Магнитный рефрижератор

 

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано для производства холода в области криогенных температур. Цель изобретения - повышение холодопроизводительности и КПД. Для этого рефрижератор снабжен герметичной перегородкой 5, разделяющей ванны 3, 4 со средой-теплоприемником и средой-теплоотдатчиком, и верхний торец рабочего тела 2 установлен в тепловом контакте с нижней поверхностью этой перегородки, верхняя поверхность которой, обращенная в ванну 3, снабжена оребрением. На нижней поверхности перегородки 5 м.б. выполнено многослойное тонкое покрытие из различных материалов, а на верхнем торце рабочего тела 2 м.б. выполнен по крайней мере один выступ или установлен стержень из теплопроводного материала. В перегородке 5 также м.б. выполнено сквозное отверстие, в котором стержень установлен герметично, и его поверхности, обращенные в ванну 3, снабжены оребрением. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 25 В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2! ) 4667096/23-06 (22) 30.01 89 (46) 30.12.90. Бюл. 48 (72) Н.В. Филин, В.А. Шапошников, А.П. Графов, А.В. Кортиков, В.Д. Коваленко и Л.Н. Ефимова (53) 621;57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N !455176, кл. F 25 В 21/00, 1987. (54) МАГНИТНЪ|Й РЕФРИЖЕРАТОР (57} Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано для производства холода в области криогенных температур. Цель изобретения — повышение холодопроизводительности и КПД.

Для этого рефрижератор снабжен герме-, „„SU„„1617270 А 1

2 тичной перегородкой 5, разделяющей ванны

3, 4 со средой-теплоприемннком и средойтеплоотдатчиком, и верхний торец рабочего тела 2 установлен в тепловом контакте с нижней поверхностью этой перегородки, верхняя поверхность которой, обращенная в ванну 3, снабжена оребрением. На нижней поверхности перегородки 5 м.б. выполнено многослойное тонкое покрытие нз различных материалов, а на верхнем торце рабочего тела 2 м.б. выполнен по крайней мере один выступ или установлен стержень из теплопроводного материала. В перегородке 5 также м.б. выполнено сквозное отверстие, в котором стержень установлен герметично, и его поверхности, обращенные в ванну 3, снабжены оребрением. 8 з.п. ф-лы, Ф ил.

1617270

Изобретение относится к криогенной тех;нике и может быть использовано для производства холода в области криогенных тем: ператур.

Цель изобретения — повышение холо допроизводительности и КПД.

На фиг. 1 схематично представлен магнитный рефрижератор; на фиг. 2 — то же, с выступом на поверхности рабочего тела; обращенной к перегородке; на фиг. 3 — то же, со стержнем из теплопроводного материала и тепловой изоляцией; на фиг. 4 — то же, с перегородкой из малотеплопроводного материала, имеющей сквозное отверстие с гер, метично установленным в нем стержнем.

Магнитный рефрижератор содержит неподвижный соленоид 1 — источник пульсирующего магнитного поля, рабочее тело 2, размещенное внутри соленоида 1, ванну 3 со средой-теплоприемником, ванну 4 со средойтеплоотдатчиком, герметичную перегородку

5, на верхней поверхности которой, обращенной в ванну 3 со средой-теплоприемником, выполнено оребрение, а к нижней поверхности присоединено рабочее тело 2.

На нижней поверхрности перегородки 5, сопряженной с рабочим телом 2, может быть выполнено многослойное тонкое покрытие из различных материалов, а. на верхнем торце рабочего тела 2 может быть выполнен по крайней мере один выступ 6.

На стороне рабочего тела 2, обращенной к перегородке 5, может быть установлен по крайней мере один стержень 7 из теплопроводного материала с отношением коэффициентов теплопроводности при температуре среды-теплоприемника и при температуре среды-теплоотдатчика более пяти.

При наличии стержней 7 или выступов

6 на верхнем торце рабочего тела 2 перегородка 5 может быть выполнена из того же материала, что и рабочее тело 2, -из того же материала, что и стержни 7, из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, алюминия и т.д.

На свободных поверхностях перегородки 5 и стержней 7, обращенных в ванну 4 со средой-теплоотдатчиком, может быть выполнена тепловая изоляция 8 (например, в виде сплошного покрытия из малотеплопроводного материала).

Перегородка 5 может быть выполнена из малотеплопроводного материала, например из фторопласта, стеклопластика и т.д. и в ней в этом случае выполнено сквозное отверстие, в котором герметично установлен стержень 7, на боковой и торцовой новерхностях которого, обращенных в ванну 3 со средой-теплоприемником, выполнено оребрение 9.

Устройство работает следующим образом.

Если рабочее тело 2 рефрижератора— паромагнитик, то при его намагничивании температура его увеличивается по адиабате до значения, равного температуре средытеплоприемника, при дальнейшем намагничивании температура рабочего тела превышает температуру среды-теплоприемника и происходит теплопередача от рабочего тела

2 через перегородку 5 к среде-теплоприемнику 3. По окончании намагничивания рабочего тела 2 температура его снижается до температуры среды-теплоприем ника 3.

"О Затем следует адиабатическое подмагничивание рабочего тела 2, в процессе которого температура снижается до величины, соответствующей началу конденсации паров среды-теплоотдатчика на поверхности pa1g бочего тела. По окончании процесса конденсации снова производят намагничивание, и весь процесс циклически повторяется.

Таким образом холодопроизводительность реализуется в процессе конденсации паров среды-теплоотдатчика на поверхности рабо20 чего тела 2.

Весь тепловой поток от рабочего тела 2 к среде-теплоприемнику и обратно проходит через тепловой диод, имеющий минимальное тепловое сопротивление в период тепло отдачи от рабочего тела 2 к перегородке 5, когда температура рабочего тела приближается к температуре среды-теплоприемника, а имеющий максимальное тепловое сопротивление — - в период размагничивания, когда температура рабочего тела мень30 ше температуры среды-теплоприем ника и приближается к температуре среды-теплоотдатчика.

Тепловой диод может быть выполнен в виде: многослойного тонкого сплошного покрытия из различных материалов на по36 верхности перегородки 5, сопрягаемой с рабочим телом 2, когда тепловое сопротивление этого покрытия определяется не только теплопроводностью материала каждого слоя покрытия, пропорциональной температуре, но главным образом контактным сопротивлением между слоями, которое в большей степени зависит от температуры (контактное тепловое сопротивление примерно пропорционально третьей степени величины температуры); выступа 6 на сопрягаемой с

46 перегородкой 5 поверхности рабочего тела

2, у материала которого теплопроводность при температуре среды-теплоприемника в несколько раз больше теплопроводности при температуре среды-теплоотдатчика, когда уменьшение поперечного сечения рабо5G чего тела 2 в той малой его части, которая используется в основном для транспорта тепла от него к перегородке 5, в большей степени влияет на увеличение холодопроизводительности и КПД за счет снижения паразитного теплопритока от среды-теплопри6 емника к рабочему телу 2, чем на ухудшение этих параметров за счет увеличения теплового сопротивления при теплоотдаче от рабочего тела к среде-теплоприемнику; стержня 7 между рабочим телом 2 и перегородкой 5, выполненного нз того же материала, что и рабочее тело 2, если этот материал обладает свойствами диода, или из материала с сильной зависимостью теплопроводности от температуры, например из монокристаллов германия или кремния, у которого теплопроводность, например, при температуре 4,5 К (150 Вт/м.к.) в 50 раз больше, чем при температуре !,8 К; перегородки из материала с описанными диодными свойствами.

Формула изобретения

1. Магнитный рефрижератор, содержащий ванну со средой-теплоотдатчиком, в которой установлено. рабочее тело, размещенное в периодически изменяющемся магнитном поле и обладающее магнитокалорическим эффектом, и ванну со средой-теплоприемником, к которой обращен верхний торец рабочего тела, отличающийся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности и КПД, он дополнительно содержит герметичную перегородку, разделяющую ванны со средой-теплоотдатчиком и средой-теплоприемником, и верхний торец рабочего тела установлен в тепловом контакте с нижней поверхностью этой перегородки, верхняя поверхность которой, обращенная в ванну со средой-теплоотдатчиком, снабжена оребрением.

2. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что верхний торец рабочего тела снабжен по крайней мере одним выступом, который контактирует с нижней поверхностью перегородки.

17270 б

3. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что между верхним торцом рабочего тела и нижней поверхностью перегородки установлен по крайней мере один стержень

5 из теплопроводного материала, отношение коэффи циентов теплоп роизводности которого при температуре среды-теплоприемника и при температуре среды-теплоотдатчика более пяти.

4. Рефрижератор по пп. и 3, отличающийся тем, что сопрягаемые поверхности перегородки, стержня и верхнего торца рабочего тела снабжены многослойным покрытием, слои которого выполнены из различных материалов.

5. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что перегородки выполнены из того же материала, что и рабочее тело.

6. Рефрижератор по пп. и 3, отличающийся тем, что перегородки выполнены из

20 того же материала, что и стержень.

7. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что перегородка выполнена из высокотеплопроводного материала.

8. Рефрижератор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что свободные поверхности перегородки и стержня, обращенные в ванну со средой-теплоотдачиком, снабжены тепловой изоляцией.

9. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что перегородка выполнена из малотеплопроводного материала и снабжена сквозным отверстием с герметично установленным в нем стержнем, на боковой и торцовой поверхностях которого, обращенных в ванну со средой-теплоприемником, выполнены оребрения. юг. 2

t6l?270

Составитель В. Добротворцев

Редактор Н. Горват Техред А. К!!авчук Корректор А. Оса уленко

Заказ 4111 Гираж 455,Подписное

ВНИИПИ 1осударствсliHoI комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

I I 1035, Москва. Ж--35, Раушская наб., д. 4/5

11!кнг водствснпо-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101