專利名稱：：蓄冷材料、蓄冷器以及極低溫蓄冷式冷凍機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及蓄冷材料、蓄冷器以及極低溫蓄冷式冷凍^1，特別涉及下述的蓄冷材料、蓄冷器、極低溫蓄冷式冷凍機(jī)，以及使用了冷凍機(jī)的冷凍系統(tǒng)、超導(dǎo)磁鐵、核磁共振成像(MRI)裝置、低溫泵、制冷劑精制裝置、超導(dǎo)元件冷卻裝置等，其中蓄冷材料采用的是新型蓄冷材料，從而使冷凍能力得以提高，它適用于GM(Gifford-McMahon)循環(huán)冷凍機(jī)、斯特林(Stirling)循環(huán)冷凍機(jī)、脈沖管冷凍機(jī)、Vuilleumier循環(huán)冷凍機(jī)、索爾維(SoWay)循環(huán)冷凍機(jī)，或者適用于在予冷段使用冷凍機(jī)的冷凍系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
：目前，作為在極低溫區(qū)域廣泛使用的冷凍機(jī)之一，有蓄冷式冷凍機(jī)。它具有被稱為蓄冷器的蓄熱型的熱交換容器。該蓄冷器在其容器內(nèi)部?jī)?nèi)藏著被稱為蓄冷材料的熱交換材料。作為蓄冷材料，一般使用在目標(biāo)溫度下具有較大比熱的材料。冷凍機(jī)由于可以實(shí)現(xiàn)從室溫到4K的廣域溫度，所以在其整個(gè)區(qū)域，必須選擇具有盡可能大的比熱的材料。比熱隨著材料的不同，其溫度依存性具有較大的差異，沒有一種材料可以應(yīng)對(duì)整個(gè)溫度區(qū)域。為此，根據(jù)溫度來組合使用最適合的材料。通常，從室溫到50K左右，使用金屬網(wǎng)狀的銅或不銹鋼，在其以下的溫度使用球狀的鉛。鉛在50K以下的低溫度區(qū)域，具有比其它的材料高的比熱和某種程度的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且價(jià)格也便宜，所以得到了廣泛的應(yīng)用(例如，參照特開平3—99162號(hào)公報(bào))。但是，從對(duì)于環(huán)境的影響出發(fā)，在歐洲正在研究從2006年起，實(shí)施禁止在電氣產(chǎn)品中使用的指令。在電氣產(chǎn)品的焊錫中使用鉛，廢棄后，因放置于戶外而污染環(huán)境，人們強(qiáng)烈要求對(duì)此采取措施。限制的內(nèi)容就是除一部分軍事用途、宇宙用途以外，要從幾乎所有的電氣產(chǎn)品中排除鉛。在限制對(duì)象產(chǎn)品之中，也包括醫(yī)療設(shè)備，就目前而言，MRI裝置的冷凍機(jī)所使用的鉛是否成為限制對(duì)象還不明確，但在禁止的情況下，其影響很大，必須事先確保某些對(duì)應(yīng)措施。作為替代鉛的蓄冷材料，在特開2004—225920號(hào)公報(bào)中舉出了銦和鉍以及進(jìn)一步添加的第3種材料的合金。銦由于在50K以下的溫度具有次于鉛的比熱，所以就設(shè)想有效利用它的特性。但是，由于銦是非常軟的金屬，所以不能直接使用它作為蓄冷材料，而是制作成與鉍和其它金屬的合金，由此提高到蓄冷材料所要求的硬度，但盡管如此，在利用它作為蓄冷材料方面是不夠充分的。另外，銦的價(jià)格約為鉛的3倍，作為蓄冷材料來使用，存在價(jià)格過高的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為了解決上述以前的問題而完成的，其課題在于提供一種毒性低、容易球狀化、使用時(shí)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格便宜、用于冷凍機(jī)時(shí)具有優(yōu)良的熱性質(zhì)的蓄冷材料。本發(fā)明就是通過一種蓄冷材料來解決上述課題的，該蓄冷材料的特征在于其包括由鉍或鉍和銻的合金制成的顆粒體，其中粒子直徑為0.14mm1.6mm的顆粒體相對(duì)于全部顆粒體的比率為70重量％以上，且長(zhǎng)徑對(duì)短徑之比為5以下的顆粒體相對(duì)于全部顆粒體的比率為70重量％以上。另外，所述顆粒體的表面粗糙度按最大高度Rmax基準(zhǔn)設(shè)定為100ym以下。本發(fā)明還通過一種蓄冷材料來解決上述課題，該蓄冷材料的特征在于其包括由鉍或鉍和銻的合金制成的顆粒體，其中顆粒體的表面粗糙度按最大高度Rmax基準(zhǔn)計(jì)為100nm以下。另外，使所述顆粒體的組織至少在一部分中含有非晶質(zhì)相。另外，所述顆粒體中的、具有長(zhǎng)度為10ixm以上的微小缺陷的粒子相對(duì)于全部粒子的比率設(shè)定為30重量％以下。另外，使所述顆粒體的表面不因氧化而變色。另外，是將所述鉍或鉍和銻的合金粒子燒結(jié)并加工成塊狀、圓片狀或板狀而成的。另外，本發(fā)明還通過一種網(wǎng)狀蓄冷材料來解決上述課題，該蓄冷材料的特征在于將鉍或鉍和銻的合金制作成網(wǎng)孔從0.01mm到lmm的網(wǎng)狀。另外，本發(fā)明還通過一種網(wǎng)狀蓄冷材料來解決上述課題，該蓄冷材料的特征在于在網(wǎng)孔從O.Olmm到lmm的金屬網(wǎng)表面涂布或鍍覆鉍或鉍和銻的合金。另外，本發(fā)明還提供一種蓄冷器，其特征在于填充有所述蓄冷材料。另外，還提供一種蓄冷器，其特征在于其設(shè)計(jì)為由所述蓄冷材料和磁性蓄冷材料構(gòu)成的2層以上的層疊結(jié)構(gòu)。另外，所述磁性蓄冷材料設(shè)定為HoCu2;HoCu2和Gd202S，或GAP(GdA103);Er3Ni或Er3Co;或Er3Ni或Er3Co和Gd202S或GAP(GdA103)。另外，本發(fā)明還提供一種極低溫蓄冷式冷凍機(jī)，其特征在于具有所述蓄冷器。另外，是在最低溫冷卻段使用所述蓄冷器?；蛘?，是在中間冷卻段使用所述蓄冷器，在最后冷卻段蓄冷器中使用在4K以下具有大的比熱的其它磁性材料。另外，本發(fā)明提供一種冷凍系統(tǒng)，其特征在于具有使用了所述冷凍機(jī)的予冷段和至少一個(gè)其它的冷卻機(jī)構(gòu)。另外，還提供超導(dǎo)磁鐵、MRI裝置、低溫泵、制冷劑精制裝置、或超導(dǎo)元件冷卻裝置等，其特征在于具有所述冷凍機(jī)或冷凍系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，由于使用鉍或鉍和銻的合金作為蓄冷材料，所以施加給環(huán)境的負(fù)荷比較低。另外，滿足了作為蓄冷材料所要求的條件，如容易球狀化、使用時(shí)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格便宜、用于冷凍機(jī)時(shí)具有優(yōu)良的熱性質(zhì)等。圖1是示意表示本發(fā)明的第1實(shí)施方案的極低溫冷凍機(jī)之概要的說明圖。圖2是表示鉍尺寸和4.2K的冷凍能力之間的關(guān)系的實(shí)例的曲線圖。圖3是表示構(gòu)成蓄冷材料之材料的體積比熱的曲線圖。圖4是比較表示(A)以前的鉛蓄冷器和(B)本發(fā)明的鉍蓄冷器之構(gòu)成的2段蓄冷器的要部剖面圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例1在無負(fù)荷時(shí)的最低溫度對(duì)轉(zhuǎn)速的依存性的曲線圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例1在1段無負(fù)荷時(shí)的2段冷凍能力對(duì)轉(zhuǎn)速的依存性的曲線圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例1在60rpm時(shí)的冷凍能力的曲線圖。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例1在1段施加負(fù)荷時(shí)于4.2K下的2段冷凍能力對(duì)1段溫度的依存性的曲線圖。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例1以鉍的條件為參數(shù)、在4.2K下的2段冷凍能力對(duì)1段溫度的依存性的曲線圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例1在4.2K下的2段冷凍能力對(duì)鉍粒子直徑的依存性的曲線圖。圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的1段冷凍能力對(duì)鉍粒子直徑的依存性的曲線圖。圖12是表示在實(shí)施例2中比較的2段蓄冷器的要部構(gòu)成的剖面圖。圖13是比較表示實(shí)施例2的因蓄冷器構(gòu)成不同而引起的冷凍能力不同的曲線圖。圖14是在實(shí)施例2中比較表示2段冷凍能力的曲線圖。圖15是在實(shí)施例2中比較表示1段冷凍能力的曲線圖。圖16是表示將本發(fā)明的冷凍機(jī)應(yīng)用于MRI裝置的第2實(shí)施方案的整體構(gòu)成的示意剖面圖。具體實(shí)施方式下面參照附圖，就本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖l示意表示了本發(fā)明第l實(shí)施方案的蓄冷型極低溫冷凍機(jī)的概要。該冷凍機(jī)將本發(fā)明應(yīng)用于2段式GM冷凍機(jī)。本實(shí)施方案的冷凍機(jī)l如圖所示，高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)ll經(jīng)過高壓氣體配管12和高壓閥13而進(jìn)行供給，且經(jīng)過低壓閥14和低壓氣體配管15作為低壓氣體進(jìn)行回收。該冷凍機(jī)1在1段汽缸2和2段汽缸3中分別收納著1段蓄冷器21和2段蓄冷器31，兩蓄冷器21、31由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)16驅(qū)動(dòng)，在上下方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此使各冷卻容器的下端側(cè)得以冷卻。在上述1段蓄冷器21和2段蓄冷器31中，分別填充著1段蓄冷材料22和2段蓄冷材料32。l段蓄冷材料22例如是通過層疊970片銅制的網(wǎng)格150的金屬網(wǎng)而形成的。2段蓄冷器(移氣活塞displacer)31如圖所示，其2段蓄冷材料32是按體積比以大致同樣數(shù)量的位置被分隔的上下2層的層疊構(gòu)造，第2層的低溫側(cè)的蓄冷材料32B填充顆粒狀的HoCu2,第l層的高溫側(cè)的蓄冷材料32A填充粉碎塊狀而得到的Bi(鉍)或球狀的Bi。本實(shí)施方案的冷凍機(jī)l的冷卻部，由分別收納在一體化連續(xù)形成的上述1段汽缸2和2段汽缸3中的1段冷卻容器21和2段冷卻容器31構(gòu)成，1段汽缸的下端(低溫端)的1段冷卻平臺(tái)23冷卻到大約40K，2段汽缸的下端的2段冷卻平臺(tái)33例如冷卻到7K以下。另夕卜，在1段冷卻平臺(tái)23和2段冷卻平臺(tái)33中分別安裝著電加熱器(未圖示)，可以通過電力輸入而施加熱負(fù)荷，從而可以測(cè)量各平臺(tái)的冷凍能力。此外，在圖1中，24表示1段蓄冷器21的氣體通道，25表示用于使1段蓄冷器21與1段汽缸2之間保持氣密狀態(tài)的密封墊，26表示1段膨脹空間，34表示2段蓄冷器的氣體通道，36表示2段膨脹空間，移氣活塞的沖程是25mm。其中，2段蓄冷器31和2段汽缸3之間的密封墊被省略了。在本實(shí)施例中，作為高溫側(cè)的蓄冷材料32A而填充的顆粒狀的鉍例如可以設(shè)定為99.99%的純度，其粒子直徑為0.141.6mm，優(yōu)選為0.151.4mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.221.3mm。鉍尺寸(粒子直徑)和4.2K下的冷凍能力之間的關(guān)系的實(shí)例如圖2所示。在粒子直徑不足0.14mm的情況下，往蓄冷器填充時(shí)的密度變得過高，作為冷卻介質(zhì)的He氣體的通過阻力就會(huì)急劇增加。另外，在粒子直徑超過1.6mm的情況下，顆粒體和冷卻介質(zhì)之間的熱交換效率有可能顯著降低。另外，本實(shí)施方案的鉍制蓄冷材料的最大直徑與最小直徑之比(縱橫尺寸比)在任意3維方向上為5以下，優(yōu)選為3以下，更優(yōu)選為2以下，進(jìn)一步優(yōu)選為盡可能接近球形。在縱橫尺寸比超過5的情況下，由于變得更容易引起機(jī)械的變形破壞，同時(shí)高密度填充也變得困難，因而導(dǎo)致冷卻效率的降低。此外，在使用以下所示的本實(shí)施方案的冷凍能力為1W的4.2K冷凍機(jī)的實(shí)驗(yàn)中，鉍制蓄冷材料使用純度為99.99%以上、粒子直徑為0.30.5mm、縱橫尺寸比為5以下的顆粒狀物質(zhì)，只要沒有特別的限制，通過馬達(dá)16進(jìn)行的運(yùn)行周期為60rpm，移氣活塞的沖程為30mm。首先，圖3比較表示了本發(fā)明作為蓄冷材料的基材加以使用的鉍與其它作為蓄冷材料加以使用的材料在低溫區(qū)域的體積比熱特性。鉍Bi一般認(rèn)為也是可以用于化妝品的材料，所以安全性高，也不用擔(dān)心環(huán)境污染，而且價(jià)格便宜。一般地說，作為蓄冷材料，要求在目標(biāo)的極低溫區(qū)域具有大的體積比熱，但在圖3可以看到的范圍內(nèi)，鉍不及鉛Pb。不過，在5K以上的區(qū)域，具有與作為磁性蓄冷材料的HoCu2大致一致的特征。在圖中，GOS是Gd202S的簡(jiǎn)稱。實(shí)施例1在實(shí)施例l中評(píng)價(jià)的蓄冷材料的硬度測(cè)量結(jié)果如表l所示。表1材料名稱HoCu2鉛鉍A組B組維式硬度32711.812.2，11.911.3，11.6在維式硬度方面，鉍球可以說與鉛是同等的。表面呈黒色的B組的硬度比表面呈金色的A組要低，但是有可能是表面氧化的影響。另外，關(guān)于強(qiáng)度，對(duì)壓縮強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果表明，因壓縮而引起的變形是鉍比鉛小，也沒有觀察到材料的破裂。由此可知，鉍具有與鉛同等的強(qiáng)度。其次，將鉛和鉍填充于2段蓄冷器31中而比較了冷凍能力。蓄冷器的構(gòu)成如圖4所示。鉛和鉍都使用0.40.5mm的粒子直徑。所使用的鉍是從表面沒有氧化的球狀粉末中篩選出來的。雖然鉛和鉍的填充量不同，但在這里使填充體積均勻一致來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最低溫度對(duì)轉(zhuǎn)速的依存性如圖5所示。2段溫度T2幾乎沒有差別，但1段溫度T在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)域使用鉍(A符號(hào))的比鉛(O符號(hào))低2K左右。l段無負(fù)荷時(shí)的2段冷凍能力對(duì)轉(zhuǎn)速的依存性如圖6所示。在進(jìn)行試驗(yàn)的任何轉(zhuǎn)速下，鉍(A符號(hào))的情況表現(xiàn)出比鉛(O符號(hào))更高的冷凍能力。最高的冷凍能力在48rpm得到。60rpm時(shí)的冷凍能力曲線圖如圖7所示。正如圖5所示的那樣，l段溫度是鉍比鉛的情況要低。由其結(jié)果可知在l段施加負(fù)荷的情況下，鉍(A符號(hào))也表現(xiàn)出比鉛(〇符號(hào))更低的溫度。在1段施加負(fù)荷時(shí)的2段冷凍能力的比較如圖8所示。在任何l段溫度下，鉍(A符號(hào))表現(xiàn)出比鉛(O符號(hào))更高的冷凍能力。l段溫度越高，其差值越大，在45K附近，在4.2&下的2段冷凍能力方面表現(xiàn)出大約10°/。的較大的差別。其次，評(píng)價(jià)了因表面狀態(tài)和粒子直徑的不同而產(chǎn)生的冷凍能力的差異。鉍球是用大小0.1mm分度進(jìn)行篩選。評(píng)價(jià)的分類如表2所示。此外，在低溫側(cè)，與圖4(B)—樣，填充了HoCii2ll0g+GOS93.7g。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖9表示以鉍的條件為參數(shù)的2段冷凍能力對(duì)1段溫度的依存性。實(shí)心符號(hào)對(duì)應(yīng)于B組，空心符號(hào)與A組相對(duì)應(yīng)。與因同一組內(nèi)粒子直徑的不同所引起的差異相比，不同組之間的差異更大。還知道特別是在l段溫度T,高于40K的范圍內(nèi)，不同組之間的差異變得更大。因鉍的粒子直徑不同產(chǎn)生的2段冷凍能力的差異如圖10所示。以5K分度描繪了1段溫度T,從25K到45K。實(shí)心符號(hào)與B組相對(duì)應(yīng)，空心符號(hào)與A組相對(duì)應(yīng)。不同組之間可以進(jìn)行比較的有粒子直徑為0.4—0.5mm的情況，但可以知道的是，l段溫度越高，其差異越大。與此相對(duì)照，可以看到因同一組內(nèi)的粒子直徑不同所引起的冷凍能力的差異較少。l段冷凍能力的情況如圖ll所示，但可以看到它們實(shí)際上也沒有不同組之間的差異。這與鉛的情況表現(xiàn)出來的明顯的對(duì)粒子直徑的依存性形成了鮮明的對(duì)照。根據(jù)這些結(jié)果，可以認(rèn)為在評(píng)價(jià)的范圍內(nèi)，不存在鉍的粒子直徑對(duì)冷凍能力產(chǎn)生的影響。如果在可靠性等方面沒有問題，則擴(kuò)大使用的粒子直徑范圍，就可以使買進(jìn)單價(jià)更便宜。另一方面，表面的氧化狀態(tài)有可能對(duì)冷凍機(jī)性能產(chǎn)生影響，表3表示了因表面氧化狀態(tài)不同引起的4.2&下的冷凍能力的差異的研究結(jié)果。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>作為代替鉛的蓄冷材料，對(duì)鉍進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果，表明作為4K冷凍機(jī)使用，鉍比鉛顯示出更優(yōu)良的性能。關(guān)于材料的價(jià)格，由于可以更廣泛地獲取到粒子直徑，所以有可能比鉛更便宜。然而，當(dāng)表面發(fā)生氧化時(shí)，存在性能下降的可能性。在實(shí)際利用時(shí)，不僅冷凍能力，材料強(qiáng)度也很重要，但是，在硬度試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)中，鉍表現(xiàn)出具有在鉛之上的硬度和強(qiáng)度。如上所述，鉍具有可以充分地用于替代鉛的可能性。實(shí)施例2其次，評(píng)價(jià)了基于冷凍能力為0.5W的4.2K機(jī)在10K以上的溫度區(qū)域的鉍特性。在此之前，就著眼于4K區(qū)域的鉍的效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了敘述。但作為GM冷凍機(jī)的用途，除4K以外也有低溫泵等10K以上的區(qū)域。在該溫度區(qū)域，以前全部都是使用鉛作為蓄冷材料。當(dāng)將鉛全部替換為鉍時(shí)，則獲得的結(jié)果是，在10K以上的溫度區(qū)域，冷凍能力降低30%以上。因此，在無鉛成為不可缺少的情況下，由于冷凍能力不足，也會(huì)產(chǎn)生將鉛全部置換為鉍不能解決問題的情況。于是，進(jìn)行了利用鉍、以便找到實(shí)現(xiàn)與鉛同等的冷凍能力的對(duì)策的實(shí)驗(yàn)。作為對(duì)策之一，可考慮鉍與其它蓄冷材料的復(fù)合化。于是，從此前嘗試過的蓄冷材料之中，選擇了在15K左右具有優(yōu)良的比熱特性的材料來進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先，評(píng)價(jià)了在4K使用的HoQi2和在15K具有比熱峰值的Ero.7Ho(uNi。如圖3所示，Ero.7Hoo.3M在15K附近具有較大的比熱峰值。GOS由于在15K附近的達(dá)到比熱峰值的溫度以上，其比熱極度下降，所以不作為評(píng)價(jià)的對(duì)象。使用的冷凍機(jī)是冷凍能力為0.5\￥的4.21<:機(jī)，汽缸尺寸是l段內(nèi)徑為52mm、長(zhǎng)度為191.5mm、2段內(nèi)徑為25mm、長(zhǎng)度為165mm。另外，沖程為25mm、填充壓力為19kgf/cm2G、移氣活塞馬達(dá)轉(zhuǎn)速為60rpm。1段蓄冷器填充卯0片150網(wǎng)眼的銅網(wǎng)。壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為50Hz。在本實(shí)施例中進(jìn)行比較的蓄冷器的構(gòu)成如圖12所示，因蓄冷器構(gòu)成的不同所引起的冷凍能力的差異如圖13所示。2段的最低到達(dá)溫度在只填充HoOi2的情況下為4K以下。最低的溫度是蓄冷器2的情況，為2.78K，與全部由鉍構(gòu)成的蓄冷器3的情況下的6.14K有較大差距。另一方面，l段在全部由鉍組成的蓄冷器3的情況下，可以達(dá)到最低的溫度。為了比較冷凍能力，從冷凍能力曲線圖中采用內(nèi)插法，求出2段溫度10K、15K、20K和1段溫度50K、60K、70K時(shí)的冷凍能力并進(jìn)行了比較。圖14為2段能力，圖15為1段能力。圖14所示的2段能力全部是鉍(蓄冷器3)的情況，與鉛(蓄冷器1)相比有所降低，但通過將鉍的低溫側(cè)的1/4用HoCu2(蓄冷器5)或Er<).7H0().3Ni(蓄冷器6)置換，可知又恢復(fù)到與鉛幾乎同等的水平。另一方面，圖15所示的1段冷凍能力由于鉍而得以提高。也就是說，在全部為鉍(蓄冷器3)的情況下，當(dāng)2段溫度T2在10K附近的低溫時(shí)，l段冷凍能力的數(shù)值特別大。但是，2段溫度對(duì)1段冷凍能力產(chǎn)生的效果較大，當(dāng)高達(dá)20K時(shí)，l段冷凍能力與復(fù)合蓄冷器的情況與其說是同等，倒不如說是變差了。綜合地看，作為替代鉛的蓄冷機(jī)構(gòu)成，鉍和HoQi2的組合是優(yōu)選的。如上所述，本實(shí)施方案的由鉍構(gòu)成的蓄冷材料，不僅與鉛相比在環(huán)境友好這方面優(yōu)良，而且例如通過在并用H0CU2、Gd202S等磁性蓄冷材料與其它種類的蓄冷材料等方面下功夫，可以用作性能在以前的鉛之上的蓄冷材料。另外，作為與HoQi2—起并用的磁性蓄冷材料，并不限于上述的Gd202S，還可以列舉出GAP(GdA103)、用通式R"2S或(R,—yR，y)X02S(R、R，為至少一種的稀土類元素，0.1《x《9，0《y《l)表示的材料。此時(shí)，元素R和R，可以是釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、軋Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、或鐿Yb。另夕卜，也可以使用Er3Co代替Ei"3Ni。另外，在以上的實(shí)施方案中，表示了蓄冷材料由單獨(dú)鉍的顆粒狀(粉末體)構(gòu)成的情況，但是作為本發(fā)明的蓄冷材料，并不限于單獨(dú)的鉍，也可以是以鉍為主要成分的合金。作為合金成分有銻(Sb)，例如可以使其含量達(dá)到約510%，通過制作成這樣的合金也有提高硬度的優(yōu)點(diǎn)。另外，由鉍或以鉍為主要成分的合金構(gòu)成的顆粒狀蓄冷材料既可以通過熔化金屬驟冷法來制作，其使用旋轉(zhuǎn)圓板、輥?zhàn)雍托D(zhuǎn)噴嘴等，在粒狀化的同時(shí)對(duì)熔化金屬進(jìn)行驟冷；也可以用等離子體噴射法或氣體霧化法等任意的方法進(jìn)行制作。其次，使用了上述第1實(shí)施方案的2段式GM冷凍機(jī)的MRI裝置即本發(fā)明的第2實(shí)施方案如圖16所示。在本實(shí)施方案的MRI裝置4中，為產(chǎn)生磁場(chǎng)空間48，使用了超導(dǎo)磁鐵45。該超導(dǎo)磁鐵45浸漬在液體氦44中，冷卻到超導(dǎo)狀態(tài)。在液體氦容器43的外部有熱屏蔽42，進(jìn)一步在外側(cè)有真空容器41。液體氦從注入口46注入，但借助于在液體氦容器43內(nèi)設(shè)立的凝結(jié)部47，氣化的氦再次被液化，從而可以長(zhǎng)期間無補(bǔ)給氦地運(yùn)行。凝結(jié)部47與GM冷凍機(jī)1的2段冷卻平臺(tái)33進(jìn)行熱耦合，可以連續(xù)地供給冷量。通過GM冷凍機(jī)1的1段冷卻平臺(tái)23，熱屏蔽42得以冷卻。在本實(shí)施方案中，GM冷凍機(jī)1的冷凍能力通過本發(fā)明的蓄冷材料而得以提高，所以能夠更加有效地進(jìn)行液體氦44的再凝結(jié)，氦的蒸發(fā)量也就可以應(yīng)對(duì)更大的MRI裝置。此外，在本實(shí)施方案中，將冷凍機(jī)1用于液體氦44的再凝結(jié)，但是，也可以采用如下的結(jié)構(gòu)不用液體氦，而是直接用冷凍機(jī)l以熱傳導(dǎo)的方式對(duì)超導(dǎo)磁鐵45進(jìn)行冷卻。另外，也可以追加熱屏蔽，使其成為l段冷卻平臺(tái)23和2段冷卻平臺(tái)33分別冷卻其它的熱屏蔽的所謂屏蔽冷卻型。在以上的實(shí)施方案中，本發(fā)明可以應(yīng)用于GM循環(huán)冷凍機(jī)，但是，本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象并不局限于此，很明顯，也可以應(yīng)用于脈沖管冷凍機(jī)、焦耳'湯姆遜冷凍機(jī)、斯特林循環(huán)冷凍機(jī)、Vuilleumier循環(huán)冷凍機(jī)、索爾維循環(huán)冷凍機(jī)等其它的蓄冷型極低溫冷凍機(jī)。另外，作為使用了本發(fā)明的蓄冷型極低溫冷凍機(jī)的系統(tǒng)，并不限于上述第2實(shí)施方案的MRI裝置，很明顯，也同樣地適用于NMR裝置、超導(dǎo)磁鐵裝置、低溫泵、約瑟夫森(Josephson)電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置、制冷劑精制裝置、超導(dǎo)元件冷卻裝置、氦再凝結(jié)裝置等。另外，蓄冷材料的形狀也并不局限于顆粒體，也可以在燒結(jié)并加工成塊狀、圓片狀或板狀之后，填充在蓄冷器中。或者，也可以將蓄冷材料制作成網(wǎng)孔為0.01mm到lmm的網(wǎng)狀，或者將蓄冷材料涂布或鍍覆在網(wǎng)孔為0.01mm至(Jlmm的金屬網(wǎng)表面來形成。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種由環(huán)境友好的材料構(gòu)成的具有優(yōu)良性能的極低溫蓄冷材料，另外，還可以提供一種填充了該蓄冷材料的極低溫蓄冷器，進(jìn)而提供一種具有該蓄冷器的極低溫冷凍機(jī)，進(jìn)一步也可以提供使用該冷凍機(jī)的各種系統(tǒng)。權(quán)利要求1、一種蓄冷材料，其特征在于其包括由鉍或鉍和銻的合金制成的顆粒體，其中粒子直徑為0.14mm1.6mm的顆粒體相對(duì)于全部顆粒體的比率為70重量％以上，且長(zhǎng)徑對(duì)短徑之比為5以下的顆粒體相對(duì)于全部顆粒體的比率為70重量％以上。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄冷材料，其特征在于所述顆粒體的表面粗糙度按最大高度Rmax基準(zhǔn)計(jì)為100Pm以下。3、一種蓄冷材料，其特征在于其包括由鉍或鉍和銻的合金制成的顆粒體，其中顆粒體的表面粗糙度按最大高度Rmax基準(zhǔn)計(jì)為100ym以下。4、根據(jù)權(quán)利要求13的任一項(xiàng)所述的蓄冷材料，其特征在于所述顆粒體的組織至少在一部分中含有非晶質(zhì)相。5、根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的蓄冷材料，其特征在于所述顆粒體中的、具有長(zhǎng)度為10nm以上的微小缺陷的粒子相對(duì)于全部粒子的比率為30重量％以下。6、根據(jù)權(quán)利要求13的任一項(xiàng)所述的蓄冷材料，其特征在于所述顆粒體的表面不因氧化而變色。7、根據(jù)權(quán)利要求16的任一項(xiàng)所述的蓄冷材料，其特征在于-所述鉍或鉍和銻的合金粒子被燒結(jié)并加工成塊狀、圓片狀或板狀。8、一種網(wǎng)狀蓄冷材料，其特征在于將鉍或鉍和銻的合金制作成網(wǎng)孔從O.Olmm到lmm的網(wǎng)狀。9、一種網(wǎng)狀蓄冷材料，其特征在于在網(wǎng)孔從O.Olmm到lmm的金屬網(wǎng)表面涂布或鍍覆鉍或鉍和銻的合金。10、一種蓄冷器，其特征在于填充有權(quán)利要求項(xiàng)19的任一項(xiàng)所述的蓄冷材料。11、一種蓄冷器，其特征在于其被設(shè)計(jì)為由權(quán)利要求項(xiàng)19的任一項(xiàng)所述的蓄冷材料和磁性蓄冷材料構(gòu)成的2層以上的層疊結(jié)構(gòu)。12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的蓄冷器，其中所述磁性蓄冷材料為HoCu2。13、根據(jù)權(quán)利要求11所述的蓄冷器，其中所述磁性蓄冷材料為HoCu2和Gd202S或GAP(GdA103)。14、根據(jù)權(quán)利要求11所述的蓄冷器，其中所述磁性蓄冷材料為Er3Ni或Er3Co。15、根據(jù)權(quán)利要求U所述的蓄冷器，其中所述磁性蓄冷材料為Er3Ni或Er3Co和Gd202S或GAP(GdA103)。16、一種極低溫蓄冷式冷凍機(jī)，其特征在于具有權(quán)利要求項(xiàng)1015的任一項(xiàng)所述的蓄冷器。17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的極低溫蓄冷式冷凍機(jī)，其特征在于將所述蓄冷器用于最低溫冷卻段。18、根據(jù)權(quán)利要求16所述的極低溫蓄冷式冷凍機(jī)，其特征在于在中間冷卻段使用所述蓄冷器，在最后冷卻段蓄冷器中使用在4K以下具有大的比熱的其它磁性材料。19、一種冷凍系統(tǒng)，其特征在于具有使用了權(quán)利要求項(xiàng)1618的任一項(xiàng)所述的冷凍機(jī)的予冷段和至少一個(gè)其它的冷卻機(jī)構(gòu)。20、一種超導(dǎo)磁鐵，其特征在于具有權(quán)利要求項(xiàng)1619的任一項(xiàng)所述的冷凍機(jī)或冷凍系統(tǒng)。21、一種核磁共振成像裝置，其特征在于具有權(quán)利要求項(xiàng)1619的任一項(xiàng)所述的冷凍機(jī)或冷凍系統(tǒng)。22、一種低溫泵，其特征在于具有權(quán)利要求項(xiàng)1619的任一項(xiàng)所述的冷凍機(jī)或冷凍系統(tǒng)。23、一種制冷劑精制裝置，其特征在于具有權(quán)利要求項(xiàng)1619的任一項(xiàng)所述的冷凍機(jī)或冷凍系統(tǒng)。24、一種超導(dǎo)元件冷卻裝置，其特征在于具有權(quán)利要求項(xiàng)1619的任一項(xiàng)所述的冷凍機(jī)或冷凍系統(tǒng)。全文摘要本發(fā)明的蓄冷材料包括由鉍或鉍和銻的合金制成的顆粒體，其中粒子直徑為0.14mm～1.6mm的顆粒體相對(duì)于全部顆粒體的比率為70重量％以上，且長(zhǎng)徑對(duì)短徑之比為5以下的顆粒體相對(duì)于全部顆粒體的比率為70重量％以上。通過由這樣的顆粒體構(gòu)成蓄冷材料，可以提供一種對(duì)環(huán)境更加友好、容易球狀化、使用時(shí)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格便宜、用于冷凍機(jī)時(shí)具有優(yōu)良的熱性質(zhì)的蓄冷材料。文檔編號(hào)F25B9/00GK101124289SQ20058004838公開日2008年2月13日申請(qǐng)日期2005年5月27日優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日發(fā)明者佐藤敏美申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社