一种超导磁体

一种超导磁体
1.本技术是分案申请，本分案申请的母案申请日为2020年7月17日，申请号为2020106927079，发明名称为“一种超导磁体和复合磁制冷机”。
技术领域
2.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：

3.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。
4.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。
5.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)。
6.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。


技术实现要素：

7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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)。
13.进一步优选地，所述的磁制冷机外设有第二级辐射屏，该第二级辐射屏连接剩余冷头，由剩余冷头冷却。回热式制冷机的末级外侧也可设置辐射屏，该辐射屏可连接第一级的冷头(除末级冷头外)，将辐射屏的温度冷却下来，让环境温度的辐射漏热由第一级承担，从而减低4k温区的辐射热负荷。
14.进一步地，所述的热开关和磁制冷材料外罩有末级辐射屏，进一步减低辐射对磁制冷机最低温度的影响。
15.进一步优选地，所述的热开关可以为气体热开关，也可以是超导式，或机械式，或其他形式，机械式就是采用固体的接触与不接触实现开与关。
16.热开关为气体热开关时，由气体热开关的吸附器连接剩余冷头，由剩余冷头冷却吸附器；热开关为超导热开关时，该超导热开关由剩余冷头冷却。
17.进一步优选地，所述的磁制冷机为多级结构。
18.进一步优选地，所述的回热式制冷机为脉管制冷机或gm制冷机。
19.进一步优选地，整个复合磁制冷机可置于真空腔里，该真空腔通过波纹管连接回热式制冷机，其作用是进一步隔离制冷机与系统以减小振动。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1.常规回热式制冷机，如4kgm制冷机(4k制冷机是指一种可到达液氦温度的制冷机，其标称制冷温度4.2k)，或4k脉管制冷机预冷时，其环境温度已经为约4k的低温，如需制取更低温度，如低于1k的温度，由于回热式制冷机受氦在低温下的超流性的限制，很难获得低于2.2k的低温(特殊设计可得到约1.9k)的低温)。因此本发明将回热式制冷机与磁制冷机结合是获得更低温度的一个有效手段。
22.2.磁制冷机主要由制冷盐(可为常规市售制冷盐，如顺磁盐等)，磁体(可为常规市售超导磁体)，与热开关组成，这些都需要消耗冷量，引线和其他辅助部件也同样存在向低温的导热，也需要冷量。一般回热式制冷机(如4k脉管制冷机或4kgm制冷机)的最低温度可到2.2k，如果让其运行在2.2k左右，与4.2k相比，则环境温度大幅度地降低了，从而可使磁制冷机获得更低的温度。但一般4k脉管制冷机或4kgm制冷机的特点是温度越高，制冷量越大，在2.2k时的制冷量非常小，仅可提供预冷顺磁盐需要的冷量，其他则不足，如果将所有
的都用末端冷头冷却，基本能维持在4.2k附近。因此，本发明采用在回热式制冷机的末端回热器添加剩余冷头的方法，从而使末端多出一个或数个冷头，不同冷头提供不同冷量，将除制冷盐之外的其他组件冷却至适合温度(如6k、4k等)，从而使最冷的末端冷头作为磁制冷机的环境温度，其他需要的冷量则由温度较高的剩余冷头提供。从而得到一个能提供超低温(可低至2k，甚至1k)且冷量足够的复合磁制冷机。
附图说明
23.图1为第一种二级脉管制冷机的结构示意图；
24.图2为第二种二级脉管制冷机的结构示意图；
25.图3为二级gm制冷机；
26.图4为双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机耦合的结构示意图；
27.图4a为双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机耦合结构置于真空腔中的示意图；
28.图5为第二种双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机耦合的结构示意图；
29.图6为双级4k脉管制冷机与双级磁制冷机耦合的结构示意图；
30.图7为第三种双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机耦合的结构示意图；
31.图8为gm制冷机与单级磁制冷机耦合的结构示意图；
32.图9为第一种复合热开关筒结构示意图；
33.图10为第二种复合热开关筒结构示意图。
34.图中标识：1、回热制冷机，11、第一级脉管子单元，111、第一级脉管，111a、第一推移活塞，112、第一级回热器，113、第一级冷头，113a、第一级冷头热桥，12、末级脉管子单元，121、末级脉管，121a、第二推移活塞，122、末级回热器，123、末级冷头，123a、末级冷头热桥，1240、剩余冷头，1241、第一剩余冷头，1241a、第一剩余冷头热桥，1242、第二剩余冷头，1242a、第二剩余冷头热桥，2、第一级磁制冷机，211、第一级热开关，2111、热开关上法兰，2112、内筒，2113a、第一中间筒，2113b、第二中间筒，2113c、第三中间筒，2114、外筒，2115、热开关下法兰，211a、第一级吸附器，211b、第一级热开关磁体，212、第一级制冷盐，213、第一级超导磁体，221、第二级热开关，221a、第二级吸附器，222、第二级制冷盐，223、第二级超导磁体，31、第一级辐射屏，32、第二级辐射屏，33、真空腔，331、波纹管，34末级辐射屏。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
36.工作原理：
37.用传统的回热式制冷机(4k gm制冷机或4k脉管制冷机一般是指双级)冷却磁制冷机时，超导磁体与顺磁盐被末级冷头(二级冷头)一同冷却。由于超导磁体及其相关部件需要消耗很大一部分冷量，因此磁制冷的环境温度一般为4k。这种结构的特点是简单。
38.磁制冷的特点是环境温度越低，其制冷温度越低，因此有些磁制冷机甚至采用1.8k的超流氦作环境温度，结构及其复杂(超流氦制取很难)。一般4k gm制冷机理论上最低可获得约2k的低温(特殊设计可略低于2k)，在2.2k可获得很小的冷量，在4.2k可获得足够大的冷量。因此将超导磁体与顺磁盐一同冷却很难到达2.2k，但如果只冷却顺磁盐，由于热负荷减小，则可被冷却到2.2k。
39.具有剩余冷头的4k gm制冷机除了在末级冷头获得冷量外，还可在温度略高的剩余冷头上获得很大的冷量。因此，采用分别冷却的方法就可使顺磁盐很容易冷却到2.2k的低温。
40.有剩余冷头的4k gm制冷机
41.在有剩余冷头的4k gm制冷机上，剩余冷头的冷量来源于由于氦气在低温下的物性造成的回热器的理论损失。如果没有剩余冷头，剩余冷头的冷量转化为第一级的冷量的一部分。剩余冷头的温度约4.2-6k，而第一级冷头的温度约60k，因此，不可逆损失很大。有了剩余冷头，在约4.2-6k获得剩余冷量，可派很大用场。
42.4k脉管制冷机也基本上有同样的特性，但其振动更小，因为没有低温下的运动部件。
43.其中回热式制冷机可以为二级、或三级或更高级，磁制冷机可以为一级、或二级或更高级。
44.剩余冷头设置在回热式制冷机的末级回热器上，剩余冷头可以为一个或多个。
45.如图1所示，为第一种二级脉管制冷机的结构示意图，由顶法兰13、第一级脉管子单元11与末级脉管子单元12组成，其中第一级脉管子单元11包括第一级脉管111，第一级回热器112和第一级冷头113，末级脉管子单元12包括末级脉管121，末级回热器122和末级冷头123，在末级回热器122上装有剩余冷头1240，剩余冷头1240包含一个剩余冷头，即第一剩余冷头1241。
46.工作时，气体从顶法兰进出制冷机经过回热器在脉管底部膨胀作功制冷，在第一级冷头113与末级冷头123和第一剩余冷头1241输出冷量。第一级冷头113一般温度约60k，末级冷头123的最低温度约2.2k，第一剩余冷头1241温度约4.2k。
47.如图2所示，为第二种二级脉管制冷机的结构示意图，其结构与图1所示二级脉管制冷机基本相同，区别在于，剩余冷头1240除了第一剩余冷头1241外，还有第二剩余冷头1242。第二剩余冷头可在约6k温度输出冷量。
48.同理，可加更多的剩余冷头以满足不同的冷量需要。
49.由于氦气在低温下的特性，在末级回热器122存在很大的理论回热器损失，即在采用理想回热器时(无阻力，换热面积无穷大，填料热容无穷大，无死容积，无轴向导热)，由于氦气在低温下的物性的原因，回热器仍然有很大的从高温向低温的漏热损失，这个漏热损失是由高压与低压气体的在同一温度下的焓不同而引起的焓流损失。剩余冷头就是在末端回热器里添加的换热器，当在末端回热器里增加剩余冷头时，剩余冷头可与回热器里的气体换热，从而截获冷量用于输出，由于冷量是额外获得的，因此称为剩余冷量，冷头则称为剩余冷头。
50.当气体高压2.1mpa，低压0.7mpa，流量1g/s时，如果气体在末级脉管121底部在2.2k温度下可逆膨胀，膨胀功为8.47w，回热器焓流损失为8.29w，制冷量为0.18w。回热器焓流损失可在4.2k产生1.06w和在6k产生2.54w的剩余冷量。其余的则流向第一级脉管子单元变为第一级脉管子单元的冷量。由于第一级脉管子单元温度很高，损失很大，可增加更多的剩余冷头截获更多的冷量在低温以作他用。由于剩余冷头的存在，图2的双级4k脉管制冷机可认为是变成一个虚拟的四级脉管制冷机。
51.各冷头的温度可以不是60k，6k，4.2k，2.2k，而是其他温度。这里的温度值是为了
说明方便。
52.如图3所示，为一个二级gm制冷机，其第一级推移活塞111a与第二级推移活塞121a取代图2中的脉管，可得到同样的功效。gm制冷机的振动比脉管制冷机的大一些，但制冷效率高一些。其余同图2。在末级回热器122上装有第一剩余冷头1241和第二剩余冷头1242。
53.图1-3所示的回热式制冷机是二级的，也可是多级的，但一般现在很少采用多于二级的，因为二级的已经可以到达2.2k左右的低温，而且是成熟的商业化产品。由于剩余冷头的存在，本来也不需要多级。
54.下面通过具体实施例将各种回热式制冷机与各种磁制冷进行耦合进行详细说明：
55.实施例1
56.采用双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机进行耦合，其结构如图4所示，包括双级4k脉管制冷机其结构如图1所示，和第一级磁制冷机2，其中第一级磁制冷机2包括第一级热开关211、第一级吸附器211a、第一级制冷盐212、第一级超导磁体213，所述第一级热开关211一端连接第一级吸附器211a，另一端连接第一级制冷盐212，第一级制冷盐212置于第一级超导磁体213内。
57.双级4k脉管制冷机的末级脉管子单元外设有第一辐射屏31，第一级磁制冷机2外设有第二级辐射屏32，第二辐射屏32与第一剩余冷头1241相连。同样地，可在每个冷头上都设置辐射屏。双级4k脉管制冷机的末级冷头123通过末端热桥123a与第一级热开关211相连，第一剩余冷头1241通过第一剩余冷头热桥1241a与第一级超导磁体213相连，第一级冷头113通过第一级冷头热桥113a与第一辐射屏31相连。第一热开关的吸附器211a与第一剩余冷头1241通过第一剩余冷头热桥1241a连接。
58.图4的制冷机要置于真空腔里，如图4a所示。33为真空腔，331为连接制冷机1与真空腔的波纹管，其作用是进一步隔离制冷机与系统以减小振动。也可不加波纹管，从而使结构简单。为了进一步减低辐射对磁制冷机最低温度的影响，可用在末端冷头加末级辐射屏34，将热开关211与制冷盐212罩住。末级辐射屏34与末级冷头123通过末级冷头热桥123a相连，从超导磁体213内穿过，罩住制冷盐212与热开关211。
59.超导磁体213就是由超导线绕制的线圈，被冷却到低于超导线的临界温度下，通电就可获得磁场。对于需要控制磁场的情况，由外部电源供电。对于稳定磁场的情况，超导项圈有闭合回路，外部电源可以不要。
60.工作时，第一辐射屏31与第二级辐射屏32被冷却到约60k与4.2k，第一级磁制冷机的环境温度约2.2k。第一级制冷盐212是一种顺磁盐，磁场强度增强则放热或温度升高，减小则吸热或温度降低。制冷盐称为磁制冷材料，不同温度下的磁制冷材料不同，可以是顺磁盐，金属，合金，等。超低温一般是顺磁盐。
61.这种做法的优点是第一磁制冷机的环境温度可以是末端冷头123的温度，制冷机在这个温度下的制冷量很小，而磁制冷机本身不需要大的预冷冷量。超导磁体与其电流引线、辐射屏和吸附器则需要大的冷量冷却，可由第一剩余冷头1241提供。
62.同时，磁制冷机的各种引线可与第一剩余冷头1241贴合，其从高温的导热和漏热传导到第一剩余冷头1241，从而降低末级冷头123的热负荷。一部分需要与制冷盐相连的引线则进一步与末级冷头123贴合，则可进一步降低到制冷盐212的漏热。
63.热开关可以为气体热开关，也可以是超导式，或机械式，或其他形式。机械式就是
采用固体的接触与不接触实现开与关。本实施例中采用的热开关结构如图9所示，第一级热开关211是气体热开关，气体热开关的上下两端有距离很近的金属板(上法兰2111和下法兰2115)，靠其内夹的氦气导热。具体结构包括上法兰2111、下法兰2115，以及位于上下法兰之间的复合热开关筒，复合热开关筒包括内筒2112、外筒2114和第一中间筒2113a，其中内筒2112顶部固定在上法兰2111上，外筒2114底部固定在下法兰2115上，第一中间筒2113a位于内筒2112与外筒2114之间，其底部连接内筒2112、顶部连接外筒2114，构成一个截面呈折叠状的密闭腔体。其中上法兰2111与下法兰2115上布满了翅片，翅片与翅片距离很近；如图9所示，上法兰2111设有向下延伸的翅片a，下法兰2115上设有向上延伸的翅片b，翅片a与翅片b交错设置，且翅片a和翅片b的长度均小于上下法兰之间的间距。上下法兰和其翅片不直接接触。
64.复合热开关筒内腔体与第一级吸附器211a连通，吸附器内充有活性炭或其他吸附材料。第一级热开关211断开时上下两端几乎绝热，接通时导热系数很大，上下两端温差很小。当第一级吸附器211a被加热时，其内的活性炭释放氦气，第一热开关211内腔体充满氦气，其内的金属翅片通过气体导热而导热；当第一级吸附器211a不加热时，其内的活性炭被冷却，吸收氦气，第一热开关211内氦气被抽走，其内的翅片间几乎真空而不导热。
65.这里，上法兰、下法兰等上与下的位置名称仅仅是名字，为了表述方便，与实际位置没有大的关联。
66.上述复合磁制冷机的循环如下：
67.(1)第一级热开关211保持断开状态(即不导热)，第一级超导磁体213升高电流加高磁场强度，第一级制冷盐212温度升高；
68.(2)第一级制冷盐212温度到达末端冷头123温度后，第一级热开关211打开，呈开的状态(即导热)，继续加大电流，加大第一级超导磁体213磁场强度，第一级制冷盐212产生热量通过末端热桥123a对末端冷头123放热；
69.(3)第一级热开关211断开，减小电流，减小第一级超导磁体213磁场强度，第一级制冷盐212温度降低，
70.(4)第一级制冷盐212温度到达制冷温度后，第一级热开关211继续断开状态，继续减小电流，减小第一级超导磁体213磁场强度，第一级制冷盐212吸热产生制冷量。
71.不同的制冷盐，不同的磁场强度决定了第一级制冷盐212的制冷温度，一般可以到1-0.001k以下。
72.上述工作状态是间歇式的，即在步骤(4)产生冷量，可以利用。
73.实施例2
74.采用如图2所示的双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机进行耦合，其结构如图5所示，剩余冷头包括第一剩余冷头1241和第二剩余冷头1242。单级磁制冷机的结构与实施例1相同，其中末端辐射屏32和第一热开关吸附器211a均通过第二剩余冷头热桥1242a与第二剩余冷头1242连接，第一超导磁体213通过第一剩余冷头热桥1241a与第一剩余冷头1241连接，从而使第一超导磁体213单独使用第一剩余冷头1241的冷量以充分冷却。
75.第一超导磁体213的电流引线可以先与第二剩余冷头1242贴合，从而将其从高温传导的热传给第二剩余冷头1242，以降低第一剩余冷头的热负荷。其余同实施例1。
76.每个冷头都可装辐射屏，从而减小对低温区的辐射漏热。
77.实施例3
78.采用如图2所示的双级4k脉管制冷机与双级磁制冷机进行耦合，其结构如图6所示，其中双级磁制冷机包括第一级磁制冷机和第二级磁制冷机，其中第一级磁制冷机包括第一级热开关211、第一级吸附器211a、第一级制冷盐212、第一级超导磁体213；第二级磁制冷机包括第二级热开关221、第二级吸附器221a、第二级制冷盐222和第二级超导磁体223，所述第一级热开关211一端连接第一级吸附器211a，另一端连接第一级制冷盐212，第一级制冷盐212置于第一级超导磁体213内，第二级热开关221分别连接第二级吸附器221a和第二级制冷盐222，第二级制冷盐222置于第二级超导磁体223内。
79.第二级热开关221将第二级制冷盐222与第一级制冷盐212相连，第二级超导磁体223通过第一剩余冷头热桥1241a与第一剩余冷头2141相连。第二级吸附器221a与末端辐射屏32一同与第二剩余冷头1242通过第二剩余冷头热桥1242a相连。
80.第一级磁制冷机的循环如下：
81.(1)第一级热开关211保持断开状态(即不导热)，第二级热开关222断开(即不导热)，第一级超导磁体213升高电流加高磁场强度，第一级制冷盐212温度升高；
82.(2)第一级制冷盐212温度到达末端冷头123温度后，第一级热开关211打开，呈开的状态(即导热)，继续加大电流，加大第一级超导磁体213磁场强度，第一级制冷盐212产生热量通过末端热桥123a对末端冷头123放热；
83.(3)第一级热开关211断开，减小电流，减小第一级超导磁体213磁场强度，第一级制冷盐212温度降低，
84.(4)第一级制冷盐212温度到达制冷温度后，第二级热开关222打开状态(即导热)继续减小电流，减小第一级超导磁体213磁场强度，第一级制冷盐212吸热产生制冷量。
85.第二级磁制冷机的循环与第一级磁制冷机一样，只是反相，从而在第一级磁制冷机吸热时，第二级磁制冷机放热，从而使第一级磁制冷机的制冷温度为其环境温度，制得更低得温度，一般第二级制冷盐可达0.1-0.001k温度，或更低。
86.第二级磁制冷机的循环如下：
87.(1)第二级热开关221保持断开状态(即不导热)，第二级超导磁体223减低电流减小磁场强度，第二级制冷盐212温度升降低；
88.(2)第二级制冷盐212温度到达制冷温度后，继续减小第二级超导磁体221的电流减小其磁场强度，第二级制冷盐212吸热产生制冷量。
89.(3)增大第二级超导磁体223的电流增强其磁场强度，第二级制冷盐222温度升高。
90.(4)第二级制冷盐222温度到达第一级制冷盐212温度后，第二级热开关221打开，呈开的状态(即导热)，继续加大第二级超导磁体223的电流增加其磁场强度，第二级制冷盐222产生热量通过第二级热开关221对第一级制冷盐212放热。
91.同样地，可做成更多级，获得更低的温度。
92.与传统的回热式制冷机预冷的磁制冷机相比，制冷盐与其他热负荷分离，从而使预冷的制冷机末端冷头可以工作在很低的温度。由于预冷温度的大幅度降低，因此制冷温度更低。
93.上述实施例1～3中的磁制冷机(图4-6)的输出制冷温度是间歇式的，也就是在制冷盐吸热过程才制冷，其他时间制冷盐的温度是波动的。为了输出稳定的冷量，可采用如下
的方法：
94.第二级制冷盐222可以是一个热容很大的材料，形成热库，从而使磁制冷机输出稳定的温度的冷量，这时，第二级超导磁体223可以不要。第二热开关222仅在第一制冷盐212吸热时打开，其他时间关闭。这时实施例3中的双级磁制冷机实际上是一个带热库的单级磁制冷机。由于热库的热容有限，因此这种模式需要很大的热库才可获得平稳的制冷温度。
95.第二级磁制冷机可以工作在半热库模式：第二热开关222仅在第一制冷盐212吸热时打开，此时，第二级超导磁体223增加电流增加磁场从而使第二级制冷盐222对第一制冷盐212在第一级磁制冷机制冷温度下放热而保持温度不变。第二热开关221关闭时，则第二级超导磁体223减小电流减小磁场从而使第二级制冷盐222制冷从热负荷吸热，从而使磁制冷机输出稳定的温度的冷量。这时，图6是一个单级磁制冷机。与单纯的热库相比，输出温度更加平稳。
96.实施例4
97.采用双级4k脉管制冷机与单级磁制冷机进行耦合，其中热开关采用超导热开关，其结构如图7所示，第一级热开关211为超导热开关，其为超导体，该第一级热开关211通过末级冷头热桥123a连接末端冷头123，第一级超导磁体213通过第一剩余冷头热桥1241a连接第一剩余冷头1241，第一级热开关磁体211b也与第一剩余冷头热桥1241a相连接，其开关特性为：当第一级热开关磁体211b磁场低于第一级热开关211临界磁场强度时，其为超导体，导热系数很低，当第一级热开关磁体211b磁场高于其临界磁场强度时，其失超，变为常导体，导热系数很大。其余同实施例1。
98.实施例5
99.与实施例2相同，但其中双级4k脉管制冷机换成双级4k gm制冷机，通过gm制冷机对磁制冷机进行预冷，其结构如图8所示。
100.实施例6
101.与实施例1相同，仅其中的热开关结构采用如图10所示的热开关结构，由上法兰下法兰与复合热开关筒组成。上法兰2111与末级冷头热连接，下法兰2115与制冷盐热连接，复合热开关筒由内筒2112，第一中间筒2113a、第二中间筒2113b、第三中间筒2113c和外筒2114依次连接构成折叠结构。
102.当热开关内的空间2116里的氦气被吸附器吸走后为真空，上法兰与下法兰处于热绝缘状态，为热关状态。当吸附器被加热释放氦气到热开关内的空间2116里，上法兰与下法兰通过氦气导热，为热开状态。上法兰与下法兰上布满了翅片，翅片与翅片距离很近。
103.气体热开关也可不采用复合热开关筒，采用简单的热开关筒，即一个筒，简化结构，但关的时候导热率高一些。
104.热开关的要求是开的时候上下法兰间的导热率要足够大，关的时候，上下法兰间的导热率足够小，但普通的圆管做的热开关筒的导热率比较大。实施例1中图9的热开关筒由内筒加上第一中间筒加上外筒组成的复合热开关筒，其导热长度是普通筒的约三倍，从而导热率与简单的一个筒相比导热率约是原来的1/3，从而减小了热关状态时的导热。本实施例中增加了第二中间筒2113b，第三中间筒2113c，其导热长度更长，导热率更低。中间筒的数量可根据实际需要增加或减少。
105.制冷还有其他辅助部分如结构件等，用于连接高温到低温的部件，这些都要有漏
热，可用剩余冷头冷却从而用剩余冷头拦截一部分从高温的漏热。
106.实施例7为由回热式制冷机冷却的超导磁体。回热式制冷机结构同实施例1，所述的超导磁体由剩余冷头冷却。这样末级冷头可用来冷却样品用以测量样品在低温下的物性，由于末级冷头温度很低，从而可以获得很宽的温度范围内的物性。
107.在其他类似于复合磁制冷机的超导磁体与其他部件结合的场合，超导磁体都可由剩余冷头冷却，末端冷头提供更低的制冷温度用于冷却其他部件。
108.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种超导磁体，由回热式制冷机冷却，其特征在于，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。

技术总结
本发明涉及一种超导磁体，由回热式制冷机冷却，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。与现有技术相比，本发明具有制冷温度低、制冷量大等优点。发明具有制冷温度低、制冷量大等优点。发明具有制冷温度低、制冷量大等优点。


技术研发人员：朱绍伟
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2020.07.17
技术公布日：2022/3/8