磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷的製冷方法和製冷裝置的製作方法
2023-09-21 07:03:05 1
專利名稱：磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷的製冷方法和製冷裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於製冷與低溫工程領域的製冷方法和製冷裝置，特別涉及一種磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷的製冷方法和製冷裝置，即為通過採用磁製冷材料全部替換或部分替換回熱式氣體制冷機中的常規回熱器填料，並將由此形成的磁回熱器置於可控變化場強的磁場中，結合回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的有效耦合，實現磁製冷與回熱式氣體製冷的高效複合製冷。
背景技術：
從基本原理上講，磁製冷和回熱式氣體製冷分別屬於兩類不同的製冷技術。磁製冷技術是利用磁性材料磁化時向外界排放熱量，退磁時從外界吸取熱量的物理現象實現製冷的。磁製冷的研究可逆溯到120多年前，1881年Warburg首先觀察到金屬鐵在外加磁場中的熱效應，1895年P. Langeviz發現了磁熱效應。1擬6年Debye、1927年 Giaugue兩位科學家分別從理論上推導出可以利用絕熱去磁製冷的結論，此後，由於順磁鹽類磁製冷材料的研究取得重大進展，1933年後，絕熱去磁製冷技術在極低溫( 10_6K)和低溫(1 以下)溫區得到較快的發展。在室溫區得益於Gd磁熱效應的發現和在1976年 Brown首次實現了室溫磁製冷，激發了人們的興趣。原理上講，磁製冷可以適用於任何溫區， 但由於磁製冷材料、磁體和磁製冷熱工技術等原因，整體進展相對遲緩。隨著主動磁回熱器 (AMR)概念的提出以及在上世紀90年代後期美國Ames國家實驗室和宇航公司在室溫磁製冷材料和室溫磁製冷系統方面的進展，又重新引起了世界範圍內的重視。回熱式氣體製冷的基本原理是利用工作流體在交變流動中的絕熱膨脹或絕熱放氣，而由回熱器來建立穩定的溫差，目前主要用於在低溫下獲得中、小規模的製冷量。從 1816年斯特林(Stirling)循環提出以來，回熱式氣體製冷經歷了長時間的發展，已形成了諸如斯特林Stirling)、維勒米爾(VM)、吉福特-麥克馬洪(G-M)、索爾文(SV)、脈衝管 (ST)和熱聲等制冷機形式。這些不同的制冷機在具體的結構形式上徊異，但可以抽象概括為由三大部分組成壓力波發生器、回熱器和壓力波動與質量流率之間相位差調節機構 (如圖1所示)，通常將一個由回熱器和壓力波動與質量流率之間相位差調節機構形成的組合稱為制冷機的一級。上述不同制冷機的主要區別在於採用了不同形式的壓力波動發生器和壓力波動與質量流率之間相位差調節機構從而形成了不同的熱力學循環形式，它們的共同之處就是採用了在熱吹過程中吸熱、在逆向冷吹過程中放熱的回熱器。回熱式氣體制冷機的回熱器與前述磁製冷機回熱器(AMR)的一個差別就是所採用的材料本身並不具有製冷能力而僅僅作為傳熱媒介。磁製冷技術一般包括三大部分磁製冷材料、磁體和磁製冷熱工系統。磁製冷材料近年已取得較大進展，但由於其磁化時向外界排放的熱量和退磁時從外界吸取的熱量都要通過傳熱流體載取，受限於有限傳熱係數和磁製冷材料尚相對較小的磁致溫變(尤其是在採用低場強的永磁體時)，傳熱流體與磁製冷工質之間的傳熱溫差已佔到磁製冷材料磁致溫變值的相當大比例，從而雖然磁製冷具有高的本徵熱力學效率但磁製冷機的實際熱力學效率仍較低。另外，受限於需要強的變化磁場和變化流向的傳熱流體，磁製冷機往往需要採用複雜的驅動機構。S. Jeong等在1994年(Adv. Cryo. Engi. 39B)報導了一個採用斯特林循環的磁製冷實驗系統。文中雖然提到將磁製冷與斯特林循環結合，但仔細分析所報導的內容可以發現其實質上僅僅是採用斯特林熱力循環方式的主動磁回熱器(AMR)磁製冷系統，未實現磁製冷與回熱式氣體製冷的真正複合，更沒有提及可以採用方便周期變化和低能耗的強磁場永磁體。G. F. Nellis 等在 1998 年(Adv. Cryo. Engi. 43)報導了一個採用 G-M 循環的磁製冷實驗系統。文中雖然提到將磁製冷與G-M循環結合，但仔細分析所報導的內容可以發現其實質上僅僅是採用G-M熱力循環方式的主動磁回熱器(AMR)磁製冷系統，未實現磁製冷與回熱式氣體製冷的真正複合，更沒有提及可以採用方便周期變化和低能耗的強磁場永磁體。Robert Schauwecker等提出了一種「帶磁冷卻級的混合熱泵/制冷機」 ("HybridHeat Pump/Refrigerator with Magnetic Cooling Stage，，，US 2007/0186560A1)，其中雖然提到將「氣體制冷機」與「磁製冷」 「混合」，但他們在循環中將 「氣體制冷機」和「磁製冷」分別作為一個獨立的過程而採用在時間上接續的方式，其實際上實現的僅是「氣體制冷機」與「磁製冷」的一種形式的「內部復疊」，並未實現回熱式氣體製冷與磁製冷的真正複合。另外，該專利中提到幾種「在磁熱效應材料區域實現磁場變化的方法」，雖未給出詳細實現方法，但從描述上分析其在實現上具有儲多技術上的困難(不是需要設計複雜的磁體和複雜驅動機構，就是需要增加大的能耗)，實際上難以滿足實用要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷的製冷方法和製冷系統，即通過採用合適的磁製冷材料全部或部分替換回熱式氣體制冷機中的常規回熱器填料，並將由此形成的磁回熱器置於可控變化場強的磁場中，結合回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的有效耦合，實現磁製冷與回熱式氣體製冷的高效複合。本發明的技術方案如下本發明提供的磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷方法，其為將回熱式氣體製冷中的部分回熱器或全部回熱器替換為磁回熱器，所述磁回熱器中的填料部分或全部為磁製冷材料，以形成與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同的磁回熱器，並將所述磁回熱器分別置於周期變化的可控變場強磁體組中，通過結合回熱式氣體制冷機工作時序與可控變場強磁體組磁場變化時序的耦合控制，實現磁製冷與回熱式氣體製冷的複合製冷。本發明提供的磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置，其由一個壓力波發生器 1，m個回熱器、m個相位差調相機構組、j個可控變場強磁體組和一個回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5組成；其中，m為1 5整數，j為彡m ；所述的m個回熱器中的全部回熱器或部分回熱器為磁回熱器；所述磁回熱器中的填料部分或全部為磁製冷材料；所述磁回熱器中磁製冷材料的磁製冷溫區與該磁回熱器在所述回熱式氣體制冷機中所處位置的相應溫區相同；其連接關係為壓力波發生器1通過流體流通管道與由第一級回熱器和第一級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構S1組合形成的第一級回熱式氣體制冷機一端連接，第一級回熱式氣體制冷機另一端由流體流通管道與下一級回熱式氣體制冷機一端連接，由此直至最末級；所述磁回熱器分別置於對應的周期變化的可控變場強磁體組中；回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5由信號傳輸電纜或/和管路或/ 和機械裝置分別與壓力波發生器1、相位差調節機構及可控變場強磁體組連接；所述耦合控制系統5的輸入信號為壓力波發生器1的工作時序特徵參數和/或各調相機構的工作時序特徵參數；所述耦合控制系統5的輸出為可控變場強磁體組的磁場變化控制信號。所述的回熱式氣體制冷機為斯特林制冷機、維勒米爾制冷機、G-M制冷機、SV制冷機、脈衝管制冷機或熱聲制冷機。所述可控變場強磁體組為由二個通過相對運動形成磁場矢量疊加的永磁體組。所述磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置為由i臺相同的磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷裝置按一工作時序相位角差θ組合而成的組合式磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷系統；所述的工作時序相位角差為均等的工作時序相位角差θ = 360° /i 或為不均等的工作時序相位角差。通過分析，如果能獲得一個變化方便和低能耗的強磁場，理論上講可以通過採用合適的磁製冷材料替換回熱式氣體制冷機中的常規回熱器填料，將由此形成的磁回熱器置於可控變化場強的磁場中，結合回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的有效耦合，完全可以實現磁製冷與回熱式氣體製冷的高效複合。從熱力學角度，這一複合，通過磁回熱器可以將磁製冷與回熱式氣體製冷在整個循環周期內完全融合在一起，而無法也無需區分磁製冷過程與回熱式氣體製冷過程。這一複合不僅可以解決單純磁製冷機實際效率低的問題 (其本徵效率比二類單純的製冷方式都要高)，而且可以通過與回熱式氣體製冷共用工作流體彌補單純磁製冷機需要複雜的傳熱流體驅動機構的難題。另外，得益於近年可變磁場永磁體技術的進步，方便周期變化和低能耗的強磁場也已不再是技術瓶頸，這一複合從技術上也變得更加可行。單一磁體如需要實現磁場強度的變化，通常需要在增加磁場強度時輸入能量，在減小磁場時放出能量，雖然這一過程是可逆的，但此時的能量的完全貯存和放出存在技術上的困難。可以通過將多臺相同的本發明的磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷系統按某一工作時序相位角差組合為一個組合式磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷系統，通過不同可控變場強磁體組在充/放能量時序上的差別實現相互之間的能量的貯/放來較好解決這一問題，從而進一步提高其複合製冷效率。本發明的磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷系統及製冷方法的優點如下磁製冷和回熱式氣體製冷是二大類不同的製冷方式，都具有高的本徵熱力學效率，但也各自存在相應的技術問題，尤其是磁製冷受限於現有材料特性和需要複雜的傳熱流體驅動機構實際效率仍較低且機構複雜。通過本發明1.可以從本徵上解決單純磁製冷機實際效率低的問題，從而較大幅度提高製冷效率；2.可以通過與回熱式製冷共用工作流體彌補單純磁製冷機需要複雜的傳熱流體驅動機構的難題；
3.可以通過磁製冷材料對原回熱器填料的替換，形成一種高本徵熱力學效率的新的製冷方法，其本徵效率比單純的磁製冷和回熱式氣體製冷方式都要高，而且並沒有顯著增加整個系統的複雜性等。
圖1為普通回熱式氣體制冷機結構示意圖；圖2為本發明的回熱式氣體製冷複合製冷系統的結構示意圖；圖3為可控變磁場強度永磁體組的結構示意圖；圖4 一個磁製冷與5級氣體斯特林製冷的複合製冷系統的結構示意圖；圖5 —個磁製冷與5級氣體斯特林製冷的複合製冷系統的結構示意圖；圖6 —個磁製冷與單級氣體斯特林製冷的複合製冷系統的結構示意圖；圖7 —個磁製冷與雙級氣體GM製冷的複合製冷系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例進一步的闡述本發明。圖1所示為一個m級回熱式氣體制冷機的結構示意圖(這裡的回熱器均為普通的回熱器)；其由一個壓力波發生器1，m個回熱器和m個調相機構組組成，m為1 5整數； 其連接關係為壓力波發生器1通過流體流通管道與由第一級回熱器^和第一級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構S1組合形成的第一級回熱式氣體制冷機一端連接，第一級回熱式氣體制冷機另一端由流體流通管道與下一級回熱式氣體制冷機一端連接，由此直至最末級。所述回熱式氣體制冷機為斯特林制冷機(Stirling)、維勒米爾制冷機(VM)、吉福特-麥克馬洪制冷機(G-M)、索爾文制冷機(SV)、脈衝管制冷機(ST)或熱聲制冷機等。參見圖2所示，本發明的磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷裝置，其由一個壓力波發生器l，m個回熱器、m個調相機構組、j個可控變場強磁體組和一個回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5組成；其中，m為1 5整數，j為彡m ；所述的m個回熱器中的全部回熱器或部分回熱器為磁回熱器；所述磁回熱器為填充磁製冷材料的回熱器；所述磁回熱器中磁製冷材料的磁製冷溫區與該磁回熱器在所述回熱式氣體制冷機中所處位置的相應溫區相同；所述磁回熱器分別置於周期變化的可控變場強磁體組中；所述的可控變場強磁體組可為由二個通過相對運動形成磁場矢量疊加的永磁體組；所述耦合控制系統5的輸入信號為壓力波發生器1的工作時序特徵參數和/或部分或全部調相機構3的工作時序特徵參數；所述耦合控制系統5的輸出為可控變場強磁體組的磁場變化控制信號。實施例1，用於實現環境溫度為300K、製冷溫度為漲的5級氣體斯特林製冷與磁製冷的複合製冷系統。選擇居裡溫度或等效居裡溫度為300K至漲溫度間隔為約6K的磁製冷材料(每個回熱器各選10種磁製冷材料)，可控變磁場強度永磁體組4採用如圖3所示由二個相對旋轉同軸布置永磁體組成的周期變化場強永磁體組；如圖4所示，本實施例的磁製冷與回CN 102538285 A
熱式氣體製冷複合製冷系統，由一個壓力波發生器(壓縮腔)1、5個磁回熱器、5個調相機構 (推移活塞)、5個可控變場強永磁體組、一個時序耦合控制器5、一個熱端換熱器6和一個冷端換熱器7組成；其連接關係壓力波發生器1通過流體流通管道經由熱端換熱器6與由第一級回熱器^和第一級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構S1組合形成的第一級回熱式氣體制冷機一端連接，第一級回熱式氣體制冷機另一端由流體流通管道與下一級回熱式氣體制冷機一端連接，由此直至最末級，最末級制冷機的末端設置有一個冷端換熱器7 用於冷量輸出；由磁製冷工質替代原回熱器填料所形成的磁回熱器分別置於對應的周期變化的可控變場強磁體組中；回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5由信號傳輸電纜與壓力波發生器1、調相機構組3及可控變場強磁體組4連接。每一磁回熱器為由10種磁製冷材料按其居裡溫度/等效居裡溫度高低順序填入形成與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同的磁回熱器；時序耦合控制器5的輸入信號為壓力波發生器(壓縮腔)1壓縮活塞運動規律，時序耦合控制器5的輸出為可控變場強永磁體組產生磁場變化的相對運動規律控制信號；該複合製冷系統內的工作流體的流動與常規5級氣體斯特林製冷基本相同；本實施例通過引入磁回熱器、可控變場強永磁體組和時序耦合控制器5，實現了磁製冷與回熱式氣體製冷的5級複合；由此形成的複合製冷系統可在幾乎不增能源消耗條件下，使漲下的製冷量提高至少一倍。實施例2 用於實現環境溫度為300K，製冷溫度為漲的5級氣體斯特林製冷與磁製冷的複合製冷系統。選擇居裡溫度或等效居裡溫度為約30K至約漲溫度間隔為約漲的6種磁製冷材料，可控變場強磁體組採用如圖3所示由二個相對旋轉同軸布置永磁體組成的周期變化場強永磁體組；如圖5所示，該磁製冷與5級氣體斯特林製冷的複合製冷系統由一個壓力波發生器(壓縮腔)1、四個常規回熱器和一個(磁)回熱器\、5個調相機構(推移活塞)、一個可控變場強永磁體組、一個時序耦合控制器5、一個熱端換熱器6和一個冷端換熱器7組成； 其連接關係壓力波發生器1通過流體流通管道經由熱端換熱器6與由第一級常規回熱器 O1)和第一級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構(3》組合形成的第一級回熱式氣體制冷機一端連接，第一級回熱式氣體制冷機另一端由流體流通管道與下一級回熱式氣體制冷機一端連接，由此直至最末級，最末級回熱式氣體制冷機末端設置有一個冷端換熱器用於冷量輸出；由磁製冷工質替代最末級原回熱器填料所形成的磁回熱器4置於周期變化的可控變場強磁體組中；回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5由信號傳輸電纜與壓力波發生器1、調相機構組及可控變場強磁體組連接。磁回熱器 為將6種磁製冷材料按其居裡溫度/等效居裡溫度高低順序填入形成與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同的磁回熱器；時序耦合控制器5的輸入信號為壓縮腔壓縮活塞運動規律和推移活塞運動規律，時序耦合控制器5的輸出為磁體的產生磁場變化的相對運動規律控制信號；該複合製冷系統內工作流體的流動與常規5級氣體斯特林製冷基本相同；本實施例通過在末級引入一個磁回熱器 、可控變場強永磁體組和時序耦合控制器5，實現了一個一級磁製冷與五級回熱式氣體製冷的複合；由此形成的複合製冷系統可在幾乎不增能源消耗條件下，使漲下的製冷量提高至少一倍。實施例3 將本發明用於實現環境溫度為30°C、製冷溫度為5°C的單級氣體斯特林製冷與磁製冷的複合製冷系統，
磁製冷材料採用單一的LaFeSiH體系，磁場採用如圖3所示由二個相對旋轉同軸布置永磁體組成的周期變化場強永磁體組。如圖6所示，該磁製冷與單級氣體斯特林製冷的複合製冷系統由一個壓力波發生器(壓縮腔)1、一個磁回熱器2、一個調相機構組(膨脹腔)3、一個可控變場強永磁體組4、一個時序耦合控制器5、一個熱端換熱器6和一個冷端換熱器7組成；其連接關係壓力波發生器1通過流體流通管道經由熱端換熱器6與由磁回熱器2 —端連接，磁回熱器2另一端和壓力波動與質量流率之間相位差調節機構3組合形成的制冷機的一端通過流體流通管道經由次端換熱器7與膨脹腔3連接；磁回熱器2置於周期變化的可控變場強磁體組4中；回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5由機械裝置與壓力波發生器1、調相機構組3及可控變場強磁體組4連接。通過改變LaFeSiH中的H含量形成20種居裡溫度由高到低不同的磁製冷材料，所述的磁回熱器2為按其居裡溫度高低順序填入這些磁製冷材料而形成的磁回熱器，該磁回熱器與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同；時序耦合控制器5的輸入為壓縮腔和膨脹腔活塞的運動規律，時序耦合控制器5的輸出為磁體的產生磁場變化的相對運動規律控制，其間由簡單的機械裝置耦合。該複合製冷系統內工作流體的流動與常規單級氣體斯特林製冷基本相同。本實施例通過引入磁回熱器、可控變場強永磁體組和時序耦合控制器實現磁製冷與回熱式氣體製冷的複合。由此形成的複合製冷系統可在幾乎不增能源消耗條件下，使5°C下的製冷效率比原單級氣體斯特林製冷提高至少20%。實施例4 將本發明用於實現環境溫度為300K、製冷溫度為4. 2K的雙級氣體G-M 製冷與磁製冷的複合製冷系統。選用居裡溫度/等效居裡溫度從40K至3. OK由高到低溫度間隔為約漲的8不同磁製冷材料，磁場採用如圖3所示由二個相對旋轉同軸布置永磁體組成的周期變化場強永磁體組；如圖7所示，該磁製冷與雙級氣體G-M製冷的複合製冷系統由一個壓力波發生器 (壓縮機組、散熱器和配氣閥組)1、一個常規回熱器^和一個磁回熱器4、調相機構(推移活塞)、一個可控變場強永磁體組4、一個時序耦合控制器5、一個一級冷端換熱器T1和一個二級冷端換熱器I2組成；其連接關係為壓力波發生器1通過流體流通管道與由第一級常規回熱器^和第一級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構S1組合形成的第一級回熱式氣體制冷機一端連接，第一級回熱式氣體制冷機另一端(其連接管路上設有一級冷端換熱器7》由流體流通管道與由一磁回熱器&和第二級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構\組合形成的第二級制冷機的一端連接，第二級制冷機的另一端的連接管路上設有二級冷端換熱器72。由磁製冷工質替代原回熱器填料所形成的磁回熱器22置於周期變化的可控變場強磁體組4中。回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5由信號傳輸電纜與壓力波發生器1、調相機構組及可控變場強磁體組4連接。磁回熱器22中8種磁製冷材料按其居裡溫度/等效居裡溫度高低順序填入形成與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同的磁回熱器；時序耦合控制器5的輸入信號為推移活塞運動規律，時序耦合控制器5的輸出為可控變場強永磁體組4的產生磁場變化的相對運動規律控制信號。該複合製冷系統內工作流體的流動與常規雙級氣體G-M製冷基本相同；本實施例通過引入磁回熱器、可控變場強永磁體組和時序耦合控制器實現磁製冷與回熱式氣體製冷的複合；由此形成的複合製冷系統可在幾乎不增能源消耗條件下，使 4. 2K下的製冷量提高至少一倍。
上述中對回熱式氣體制冷機是以一個抽象為由3種組件(壓力波發生器、回熱器和調相機構組)組成的系統來描述的，實際上1、壓力波發生器可以有多種形色，如由氣缸、活塞和驅動機構組成的無閥壓縮機 (斯特林和斯特林型脈衝管等)；2)由壓縮機和配氣閥(組)組成(G-M、G-M型脈衝管和沙爾文等)；3)熱壓縮機(VM和各種型色的熱聲制冷機等)；2、回熱器可與調相機構組相互獨立，或完全或部分結合在一起。上述實驗例中雖列舉了部分磁製冷材料種類，但這並不表示本專利對可用的磁製冷材料種類有任何限定， 本發明未對也無需對磁回熱器所採用的磁製冷材料的種類和形狀等作任何限制，實際上對一個具體的複合製冷系統可採用的磁製冷材料有很多不同的選擇。本專業領域的技術人員會理解並且承認，上述實際制冷機的不同結構和組件組合形式以及採用不同磁製冷材料均在本發明基本思想範圍內，並不會形影響本發明的精神和權利要求範圍。
權利要求
1.一種磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷方法，其為將回熱式氣體製冷中的部分回熱器或全部回熱器替換為磁回熱器，所述磁回熱器中的填料部分或全部為磁製冷材料，以形成與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同的磁回熱器，並將所述磁回熱器分別置於周期變化的可控變場強磁體組中，通過結合回熱式氣體制冷機工作時序與可控變場強磁體組磁場變化時序的耦合控制，實現磁製冷與回熱式氣體製冷的複合。
2.一種磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置，其由一個壓力波發生器(l)，m個回熱器、m個相位差調相機構組、j個可控變場強磁體組和一個回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統( 組成；其中，m為1 5整數，j為彡m ；所述的m個回熱器中的全部回熱器或部分回熱器為磁回熱器；所述磁回熱器中的填料部分或全部為磁製冷材料；所述磁回熱器中磁製冷材料的磁製冷溫區與該磁回熱器在所述回熱式氣體制冷機中所處位置的相應溫區相同；其連接關係為壓力波發生器(1)通過流體流通管道與由第一級回熱器O1)和第一級壓力波動與質量流率之間相位差調節機構(3》組合形成的第一級回熱式氣體制冷機一端連接，第一級回熱式氣體制冷機另一端由流體流通管道與下一級回熱式氣體制冷機一端連接，由此直至最末級；所述磁回熱器分別置於對應的周期變化的可控變場強磁體組中；回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統(5)由信號傳輸電纜或/和管路或/和機械裝置分別與壓力波發生器(1)、相位差調節機構及可控變場強磁體組連接；所述耦合控制系統( 的輸入信號為壓力波發生器(1)的工作時序特徵參數和/或各調相機構的工作時序特徵參數；所述耦合控制系統(5)的輸出為可控變場強磁體組的磁場變化控制信號。
3.按權利要求2所述的磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置，其特徵在於，所述的回熱式氣體制冷機為斯特林制冷機、維勒米爾制冷機、G-M制冷機、SV制冷機、脈衝管制冷機或熱聲制冷機。
4.按權利要求2所述的磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置，其特徵在於，所述可控變場強磁體組為由二個通過相對運動形成磁場矢量疊加的永磁體組。
5.按權利要求2所述的磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置，其特徵在於，所述磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷裝置為由i臺相同的磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷裝置按一工作時序相位角差θ組合而成的組合式磁製冷與回熱式氣體製冷複合製冷系統；所述的工作時序相位角差為均等的工作時序相位角差θ = 360° /i或為不均等的工作時序相位角差。
全文摘要
一種磁製冷與回熱式氣體製冷複合的製冷方法及裝置，為將回熱式氣體製冷中的部分回熱器或全部回熱器替換為磁回熱器，磁回熱器中的填料部分或全部為磁製冷材料，以形成與回熱式氣體制冷機中對應回熱器工作溫區相同的磁回熱器，磁回熱器分別置於周期變化的可控變場強磁體組中，通過結合回熱式氣體制冷機工作時序與可控變場強磁體組磁場變化時序的耦合控制，實現磁製冷與回熱式氣體製冷的複合；其裝置由一壓力波發生器，m個回熱器、m個調相機構組、j個可控變場強磁體組和一回熱式氣體製冷工作時序與磁場變化時序的耦合控制系統5組成；m為1～5整數，j≤m；具結構簡單，可大幅度提高製冷效率，彌補單純磁製冷機需要複雜傳熱流體驅動的難題。
文檔編號F25B49/00GK102538285SQ20101062288
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者公茂瓊, 吳劍峰, 戴巍, 沈俊, 沈保根 申請人:中國科學院理化技術研究所