ЧАСТИЦА МАГНИТНОГО ХЛАДОАККУМУЛЯТОРНОГО МАТЕРИАЛА, ХЛАДОАККУМУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ХОЛОДИЛЬНИК, КРИОГЕННЫЙ НАСОС, СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТ, АППАРАТ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ, АППАРАТ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ ВЫТЯГИВАНИЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВТОРНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ГЕЛИЯ Российский патент 2024 года по МПК C09K5/14 F25B9/00 H01F6/04 A61B5/55 G01N24/00 C30B15/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Объекты настоящего изобретения относятся к частицам магнитного хладоаккумулирующего материала, хладоаккумулирующему устройству, холодильнику, криогенному насосу, сверхпроводящему магниту, аппарату магнитно-резонансной томографии (МРТ), аппарату ядерного магнитного резонанса (ЯМР), установке для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле и устройству для повторной конденсации гелия.

Уровень техники

В последние годы сверхпроводящая технология получила значительное развитие, и с расширением областей применения сверхпроводящей технологии возникла необходимость в разработке высокопроизводительного и высоконадежного криогенного холодильника. От такого криогенного холодильника требуется высокая тепловая эффективность в течение длительного времени.

В хладоаккумулирующем устройстве криогенного холодильника размещено множество хладоаккумулирующих материалов. Например, холод генерируется посредством теплообмена между хладоаккумулирующими материалами и газообразным гелием, проходящим через хладоаккумулирующее устройство. Например, в аппарате МРТ и/или криогенном насосе используется холодильник, использующий цикл охлаждения, такой как система Гиффорда-МакМахона, система Стирлинга или система с пульсирующей трубкой.

Кроме того, высокопроизводительный холодильник требуется в поезде на магнитной подушке для генерирования магнитного поля с помощью сверхпроводящего магнита. Недавно высокопроизводительный холодильник также использовался в сверхпроводящем магнитном накопителе энергии (SMES), устройстве для вытягивания монокристаллов в магнитном поле, сконфигурированном для изготовления высококачественных кремниевых пластин и т.п. Также активно продвигается разработка и практическое применение холодильника с импульсной трубкой, который, как ожидается, будет обладать более высокой надежностью.

В упомянутых выше сверхпроводящем магните и/или в аппарате МРТ используемый жидкий гелий испаряется, так что пополнение запаса жидкого гелия представляет собой проблему. В последние годы проблема истощения запасов гелия становится все более серьезной, а его получение затруднено, что повлияло на промышленный мир.

Для уменьшения количества потребляемого жидкого гелия и снижения нагрузки на обслуживание, например, на пополнение его запасов, в практику вошло устройство для повторной конденсации гелия, сконфигурированное для повторной конденсации испаренного гелия, и спрос на него постоянно растет. В таком устройстве для повторной конденсации гелия также используются холодильник системы Гиффорда-МакМахона и/или холодильник с пульсирующей трубкой для снижения температуры до уровня 4K с целью сжижения гелия.

Кроме того, холодильник системы Гиффорда-МакМахона и/или холодильник с пульсирующей трубкой могут использоваться для предотвращения сжижения газов, за исключением гелия, или для предотвращения испарения сжиженных газов при их хранении. К газам, за исключением гелия, относится, например, водород. Поскольку температура кипения жидкого водорода составляет около 20К, испарение жидкого водорода может быть уменьшено путем поддержания температуры ниже 20К.

В холодильнике, оснащенном хладоаккумулирующим материалом, рабочее вещество, например сжатый газообразный гелий (He), течет в хладоаккумулирующем устройстве, содержащем хладоаккумулирующий материал, в одном направлении, и его тепловая энергия передается хладоаккумулирующему материалу. Расширенное рабочее вещество течет в хладоаккумулирующем устройстве в противоположном направлении, чтобы получать тепловую энергию от хладоаккумулирующего материала. По мере улучшения эффекта рекуперации тепла в этих процессах повышается тепловая эффективность цикла рабочего вещества и достигается более низкая температура.

По мере того как удельная теплота на единицу объема хладоаккумулирующего материала, используемого в хладоаккумулирующем устройстве, становится выше, хладоаккумулирующий материал может накапливать больше тепловой энергии, что повышает холодопроизводительность холодильника. Таким образом, предпочтительно, чтобы: на низкотемпературной стороне хладоаккумулирующего устройства располагался хладоаккумулирующий материал, обладающий высокой удельной теплоемкостью при низкой температуре; а на высокотемпературной стороне хладоаккумулирующего устройства располагался другой хладоаккумулирующий материал, обладающий высокой удельной теплоемкостью при высокой температуре.

Хладоаккумулирующий материал обладает высокой объемной удельной теплоемкостью в определенном диапазоне температур в зависимости от его состава. Таким образом, способность аккумулировать холод повышается за счет сочетания различных по составу материалов, обладающих высокой объемной удельной теплоемкостью в целевом диапазоне температур, и благодаря этому повышается холодопроизводительность холодильника.

В обычных холодильниках охлаждение до температуры 4K достигается путем сочетания: металлического хладоаккумулирующего материала, такого как свинец (Pb), висмут (Bi) и олово (Sn) на стороне высокой температуры; и металлического магнитного хладоаккумулирующего материала, такого как Er₃Ni, ErNi и HoCu₂, на стороне низкой температуры 20K или ниже. Кроме того, в некоторых случаях в комбинации с описанным выше металлическим магнитным хладоаккумулирующим материалом используется неметаллический магнитный хладоаккумулирующий материал, например Gd₂O₂S.

В последние годы разрабатываются также сверхпроводящие аппараты с использованием высокотемпературных сверхпроводящих проводников. Такие аппараты рассматриваются для работы при температурах от 10 до 30К. Для холодильников, работающих при таких температурах, предпочтительно использовать материал, обладающий высокой объемной удельной теплоемкостью при температурах от 10 до 30К.

В случае применения холодильника в сверхпроводящем аппарате и предотвращения испарения сжиженного газа, от холодильника требуется высокая тепловая эффективность в течение длительного времени. Хладоаккумулирующий материал подвергается механической вибрации в процессе цикла теплообмена между хладоаккумулирующим материалом и рабочим веществом. Таким образом, во время работы холодильника хладоаккумулирующий материал постоянно подвергается вибрации при рабочей температуре холодильника. Если количество повреждений хладоаккумулирующего материала, вызванных вибрацией, достигает определенной величины, то ухудшается поток рабочего вещества, например газообразного гелия (He), и тем самым снижается тепловая эффективность. При сильном разрушении хладоаккумулирующего материала поток рабочего вещества, например газообразного He, прекращается, и, следовательно, холодильник останавливается.

Отсюда следует, что для повышения долговременной надежности холодильника необходимо снижать степень разрушения хладоаккумулирующего материала до определенной величины или меньше при длительном воздействии вибрации при рабочей температуре холодильника. Например, рабочая температура холодильника составляет: приблизительно 4К (температура жидкого гелия) для МРТ с использованием низкотемпературных сверхпроводящих проводников; от 10К до 30К для аппарата с использованием высокотемпературных сверхпроводящих проводников; около 20К (температура жидкого водорода) для охлаждения жидкого водорода.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[Патентный документ 1] JP 2003-073661 A

[Патентный документ 2] WO 1996/006315 A1

[Патентный документ 3] WO 2014/057657 A1

Раскрытие сущности изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Задачей настоящего изобретения является предложить: частицы магнитного хладоаккумулирующего материала, которые характеризуются низкой скоростью разрушения при длительной вибрации при криогенной температуре; и хладоаккумулирующее устройство, которое содержит вышеописанные частицы магнитного хладоаккумулирующего материала и, таким образом, не ухудшает холодопроизводительность даже в случае эксплуатации в течение длительного периода времени.

Решение проблемы

Частица магнитного хладоаккумулирующего материала по настоящему изобретению состоит из интерметаллического соединения, содержащего редкоземельный элемент и представленного формулой RMz, где R - по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm и Yb; M - по меньшей мере один металлический элемент, выбранный из Ni, Co, Cu, Ag, Si, Ga, Bi, Al и Ru; а z - число в диапазоне от 0,001 до 9,0, при этом процентная доля площади пустот, присутствующих в поперечном сечении частицы магнитного хладоаккумулирующего материала составляет 0,0001% или более и 15% или менее.

Хладоаккумулирующее устройство по одному из вариантов осуществления изобретения содержит частицы магнитного хладоаккумулирующего материала, каждая частица содержит редкоземельный элемент, представленный формулой RMz, при этом 70% или более этих частиц магнитного хладоаккумулирующего материала имеют процентную долю площади пустот (т.е. процентную долю площади пустот, присутствующих в поперечном сечении каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала) от 0,0001% или более до 15% или менее.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен схематический вид в поперечном сечении частиц магнитного хладоаккумулирующего материала в соответствии с первым объектом изобретения и основной конфигурации холодильника в соответствии с третьим объектом изобретения.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий общую конфигурацию криогенного насоса в соответствии с четвертым объектом изобретения.

На фиг. 3 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий общую конфигурацию сверхпроводящего магнита в соответствии с пятым объектом изобретения.

На фиг. 4 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий общую конфигурацию аппарата МРТ в соответствии с шестым объектом изобретения.

На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий общую конфигурацию аппарата ЯМР в соответствии с седьмым объектом изобретения.

На фиг. 6 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий общую конфигурацию установки для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле согласно восьмому объекту изобретения.

На фиг. 7 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий общую конфигурацию аппарата для повторной конденсации гелия согласно девятому объекту изобретения.

Осуществление изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. В описании одинаковые или схожие компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описание уже описанных компонентов, если это уместно, опущено.

В настоящей спецификации под криогенной температурой понимается диапазон температур, например, 30К или менее. В диапазоне температур 30К или менее может работать сверхпроводящая аппаратура и обеспечиваться сжижение гелия или водорода.

Первый вариант осуществления

Каждая частица магнитного хладоаккумулирующего материала в соответствии с первым объектом изобретения состоит из интерметаллического соединения, содержащего редкоземельный элемент и представленного формулой RMz, где: R представляет собой по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm и Yb; M представляет собой по меньшей мере один металлический элемент, выбранный из Ni, Co, Cu, Ga, Bi, Ag, Si, Al и Ru; и z - число в диапазоне от 0,001 до 9,0.

В частицах магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения процентная доля площади пустот, присутствующих в поперечном сечении каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала, составляет 0,0001% или более и 15% или менее.

Площадь поперечного сечения частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения и площадь, занимаемая пустотами, присутствующими в поперечном сечении, могут быть получены путем анализа изображения, полученного с помощью оптического микроскопа или сканирующего электронного микроскопа (SEM). При анализе изображения, полученного с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM, используется изображение в обратно- рассеянных электронах. В качестве программного обеспечения для анализа изображений может использоваться, например, ImageJ.

На основании яркости изображения в обратно-рассеянных электронах в нем могут быть выделены области, соответствующие пустотам, и области, соответствующие не пустотам в частице хладоаккумулирующего материала. При выделении соответствующих областей производится, например, бинаризация яркости. Например, если извлеченная область и исходное изображение сравниваются друг с другом невооруженным глазом и становится ясно, что пустоты выделены неправильно, условия бинаризации корректируются, и затем оценивается поперечное сечение частицы и площадь пустот.

В случае наблюдения за поперечным сечением каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения предпочтительно использовать образец, поперечное сечение которого обнажается путем пропитки частиц магнитного хладоаккумулирующего материала смолой, и затем оно полируется с помощью ионного фрезерного аппарата. Если выполнять полировку с помощью абразивной бумаги, слабые с точки зрения прочности участки хладоаккумулирующего материала отпадают, и, таким образом, невозможно точно оценить пустоты. Поэтому предпочтительнее полировать хладоаккумулирующий материал с помощью ионного фрезерного аппарата, который с меньшей вероятностью может вызвать отпадение слабых участков.

Поперечное сечение открытого образца наблюдают с помощью оптического микроскопа или сканирующего электронного микроскопа SEM. При этом предпочтительно уточнять наличие пустот после исключения пыли, прилипшей к измеряемой поверхности, путем сравнения между собой изображения в обратно-рассеянных электронах и изображения во вторичных электронах, полученного с помощью SEM.

В качестве оцениваемых частиц магнитного хладоаккумулирующего материала предпочтительно выбирать частицы, поперечный эквивалентный диаметр окружности которых находится в пределах ±10% от медианного значения распределения частиц по размерам, и наблюдать в них пустоты. Частица, поперечный эквивалентный диаметр окружности которой находится вне диапазона ±10% от медианного значения распределения частиц по размерам, означает, что поперечное сечение находится вне центра этой частицы, и существует вероятность того, что доля пустот, имеющихся в этой частице, может быть оценена не точно.

Распределение частиц магнитного хладоаккумулирующего материала может быть измерено путем оценки распределения диаметров идеальных окружностей, которые соответствуют области наблюдаемой фигуры на изображении, таком как изображение частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, полученное с помощью оптического микроскопа, и изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM. При оценке распределения диаметров предпочтительно оценивать диаметры, например, 50 или более частиц.

Обнаружение элементов, содержащихся в частицах магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения, и измерение атомной концентрации элементов может быть выполнено, например: путем растворения частиц магнитного хладоаккумулирующего материала в жидкости и использования, например, атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). Также может быть проведена энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) или волнодисперсионная рентгеновская спектроскопия (WDX).

Кроме того, размер каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения составляет 50 мкм или более и 3 мм или менее. Аспектное отношение каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала составляет от 1 до 5. Аспектное отношение каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала - это отношение длинного диаметра частицы магнитного хладоаккумулирующего материала к ее короткому диаметру. Форма каждой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала является, например, сферической.

Размер частицы магнитного хладоаккумулирующего материала - это эквивалентный диаметр круга. Эквивалентный диаметр круга - это диаметр идеального круга, который соответствует площади фигуры, наблюдаемой на изображении, например, на изображении частицы магнитного хладоаккумулирующего материала, полученном с помощью оптического микроскопа, или на изображении, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM. Размер частицы магнитного хладоаккумулирующего материала может быть определен, например, путем анализа изображения, полученного с помощью оптического микроскопа, или изображения, полученного с помощью сканирующего микроскопа SEM.

Способ изготовления частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения особо не ограничивается, и могут использоваться различные способы изготовления. Например, частицы могут изготавливаться способом, при котором расплавленный металл основного сплава, имеющего заранее заданный состав, быстро охлаждается и отверждается способом центробежного распыления, способом плазменного вращающегося электрода, способом газового распыления, способом вращающегося электрода или т.п. с получением гранул.

Базовый сплав может быть изготовлен путем: превращения исходного материала в расплавленный металл способом высокочастотной плавки или аналогичным способом и заливки в форму. Базовый сплав также может быть получен путем смешивания порошков сырья для получения сырьевой смеси, формования полученной сырьевой смеси и спекания ее, например, в вакуумной печи. Кроме того, частицы магнитного хладоаккумулирующего материала с аспектным отношением от 1 до 5 могут быть получены путем оптимизации условий производства или выполнения классификации формы, например, способом вибрации с наклоном.

При условии, что периферийная длина проецируемого изображения частицы магнитного хладоаккумулирующего материала определена как L; а фактическая площадь проецируемого изображения определена как A, округлость (степень приближения к окружности) R, представленная формулой 4πA/L², может иметь значение, превышающее 0,4, благодаря оптимизации условий производства и/или выполнения классификации формы, например, способом вибрации при наклоне.

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения могут изготавливаться путем термообработки под давлением полученных частиц магнитного хладоаккумулирующего материала. При термообработке под давлением количество пустот можно контролировать, регулируя давление, прикладываемое к образцу, и температуру термообработки. Если при термообработке под давлением используется способ горячего изостатического прессования (HIP), то пустоты можно контролировать путем управления давлением газа и температурой спекания. HIP-обработка проводится, например, в атмосфере инертного газа под давлением. В качестве инертного газа могут использоваться аргон или азот. Давление газа составляет, например, от 1 МПа до 200 МПа. Температура термообработки составляет, например, от 500°С до 2000°С. Температура термообработки регулируется в зависимости от температуры плавления образца. Длительность термообработки составляет, например, от 1 час до 48 часов.

Далее будут описаны результаты применения частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения.

В криогенном холодильнике процедура заполнения хладоаккумулирующего устройства частицами хладоаккумулирующего материала обычно выполняется при комнатной температуре. Соответственно, даже в том случае, если хладоаккумулирующее устройство достаточно заполнено частицами при комнатной температуре, при воздействии на него экстремально низких температур зазоры между частицами хладоаккумулирующего материала или между частицами хладоаккумулирующего материала и хладоаккумулирующим устройством увеличиваются вследствие термической усадки, и тем самым изменяется характеристика наполнения (наполняемость) хладоаккумулирующего устройства. Увеличение зазоров между хладоаккумулирующими частицами приводит к перемещению частиц хладоаккумулирующего материала внутри хладоаккумулирующего устройства и, следовательно, в некоторых случаях вызывает треск такой, как столкновения частиц. При работе холодильника в состоянии треска, вибрация во время работы и возвратно-поступательное движение рабочего газа внутри хладоаккумулирующего устройства приводят к износу (истиранию) и растрескиванию частиц хладоаккумулирующего материала, в результате чего ухудшается холодопроизводительность холодильника.

Чем меньше коэффициент теплового расширения частиц хладоаккумулирующего материала, тем больше подавляется возникновение пустот между частицами хладоаккумулирующего материала вследствие тепловой усадки в криогенной среде, тем более стабильной становится наполненность хладоаккумулирующего устройства частицами хладоаккумулирующего материала, и тем больше снижается частота появления треска. Это снижает частоту возникновения износа и растрескивания частиц хладоаккумулирующего материала во время работы холодильника и может стабилизировать холодопроизводительность холодильника на длительный период времени.

Процентная доля площади пустот, присутствующих в частицах магнитного хладоаккумулирующего материала по данному объекту изобретения, составляет 0,0001% или более, предпочтительно 0,0005% или более, и более предпочтительно - 0,001% или более. Когда процентная доля площади пустот составляет 0,0001% или более, пустоты, присутствующие в частицах, поглощают усадку частиц, термическая усадка частиц хладоаккумулирующего материала становится меньше термической усадки частиц хладоаккумулирующего материала, у которых процентная доля площади пустот составляет менее 0,0001%, подавляется изменение наполненности в криогенной среде, и тем самым снижается частота возникновения треска. В результате даже при длительной эксплуатации холодильника снижается частота возникновения износа и растрескивания частиц магнитного хладоаккумулирующего материала и сохраняется холодопроизводительность холодильника.

Процентная доля площади пустот, присутствующих в частицах магнитного хладоаккумулирующего материала рассматриваемых вариантов осуществления изобретения, составляет 15% или менее, и предпочтительно 10% или менее. При увеличении количества пустот в частицах магнитного хладоаккумулирующего материала прочность частиц магнитного хладоаккумулирующего материала снижается. Однако, когда процентная доля площади пустот составляет 15% или менее, треск, вызванный изменением наполненности, уменьшается, поэтому количество разрушений частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, вызванных вибрацией, связанной с работой холодильника, уменьшается, и, следовательно, холодопроизводительность холодильника может сохраняться в течение длительного периода времени.

Размер частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения предпочтительно составляет 50 мкм или более и 3 мм или менее, более предпочтительно 1 мм или менее, и еще более предпочтительно 500 мкм или менее. Когда размер частиц магнитного хладоаккумулирующего материала составляет 50 мкм или более, плотность заполнения хладоаккумулирующего устройства частицами магнитного хладоаккумулирующего материала уменьшается, потеря давления рабочей среды, например гелия, снижается и, как следствие, улучшается холодопроизводительность холодильника. Когда диаметр частиц магнитного хладоаккумулирующего материала составляет 3 мм или менее, расстояние от поверхности частицы магнитного хладоаккумулирующего материала до центра частицы становится меньше, и передача тепла между рабочим веществом и частицами магнитного хладоаккумулирующего материала облегчается, для того чтобы достичь центра хладоаккумулирующего материала, что приводит к улучшению холодопроизводительности холодильника.

Аспектное отношение частицы магнитного хладоаккумулирующего материала в данном варианте осуществления изобретения предпочтительно составляет 5 или менее, и более предпочтительно 2 или менее. Когда частицы магнитного хладоаккумулирующего материала имеют аспектное отношение 5 или менее, зазоры, образующиеся при заполнении хладоаккумулирующего устройства частицами магнитного хладоаккумулирующего материала, становятся равномерными, и таким образом улучшается холодопроизводительность холодильника.

Округлость R частицы магнитного хладоаккумулирующего материала в данном варианте осуществления изобретения предпочтительно больше 0,4, и более предпочтительно - 0,6 или больше. Когда округлость R частицы магнитного хладоаккумулирующего материала приближается к 1, форма становится ближе к форме сферы, зазоры, образующиеся при заполнении хладоаккумулирующего устройства частицами магнитного хладоаккумулирующего материала, становятся равномерными, и таким образом, стабилизируется наполненность хладоаккумулирующего устройства, что приводит к улучшению холодопроизводительности холодильника.

Второй вариант

Хладоаккумулирующее устройство по второму объекту изобретения заполнено частицами магнитного хладоаккумулирующего материала одного или нескольких типов. Хладоаккумулирующее устройство по второму объекту изобретения заполнено множеством магнитных частиц хладоаккумулирующего материала, представленных вышеописанной формулой «RMz», и 70% или более этих частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представленных формулой RMz, являются частицами магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения. Например, при условии, что периферийная длина проецируемого изображения частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту, заполняющих хладоаккумулирующее устройство, определена как L; фактическая площадь проецируемого изображения определена как A; а округлость R определена как 4πA/L², в хладоаккумулирующем устройстве по второму варианту доля частиц магнитного хладоаккумулирующего материала с округлостью R 0,4 или менее составляет 15% или менее.

Когда частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому варианту составляют менее 70% частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, заполняющего хладоаккумулирующее устройство по второму объекту изобретения, которые выражены формулой RMz, то вклад частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому варианта осуществления изобретения снижается, и, таким образом, становится невозможным снижение частоты возникновения треска в криогенной среде. Поэтому доля частиц магнитного материала по первому объекту изобретения составляет 70% или более, предпочтительно 80% или более, более предпочтительно 90% или более и еще более предпочтительно 100%. Доля частиц магнитного материала по первому объекту изобретения, находящихся в хладоаккумулирующем устройстве, может быть определена следующим образом: извлекается некоторое количество частиц из числа частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представленного формулой RMz и содержащегося в хладоаккумулирующем устройстве; оцениваются поперечные сечения этих частиц; вычисляется доля частиц с процентом площади пустот 0,0001% или более и 15% или менее. При этом среднее значение процентной доли пустот в частицах, имеющих процентную долю пустот 0,0001% или более и 15% или менее, является процентной долей пустот в частицах магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения, загруженных в вышеописанное хладоаккумулирующее устройство. В случае оценки доли частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения предпочтительно наблюдать и оценивать поперечные сечения, например, десяти или более частиц.

Округлость R частиц магнитного хладоаккумулирующего материала может быть определена путем обработки изображений в отношении формы частицы для множества частиц магнитного хладоаккумулирующего материала с помощью оптического микроскопа. Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала с округлостью R 0,4 или менее имеют форму, включающую в себя выпуклые и вогнутые участки на их поверхности. Если такие частицы магнитного хладоаккумулирующего материала составляют более 15% от общего количества частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представленного формулой RMz и содержащегося в хладоаккумулирующем устройстве, то даже в случае использования частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения зазоры, образованные частицами магнитного хладоаккумулирующего материала в хладоаккумулирующем устройстве, становятся неоднородными, а наполняемость - нестабильной, что приводит к треску при криогенной температуре и снижает холодопроизводительность и надежность холодильника при длительной эксплуатации. Поэтому доля частиц магнитного хладоаккумулирующего материала с округлостью R 0,4 или менее предпочтительно составляет 15% или менее, более предпочтительно 10% или менее, более предпочтительно 5% или менее, более предпочтительно 2% или менее, и еще более предпочтительно 0%. В случае оценки доли частиц магнитного хладоаккумулирующего материала с округлостью R 0,4 или менее предпочтительно оценивать, например, 50 или более частиц.

Третий вариант

Холодильник в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения снабжен хладоаккумулирующим устройством по второму объекту изобретения, которое заполнено множеством частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения. В дальнейшем описание компонентов, общих для первого или второго вариантов осуществления изобретения, частично опущено.

На фиг. 1 представлен схематический вид в поперечном сечении, иллюстрирующий основную конфигурацию холодильника по третьему объекту изобретения, снабженного хладоаккумулирующим устройством по второму объекту изобретения, которое заполнено множеством частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения. Холодильник по третьему объекту изобретения представляет собой двухступенчатый криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода», предназначенный для охлаждения сверхпроводящего аппарата и т.п.

Криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» включает в себя: первый цилиндр 111, второй цилиндр 112; вакуумный контейнер 113, первое хладоаккумулирующее устройство 114, второе хладоаккумулирующее устройство 115, первое уплотнительное кольцо 116, второе уплотнительное кольцо 117, первый хладоаккумулирующий материал 118, второй хладоаккумулирующий материал 119, первую расширительную камеру 120, вторую расширительную камеру 121, первую ступень 122 охлаждения, вторую ступень 123охлаждения и компрессор 124.

Криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» включает в себя вакуумный контейнер 113, в котором установлены первый цилиндр 111 большого диаметра и второй цилиндр 112 малого диаметра, коаксиально соединенный с первым цилиндром 111. В первом цилиндре 111 расположено с возможностью возвратно-поступательного движения первое хладоаккумулирующее устройство 114. Во втором цилиндре 112 расположено с возможностью возвратно-поступательного движения второе хладоаккумулирующее устройство 115, которое является одним из аспектов хладоаккумулирующего устройства по второму объекту изобретения.

Первое уплотнительное кольцо 116 расположено между первым цилиндром 111 и первым хладоаккумулирующим устройством 114. Второе уплотнительное кольцо 117 расположено между вторым цилиндром 112 и вторым хладоаккумулирующим устройством 115.

В первом хладоаккумулирующем устройстве 114 размещается первый хладоаккумулирующий материал 118, например, медная сетка. Во втором хладоаккумулирующем устройстве 115 размещается второй хладоаккумулирующий материал 119.

В каждом из первого хладоаккумулирующего устройства 114 и второго хладоаккумулирующего устройства 115 имеется проход для рабочего вещества через просветы в первом хладоаккумулирующем материале 118 и втором хладоаккумулирующем материале 119 и т.п. Рабочим веществом является газообразный гелий.

Первая расширительная камера 120 находится между первым хладоаккумулирующим устройством 114 и вторым хладоаккумулирующим устройством 115. Вторая расширительная камера 121 находится между вторым хладоаккумулирующим устрйством115 и дистальной торцевой стенкой второго цилиндра 112. Первая ступень 122 охлаждения обеспечивается на дне первой расширительной камеры 120. Вторая ступень 123 охлаждения, имеющая более низкую температуру, чем первая ступень 122 охлаждения, обеспечивается на дне второй расширительной камеры 121.

Рабочее вещество под высоким давлением подается компрессором 124 в описанный выше двухступенчатый криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода». Подаваемое рабочее вещество проходит через первый хладоаккумулирующий материал 118, находящийся в первом хладоаккумулирующем устройстве 114, и достигает первой расширительной камеры 120, а затем проходит через второй хладоаккумулирующий материал 119, находящийся во втором хладоаккумулирующем устройстве 115, и достигает второй расширительной камеры 121.

При этом рабочее вещество охлаждается за счет передачи тепловой энергии первому хладоаккумулирующему материалу 118 и второму хладоаккумулирующему материалу 119. Рабочее вещество, прошедшее через первый хладоаккумулирующий материал 118 и второй хладоаккумулирующий материал 119, расширяется в первой расширительной камере 120 и второй расширительной камере 121, в результате чего охлаждается. Соответственно охлаждаются первая ступень 122 охлаждения и вторая ступень 123 охлаждения.

Расширившееся рабочее вещество течет в обратном направлении между первым хладоаккумулирующим материалом 118 и вторым хладоаккумулирующим материалом 119. Рабочее вещество выводится после получения тепловой энергии от первого хладоаккумулирующего материала 118 и второго хладоаккумулирующего материала 119. Криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» сконфигурирован таким образом, что повышается тепловая эффективность цикла «рабочего вещества», поскольку эффект рекуперации тепла становится удовлетворительным в ходе описанного выше процесса, и, таким образом, достигается более низкая температура.

Второе хладоаккумулирующее устройство 115 представляет собой устройство по второму объекту изобретения, а хладоаккумулирующее устройство, установленное в холодильнике по третьему объекту изобретения, по меньшей мере частично содержит множество частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения в качестве второго хладоаккумулирующего материала 119. При условии, что периферийная длина проецируемого изображения каждой из частиц магнитного хладоаккумулирующего материала определена как L, фактическая площадь проецируемого изображения определена как A и округлость R определена как 4πA/L², среди множества частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения доля частиц, имеющих округлость R 0,4 или менее, предпочтительно составляет 15% или менее.

В третьем объекте изобретения хладоаккумулирующее устройство по второму объекту изобретения может включать в себя множество заполняющих слоев, состоящих, например, из разных типов хладоаккумулирующего материала. Различные типы хладоаккумулирующих материалов могут быть разделены сеткой. В качестве сетки может использоваться, например, металлическая сетка. По меньшей мере один из множества заполняющих слоев хладоаккумулирующего материала представляет собой частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения. В холодильнике по третьему объекту изобретения, когда частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту комбинируются с частицами хладоаккумулирующего материала, имеющего меньшую максимальную удельную теплоемкость, чем частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту, множество частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту используется, например, для заполнения высокотемпературной стороны хладоаккумулирующего устройства.

Когда частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения комбинируются с частицами хладоаккумулирующего материала, имеющего более высокое максимальное значение удельной теплоемкости, чем частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения, множество частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения используется, например, для заполнения низкотемпературной стороны хладоаккумулирующего устройства.

Когда частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения комбинируются с обоими типами частиц: частицы хладоаккумулирующего материала, имеющего более высокую максимальную удельную теплоемкость, чем частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения, используются для заполнения низкотемпературной стороны хладоаккумулирующего устройства, а частицы хладоаккумулирующего материала, имеющего меньшее максимальное значение удельной теплоемкости, чем частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту, то множество частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту располагают, например, в хладоаккумулирующем устройстве в виде прослойки между частицами обоих типов хладоаккумулирующего материала. Даже когда используются частицы магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения и комбинируются частицы различных составов, в зависимости от температуры, при которой удельная теплоемкость достигает максимума, можно определить, является ли эта сторона холодной или горячей стороной хладоаккумулирующего устройства.

Для повышения надежности холодильника предпочтительно, чтобы количество разрушений частиц хладоаккумулирующего материала при длительном воздействии вибрации в криогенной среде было равно или ниже определенного уровня. Холодильник по третьему объекту изобретения включает в себя хладоаккумулирующее устройство по второму объекту изобретения, снаряженное частицами магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения.

Долговременная надежность поезда на магнитной подушке и аппарата для повторной конденсации гелия может быть улучшена за счет использования холодильника по третьему объекту изобретения.

Согласно третьему объекту изобретения, холодильник с превосходной долговременной надежностью может быть получен путем использования частиц магнитного хладоаккумулирующего материала с превосходными характеристиками, в том числе с уменьшенным количеством боя.

Четвертый объект изобретения

Криогенный насос согласно четвертому объекту изобретения включает в себя холодильник по третьему объекту изобретения. В дальнейшем описание компонентов, характерных для третьего объекта изобретения, частично опущено.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий общую конфигурацию криогенного насоса по четвертому объекту изобретения. Криогенный насос 500 по четвертому объекту изобретения включает криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» по третьему объекту изобретения.

Криогенный насос 500 включает в себя криопанель 501, которая конденсирует или адсорбирует молекулы газа, криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода», охлаждающий криопанель 501 до заданной криогенной температуры, экран 503, расположенный между криопанелью 501 и криогенным холодильником 100 типа «аккумулятор холода», перегородку 504, расположенную во впускном отверстии, и кольцо 505, изменяющее скорость выпуска аргона, азота, водорода или т.п.

Согласно четвертому объекту изобретения, криогенный насос с превосходной долговременной надежностью может быть получен путем использования холодильника, который является превосходным с точки зрения долговременной надежности.

Пятый объект изобретения

Сверхпроводящий магнит согласно пятому объекту изобретения включает в себя холодильник по третьему объекту изобретения. В дальнейшем описание компонентов, характерных для третьего объекта изобретения, частично опущено.

На фиг. 3 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий общую конфигурацию сверхпроводящего магнита по пятому объекту изобретения. Сверхпроводящий магнит по пятому объекту представляет собой сверхпроводящий магнит 600 для поезда на магнитной подушке, включающий в себя криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» по третьему объекту.

Сверхпроводящий магнит 600 для поезда на магнитной подушке включает в себя: сверхпроводящую катушку 601; резервуар 602 с жидким гелием для охлаждения сверхпроводящей катушки 601; резервуар 603 с жидким азотом для предотвращения испарения жидкого гелия; слоистый теплоизоляционный материал 605; силовой провод 606; переключатель постоянного тока 607; криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода».

Согласно пятому объекту изобретения, сверхпроводящий магнит с превосходной долговременной надежностью может быть получен путем использования холодильника с превосходной долговременной надежностью.

Шестой объект изобретения

Аппарат МРТ в соответствии с шестым объектом включает в себя холодильник по третьему объекту. В дальнейшем описание компонентов, характерных для третьего объекта изобретения, частично опущено.

На фиг. 4 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий общую конфигурацию аппарата МРТ по шестому объекту изобретения. Аппарат 700 МРТ по шестому объекту изобретения включает в себя криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» по третьему объекту изобретения.

Аппарат 700 МРТ включает в себя: сверхпроводящую катушку 701, создающую постоянное магнитное поле, которое является пространственно однородным, стабильным во времени статическим магнитным полем, и которое накладывают на тело человека; корректирующую катушку (на чертеже не показана), которая корректирует неоднородность создаваемого магнитного поля; катушку 702 градиентного магнитного поля, которая создает градиент магнитного поля в области измерения; зонд 703 для передачи/приема радиоволн; криостат 705; радиационный адиабатический экран 706. Для охлаждения сверхпроводящей катушки статического магнитного поля 701 используется криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода».

Согласно шестому объекту изобретения, аппарат МРТ с превосходной долговременной надежностью может быть получен путем использования холодильника с превосходной долговременной надежностью.

Седьмой объект изобретения

Аппарат ядерного магнитного резонанса (ЯМР) согласно седьмому объекту изобретения включает в себя холодильник по третьему объекту изобретения. В дальнейшем описание компонентов, характерных для третьего объекта изобретения, частично опущено.

На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий общую конфигурацию аппарата ЯМР седьмого объекта изобретения Аппарат 800 ЯМР седьмого объекта изобретения включает в себя криогенный холодильник 100 по третьему объекту изобретения.

Аппарат 800 ЯМР включает в себя: сверхпроводящую катушку 802, создающую статическое магнитное поле, которое накладывается на образец, например, органическое вещество, помещенное в пробирку 801; высокочастотный генератор 803, который создает радиоволны, направляемые к пробирке 801 в магнитном поле; и усилитель 804, который усиливает наводимый ток в катушке (на чертеже не показана) вокруг пробирки 801. Кроме того, предусмотрен криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» для охлаждения сверхпроводящей катушки 802 для статического магнитного поля.

Согласно седьмому объекту изобретения, аппарат ЯМР, обладающий превосходной долговременной надежностью, может быть получен путем использования холодильника, обладающего превосходной долговременной надежностью.

Восьмой объект изобретения

Установка для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле согласно восьмому объекту изобретения включает в себя холодильник по третьему объекту изобретения. В дальнейшем описание компонентов, характерных для третьего объекта изобретения, частично опущено.

На фиг. 6 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий общую конфигурацию установки для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле по восьмому объекту изобретения. Установка 900 для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле по восьмому объекту изобретения включает в себя криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» по третьему объекту изобретения.

Установка 900 для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле включает в себя узел 901 вытягивания монокристаллов, содержащий тигель для исходных материалов, нагреватель, механизм для вытягивания монокристаллов и т.п.; сверхпроводящую катушку 902, создающую статическое магнитное поле, воздействующее на расплав исходных материалов; механизм 903 подъема-опускания узла 901 вытягивания монокристаллов; токоподвод 905; теплозащитную пластину 906; контейнер 907 с гелием. Для охлаждения сверхпроводящей катушки 902 используется криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода».

Согласно восьмому объекту изобретения, установка для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле с отличной долговременной надежностью может быть получена путем использования холодильника с отличной долговременной надежностью.

Девятый объект изобретения

Устройство для повторной конденсации гелия согласно девятому объекту изобретения включает в себя холодильник по третьему объекту изобретения. В дальнейшем описание компонентов, характерных для третьего объекта изобретения, частично опущено.

На фиг. 7 схематически представлен вид, иллюстрирующую общую конфигурацию устройства для повторной конденсации гелия по девятому объекту изобретения. Устройство 1000 для повторной конденсации гелия по девятому объекту изобретения включает в себя криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода» по третьему объекту изобретения.

Устройство 1000 повторной конденсации гелия включает в себя: криогенный холодильник 100 типа «аккумулятор холода», испарительную трубку 1001 и трубку 1002 сжижения.

Устройство 1000 для повторной конденсации гелия 1000 может вырабатывать жидкий гелий путем повторной конденсации газообразного гелия, испаренного из устройства, использующего жидкий гелий (например, сверхпроводящего магнита, аппарата ЯМР, аппарата МРТ и системы измерения физических свойств (PPMS)), или аппарата с жидким гелием, предусмотренный в устройстве, которое использует сверхпроводящий магнит, таком как система измерения магнитных свойств.

Газообразный гелий вводится в устройство 1000 для повторной конденсации гелия через испарительную трубку 1001 из аппарата с жидким гелием (на чертеже не показан). В криогенном холодильнике 100 типа «аккумулятор холода» газообразный гелий охлаждается до температуры 4К, которая ниже температуры сжижения гелия. Сконденсированный жидкий гелий возвращается в аппарат с жидким гелием по трубке 1002 сжижения.

Согласно девятому объекту изобретения, устройство для повторной конденсации гелия, обладающее превосходной долговременной надежностью, может быть получено путем использования холодильника, обладающего превосходной долговременной надежностью.

Холодильник по третьему объекту изобретения позволяет повысить долговременную надежность при использовании в поезде на магнитной подушке.

Примеры

Ниже будет приведено описание примеров частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения, сравнительных примеров и результатов их оценки.

Пример 1

Исходный сплав Er₃Ni был получен методом высокочастотной плавки. Исходный сплав Er₃Ni плавили при температуре около 800°C, расплавленный металл сбрасывали на вращающийся диск в атмосфере Ar (под давлением около 101 кПа) для быстрого охлаждения и отверждения. Полученные гранулы были подвергнуты классификации по форме и просеиванию, в результате чего были получены сферические частицы Er₃Ni.

Сферические частицы Er₃Ni были подвергнуты горячему изостатическому прессованию (HIP-обработке). При этом в качестве газа, подаваемого под давлением, использовался азот. Давление составляло 50 МПа, температура термообработки - 600°С.

Сферические частицы Er₃Ni из Примера 1 имеют аспектное отношение 1,1. Процентная доля площади пустот составляет 0,0012%.

Для оценки надежности работы холодильника, когда хладоаккумулирующее устройство заполнено частицами магнитного хладоаккумулирующего материала, цилиндрический контейнер диаметром 15 мм и высотой 5 мм был заполнен частицами магнитного хладоаккумулирующего материала из Примера 1 при комнатной температуре, и к контейнеру, охлажденному до криогенной температуры, 2×10⁹ раз была приложена одиночная вибрация с амплитудой 2 мм и максимальным ускорением 400 м/с². Весовая доля частиц хладоаккумулирующего материала, разрушившихся в результате вибрационного испытания, составила 0,014%.

Для хладоаккумулирующего материала из Примера 1 оценивалась его холодопроизводительность при использовании в холодильнике при температуре 4,2К до и после проведения описанного выше вибрационного испытания. Для получения криогенного хладоаккумулирующего устройства хладоаккумулирующее устройство заполняли хладоаккумулирующим материалом при комнатной температуре. В качестве холодильника использовался двухступенчатый холодильник GM, медная сетка использовалась для хладоаккумулирующего устройства первой ступени, свинец использовался для высокотемпературной стороны хладоаккумулирующего устройства второй ступени, а для низкотемпературной стороны хладоаккумулирующего устройства второй ступени использовалось хладоаккумулирующее устройство, заполненное хладоаккумулирующим материалом из каждого примера и сравнительных примеров. Использовались частицы хладоаккумулирующего материала после вибрационного испытания, включая частицы хладоаккумулирующего материала, разрушенные в результате вибрационного испытания, и к хладоаккумулирующему устройству первой ступени была приложена тепловая нагрузка таким образом, чтобы температура составила 50К.

В следующих примерах и сравнительных примерах условия смешивания частиц магнитного хладоаккумулирующего материала и условия HIP-обработки были скорректированы таким образом, чтобы они были подходящими условиями. Испытание на вибрацию при криогенной температуре и испытание на холодопроизводительность холодильника проводились при тех же условиях, что и в Примере 1.

Пример 2

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был Er₃Co.

Пример 3

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был ErAg.

Пример 4

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был ErNi.

Пример 5

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был HoCu₂.

Пример 6

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был HoCu.

Пример 7

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был Ho₂Al.

Пример 8

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был Dy(Cu_0,5Si_0,5)₂.

Пример 9

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что состав был Dy(Cu_0.5Ge_0.5)₂.

Примеры 10-14

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что давление газа в процессе HIP-обработки было изменено.

Сравнительный пример 1

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что давление газа в процессе HIP-обработки было 190 МПа.

Сравнительный пример 2

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что давление газа в процессе HIP-обработки было 10 МПа.

Примеры 15-20

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала были получены таким же образом, как и в Примере 5, за исключением того, что условия классификации формы, такие как угол наклона и сила вибрации, были скорректированы.

Примеры 21-24 и Сравнительный пример 3

Частицы магнитного хладоаккумулирующего материала из Примера 1 и Сравнительного Примера 3 были использованы в качестве частиц хладоаккумулирующего материала для заполнения хладоаккумулирующих устройств, и были проведены вибрационные испытания и испытания холодильника с использованием хладоаккумулирующих устройств в различных сочетаниях.

Примеры 25-27 и Сравнительный Пример 4

Вибрационные испытания и испытания холодильника проводились с использованием хладоаккумулирующих устройств с различным сочетанием как частиц магнитного хладоаккумулирующего материала Примера 5, так и частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, которые были изготовлены таким же образом, как и в Примере 5, за исключением корректировки условий классификации формы, таких как угол наклона, и имеющих те же свойства, что и в Примере 5, за исключением включения частиц с округлостью 0,4 или менее.

В таблице 1 приведены весовой процент разрушившихся частиц после вибрационного испытания и холодопроизводительность частиц магнитного хладоаккумулирующего материала в каждом из примеров и сравнительных примеров.

Как показано в Примерах 1-27 и Сравнительном Примере 1, при процентной доле пустот в поперечном сечении частицы магнитного хладоаккумулирующего материала 0,0001% или более, доля частиц, разрушившихся при вибрационном испытании, пониженная, и скорость изменения холодопроизводительности холодильника также снижается. Предположительно это объясняется тем, что наличие пустот больше, чем определенное количество, подавляет термическую усадку частиц и уменьшает треск, обусловленный изменением наполненности, что вызывается усадкой частиц в связи с их охлаждением.

Как показано в Примерах 10-14 и Сравнительном Примере 2, когда процентная доля площади пустот в поперечном сечении частицы магнитного хладоаккумулирующего материала составляет менее 15%, доля частиц, разрушившихся при вибрационном испытании, уменьшается, и скорость изменения холодопроизводительности холодильника также снижается. Предположительно это связано с тем, что уменьшение количества пустот ниже определенного уровня подавляет термическую усадку частиц и сохраняет прочность частиц магнитного хладоаккумулирующего материала.

Как видно из таблицы 1, когда размер частиц магнитного хладоаккумулирующего материала находится в диапазоне от 50 до 3000 мкм, холодопроизводительность при температуре 4,2К значительно улучшается.

Как видно из таблицы 1, когда аспектное отношение частиц магнитного хладоаккумулирующего материала становится равным 5 или менее, холодопроизводительность при 4,2 К значительно улучшается.

Как видно из таблицы 1, если частицы хладоаккумулирующего материала с процентной долей пустот 0,0001% или более и 15% или менее составляют 70% или более частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представленного формулой RMz и загруженного в хладоаккумулирующее устройство, доля частиц, разрушившихся при вибрационном испытании, снижается, и снижение холодопроизводительности становится меньше. Также показано, что когда частицы хладоаккумулирующего материала с процентной долей пустот 0,001% или более и 10% или менее составляют 70% или более, доля частиц, разрушившихся при вибрационном испытании, еще больше уменьшается, и снижение холодопроизводительности становится еще меньше.

Как видно из таблицы 1, если частицы магнитного хладоаккумулирующего материала с округлостью R 0,4 или менее составляют более 15% частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представленного формулой RMz и загруженного в хладоаккумулирующее устройство, доля частиц, разрушившихся при вибрационном испытании, увеличивается, а холодопроизводительность уменьшается.

Как видно из таблицы 1, даже если частицы магнитного хладоаккумулирующего материала имеют различный состав, степень разрушения частиц при вибрационном испытании при криогенных температурах низкая, если процентная доля площади пустот составляет 0,0001% или более и 15% или менее.

Описанные выше примеры демонстрируют получаемые результаты для частиц магнитного хладоаккумулирующего материала по первому объекту изобретения и хладоаккумулирующего устройства по второму объекту изобретения.

Несмотря на то, что были описаны некоторые варианты осуществления изобретения, эти варианты приведены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема изобретения. Действительно, описанные здесь новые способы и системы могут быть воплощены в различных других формах; кроме того, могут быть сделаны различные опущения, замены и изменения форм описанных здесь способов и систем без отхода от духа изобретений. Прилагаемая формула изобретения и ее эквиваленты предназначены для охвата таких форм или модификаций, которые будут соответствовать объему и духу изобретений.

Список ссылочных позиций

100 криогенный холодильник типа аккумулятор холода

114, 115 хладоаккумулирующее устройство

118, 119 хладоаккумулирующий материал

500 криогенный насос

600 сверхпроводящий магнит

700 аппарат МРТ

800 аппарат ядерного магнитного резонанса

900 установка для выращивания монокристаллов методом вытягивания в магнитном поле

Изобретение может быть использовано в криогенной технике. Предложена частица магнитного хладоаккумулирующего материала, состоящая из интерметаллического соединения, содержащего редкоземельный элемент и представленного формулой RMz, где R – по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm и Yb; M – по меньшей мере один металлический элемент, выбранный из Ni, Co, Cu, Ag, Ga, Bi, Si, Al и Ru; и z – число в диапазоне от 0,001 до 9,0. Процентная доля площади пустот в поперечном сечении частицы магнитного хладоаккумулирующего материала составляет 0,0001% или более и 15% или менее. Предложено хладоаккумулирующее устройство, содержащее множество частиц указанного магнитного хладоаккумулирующего материала, а также холодильник, содержащий хладоаккумулирующее устройство. Предложены устройства, содержащие такой холодильник, такие как криогенный насос, сверхпроводящий магнит, аппарат магнитно-резонансной томографии, аппарат ядерного магнитного резонанса, установка для выращивания монокристаллов путем вытягивания в магнитном поле, аппарат для повторной конденсации гелия, содержащий холодильник. Изобретения позволяют снизить скорость разрушения хладоаккумулирующего материала при длительном воздействии вибрации, вызванной работой холодильника при криогенной температуре, стабилизировать холодопроизводительность холодильника на длительный период времени. 9 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 27 пр.

1. Частица магнитного хладоаккумулирующего материала, состоящая из интерметаллического соединения, содержащего редкоземельный элемент и представленного формулой RMz, где R – по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm и Yb; M – по меньшей мере один металлический элемент, выбранный из Ni, Co, Cu, Ag, Ga, Bi, Si, Al и Ru; и z – число в диапазоне от 0,001 до 9,0, при этом процентная доля площади пустот в поперечном сечении указанной частицы магнитного хладоаккумулирующего материала составляет 0,0001% или более и 15% или менее.

2. Частица магнитного хладоаккумулирующего материала по п. 1, отличающаяся тем, что представляет собой гранулу размером 50 мкм или более и 3 мм или менее.

3. Частица магнитного хладоаккумулирующего материала по п. 2, отличающаяся тем, что ее аспектное отношение находится в диапазоне от 1 до 5.

4. Хладоаккумулирующее устройство, содержащее множество частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представляемых формулой RMz, при этом 70% или более от указанного множества частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, представляемых формулой RMz и содержащихся в указанном хладоаккумулирующем устройстве, являются частицами магнитного хладоаккумулирующего материала по п. 1 или 3.

5. Хладоаккумулирующее устройство по п. 4, в котором доля частиц магнитного хладоаккумулирующего материала с округлостью R равной 0,4 или менее составляет 15% или менее, при этом округлость R определена как 4πA/L², где L обозначает периферийную длину проецируемого изображения частиц магнитного хладоаккумулирующего материала, а А обозначает фактическую площадь проецируемого изображения.

6. Холодильник, содержащий хладоаккумулирующее устройство по п. 4.

7. Криогенный насос, содержащий холодильник по п. 6.

8. Сверхпроводящий магнит, содержащий холодильник по п. 6.

9. Аппарат магнитно-резонансной томографии, содержащий холодильник по п. 6.

10. Аппарат ядерного магнитного резонанса, содержащий холодильник по п. 6.

11. Установка для выращивания монокристаллов путем вытягивания в магнитном поле, содержащая холодильник по п. 6.

12. Аппарат для повторной конденсации гелия, содержащий холодильник по п. 6.