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公開番号2025176035
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2025137206,2023516408
出願日2025-08-20,2022-03-30
発明の名称磁性蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置
出願人株式会社Niterra Materials
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類C09K 5/14 20060101AFI20251126BHJP(染料;ペイント;つや出し剤;天然樹脂;接着剤;他に分類されない組成物;他に分類されない材料の応用)
要約【課題】極低温の温度域で、冷凍機の動作による長期間の振動を加えても、破損率の少ない磁性蓄冷材粒子、それを具備することにより長期間駆動しても冷凍性能が低下しない蓄冷器、冷凍機、及びその冷凍機を具備する超電導磁石等の装置を提供する。
【解決手段】実施形態の磁性蓄冷材粒子は、希土類元素を含む金属間化合物からなり、かつ、その断面に存在する空隙の面積の割合が0.0001%以上15%以下である。実施形態の蓄冷器、冷凍機、及びその冷凍機を具備する超電導磁石等の装置は、実施形態の磁性蓄冷材粒子を具備する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＲＭｚ（ＲはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種の希土類元素を、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ａｌ及びＲｕから選ばれる少なくとも1種の金属元素を示し、ｚは０．００１～９．０の範囲の数である）で表される希土類元素を含む金属間化合物からなり、かつ、その断面に存在する粒子中の空隙の面積の割合が０．０００１％以上１５％以下であり、アスペクト比が１であるものの割合が７０％以上を占め、
投影像の周囲長さをＬとし、投影像の実面積をＡとしたとき、４πＡ／Ｌ
2
で表される円形度Ｒが０．４以下の磁性蓄冷材粒子の比率が１０％以下である、磁性蓄冷材粒子。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
粒体であり、前記粒体の粒径が５０μｍ以上３ｍｍ以下である請求項１記載の磁性蓄冷材粒子。
【請求項３】
請求項１または２記載の磁性蓄冷材粒子を充填した蓄冷器。
【請求項４】
請求項３記載の蓄冷器を備えた、冷凍機。
【請求項５】
請求項４記載の冷凍機を備えた、クライオポンプ。
【請求項６】
請求項４記載の冷凍機を備えた、超電導磁石。
【請求項７】
請求項４記載の冷凍機を備えた、核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項４記載の冷凍機を備えた、核磁気共鳴装置。
【請求項９】
請求項４記載の冷凍機を備えた、磁界印加式単結晶引上げ装置。
【請求項１０】
請求項４記載の冷凍機を備えた、ヘリウム再凝縮装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁性蓄冷材粒子、蓄冷器、冷凍機、クライオポンプ、超電導磁石、核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、核磁気共鳴装置、磁界印加式単結晶引上げ装置、及び、ヘリウム再凝縮装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、超電導技術の発展は著しく、その応用分野が拡大するに伴って高性能かつ信頼性の高い極低温冷凍機の開発が不可欠になってきている。かかる極低温冷凍機は、高い熱効率を長期間にわたり発揮することが要求されている。
【０００３】
極低温冷凍機では、複数の蓄冷材を蓄冷器の中に収容する。例えば、蓄冷材と、蓄冷器の中を通るヘリウムガスとの間で熱交換を行うことにより、寒冷を発生させる。例えば、超電導ＭＲＩ装置やクライオポンプなどにおいては、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）方式、スターリング方式、又はパルスチューブ方式などの冷凍サイクルによる冷凍機が用いられている。
【０００４】
また、磁気浮上列車にも超電導磁石を用いて磁力を発生させるために高性能な冷凍機が必須とされている。さらに、最近では、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、及び高品質のシリコンウェハーなどを製造する磁界印加式単結晶引上げ装置などにおいても高性能な冷凍機が用いられている。さらに高い信頼性が期待されているパルスチューブ冷凍機の開発及び実用化も積極的に進められている。
【０００５】
また、上記したような超電導磁石やＭＲＩ装置などにおいては、使用する液体ヘリウムが蒸発するため、液体ヘリウムの補給が問題となる。近年、ヘリウムの枯渇問題が深刻化し、入手困難な状態が発生し、産業界に影響を及ぼしている。
【０００６】
この液体ヘリウムの消費量を低減し、補給などのメンテナンスの負荷を軽減するため、蒸発したヘリウムを再凝縮するヘリウム再凝縮装置が実用化され、需要が高まっている。このヘリウム再凝縮装置にも、ヘリウムを液化するために、温度を４Ｋレベルに冷却するためにＧＭ式冷凍機やパルスチューブ式冷凍機が使用されている。
【０００７】
また、ヘリウム以外のガスの液化又は液化ガスの保存時に蒸発を防ぐために、ＧＭ式冷凍機やパルスチューブ式冷凍機を使用することが出来る。ヘリウム以外のガスとは、例えば水素である。液化水素の沸点は約２０Ｋであるため、温度を２０Ｋ以下に保てば液化水素の蒸発を低減させることができる。
【０００８】
蓄冷材を搭載する冷凍機においては、蓄冷材が収容された蓄冷器内を、圧縮されたヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの作動媒質が一方向に流れて、その熱エネルギーを蓄冷材に供給する。そして、蓄冷器内を膨張した作動媒質が反対方向に流れ、蓄冷材から熱エネルギーを受け取る。こうした過程での復熱効果が良好になるに伴い、作動媒質サイクルでの熱効率が向上し、より低い温度を実現することが可能となる。
【０００９】
ここで蓄冷器に搭載する蓄冷材の単位体積当たりの比熱が高いほど、蓄冷材の蓄えることが可能な熱エネルギーが増加するため、冷凍機の冷凍能力が向上する。このため、蓄冷器の低温側には低温で高い比熱を有する蓄冷材を、高温側には高温で高い比熱を有する蓄冷材を搭載することが望ましい。
【００１０】
蓄冷材はその組成に依存して、特定の温度域で高い体積比熱を示す。このため、目的とする温度領域において高い体積比熱を示す、異なる組成の蓄冷材を組み合わせることで、蓄冷能力が高まり、冷凍機の冷凍能力が向上する。
（【００１１】以降は省略されています）

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