Газовая криогенная машина Советский патент 1984 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к энергетике, а именно к криогенной технике. Известна криогенная газовая машин содержащая цилиндр, поршень и. вытеснитель, делящий внутренний объем цилиндра на две полости (холодную и теплую), сообщающиеся через внешние по отношению к цилиндру теплообменник нагрузки,-регенератор и холодиль ник. Поршень и.вытеснитель имеют механизм привода lj . Недостаток указанной машины - бол шие габариты и масса, обусловленные внешним расположением холодильника, регистратора и теплообменника нагруз ки. Известна также газовая криогенная машина, содержащая цилиндр, разделенный посредством вытеснителя со встроенным регенератором на теплую и холодную полости 2 . Недостатком известной машины явля ется низкая удельная холодопроизводительность. Цель изобретения - повышение холодопроизводительности. Указанная цель достигается тем, что в газовой криогенной машине, содержащей цилиндр, разделенный посредством вытеснителя со встроенным регенератором на теплую и холодную полости, цилиндр со стороны холодной полости снабжен магнитами, а вытеснитель - вставкой из ферромагнитного материала с каналами для циркулации теплоносителя, взаимодействующей с магнитами. На фиг. 1 изображена газовая крио генная машина с одним магнитом и вставкой из ферромагнитного материала, на фиг. 2 - холодная часть маширты с несколькими магнитами и таким же количеством вставок из ферромагнитного материала. Газовая криогенная машина содержит цилиндр. 1 (в данном случае он выполнен ступенчатым), поршень 2, вытеснитель 3 со встроенным регенератором 4, механизм привода 5. Вытеснитель 3 делит внутренний объем цилиндра 1 на две полости: холодную 6 и теплую 7. Теплая и холодная полости сообщаются через регенератор 4, размещенный в вытеснителе 3. Теплая полость снабжена холодильником 8 для отвода тепла сжатия из теплой полости 7. В холодной полости 6 име172 ется теплообменник нагрузки 9. Его роль здесь выполняет фактически крьшгка цилиндра, на которой непосредственно установлен объект криостатирования 10. На холодном конце вытеснителя 3 (на линии прохода рабочего тела от регенератора 4 в холодную полость 6) размещена вставка 11 из ферромагнитного материала с каналами 12 для циркуляции теплоносителя (рабочего тела машины), а на цилинд- ре 1 в холодной полости 6 - магнит 13. Магнит 13 может быть как постоянным, так и электромагнитом, и размещен снаружи цилиндра 1 (фиг. 1); если он вьтолнен как постоянный магнит, то может быть расположен и внутри цилиндра. В этом случае несколько усложняется технология изготовления, но увеличивается напряженность поля, создаваемого этим магнитом в объеме холодной полости 6 цилиндра 1. Теплоизоляция холодной части машины условно не показана. Вставка 11 разделена перфорированными прокладками 14 (фиг. 2). Машина работает следующим образом. Условно за начальный момент принято положение вытеснителя 3 вблизи верхнего (по фиг. 1) крайнего положения. Поршень 2 в это время движется вверх, сжимая рабочее тело (газ) в теплой полоски 7. Тепло сжатия при этом отводят вовнб посредством холодильника 8. Когда поршень 2 находится вблизи своего верхнего . крайнего положения, вытеснитель 3 перемещается вниз, переталкивая газ из теплой полости 7 в холодную б через регенератор 4. В результате газ охпаждается, отдавая тепло насадке. Одновременно при этом вставка 11 из ферромагнитного материала выходит из зоны высокой напряженности поля, создаваемого магнитом 13J ферромагнитный материал размагничивается и вследствие демагнитизации охлаждается. Газ после регенератора 4 проходит по каналам 12 вставки 11, дополнительно охлаждается и поступает в холодную полость 6 с температурой более низкой, чем в машинах-прото- . типах. В начале второй полуфазы вытеснитель 3 находится вблизи своей нижней крайней точки. Поршень 2 движется вниз. Газ в холодной полости 6 расширяется, температура его понижается. В результате к газу посредством теплообменника нагрузки 9 подводят тепло ot объекта криостатирования 10,

В заключительной части полуфазы вытеснитель 3 движется вверх; газ из холодной полости 6 проталкивается в теплую 7, При этом вставка 11 входит в зону повьшенной напряженности поля, создаваемого магнитом 13. В результате намагничивания ферромагнитного материала вставки 11 температура его повьшается. Проходящий по каналам 12 вставки 11 газ снимает тепло намагничивания, а затем в регенераторе А нагревается до температуры, близкой к температзфе теплой полости 7. Далее циклы повторяются.

Таким образом, высота вставки из ферромагнитного материала (она определяет массу материала и, следовательно, дополнительную холодопроизводительность) и магнита должна соответствхэвать ходу вытеснителя. Если высота вставки больше хода, то часть материала не будет работать, так

как она будет всегда находиться либо только в области большой напряженности поля, либо только в области малых напряженностей.

Чтобы увеличить массу вставки, в машинах с относительно малым ходом вытеснителя устанавливают несколько вставок с высотой, равной ходу вытеснителя, как показано на фиг. 2. Естественно, ставится такое же количество магнитов. Расстояние между вставками выдерживается перфоркрованными проставками 14, причем это расстояние должно быть равно не менее хода вытеснителя.

Принцип работы машины в этом случае полностью аналогичен вышеописанному, только дополнительный холод в этом случае вырабатывается одновре0менно как бы в нескольких относительно небольших вставках.

Таким образом, в предложенной криогенной газовой машине генерируют холод не только в результате расши5рения газа, но и посредством магнитокалорического эффекта. Поэтому удельная холодопроизводительность (на единицу объема холодной полости) машины увеличивается.

ГАЗОВАЯ КРИОГЕННАЯ МАШИНА, содержащая цилиндр, разделенный посредством вытеснителя со встроенным регенератором на теплую и холодную полости, отличающаяся тем, что, с целью повьшения холодопроизводительности, цилиндр со стороны холодной полости снабжен магнитами, а вытеснитель - вставкой из ферромагнитного материала с каналами для циркуляции теплоносителя, взаимодействующей с магнитами. (Л ел vj СО У