超導磁熱超低溫制冷方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種超導磁熱超低溫制冷方法，包括：(1)對超導體進行絕熱磁化，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度；及(2)對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。本發明中，由于麥斯納效應因而超導體內部無法建立磁場，使得像絕熱去磁制冷中出現的因為工質被磁化后內部建立的與原磁場相當的磁場而導致難以去磁就無法獲取更深度低溫的問題，將能得到改善，提供了獲得比絕熱去磁制冷更低溫的途徑。
【專利說明】超導磁熱超低溫制冷方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及超低溫制冷技術，尤其涉及利用超導磁熱達成超低溫制冷的方法及其
目.0
【背景技術】
[0002]目前應用較廣泛超低溫制冷技術主要有:絕熱去磁制冷(順磁體絕熱去磁制冷、核絕熱磁化制冷)、3He/4He稀釋制冷、坡密朗丘克致冷、激光制冷等。
[0003]現有技術中，順磁體絕熱去磁制冷的使用材料可以非常廣泛，一般稀土順磁鹽來作為工質，可以達到HlK級低溫。此外，核絕熱去磁制冷，雖然可以選取的工質較為廣泛(例如，曾使用過金屬銅和銀作為工質)，并且也可以獲取極限至ηκ的低溫。然而，在該低溫僅限于核自旋溫度，在分子層面上溫度降低不大，仍可能為mK級別。
[0004]3He/4He稀釋制冷和坡密朗丘克致冷的特點是可以連續工作，而不是絕熱去磁制冷的單循環工作，可以達到的低溫數量級為mK。激光制冷限中又分很多種，可以達到100 μΚ到10nK的溫度級別，冷卻尺寸范圍在原子到少量分子的范圍內。
[0005]由此，目前的超低溫制冷技術主要有制冷尺寸有限或者難以獲得更深度的低溫以及制冷技術要求較高的問題。
【發明內容】
[0006]本發明旨在實現電動機的平穩起動調速，惡劣環境條件下使用的電氣設備的調節，并確保電動機及其它電氣設備的安全可靠工作。
[0007]本發明的一個方面是一種超導磁熱超低溫制冷方法，包括:(1)對超導體進行絕熱磁化，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度；及(2)對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。
[0008]一些實施例中，所述對超導體進行絕熱磁化包括，使得外界磁場強度達到并超過超導體磁臨界水平，以使得所述超導體向失超狀態移動，從而吸收熱量以低體系溫度。
[0009]一些實施例中，所述等溫去磁包括，使得所述超導體外界磁場強度降為零從而進入最株度超導體狀態。
[0010]一些實施例中，所述方法還包括:重復上述步驟，直至所述體系達到所需的低溫。[0011 ] 一些實施例中，所述工質為氦氣。
[0012]本發明的另一方面為一種超導磁熱超低溫制冷裝置，包括絕熱磁化模塊，對超導體進行絕熱磁化，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度；及等溫去磁模塊，對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。
[0013]一些實施例中，所述絕熱磁化模塊和所述等溫去磁模塊由同一電路形成，并且提供所述電路的通斷在切換所述絕熱磁化模塊和所述等溫去磁模塊。
[0014]本發明中，由于麥斯納效應因而超導體內部無法建立磁場，使得像絕熱去磁制冷中出現的因為工質被磁化后內部建立的與原磁場相當的磁場而導致難以去磁就無法獲取更深度低溫的問題，將能得到改善，提供了獲得比絕熱去磁制冷更低溫的途徑。
[0015]結合附圖，根據下文的通過示例說明本發明主旨的描述可清楚本發明的其它方面和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]結合附圖，通過下文詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特征和優點，其中:
[0017]圖1為根據本發明實施例的超導磁熱超低溫制冷方法的流程圖；
[0018]圖2為根據本發明實施例的超導磁熱超低溫制冷裝置的方塊圖；
[0019]圖3和4分別示出了根據本發明實施例的超導磁熱超低溫制冷裝置的不同狀態。
【具體實施方式】
[0020]參見本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以許多不同形式實現，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，并且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能對層及區域的尺寸及相對尺寸進行了放大或變形。
[0021]應理解，本發明的描述/圖示為單個單元的部分可存在于兩個或兩個以上的物理上獨立但合作實現所描述/圖示之功能的實體。此外，描述/圖示為兩個或兩個以上物理上獨立的部分可集成入一個單獨的物理上實體以進行所描述/圖示的功能。
[0022]現參考附圖詳細說明根據本發明實施例超導磁熱超低溫制冷方法。
[0023]磁致冷的基本原理是借助磁性材料的磁熱效應，等溫磁化時向外界放出熱量，絕熱退磁時溫度(冷卻)，并從外界吸取熱量。由此，對磁性材料反復進行等溫磁化和絕熱退磁就可以獲得低溫，實現磁致冷。
[0024]如圖1所示，根據本發明實施例的一種超導磁熱超低溫制冷方法，在步驟SlOl中，對超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度。本發明所稱體系為需要達到超低溫的對象。
[0025]所述對超導體進行絕熱磁化包括，使得外界磁場強度達到并超過超導體磁臨界水平，以使得所述超導體向失超狀態移動，從而吸收熱量以低體系溫度。
[0026]在步驟S103中，對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。
[0027]所述等溫去磁包括，使得所述超導體外界磁場強度降為零從而進入最深度超導體狀態。
[0028]較佳實施例中，所述方法還包括重復上述步驟，直至所述體系達到所需的低溫。
[0029]本實施例中，所述工質為氦氣。
[0030]等溫下，由于超導體的自由能低于正常態，而超導體熵SS〈正常態熵SN，并且超低溫下都趨近于零(熱力學第三定律)。由此，于是通過吉布斯-亥姆霍茲方程AG =Λ H-T AS可以解出當正常態變成超導體時八6〈0，而1八5>0且接近于0，所以Λ H將略小于基本等于AG，即ΔΗ〈0也就是這個過程是一個放熱過程，而將這個過程反過來進行去磁進入超導體狀態，那么有ΔΗ>0，體系吸熱，從而獲得低溫。
[0031]圖2?4示出了根據本發明的一種超導磁熱超低溫制冷裝置，
[0032]如圖2所示，所示裝置包括絕熱磁化模塊和等溫去磁模塊。
[0033]絕熱磁化模塊對超導體進行絕熱磁化，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度。所述等溫去磁模塊使得外界磁場強度達到并超過超導體磁臨界水平，以使得所述超導體向失超狀態移動，從而吸收熱量以低體系溫度。
[0034]等溫去磁模塊對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。所述等溫去磁模塊使得所述超導體外界磁場強度降為零從而進入最深度超導體狀
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[0035]本實施例中，所述絕熱磁化模塊和所述等溫去磁模塊由同一電路形成，并且提供所述電路的通斷在切換所述絕熱磁化模塊和所述等溫去磁模塊。
[0036]如圖3和4所示，所述裝置包括超導體，其上饒有勵磁線圈。所述超導體的周圍設有工質生成部，所述工質生成部與所述超導體間隔一段距離，從而在所述超導體周圍留有空間。
[0037]在所述工質生成部的一端設有開口，并且所述開口通過閥門與抽氣機連通。通過所述工質源與所述抽氣機和閥門的配合，可使得所述超導體與所述工質源之間的空間填充有工質，或者保持為真空。本實施例中，所述工質生成部為回字形容器。然而，本發明不限于此，所述工質生成部可為任何合適的形狀，只要其能夠圍繞所述超導體并且能夠存儲用于生成工質的物質。
[0038]所述工質生成部連通至工質源，由此，工質源將用于生成工質的物質傳送至所述工質生成部。本實施例中，所述工質源為杜瓦瓶可控地向所述工質生成部輸送液氦。
[0039]所述超導磁熱超低溫制冷裝置還包括控制裝置，其用于切換所述絕熱磁化模塊和所述等溫去磁模塊。
[0040]本實施例中，所述控制裝置為電路開關。當絕熱磁化時，所述電路開關閉合，閥門打開，外界磁場強度達到并超過超導體磁臨界水平，此時由于磁化超導體向失超狀態移動因而吸收自身熱量降低體系溫度。同時，外界泵機將氦氣抽取形成真空圍繞在超導體周圍。當等溫去磁時，外界泵機停止抽取氦氣，低壓氦氣回流，再閥門關閉，所述外電路斷開，被低壓氦氣所包圍的超導體外界磁場強度降為零進入最深度超導體狀態，因而釋放出自身熱量給氦氣。
[0041]所述電路開關閉合時，所述裝置為絕熱磁化模塊的例子；所述外電路斷開時，所述裝置為等溫去磁模塊的例子。
[0042]本發明中，由于麥斯納效應因而超導體內部無法建立磁場，使得像絕熱去磁制冷中出現的因為工質被磁化后內部建立的與原磁場相當的磁場而導致難以去磁就無法獲取更深度低溫的問題，將能得到改善，提供了獲得比絕熱去磁制冷更低溫的途徑。
[0043]因本【技術領域】的技術人員應理解，本發明可以以許多其他具體形式實現而不脫離本發明的精神或范圍。盡管業已描述了本發明的實施例，應理解本發明不應限制為這些實施例，本【技術領域】的技術人員可如所附權利要求書界定的本發明精神和范圍之內作出變化和修改。
【權利要求】
1.一種超導磁熱超低溫制冷方法，其特征在于，包括: (1)對超導體進行絕熱磁化，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度； (2)對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。
2.根據權利I所述的制冷方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述對超導體進行絕熱磁化包括，使得外界磁場強度達到并超過超導體磁臨界水平，以使得所述超導體向失超狀態移動，從而吸收熱量以降低體系溫度。
3.根據權利I所述的制冷方法，其特征在于，步驟(2)中，所述等溫去磁包括，使得所述超導體外界磁場強度降為零從而進入最深度超導體狀態，從而將自身熱量向工質釋放。
4.根據權利I所述的制冷方法，其特征在于，所述方法還包括: (3)重復步驟(I)和(2)，直至所述體系達到所需的低溫。
5.根據前述權利要求中任一項所述的制冷方法，其特征在于，所述工質為氦氣。
6.一種超導磁熱超低溫制冷裝置，其特征在于，包括: -絕熱磁化模塊，對超導體進行絕熱磁化，以使得所述超導體吸收熱量從而降低體系溫度；及 -等溫去磁模塊，對所述超導體進行等溫去磁，以使得所述超導體將自身熱量釋放至工質。
7.根據權利6所述的制冷裝置，其特征在于，所述絕熱磁化模塊使得外界磁場強度達到并超過超導體磁臨界水平，以使得所述超導體向失超狀態移動，從而吸收熱量以低體系溫度。
8.根據權利6所述的制冷裝置，其特征在于，所述等溫去磁模塊使得所述超導體外界磁場強度降為零從而進入最深度超導體狀態。
9.根據權利6所述的制冷裝置，其特征在于，所述絕熱磁化模塊和所述等溫去磁模塊由同一電路形成，并且提供所述電路的通斷在切換所述等溫去磁模塊和所述絕熱磁化模塊。
10.根據權利要求6?9中任一項所述的制冷方法，其特征在于，所述工質為氦氣。
【文檔編號】F25B21/00GK104457016SQ201410664752
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】高海凌, 高海洋 申請人:上海電機學院