Магнитокалорический рефрижератор

 

Изобретение относится к криогенной технике и позволяет криостатировать одновременно несколько обьектов на различных температурных уровнях При вращении двигателя поршень нагнетателя 18 прокачивает теплоноситель последовательно через теплоприемник (Т) 16, блок рабочего тела (БРТ) 2, теплообменник нагрузки (ТН) 14, БРТ 4, ТН 12, БРТ 6, ТН 10, БРТ 8, ТН 9, БРТ 1. ТН 15, БРТ 3, ТН 13, БРТ 5, ТН 11, БРТ 7 и Т 17. Одновременно с помощью кривошипа поворачивается диамагнитный ротор 19, что приА водит к намагничиванию и нагреву БРТ 1, 3, 5 и 7 и размагничиванию и охлаждению БРТ 2, 4, 6 и 8. Теплоноситель одновременно прокачивается через Т 16 и БРТ 2, где охлаждается и поступает в ТН 14, где реализуется холодопроизводительность Аналогично происходят процессы охлаждения в БРТ 4 и ТН 12. БРТ 6 и ТН 10, БРТ 8 и ТН 9, при этом в различных ТН холодопроизводительность реализуется на различных температурных уровнях. При дальнейшем повороте вала электродвигателя поршень нагнетателя 18 изменяет направление движения и теплоноситель движется в обратном направлении, а дальнейший поворот ротора 19 приводит к намагничиванию и нагреву БРТ 2, 4, 6 и 8 и размагничиванию и охлаждению БРТ 1, 3, 5 и 7 Тепло намагничивания БРТ выводится в окружающую среду с помощью Т 16 и 17 При дальнейшем повороте вала двигателя цикл повторяется.2 ил Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 25 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0 .

Ы

О

11

Л

1б

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4623431/06 (22) 22.12.88 (46) 30,03.91. Бюл. N. 12 (72) В,И.Карагусов (53) 621.57(088,8) (56) Патент США М 4532770, кл. F 25 В 21/02, 1985. (54) МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ РЕФРИЖЕРАТОР (57) Изобретение относится к криогенной технике и позволяет криостатировать одновременно несколько объектов на различных температурных уровнях, При вращении двигателя поршень нагнетателя 18 прокачивает теплоноситель последовательно через теплоприемник (Т) 16, блок рабочего тела (6PT)

2, теплообменник нагрузки (ТН) 14, БРТ 4, ТН 12, БРТ 6, ТН 10, БРТ 8, ТН 9, БРТ 1, ТН

15, БРТ 3, ТН 13, БРТ 5, ТН 11, БРТ 7 и Т 17.

Одновременно с помощью кривошипа поворачивается диамагнитный ротор 19, что приA

„„ЯЦ „„1638493 À1 водит к намагничиванию и нагреву БРТ 1, 3, 5 и 7 и размагничиванию и охлаждению БРТ

2, 4, 6 и 8. Теплоноситель одновременно прокачивэется через Т 16 и БPT 2, где охлаждается и поступает в ТН 14, где реализуется холодопроизводительность, Аналогично происходят процессы охлаждения в БРТ 4 и

ТН 12, БРТ 6 и ТН 10, БРТ 8 и ТН 9, при этом в различных ТН холодопроизводительность реализуется на различных температурных уровнях. При дальнейшем повороте вала электродвигателя поршень нагнетателя 18 изменяет направление движения и теплоноситель движется в обратном направлении, а дальнейший поворот ротора 19 приводит к намагничиванию и нагреву БРТ 2, 4, 6 и 8 и размагничиванию и охлаждению БРТ 1, 3, 5 и 7, Тепло намагничивания БРТ выводится в окружающую среду с помощью Т 16 и 17, При дальнейшем повороте вала двигателя цикл повторяется, 2 ил, 1638493

10

20

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к низкотемпературным рефрижераторам, работающим на основе магнитокалорического эффекта.

Цель изобретения — обеспечение одновременного криостатировэния на различных температурных уровнях.

На фиг,1 изображен рефрижератор; на фиг.2 — сечение А-А на фиг,1.

Рефрижератор содержит блоки 1 — 8 рабочего тела, теплообменники 9 — 15, теплдприемники 16 и 17, реверсивный нагнетатель 18 теплоносителя, диамагнитный ротор 19, постоянные магниты 20 — 23 с полюсными наконечниками 24-31. Ротор 19 выполнен секционированным и одна из секций снабжена прорезью 32, в которой размещен кривошип 33, соединенный с двигателем 34 реверсивного нагнетателя

18. Ротор 19 установлен на подшипниковых опорах 35 и 36. Все узлы рефрижератора размещены в корпусе 37.

Рефрижератор работает следующим образом, В первой половине цикла при вращении двигателя 34 поршень реверсивного нагнетателя 18 перемещается вверх (по чертежу) и прокачивает теплоноситель последовательно через теплоприемник 16, блок 2 рабочего тела, теплообменник 14 нагрузки, блок 4 рабочего тела, теплообменник 12 нагрузки, блок 6 рабочего тела, теплообменник 10 нагрузки, блок 8 рабочего тела, теплообменник 9 нагрузки, блок 1 рабочего тела, теплообменник 15 нагрузки, блок 3 рабочего тела, теплообменник 13 нагрузки, блок 5 рабочего тела, теплообменник 11 нагрузки, блок 7 рабочего тела и теплоприемник 17. Одновременно кривошип 33 поворачивает секционированный диамагнитный ротор 19 против часовой стрелки (по чертежу), что приводит к намагничиванию блоков 1,3,5,7 рабочего тела постоянными магнитами 20 — 23 и размагничиванию блоков 2,4,6,8 рабочего тела.

Блоки 1,3,5,7 рабочего тела намагничиваются не сразу по всей длине, а постепенно, начиная с холодных сечений. Это приводит к тому. что прокачиваемый теплоноситель охлаждает уже намагниченные сечения рабочего тела и подогревает еще не намагниченные сечения. Аналогично блоки

2,4,6,8 рабочего тела размагничиваются, начиная с теплых сечений, и теплоноситель нагревает уже размагниченные сечения и подохлаждает еще не размагниченные сечения рабочего тела. В результате рабочее тело перед намагничиванием подогревается, а перед размагничиванием охлаждается, что приводит к реализации в нем регенеративного термодинамического цикла.

Теплоноситель прокачивается реверсивным нагнетателем 18 через теплоприемник 16 и блок 2 рабочего тела, где последовательно охлаждается в каждом сечении размагничивапмого рабочего тела.

Затем теплоноситель поступает в теплообменник 14 нагрузки, где реализуется холодопроизводительность, и далее в блок 4 рабочего тела. теплообменник 12 нагрузки, блок 6 рабочего тела, теплообменник 10 нагрузки, блок 8 рабочего тела и теплообменник 9 нагрузки, где охлаждается до все более низких температур, реализуется холодопроизводительность на различных температурных уровнях.

После этого теплоноситель поступает в блок 1 рабочего тела, теплообменник 15 нагрузки, блок 3 рабочего тела, теплообменник 13 нагрузки, блок 5 рабочего тела, теплообменник 11 нагрузки и блок 7 рабочего тела. В блоках 3,5,7 рабочего тела теплоноситель отбирает теплоту намагничивания и последовательно нагревается, а в теплообменниках 15,13,11 нагрузки реализуется холодопроизводительность. Далее теплоноситель поступает в теплоприемник 17, где отдает теплоту в окружающую среду.

При дальнейшем повороте вала электродвигателя поршень реверсивного нагнетателя 18 перемещается вниз (по чертежу) и прокачивает теплоноситель в противоположном направлении, При этом кривошип

33 поворачивает секционированный диамагнитный ротор 19 по часовой стрелке (по черетжу), что приводит к намагничиванию блоков 2,4,6,8 рабочего тела и размагничиванию блоков 1,3,5,7 рабочего тела (наступает вторая половина цикла).

Теплоноситель прокачивается реверсивным нагнетателем 18 через теплоприемник 17 и блок 7 рабочего тела, где последовательно охлаждается в каждом сечении размагничиваемого рабочего тела, Затем теплоноситель поступает в теплообменник 11 нагрузки, где реализуется холодопроизводительность, и далее в блок 5 рабочего тела, теплообменник 13 нагрузки, блок 3 рабочего тела, теплообменник 15 нагрузки, блок 1 рабочего тела и теплообменник 9 нагрузки, где охлаждается до все более низких температур,.реализуется холодопроизводительность на различных температурных уровнях.

После этого теплоноситель поступает в блок 8 рабочего тела, теплообменник 10 нагрузки, блок 6 рабочего тела, теплообменник 12 нагрузки, блок 4 рабочего тела, теплообменник 14 нагрузки и в блок 2 рабо1638493

Секциойированный ротор 19 выполнен диамагнитным для предотвращения взаимного влияния постоянных магнитов 20-23, Составитель И.Тайдаков

Редактор И.Касарда Техред M,Mîðãåíòàë Корректор С.Черни

Заказ 918 Тираж 325 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 чего тела. В блоках 8,6,4,2 рабочего тела теплоноситель отбирает теплоту, намагничивается и последовательно нагревается, а в теплообменниках 10,12,14 нагрузки реализуется холодопроизводительность. Далее теплоноситель поступает в теплоприемник

16, где отдает теплоту в окружающую среду.

Далее цикл повторяется.

Полюсные наконечники 24 — 31 служат для замыкания магнитных силовых линий постоянных магнитов 20 — 23 через блоки рабочего тела. Секционированный ротор 19 совершает вращательно-колебательные движения в подшипниковых опорах 36 и 35.

Полость внутри корпуса 37 может быть отвакуумирована для уменьшения теплопритоков к холодным элементам конструкции.

Формула изобретения

Магнитокалорический рефрижератор. содержащий расположенные по окружности блоки рабочего тела, ротор с магнитами, 5 теплообменники нагрузки, теплоприемники и реверсивный нагнетатель теплоносителя с приводом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного криостатирования на различных температур10 ных уровнях, ротор выполнен с секторами из диамагнитного материала, на которых установлены постоянные магниты с полюсными наконечниками, причем количество магнитов вдвое меньше количества блоков

15 рабочего тела, один из секторов ротора снабжен прорезью, в которой дополнительно установлен кривошип, соединенный с приводом реверсивного нагнетателя, один теплообменник нагрузки включен между

20 двумя соседними блоками рабочего тела, а остальные — через один.