Магнитокалорический рефрижератор

(5)5 Р 25 В 1/О ИСАН БРЕТЕН АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬС,4 -О.Е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Московский энергетический институт(57) Изобретение относится к низкотемпературной технике, а именно к магнитокалорическим рефрижераторам с твердымирабочими телами. Такие рефрижераторы содержат теплоприемник, теплоотдатчик,энерготрансформирующий блок с твердымирабочими элементами, магнитную систему ввиде магнита и магнитопровода, системудля прокачки теплоносителя, Цель изобретения - расширение температурного интер 1768889 А вала 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 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.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 Тос, 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 энерго- трансформирующий 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 10 15 риалов этих элементов, все каналы на холодной стороне ротора гидравлически соединены между собой, образуя теплоприемник, а теплая сторона ротора койтактирует черезуплотнение с неподвижной крышкой корпуса, которая делит все каналы на 2 п 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 совсасывающими патрубком нагнетателя, причем соединительные трубки служат теплопередатчиком. Такие отличительные признаки рефрижератора, как: рабочие элементы энерго 20 25 30 35 40 45 50 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 2 п 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. Энерго- трансформирующий блок 5имеет внутреннюю обечайку 21. Рабочие элементы 16блока 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, Энерго- трансформирующий 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 О. Теплоноситель, который попадает в щели, образованные рабочими элементами 16, нагревается на выходе из энерготрансформирующего блока 5 до температуры ТТо, Затем теплоноситель попадает в теплоотдатчик 8 и отдает тепло 0 в окружающую среду. После того, как эле 40 торцу рабочих элементов на одном концеэнерготрансформирующего блока, а на другом его конце дополнительно установлено неподвижное днище с уплотнением по отношению к блоку, при этом днище имеет 2 правномерно расположенных полостей, где и - число пар полюсов магнитной системы, которые открц-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 ым патрубком,5 10 15 20 25 30 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 ТТо, 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 О, 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 щ и й с я 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.Гагарина, 1 аказ 3634 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5