Магнитокалорический рефрижератор

 

Изобретение относится к низкотемпературной технике, а именно к магнитокалорическим рефрижераторам с твердыми рабочими телами. Такие рефрижераторы содержат теллоприемник, теплоотдатчик, энерготрансформирующий блок с твердыми рабочими элементами, магнитную систему в виде магнита и магнитопровода, систему для прокачки теплоносителя. Цель изобретения - расширение температурного интернвала применения рефрижераторов. Сущность изобретения: магнитокалорический рефрижератор содержит корпус 1, энерготрансформирующий блок 5, в котором расположены рабочие элементы, магнитную систему 2, нагреватель 9 для прокачки теплоносителя через ротор, теплоприемник 7, теплоотдатчик 8. Рабочие элементы расположены в блоке 5 с зазорами для прокачки теплоносителя и набраны последовательно по высоте блока 5 в соответствии с температурами Кюри этих элементов. Теплоприемник 7 образован соединением каналов на холодной стороне блока 5, которые находятся вне действия магнитного поля, а теплоотдатчик 8 расположен в нижней части блока 5 и служит для отвода тепла в окружающую среду посредством теплоносителя, который проходит по каналам, расположенным в зоне действия магнитного поля. 4 ил. о-в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (39) (1Ц (si)s Р 25 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 о

СО

СО

Q0

,о

° 1 (21) 4855477/06 (22) 31,07,90 (46) 15.10.92. Бюл. ¹ 38 (71) Московский энергетический институт (72) Ю,В.Синявский, Н,Д.Пашков, Г,Е,Луганский, О.Ю.Кузнецов и А М,Неугодов (56) Патент CLUA ¹ 4727722, кл. F 25 В 21/02, 1988. (54) МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ РЕФРИЖЕРАТОР (57) Изобретение относится к низкотемпературной технике, а именно к магнитакалорическим рефрижераторам с твердыми рабочими телами. Такие рефрижераторы содержат теплаприемник, теплоотдатчик, энерготрансфармирующий блок с твердыми рабочими элементами, магнитную систему в виде магнита и магнитопровода, систему для прокачки теплоносителя, Цель изобретения — расширение температурного интервала применения рефрижераторов. Сущность изобретения: магнитокалорический рефрижератор содержит корпус 1, знерготрансформирующий блок 5, в котором расположены рабочие элементы, магнитную систему 2, нагреватель 9 для прокачки теплоносителя через ротор, теплоприемник 7, теплоотдатчик 8. Рабочие элементы расположены в блоке 5 с зазорами для прокачки теплоносителя и набраны последовательно па высоте блока 5 в соответствии с температурами Кюри этих элементов. Теплоприемник 7 образован соединением каналов на холодной стороне блока 5, которые находятся вне действия магнитного поля, а теплоотдатчик 8 расположен в нижней части блока

5 и служит для отвода тепла в окружающую среду посредствам теплоносителя, который проходит по каналам, расположенным в зоне действия магнитного поля. 4 ил.

-0-5

1768889

Предполагаемое изобретение относится к низкотемпературной технике и может быть использовано для получения низких температур на основе магнитокалорического эффекта.

Известны магнитокалорические рефрижераторы, в которых перенос тепла от теплоотдатчика к теплоприемнику организуется путем возвратно-поступательного перемещения твердого рабочего тела в среде теплоемкого газообразного или жидкого вещества, которое сопровождается одновременно фазами намагничивания и размагничивания рабочего тела. Намагничивание происходит в момент, когда рабочее тело подходит к теплоотдатчику, находящемуся при температуре окружающей среды Т, а размагничивание — при подходе рабочего тела к теплоприемнику с температурой Т .

В результате перемещения рабочего тела его температура повышается или понижается в результате регенеративного теплообмена с теплоемкой средой, Основной недостаток таких рефрижераторов состоит в низкой эффективности процесса охлаждения в результате перемешивания теплоемкого вещества.

Этот недостаток устранен в конструкции теплового ротационного насоса, содержащего энерготрансформирующий блок с рабочими элементами в виде кольцевых пластин с зазорами для прохода теплоносителя, магнитную систему, систему прокачки теплоносителя, теплоприемника и теплоотдатчика, Описанный тепловой насос наиболее близок по конструкции к предлагаемому изобретению и поэтому принят нами за прототип.

Основной недостаток конструкции по прототипу — узкий интервал температур, в котором она может работать, определяемый возможностью применения лишь одного конкретного рабочего тела.

Цель предполагаемого изобретения— расширение интервала температур практического применения магнитокалорических рефрижераторов, Поставленная цель в магнитокалорическом рефрижераторе, содержащим энерготрансформирующий блок в виде ротора с рабочими элементами, магнитную систему, нагнетатель для прокачки теплоносителя через ротор, теплоприемник и теплопередатчик, достигается тем, что энерготрансформирующий блок в виде ротора теплоизолирован и выполнен с радиальным размещением рабочих элементов, образующих сквозные каналы и набранных последовательно вдоль оси ротора в соответствии с температурами Кюри ферромате l0

15 риалов этих элементов, все каналы на холодной стороне ротора гидравлически соединены между собой, образуя теплоприемник, а теплая сторона ротора койтактирует через уплотнение с неподвижной крышкой корпуса, которая делит все каналы íà 2п зон, где и — число пар полюсов магнитной системы, при этом эоны, находящиеся вне действия магнитного поля гидравлически соединены трубками с нагнетательным патрубком нагревателя, а зоны, находящиеся под действием поля, соединены трубками со всасывающими патрубком нагнетателя, причем соединительные трубки служат теплопередатчиком.

Такие отличительные признаки рефрижератора, как: рабочие элементы энерго20

55 трансформирующего блока выполнены с рациональным размещением и набраны последовательно вдоль оси ротора в соответствии с температурами Кюри ферроматериалов этих элементов; теплая сторона ротора контактирует с неподвижной крышкой, которая делит каналы на 2п эоны, где п — число пар полюсов магнитной системы; зона через одну соединены со. всасывающим и нагнетательным патрубками нагнетателя — не имеют аналога по совокупности, поэтому предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Существо изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема магнитокалорического рефрижератора (разрез по А.-О. -Б); на фиг.2 показан его поперечный разрез в зоне энерготрансформирующего блока и магнитной системы (разрез по А-.А.); на фиг.3 — представлен поперечный разрез рефрижератора в зоне теплоотдатчика и крышки корпуса (разрез по Б. -Б); на фиг.4 представлен поперечный разрез рефрижератора в зоне теплоотдатчика (разрез по В.-В.), Рефрижератор содержит корпус 1, магнитную систему, состоящую двух постоянных магнитов 2, двух концентраторов и магнитопровода 4, энерготрансформирующий блок 5 с валом 6, теплоприемник 7, теплоотдатчик 8, нагнетательное устройство 9, пазы 10 для прямой прокачки, пазы 11 для обратной прокачки, привод 12, упорный подшипник 13, радиально-упорный подшипник 14, уплотнения 15, рабочие элементы 16, нагнетательный 17 и всасывающий 18 патрубки нагнетательного устройства, антифрикционное покрытие 19. Магнитопровод

4 состоит иэ двух элементов: внешнего 4 и внутреннего 20 магнитопровода. Энерготрансформирующий блок 5 имеет внутреннюю обечайку 21. Рабочие элементы 16

1768889 блока 5, расположенные по радиусу, образуют сквозные каналы для прокачки теплоносителя. Рабочие элементы 16 размещены с последовательно понижающимися их температурами Кюри от тепЛовой стороны ротора к холодной вдоль оси ротора.

Энерготрансформирующий блок 5 теплоизолирован. Со стороны холодной части блока 5 каналы, образованные рабочими элементами 16 гидравлически соединены и образуют теплоприемник 7. К теплому концу корпуса крепится основание, из высокотеплопроводного материала, служащее теплоотдатчиком 8, в котором выполнены сквозные отверстия для подвода и отвода теплоносителя к блоку 5 и от него.

Теплоприемник 8 крепится к валу 6, который опирается на подшипник 13. Вал 6 установлен в корпусе 1 и служит для передачи крутящего момента от привода 12 к энерготрансформирующему блоку 5. От осевого смещения вал 6 предохраняют подшипники 14. Для предотвращения утечек теплоносителя из теплой зоны служат магниты 15. Нагнетательное устройство 9 предназначено для подачи однонаправленного потока теплоносителя к энерготрансформирующему блоку 5, Работает магнитокалорический рефрижератор следующим образом, В установившемся рабочем режиме температура элементов 1, вдоль оси ротора имеет линейное распределение от температуры окружающей среды Тос до температуры То теплоприемника 7. Энерготрансформирующий блок 5 вращается посредством привода 6 и последовательно переносит рабочие элементы 16 из области высокого магнитного поля в область, где отсутствует магнитное поле, а затем снова — в область сильного магнитного поля и т.д.

Когда рабочие элементы 16 входят в области сильного магнитного поля, они намагничиваются и вследствие магнитокалорического эффекта повышают свою температуру, При этом каждый слой рабочего элемента 16 выделяет тепло Л Q. Теплоноситель, который попадает в щели, образованные рабочими элементами 16, нагревается на выходе из энерготрансформирующего блока 5 до температуры Т > T«, Затем теплоноситель попадает в теплоотдатчик 8 и отдает тепло Q в окружающую среду. После того, как эле40 торцу рабочих элементов на одном конце энерготрансформирующего блока, а на другом его конце дополнительно установлено неподвижное днище с уплотнением по отношению к блоку, при этом днище имеет 2п равномерно расположенных полостей, где и — число пар полюсов магнитной системы, которые откры ы в сторону энерготрансформирующего б ока, причем полости, расположенные под полюсами магнитов, гидравлически соединены через теплоотдатчик со всасывающим патрубком нагнетателя, а остальные полости — с его нагнетател ьн ы м патрубком.

35 менты 16 выйдут из зоны действия сильного магнитного поля, они размагничиваются и охлаждаются. При этом каждому слою рабочих элементов соответствует максимальный магнитокалорический эффект (максимальное значение эффекта охлаждения для данного материала), Теплоноситель, который подается нагнетателем 9, попадает в щели, образованные рабочими элементами 16 и охлаждается на выходе из блока 5 до Т < Т, При этом в каждом сечении энерготрансформирующего блока 5 температура теплоносителя выше температуры элементов 16 рабочего тела. Теплоноситель, попадая в теплоприемник 7 и отводя от объекта охлаждения тепло Q, реализует тем самым холодопроизводител ьность установки.

Таким образом, предложенный магнитокалорический рефрижератор обеспечивает работу в более широком диапазоне температур по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Магнитокалорический рефрижератор, содержащий корпус, энерготрансформирующий блок в виде ротора с рабочими элементами, магнитную систему, нагнетатель с нагнетательным и всасывающим патрубками для прокачки теплоносителя через энерготрансформирующий блок, теплоприемник и теплоотдатчик, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения перекрываемого интервала температур, рабочие элементы энерготрансформирующего блока размещены по радиусу ротора с зазорами между собой и набраны из матеоиалов с соответствующими температурами

Кюри последовательно вдоль оси ротора, теплоприемник выполнен в виде неподвижной крышки, расположенной с зазором к

1768889

1768889

Pyg

30.35

40.

50

Составитель Т.Лобзова

Техред М.Моргентал Корректор Н.Бучок

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3634 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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