Магнитный рефрижератор Советский патент 1989 года по МПК F25B21/00 

1

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для полз чения сверхтекучего гелия и криостатирования объектов, находящихся при температуре ниже 2 К. 5

Целью изобретения является повьше- ние холодопроизводительности за счет улучшения теплообмена и уменьшения времени вьфавнивания температуры рабочего элемента.10

На фиг.1 представлена схема магнитного -рефрижератораJ на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - рабочий элемент с каналами цилиндрической и кольце- 5 вой формы; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4; на фиг.6 - рабочий элемент с каналами конической формы; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - каналы ступенчатой цилиндрической 20 формы. .

. Магнитный рефрижератор содержит рабочий элемент 1, установленный в верхней части теплоизолированного корпуса 2 с образованием двух полос тей 3 и 4, каждая из которых частично заполнена жидким гелием.

Коаксиально корпусу 2 в области рабочего элемента 1 размещен сверхпроводящий (импульсный) магнит 5. ,30 В рабочем элементе 1 вьтолнены . нвг, сквозные каналы 6 со стороны верхнего и нижнего торцов. Причём каналы 6 выполнены так, чтобы выполнялось условие 2

.

, 25

где 1 - расстояние от люьой точки

внутри тела рабочего элемента 1 до его ближайшей тепло- обменной поверхности; А - теплопроводность рабочего

. элемента 1;

Ср - удельная теплоемкость рабочего элемента 1;

to - минимальное время, необходимое для полного отвода выделившейся при намагничивании теплоты или снятия полезной тепловой нагрузки при намагничивании.

Паразитный объем жидкого гелия в каналах 6 (при Т 4,2 К) охлаждает- ся при размагничивании и уменьшает общую холодопроизводительность. Для уменьшения паразитного.объема со стороны верхнего торца рабочего элемента 1 каналы 6 могут быть заполнены гранулами 7, выполненными из того же материала, что и рабочий элемент 1. Внутрь каналов 6 может быть вставлена с зазором относительно дна канала 6 по крайней мере одна трубка 8 выполненная из диэлектрического материала, с низкой теплопроводностью. Длина трубки 8 должна быть не меньше глубины канала 6.

Установка в каналах 6 трубки 8 с образованием контура естественной циркуляции интенсифицирует снятие тепла при намагничивании за счет быстрой циркуляции жидкого гелия, стекающего вниз по трубке 8, и паро Ч1

жидкостного гелия, поднимающегося вверх под действием подъемной силы, о бразующейся из-за разности плотностей стекающего и поднимающегося гелия (явление пар-лифта).

Трубки делают из диэлектрического материала, чтобы при изменении магнитного поля не наводились вихревые токи Фуко, которые приводят к нагреву трубок 8 и, следовательно, к уменьшению холодопроизводительности. Малая теплопроводность трубак 8 необходима для теплоизоляции гелия, находящегося в трубке от окружающих трубку 8 гранул 7.

Верхний торец рабочего элемента 1 омывается жидким гелием при Т 4,2 К.

Каналы 6 могут в общем случае иметь произвольную форму, т.е. цилиндрическую, коническую, кольцевую и т.д.. ,

Рефрижератор работает следующим образом.

При запитке . током сверхпроводящего магнита 5 рабочий элемент 1 нагревается, вьщелившееся тепло уносится за счет кипения жидкого гелия при температур е 4,2 К на верхней поверхности рабочего -элемента 1. Затем происходит резкий вывод тока из магнита 5, температура рабочего элемента 1 падает до 0,6-0,8 К, пары гелия внутри полости 4 конденсируются на нижней поверхности, рабочего элемента 1 и стекают вниз. Затем цикл повторяется.

Наличие каналов 6 позволяет увеличить поверхность контакта рабочего элемента 1 и гелия при кипении и конденсации и увеличить температурный градиент между теплоотдающей поверхностью и любой точкой внутри рабочего элемента, что позволяет уменьшить

35176-I

время теплопередачи и увеличить мощность установки.

Фор.мула изобретения

1.Магнитный рефрижератор, содержащий теплоизолированньй корпус, в верхней части которого расположен ра10 бочий элемент, обладающий магнитока- лорическим эффектом, с образованием двух герметичных полостей, частично заполненных жидким гелием, и сверхпроводящий магнит, размещенный коак15 сиально корпусу в зоне рабочего элемента, отличающийся тем, что, с целью повьппения холодопроизводительности за счет улучшения тепло обмена и уменьшения времени выравни20 вания температуры рабочего элемента, в последнем выполнены несквозные каналы со стороны по крайней мере одного из его торцов.

2.Рефрижератор по п.1, о т л и - 25 чающийся тем, что каналы

выполнены кольцевыми.

3.Рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что каналы выполнены цилиндрическими.

30 Рефрижератор по пп.1 и 2, о т личающийся тем, что каналы расположены концентрично друг другу.

5.Рефрижератор по п.1, о т ли - чающийся тем, что каналы за полнены гранулами, выполненными из того же материала, что и рабочий элемент.

6.Рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что по крайней

один канал снабжен по крайней мере одной трубкой, выполненной из диэлектрического материала с низкой теплопроводностью, установленной .с зазором относительно дна канала и

g имеющей длину, большую, чем глубина последнего.

ьм

Фиг.6

6-Б

Фиг.7

Фиг.

Изобретение относится к криогенной технике и м.б. использовано для получения сверхтекучего гелия и крио- статирования объектов, находящихся при т-ре 2К. Цель изобретения - повышение холодопроизводительности рефрижератора, В верхней части теплоизолированного корпуса 2 расположен рабочий элемент 1, обладающий магнито- калорическим эффектом. Элемент 1 расположен в корпусе 2 с образованием двух герметичных полостей 3 и 4, частично заполненных жидким гелием.