RU99126U1 - Статический магнитный рефрижератор - Google Patents
Статический магнитный рефрижератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU99126U1 RU99126U1 RU2010119254/06U RU2010119254U RU99126U1 RU 99126 U1 RU99126 U1 RU 99126U1 RU 2010119254/06 U RU2010119254/06 U RU 2010119254/06U RU 2010119254 U RU2010119254 U RU 2010119254U RU 99126 U1 RU99126 U1 RU 99126U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- magnetic
- coolant
- electromagnet
- circuit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
1. Магнитный рефрижератор, содержащий магнитное рабочее тело, горячий и холодный теплообменники, устройство, обеспечивающее перемещение теплоносителя по контуру, и магнит, отличающееся тем, что рабочее тело заключено в корпус из немагнитного материала, который размещен внутри электромагнита и представляет собой его сердечник, при этом указанный корпус закрыт с двух сторон фланцами с отверстиями для трубок, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя через рабочее тело. ! 2. Магнитный рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что контур рефрижератора снабжен запорной арматурой, которая выполнена с возможностью переключения синхронно с включением/выключением электромагнита для изменения направления циркуляции потока теплоносителя при помощи насоса периодически то через холодный, то через горячий теплообменник. ! 3. Магнитный рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используют вещество с высокими значениями интенсивного магнитокалорического эффекта в диапазоне температур 100-350К, например порошок, гранулы или тонкие пленки напыления перовскитов манганитов. ! 4. Магнитный рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный корпус из немагнитного материала с двух сторон закрыт теплоизолирующими крышками с патрубками для вывода теплоносителя в трубопровод контура.
Description
Полезная модель относится к холодильной или тепловой технике, а именно к холодильным машинам или тепловым насосам, использующим магнитный материал в качестве рабочего тела и магнитокалорический эффект для охлаждения или нагрева теплоносителя.
В холодильной и тепловой технике машины, использующие магнитные материалы в качестве рабочего тела и магнитокалорический эффект (МКЭ) для охлаждения и нагревания, называют магнитными рефрижераторами [Теплотехника / А.М.Архаров, И.М.Архаров, В.Н.Афанасьев и др.; Под общ. Ред. А.М.Архарова, В.Н.Афанасьева. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 712 с.: ил.].
Магнитные рефрижераторы классифицируют:
- по рабочей области температур (криогенные, комнатные температуры);
- по способу увеличения перепада температур (с регенерацией теплоты, каскадные):
- по виду движения рабочего тела и магнитной системы относительно друг друга (возвратно-поступательные, роторные);
- по способу организации теплового контакта между рабочим телом и источником теплоты (с тепловыми ключами, промежуточным теплоносителем, механическим контактом и т.д.);
- по виду магнитной системы (с постоянным магнитом, электромагнитом, СП-магнитом).
Из известных аналогов можно привести патенты США 3413814, 4107935, 4408463, 4507928, 4332135, 5934078, 6526759, патент Франции FR 2580385; патенты СССР SU 1629706 A1, SU 1638493 A1, SU 1651055 A1, SU 1726930 A1, SU 1726931 A1, патенты России RU 2040740 C1, RU 2252375 C1. В данных патентах приводятся конструкции магнитных тепловых машин, в состав которых входят: контур с теплоносителем, в котором движение теплоносителя осуществляется при помощи насоса или реверсивного нагнетателя, холодный и горячий теплообменный аппарат, магнитоактивное рабочее тело, запорные элементы трубопровода. Среди которых есть магнитные рефрижераторы с одноконтурной, двухконтурной и т.д. схемой контура. Может быть использован электромагнит, постоянный или СП-магнит, относительно активной зоны которого рабочее тело совершает движение либо возвратно-поступательное (патенты США 4332135, 4507928, 5934078), либо вращательное (патенты США 4107935, 4408463, 6526759). В качестве магнитного рабочего тела обычно используют интерметаллические соединения, сплавы и керамику на основе редкоземельных элементов (лантаноидов).
Общим недостатком известных магнитных рефрижераторов является то, что их работа основана на необходимости механического движения либо магнита относительно рабочего тела, либо рабочего тела относительно магнита. Это приводит, как правило, к усложнению конструкции и снижению времени эксплуатации устройства за счет ускоренного изнашивания движущихся и трущихся деталей.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство по патенту US 3413814, которое и принято за прототип. Данное устройство содержит магнитное рабочее тело, горячий и холодный теплообменники, устройство, обеспечивающее перемещение теплоносителя по контуру, магнит. Намагничивание рабочего тела осуществляется за счет изменения его положения относительно магнита синхронно с изменением положения поршня нагнетателя. Рабочий цикл данного устройства состоит из двух адиабатических стадий (намагничивание/размагничивание) и двух стадий, осуществляемых при постоянном магнитном поле (во время этих стадий происходит продувка теплоносителя через контур). На первой стадии цикла поршень нагнетателя находится в крайнем правом положении (теплоноситель находится в холодном теплообменнике), а магнитный материал в регенераторе адиабатически намагничивается, что вызывает повышение его температуры на величину магнитокалорического эффекта. На второй стадии цикла (горячая продувка) с помощью нагнетателя происходит перемещение теплоносителя от холодного теплообменника к горячему, при этом тепло, выделившееся при намагничивании в магнитном регенераторе, передается теплоносителю и выделяется в окружающую среду в горячем теплообменнике. На третьей стадии цикла, когда поршень нагнетателя находится в крайней левой позиции и движения теплоносителя в контуре не происходит, магнитный материал в регенераторе адиабатически размагничивается, что вызывает его охлаждение на величину магнитокалорического эффекта. На четвертой завершающей стадии цикла (холодная продувка) теплоноситель под действием поршня нагнетателя перемещается в обратном направлении (от горячего теплообменника к холодному), охлаждается в регенераторе и поступает в холодный теплообменник, где охлаждает нагрузку. Потоки теплоносителя во время холодной и горячей продувок должны иметь противоположные направления. Таким образом, повторение цикла вызывает охлаждение холодного теплообменника, т.к. тепло отбирается от нагрузки и отдается в окружающую среду в горячем теплообменнике.
Недостатком этого устройства является наличие трения между стенками цилиндра и поршнем нагнетателя, а также необходимость перемещения рабочего тела относительно магнита для его намагничивания-размагничивания, что приводит к ускоренному изнашиванию движущихся и трущихся деталей, а наличие дополнительных двигателей для осуществления движения к повышенным энергетическим потерям.
Задача предполагаемой полезной модели заключается в разработке магнитного рефрижератора с повышенным сроком эксплуатации за счет исключения механического движения относительно магнита и рабочего тела относительно друг друга.
Дополнительный результат - упрощение конструкции за счет исключения дополнительных двигателей.
Задача решается за счет того, что в известное устройство, содержащее магнитное рабочее тело, горячий и холодный теплообменники, устройство, обеспечивающее перемещение теплоносителя по контуру и магнит, внесены следующие изменения:
- рабочее тело заключено в корпус из немагнитного материала, например, меди, который размещен внутри электромагнита и представляет собой его сердечник;
- вышеуказанный корпус из немагнитного материала с двух сторон закрыт фланцами с отверстиями; и крышками с теплоизоляцией;
- вышеуказанный корпус содержит предназначенные для циркуляции теплоносителя трубки, проходящие сквозь расположенное в корпусе рабочее тело и через отверстия во фланцах;
- вышеуказанный корпус из немагнитного материала с двух сторон закрыт теплоизолирующими крышками с патрубками для вывода теплоносителя в трубопровод контура.
- контур содержит запорную арматуру, например, электромагнитные клапаны и/или вентили, которые выполнены с возможностью переключения синхронно с включением/выключением электромагнита, что обеспечивает изменение направления потока теплоносителя либо через холодный, либо через горячий теплообменник;
- процесс намагничивания/размагничивания рабочего тела осуществляется при помощи включения/выключения электромагнита.
В качестве рабочего тела может быть использовано вещество с высокими значениями интенсивного магнитокалорического эффекта в диапазоне температур 100-350К.
Новизна предложенного устройства заключается в том, что совокупность отличительных признаков позволяет получить эффект намагничивания/размагничивания рабочего тела только за счет включения и выключения электромагнита, без изменения положения как рабочего тела, так и электромагнита. Исключение механического движения рабочего тела и электромагнита позволяет увеличить срок эксплуатации устройства, а также снизить его энергоемкость. Дополнительный положительный эффект заключается в упрощении конструкции устройства за счет исключения механизмов предназначенных для обеспечения изменения положения магнита или рабочего тела относительно друг друга.
Полезная модель поясняется следующими изображениями:
Фиг.1. Схема магнитного рефрижератора с двумя рабочими контурами.
Фиг.2. Изображение корпуса с рабочим телом, расположенным в электромагните: (продольный разрез).
Фиг.3. Изображение корпуса с рабочим телом, расположенным в электромагните (поперечный разрез).
Фиг.4. График температурной зависимости МКЭ для некоторых перовскитов манганитов, где 1 - La0.9Ag0.1MnO3; 2 - La0.8Ag0.2MnO3; 3 - La0.8Ag0.15MnO3 (PO2=5 Bar); 4 - La0.8Ag0.15MnO3 (PO2=1 Bar).
В контур предлагаемого магнитного рефрижератора входят вентили 1, 2, 3 и 4, насос 5, электромагнит 6, горячий теплообменник 7 и холодный теплообменник 8. Сердечник электромагнита 6 представляет собой цилиндрический корпус 9 из немагнитного материала, например, меди, закрытый с двух сторон фланцами 10 с отверстиями для трубок 11 и крышками 12 с термоизоляцией 13, через которые при помощи насоса 5 прокачивают теплоноситель 14. Рабочее тело 15 заключено в корпус 9, который размещен внутри электромагнита 6, а обмотка 16 электромагнита 6 расположена вокруг корпуса 9.
Описание работы предложенного устройства.
Работа устройства в режиме AMP холодильника происходит следующим образом. При включенном электромагните открыты вентили 1 и 2, а вентили 3 и 4 закрыты и циркуляция теплоносителя происходит через горячий теплообменник 7. При этом рабочее тело 15 намагничено, происходит магнитокалорический эффект (МКЭ), выделившееся тепло отводится при помощи теплоносителя через горячий теплообменник 7. При выключении электромагнита возникает МКЭ с противоположным знаком, вентили 1 и 2 закрываются, а вентили 3 и 4 открываются и теплоноситель циркулирует через холодный теплообменник 8, охлаждая его. Затем цикл повторяется. Цикличность процесса достигается попеременным включением вентилей горячего и холодного контуров синхронно с включением/выключением электропитания электромагнита.
Работоспособность предлагаемого устройства будет обеспечена выбором в качестве рабочего тела веществ, проявляющих относительно высокие значения интенсивного магнитокалорического эффекта в диапазоне температур 100-350К
Вещество | Т, К | ΔT, K | ΔН, кЭ |
MnAs | 312-280 | 13 | 50 |
Tb | 230 | 10.5 | 60 |
Gd | 296 | 11.2 | 50 |
Gd3Al2 | 281 | 7 | 100 |
Gd5Si2Ge2 | 280 | 15 | 50 |
Lа2/3(Са, Р1)1/3МnО3 | 296 | 5.7 | 70 |
La0.8Ag0.15MnO3 | 270 | 2.8 | 26 |
Из таблицы видно, что редкоземельный чистый металл гадолиний Gd и его соединения обладают гигантским магнитокалорическим эффектом при комнатных температурах. Это нашло применение в магнитном охлаждении, но эти материалы имеют сравнительно высокую стоимость (190-450 долл. за 1 кг). Однако манганиты со структурой перовскита R1-хАхМnО3 и переменной валентностью марганца также обладают достаточным магнитокалорическим эффектом при комнатных температурах, при гораздо более низкой стоимости (10-20 долл. за 1 кг). Поэтому с точки зрения обеспечения достаточной эффективности работы предлагаемого магнитного рефрижератора и снижения его себестоимости оптимальным будет выбор в качестве рабочего тела манганита со структурой перовскита в виде порошка, гранул или тонких пленок напыления, тем самым определяя значение рабочей температуры предлагаемого устройства. В манганите перовските в одном цикле изменение температуры при температурах близких к комнатной составляло порядка ΔТ=2К. Как видно из графика на фиг.4, максимальное значение МКЭ наблюдается для состава La0.8Ag0.15MnO3, достигая значений ΔТ=2.8 К в поле 26 kOe, Tmax≈270 К. [Phan M H and Yu S С Review of the magnetocaloric effect in manganite materials J. Magn. Magn. Mater. 308 (2007) 325.].
Рабочий диапазон температур достигают подбором состава твердого раствора перовскита манганита с максимумом магнитокалорического эффекта. Для расширения рабочего диапазона температур можно в качестве рабочего тела использовать смесь порошков или гранул манганитов с различными температурными максимумами МКЭ. Достижения требуемых температур достигают применяя каскадное адиабатическое размагничивание парамагнетика, другими словами, многократно (циклически) производят магнитокалорический процесс для разных соединений, используя последовательное охлаждение предыдущим элементом рабочего тела последующего. Для этого можно корпус разделить на отдельные секции для размещения в каждой секции последовательно манганитов с различным температурным максимумом МКЭ. Либо можно последовательно установить 2 или более электромагнитов таким образом, чтобы в каждом из них в корпусе сердечника размещалось рабочее тело с различным температурным максимумом МКЭ.
Claims (4)
1. Магнитный рефрижератор, содержащий магнитное рабочее тело, горячий и холодный теплообменники, устройство, обеспечивающее перемещение теплоносителя по контуру, и магнит, отличающееся тем, что рабочее тело заключено в корпус из немагнитного материала, который размещен внутри электромагнита и представляет собой его сердечник, при этом указанный корпус закрыт с двух сторон фланцами с отверстиями для трубок, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя через рабочее тело.
2. Магнитный рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что контур рефрижератора снабжен запорной арматурой, которая выполнена с возможностью переключения синхронно с включением/выключением электромагнита для изменения направления циркуляции потока теплоносителя при помощи насоса периодически то через холодный, то через горячий теплообменник.
3. Магнитный рефрижератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используют вещество с высокими значениями интенсивного магнитокалорического эффекта в диапазоне температур 100-350К, например порошок, гранулы или тонкие пленки напыления перовскитов манганитов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119254/06U RU99126U1 (ru) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | Статический магнитный рефрижератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119254/06U RU99126U1 (ru) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | Статический магнитный рефрижератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99126U1 true RU99126U1 (ru) | 2010-11-10 |
Family
ID=44026483
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010119254/06U RU99126U1 (ru) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | Статический магнитный рефрижератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU99126U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669984C1 (ru) * | 2015-06-19 | 2018-10-17 | Фуджикура Лтд. | Теплообменник, магнитный тепловой насос и способ изготовления теплообменника |
-
2010
- 2010-05-13 RU RU2010119254/06U patent/RU99126U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669984C1 (ru) * | 2015-06-19 | 2018-10-17 | Фуджикура Лтд. | Теплообменник, магнитный тепловой насос и способ изготовления теплообменника |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kitanovski et al. | Innovative ideas for future research on magnetocaloric technologies | |
Gimaev et al. | Review on magnetic refrigeration devices based on HTSC materials | |
KR101726368B1 (ko) | 병렬식 자기 냉동 어셈블리 및 냉동 방법 | |
US7536866B2 (en) | Magnetic refrigerator | |
US6676772B2 (en) | Magnetic material | |
US5091361A (en) | Magnetic heat pumps using the inverse magnetocaloric effect | |
EP1053437B1 (en) | Reciprocating active magnetic regenerator refrigeration apparatus | |
JP4783406B2 (ja) | 磁気冷凍デバイス、磁気冷凍システムおよび磁気冷凍方法 | |
US20100212327A1 (en) | Magnetic assembly system and method | |
CN109855325B (zh) | 磁制冷***及制冷装置 | |
JP2009204234A (ja) | 磁気冷凍装置用磁性材料、熱交換容器および磁気冷凍装置 | |
JPS60204852A (ja) | 磁気冷凍用磁性材料 | |
US9784483B2 (en) | Use of rotating magnetic shielding system for a magnetic cooling device | |
CN105004093B (zh) | 一种双循环往复式室温磁制冷*** | |
US20080276623A1 (en) | Magnetic refrigerant material | |
US20110126550A1 (en) | Magnetocaloric refrigerators | |
JP2008249175A (ja) | 磁気冷凍デバイス及び磁気冷凍方法 | |
US9970690B2 (en) | Magnetic refrigerator and device including the same | |
Engelbrecht et al. | Recent developments in room temperature active magnetic regenerative refrigeration | |
RU99126U1 (ru) | Статический магнитный рефрижератор | |
CN102261763A (zh) | 磁液体磁制冷的冷反馈*** | |
RU2252375C1 (ru) | Магнитная тепловая машина | |
CN214371051U (zh) | 双列多级串联式双磁场磁制冷仓 | |
RU170750U1 (ru) | Магнитная тепловая машина | |
RU105009U1 (ru) | Магнитная тепловая машина |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD1K | Correction of name of utility model owner | ||
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120514 |