超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法，包括：(1)對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化，以使得所述超導(dǎo)體吸收熱量從而降低體系溫度；及(2)對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。本發(fā)明中，由于麥斯納效應(yīng)因而超導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)法建立磁場(chǎng)，使得像絕熱去磁制冷中出現(xiàn)的因?yàn)楣べ|(zhì)被磁化后內(nèi)部建立的與原磁場(chǎng)相當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)而導(dǎo)致難以去磁就無(wú)法獲取更深度低溫的問(wèn)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(shuō)明】超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超低溫制冷技術(shù)，尤其涉及利用超導(dǎo)磁熱達(dá)成超低溫制冷的方法及其
目.0

【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用較廣泛超低溫制冷技術(shù)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(xiàn)有技術(shù)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(lái)作為工質(zhì)，可以達(dá)到HlK級(jí)低溫。此外，核絕熱去磁制冷，雖然可以選取的工質(zhì)較為廣泛(例如，曾使用過(guò)金屬銅和銀作為工質(zhì))，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(jí)別。
[0004]3He/4He稀釋制冷和坡密朗丘克致冷的特點(diǎn)是可以連續(xù)工作，而不是絕熱去磁制冷的單循環(huán)工作，可以達(dá)到的低溫?cái)?shù)量級(jí)為mK。激光制冷限中又分很多種，可以達(dá)到100 μΚ到10nK的溫度級(jí)別，冷卻尺寸范圍在原子到少量分子的范圍內(nèi)。
[0005]由此，目前的超低溫制冷技術(shù)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(shù)要求較高的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)調(diào)速，惡劣環(huán)境條件下使用的電氣設(shè)備的調(diào)節(jié)，并確保電動(dòng)機(jī)及其它電氣設(shè)備的安全可靠工作。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)方面是一種超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法，包括:(1)對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化，以使得所述超導(dǎo)體吸收熱量從而降低體系溫度；及(2)對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。
[0008]一些實(shí)施例中，所述對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化包括，使得外界磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)超導(dǎo)體磁臨界水平，以使得所述超導(dǎo)體向失超狀態(tài)移動(dòng)，從而吸收熱量以低體系溫度。
[0009]一些實(shí)施例中，所述等溫去磁包括，使得所述超導(dǎo)體外界磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零從而進(jìn)入最株度超導(dǎo)體狀態(tài)。
[0010]一些實(shí)施例中，所述方法還包括:重復(fù)上述步驟，直至所述體系達(dá)到所需的低溫。[0011 ] 一些實(shí)施例中，所述工質(zhì)為氦氣。
[0012]本發(fā)明的另一方面為一種超導(dǎo)磁熱超低溫制冷裝置，包括絕熱磁化模塊，對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化，以使得所述超導(dǎo)體吸收熱量從而降低體系溫度；及等溫去磁模塊，對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。
[0013]一些實(shí)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(fā)明中，由于麥斯納效應(yīng)因而超導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)法建立磁場(chǎng)，使得像絕熱去磁制冷中出現(xiàn)的因?yàn)楣べ|(zhì)被磁化后內(nèi)部建立的與原磁場(chǎng)相當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)而導(dǎo)致難以去磁就無(wú)法獲取更深度低溫的問(wèn)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(jié)合附圖，根據(jù)下文的通過(guò)示例說(shuō)明本發(fā)明主旨的描述可清楚本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]結(jié)合附圖，通過(guò)下文詳細(xì)說(shuō)明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0017]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法的流程圖；
[0018]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)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(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁熱超低溫制冷裝置的不同狀態(tài)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]參見(jiàn)本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見(jiàn)，可能對(duì)層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸進(jìn)行了放大或變形。
[0021]應(yīng)理解，本發(fā)明的描述/圖示為單個(gè)單元的部分可存在于兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理上獨(dú)立但合作實(shí)現(xiàn)所描述/圖示之功能的實(shí)體。此外，描述/圖示為兩個(gè)或兩個(gè)以上物理上獨(dú)立的部分可集成入一個(gè)單獨(dú)的物理上實(shí)體以進(jìn)行所描述/圖示的功能。
[0022]現(xiàn)參考附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例超導(dǎo)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(yīng)，等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，絕熱退磁時(shí)溫度(冷卻)，并從外界吸取熱量。由此，對(duì)磁性材料反復(fù)進(jìn)行等溫磁化和絕熱退磁就可以獲得低溫，實(shí)現(xiàn)磁致冷。
[0024]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法，在步驟SlOl中，對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體吸收熱量從而降低體系溫度。本發(fā)明所稱體系為需要達(dá)到超低溫的對(duì)象。
[0025]所述對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化包括，使得外界磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)超導(dǎo)體磁臨界水平，以使得所述超導(dǎo)體向失超狀態(tài)移動(dòng)，從而吸收熱量以低體系溫度。
[0026]在步驟S103中，對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。
[0027]所述等溫去磁包括，使得所述超導(dǎo)體外界磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零從而進(jìn)入最深度超導(dǎo)體狀態(tài)。
[0028]較佳實(shí)施例中，所述方法還包括重復(fù)上述步驟，直至所述體系達(dá)到所需的低溫。
[0029]本實(shí)施例中，所述工質(zhì)為氦氣。
[0030]等溫下，由于超導(dǎo)體的自由能低于正常態(tài)，而超導(dǎo)體熵SS〈正常態(tài)熵SN，并且超低溫下都趨近于零(熱力學(xué)第三定律)。由此，于是通過(guò)吉布斯-亥姆霍茲方程AG =Λ H-T AS可以解出當(dāng)正常態(tài)變成超導(dǎo)體時(shí)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(gè)過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，而將這個(gè)過(guò)程反過(guò)來(lái)進(jìn)行去磁進(jìn)入超導(dǎo)體狀態(tài)，那么有ΔΗ>0，體系吸熱，從而獲得低溫。
[0031]圖2?4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種超導(dǎo)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(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化，以使得所述超導(dǎo)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(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)超導(dǎo)體磁臨界水平，以使得所述超導(dǎo)體向失超狀態(tài)移動(dòng)，從而吸收熱量以低體系溫度。
[0034]等溫去磁模塊對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。所述等溫去磁模塊使得所述超導(dǎo)體外界磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零從而進(jìn)入最深度超導(dǎo)體狀
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[0035]本實(shí)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(dǎo)體，其上饒有勵(lì)磁線圈。所述超導(dǎo)體的周圍設(shè)有工質(zhì)生成部，所述工質(zhì)生成部與所述超導(dǎo)體間隔一段距離，從而在所述超導(dǎo)體周圍留有空間。
[0037]在所述工質(zhì)生成部的一端設(shè)有開口，并且所述開口通過(guò)閥門與抽氣機(jī)連通。通過(guò)所述工質(zhì)源與所述抽氣機(jī)和閥門的配合，可使得所述超導(dǎo)體與所述工質(zhì)源之間的空間填充有工質(zhì)，或者保持為真空。本實(shí)施例中，所述工質(zhì)生成部為回字形容器。然而，本發(fā)明不限于此，所述工質(zhì)生成部可為任何合適的形狀，只要其能夠圍繞所述超導(dǎo)體并且能夠存儲(chǔ)用于生成工質(zhì)的物質(zhì)。
[0038]所述工質(zhì)生成部連通至工質(zhì)源，由此，工質(zhì)源將用于生成工質(zhì)的物質(zhì)傳送至所述工質(zhì)生成部。本實(shí)施例中，所述工質(zhì)源為杜瓦瓶可控地向所述工質(zhì)生成部輸送液氦。
[0039]所述超導(dǎo)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(shí)施例中，所述控制裝置為電路開關(guān)。當(dāng)絕熱磁化時(shí)，所述電路開關(guān)閉合，閥門打開，外界磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)超導(dǎo)體磁臨界水平，此時(shí)由于磁化超導(dǎo)體向失超狀態(tài)移動(dòng)因而吸收自身熱量降低體系溫度。同時(shí)，外界泵機(jī)將氦氣抽取形成真空圍繞在超導(dǎo)體周圍。當(dāng)?shù)葴厝ゴ艜r(shí)，外界泵機(jī)停止抽取氦氣，低壓氦氣回流，再閥門關(guān)閉，所述外電路斷開，被低壓氦氣所包圍的超導(dǎo)體外界磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零進(jìn)入最深度超導(dǎo)體狀態(tài)，因而釋放出自身熱量給氦氣。
[0041]所述電路開關(guān)閉合時(shí)，所述裝置為絕熱磁化模塊的例子；所述外電路斷開時(shí)，所述裝置為等溫去磁模塊的例子。
[0042]本發(fā)明中，由于麥斯納效應(yīng)因而超導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)法建立磁場(chǎng)，使得像絕熱去磁制冷中出現(xiàn)的因?yàn)楣べ|(zhì)被磁化后內(nèi)部建立的與原磁場(chǎng)相當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)而導(dǎo)致難以去磁就無(wú)法獲取更深度低溫的問(wèn)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(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以以許多其他具體形式實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。盡管業(yè)已描述了本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)理解本發(fā)明不應(yīng)限制為這些實(shí)施例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可如所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)作出變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)磁熱超低溫制冷方法，其特征在于，包括: (1)對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化，以使得所述超導(dǎo)體吸收熱量從而降低體系溫度； (2)對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的制冷方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化包括，使得外界磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)超導(dǎo)體磁臨界水平，以使得所述超導(dǎo)體向失超狀態(tài)移動(dòng)，從而吸收熱量以降低體系溫度。
3.根據(jù)權(quán)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(dǎo)體外界磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零從而進(jìn)入最深度超導(dǎo)體狀態(tài)，從而將自身熱量向工質(zhì)釋放。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的制冷方法，其特征在于，所述方法還包括: (3)重復(fù)步驟(I)和(2)，直至所述體系達(dá)到所需的低溫。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制冷方法，其特征在于，所述工質(zhì)為氦氣。
6.一種超導(dǎo)磁熱超低溫制冷裝置，其特征在于，包括: -絕熱磁化模塊，對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行絕熱磁化，以使得所述超導(dǎo)體吸收熱量從而降低體系溫度；及 -等溫去磁模塊，對(duì)所述超導(dǎo)體進(jìn)行等溫去磁，以使得所述超導(dǎo)體將自身熱量釋放至工質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)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(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)超導(dǎo)體磁臨界水平，以使得所述超導(dǎo)體向失超狀態(tài)移動(dòng)，從而吸收熱量以低體系溫度。
8.根據(jù)權(quán)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(dǎo)體外界磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零從而進(jìn)入最深度超導(dǎo)體狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求6?9中任一項(xiàng)所述的制冷方法，其特征在于，所述工質(zhì)為氦氣。
【文檔編號(hào)】F25B21/00GK104457016SQ201410664752
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】高海凌, 高海洋 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院