Магнитокалорический генератор чешуйчатого льда Советский патент 1992 года по МПК F25C1/12 

изобретение относится к области криогенной техники и преимущественно может быть использовано в космической и авиационной заправочной технике для производства частиц отвержденных криогенных топлив, которыми эти топлива шугируются. Шугированные топлива обладают более высокой, чем у обычных жидких топлив, плотностью, что очень важно для авиационно-космической техники.

Целью изобретения является обеспечение возможности производства чешуйчатого льда заданных размеров с использованием магнитокалорического Эффекта, а также повышение надежности устройства. Более узкой целью является отверждение водорода в виде чешуйчатого

льда, который можно использовать для производства водородной шуги, имеющей важное значение в космической и авиационной технике.

На фиг. 1 изображено размещение генератора льда в теплоизолированном корпусе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1, отображающий взаимное расположение сердечников электромагнитов и теплооб- менных панелей; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2, изображающий расположение полостей тепловых ключей относительно тепло- обменных панелей; на фиг. 4 - вид по стрелке В на фиг. 2, показывающий расположение ячеек; на фиг. 5 - T-S диаграмма намагничивания (Лагнитокалорического вещества, изменение по времени тока элект 4СО

Јь

СО О

О

Л,

ромагнита i, плотности j вихревых токов и напряжений деформации а.

Примером конкретного выполнения может служить устройство изображенное на фиг. 1. Теплоизолированный корпус состоит из внешней оболочки 1, внутренней оболочки 2 сосуда, разделительной теплоизолированной стенки 3, между оболочками 2 и стенкой 3 находится полость те лоотвода 4, запдлненВйя жидким водородом при температуре 14°К и давлении около 54 мм рт.ст. Стенка 3 ограничивает изолированную от полости 4 полость охлаждения 5. В полости охлаждения 5 находится водород в трехфазном состоянии - т.е. водородная шуга и газообразный водород. В отверстия стенки 3 вставлены теплообменные панели 6 из меди, на которых с помощью теплоизоляторов 7 образованы полости тепловых ключей 8, заполненные газообразным водородом под давлением ниже тройной точки - 54 мм рт.ст.

На теплоизоляторах 7 закреплены.медные пластины 9 с нанесенными на них кристаллами гадолиниево-галлиевого граната 10. образующие ячейки 11 заданной формы, например 4x4 мм. К панелям 6 непосредственно прилегают с внешней стороны полости 5 сердечники 12 электромагнитов 13, в которых выполнены пазы 14 для прохода охлаждающего водорода. Электромагниты 13 соединены через регулятор тока 15с системой электропитания. Водород в полостях 4 и 5 охлаждается известными методами - с помощью холодильных машин или вакуумирования парового пространства (оборудование для такого охлаждения в технике известно). Оборудование для перемешивания шугированной жидкости не показано.

Устройство работает следующим образом.

Известными способами, например, ва- куумиргдванием парового пространства,- жидкий водород в полостях 4 и 5 охлаждается до 14 К, Медленно увеличивая ток с помощью регулятора 15, намагничивают поликристаллы магнитокалорического вещества 10. Путем испарения под вакуумом водорода в полости 4 поддерживают температуру панели 6 и пластин 9 с кристаллами 10 около 14 К. После создания электромагнитом 13 магнитной индукции окояо 4 Тл, ток отключают с помощью регулятора 15. При этом возникают вихревые токи и деформируется панель 6. В результате размагничивания кристаллов 10 они охлаждаются до температуры 4-5 К. Если кристаллы 10 находятся в жидкости, то деформация панелей вызывает кавитацию водород и образование зародышей кристаллизации. Кристаллы 10, обмениваясь теплом с жидким водородом в полости бис газообразным водородом в полости 8 теплового ключа,

нагреваются до 14 К, а газообразный водород в полости 8 десублимирует на пластинах 9, вакуумируя эту полость до давления от 9,5-10 до 0,01 мм рт.ст. и разрывая теплообмен пластин 9 с панелями 6. На кристал лах 10 образуется твердый водород, после чего ток в электромагнитах 13 ступенчато увеличивают. В процессе увеличения тока из-за изменения потока магнитной индукции в панелях 6 образуются вихревые токи

плотностью J, которые, взаимодействуя с магнитным полем вызывают деформацию - сжатие и отталкивание от сердечника 12 панелей 6 с напряженностью сил деформации сг(фиг. 5).

Многократные изменения скорости нарастания тока вызывают вибрацию панелей б, отделение твердого водорода в полостях 5 и 8. Водород в полости 5 удаляется за счет сил тяжести на дно сосуда, а в полости 8 на дно полости, где вступает в контакт с панелями 6, сублимирует и восстанавливает давление в полости 8, восстанавливая теплообмен между пластинами 9 и панелями 6. В процессе повышения тока в электромагиите 13 в полости 4 поддерживается :смпе- ратура около 14 К, испарением под вакуумом водорода. После достижения магнитной индукции значения 4 Тл процесс возобновляется. Так как теплоотвод с поверхности изоляторов 7 чрезвычайно мал, водород, в основном кристаллизуется на ячейках 11 заданной формы. Вместо охлаждения жидким водородом в полости 4 может применяться газообразный гелий с температурой 13-14 К.

Формула изобретения

1. Магнитокалорический генератор че- шуйчатого льда, содержащий теплоизолированный корпус, рабочий объем которого разделен теплообменной перегородкой на полость отвода тепла с охлаждающим веществом и полость охлаждения с охлаждаемым веществом, электромагнит с системой электропитания и магнитокалорический охлаждающий элемент, отличающийся тем, что, с целью получения чешуйчатого льда заданных размеров и повышения надежно- 5 сти Б работе, он снабжен обечайкой из теплоизоляционного материала, размещенной полости охлаждения и закрепленной на перегородке с образованием зазора между ними, при этом в обечайке выполнены ячейки,

в которых размещены теплопроводные пластины, а зазор закреплен десублимирую- щим газом для образования между пластинами и перегородкой теплового ключа, причем магнитокалорический элемент размещен в ячейках обечайки на теплопроводных пластинах со стороны полости охлаждения, при этом пластины и перегородка выполнены из электропроводного материала, а электромагнит соединен

с системой электропитания через регулятор тока, выполнен в виде индуктора и установлен в полости отвода тепла с обеспечением контакта с перегородкой,

2. Генератор по п. 1,отличающий- с я тем, что в качестве охлаждающего и охлаждаемого вещества использован водород, охлажденный по меньшей мере до - 259°С, в полость теплового ключа заполнена водородом.

Использование: для получения чешуйчатого льда. Сущность изобретения: магнито- калорический генератор содержит теплоизолированный корпус, рабочий объем которого разделен теплообменной перегородкой на полость отвода тепла и полость охлаждения, электромагнит с системой электропитания и магнитокалорический охлаждающий элемент. Генератор снабжен обечайкой из теплоизоляционного материала, размещенной полости охлаждения, при этом в обечайке выполнены ячейки, в которых размещены теплопроводные пластины, зазор между перегородкой и обечайкой заполнен десублимирующим газом для образования между пластинами и перегородкой теплового ключа. Магнитокалорический элемент размещен в ячейках обечайки на теплопроводных пластинах со стороны полости охлаждения. Пластины и перегородка выполнены из электропроводного материала. Электромагнит соединен с системой электропитания через регулятор тока, выполнен в виде индуктора и установлен в полости отвода тепла. В качестве охлаждающего и охлаждаемого вещества использован водород, охлажденный по меньшей мере до минус 259°С, а полость теплового ключа заполнена водородом.1 з.п.ф-лы, 5 ил. (Л С

А-А

,f4 -0

j

8

(Pus.3

25

к

SlHs- A

1784806

Вид 8

ФигМ

Нодряжнкосиь

MUWUmHOl ПОЛЯ

,

TUptfO