超导磁热超低温制冷方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种超导磁热超低温制冷方法，包括：(1)对超导体进行绝热磁化，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度；及(2)对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。本发明中，由于麦斯纳效应因而超导体内部无法建立磁场，使得像绝热去磁制冷中出现的因为工质被磁化后内部建立的与原磁场相当的磁场而导致难以去磁就无法获取更深度低温的问题，将能得到改善，提供了获得比绝热去磁制冷更低温的途径。
【专利说明】超导磁热超低温制冷方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及超低温制冷技术，尤其涉及利用超导磁热达成超低温制冷的方法及其
目.0
【背景技术】
[0002]目前应用较广泛超低温制冷技术主要有:绝热去磁制冷(顺磁体绝热去磁制冷、核绝热磁化制冷)、3He/4He稀释制冷、坡密朗丘克致冷、激光制冷等。
[0003]现有技术中，顺磁体绝热去磁制冷的使用材料可以非常广泛，一般稀土顺磁盐来作为工质，可以达到HlK级低温。此外，核绝热去磁制冷，虽然可以选取的工质较为广泛(例如，曾使用过金属铜和银作为工质)，并且也可以获取极限至ηκ的低温。然而，在该低温仅限于核自旋温度，在分子层面上温度降低不大，仍可能为mK级别。
[0004]3He/4He稀释制冷和坡密朗丘克致冷的特点是可以连续工作，而不是绝热去磁制冷的单循环工作，可以达到的低温数量级为mK。激光制冷限中又分很多种，可以达到100 μΚ到10nK的温度级别，冷却尺寸范围在原子到少量分子的范围内。
[0005]由此，目前的超低温制冷技术主要有制冷尺寸有限或者难以获得更深度的低温以及制冷技术要求较高的问题。
【发明内容】
[0006]本发明旨在实现电动机的平稳起动调速，恶劣环境条件下使用的电气设备的调节，并确保电动机及其它电气设备的安全可靠工作。
[0007]本发明的一个方面是一种超导磁热超低温制冷方法，包括:(1)对超导体进行绝热磁化，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度；及(2)对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。
[0008]一些实施例中，所述对超导体进行绝热磁化包括，使得外界磁场强度达到并超过超导体磁临界水平，以使得所述超导体向失超状态移动，从而吸收热量以低体系温度。
[0009]一些实施例中，所述等温去磁包括，使得所述超导体外界磁场强度降为零从而进入最株度超导体状态。
[0010]一些实施例中，所述方法还包括:重复上述步骤，直至所述体系达到所需的低温。[0011 ] 一些实施例中，所述工质为氦气。
[0012]本发明的另一方面为一种超导磁热超低温制冷装置，包括绝热磁化模块，对超导体进行绝热磁化，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度；及等温去磁模块，对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。
[0013]一些实施例中，所述绝热磁化模块和所述等温去磁模块由同一电路形成，并且提供所述电路的通断在切换所述绝热磁化模块和所述等温去磁模块。
[0014]本发明中，由于麦斯纳效应因而超导体内部无法建立磁场，使得像绝热去磁制冷中出现的因为工质被磁化后内部建立的与原磁场相当的磁场而导致难以去磁就无法获取更深度低温的问题，将能得到改善，提供了获得比绝热去磁制冷更低温的途径。
[0015]结合附图，根据下文的通过示例说明本发明主旨的描述可清楚本发明的其它方面和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]结合附图，通过下文详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中:
[0017]图1为根据本发明实施例的超导磁热超低温制冷方法的流程图；
[0018]图2为根据本发明实施例的超导磁热超低温制冷装置的方块图；
[0019]图3和4分别示出了根据本发明实施例的超导磁热超低温制冷装置的不同状态。
【具体实施方式】
[0020]参见本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本【技术领域】的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能对层及区域的尺寸及相对尺寸进行了放大或变形。
[0021]应理解，本发明的描述/图示为单个单元的部分可存在于两个或两个以上的物理上独立但合作实现所描述/图示之功能的实体。此外，描述/图示为两个或两个以上物理上独立的部分可集成入一个单独的物理上实体以进行所描述/图示的功能。
[0022]现参考附图详细说明根据本发明实施例超导磁热超低温制冷方法。
[0023]磁致冷的基本原理是借助磁性材料的磁热效应，等温磁化时向外界放出热量，绝热退磁时温度(冷却)，并从外界吸取热量。由此，对磁性材料反复进行等温磁化和绝热退磁就可以获得低温，实现磁致冷。
[0024]如图1所示，根据本发明实施例的一种超导磁热超低温制冷方法，在步骤SlOl中，对超导体进行等温去磁，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度。本发明所称体系为需要达到超低温的对象。
[0025]所述对超导体进行绝热磁化包括，使得外界磁场强度达到并超过超导体磁临界水平，以使得所述超导体向失超状态移动，从而吸收热量以低体系温度。
[0026]在步骤S103中，对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。
[0027]所述等温去磁包括，使得所述超导体外界磁场强度降为零从而进入最深度超导体状态。
[0028]较佳实施例中，所述方法还包括重复上述步骤，直至所述体系达到所需的低温。
[0029]本实施例中，所述工质为氦气。
[0030]等温下，由于超导体的自由能低于正常态，而超导体熵SS〈正常态熵SN，并且超低温下都趋近于零(热力学第三定律)。由此，于是通过吉布斯-亥姆霍兹方程AG =Λ H-T AS可以解出当正常态变成超导体时八6〈0，而1八5>0且接近于0，所以Λ H将略小于基本等于AG，即ΔΗ〈0也就是这个过程是一个放热过程，而将这个过程反过来进行去磁进入超导体状态，那么有ΔΗ>0，体系吸热，从而获得低温。
[0031]图2?4示出了根据本发明的一种超导磁热超低温制冷装置，
[0032]如图2所示，所示装置包括绝热磁化模块和等温去磁模块。
[0033]绝热磁化模块对超导体进行绝热磁化，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度。所述等温去磁模块使得外界磁场强度达到并超过超导体磁临界水平，以使得所述超导体向失超状态移动，从而吸收热量以低体系温度。
[0034]等温去磁模块对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。所述等温去磁模块使得所述超导体外界磁场强度降为零从而进入最深度超导体状
--τ O
[0035]本实施例中，所述绝热磁化模块和所述等温去磁模块由同一电路形成，并且提供所述电路的通断在切换所述绝热磁化模块和所述等温去磁模块。
[0036]如图3和4所示，所述装置包括超导体，其上饶有励磁线圈。所述超导体的周围设有工质生成部，所述工质生成部与所述超导体间隔一段距离，从而在所述超导体周围留有空间。
[0037]在所述工质生成部的一端设有开口，并且所述开口通过阀门与抽气机连通。通过所述工质源与所述抽气机和阀门的配合，可使得所述超导体与所述工质源之间的空间填充有工质，或者保持为真空。本实施例中，所述工质生成部为回字形容器。然而，本发明不限于此，所述工质生成部可为任何合适的形状，只要其能够围绕所述超导体并且能够存储用于生成工质的物质。
[0038]所述工质生成部连通至工质源，由此，工质源将用于生成工质的物质传送至所述工质生成部。本实施例中，所述工质源为杜瓦瓶可控地向所述工质生成部输送液氦。
[0039]所述超导磁热超低温制冷装置还包括控制装置，其用于切换所述绝热磁化模块和所述等温去磁模块。
[0040]本实施例中，所述控制装置为电路开关。当绝热磁化时，所述电路开关闭合，阀门打开，外界磁场强度达到并超过超导体磁临界水平，此时由于磁化超导体向失超状态移动因而吸收自身热量降低体系温度。同时，外界泵机将氦气抽取形成真空围绕在超导体周围。当等温去磁时，外界泵机停止抽取氦气，低压氦气回流，再阀门关闭，所述外电路断开，被低压氦气所包围的超导体外界磁场强度降为零进入最深度超导体状态，因而释放出自身热量给氦气。
[0041]所述电路开关闭合时，所述装置为绝热磁化模块的例子；所述外电路断开时，所述装置为等温去磁模块的例子。
[0042]本发明中，由于麦斯纳效应因而超导体内部无法建立磁场，使得像绝热去磁制冷中出现的因为工质被磁化后内部建立的与原磁场相当的磁场而导致难以去磁就无法获取更深度低温的问题，将能得到改善，提供了获得比绝热去磁制冷更低温的途径。
[0043]因本【技术领域】的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管业已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本【技术领域】的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。
【权利要求】
1.一种超导磁热超低温制冷方法，其特征在于，包括: (1)对超导体进行绝热磁化，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度； (2)对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。
2.根据权利I所述的制冷方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述对超导体进行绝热磁化包括，使得外界磁场强度达到并超过超导体磁临界水平，以使得所述超导体向失超状态移动，从而吸收热量以降低体系温度。
3.根据权利I所述的制冷方法，其特征在于，步骤(2)中，所述等温去磁包括，使得所述超导体外界磁场强度降为零从而进入最深度超导体状态，从而将自身热量向工质释放。
4.根据权利I所述的制冷方法，其特征在于，所述方法还包括: (3)重复步骤(I)和(2)，直至所述体系达到所需的低温。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制冷方法，其特征在于，所述工质为氦气。
6.一种超导磁热超低温制冷装置，其特征在于，包括: -绝热磁化模块，对超导体进行绝热磁化，以使得所述超导体吸收热量从而降低体系温度；及 -等温去磁模块，对所述超导体进行等温去磁，以使得所述超导体将自身热量释放至工质。
7.根据权利6所述的制冷装置，其特征在于，所述绝热磁化模块使得外界磁场强度达到并超过超导体磁临界水平，以使得所述超导体向失超状态移动，从而吸收热量以低体系温度。
8.根据权利6所述的制冷装置，其特征在于，所述等温去磁模块使得所述超导体外界磁场强度降为零从而进入最深度超导体状态。
9.根据权利6所述的制冷装置，其特征在于，所述绝热磁化模块和所述等温去磁模块由同一电路形成，并且提供所述电路的通断在切换所述等温去磁模块和所述绝热磁化模块。
10.根据权利要求6?9中任一项所述的制冷方法，其特征在于，所述工质为氦气。
【文档编号】F25B21/00GK104457016SQ201410664752
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】高海凌, 高海洋 申请人:上海电机学院