Магнитный рефрижератор Советский патент 1992 года по МПК F25B21/00 

Изобретение относится к низкотемпературной технике, в частности к рефрижера- торам, работающим на основе магнитокалорического эффекта, для охлаждения объектов на температурах ниже 70 К.

Известен магнитный рефрижератор для получения низких температур, содержащий корпус, заполненный жидким или газообразным под давлением теплоносителем, магнитокалорические элементы, имеющие каналы для прохода теплоносителя, тепло- отдатчик, теплоприемник, магнит и два воз- вратно-поступательных механизма привода магнитокэлорических элементов и магнита.

Недостатками указанного магнитокалорического рефрижератора являются низкая эффективность из-за неизбежного перемешивания теплоносителя при движении магнитокалорических элементов, а также малый ресурс, ограниченный возвратно-поступательными механизмами привода магнитокалорических элементов и магнита.

Наиболее близким к предлагаемому является магнитный рефрижератор, содержа- щий корпус, теплоотдачик, теплоприемник, электродвигатель с ротором, на котором установлены постоянные магниты, блоки рабочего тела, циркуляционный контур и нагнетатель.

Однако известный магнитный рефриже- ратор характеризуется малым ресурсом работы, связанным с наличием нагнетателя.

Цель изобретения - увеличение ресурса работы.

Поставленная цель достигается тем. что в магнитном рефрижераторе, содержащем теплоприемник, теплоотдатчик, электродвигатель с ротором, на котором установлены постоянные магниты, блок рабочего тела, выполненный из магнитокалориче- ских элементов, магниты установлены на роторе в шахматном порядке, а блок рабочего тела выполнен в виде желоба, обращенного вогнутой частью к ротору, и набран из магнитокалорических элементов, раз- деленных прокладками из бериллия, причем ширина магнита равна суммарной ширине магнитокалорического элемента и прокладки.

Прокладки выполнены из бериллия из- за уникального свойства этого металла - уменьшение теплопроводности при увеличении магнитного поля в диапазоне температур 2-80 К.

На фиг.1 представлен магнитный ре- фрижератор; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

Магнитный рефрижератор содержит теплоприемник 1, теплоотдатчик 2, блок 3 рабочего тела, магнитокалорические элементы 4-11, прокладки 12-20 из бериллия, ротор 21 с постоянными магнитами 22 и электродвигатель 23.

Магнитный рефрижератор работает следующим образом.

При вращении ротора 21 от электродвигателя 23 расположенные в шахматном порядке постоянные магниты 22 периодически намагничивают и размагничивают магнитокалорические элементы 4, 6, 8 и 10 и прокладки 13, 15, 17 и 19 в противофазе с магнитокалорическими элементами 5, 7, 9 и 11 и прокладками 12, 14, 16, 18 и 20.

В положении, показанном на фиг.1, постоянные магниты 22, расположенные в шахматном порядке, намагничивают магнитокалорические элементы 4, 6, 8 и 10 и прокладки 13, 15, 17 и 19 и размагничивают магнитокалорические элементы 5, 7, 9 и 11 и прокладки 12, 14, 16, 18 и 20. При этом магнитокапорические элементы 4, 6, 8 и 10 нагреваются, а элементы 5, 7, 9 и 11 охлаждаются.

Так как прокладки 12-20 изготовлены из бериллия, то теплопроводность прокладок 13, 15, 17 и 19 низкая, а прокладок 12, 14, 16, 18 и 20 высокая (теплопроводность бериллия уменьшается с увеличением напряженности магнитного поля в 10-1000 раз).

В результате между магнитокалорическими элементами 4, 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11 будет плохой тепловой контакт, а между теп- лоприемником 1 и элементом 4, между элементами 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10, а также между элементом 11 и теплоотдатчиком 2 будет хороший тепловой контакт. Это приводит к тому, что размагничивающийся магнитока- лорический элемент 11 отбирает теплоту от теплоотдатчика 2 (реализуется холодопро- изводительность), размагничивающийся элемент 9 отбирает теплоту намагничивания от элемента 10, элемент 7 - от элемента 8, элемент 5 - от элемента 6, а теплоприемник 1 - от элемента 4,

При дальнейшем вращении ротора 21 постоянные магниты 22 намагничивают элементы 5, 7, 9 и 11 и прокладки 12, 14, 16,18 и 20 и размагничивают элементы 4, 6,8 и 10 и прокладки 13, 15, 17 и 19. Это приводит к тому, что намагничивающиеся магнитокалорические элементы 5,7,9 и 11 отдают теплоту намагничивания размагничивающимся элементам 4.6,8 и 10 через прокладки 13,15,17 и 19.

Далее цикл повторяется.

Таким образом, каждый магнитокалори- ческий элемент периодически нагревается, отдает теплоту более высокотемпературному элементу (находящемуся от него справа по фиг.1), охлаждается и отбирает теплоту от более низкотемпературного (находяще- гося от него слева по фиг. 1) за счет совершения работы.

Блок 3 рабочего тела выполнен в виде желоба для того, чтобы немагнитный зазор между ним и постоянными магнитами по всей поверхности ротора был минимальным. Постоянные магниты размещены на роторе в шахматном порядке для обеспечения периодического намагничивания и размагничивания магнитокалорических элементов и прокладок в строго определенном порядке. Ширина постоянного магнита равна сумме толщин одного магнитокалори- ческого элемента и одной прокладки для того, чтобы намагничивать только сопряженные элемент и прокладку и не намагничивать соседние с ними.

Формула изобретения Магнитный рефрижератор, содержащий теплоприемник. теплоотдатчик, элект- родвигатель с ротором, на котором установлены магниты, блок рабочего тела, выполненный из магнитокалорических элементов, отличаю щи и с я тем, что, с

целью увеличения ресурса работы, магниты установлены на роторе в шахматном порядке, а блок рабочего тела выполнен в виде желоба, обращенного вогнутой частью к ротору, и набран из магнитокалорических элементов, разделенных прокладками из бериллия, причем ширина магнита равна суммарной ширине магнитокалорического элемента и прокладки.

Изобретение относится к низкотемпературной технике. Цель изобретения - увеличение ресурса работы, для чего в магнитном рефрижераторе, содержащем теплоприемник, теплоотдатчик 2, электродвигатель 23 с ротором 21, на котором установлены магниты 22. блок 3 рабочего тела, магниты 22 установлены на роторе 21 в шахматном порядке, а блок 3 рабочего тела выполнен в виде желоба, обращенного вогнутой частью к ротору, и набран из маг- нитокалорических элементов 4-11, разделенных прокладками 12-20 из бериллия, причем ширина магнита 22 равна суммарной ширине магнитокалорического элемента и прокладки. 2 ил. У Ё гз. L О 00 сь

22

А -А подернуто

21

(Риг. 2