壓縮機81、82使用與上述實施方案不同的液壓缸(81a、82b)-活塞(81b、82b)型的壓縮機。由此，不必使用高低壓氣體轉(zhuǎn)換閥單元，能夠直接將高低壓力的振動送入脈沖管102和112。在圖13中，83和84是壓縮機的連接管、85是真空容器、100和110是殼體、101是高溫段蓄冷器、104和114是相位調(diào)節(jié)部、105和115是連接管。
本實施方案的低溫段蓄冷器111，如圖14所示那樣，具有3層疊層結構，對室溫的高溫側(cè)蓄冷材料117a充填銅合金的金屬網(wǎng)(網(wǎng)目No.100～400、體積比率50％)、對中間蓄冷材料117b充填顆粒狀的鉛合金(體積比率30％、長短徑0.1～1mm)、對低溫側(cè)蓄冷材料117c充填顆粒狀的Tb2O2S和Gd2O2S的混合材料(混合比率60％40％)(體積比率20％、長短徑0.1～0.7mm)。由此，對于低溫段冷卻臺架113在4～10K的溫度范圍能夠得到較大的冷卻能力。圖14中的116是低溫段蓄冷器外管、118是蓄冷材料的間壁、119是低溫段冷卻臺架113內(nèi)氣體流路。
此外，在本發(fā)明實施方案，高溫段和低溫段的脈沖管102和112分別使用各自的壓縮機81和82，但是為了簡化系統(tǒng)的結構，因此用一臺壓縮機同時對二根并列的脈沖管進行供氣和回收也可以。
另外，在本實施方案，使用Tb2O2S和Gd2O2S的混合材料，通過使用混合材料其表觀比熱峰值降低，但在更寬的溫度范圍能夠得到大的表觀比熱，結果是能夠減少疊層的層數(shù)。在疊層的層數(shù)過多的增加時，不僅增大蓄冷材料的間壁所占的空間，而且間壁倒塌導致冷凍性能的不穩(wěn)定性的可能性增大。通過使用混合材料能夠消除這些缺點。
其次，預冷段使用第1實施方案的2段式GM冷凍機1、作為其它的冷卻手段追加焦耳-湯姆遜(JT)冷卻回路8的本發(fā)明的第6實施方案示于圖15。
2段式GM冷凍機1與第1實施方案相同，省略其說明，在2段蓄冷器3的最低溫段以大約20％的體積比率充填本發(fā)明的蓄冷材料(Gd0.05Tb0.95)2O2S。
在追加的JT冷卻回路8中，氦氣從壓縮機120經(jīng)過高壓配管121，通過第1對流熱交換器128a、1段臺架熱交換器129a、第2對流熱交換器128b、2段臺架熱交換器129b、第3對流熱交換器128c的同時緩慢地被預冷。被預冷的氣體在通過JT閥125(最佳的開口度由調(diào)節(jié)手柄126調(diào)節(jié))時進行等焓膨脹而制冷，在通過熱交換器129c時從冷卻對象物127帶走熱量，將其冷卻。
并且，氣體一邊通過對流熱交換器128a、128b、128c，一邊不斷地冷卻相對進入的氣體，經(jīng)過低壓配管122被回收到壓縮機120中。
圖15的123是真空容器、124a和124b是熱防護罩。
在本實施方案，由于本發(fā)明的磁性材料，GM冷凍機1的冷凍能力提高約20％，因此增加流過JT冷卻回路8的氣體流量成為可能，結果使熱交換器129c中對冷卻對象物127的冷卻能力可以提高大約10～20％。
其次，同樣使用第1實施方案的2段式GM冷凍機的磁共振成像(MRI)裝置的第7實施方案示于圖16。
在本實施方案的MRI裝置9中，為了制作磁場空間138使用超導磁體135。該超導磁體135浸漬在液態(tài)氦氣134中，直到超導狀態(tài)而被冷卻。液態(tài)氦容器133的外部有熱防護罩132，再外側(cè)有真空容器131。液態(tài)氦從注入口136被注入，借助于液態(tài)氦容器133內(nèi)部設置的冷凝部137，氣化的氦再次返回到液態(tài)，在長期不補充氦的情況下就可能運轉(zhuǎn)。
冷凝部137與GM冷凍機1的2段冷卻臺架37進行熱結合，能連續(xù)地供冷。由于GM冷凍機1的1段冷卻臺架27、熱防護罩132被冷卻。
在本實施方案，GM冷凍機1的冷凍能力由于本發(fā)明的磁性材料可提高大約20％，因此能夠高效率地進行液態(tài)氦134的再冷凝，氦氣的蒸發(fā)量也可能對應更大的MRI裝置。
此外，在本實施方案中，將冷凍機用于液態(tài)氦134的再冷凝，但是不用液態(tài)氦而冷凍機1直接通過熱傳導冷卻超導磁體135那樣的構成也可以。而且，追加一個熱防護罩、1段冷卻臺架27和2段冷卻臺架37分別冷卻一個熱防護罩而作成所謂的防護罩冷卻型也可以。
此外，在上述實施方案中，磁性材料的一般式為RxO2S或(R1-yR′y)xO2S(R、R′為稀土類元素)，但磁性材料的種類并不限于此，例如使用不含氧O2的磁性材料也可以。
上述磁性材料既可以單獨使用，也可以與其它磁性材料混合使用。并且，也可以將至少二種上述磁性材料混合使用。
此外，上述磁性材料例如能夠加工成顆粒狀(0.01mm～3mm)充填到蓄冷器中。在作為顆粒狀的場合，容易適應蓄冷器的形狀變更，蓄冷器的尺寸管理容易、使用方便。或者燒結和加工成塊狀、彈丸狀或片狀后充填也可以。在這種場合，通過調(diào)整形狀能夠提高蓄冷材料的充填率。
在此，蓄冷型冷凍機的工作流體可以是4He、3He、它們的混合氣體或其它流體。
在上述實施方案中，本發(fā)明適用GM循環(huán)冷凍機、脈沖管冷凍機、焦耳-湯姆遜冷凍機，但是本發(fā)明的適用對象不僅限于此，已經(jīng)清楚表明，斯特靈循環(huán)冷凍機、比爾梅爾循環(huán)冷凍機、索爾維循環(huán)冷凍機、以及埃里克森循環(huán)冷凍機等其它蓄冷型極低溫冷凍機也能夠適用。
并且，在預冷段使用本發(fā)明的蓄冷型極低溫冷凍機的冷凍系統(tǒng)，不限于第6實施方案的焦耳-湯姆遜冷凍機，已經(jīng)清楚表明，3He-4He稀釋冷凍機、絕熱消磁冷凍系統(tǒng)、磁力冷凍機、吸附式冷凍系統(tǒng)等其它冷凍系統(tǒng)也同樣能夠適用。
而且，本發(fā)明除了冷卻系統(tǒng)以外，使用上述蓄冷型極低溫冷凍機的流體4He、流體3He或它們的混合液、超流動4He、超流動3He等制冷劑生成裝置和制冷劑再冷凝裝置也同樣適用。
并且，MRI裝置、NMR裝置、冷凍機傳導冷卻超導磁體、拉制單晶裝置、磁力分離裝置、SMES裝置、物性測定裝置等超導磁體裝置也同樣適用。
并且，SQUID裝置、SIS元件、X射線衍射裝置、電子顯微鏡、電壓標準裝置等超導元件冷卻裝置也同樣適用。
而且，低溫泵、低溫面板、樣品冷卻系統(tǒng)、物性測定裝置、低溫熱防護罩、紅外線觀測裝置等低溫裝置也同樣適用。
另外，X射線觀測裝置、紅外線觀測裝置、電波觀測裝置、宇宙射線觀測裝置等空間技術領域的冷卻裝置也同樣適用。
根據(jù)本發(fā)明，作為蓄冷材料，與以往的金屬系磁性蓄冷材料相比，由于使用了4～10K的溫度范圍的具有大比熱的磁性材料，因此提高了與氦氣等工作氣體的熱交換效率、并提高了冷凍能力。
權利要求
1.一種極低溫蓄冷器，其特征在于作為蓄冷材料使用含有稀土類元素和硫磺之中的至少一種的磁性材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料含有氧。
3.根據(jù)權利要求2所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料使用了以一般式RxO2S或(R1-yR′y)xO2S(R、R′至少一種為稀土元素，0.1≤x≤9、0≤y≤1)表示的磁性材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述元素R和R′是釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm或鐿Yb。
5.根據(jù)權利要求1～4任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料還含有添加物。
6.根據(jù)權利要求5所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述添加物是鋯Zr和/或鋁Al。
7.根據(jù)權利要求1～6任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于其混合使用至少一種的所述磁性材料與其它磁性材料。
8.根據(jù)權利要求1～6任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于其混合使用至少二種所述磁性材料。
9.根據(jù)權利要求1～8任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于至少一種的所述磁性材料加工成顆粒狀，并充填至蓄冷器。
10.根據(jù)權利要求9所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述顆粒狀的磁性材料的表面加工成用薄膜包覆，并充填至蓄冷器。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述顆粒狀的尺寸為0.01～3mm。
12.根據(jù)權利要求1～8任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于將至少一種的所述磁性材料燒結并加工成為塊狀、彈丸狀或片狀，并充填至所述蓄冷器。
13.根據(jù)權利要求1～12任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料以疊層狀充填至蓄冷器。
14.根據(jù)權利要求1～13任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料被充填到蓄冷器的最低溫層。
15.根據(jù)權利要求1～13任何一項所述的極低溫蓄冷器，其特征在于所述磁性材料用于比蓄冷器的最低溫層溫度高的層中，且在比其溫度低的層中使用了4K左右或以下的具有較大比熱的其它磁性材料。
16.一種蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于其使用了權利要求1～15任何一項所述的極低溫蓄冷器。
17.權利要求16所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于所述蓄冷器用于最低溫冷卻段。
18.權利要求16所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于所述蓄冷器用于中間冷卻段，在最終冷卻段蓄冷器使用在4K左右或以下的具有較大比熱的其它磁性材料。
19.根據(jù)權利要求16～18任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于將所述蓄冷器用于并列型蓄冷式極低溫冷凍機的低溫側(cè)冷卻段。
20.根據(jù)權利要求16～19任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以4He作為工作流體。
21.根據(jù)權利要求16～19任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以3He作為工作流體。
22.根據(jù)權利要求16～19任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機，其特征在于以4He和3He的混合氣體作為工作流體。
23.一種冷凍系統(tǒng)，其特征在于其具有使用了權利要求16～22任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機的預冷段、以及至少一種的其它的冷卻手段。
24.一種制冷劑生成裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
25.一種制冷劑再冷凝裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
26.一種超導磁體裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
27.一種磁共振成像裝置，其特征在于其使用了權利要求26所述的超導磁體裝置。
28.一種超導元件冷卻裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
29.一種低溫面板以及低溫熱防護罩裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
30.一種低溫泵，其特征在于其使用了權利要求29所述的低溫面板。
31.一種空間技術領域的冷卻裝置，其特征在于其使用了權利要求16～23任何一項所述的蓄冷式極低溫冷凍機。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種蓄冷器，與以往的金屬系磁性蓄冷材料相比，可提高3～10K的冷凍能力；作為蓄冷材料，使用了含有稀土類元素和硫磺之中的至少一種的磁性材料。
文檔編號F25B9/14GK1643310SQ0380670
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權日2002年3月22日
發(fā)明者李 瑞, 沼澤健則 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社, 獨立行政法人物質(zhì)·材料研究機構