热声磁制冷低温系统技术方案

一种热声磁制冷低温系统，包括依次相连的反馈管（１），弹性膜（７），室温端换热器（２），回热器（３），回热器（４），热缓冲管（５），室温端换热器（６），三通处的谐振管（８），其特征在于，还包括一以支路形式接于谐振管（８）上的脉管制冷机以及一以支路形式接于谐振管（８）上的磁制冷机，两制冷机系统处于高真空的真空罩（３２）中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温获得装置，特别是涉及一种完全无运动部件的 热声磁制冷低温系统。技术背景热声斯特林发动机具有效率高、无运动部件的优点，用它来驱动脉 管制冷机，可实现完全无运动部件的低温系统，该系统具有寿命长，无需维护等特点。然而，由于在30K以下的低温环境中，随着温度的进一 步降低，回热器填料(通常为不锈钢或铅材料)的体积热容将远小于工质 (氦气)的体积热容，此时回热器的蓄冷功能无法实现，结果使制冷温度 很难进一步降低，同时制冷效率也将大大降低。磁制冷技术与气体制冷方式相比在低温下有着较大的优势， 一方面， 它使用的磁工质在低温下由于磁相变其体积热容将出现异常变化，其体 积热容将与氦气相当，由此磁工质可以起到较好的蓄冷作用；另一方面， 磁制冷通过控制外部磁场的变化使得磁工质的磁熵发生变化从而产生制 冷效应，在低温下其效率较高。然而现有磁制冷技术还无法实现大的制 冷温差，如从室温到120K及至20K以下的大温差，它需要其它方式对其 高温端进行预冷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，将热声驱动脉管制冷机与磁制冷机结合，提供一种高效的热声磁制冷低温系统。为此，本专利技术提供一种热声磁制冷低温系统，包括依次相连的反馈 管，弹性膜，室温端换热器，回热器，回热器，热缓冲管，室温端换热 器，三通处的谐振管，其特征在于，还包括一以支路形式接于谐振管上的脉管制冷机以及一以支路形式接于谐振管上的磁制冷机，两制冷机系 统处于高真空的真空罩中。将热声驱动脉管制冷机与磁制冷机结合， 一方面可以前者为后者的 预冷，实现从室温到低温的制冷系统；另一方面还可以利用热声发动机 提供的交变流动流体作为热交换流体，将磁工质的放热量带到热端换热 器，冷量带到冷头。本专利技术采用U形两级脉管制冷机，包括 一段有着特定长度的入口 管，其一端与热声斯特林发动谐振管相通，另一端依次与室温端换热器, 一级回热器， 一级冷端换热器相连通，所述的一级冷端换热器分别与一 级脉管，二级回热器相通，使得一部分流体进入脉管，而另一部分进入 二级回热器，所述的一级脉管另一端接有室温端换热器，再与小孔阀及 气库相接，用以耗散声功以及调节脉管内压力波动与流速间的相位，在 两级脉管制冷机入口与小孔阀之间接有双向进气阀用以调相，所述的二 级回热器另一端与二级冷端换热器相通，再与二级脉管，室温端换热器， 小孔阀，气库相连接，类似的从两级脉管制冷机入口与小孔阀前接有双 向进气阀用以调相，所述的二级冷端换热器将通过导热材料与磁制冷机 的高温换热器、热缓冲管一端的高温热器相接，对磁制冷机进行预冷。本专利技术的磁制冷机包括入口管道，其一端与热声斯特林发动机谐 振管相通，且接入点应位于谐振管速度最大点附近，另一端先与磁制冷 机的高温端换热器相通，再与磁工质蓄冷器、冷头、热缓冲管相通，所 述的入口段前端还有一温室端换热器，所述的磁工质蓄冷器位于线圈内 部，当线圈通电和断电时，磁工质将被磁化和退磁。所述的两级脉管制冷机可以是同轴型布置，且两级脉管可共用一个 气库。所述的两级脉管制冷机可以是一级脉管制冷机，在布置形式上可以是u形或者同轴型。所述的磁制冷机的入口管中的流体可采用两级脉管制冷机的一级冷 端换热器的温度环境进行预冷，减小二级冷端换热器的热负荷。所述的磁制冷机的线圈可采用高温超导材料，在两级脉管制冷机的 一级冷端换热器的温度环境下工作，可提供强磁场。本专利技术提供的无运动部件的热声磁制冷低温系统与现有的低温系统相比有如下优点(1) 无运动部件，可靠性好；(2) 可以实现低于30-1K的超低温制冷，并且在低温下仍具有较高的 效率；附图说明图1为本专利技术提供的无运动部件的热声磁制冷低温系统实施例1的 结构示意图。图2为磁工质蓄冷器内部气体运动与线圈电流图。 图3本专利技术提供的完全无运动部件的热声磁制冷低温系统实施例2 的结构示意图。图4本专利技术提供的完全无运动部件的热声磁制冷低温系统实施例3 的结构示意图。图面说明反馈管l 回热器3 弹性膜7 一级回热器ll 小孔阀15， 22 二级回热器18室温端换热器2， 6， 10， 14, 21， 34加热器4 谐振管8 一级冷端器12 气库16， 23 二级冷端器19热缓冲管5 脉管制冷机入口管9一级脉管13 双向进气阀17， 24二级脉管20导热金属25 磁工质蓄冷器28 线圈31磁制冷机入口管26 冷头29 真空罩32高温端换热器27 热缓冲管30 辐射屏3具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术做进一步的描述 实施例1:实施例1的结构如图1所示， 一种完全无运动部件的热声磁制冷低 温系统，包括依次相连的反馈管(l)，弹性膜(7)，室温端换热器(2)，回热器(3)，回热器(4)，热缓冲管(5)，室温端换热器(6)，三通处的谐振 管(8)，其特征在于，还包括一以支路形式接于谐振管(8)上的U形两级 脉管制冷机以及一以支路形式接于谐振管(8)上的磁制冷机，两制冷机系 统处于高真空的真空罩(32)中，其中脉管制冷机二级部分与磁制冷机处 于热辐射屏(33)中。当热量由加热器(4)进入系统，回热器(3)两端出现 温度差，在回热器(3)轴向建立起温度梯度。当该温度梯度大于临界温度 梯度时，热声斯特林发动机产生自激振荡，在系统各处形成压力波动。所述的两级脉管制冷机包括 一段有着特定长度的入口管(9)用以放 大入口的压力波动，其一端与热声斯特林发动谐振管(8)相通，另一端依 次与室温端换热器(IO)， 一级回热器(ll)， 一级冷端换热器(12)相连通， 所述的一级冷端换热器(12)分别与一级脉管(13)，二级回热器(18)相通， 使得一部分流体进入脉管(13)，而另一部分进入二级回热器(18)，所述 的一级脉管(13)另一端接有室温端换热器(14)，再与小孔阀(15)及气库 (16)相接，用以耗散声功以及调节脉管内压力波动与流速间的相位，在 两级脉管制冷机入口与小孔阀(15)之间接有双向进气阀(17)用以调相， 所述的二级回热器(18)另一端与二级冷端换热器(19)相通，再与二级脉管(20)，室温端换热器(21)，小孔阀(22)，气库(23)相连接，类似的从 两级脉管制冷机入口与小孔阀(22)前接有双向进气阀(24)用以调相，所 述的二级冷端换热器(19)将通过导热材料(25)与磁制冷机的高温换热器(27) 、热缓冲管(30)—端的高温热器相接，对磁制冷机进行预冷。在热声斯特林发动机产生的压力波动的驱动下，通过调节各级小孔阀及双向 进气阀，两级脉管制冷机消耗声功在一级冷端换热器(12)与二级冷端换热器(19)获得所需要温度下的制冷量。所述的磁制冷机包括入口管道(26)，其一端与热声斯特林发动机 谐振管(8)相通，另一端先与磁制冷机的高温端换热器(27)相通，再与磁 工质蓄冷器(28)、冷头(29)、热缓冲管(30)相通，所述的磁工质蓄冷器(28) 位于线圈(31)内部，通常其材料一般为金属钆的化合物如Gd3Ga50j2 等，当线圈通电和断电时，磁工质将被磁化和退磁。因为磁工质蓄冷器 (28)的长度远远小于氦气的波长，观察磁工质蓄冷器内的气体的运动与 换热情况。如图2所示，以向下为正方向，在前半个周期内，气体从最 下端移动到最上端，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热声磁制冷低温系统，包括依次相连的反馈管（１），弹性膜（７），室温端换热器（２），回热器（３），回热器（４），热缓冲管（５），室温端换热器（６），三通处的谐振管（８），其特征在于，还包括一以支路形式接于谐振管（８）上的脉管制冷机以及一以支路形式接于谐振管（８）上的磁制冷机，两制冷机系统处于高真空的真空罩（３２）中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴张华，罗二仓，戴巍，胡剑英，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11