Магнитокалорический рифрижератор

 

Использование: в криогенной технике. Сущность изобретения: магнитокалорический рефрижератор содержит источник 5 переменного магнитного поля, корпус 2, в котором размещены магнитокалорический объект 1, над объектом 1 помещен жидкий теплоприемник 3, под объектом 1 - жидкий теплоотдатчик 4, сетка 7, установленная над теплоизолирующим элементом, покрывающим магнитокалорический объект 1 сверху и образованным из слоя частиц 6 размером 0,05-2,00 мм толщиной 1-5 мм. Частицы 6 могут быть выполнены из пара-, ферро-, ферри-, диамагнетика или из материала, обладающего магнитокалорическим эффектом . Плотность материала частиц 6 вы.ше плотности жидкого теплоприемника 3, а их размер больше размера отверстий сетки 7. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. J

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)5 F 25 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ДЮФ=

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ::.-. :::::.",. :;;

Б Х -: Л1" С!> 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846325/06 (22) 02,07.90 (46) 15.04.93. Бюл, ¹ 14 (71) Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября (72) Н.В,Филин, И.И.Михайлов, АЛ.Довбиш и П.Л.Ронжин (56) Патент CLUA ¹- 4033734, кл. F 25 В

21/02, опубл.1977, Патент Франции ¹ 2574913, кл. F 25 В .

9/00, опубл. 1986. (54) МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ РЕФРИЖЕРАТОР (57) Использование: в криогенной технике.

Сущность изобретения; магнитокалорический рефрижератор содержит источник 5. Ы„„1809262 А1 переменного магнитного поля, корпус 2, в котором размещены магнитокалорический объект 1, над объектом 1 помещен жидкий теплоприемник 3, под объектом 1 — жидкий теплоотдатчик4, сетка 7, установленная над теплоизолирующим элементом, покрывающим магнитокалорический объект 1 сверху и образованным из слоя частиц 6 размером

0,05 — 2,00 мм толщиной 1-5 мм. Частицы 6 могут быть выполнены из napa-, ферро-, ферри-, диамагнетика или из материала, обладающего магнитокалорическим эффектом, Плотность материала частиц 6 выше плотности жидкого теплоприемника 3, а их размер больше размера отверстий сетки 7.

1 з.п,ф-лы, 2 ил, 1809262

10

30

50

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для производства холода при криогенных температурах, Цель изобретения — упрощение конструкции MP и снижение трудоемкости ее изготовления.

Указанная цель достигается тем, что на верхней поверхности рабочего тела размещен слой частиц толщиной 1 — 5 мм и диаметром 0,05 — 2 мм, причем материал частиц имеет плотность выше, чем плотность жидкой среды-теплоприемника, а над слоем частиц с зазором установлена сетка с размером отверстий меньше диаметра частиц. Для уменьшения теплопритока от частиц к рабочему телу, частицы выполнены из теплоизолирующего материала с минимальными теплопроводностью и теплоемкостью, Для облегчения удаления частиц от поверхности рабочего тела в процессе отвода теплоты намагничивания при кипении жидкой среды теплоприемника, частицы выполнены из пара-, ферро- или ферримагнетика, при этом в процессе намагничивания рабочего тела напряженность магнитного поля возрастает по высоте слоя и достигает максимального значения в 1,01 — 1,10 от номинального на расстоянии не менее двух толщин слоя от поверхности рабочего тела.

С этой же целью частицы выполнены из диамагнетика, при этом в процессе намагничивания рабочего тела напряженность магнитного поля убывает по высоте слоя и достигает минимального значения в 0,9—

0,99 от номинального на расстоянии не менее двух толщин слоя от поверхности рабочеготела, Частицы могутбыть выполнены из материала, обладающего магнитокалорическим эффектом, например, из материала рабочего тела. В этом случае за счет дополнительного холода, производимого этими частицами при размагничивании, понижается температура слоя жидкости, прилегающего к рабочему телу и вследствие этого уменьшается паразитный теплоприток к рабочему телу, На фиг,1 изображена схема предложенной конструкции МР; на фиг,2 — схема организации требуемого профиля магнитного поля по высоте рабочего тела MP и слоя частиц.

MP содержит рабочее тело 1 (см.фиг.1), жестко и герметично укрепленное в верхней части криостата 2, жидкую среду-теплоприемник 3, контактирующую с верхней поверхностью рабочего тела, среду-теплоотдатчик 4, контактирующую с нижней поверхностью рабочего тела, источник переменного магнитного поля 5. На верхней поверхности рабочего тела в средетеплоприемнике размещен слой частиц 6, над слоем частиц с зазором установлена сетка 7 с размером отверстий меньше диаметра частиц.

MP работает следующим образом: источник переменного магнитного поля 5 создает в зоне размещения рабочего тела 1 магнитное поле, изменяющееся по величине во времени. При увеличении магнитного поля рабочее. тело намагничивается, его температура повышается и когда она превысит температуру среды-теплоприемника 3, она начинает кипеть на поверхности рабочего тела. При этом пузыри пара, образующиеся при кипении жидкой среды-теплоприемника, поднимаясь вверх, захватывают с собой частицы 6, освобождая поверхность рабочего тела для новых порций жидкой среды-теплоприемника. Таким образом в процессе кипения частицы не препятствуют отводу теплоты намагничивания от поверхности рабочего тела, Для того, чтобы частицы 6 не уносились с паром, на некотором расстоянии от поверхности рабочего тела (2 — 5 толщин слоя) установлена сетка 7, с размерами ячеек меньше диаметра частиц. Сетка частицы задерживает, а пар пропускает. После достижения максимального значения магнитное поле в зоне размещения рабочего тела начинает уменьшаться, в результате чего температура рабочего тела понижается, кипение среды-теплоприемника на верхней поверхности рабочего тела прекращается, уменьшается конвекция в жидкой среде-теплоотдатчике и частицы под действием силы тяжести опускаются на рабочее тело, закрывая его верхнюю поверхность от контакта с жидкой средой теплоприемника, образуя теплоизолирующий слой. Так, если пористость (или свободный объем) в слое частиц П = 0,4, то с жидкой средой-теплоприемником контактирует в 2,4 раза меньше поверхности рабочего тела, чем при отсутствии слоя частиц. В результате того, что при размагничивании рабочего тела с жидкой средой-теплоприемником контактирует только часть его верхней поверхности, теплоприток от среды-теплоприемника к рабочему телу будет меньше, чем при отсутствии слоя частиц. Когда температура рабочего тела понизится ниже температуры среды-теплоотдатчика 4, осуществляется отбор теплоты от среды-теплоотдатчика к рабочему телу, т.е. производство холода, По достижении минимального значения магнитного поля в зоне размещения рабочего тела заканчивается один цикл работы МР, Затем циклы повторяются. Для того, чтобы

1809262 теплоприток к рабочему телу от частиц был . из зоны сильнî< о поля в обласTь слабого минимален, они выполнены из теплоизоли- поля. То есть и в этом случае возникает сила. рующего материала с минимальной тепло- способствующая удалению частиц от повера к к м л р у ю щ е и с и о с о б н о с т ыо хности при намагничивании. Если частицы (с р -+ min), где 1 — коэффициент 5 выполнены из материала, обладающего теплопроводности, с — удельная теплоем- магнитокалорическимэффектом,например, кость, p — плотность материала), напри- из материала рабочего тела. то при размагмер, фторопласта, текстолита идр, Для того, ничивании температура частиц понижается. чтобы облегчить удаление частиц от повер- В результате теплообмена междучастицами хности рабочего тела при кипении жидкой 10 и средой-теплоприемником в порах слоя ее среды — теплоприемника, частицы могут температура также понижается и теплоприбыть выполнены из материала с магнитной ток от среды-теплоприемника к рабочему проницаемостью больше единицы (пара-, телу будет ниже, чем если бы материал часферро- или ферримагнетика), при этом в тицнеобладалбымагнитокалорическимэфпроцессе намагничивания рабочего тела со- 15 фектом, здается положительный градиент магнитно- Экономическая целесообразность данго поля по высоте слоя частиц и максимум ного изобретения следует из упрощения магнитного поля в1,01 — 1,10от номинально- конструкции МР и снижения трудоемкости го значения создается на расстоянии не ме- ее изготовления. нее двух толщин слоя от поверхности 20 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я рабочего тела (см.фиг,2а). Материалом час- 1. Магнитокалорический рефрижератиц может быть, например, железо, сталь тор, содержащий корпус, в котором размеСт,3,сплавАрмкоидр. В этом случаечасти- щены магнитокалорический обьект, над цы втягиваются в область более сильного обьектом — жидкийтеплоприемник, подобьполя, т.е. на частицы действуют магнитные 25 ектом — жидкий теплоотдатчик, теплоизолисилы, способствующие их удалению от по- рующий элемент, расположенный над верхности рабочего тела, при намагничива- верхней поверхностью обьекта, а также иснии. Градиент магнитного поля можно точник переменного магнитного поля, о тл исоздать, например используя соленоид r. ч а ю шийся тем, что, с целью повышения секционированными обмотками или элект- 30 надежности и упрощения конструкции, он ромагнит с дополнительным сердечником. снабжен сеткой, установленной над теплоЧастицы можно выполнить из диамагнети- изолирующим элементом, выполненным из ка, например, из сверхпроводника NbTI, слоя частиц размером 0,05-2,00 мм толщиИЬзЗп, итрий-бариевой керамики. В этом ной 1 — 5 мм, причем плотность материала случае в процессе намагничивания рабоче- 35 частиц выше плотности жидкого теплоприго тела создается отрицательный градиент емника, а размер отверстий сетки меньше магнитного поля по высоте слоя и минимум размера частиц. магнитного поля в 0,9 — 0,99 от номинального .2. Рефрижератор по п.1, о т л и ч а ю -. значения расположен на расстоянии не ме- шийся тем, что частицы выполнены из нее двух толщин слоя от поверхности рабо- 40 пара-, ферро-, ферри-, диамагнетика или из чего тела. Диамагнитные частицы под .материала, обладающего магнитокалоричедействием градиента поля выталкиваются ским эффектом.

1809262

Фиг.2

Составитель А.Довбиш

Техред М.Моргентал

Корректор О, Кравцова

Редактор

Заказ 1277 Тираж 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, 10 .