[发明专利]一种超导磁体和复合磁制冷机

说明书

本发明涉及一种超导磁体和复合磁制冷机，该超导磁体由剩余冷头冷却，复合磁制冷机由回热式制冷机与磁制冷机耦合构成，在回热式制冷机的末端回热器处添加至少一个剩余冷头，使最冷的末端冷头作为磁制冷机的环境温度，其他需要的冷量由剩余冷头提供。与现有技术相比，本发明具有制冷温度低、制冷量大等优点。

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其是涉及一种超导磁体和复合磁制冷机。

背景技术

传统的气体制冷机如4K GM制冷机或4K脉管制冷机的最低温度可到2.2K，特殊设计的可低于2K，但由于受氦的超流的限制，很难低于1.9K。因出，低于2K的制冷温度可采用4K气体制冷机与磁制冷机复合，采用4K的气体制冷机创造一个液氦温度用以预冷磁制冷机，从而使磁制冷机以液氦温度为其环境温度，尽而可得到约100-1mK的温度。我们称为毫K级磁制冷机。

磁热效应是磁热材料在进入磁场过程中温度升高，移出磁场过程中温度降低的一种热效应。具有这种热效应的材料称为磁热材料，通常磁热材料在其居里温度附近具有最强的磁热效应。在复合磁制冷机中，当对磁热材料施加磁场，磁热材料被磁化温度升高，放出热量，将磁热材料移出磁场，磁热材料去磁过程温度降低。

毫K级磁制冷机一般采用顺磁盐等作为磁热材料，利用磁热材料在超导磁场中其温度随磁场强度变化而变化进行制冷。其制冷特点是温比十分巨大，如从4.2K到1mK的温度比是4200：1，与冰箱的制冷温度相比，是千倍的差距。因此,为了获得低温，一般采用超导磁体获得强磁场并采用多级(即几个磁制冷机串列起来)。

如果能让气体制冷机工作在2.2K，则温比可减小约1倍，那么单级可获得更低的温度，或可减少一级，或可增大制冷量。但气体制冷机由于氦气在低温下的特性，其特点是在2.2K的冷量很小，4.2K时制冷量还可以，到6K时则很大。一个磁制冷机包括磁热材料、超导磁体，热开关等，热负荷很大，气体制冷机基本在4.2K工作，很难在2.2K工作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超导磁体和可采用更低预冷温度的复合磁制冷机，从而使单级的温度更低或减少级数。

本发明的目的之一是提供：一种由回热式制冷机冷却的超导磁体，所述的回热式制冷机包括末端回热器和末端冷头，在末端回热器处添加至少一个剩余冷头，剩余冷头冷却超导磁体。超导磁体可以为各种现有设备中使用的超导磁体，如磁制冷机、磁场下的物性测量装置等。

本发明的目的之二是提供一种复合磁制冷机，由回热式制冷机与磁制冷机耦合构成。

磁制冷机与回热式制冷机(如4K GM制冷机或4K脉管制冷机)结合是获得毫K温度的一种有效方法，回热式制冷机提供磁制冷机需要的环境温度(回热式制冷机制冷到4K)，然后磁制冷机制冷到毫K温度。

在回热式制冷机的末端回热器处添加至少一个剩余冷头，使最冷的末端冷头作为磁制冷机的环境温度，其他需要的冷量由剩余冷头提供。

优选地，所述的磁制冷机包括磁制冷材料(包括各种市售制冷材料，如顺磁盐等)、热开关、超导磁体和辅助部件(辅助部件包括引线、结构件等)，所述的剩余冷头连接所述磁体。磁制冷机主要有超导磁体与制冷材料二个部分需要消耗较大冷量，本发明将这两个部分分开冷却，将超导磁体与其相关的辅助部件用回热式制冷机的剩余冷头冷却，制冷材料用回热式制冷机的末级冷头冷却。由于超导磁体与其相关的辅助部件并不需要冷却到很低的温度(如2.2K)，被剩余冷头冷却到低于其临界温度一定程度(如4.2K甚至6K的温度)就足够。这样，顺磁盐就可被冷却到气体制冷机能够到达的低温(约2.2K的温度)，也就是磁制冷机的环境温度很低(约2.2K的温度)，从而使磁制冷机可获得更低的温度，或同样的温度下减少一级或几级(多级磁制冷机联用也可达到毫K温度，但是成本高，采用本发明方法可以减少磁制冷机的级数，从而降低成本)。