JPH0882450A - Cold accumulator for cryogenic refrigerator - Google Patents

Cold accumulator for cryogenic refrigerator

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JPH0882450A
JPH0882450A JP21756094A JP21756094A JPH0882450A JP H0882450 A JPH0882450 A JP H0882450A JP 21756094 A JP21756094 A JP 21756094A JP 21756094 A JP21756094 A JP 21756094A JP H0882450 A JPH0882450 A JP H0882450A
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regenerator
specific heat
regenerator material
cryogenic
low temperature
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Takakuni Hashimoto
巍洲 橋本
Ki Ryu
毅 龍
Atsushi Onishi
淳 大西
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RIYUU TAKESHI
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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RIYUU TAKESHI
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/003Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator

Abstract

PURPOSE: To provide a cold storage vessel for a cryogenic refrigerating machine having a sufficient refrigerating capacity at a temperature in a cryogenic zone and especially near 4.2 K. CONSTITUTION: A cold storage vessel for a cryogenic refrigerating machine comprises a cold storage material consisting of a magnetic intermetallic compound of one kind or not less than two kinds of different compositions, which is shown by the general formula; (R1-x Ax )y (NiGe)1-z M2z (wherein; R is one of element selected from a group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb; Dy, Ho, Er, Tm, Yb, or Lu; A is a rare earth group element except R; M is a nonmagnetic metallic element; 0<=x<=0.5; 0.05<=y<=20; and 0<=z<=0.3).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍機用蓄冷器
に関し、特に新規な磁性蓄冷材を層状に充填した極低温
冷凍機用蓄冷器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a regenerator for a cryogenic refrigerator, and more particularly to a regenerator for a cryogenic refrigerator which is filled with a novel magnetic regenerator material in layers.

【0002】近年、極低温で強力な磁場を発生させる超
伝導磁石やSQUIDに代表される超伝導機器等の分野
で高性能の小型冷凍機が求められている。
In recent years, there has been a demand for high-performance small refrigerators in the fields of superconducting magnets that generate a strong magnetic field at extremely low temperatures and superconducting devices represented by SQUID.

【0003】[0003]

【従来の技術】極低温冷凍機としては、スターリング冷
凍機、ギフォード・マクマホン(GM)冷凍機等が知ら
れている。
2. Description of the Related Art Stirling refrigerators, Gifford McMahon (GM) refrigerators and the like are known as cryogenic refrigerators.

【0004】スターリング冷凍機は、圧縮機で脈動する
作動ガス圧を作成し、膨張機内でディスプレーサを圧力
変動に対して基本的に1/4(π/2)の位相ずれを持
たせて往復動させる。ディスプレーサ内には蓄冷器が設
けられ、断熱膨張によって冷却された作動ガスと高温高
圧ガスとの間の熱交換を行なわせる。
A Stirling refrigerator creates a pulsating working gas pressure in a compressor and reciprocates the displacer in the expander with a phase shift of basically 1/4 (π / 2) with respect to the pressure fluctuation. Let A regenerator is provided in the displacer to allow heat exchange between the working gas cooled by adiabatic expansion and the high-temperature high-pressure gas.

【0005】GM冷凍機は、圧縮機の高圧側、低圧側に
バルブを設け、高圧で膨張機に供給された作動ガスを断
熱膨張させ、低圧で回収する。膨張機内にはスターリン
グ冷凍機同様、ディスプレーサが設けられ、ディスプレ
ーサ内には蓄冷器が備えられる。より低温を実現させる
ためには、2段式のディスプレーサ(蓄冷器)が用いら
れる。
The GM refrigerator is provided with valves on the high pressure side and the low pressure side of the compressor to adiabatically expand the working gas supplied to the expander at high pressure and recover it at low pressure. Like the Stirling refrigerator, a displacer is provided in the expander, and a regenerator is provided in the displacer. A two-stage displacer (regenerator) is used to achieve a lower temperature.

【0006】冷凍機用の蓄冷材としては、比熱が高く、
取扱いに便利な銅や鉛が使用されている。熱交換率を高
くするため、これらの金属を球状や金網状として表面積
を大きくし、フェルト状の支持材や貫通孔を多数設けた
パンチングメタルで支持する。
As a regenerator material for refrigerators, the specific heat is high,
Copper and lead, which are easy to handle, are used. In order to increase the heat exchange rate, these metals are formed into a spherical shape or a wire mesh shape to have a large surface area and are supported by a felt-shaped support material or punching metal provided with a large number of through holes.

【0007】しかし、銅や鉛等、比較的高温では高い比
熱を有する金属も10K以下の温度領域(以下、「極低
温領域」と呼ぶ)では、比熱が極端に小さくなる。した
がって、これらの蓄冷材を用いても圧縮機と蓄冷材を用
いた膨張機の組合せのみの冷凍機で10K以下の極低温
を生成することは困難であった。
However, metals having a high specific heat at a relatively high temperature, such as copper and lead, have an extremely small specific heat in the temperature region of 10 K or less (hereinafter referred to as "cryogenic region"). Therefore, even if these cold storage materials are used, it is difficult to generate a cryogenic temperature of 10 K or less with a refrigerator that only has a combination of a compressor and an expander that uses the cold storage material.

【0008】極低温を得るためには、従来はJT弁を用
い、JT弁に供給する作動ガスをGM冷凍機等で冷却す
る構成が用いられた。近年、2段式GM冷凍機の2段目
蓄冷器に、Er3 Niをはじめとする磁性金属間化合物
による蓄冷材を用いることにより、液体ヘリウム温度
(4.2K)以下の温度を発生させることが可能となっ
た。これは、このような磁性蓄冷材が極低温領域におい
て、磁気相転移による大きな比熱を持つためである。た
とえば、ErRhは4K付近で非常に大きな比熱ピーク
を示す。ただし、ErRhは非常に高価であり、実用化
するのは困難である。
In order to obtain an extremely low temperature, conventionally, a JT valve is used, and a working gas supplied to the JT valve is cooled by a GM refrigerator or the like. In recent years, by using a cool storage material made of a magnetic intermetallic compound such as Er 3 Ni for the second-stage regenerator of a two-stage GM refrigerator, a temperature below liquid helium temperature (4.2K) is generated. Became possible. This is because such a magnetic regenerator material has a large specific heat due to the magnetic phase transition in an extremely low temperature region. For example, ErRh shows a very large specific heat peak near 4K. However, ErRh is very expensive and difficult to put into practical use.

【0009】しかし、Er3 Niの比熱も、冷媒である
ヘリウムの比熱に比べると低温域では非常に小さいた
め、ヘリウムと熱交換を行うのに十分な熱容量を持って
いるとはいえない。現にEr3 Niを用いたGM冷凍機
でも、4.2Kで実際に達成される冷凍能力は1W以下
にすぎない。そこで、冷凍能力をさらに向上させるた
め、極低温領域でさらに大きな比熱を有する蓄冷器が望
まれる。
However, the specific heat of Er 3 Ni is also extremely small in the low temperature region as compared with the specific heat of helium which is a refrigerant, so it cannot be said that it has a sufficient heat capacity for exchanging heat with helium. Even with a GM refrigerator actually using Er 3 Ni, the refrigerating capacity actually achieved at 4.2K is only 1 W or less. Therefore, in order to further improve the refrigerating capacity, a regenerator having a larger specific heat in the cryogenic region is desired.

【0010】磁性蓄冷材は、磁気相転移を行う温度付近
において大きな比熱ピークを有する。そこで、蓄冷器の
温度分布に合わせて、蓄冷器内に異なる温度で比熱ピー
クを持つ磁性蓄冷材を積層する提案がなされている。こ
のような構造を有する蓄冷器を以下「積層構造」蓄冷器
と呼ぶ。
The magnetic regenerator material has a large specific heat peak near the temperature at which the magnetic phase transition occurs. Therefore, it has been proposed to stack a magnetic regenerator material having a specific heat peak at different temperatures in the regenerator in accordance with the temperature distribution of the regenerator. The regenerator having such a structure is hereinafter referred to as a "laminated structure" regenerator.

【0011】しかしながら、極低温領域、特に4.2K
での冷凍能力向上を可能にする積層構造蓄冷器は未だ実
用化されていない。
However, in a very low temperature region, particularly 4.2K
A laminated structure regenerator capable of improving the refrigerating capacity at the time has not yet been put into practical use.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】極低温領域、特に4.
2K付近での冷凍能力を十分向上することのできる蓄冷
器は未だ開発されていない。
3. Problems to be Solved by the Invention
A regenerator capable of sufficiently improving the refrigerating capacity near 2K has not yet been developed.

【0013】本発明の目的は、極低温領域、特に4.2
K付近で十分な冷凍能力を有する極低温冷凍機用蓄冷器
を提供することである。
The object of the present invention is to provide a cryogenic range, particularly 4.2.
It is to provide a regenerator for a cryogenic refrigerator having a sufficient refrigerating capacity near K.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の極低温冷凍機用
蓄冷器は、一般式、(R1-x x y (NiGe)1- z
2z(ただし、RはLa、Ce、Pr、Nd、Pm、S
m、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b、Luよりなる群から選ばれた1種の元素、AはR以
外の希土類元素、Mは非磁性の金属元素、0≦x≦0.
5、0.05≦y≦20、0≦z≦0.3)で表記され
る1種または異なる組成の2種以上の磁性金属間化合物
からなる蓄冷材を含む。
The regenerator for a cryogenic refrigerator according to the present invention has the general formula (R 1-x A x ) y (NiGe) 1- z
M 2z (where R is La, Ce, Pr, Nd, Pm, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y
b, one element selected from the group consisting of Lu, A is a rare earth element other than R, M is a non-magnetic metal element, 0 ≦ x ≦ 0.
5, 0.05 ≤ y ≤ 20, 0 ≤ z ≤ 0.3) or a cool storage material composed of two or more magnetic intermetallic compounds having different compositions.

【0015】[0015]

【作用】一般式、(R1-x x y (NiGe)1-z
2z(ただし、RはLa、Ce、Pr、Nd、Pm、S
m、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b、Luよりなる群から選ばれた1種の元素、AはR以
外の希土類元素、Mは非磁性の金属元素、0≦x≦0.
5、0.05≦y≦20、0≦z≦0.3)で表記され
る磁性金属間化合物は、3K〜12K付近での比熱が大
きく、極低温冷凍機の冷凍能力を大幅に向上することが
できる。
Operation: General formula, (R 1-x A x ) y (NiGe) 1-z M
2z (where R is La, Ce, Pr, Nd, Pm, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y
b, one element selected from the group consisting of Lu, A is a rare earth element other than R, M is a non-magnetic metal element, 0 ≦ x ≦ 0.
5, 0.05 ≦ y ≦ 20, 0 ≦ z ≦ 0.3) has a large specific heat in the vicinity of 3K to 12K and greatly improves the refrigerating capacity of the cryogenic refrigerator. be able to.

【0016】例えば、ErNiGeの比熱は、3.2K
でピーク値を示し約0.53J/K・cm3 となる。ま
た、GdNiGeの比熱は、10.6Kでピーク値を示
し約0.67J/K・cm3 となる。
For example, the specific heat of ErNiGe is 3.2K.
Shows a peak value at about 0.53 J / K · cm 3 . The specific heat of GdNiGe has a peak value at 10.6K and is about 0.67 J / K · cm 3 .

【0017】[0017]

【実施例】図1に、本発明の実施例による2段式GM冷
凍機の構成を示す。図1(A)は、膨張機の構成を概略
的に示す断面図、図1(B)は膨張機の2段目蓄冷器の
構成を概略的に示す断面図である。
1 shows the structure of a two-stage GM refrigerator according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) is a sectional view schematically showing the structure of the expander, and FIG. 1 (B) is a sectional view schematically showing the structure of the second stage regenerator of the expander.

【0018】図1(A)において、シリンダ11は太径
部分と細径部分を有し、シリンダ11内に挿入されるピ
ストン(ディスプレーサ)12もシリンダ11の形状に
合わせた太径部分と細径部分を有する。ピストン12内
には、太径部分に1段目蓄冷器14が収容され、細径部
分に2段目蓄冷器16が収容されている。
In FIG. 1 (A), a cylinder 11 has a large diameter portion and a small diameter portion, and a piston (displacer) 12 inserted in the cylinder 11 also has a large diameter portion and a small diameter portion in accordance with the shape of the cylinder 11. Have parts. In the piston 12, the first-stage regenerator 14 is accommodated in the large-diameter portion and the second-stage regenerator 16 is accommodated in the small-diameter portion.

【0019】また、シリンダ11とピストン12の間に
は、太径部分において第1膨張スペース18が画定さ
れ、細径部分において第2膨張スペース19が画定され
る。また、シリンダ11とピストン12の間にはシール
21が配置され、気密状態を構成する。
Further, between the cylinder 11 and the piston 12, a first expansion space 18 is defined in a large diameter portion and a second expansion space 19 is defined in a small diameter portion. Further, a seal 21 is arranged between the cylinder 11 and the piston 12 to form an airtight state.

【0020】1段目蓄冷器14は、Cu、Pb等の通常
の蓄冷材で構成された、たとえば網目状蓄冷材を収容す
る。2段目蓄冷器16は、図1(B)に一例を示すよう
な積層構造を有する。
The first-stage regenerator 14 accommodates, for example, a mesh regenerator made of a normal regenerator such as Cu or Pb. The second-stage regenerator 16 has a laminated structure as an example shown in FIG.

【0021】図1(B)に示すように、2段目蓄冷器1
6は、ベークライト製の容器23の中に上下の開口2
4、25で外部と連続されたガス通路26を形成してい
る。このガス通路26内に、下側から数枚の金網31、
フェルト32が充填され、下側の開口25から蓄冷材が
流出しない構成をとっている。
As shown in FIG. 1B, the second stage regenerator 1
6 is a bakelite container 23 with upper and lower openings 2
4 and 25 form a gas passage 26 continuous with the outside. In this gas passage 26, several wire meshes 31,
The felt 32 is filled, and the cool storage material does not flow out from the lower opening 25.

【0022】フェルト32の上に、ErNiGeの球状
粒で構成された最低温蓄冷材33、フェルト34、Er
Ni0.9 Co0.1 の球状粒で構成された第2低温蓄冷材
35、フェルト36、Er0.5 Dy0.5 Ni2 の球状粒
で形成された第3低温蓄冷材37、フェルト38、Dy
Ni2 の球状粒で構成された第4低温蓄冷材39が積層
状に充填され、その上をフェルト40、パンチングメタ
ル41で覆っている。
On the felt 32, the lowest temperature regenerator material 33 composed of spherical particles of ErNiGe, felt 34, Er
Second low temperature regenerator material 35 composed of spherical particles of Ni 0.9 Co 0.1 , felt 36, third low temperature regenerator material 37 formed of spherical particles of Er 0.5 Dy 0.5 Ni 2 , felt 38, Dy
The fourth low temperature regenerator material 39 composed of spherical particles of Ni 2 is filled in a laminated form, and the felt 40 and the punching metal 41 cover it.

【0023】図2は、第3低温蓄冷材、第4低温蓄冷材
に用いられたEr1-x Dyx Ni2の比熱特性を他の組
成およびPb、Heの比熱と共に示す。また、従来用い
られたErRhの比熱特性も合わせて示す。第3低温蓄
冷材37の比熱特性は、x=0.5の場合に該当し、第
4低温蓄冷材39の比熱特性は、x=1.0の場合に該
当する。
FIG. 2 shows the specific heat characteristics of Er 1 -x Dy x Ni 2 used for the third low temperature regenerator material and the fourth low temperature regenerator material together with other compositions and the specific heat of Pb and He. In addition, the specific heat characteristics of ErRh used conventionally are also shown. The specific heat characteristic of the third low temperature regenerator material 37 corresponds to the case of x = 0.5, and the specific heat characteristic of the fourth low temperature regenerator material 39 corresponds to the case of x = 1.0.

【0024】図に示すように、約20K以下の温度にお
いて、第4低温蓄冷材に用いられたDyNi2 は、Pb
よりも良好な比熱を有する。第3低温蓄冷材に用いられ
たEr0.5 Dy0.5 Ni2 (x=0.5)は、12.3
K付近に比熱ピークを有し、それ以下の低温においてD
yNi2 よりも良好な比熱を有する。
As shown in the figure, at a temperature of about 20 K or less, DyNi 2 used in the fourth low temperature regenerator material is Pb.
It has a better specific heat than. Er 0.5 Dy 0.5 Ni 2 (x = 0.5) used for the third low temperature regenerator material is 12.3.
It has a specific heat peak near K and D at lower temperatures
It has a better specific heat than yNi 2 .

【0025】図3は、第2低温蓄冷材33に用いられた
ErNi0.9 Co0.1 および関連する物質の比熱特性を
示す。ErNi0.9 Co0.1 の比熱特性は、約8K付近
から低温に向かって急激に立ち上がり、6、7K付近で
比熱のピークを描いた後、さらに極低温に向かっては急
激に減少している。
FIG. 3 shows specific heat characteristics of ErNi 0.9 Co 0.1 used for the second low temperature regenerator material 33 and related materials. The specific heat characteristic of ErNi 0.9 Co 0.1 rises sharply from around 8 K toward low temperature, and after drawing a peak of specific heat around 6 and 7 K, it rapidly decreases toward extremely low temperature.

【0026】第2低温蓄冷材として用いる蓄冷材の組成
を、ErNi0.8 Co0.2 に変更すると、その比熱特性
はさらに低温側にシフトする。従来提案された実用的極
低温蓄冷材のEr3 NiやErNiの比熱特性と比較す
ると、ErNix Co1-x の比熱特性の特徴がより明ら
かとなろう。すなわち、ErNiの比熱特性は、10K
付近で鋭いピークを描くが、その後急激に立ち下がって
いる。
When the composition of the regenerator material used as the second low temperature regenerator material is changed to ErNi 0.8 Co 0.2 , its specific heat characteristic shifts to the lower temperature side. Compared to the specific heat characteristics of the Er 3 Ni and ErNi prior proposed practical cryogenic regenerator material will become more apparent the characteristics of the specific heat characteristics of ErNi x Co 1-x. That is, the specific heat characteristic of ErNi is 10K.
A sharp peak is drawn in the vicinity, but then it sharply drops.

【0027】Er3 Niの比熱特性は、約12Kより上
の温度ではErNiの比熱よりも高い値を示し、12〜
6K付近においてはErNiよりも比熱が低いが、それ
よりも低温部においてはほぼErNiと同等の比熱を示
している。
The specific heat characteristic of Er 3 Ni shows a value higher than that of ErNi at a temperature above about 12K, and is 12 to
The specific heat is lower than ErNi in the vicinity of 6K, but in the lower temperature region than that, it shows almost the same specific heat as ErNi.

【0028】上記実施例で用いたErNi0.9 Co0.1
の蓄冷材は、約8K以下の極低温領域において、常にE
rNiやEr3 Niよりも良好な比熱特性を示してい
る。Er3 Niと比較すれば、約7.5K以下の極低温
領域において、ErNi0.9 Co0.1 またはErNi
0.8 Co0.2 の比熱特性は、Er3 Niの比熱の約2倍
の大きさの比熱を示している。
ErNi 0.9 Co 0.1 used in the above examples
The regenerator material is always E in the extremely low temperature range of about 8K or less.
It has better specific heat characteristics than rNi and Er 3 Ni. Compared with Er 3 Ni, ErNi 0.9 Co 0.1 or ErNi in the cryogenic region of about 7.5 K or less.
The specific heat characteristic of 0.8 Co 0.2 is about twice as large as the specific heat of Er 3 Ni.

【0029】図4は、最低温蓄冷材33に用いられたE
rNiGeの比熱特性をGdNiGe及びErNi0.9
Co0.1 と共に示す。ErNiGeの比熱特性は、約4
K付近から低温に向かって急激に立ち上がり、約3.2
Kで比熱のピークを示した後、さらに極低温に向かって
急激に減少している。これを、ErNi0.9 Co0.1
比熱特性と比較すると、約4K以下の極低温領域でEr
Ni0.9 Co0.1 よりも良好な比熱を有することがわか
る。
FIG. 4 shows E used for the lowest temperature cold storage material 33.
The specific heat characteristic of rNiGe was measured by GdNiGe and ErNi 0.9.
Shown with Co 0.1 . The specific heat characteristics of ErNiGe are about 4
It rapidly rises from around K toward low temperature, and is about 3.2.
After showing the peak of specific heat at K, it rapidly decreases toward extremely low temperature. Comparing this with the specific heat characteristics of ErNi 0.9 Co 0.1 , Er was observed in the cryogenic region of about 4K or less.
It can be seen that it has a better specific heat than Ni 0.9 Co 0.1 .

【0030】図2に示すように、第4低温蓄冷材および
第3低温蓄冷材は、約20〜12K付近において良好な
比熱を有するため、1段目蓄冷器から供給される冷却さ
れた作動ガスを有効に冷却することができ、第2低温蓄
冷材に供給される作動ガスの温度を約12K以下に冷却
することができる。
As shown in FIG. 2, the fourth low temperature regenerator material and the third low temperature regenerator material have good specific heat around 20 to 12K, so that the cooled working gas supplied from the first stage regenerator is used. Can be effectively cooled, and the temperature of the working gas supplied to the second low temperature regenerator material can be cooled to about 12K or less.

【0031】第2低温蓄冷材35は、約12K以下、特
に6〜7K近傍で極めて大きな比熱を有するので、作動
ガスを効率的に冷却し、たとえば4K以下の温度に冷却
することもできる。
Since the second low temperature regenerator material 35 has a very large specific heat at about 12 K or less, especially in the vicinity of 6 to 7 K, the working gas can be efficiently cooled, for example, to a temperature of 4 K or less.

【0032】最低温蓄冷材33は、約4K以下、特に
3.2K近傍で極めて大きな比熱を有するので、作動ガ
スを効率的に冷却し、さらに極低温に冷却することもで
きる。図4に示すGdNiGeの比熱特性は、約12K
付近から低温に向かって急激に立ち上がり、約10.6
Kで比熱のピークを示した後、さらに極低温に向かって
やや緩やかに減少している。これを、ErNi0.9 Co
0.1 の比熱特性と比較すると、約8〜12Kの温度範囲
でErNi0.9 Co0.1 よりも良好な比熱を有すること
がわかる。
Since the lowest temperature regenerator material 33 has an extremely large specific heat at about 4 K or less, particularly in the vicinity of 3.2 K, the working gas can be efficiently cooled and further cooled to an extremely low temperature. The specific heat characteristic of GdNiGe shown in Fig. 4 is about 12K.
It rapidly rises from the vicinity to low temperature, about 10.6
After showing the peak of specific heat at K, it gradually decreases toward the extremely low temperature. This is ErNi 0.9 Co
Compared with the specific heat characteristic of 0.1 , it can be seen that it has a better specific heat than ErNi 0.9 Co 0.1 in the temperature range of about 8 to 12K.

【0033】図1(B)に示す積層構造の蓄冷器におい
ては、第3低温蓄冷材37の比熱がピークを描く温度は
約12.3Kであるため、第2低温蓄冷材35としてE
rNi0.9 Co0.1 の代わりにGdNiGeを使用する
ことにより、第3低温蓄冷材37と第2低温蓄冷材35
との比熱のピークを与える温度をより近づけることがで
きる。このため、第3低温蓄冷材は、比熱が大きい温度
範囲で作動ガスと熱交換すればよいことになる。従っ
て、第3低温蓄冷材でより効率的に作動ガスを冷却する
ことが可能になる。
In the regenerator having the laminated structure shown in FIG. 1B, the temperature at which the specific heat of the third low-temperature regenerator material 37 peaks is about 12.3 K, so that the second low-temperature regenerator material 35 E
By using GdNiGe instead of rNi 0.9 Co 0.1 , the third low temperature regenerator material 37 and the second low temperature regenerator material 35 can be used.
The temperatures at which the peaks of specific heat of and are given can be made closer. Therefore, the third low-temperature regenerator material needs to exchange heat with the working gas in a temperature range where the specific heat is large. Therefore, it becomes possible to more efficiently cool the working gas with the third low temperature regenerator material.

【0034】一方、第2低温蓄冷材35をGdNiGe
に置き代えると、図4に示すように、第2低温蓄冷材3
5と最低温蓄冷材33との関係において、4〜8Kの温
度範囲で比熱が小さくなる。この温度範囲をカバーする
ために、さらに、第2低温蓄冷材35と最低温蓄冷材3
3との間にErNi0.9 Co0.1 からなる蓄冷材を挿入
し、全体で5層構造の蓄冷材としてもよい。
On the other hand, the second low temperature regenerator material 35 is replaced with GdNiGe.
If replaced with, as shown in FIG.
In the relationship between 5 and the lowest temperature cold storage material 33, the specific heat becomes small in the temperature range of 4 to 8K. In order to cover this temperature range, the second low temperature regenerator material 35 and the lowest temperature regenerator material 3 are further added.
A regenerator material made of ErNi 0.9 Co 0.1 may be inserted between the regenerator 3 and the regenerator 3 to form a regenerator material having a five-layer structure as a whole.

【0035】以上説明したように、ErNiGe、Er
Ni0.9 Co0.1 、GdNiGeを低温側からこの順番
に積層して蓄冷材として用いることにより、極低温領域
で良好な比熱を有する蓄冷材を得ることができる。この
ため、蓄冷器を有する冷凍機において、極低温を実現す
ることが容易になる。
As described above, ErNiGe, Er
By stacking Ni 0.9 Co 0.1 and GdNiGe in this order from the low temperature side and using them as a cold storage material, it is possible to obtain a cold storage material having good specific heat in an extremely low temperature region. Therefore, it becomes easy to realize an extremely low temperature in a refrigerator having a regenerator.

【0036】なお、NiGeを含む蓄冷材としてErN
iGe、GdNiGeを例にとって説明したが、Ry
iGe(Rは、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、L
u)においても同等の比熱特性が実現されるものと考え
られる。また、Rの一部を他の希土類元素Aで置換する
ことにより、比熱ピーク出現温度を制御することができ
る。
ErN is used as a regenerator material containing NiGe.
Although iGe and GdNiGe have been described as an example, R y N
iGe (R is La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, L
It is considered that the same specific heat characteristics can be realized also in u). Further, by substituting a part of R with another rare earth element A, the specific heat peak appearance temperature can be controlled.

【0037】また、NiGeの一部をAl、Mn、C
u、Sb等の非磁性元素Mで置換することにより、比熱
ピークの半値幅を制御することができる。Ry NiGe
のRの一部を他の希土類元素Aで置換し、NiGeの一
部を非磁性元素Mで置換したものは、(R1-x x y
(NiGe)1-z 2zと表すことができる。なお、良好
な比熱特性を得るためには、0≦x≦0.5、0.05
≦y≦20、0≦z≦0.3とすることが好ましい。
Further, a part of NiGe is Al, Mn, C
By substituting with a non-magnetic element M such as u or Sb, the half-value width of the specific heat peak can be controlled. R y NiGe
(R 1-x A x ) y is obtained by substituting a part of R of R in the above with another rare earth element A and a part of NiGe with a non-magnetic element M.
It can be expressed as (NiGe) 1-z M 2z . In order to obtain good specific heat characteristics, 0 ≦ x ≦ 0.5, 0.05
It is preferable that ≦ y ≦ 20 and 0 ≦ z ≦ 0.3.

【0038】このような蓄冷材を用いた冷凍機により、
従来のEr3 Niを使用した冷凍機を置き換えることが
できると共に、従来の冷凍機では冷凍能力が不足し、液
体ヘリウムによって冷却せざるを得なかった装置や設備
にも冷凍機を用いることが可能となる。たとえば、リニ
アモータ等の超伝導電磁石の冷却やMRI等の磁気シー
ルドの冷却、電波望遠鏡等の素子冷却等にも極低温冷却
器を用いることが可能となる。
With a refrigerator using such a regenerator material,
It is possible to replace the conventional refrigerator that uses Er 3 Ni, and it is possible to use the refrigerator in equipment and facilities that had to be cooled with liquid helium because the conventional refrigerator lacked refrigeration capacity. Becomes For example, the cryogenic cooler can be used for cooling a superconducting electromagnet such as a linear motor, cooling a magnetic shield such as MRI, and cooling an element such as a radio telescope.

【0039】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極低温領域、特に4.2K付近の冷凍能力を向上した蓄
冷器を用いた極低温冷凍機を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a cryogenic refrigerator using a regenerator having an improved refrigerating capacity in a cryogenic region, particularly in the vicinity of 4.2K.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による2段式GM冷凍機の構成
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a two-stage GM refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すGM冷凍機に用いた第3、第4低温
蓄冷材の比熱特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing specific heat characteristics of third and fourth low temperature regenerator materials used in the GM refrigerator shown in FIG.

【図3】図1に示すGM冷凍機に用いた第2低温蓄冷材
の比熱特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a specific heat characteristic of a second low temperature regenerator material used in the GM refrigerator shown in FIG.

【図4】図1に示すGM冷凍機に用いた最低温蓄冷材の
比熱特性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the specific heat characteristics of the lowest temperature cold storage material used in the GM refrigerator shown in FIG. 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリンダ 12 ピストン 14 1段目蓄冷器 16 2段目蓄冷器 18 1段目膨張スペース 19 2段目膨張スペース 21 シール 23 容器 24、25 開口 26 ガス流路 31 金網 32、34、36、38、40 フェルト 33、35、37、39 蓄冷材 41 パンチングメタル 11 Cylinder 12 Piston 14 1st Stage Regenerator 16 2nd Stage Regenerator 18 1st Stage Expansion Space 19 2nd Stage Expansion Space 21 Seal 23 Container 24, 25 Opening 26 Gas Flow Path 31 Wire Mesh 32, 34, 36, 38, 40 Felt 33, 35, 37, 39 Cold storage material 41 Punching metal

フロントページの続き (72)発明者 龍 毅 中華人民共和国北京市海淀区学院路30 北 京科学技術大学7棟201号 (72)発明者 大西 淳 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社総合技術研究所内Front page continuation (72) Inventor Yong Yi 30 Gakuin Road, Haidian District, Beijing, China No. 201, No. 7 Building, Bukkyo University of Science and Technology (72) Atsushi Onishi 63-30 Yuhigaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries Research Institute of Technology, Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式 (R1-x x y (NiGe)1-z 2z (ただし、RはLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、L
uよりなる群から選ばれた1種の元素、AはR以外の希
土類元素、Mは非磁性の金属元素、0≦x≦0.5、
0.05≦y≦20、0≦z≦0.3)で表記される1
種または異なる組成の2種以上の磁性金属間化合物から
なる蓄冷材を含む極低温冷凍機用蓄冷器。
1. A compound represented by the general formula (R 1-x A x ) y (NiGe) 1-z M 2z (wherein R is La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, L
1 element selected from the group consisting of u, A is a rare earth element other than R, M is a non-magnetic metal element, 0 ≦ x ≦ 0.5,
0.05 ≦ y ≦ 20, 0 ≦ z ≦ 0.3) 1
A regenerator for a cryogenic refrigerator including a regenerator material composed of two or more kinds of magnetic intermetallic compounds having different kinds or different compositions.
【請求項2】 さらに、少なくとも1つの他の蓄冷材を
含み、 前記蓄冷材及び前記他の蓄冷材が層状に積層されている
請求項1記載の極低温冷凍機用蓄冷器。
2. The regenerator for a cryogenic refrigerator according to claim 1, further comprising at least one other regenerator material, wherein the regenerator material and the other regenerator material are laminated in layers.
【請求項3】 円柱状内部空間を有するシリンダと、 前記シリンダ内に、軸方向に摺動可能に配置され、前記
シリンダの一端に膨張空間を画定するディスプレーサ
と、 前記膨張空間に作動ガスを供給、または前記膨張空間か
ら作動ガスを排気するためのガス流路と、 前記ガス流路内の少なくとも一部に配置され、一般式 (R1-x x y (NiGe)1-z 2z (ただし、RはLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、L
uよりなる群から選ばれた1種の元素、AはR以外の希
土類元素、Mは非磁性の金属元素、0≦x≦0.5、
0.05≦y≦20、0≦z≦0.3)で表記される1
種または異なる組成の2種以上の磁性金属間化合物を含
む蓄冷材とを有する極低温冷凍機。
3. A cylinder having a cylindrical internal space, a displacer axially slidably arranged in the cylinder, and defining an expansion space at one end of the cylinder, and a working gas supplied to the expansion space. Or a gas flow path for exhausting the working gas from the expansion space, and at least a part of the gas flow path, the gas having the general formula (R 1-x A x ) y (NiGe) 1-z M 2z (However, R is La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, L
1 element selected from the group consisting of u, A is a rare earth element other than R, M is a non-magnetic metal element, 0 ≦ x ≦ 0.5,
0.05 ≦ y ≦ 20, 0 ≦ z ≦ 0.3) 1
A cryogenic refrigerator having a regenerator material containing two or more kinds of magnetic intermetallic compounds having different kinds or different compositions.
【請求項4】 さらに、前記ガス流路内の少なくとも一
部に配置された他の蓄冷材を含み、 前記蓄冷材と前記他の蓄冷材が層状に積層されている請
求項3記載の極低温冷凍機。
4. The cryogenic temperature according to claim 3, further comprising another regenerator material disposed in at least a part of the gas flow path, wherein the regenerator material and the other regenerator material are laminated in layers. refrigerator.
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CN108413639A (en) * 2018-04-08 2018-08-17 中国科学院理化技术研究所 It is a kind of to inhibit structure by the fluctuation of the combined temp of low-temperature receiver of refrigeration machine

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CN108413639B (en) * 2018-04-08 2023-10-13 中国科学院理化技术研究所 Composite temperature fluctuation suppression structure with refrigerator as cold source

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