压力波发生器及制冷系统的制作方法

1.本发明涉及低温制冷技术领域，尤其涉及一种压力波发生器及制冷系统。


背景技术：

2.压力波发生器是一种电能转化为机械能的一种装置，是驱动斯特林制冷机、脉冲管制冷机等制冷机的关键部件，压力波发生器通常可为制冷机提供几至上千赫兹的压力波。
3.现有技术中的压力波发生器存在着如下缺陷：需要通过电磁场驱动活塞运动，进而压缩气体产生压力波动。由于活塞需要在气缸中进行往复运动，活塞运动的惯性、机械摩擦等会使得传统压力波发生器存在震动大的问题；仅适合在高频运行，难以在低频下高效工作；通过交流电转变为电磁场、电磁场进而推动带磁铁的活塞运动两个过程，两个过程均存在较大损失，整机效率较低；无法在极低温下运行。
4.因此，亟需一种解决上述问题的压力波发生器及制冷系统。


技术实现要素：

5.本发明一方面提供一种压力波发生器，用以解决现有技术中压力波发生器震动大，难以在低频下高效工作，整机效率较低，无法在极低温下运行的技术缺陷。
6.本发明另一方面还提供一种制冷系统。
7.本发明提供一种压力波发生器，包括：
8.密闭容器，所述密闭容器具备内腔，所述密闭容器的内腔中设有顺磁盐和工作气体，所述密闭容器上设有出气口；
9.磁场发生装置，所述磁场发生装置用于对所述顺磁盐施加磁场作用，以使所述顺磁盐的温度升高。
10.根据本发明提供的压力波发生器，所述磁场发生装置包括绕设于所述密闭容器的螺旋线圈。
11.根据本发明提供的压力波发生器，所述螺旋线圈为铜线或超导线。
12.根据本发明提供的压力波发生器，所述磁场发生装置包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体分别设置于所述密闭容器的两侧。
13.根据本发明提供的压力波发生器，还包括永磁体转移装置，所述永磁体转移装置用于移动所述第一永磁体和所述第二永磁体，以对所述密闭容器的内腔施加或撤销磁场作用。
14.根据本发明提供的压力波发生器，所述密闭容器的内腔中设有顺磁盐载体，所述顺磁盐设置于所述顺磁盐载体。
15.根据本发明提供的压力波发生器，所述顺磁盐载体具备多个孔结构，所述顺磁盐设置于所述顺磁盐载体的孔结构。
16.根据本发明提供的压力波发生器，所述顺磁盐为ggg、gd、gd合金、cmn、cpa或faa中
的一种顺磁盐或任意多种的混合顺磁盐。
17.根据本发明提供的压力波发生器，所述工作气体为为氦气、氮气、氖气、氢气、cfcs、hcfcs或hfcs中的一种工作气体或任意多种的混合工作气体。
18.本发明还提供一种制冷系统，包括脉冲管制冷机和如上任一项所述的压力波发生器，所述脉冲管制冷机具备进气端，所述出气口与所述脉冲管制冷机的进气端连通。
19.本发明提供的压力波发生器，通过在密闭容器的内腔中设置顺磁盐和工作气体，对密闭容器中的顺磁盐施加磁场作用时，能够使得顺磁盐的温度升高，并使得工作气体的温度升高，密闭容器中的压强升高，撤销对顺磁盐的磁场作用时，顺磁盐的温度降低，并使得工作气体的温度降低，密闭容器中的压强降低；即通过外磁场的作用，能够使得顺磁盐温度周期性升高和降低，使得密闭容器中的工作气体的温度周期性升高和降低，进而实现密闭容器内的压力周期性升高和降低。本发明提供的压力波发生器完全无运动部件，震动小，能够在低频下高效工作，且整机效率较高，能够在极低温下运行。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明实施例提供的压力波发生器的示意图；
23.图2是本发明另一实施例提供的压力波发生器的示意图；
24.图3是本发明实施例提供的压力波发生器的磁场作用原理示意图；
25.图4是本发明实施例提供的制冷系统实施例的示意图；
26.图5是本发明另一实施例提供的制冷系统的示意图；
27.图6是本发明实施例提供的主动调相型制冷系统的示意图。
28.附图标记：
29.1、密闭容器；2、出气口；3、螺旋线圈；4、顺磁盐载体；5、第一永磁体；6、第二永磁体；7、脉冲管制冷机；701、第一换热器；702、蓄冷器；703、第二换热器；704、脉冲管；705、第三换热器；706、小孔；707、气库。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.下面结合图1-图5描述本发明提供的压力波发生器及制冷系统。
32.实施例1
33.如图1所示，本发明实施例1提供一种压力波发生器，包括密闭容器1和磁场发生装
置，密闭容器1具备内腔，密闭容器1的内腔中设有顺磁盐和工作气体，密闭容器1上设有出气口2；磁场发生装置用于对顺磁盐施加磁场作用，以使顺磁盐的温度升高。
34.在本发明具体的实施例中，磁场发生装置包括绕设于密闭容器1的螺旋线圈3。对螺旋线圈3中通入直流电时，能够在密闭容器1内产生轴线方向的磁场，作用于其内部设置的顺磁盐，并使顺磁盐的温度升高；停止对螺旋线圈3中通入直流电时，密闭容器1内部作用于顺磁盐的磁场消失，顺磁盐的温度可恢复至初始值。
35.在本发明进一步的实施例中，螺旋线圈3为铜线或超导线。铜线的导电性能好，且成本低，易于获取；超导线能够在低温条件下实现超导，超导时，其电阻消失、损耗极微、电流密度高、能承载大电流。
36.在本发明实施例中，密闭容器1的内腔中设有顺磁盐载体4，顺磁盐设置于顺磁盐载体4。通过在密闭容器1的内腔中设置顺磁盐载体4，能够便于将顺磁盐布置于密闭容器1的内腔中，便于增大与工作气体的接触面积，从而增强热传导效率。
37.在本发明具体的实施例中，顺磁盐载体4具备多个孔结构，顺磁盐设置于顺磁盐载体4的孔结构。通过将顺磁盐设置于顺磁盐载体4的孔结构，工作气体可以进入孔结构与顺磁盐进行换热，其热传导效率高。
38.在本发明具体的实施例中，顺磁盐为ggg(gd3ga5o
12
钆镓石榴石)、gd(钆)、gd合金(钆合金)、cmn(硫酸铈镁)、cpa(铬钾矾)或faa(铁铵矾)中的一种顺磁盐。在一些实施例中，还可以采用上述顺磁盐中的多种顺磁盐形成混合顺磁盐，即采用上述顺磁盐中的一种或任意多种的组合时，均可以在磁场的作用下升高温度。当然，在另一些实施例中，还可以采用其它满足条件的顺磁盐，本发明对此不做具体限定。
39.在本发明具体的实施例中，工作气体为氦气、氮气、氖气、氢气、cfcs、hcfcs或hfcs中的一种工作气体。在一些实施例中，还可以采用上述工作气体中的多种工作气体形成混合工作气体，即采用上述工作气体中的一种或任意多种的组合时，均能够与顺磁盐进行热交换，进而(周期性)改变密闭容器1的内腔中的压力。当然，在另一些实施例中，工作气体还可以采用其它满足需求的惰性气体，本发明对此不做具体限定。
40.实施例2
41.如图2所示，本发明实施例2还提供另一种压力波发生器，本实施例提供的压力波发生器与实施例1的区别在于，本实施例中，磁场发生装置包括第一永磁体5和第二永磁体6，第一永磁体5和第二永磁体6分别设置于密闭容器1的两侧。通过在密闭容器1的两侧分别设置第一永磁体5和第二永磁体6，第一永磁体5和第二永磁体6之间产生的磁场可以作用于密闭容器1的内腔中的顺磁盐，也能够使其温度升高，将第一永磁体5和第二永磁体6从密闭容器1的两侧移开时，能够撤销对密闭容器1的内腔中的顺磁盐的磁场作用，使其温度恢复至初始状态。
42.在本发明具体的实施例中，压力波发生器还包括永磁体转移装置，永磁体转移装置用于移动第一永磁体5和第二永磁体6，以对密闭容器1的内腔施加或撤销磁场作用。作为示例，永磁体转移装置可以采用直线移动机构或者机械臂。直线移动机构可以采用丝杠螺母机构或者推杆机构等，当采用丝杠螺母机构时，第一永磁体5和第二永磁体6与螺母同步移动，丝杠保持固定，利用电机驱动丝杠转动，螺母带动第一永磁体5和第二永磁体6沿设定路径周期性移动，可以驱动第一永磁体5和第二永磁体6分别移动至密闭容器1的两侧，或驱
动第一永磁体5和第二永磁体6从密闭容器1的两侧移开。当采用推杆机构时，可以在推杆的端部设置传动板，第一永磁体5和第二永磁体6分别与传动板的上下两端连接(图示方向)，推杆在伸缩移动时可以带动第一永磁体5和第二永磁体6跟随推杆移动，进而驱动第一永磁体5和第二永磁体6分别移动至密闭容器1的两侧，或驱动第一永磁体5和第二永磁体6从密闭容器1的两侧移开。当采用机械臂时，可以直接通过机械臂将第一永磁体5和第二永磁体6移动至密闭容器1的两侧，或将第一永磁体5和第二永磁体6从密闭容器1的两侧移开。通过以上三种方式同样能够实现对顺磁盐周期性施加磁场作用的技术目的。
43.下面就本发明提供的压力波发生器的工作流程及工作原理进行示例说明，请参照图3。
44.本发明提供的压力波发生器，通过在密闭容器1的内腔中设置顺磁盐和工作气体，对密闭容器1中的顺磁盐施加磁场作用时，能够使得顺磁盐的温度升高，并使得工作气体的温度升高，密闭容器1中的压强升高，撤销对顺磁盐的磁场作用时，顺磁盐的温度降低，并使得工作气体的温度降低，密闭容器1中的压强降低；即通过外磁场的作用，能够使得顺磁盐温度周期性升高和降低，使得密闭容器1中的工作气体的温度周期性升高和降低，进而实现密闭容器1内的压力周期性升高和降低。本发明提供的压力波发生器完全无运动部件，震动小，能够在低频下高效工作，且整机效率较高，能够在极低温下运行。
45.如图3所示，本发明提供的压力波发生器的工作过程分为几个阶段，对顺磁盐周期性施加外磁场，使得顺磁盐周期性地加热和冷却，进而使得密闭容器1中工作气体的温度周期性地升高和降低，进而实现压力周期性的升高和降低。作为示例，在4k(-296℃)产生压力波，采用超导线圈(上述超导线制成的螺旋线圈3)产生4t的磁场，ggg(gd3ga5o
12
钆镓石榴石)作为顺磁盐，工作气体采用氦气，放置在初始压力为1mpa的密闭容器1中。在加磁阶段0-1-2，顺磁盐ggg的温度由4k升高至8k，进而加热氦气至8k，氦气的温度升高导致密闭容器1中压力相应升高，密闭容器1中气压由1mpa变化至2mpa。在去磁阶段2-3-4，顺磁盐ggg的温度由8k降低至4k，氦气的温度降低至4k，氦气温度降低导致密闭容器1中压力相应降低，密闭容器1中气压由2mpa变化至1mpa。如此即可产生一个1-2mpa的压力波。在一些实施例中，还可以通过调控加磁去磁曲线，得到不同波形的压力波。
46.实施例3
47.如图4和图5所示，本发明实施例还提供一种制冷系统，包括脉冲管制冷机7和如实施例1或实施例2所述的压力波发生器。在本发明具体的实施例中，脉冲管制冷机7包括依次连接的第一换热器701、蓄冷器702、第二换热器703、脉冲管704、第三换热器705、小孔706和气库707，进气端设置于第一换热器701，出气口2与设置于第一换热器701的进气端连通。实施例1或实施例2所述的压力波发生器产生的压力波可通过密闭容器1的出气口2进入脉冲管制冷机7的进气端，从而进行制冷。
48.此外，在一些实施例中，制冷系统还可以包括多个如实施例1或实施例2所述的压力波发生器，所有压力波发生器的出气口均与脉冲管制冷机7的进气端连通，多个压力波发生器同步将产生的压力波通入脉冲管制冷机7，能够增加制冷效率。
49.实施例4
50.如图6所示，本发明实施例还提供一种主动调相型制冷系统，包括脉冲管制冷机7和2个如实施例1所述的压力波发生器。在本发明具体的实施例中，脉冲管制冷机7包括依次
连接的第一换热器701、蓄冷器702、第二换热器703、脉冲管704和第三换热器705，进气端设置于第一换热器701，第一个压力波发生器(图示中位于右侧的压力波发生器，下同)的出气口2与设置于第一换热器701的进气端连通，第二个压力波发生器(图示中位于左侧的压力波发生器，下同)的出气口2与脉冲管制冷机7的第三换热器705连通(利用第二个压力波发生器代替实施例3中脉冲管制冷机7的小孔气库)，通过调整直流电2和直流电1开启的时间差，可以在第二个压力波发生器中产生与第一个压力波发生器中具有一定相位差的压力波，便于对脉冲管制冷机7进行调相。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种压力波发生器，其特征在于，包括：密闭容器，所述密闭容器具备内腔，所述密闭容器的内腔中设有顺磁盐和工作气体，所述密闭容器上设有出气口；磁场发生装置，所述磁场发生装置用于对所述顺磁盐施加磁场作用，以使所述顺磁盐的温度升高。2.根据权利要求1所述的压力波发生器，其特征在于，所述磁场发生装置包括绕设于所述密闭容器的螺旋线圈。3.根据权利要求2所述的压力波发生器，其特征在于，所述螺旋线圈为铜线或超导线。4.根据权利要求1所述的压力波发生器，其特征在于，所述磁场发生装置包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体分别设置于所述密闭容器的两侧。5.根据权利要求4所述的压力波发生器，其特征在于，还包括永磁体转移装置，所述永磁体转移装置用于移动所述第一永磁体和所述第二永磁体，以对所述密闭容器的内腔施加或撤销磁场作用。6.根据权利要求1所述的压力波发生器，其特征在于，所述密闭容器的内腔中设有顺磁盐载体，所述顺磁盐设置于所述顺磁盐载体。7.根据权利要求6所述的压力波发生器，其特征在于，所述顺磁盐载体具备多个孔结构，所述顺磁盐设置于所述顺磁盐载体的孔结构。8.根据权利要求1-7任一项所述的压力波发生器，其特征在于，所述顺磁盐为ggg、gd、gd合金、cmn、cpa或faa中的一种顺磁盐或任意多种的混合顺磁盐。9.根据权利要求1-7任一项所述的压力波发生器，其特征在于，所述工作气体为氦气、氮气、氖气、氢气、cfcs、hcfcs或hfcs中的一种工作气体或任意多种的混合工作气体。10.一种制冷系统，其特征在于，包括脉冲管制冷机和如权利要求1-9任一项所述的压力波发生器，所述脉冲管制冷机具备进气端，所述出气口与所述脉冲管制冷机的进气端连通。

技术总结
本发明提供一种压力波发生器及制冷系统。上述压力波发生器，包括：密闭容器，所述密闭容器具备内腔，所述密闭容器的内腔中设有顺磁盐和工作气体，所述密闭容器上设有出气口；磁场发生装置，所述磁场发生装置用于对所述顺磁盐施加磁场作用，以使所述顺磁盐的温度升高。本发明提供的压力波发生器，通过在密闭容器的内腔中设置顺磁盐和工作气体，通过外磁场的作用，能够使得顺磁盐温度周期性升高和降低，使得密闭容器中的工作气体的温度周期性升高和降低，进而实现密闭容器内的压力周期性升高和降低。本发明提供的压力波发生器完全无运动部件，震动小，能够在低频下高效工作，且整机效率较高，能够在极低温下运行。能够在极低温下运行。能够在极低温下运行。


技术研发人员：潘长钊 刘旭明 郭伟杰 潘娟 俞大鹏
受保护的技术使用者：深圳国际量子研究院
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/12