[發明專利]熱聲磁制冷低溫系統

有效

• 申請號: 200710064813.7
• 申請日: 2007-03-27
• 公開（公告）號: CN101275793A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 吳張華;羅二倉;戴巍;胡劍英
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;F25B9/14
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 蔡民軍

技術領域

本發明涉及一種低溫獲得裝置，特別是涉及一種完全無運動部件的熱聲磁制冷低溫系統。

背景技術

熱聲斯特林發動機具有效率高、無運動部件的優點，用它來驅動脈管制冷機，可實現完全無運動部件的低溫系統，該系統具有壽命長，無需維護等特點。然而，由于在30K以下的低溫環境中，隨著溫度的進一步降低，回熱器填料(通常為不銹鋼或鉛材料)的體積熱容將遠小于工質(氦氣)的體積熱容，此時回熱器的蓄冷功能無法實現，結果使制冷溫度很難進一步降低，同時制冷效率也將大大降低。

磁制冷技術與氣體制冷方式相比在低溫下有著較大的優勢，一方面，它使用的磁工質在低溫下由于磁相變其體積熱容將出現異常變化，其體積熱容將與氦氣相當，由此磁工質可以起到較好的蓄冷作用；另一方面，磁制冷通過控制外部磁場的變化使得磁工質的磁熵發生變化從而產生制冷效應，在低溫下其效率較高。然而現有磁制冷技術還無法實現大的制冷溫差，如從室溫到120K及至20K以下的大溫差，它需要其它方式對其高溫端進行預冷。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，將熱聲驅動脈管制冷機與磁制冷機結合，提供一種高效的熱聲磁制冷低溫系統。

為此，本發明提供一種熱聲磁制冷低溫系統，包括依次相連的反饋管，彈性膜，室溫端換熱器，回熱器，回熱器，熱緩沖管，室溫端換熱器，三通處的諧振管，其特征在于，還包括一以支路形式接于諧振管上的脈管制冷機以及一以支路形式接于諧振管上的磁制冷機，兩制冷機系統處于高真空的真空罩中。

將熱聲驅動脈管制冷機與磁制冷機結合，一方面可以前者為后者的預冷，實現從室溫到低溫的制冷系統；另一方面還可以利用熱聲發動機提供的交變流動流體作為熱交換流體，將磁工質的放熱量帶到熱端換熱器，冷量帶到冷頭。

本發明采用U形兩級脈管制冷機，包括：一段有著特定長度的入口管，其一端與熱聲斯特林發動諧振管相通，另一端依次與室溫端換熱器，一級回熱器，一級冷端換熱器相連通，所述的一級冷端換熱器分別與一級脈管，二級回熱器相通，使得一部分流體進入脈管，而另一部分進入二級回熱器，所述的一級脈管另一端接有室溫端換熱器，再與小孔閥及氣庫相接，用以耗散聲功以及調節脈管內壓力波動與流速間的相位，在兩級脈管制冷機入口與小孔閥之間接有雙向進氣閥用以調相，所述的二級回熱器另一端與二級冷端換熱器相通，再與二級脈管，室溫端換熱器，小孔閥，氣庫相連接，類似的從兩級脈管制冷機入口與小孔閥前接有雙向進氣閥用以調相，所述的二級冷端換熱器將通過導熱材料與磁制冷機的高溫換熱器、熱緩沖管一端的高溫熱器相接，對磁制冷機進行預冷。

本發明的磁制冷機包括：入口管道，其一端與熱聲斯特林發動機諧振管相通，且接入點應位于諧振管速度最大點附近，另一端先與磁制冷機的高溫端換熱器相通，再與磁工質蓄冷器、冷頭、熱緩沖管相通，所述的入口段前端還有一溫室端換熱器，所述的磁工質蓄冷器位于線圈內部，當線圈通電和斷電時，磁工質將被磁化和退磁。

所述的兩級脈管制冷機可以是同軸型布置，且兩級脈管可共用一個氣庫。

所述的兩級脈管制冷機可以是一級脈管制冷機，在布置形式上可以是U形或者同軸型。

所述的磁制冷機的入口管中的流體可采用兩級脈管制冷機的一級冷端換熱器的溫度環境進行預冷，減小二級冷端換熱器的熱負荷。

所述的磁制冷機的線圈可采用高溫超導材料，在兩級脈管制冷機的一級冷端換熱器的溫度環境下工作，可提供強磁場。

本發明提供的無運動部件的熱聲磁制冷低溫系統與現有的低溫系統相比有如下優點：

(1)無運動部件，可靠性好；

(2)可以實現低于30-1K的超低溫制冷，并且在低溫下仍具有較高的效率；

附圖說明

圖1為本發明提供的無運動部件的熱聲磁制冷低溫系統實施例1的結構示意圖。

圖2為磁工質蓄冷器內部氣體運動與線圈電流圖。

圖3本發明提供的完全無運動部件的熱聲磁制冷低溫系統實施例2的結構示意圖。

圖4本發明提供的完全無運動部件的熱聲磁制冷低溫系統實施例3的結構示意圖。

圖面說明：

反饋管1?????????室溫端換熱器2，6，10，14，21，34

回熱器3?????????加熱器4?????????熱緩沖管5

彈性膜7?????????諧振管8?????????脈管制冷機入口管9

一級回熱器11????一級冷端器12????一級脈管13