JPH02129097A - 磁気冷凍作業物質 - Google Patents
磁気冷凍作業物質Info
- Publication number
- JPH02129097A JPH02129097A JP63280502A JP28050288A JPH02129097A JP H02129097 A JPH02129097 A JP H02129097A JP 63280502 A JP63280502 A JP 63280502A JP 28050288 A JP28050288 A JP 28050288A JP H02129097 A JPH02129097 A JP H02129097A
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- Japan
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- magnetic
- ions
- single crystal
- garnet
- refrigeration
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ＩＫ以下の、極低温環境を効率よく生成する
磁気冷凍機用の作業物質に関するものであり、特には希
土類磁性イオン（Ｇｄ、Ｄｙ等）を含むガーネットを非
磁性イオン（Ｙ、Ｌａ等）により希釈したことを特徴と
する磁気冷凍作業物質に関する。
磁気冷凍機用の作業物質に関するものであり、特には希
土類磁性イオン（Ｇｄ、Ｄｙ等）を含むガーネットを非
磁性イオン（Ｙ、Ｌａ等）により希釈したことを特徴と
する磁気冷凍作業物質に関する。
本発明磁気冷凍作業物質は宇宙その他の極限環境を含め
た広い分野での利用が期待される。
た広い分野での利用が期待される。
Ｌ＆立且ｌ
磁気冷凍法は、磁性体を強磁界中に置き、磁気スピンを
整列状態にすると発熱が起こり、この熱を取り去った後
磁界を除いて磁気スピンをかく乱状態とすると吸熱が起
こり、外部の冷凍対象物から熱を奪い冷凍作用を示す現
象を原理とするものである。磁気冷凍法は、従来からの
気体圧縮−膨張冷凍法に比べて、冷凍効率が高いこと、
圧縮機が不要なこと、小型軽量化等の多くの優れた特徴
を有しており、特に現在では絶対零度に近い超低温の環
境を生成するシステムとして、宇宙その他の極限環境を
含めた広い分野での利用が期待されている。
整列状態にすると発熱が起こり、この熱を取り去った後
磁界を除いて磁気スピンをかく乱状態とすると吸熱が起
こり、外部の冷凍対象物から熱を奪い冷凍作用を示す現
象を原理とするものである。磁気冷凍法は、従来からの
気体圧縮−膨張冷凍法に比べて、冷凍効率が高いこと、
圧縮機が不要なこと、小型軽量化等の多くの優れた特徴
を有しており、特に現在では絶対零度に近い超低温の環
境を生成するシステムとして、宇宙その他の極限環境を
含めた広い分野での利用が期待されている。
しかしながら、ＩＫ以下の生成を目標とした場合、従来
用いられて来たカリミ重−バン等の磁性イオンを含んだ
水和物は、いずれも吸・脱水による変質等化学的安定性
に乏しい為、取扱いが極めて困難である上、熱伝導率が
悪（、カルノーサイクルによる連続的な磁気冷凍サイク
ルを実現するための致命的な障害となっていた。
用いられて来たカリミ重−バン等の磁性イオンを含んだ
水和物は、いずれも吸・脱水による変質等化学的安定性
に乏しい為、取扱いが極めて困難である上、熱伝導率が
悪（、カルノーサイクルによる連続的な磁気冷凍サイク
ルを実現するための致命的な障害となっていた。
１に以下の生成には、磁性イオンを含み、それらの磁気
的相互作用が弱く、転移温度の低い磁性体が要求される
。希土類の磁性イオン（Ｇｄ。
的相互作用が弱く、転移温度の低い磁性体が要求される
。希土類の磁性イオン（Ｇｄ。
Ｄｙ等）を含むＧＧＧやＤＡＧとして知られるガーネッ
ト型単結晶は磁気熱量効果が大きく熱伝導率が高いこと
で知られており、１．８にや４．２Ｋを生成する磁気冷
凍に用いられてはきたが、これらは常磁性から反強磁性
への転移温度が高いために、ＩＫ以下のカルノーサイク
ルの実行には不十分である。
ト型単結晶は磁気熱量効果が大きく熱伝導率が高いこと
で知られており、１．８にや４．２Ｋを生成する磁気冷
凍に用いられてはきたが、これらは常磁性から反強磁性
への転移温度が高いために、ＩＫ以下のカルノーサイク
ルの実行には不十分である。
また、固体レーザ用材料として知られているＥｒ又はＮ
ｄのイオンをドープしたＹＡＧ （Ｙ−ＡＩＢＯｌｌ）
単結晶を用いた断熱消磁の報告も為されているが、冷凍
機を考えた時その冷却能力の低さが問題であった。即ち
、この場合は、非磁性体のＹＡＧ９９％に対し、Ｅｒ、
Ｎｄ等の磁性体を１％添加するものであるが、その結果
として到達温度は０°Ｋに近く、申し分ないが、冷却能
力値が極めて低い値であった。
ｄのイオンをドープしたＹＡＧ （Ｙ−ＡＩＢＯｌｌ）
単結晶を用いた断熱消磁の報告も為されているが、冷凍
機を考えた時その冷却能力の低さが問題であった。即ち
、この場合は、非磁性体のＹＡＧ９９％に対し、Ｅｒ、
Ｎｄ等の磁性体を１％添加するものであるが、その結果
として到達温度は０°Ｋに近く、申し分ないが、冷却能
力値が極めて低い値であった。
が よ と る
近時、宇宙その他の極限環境を含めた広い分野での応用
技術への関心が高まりつつある。それに伴ない、磁気冷
凍は非常に重要な手段となっており、上記の問題点を解
決し、取扱いが容易なことに加えて、熱伝導率が良（、
十分な冷凍能力を得ることのできる、１に以下の超低温
を生成可能な磁気冷凍作業物質の開発が切望されている
。
技術への関心が高まりつつある。それに伴ない、磁気冷
凍は非常に重要な手段となっており、上記の問題点を解
決し、取扱いが容易なことに加えて、熱伝導率が良（、
十分な冷凍能力を得ることのできる、１に以下の超低温
を生成可能な磁気冷凍作業物質の開発が切望されている
。
本発明の目的は、上記の要求を満たす新規な磁気冷凍作
業物質を開発することである。
業物質を開発することである。
占 ゛するための
既に述べたように、希土類の磁性イオンを含むガーネッ
ト型単結晶は磁気熱量効果が大きく熱伝導率が高いこと
で知られており、１．８にや４．２Ｋを生成する磁気冷
凍に用いられて来た。しかし、これは常磁性から反強磁
性への転移温度が高いために、ＩＫ以下の超低温の創出
は困難視されていた。しかし、本発明者等は、その固有
の優れた性能に注目し、その転移温度の低減化を試みる
べく研究を重ねた結果、希土類の磁性イオンを含むガー
ネット型単結晶の磁性イオンの一部を非磁性イオン（Ｙ
、Ｌａ等）で置換して磁気的相互作用を希釈することに
より、ここに初めて転移温度を低下させ、ＩＫ以下の超
低温を実現することに成功した。
ト型単結晶は磁気熱量効果が大きく熱伝導率が高いこと
で知られており、１．８にや４．２Ｋを生成する磁気冷
凍に用いられて来た。しかし、これは常磁性から反強磁
性への転移温度が高いために、ＩＫ以下の超低温の創出
は困難視されていた。しかし、本発明者等は、その固有
の優れた性能に注目し、その転移温度の低減化を試みる
べく研究を重ねた結果、希土類の磁性イオンを含むガー
ネット型単結晶の磁性イオンの一部を非磁性イオン（Ｙ
、Ｌａ等）で置換して磁気的相互作用を希釈することに
より、ここに初めて転移温度を低下させ、ＩＫ以下の超
低温を実現することに成功した。
この知見に基づいて、本発明は、
組成式（Ｒ＋−Ｄ−） ｓ Ｂｉ ０１＊（Ｒ＝Ｇｄ、
Ｄｙ、Ｅｒ等の１種以上の希土類磁性イオン Ｉ）＝＋Ｙ、Ｌａ等の１種以上の非磁性イオンＢ＝Ｇａ
及び又はＡ１ で表わされ、且つＸの値が ０、１０≦ｘ≦０．７０ の範囲にある） を有する、希土類磁性イオンを含むガーネット単結晶を
非磁性イオンにより希釈したことを特徴とする磁気冷凍
作業物質を堤供する。
Ｄｙ、Ｅｒ等の１種以上の希土類磁性イオン Ｉ）＝＋Ｙ、Ｌａ等の１種以上の非磁性イオンＢ＝Ｇａ
及び又はＡ１ で表わされ、且つＸの値が ０、１０≦ｘ≦０．７０ の範囲にある） を有する、希土類磁性イオンを含むガーネット単結晶を
非磁性イオンにより希釈したことを特徴とする磁気冷凍
作業物質を堤供する。
１肚立＾盗工ｆ１
本発明で使用される磁気冷凍方式自体は周知である。第
３図の原理図に示すように、従来の方式と同様に磁気冷
凍作業物質１に吸熱、排熱用熱スィッチ２．３を取り付
け、マグネット４によってカルノーサイクルを制御する
。カルノーサイクルの実行に対しては作業物質の高熱伝
導性が要求される。
３図の原理図に示すように、従来の方式と同様に磁気冷
凍作業物質１に吸熱、排熱用熱スィッチ２．３を取り付
け、マグネット４によってカルノーサイクルを制御する
。カルノーサイクルの実行に対しては作業物質の高熱伝
導性が要求される。
本発明で用いる材料は、（Ｒ，、Ｄ、）、 Ｂ、０．２
の組成を有するガーネット型単結晶である。ここで、Ｒ
＝Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ。
の組成を有するガーネット型単結晶である。ここで、Ｒ
＝Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ。
Ｅｕ、Ｔｂ、Ｈｏ等の少なくとも１種の希土類磁性イオ
ン Ｄ＝Ｙ、Ｌａ等の少なくとも１種の非磁性イオン Ｂ＝Ｇａ及び又はＡＩ ０．１０≦ｘ≦０．７０ を表わす。
ン Ｄ＝Ｙ、Ｌａ等の少なくとも１種の非磁性イオン Ｂ＝Ｇａ及び又はＡＩ ０．１０≦ｘ≦０．７０ を表わす。
希土類の磁性イオンを含むガーネット型単結晶は磁気熱
量効果が大きく熱伝導率が高いため、従来１．８にや４
．２Ｋを生成する磁気冷凍に用いられて来たものである
。しかし常磁性から反強磁性への転移温度が高い為、従
来ＩＫ以下の生成は困難とされてきた０本発明は、磁性
イオンの一部を非磁性イオンで置換することによって磁
気的相互作用を希釈し、転移温度を低下させることによ
り、ＩＫ以下の生成を可能としたものである。
量効果が大きく熱伝導率が高いため、従来１．８にや４
．２Ｋを生成する磁気冷凍に用いられて来たものである
。しかし常磁性から反強磁性への転移温度が高い為、従
来ＩＫ以下の生成は困難とされてきた０本発明は、磁性
イオンの一部を非磁性イオンで置換することによって磁
気的相互作用を希釈し、転移温度を低下させることによ
り、ＩＫ以下の生成を可能としたものである。
上記組成式のＸは、制限範囲未満にすると、十分な転移
温度の低下が得られず、ＩＫ以下の生成は困難であり、
他方上記の制限範囲を超えると十分な冷凍能力を得るこ
とができないので上記の範囲内で選ぶことが必要である
。本発明磁気冷凍用作業物質は、適正な希釈度Ｘの選択
により０．２〜０．５にの最低到達温度と、１５以上の
冷凍能力を提供する。
温度の低下が得られず、ＩＫ以下の生成は困難であり、
他方上記の制限範囲を超えると十分な冷凍能力を得るこ
とができないので上記の範囲内で選ぶことが必要である
。本発明磁気冷凍用作業物質は、適正な希釈度Ｘの選択
により０．２〜０．５にの最低到達温度と、１５以上の
冷凍能力を提供する。
本ガーネット単結晶の熱伝導率はＧＧＧとほぼ同様で、
４にで無酸素銅のｌ／１０程度とカルノーサイクルの実
行に対して必要とされる十分の高熱伝導性を有している
。
４にで無酸素銅のｌ／１０程度とカルノーサイクルの実
行に対して必要とされる十分の高熱伝導性を有している
。
化学的にも安定であり吸湿性もないので取扱いは従来に
比べて極めて容易になる。
比べて極めて容易になる。
また冷凍能力も組成式制限範囲内であれば、熱伝導率の
値が従来のものに比べて１０から１００倍程度大きいの
で、希釈による冷凍能力の低下分、サイクルの高速化に
より補うことが可能となり、トータルとしての冷凍能力
は従来のものと同程度以上を得ることができる。
値が従来のものに比べて１０から１００倍程度大きいの
で、希釈による冷凍能力の低下分、サイクルの高速化に
より補うことが可能となり、トータルとしての冷凍能力
は従来のものと同程度以上を得ることができる。
本発明に従う（Ｒ，一つり。）ｉ Ｂ１０１ｓの組成を
有するガーネット型単結晶は、磁性及び非磁性種それぞ
れの酸化物原料粉な混合（ボールミル等）し、金型ブレ
ス、ＣＩＰ等で成形後、焼結（１１００〜１５５０℃）
し、チョクラルスキー法等により単結晶とすることによ
り製造される。
有するガーネット型単結晶は、磁性及び非磁性種それぞ
れの酸化物原料粉な混合（ボールミル等）し、金型ブレ
ス、ＣＩＰ等で成形後、焼結（１１００〜１５５０℃）
し、チョクラルスキー法等により単結晶とすることによ
り製造される。
Ｋ１週
磁気冷凍作業物質として従来主に１．８にの生成に用い
られている、ガーネット型単結晶ＧＧＧ（Ｇｄｓ Ｇａ
ｓ Ｏ□）を非磁性イオンであるＹで希釈する場合につ
いての実施例を示す、この場合の磁気冷凍用作業物質組
成式は （Ｇｄ＋−ｘ Ｙｌｌ） ｓ Ｇａｓ Ｏ＋諺である。
られている、ガーネット型単結晶ＧＧＧ（Ｇｄｓ Ｇａ
ｓ Ｏ□）を非磁性イオンであるＹで希釈する場合につ
いての実施例を示す、この場合の磁気冷凍用作業物質組
成式は （Ｇｄ＋−ｘ Ｙｌｌ） ｓ Ｇａｓ Ｏ＋諺である。
希釈度ｘ ＝ ０．１とｘ＝Ｏ１４の２種類を作製した
。
。
原料粉としてのｃａｘｏｓ 、 ｙｔｏｓ及びＧａ＊Ｏ
ｓを所定の比率でボールミルで充分に混合し、金型ブレ
スにて成形後、１２００℃の温度で２４時間焼成した。
ｓを所定の比率でボールミルで充分に混合し、金型ブレ
スにて成形後、１２００℃の温度で２４時間焼成した。
この焼結体３５０ｇからチョクラルスキー弓上法により
単結晶を作製した。
単結晶を作製した。
チョクラルスキー引上条件は次の通りである＝Ｉｒ製ル
ツボ：５０ＩＩＩＩ１１直径Ｘ５０ｍｍ高さ雰囲気：
Ｎ、＋ ２％０８ Ｘ＝αｌ ２０ ｒｐａ＋ ２ ａｍ
／ｈｒｘ ＝ ０．４ ５ Ｏｒｐｍ
２ ａｍ／ｈｒ作製された単結晶（ｘ ＝ ０．２及び
０．４）について４テスラの磁界で４．２Ｋから断熱消
磁をした際の最低到達温度の実験結果を第１図に示す、
生じした低到達温度は転移温度を反映しているので転移
温度も同様の変化を与えていると考えてよい。
ツボ：５０ＩＩＩＩ１１直径Ｘ５０ｍｍ高さ雰囲気：
Ｎ、＋ ２％０８ Ｘ＝αｌ ２０ ｒｐａ＋ ２ ａｍ
／ｈｒｘ ＝ ０．４ ５ Ｏｒｐｍ
２ ａｍ／ｈｒ作製された単結晶（ｘ ＝ ０．２及び
０．４）について４テスラの磁界で４．２Ｋから断熱消
磁をした際の最低到達温度の実験結果を第１図に示す、
生じした低到達温度は転移温度を反映しているので転移
温度も同様の変化を与えていると考えてよい。
実験結果から非磁性イオンの希釈による転移温度低下の
効果は明らかである。ｘ＝０．１の結晶でもｘ＝０（Ｇ
ＧＧ）に対して最低到達温度が約１０％以上低下してい
る。
効果は明らかである。ｘ＝０．１の結晶でもｘ＝０（Ｇ
ＧＧ）に対して最低到達温度が約１０％以上低下してい
る。
他方、ＩＫにおける冷凍能力は第２図に示すように希釈
度により低下する。
度により低下する。
両者を勘案することにより、本発明は、所定の冷凍能力
を保持しつつ０．２〜０．５にの、ＩＫ以下の超低温生
成に、ガーネット型単結晶の使用を可能ならしめるもの
である。
を保持しつつ０．２〜０．５にの、ＩＫ以下の超低温生
成に、ガーネット型単結晶の使用を可能ならしめるもの
である。
免豆立立呈
本発明は、所定の冷凍能力を保持しつつＩＫ以下の超低
温生成を可能ならしめるものである０本発明ガーネット
単結晶の熱伝導率はＧＧＧとほぼ同様で、４にで無酸素
銅の１０００程度と十分な値を有しカルノーサイクルの
実行に対して必要とされる十分の高熱伝導性を有してい
る。化学的にも安定であり吸湿性もないので取扱いは従
来に比べて極めて容易になる。こうした特性から、本発
明磁気冷凍作業物質は宇宙その他の極限環境を含めた広
い分野での利用が期待される。
温生成を可能ならしめるものである０本発明ガーネット
単結晶の熱伝導率はＧＧＧとほぼ同様で、４にで無酸素
銅の１０００程度と十分な値を有しカルノーサイクルの
実行に対して必要とされる十分の高熱伝導性を有してい
る。化学的にも安定であり吸湿性もないので取扱いは従
来に比べて極めて容易になる。こうした特性から、本発
明磁気冷凍作業物質は宇宙その他の極限環境を含めた広
い分野での利用が期待される。
第１図は、磁気冷凍用作業物質を使用する磁気冷凍方式
の原理図である。 第２図は、本発明磁気冷凍用作業物質を使用しての最低
到達温度と希釈度との関係を示すグラフである。 第３図は、希釈度とＩＫにおける冷凍能力の関係を示す
グラフである。 １：磁気冷凍作業物質 ２．３：吸熱、排熱用熱スィッチ ４：マグネット １に 二あ！する：ぐｑ東能力（Ｊ） 第３図
の原理図である。 第２図は、本発明磁気冷凍用作業物質を使用しての最低
到達温度と希釈度との関係を示すグラフである。 第３図は、希釈度とＩＫにおける冷凍能力の関係を示す
グラフである。 １：磁気冷凍作業物質 ２．３：吸熱、排熱用熱スィッチ ４：マグネット １に 二あ！する：ぐｑ東能力（Ｊ） 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）組成式（Ｒ＿１＿−＿ｘＤ＿ｘ）＿３Ｂ＿５Ｏ＿１
＿２（Ｒ＝Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ等の１種以上の希土類磁性
イオン Ｄ＝Ｙ、Ｌａ等の１種以上の非磁性イオン Ｂ＝Ｇａ及び又はＡｌ で表わされ、且つｘの値が ０．１０≦ｘ≦０．７０ の範囲にある） を有する、希土類磁性イオンを含むガーネット単結晶を
非磁性イオンにより希釈したことを特徴とする磁気冷凍
作業物質。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63280502A JP2694545B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 磁気冷凍作業物質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63280502A JP2694545B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 磁気冷凍作業物質 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129097A true JPH02129097A (ja) | 1990-05-17 |
| JP2694545B2 JP2694545B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=17625984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63280502A Expired - Lifetime JP2694545B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 磁気冷凍作業物質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2694545B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3671065A1 (fr) * | 2018-12-20 | 2020-06-24 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif de refroidissement comprenant une ceramique de grenat paramagnetique |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0218394A (ja) * | 1988-07-05 | 1990-01-22 | Natl Res Inst For Metals | 希土類−Ａｌ系ガーネット単結晶体 |
-
1988
- 1988-11-08 JP JP63280502A patent/JP2694545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0218394A (ja) * | 1988-07-05 | 1990-01-22 | Natl Res Inst For Metals | 希土類−Ａｌ系ガーネット単結晶体 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3671065A1 (fr) * | 2018-12-20 | 2020-06-24 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif de refroidissement comprenant une ceramique de grenat paramagnetique |
| FR3090830A1 (fr) * | 2018-12-20 | 2020-06-26 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Dispositif de refroidissement comprenant une ceramique de grenat paramagnetique |
| US12398931B2 (en) | 2018-12-20 | 2025-08-26 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Cooling device comprising a paramagnetic garnet ceramic |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2694545B2 (ja) | 1997-12-24 |
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