Магнитокалорический рифрижератор

(51)5 Г 25 В 21/ 4 ЮФ= 1;" ),)чг ОПИС 1Г Х)Л 15 "1 щ .,Т ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИД(71) Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им,40-летия Октября(57) Использование: в криогенной технике,Сущность изобретения: магнитокалорический рефрижератор содержит источник 5 го поля, корпус 2, в агнитокалорический1 помещен жидкий объектом 1 - жидкий 7, установленная над ементом, покрываюкий обьект 1 сверху я частиц 6 размером 1-5 мм. Частицы 6 ы из парэ-, ферро-, ли из материала, облорическим эффекала частиц 6 вы,ше лоприемника 3, а их а отверстий сетки 7. переменного магнитно котором размещены м объект 1, над объектом теплоприемник 3, под теплоотдатчик 4, сетка теплоизолирующим эл щим магнитокалоричес и образованным из сло 0,05 - 2,00 мм толщиной могут быть выполнен ферри-, диамагнетика и ладающего магнитока том, Плотность матери плотности жидкого теп размер больше размер 1 з,п,ф-лы, 2 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для производства холода при криогенных температурах,Цель изобретения - упрощение конструкции МР 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 значенияв 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 МР и слоячастиц.МР 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.МР 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 обьем) в слое частиц П = 0,4, то с жидкой средой-тепло- приемником 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 маг.нитного поля в зоне размещения рабочего тела заканчивается один цикл работы МР, Затем циклы повторяются. Для того, чтобытеплоприток к рабочему телуот частиц был из зоны сильноо поля в область слабого минимален, они выполнены из теплоизоли- поля, То есть и в этом случае возникает сила, рующего материала с минимальной тепло- способствующая удалению частиц от поверакк м л рующей способностью хности при намагничивании, Если частицы ( с р -+ пи), где 1 - коэффициент 5 выполнены из материала, обладающего теплопроводности, с - удельная теплоем- магнитокалорическим эффектом, например, кость, р - 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 порахслоя 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 фектом,здается положительный градиент магнитно- Экономическая целесообразность данго поля по высоте слоя частиц и максимум ного изобретения следует из упрощения магнитного поля в 1,01 - 1,10 от 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 3 о б р е т е н и я рабочего тела (см.фиг,2 а). Материалом час. 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 объектом - 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 и- создать, например используя соленоид с ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения секционированными обмотками или злект надежности и упрощения конструкции, он ромагнит с дополнительным сердечником. снабжен сеткой, установленной над тепло- Частицы можно выполнить из диамагнети- изолирующим элементом, выполненным из ка, например, из сверхпроводника НЬТ 1, 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 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- щ и й с я тем, что частицы выполнены из нее двух толщин слоя от поверхности рабо пара-, ферро-, ферри-, диамагнетика или из чего тела. Диамагнитные частицы под материала, обладающего магнитокалоричедействием градиента поля выталкиваются ским эффектом.1809262 Фиг.2 Корректор О, Кравц Редактор гарина, 10 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго Заказ 1277 ВНИИПИ Государ Составитель А.Довби Техред М.Моргентал Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям.при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5