EA011049B1 - Устройство для создания теплового потока с магнитотермическим материалом - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение касается устройства генерирования теплового потока с магнитотермическим материалом, не загрязняющего окружающего среду, отличающегося эффективностью, надежностью, простотой в разработке и использовании, а также экономичностью, небольшими объемами и возможностью его использования как в крупномасштабных промышленных установках, так и в домашних условиях. Устройство (3) генерирования теплового потока с магнитотермическим материалом содержит расположенные рядом друг с другом два средства для создания теплового потока (30), каждое из которых снабжено термическими элементами (31), содержащими магнитно-тепловой элемент и расположенными в линию двумя рядами на прямоугольных рамках (306). Термические элементы (31) попеременно подвергаются воздействию магнитных полей, испускаемых магнитными средствами (303) в форме U, расположенными в шахматном порядке по обеим сторонам двух мобильных штанг (304), пребывающих в попеременном прямоугольном движении. Термические элементы (31) пересекает канал (труба), содержащий теплоноситель и связанный с одной или несколькими цепями теплоносителя. В присутствии и отсутствие магнитного поля температура термических элементов (31) поднимается и опускается до температуры ниже первоначальной. Калории и фригории, испускаемые термическими элементами (31), собираются теплоносителем и выводятся через посредство теплообменников. Применение: выравнивание температуры, охлаждение, нагрев, хранение, сушка, кондиционирование воздуха.

Description

Техническая область

Настоящее изобретение касается устройства для генерирования термического потока с магнитнотепловым материалом, содержащее не менее одной единицы генерирования термического потока, снабженной не менее чем двумя тепловыми аппаратами, каждый из которых содержит не менее одного магнитно-теплового элемента, магнитные средства, приспособленные для излучения не менее одного магнитного поля, средства перемещения, сопряженные с магнитными средствами для их перемещения относительно магнитно-тепловых элементов с целью воздействия на них посредством вариации или отключения магнитного поля, чтобы варьировать их температуру, и средства сбора калорий и/или фригорий, излучаемых данными магнитно-тепловыми элементами.

Уровень техники

Традиционные устройства для генерирования холода обычно включают компрессор для сжатия теплоносителя с целью повышения его температуры и средства понижения давления для обеспечения декомпрессии данного теплоносителя с целью его охлаждения адиабатным образом. Использование данных традиционных устройств сопряжено с многочисленными неудобствами. И в самом деле, такие газы как ХФУ (хлорфтороуглевороды), повсеместно применяемые в качестве охлаждающих веществ, крайне негативно воздействуют на окружающую среду, а потому их использование чревато значительными рисками загрязнения атмосферы и разрушения озонового слоя. По этой причине данные газы более не соответствуют ни современным требованиям, ни стандартам многочисленных стран в области защиты окружающей среды. Кроме того, установка и ремонт данных традиционных аппаратов, работающих под давлением, могут производиться только силами квалифицированного и сертифицированного персонала и требуют соблюдения сложных, длительных и повторяющихся ограничительных процедур. И, наконец, эти традиционные аппараты отличаются шумностью, в процессе работы генерируют многочисленные вибрации, они громоздки, сложны и потребляют огромное количество электроэнергии. Таким образом, данные традиционные устройства не могут быть признаны удовлетворительными.

Благодаря усилиям исследователей удалось идентифицировать магнитно-тепловые материалы, пригодные к использованию в установках для нагревания и/или охлаждения. Магнитно-тепловой эффект это свойство некоторых материалов нагреваться под воздействием магнитного поля и охлаждаться при температуре ниже их исходной температуры после исчезновения магнитного поля или вследствие вариаций данного магнитного поля.

Первая технология, основанная на использовании магнитных сверхпроводящих комплектов большого размера, используется в лабораторных условиях и в области ядерных исследований для достижения температур, близких к абсолютному нулю.

В частности, известен патент И8-А-4674288, описывающий устройство по сжижению гелия, включающее мобильную намагничиваемую субстанцию в магнитном поле, генерируемым сверхпроводящей бобиной, и резервуар, содержащий гелий и находящийся в тепловом контакте с указанной сверхпроводящей бобиной. Поступательное движение намагничиваемой субстанции генерирует холод, который передается гелию через посредство проводящих элементов. Использование сверхпроводящего материала предполагает наличие охлаждающих установок на жидком азоте, которые отличаются большими габаритами, высокой стоимостью и требуют проведения сложных профилактических работ. Сложность этих установок сильно ограничивает возможности их применения. Таким образом, данное решение не может считаться удовлетворительным.

Предметом публикации РК.-Л-2525748 является устройство магнитного охлаждения, включающее намагничиваемое вещество, систему генерирования переменного магнитного поля и средства передачи тепла и холода, включающие камеру, заполненную жидким насыщенным охлаждающим веществом (хладагентом). В первой позиции намагничиваемое вещество генерирует холод, а средства передачи холода извлекают холод из намагничиваемого вещества посредством конденсации хладагента. Во второй позиции намагничиваемое вещество генерирует тепло, а средства передачи тепла извлекают тепло из намагничиваемого вещества посредством доведения до кипения или нагревания другого хладагента. Глобальная эффективность подобных систем крайне низка и не может соперничать по производительности с существующими охлаждающими системами. Таким образом, данное решение неудовлетворительно с экономической точки зрения.

Проведенные в США исследования позволили разработать новый способ генерирования теплового потока с использованием магнитно-теплового материала. При проходе через магнитное поле магнитные моменты магнитно-тепловых материалов выстраиваются в линию, вызывая перераспределение атомов, обуславливающее нагревание магнитно-калорийного материала. Вне магнитного поля процесс обращается вспять, и магнитно-тепловой материал охлаждается вплоть до достижения температуры, ниже его изначальной. Был разработан первый материал на основе гадолиния. Эффективный при комнатной температуре, этот материал, тем не менее, слишком дорог и мало доступен для подобного применения. В настоящее время проводятся исследования менее дорогостоящих и более доступных сплавов.

Группа американских ученых разработала и внедрила прототип, позволяющий проверять теоретические результаты исследований гадолиния. Данный прототип включает диск, образованный секторами, содержащими сплав гадолиния. Диск находится в постоянном вращении вокруг собственной оси, тем

- 1 011049 самым обеспечивая прохождение своих секторов через магнитное поле, создаваемое постоянным фиксированным магнитом. Этот постоянный фиксированный магнит наложен внахлест на сектора диска. Напротив постоянного магнита диск проходит в блок термической передачи, содержащий теплоноситель, предназначенный для транспортировки калорий и/или фригорий, производящихся гадолинием, который поочередно подвергается воздействию и отсутствию воздействия магнитного поля. Блок термической передачи может быть образован двумя способами. В первом варианте реализации блок термической передачи именуется «слепым», и цепь пересекает его без вступления теплоносителя в прямой контакт с диском. В этом первом случае производительность теплового обмена крайне низка, и устройство нерентабельно с энергетической точки зрения. При втором варианте реализации блок термической передачи имеет отверстия входа и выхода, ведущие к вращающемуся диску и позволяющие теплоносителю находиться в контакте с диском. В этом втором случае очень сложно, даже с использованием поворотных кранов, обеспечить герметичность между диском и блоком термической передачи, при этом не причинив ущерба общей производительности устройства. Таким образом, данное решение не является удовлетворительным.

В публикации ΑΘ-Ά-03/050456 также описывается устройство магнитного охлаждения с аналогичным магнитно-тепловым материалом и двумя постоянными магнитами. Данное устройство включает кольцевой моноблочный корпус, разграничивающий двенадцать магнитно-тепловых отделов, разделенных стыками, каждый из которых получает гадолиний в пористой форме. Каждый отдел снабжен, как минимум, четырьмя отверстиями, из которых одно входное отверстие и одно выходное отверстие соединены с цепью тепла, а еще одно входное отверстие и одно выходное отверстие соединены с цепью холода. Два постоянных магнита находятся в непрерывном вращении и последовательно воздействуют на различные фиксированные магнитно-тепловые отделения, последовательно подвергая их воздействию разных магнитных полей. Калории и/или фригории, выработанные гадолинием в различных отделениях, направляются к теплообменникам через цепи тепла и холода теплоносителя, к которым они последовательно подсоединены через посредство поворотных кранов, вращение которых с помощью одной или нескольких ременных передач сопряжено с осью привода постоянного вращения двух магнитов. Таким образом, канал теплоносителя, пересекающий магнитно-тепловые отделения, последовательно подсоединен к цепям тепла и холода ротационными сочленениями. Данное устройство, которое таким образом воспроизводит функционирование жидкого кольца, требует постоянного и точного синхронного вращения различных ротационных сочленений и постоянных магнитов, что усложняет его техническое воплощение и повышает стоимость. Использованный принцип постоянной работы очень сильно ограничивает перспективы дальнейшего технического развития. Кроме того, конструкция данного устройства не позволяет использовать большее количество магнитно-тепловых отделений, поскольку это сделает его нерентабельным экономически и ненадежным технически. И, наконец, применение ротационных сочленений не позволяет гарантировать надлежащую герметичность и сокращает срок службы данного устройства.

В публикации РК.-Л-2601440 описывается магнитные прибор и способ охлаждения, использующие магнитно-тепловую субстанцию в форме мобильного магнитно-теплового диска, вращающегося относительно фиксированного магнитного кольца, генерирующего магнитное поле. Поскольку мобильный магнитно-тепловой диск вращается, сложно обеспечить герметичность между каналами транспортировки теплоносителя и внешними термическими цепями тепла и холода, которые находятся в фиксированном положении.

Публикация ХР 002047554 под названием «Ро1агу гесирегабуе тадиебс 1зеа( ритр» описывает тепловой насос, включающий фиксированный магнитный ротор и мобильные магнитно-тепловые диски малой толщины, содержащие магнитно-тепловой материал типа гадолиния. Изменения магнитного поля обеспечиваются постоянным или переменным вращением магнитно-тепловых дисков. В этом случае прибор функционирует идентично предыдущему описанию и имеет аналогичные недостатки.

Описание изобретения

Настоящее изобретение преследует цель устранить указанные недостатки, предложив устройство генерирования термического потока, не загрязняющее окружающую среду, эффективное, надежное, отличающееся простотой концепции, но при этом способное принять значительное количество термических элементов, развивающееся, гибкое, модульное, мало затратное, операции по установке и профилактике которого могут быть проведены не имеющим специальной квалификации персоналом, потребляющее мало электроэнергии, оптимальных габаритов, с хорошей производительностью, требующее лишь ограниченного количества магнитно-теплового материала и пригодное для использования как в крупномасштабных промышленных установках, так и в домашних условиях.

Изобретение касается устройства для генерирования термического потока с магнитно-тепловым материалом, тип которого указан в преамбуле, характеризующееся тем, что в нем использованы средства перемещения, расположенные таким образом, чтобы перемещать магнитные средства относительно магнитно-тепловых элементов чередующимися движениями, которые могут быть выбраны из группы включающей, как минимум, вращение вокруг оси, вращение вокруг оси в сочетании с перемещением, таким как движение по спирали, прямолинейное, круговое, синусоидальное перемещение или перемещение по

- 2 011049 любой другой подходящей траектории. В соответствии с предпочтительным способом реализации средства сбора содержат, как минимум, одну цепь теплоносителя, средства циркуляции теплоносителя в цепи или цепях и средства вывода калорий и/или фригорий, собранных теплоносителем или теплоносителями, при этом цепь содержит не менее двух зон передачи, каждая из которых расположена в непосредственной близости от одного из магнитно-тепловых элементов и которые оборудованы таким образом, чтобы теплоноситель собирал, как минимум, часть калорий и/или фригорий, выделенных соответствующим магнитно-тепловым элементом. Средства сбора могут включать средства смены направления циркуляции теплоносителя в цепи теплоносителя.

В предпочтительном варианте средства сбора включают не менее двух цепей теплоносителя, из которых, как минимум, одна является «цепью тепла» для калорий и, как минимум, одна «цепью холода» для фригорий, и средства коммутирования, оборудованные таким образом, чтобы попеременно подсоединять каждую зону передачи к одной или другой цепи теплоносителя. В более выгодном варианте устройство включает средства синхронизации, предназначенные для синхронизации средств перемещения со средствами коммутирования таким образом, что в зависимости от магнитного поля, воздействию которого подвергается каждый магнитно-тепловой элемент, соответствующая зона передачи оказывается связана с одной или другой цепью теплоносителя.

В более выгодном варианте магнитно-тепловой элемент содержит не менее одного магнитнотеплового материала, выбранного из группы, включающей, как минимум, гадолиний (Об), сплав гадолиния, включающий не менее одного из материалов, выбранных из группы, включающей, как минимум, кремний (δί), германий (Се), железо (Ре), магний (Мд), фосфор (Р), мышьяк (Л§), при этом магнитнотепловой материал изготавливается в виде одной из форм, выбранных из группы, включающей блок, пластинку, порошок, агломерат кусочков. Использование магнитно-тепловых материалов с различными температурными диапазонами позволяет получить широкий выбор мощностей и температур. В более выгодном варианте каждый термический элемент, как минимум, частично изготовлен из проводящего материала, выбранного за хорошую теплопроводность из группы, включающей, как минимум, медь, медные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, стали, стальные сплавы, нержавеющие материалы и сплавы нержавеющих материалов.

В предпочтительном варианте, как минимум, один из термических элементов содержит не менее одного поперечного канала (трубы), снабженного, как минимум, одним входным отверстием и, как минимум, одним выходным отверстием, которые подсоединены к цепи теплоносителя, причем поперечный канал разграничивает соответствующую зону передачи.

В особо выгодном варианте, как минимум, один из термических элементов содержит единственный поперечный канал (трубу), снабженный единственным входным отверстием и единственным выходным отверстием, подсоединенными к цепи, причем поперечный канал разграничивает соответствующую зону передачи. В предпочтительном варианте магнитные средства включают не менее одного магнитного элемента, снабженного, как минимум, одним постоянным магнитом. Данный магнитный элемент может содержать, как минимум, намагничиваемый материал, приспособленный для концентрации и направления линий поля постоянного магнита, причем этот магнитный материал выбирается из группы, включающей, как минимум, железо (Ре), кобальт (Со), мягкую сталь, ванадий (V) и сочетание этих материалов.

В предпочтительном варианте магнитный элемент имеет форму буквы и или С, приспособленную для поочередного приема магнитно-теплового элемента между своими рукавами. В зависимости от генерируемого магнитного поля форма магнитного элемента может изменяться и оптимизироваться. В более выгодном варианте термические элементы независимы и отделены друг от друга, как минимум, одним термически изолирующим элементом, выбранным из группы, включающей, как минимум, пространство, изолирующий материал. Он также может включать несколько магнитных элементов, установленных на опоре, соединенной с переменными средствами перемещения.

В соответствии с первой формой реализации основа имеет заметную круглую форму и определяет, как минимум, одно кольцо, попеременно вращающееся вокруг своей оси, причем на данном кольце радиально установлены магнитные средства, а термические элементы, определяющие круговые сектора, расположены заметным кругом последовательным образом, чтобы магнитные средства свободно могли находить на них внахлест.

В этой конфигурации магнитные средства могут быть расположены таким образом, чтобы щели форм в виде и или С были бы заметно параллельны или перпендикулярны оси вращения кольца, а термические элементы могут быть расположены, соответственно, заметно параллельно или перпендикулярно оси вращения опоры.

В соответствии со второй формой реализации опора является заметно прямоугольной и определяет, как минимум, одну мобильную штангу, пребывающую в переменном прямоугольном движении, причем на штанге установлены магнитные средства, а термические элементы линией расположены по крайней мере на одной рамке, окружающей штангу, чтобы магнитные средства могли свободно находить на них внахлест.

В этой конфигурации магнитные средства могут быть расположены в шахматном порядке с одной и

- 3 011049 с другой стороны штанги, чтобы образовывать два ряда, а на рамке могут быть расположены два набора термических элементов, каждый из которых соответствует магнитным средствам одного из рядов.

В более выгодном варианте часть термических элементов расположена, как минимум, на одной плате, снабженной, как минимум, сообщающимися отверстиями для транспортировки теплоносителя к цепи теплоносителя.

В более выгодном варианте средства циркуляции выбираются из группы, включающей, как минимум, насос, циркуляционное устройство и циркуляцию через термосифон.

В предпочтительном варианте средства опорожнения включают не менее двух теплообменников, из которых, как минимум, один теплообменник калорий соединен с «цепью тепла» и, как минимум, один теплообменник фригорий соединен с «цепью холода».

Переменные средства привода могут быть выбраны из группы, включающей, как минимум, мотор, домкрат, пружинный механизм, аэрогенератор, электромагнит, гидрогенератор.

В более выгодном варианте устройство содержит несколько генерирующих термический поток единиц, соединенных последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации.

Общее описание чертежей

Настоящее изобретение и его преимущества станут лучше понятны после нижеследующего описания нескольких вариантов реализации, которые приводятся в качестве примера, не являются единственно возможными и соответствуют находящимся в приложении чертежам, на которых:

фиг. 1 представляет собой вид в перспективе устройства по изобретению, изготовленного в соответствии с первым вариантом реализации;

фиг. 2 представляет собой вид в разрезе стороны термического элемента теплоносителя устройства, изображенного на фиг. 1;

фиг. ЗА, В представляют собой виды в перспективе устройства, изображенного на фиг. 1, снизу и сверху соответственно, фиг. 4А-С представляют собой виды в перспективе устройства по изобретению, изготовленного в соответствии со вторым вариантом реализации, снизу и сверху соответственно;

фиг. 5А-С представляют собой соответственно виды в перспективе устройства по изобретению в соответствии с двумя этапами работы третьего варианта реализации и фиг. 6А, В представляют собой схемы, в упрощенной форме иллюстрирующие способ работы устройства в соответствии с изобретением.

Наилучший способ реализации изобретения

В соответствии с фиг. 1-3 и при первом варианте реализации изобретения устройство 1 генерирования термического потока с магнитно-тепловым материалом, далее именуемое в тексте описания «устройство», содержит одну единицу генерирования термического потока 10, снабженную двенадцатью термическими элементами 11, каждый из которых образует круговой сектор. Каждый термический элемент 11 образует один независимый механический элемент, который может быть адаптирован в соответствии с потребностями. Эти термические элементы 11 расположены последовательным образом, чтобы образовывать заметный круг, и разделены попарно одним или несколькими термически изолирующими элементами, такими как, например, пространство 1, изолирующий материал или любое иное эквивалентное средство. Термические элементы 11 содержат один магнитно-тепловой элемент 12, изготовленный из магнитно-теплового материала, такого как, например, гадолиний (Об), сплав гадолиния, содержащий, например, кремний (8ί), германий (Ое), железо (Ее), магний (Мд), фосфор (Р), мышьяк (А§) или любой другой эквивалентный намагничиваемый материал или сплав. Выбор между магнитно-тепловыми материалами совершается в зависимости от искомых тепловых и холодильных мощностей и от диапазонов необходимых температур. Аналогичным образом, количество магнитно-теплового материала, используемого в термическом элементе 11, зависит от установленных тепловых и холодильных мощностей, от диапазона рабочих температур, от установленной мощности магнитного поля и даже от самой природы магнитно-теплового материала. Укажем для справки, что, например, возможно получить 160 холодильных ватт с 1 кг гадолиния, одним магнитным полем в 1,5 Т (тесла), при диапазоне температур 33°С и циклом 4 с, причем этот цикл состоит из последовательных фаз воздействия магнитного поля и отсутствия такого воздействия.

В данном примере магнитно-тепловой элемент 12 исполнен в форме кругового сектора, а каждый термический элемент 11 содержит один теплопроводный элемент 13, являющийся боковым продолжением магнитно-теплового элемента 12. Теплопроводный элемент 13 изготовлен из проводникового материала, выбранного благодаря хорошей теплопроводности, такого как, например, медь, медные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, стали, стальные сплавы, нержавеющие материалы, сплавы нержавеющих материалов или любого другого эквивалентного материала. Таким образом, когда магнитнотепловой элемент 12 нагревается или охлаждается под воздействием изменения магнитного поля, он передает часть своих калорий или фригорий теплопроводному элементу 13, который быстро нагревается или охлаждается, пропорционально увеличивая способность термической абсорбции термического элемента 11. Таким образом, геометрия термических элементов 11 обеспечивает большую поверхность контакта с магнитными элементами 103, описанными далее. В общем плане магнитно-тепловой материал

- 4 011049 может иметь форму блока, пластины, порошка, набора кусочков или любую иную подходящую форму. Магнитно-тепловой элемент 12 может состоять из нескольких магнитно-тепловых материалов, например из нескольких пластин, расположенных рядом друг с другом.

Каждый термический элемент 11 содержит зону передачи 14, пересекаемую охлаждающим веществом для нагревания или охлаждения. Данная зона передачи 14, проиллюстрированная фиг. 2, образована пересекающим каналом, выходящим с той же стороны, в данном примере - на заметно плоскую стенку 15 термического элемента 11 через входное отверстие 16 и выходное отверстие 17. Разумеется, возможно предусмотреть, что для всех термических элементов 11 или для их части входное отверстие 16 и выходное отверстие 17 будут распределены по двум, а может быть и по большему количеству стенок 15, причем эти стенки 15 могут быть как полностью плоскими, так и нет.

Термические элементы 11 закреплены на пластине 18, изготовленной из механически жесткого материала, и расположены в упор к их стенке 15, содержащей отверстия входа и выхода 16 и 17. Напротив пластины 18 термические элементы 11 снабжены заплечиками 11', увеличивающими их сечение с целью облегчения их монтирования на пластине 12 и улучшения термического обмена с теплоносителем. Пластина 18 и термические элементы 11 разделены термическим стыком 19. Данный термический стык 19 и пластина 18 содержат сообщающиеся отверстия 100, через которые осуществляется циркуляция теплоносителя. Сообщающиеся отверстия 100 снабжены соединительными патрубками (на рисунке не представлены) для соединения отверстия входа 16 и выхода 17 зон передачи 14 различных термических элементов 11 с одной или несколькими внешними цепями, снабженными теплообменниками, не представленными на данных фигурах. Эти внешние цепи, например, могут быть образованы жесткими или гибкими трубами (каналами), каждый из которых заполняется одинаковым или разным охлаждающим веществом. Внешняя цепь (внешние цепи) и зоны передачи 14 определяют цепь или цепи теплоносителя.

Каждая цепь теплоносителя включает средства принудительной или свободной циркуляции теплоносителя, не представленные на данных фигурах, такие как, например, насос или любое иное эквивалентное средство. Химический состав теплоносителя адаптирован к требуемому диапазону температур, который выбран для достижения максимального термического обмена. Например, для плюсовых температур используется чистая вода, а для минусовых температур - вода с добавлением антифриза, например гликолевого вещества. Таким образом, данное устройство 1 позволяет избавиться от необходимости использования любых коррозионных веществ или субстанций, вредных для человека и/или окружающей среды. Кроме того, каждая цепь теплоносителя оборудована средствами опорожнения, не представленными на данных фигурах, такими как, например, теплообменники или любые иные эквивалентные средства, позволяющие распространение калорий и фригорий.

Магнитные средства 102 устройства 1 содержат магнитные элементы 103, каждый из которых снабжен одним или несколькими полными, фриттированными или слоистыми магнитами в сочетании с одним или несколькими намагничиваемыми материалами, концентрирующими и направляющими линии магнитного поля постоянного магнита. Намагничиваемые материалы могут содержать железо (Ре), кобальт (Со), мягкую сталь, ванадий (V), сочетание этих материалов или любой иной эквивалентный материал. Кроме того, само собой разумеется, что может быть использован любой другой тип эквивалентного магнита, например электромагнит или сверхпроводник. Тем не менее, постоянный магнит имеет очевидные преимущества в плане размеров, простоты использования, низкого потребления электроэнергии и доступной цены.

Магнитные элементы 103 установлены на мобильной опоре 104. В данном примере устройство 1 содержит шесть магнитных элементов 103, расположенных заметным кругом последовательным образом и разделенных подвое интервалом I. Данные магнитные элементы 103 имеют форму и или С, в развал рукавов которых легко проходят термические элементы 11. Магнитные элементы 103 радиально закреплены на заметно круговой опоре, определяющей кольцо 104. Это кольцо 104 вращается на своей оси между двумя положениями и соединено с не представленными на рисунке переменными средствами привода, которые поочередно переводят кольцо 104 из одного положения в другое. Переменными средствами привода могут являться, например, мотор, домкрат, пружинный механизм, аэрогенератор, электромагнит, гидрогенератор или любое иное эквивалентное средство. Попеременное вращение предпочтительнее постоянного или пошагового движения, поскольку его можно обеспечить простыми и недорогими переменными средствами привода. Кроме того, данное попеременное движение требует наличия всего двух положений, тем самым упрощая функционирование устройства и обеспечивая ограниченную и легко контролируемую длину хода.

Магнитные элементы 103 расположены над частью термических элементов 11 таким образом, что рукава магнитных элементов 103 с одной и с другой стороны находят внахлест и обрамляют термические элементы 11. Поскольку количество термических элементов 11 вдвое больше количества магнитных элементов 103, в процессе попеременного вращения магнитных элементов 103 относительно термических элементов 11, термические элементы 11 последовательно находятся напротив и не напротив одного из магнитных элементов 103.

В данном примере термические элементы 11 заметно ориентированы параллельно оси вращения кольца 104, а магнитные элементы 103 ориентированы таким образом, чтобы их щели были бы заметно

- 5 011049 параллельно той же оси вращения.

Как описано далее в соответствии с фиг. 6А, В, устройство 1 содержит средства коммутирования и средства синхронизации. Таким образом, на первом этапе теплоноситель, нагреваемый термическим элементом 11, который подвергается воздействию магнитного поля, циркулирует в «цепи тепла» по направлению к теплообменнику калорий. На следующем этапе теплоноситель охлаждается термическим элементом 11, который подвергается отсутствию воздействия магнитного поля или воздействию иного магнитного поля, циркулирует в «цепи холода» по направлению к теплообменнику фригорий.

Данная единица генерирования термического потока 10 может быть сопряжена с другими аналогичными или нет единицами, к которым она может быть подключена последовательно и/или параллельно и/или в последовательно-параллельном сочетании.

Устройство 2, изготовленное в соответствии со вторым вариантом реализации и представленное на фиг. 4А-С, заметно идентично предыдущему. Оно отличается от него только теми обстоятельствами, что термические элементы 21 ориентированы заметно перпендикулярно оси вращения кольца 204, а щели магнитных средств 203 заметно перпендикулярны той же самой оси вращения. В соответствии с третьим вариантом реализации, представленным на фиг. 5А-С, устройство 3 содержит две единицы генерирования термического потока 30, которые расположены рядом друг с другом и снабжены двенадцатью термическими элементами 31 и шестью магнитными элементами 303 каждая. Данное устройство представлено на фиг. 5В и С в двух различных позициях, соответствующих двум различным этапам функционирования.

Термические элементы 31 имеют прямоугольную форму и расположены в заметную линию в соответствии с двумя наслаивающимися рядами. Их состав заметно идентичен составу предыдущих элементов. Они разделены попарно пространством 1. Каждая пара рядом термических элементов 31 находится на заметно прямоугольной рамке 306, при этом ряды распределены по одной и другой стороне данной рамке на поперечине 305. Рамка 306 выполнена из термически изолирующего и механически жесткого материала. Рамки 306 крепятся одна к другой, например, с помощью винтового соединения, клепки, зажимов, сварки или любым иным эквивалентным способом. Они могут быть разделены между собой и/или относительно термических элементов не представленным на рисунке термическим стыком. Линии термических элементов 31 покрыты сверху и снизу, соответственно, соединительными пластинами, заметно идентичными предыдущим и не представленными на рисунках.

Магнитные элементы 303 заметно идентичны предыдущим и также выполнены в форме и или С. Они расположены в шахматном порядке с одной и с другой стороны двух заметно прямоугольных штанг, каждая из которых располагается между двумя поперечинами 305 соответствующей рамки 306. Таким образом, магнитные элементы 303 определяют два ряда и или С, каждый из которых находит внахлест на часть термических элементов 31. Штанги 304 смонтированы мобильно для прямоугольного попеременного перемещения на рамках 306 и сопряжены со средствами попеременного привода, не представленными на рисунке. С этой целью штанги 304 имеют на концах направляющие пальцы 307, попеременным образом проскальзывающие в направляющие ушки 308, предусмотренные на рамках 306.

Как и в предыдущих вариантах реализации, данные единицы генерирования термического потока 30 могут быть сопряжены с другими идентичными или не идентичными единицами, к которым они могут быть подсоединены последовательно и/или параллельно или в последовательно-параллельном сочетании. Можно также реализовать дифференцированные температурные этажи.

В соответствии с другими, не представленными вариантами реализации попеременное движение, генерируемое средствами попеременного перемещения для перемещения магнитных средств, может представлять собой вращение в сочетании с перемещением, таким как движение по спирали, по кругу, по синусоиде, или перемещение по любой другой подходящей траектории. Функционирование устройств 1-3 описано в соответствии с фиг. 6А, В, на которых схематично представлены три этапа функционирования. В соответствии с этими фигурами устройство 4 содержит термические элементы 41а, 41Ь, магнитный элемент 403 и две цепи теплоносителя 410а, 410Ь, одна из которых, «цепь тепла» 410а сопряжена с теплообменником калорий 413а, а другая, «цепь холода» сопряжена с теплообменником фригорий 413Ь. Циркуляция теплоносителя обеспечивается насосами 411а, 411Ь, например двойным, многокамерным или многоэтажным насосом. Средства коммутирования 412, позволяющие подсоединить каждый термический элемент 41а, 41Ь к одной или другой цепи теплоносителя 410а, 410Ь, содержат, например, клапаны, выдвижные блоки с электрическим, пневматическим или гидравлическим управлением или любые иные подходящие средства.

В описываемом примере функционирование устройства 4 может быть разделено на три этапа, в промежутке между которыми задействуются средства коммутирования 412, а магнитное поле изменяется. В другом, не представленном варианте реализации циркуляция теплоносителя обеспечивается циркуляционным устройством, термосифоном или любым иным адаптированным средством.

На первом этапе запуска цикла (см. частично фиг. 6А) термический элемент 41а подсоединяется к «цепи тепла» 410а через посредство средств коммутирования 412. Он подвергается воздействию магнитного поля магнитного элемента 403, нагревается и передает свои калории теплоносителю «цепи тепла» 410а, которая пересекает его. Калории переносятся «цепью тепла» и выводятся теплообменником кало

- 6 011049 рий 413а.

Для перехода от первого ко второму этапу средства коммутирования 412 переключаются таким образом, чтобы термические элементы 41а, 41Ь оказались бы подсоединены, соответственно, к «цепи холода» 410Ь и к «цепи тепла» 410а. Кроме того, магнитный элемент 403 перемещается с тем, чтобы термический элемент 41а более не подвергался воздействию магнитного поля, а термический элемент 41Ь - напротив, подвергался.

В процессе второго этапа цикла (см. фиг. 6В) термический элемент 41а, более не подвергающийся воздействию магнитного поля магнитного элемента 403, охлаждается до температуры ниже изначальной и передает свои фригории теплоносителю «цепи холода» 410Ь, которая пересекает его. Фригории переносятся «цепью холода» 410Ь и выводятся теплообменником фригорий 413Ь, который может быть расположен в холодном корпусе 414. Кроме того, термический элемент 41Ь подвергается воздействию магнитного поля магнитного элемента 403, нагревается и передает свои калории теплоносителю «цепи тепла» 410а, который пересекает его. Калории переносятся «цепью тепла» 410а и выводятся теплообменником калорий 413а.

Для перехода от второго этапа к третьему средства коммутирования 412 переключаются таким образом, чтобы термические элементы 41а, 41Ь оказались бы подсоединены, соответственно, к «цепи тепла» 410а и к «цепи холода» 410Ь. Кроме того, магнитный элемент 403 перемещается с тем, чтобы термический элемент 41Ь более не подвергался воздействию магнитного поля, а термический элемент 41а напротив, подвергался этому воздействию.

Таким образом, в процессе третьего этапа цикла (см. фиг. 6А) термический элемент 41а оказывается подсоединен к «цепи тепла» 410а, а термический элемент 41Ь - к «цепи холода» 410Ь с помощью средств коммутирования 412. Термический элемент 41а испытывает воздействие магнитного поля магнитного элемента 403, нагревается и передает свои калории пересекающей его «цепи тепла». Калории переносятся «цепью тепла» 410а и выводятся теплообменником калорий 413а. Термический элемент 41Ь, более не испытывающий воздействия магнитного поля магнитного элемента 403, охлаждается до температуры ниже своей первоначальной и передает свои фригории пересекающей его «цепи холода» 410Ь. Фригории переносятся «цепью холода» 410Ь и выводятся теплообменником фригорий 413Ь, который может быть расположен в холодном корпусе 414.

Средства коммутирования 412 переключаются и приводят устройство 4 в конфигурацию второго этапа. Таким образом, цикл нагревания/охлаждения может повторяться неограниченное количество раз. При каждом цикле магнитно-тепловой материал термического элемента 41а, 41Ь последовательно подвергается воздействию магнитных полей, а затем выводится из-под данного воздействия. Частота цикла зависит от используемых средств и от желаемых термических результатов.

Переключение термических элементов 41а, 41Ь и цепей «холода» 410Ь и «тепла» 410а может быть синхронизировано с попеременным перемещением магнитного поля, например, посредством вращения постоянного угла или линейного передвижения на шаг постоянной длины. В цикле функционирования может использоваться температурный зонд, установленный в холодном корпусе 414 или, например, поблизости от охлаждаемых веществ.

В не представленном варианте реализации устройство 4 не содержит средств коммутации, и переход от одного этапа к другому сопровождается инверсией направления циркуляции теплоносителя в единственной цепи циркуляции теплоносителя. Данный вариант позволяет забыть о любых проблемах, связанных с герметичностью, поскольку не предусматривает использование вентилей и клапанов.

Возможности промышленного применения

Таким образом, данное устройство 4 позволяет нагревать, охлаждать или измерять температуру помещения, сельскохозяйственного туннеля, рефрижератора, а также может служить тепловым насосом и использоваться для любых аналогичных целей как на промышленных предприятиях, так и частными лицами.

Наконец, данное устройство 4 может служить для термической регулировки складских площадей, сушилок или для кондиционирования помещений. В общем плане в соответствии с изобретением переменные средства перемещения сочленены с магнитными средствами 103, 203, 303, 403, чтобы попеременно перемещать их относительно термического элемента 11, 21, 31, 41а, 41Ь. В связи с этим весь комплекс цепей теплоносителей является фиксированным, а изменение магнитного поля получается за счет попеременного перемещения самих магнитных средств 103, 203, 303, 403. Данная особая конструкция также позволяет избежать многочисленных проблем с герметичностью, возникающих, когда часть цепей 410а, 410Ь теплоносителя находится в движении относительно остальных цепей 410а, 410Ь. Настоящее описание наглядно демонстрирует, что устройство 1-4 в соответствии с изобретением, сокращая энергопотребление и не загрязняя окружающую среду, позволяет генерировать значительные термические потоки, которые могут быть использованы для целей любого типа. Установка и профилактика данного простого устройства могут осуществляться не имеющим особой квалификации персоналом. Кроме того, уровень шума при работе устройства крайне незначителен.

Вместе с тем, преимуществом данного устройства 1-4 является наличие всего двух функциональных положений, что упрощает его разработку, функционирование и обслуживание. Таким образом, оно

- 7 011049 проще в изготовлении и использовании, чем традиционные устройства.

Помимо этого, попеременные перемещения позволяют получать архитектуры устройства 1-4, допускающие свободное и экономически рентабельное увеличение числа термических элементов 11, 21, 31, 41а и 41Ь, и/или магнитных средств 103, 203, 303, 403, и/или единиц генерирования термического потока 10, 30. Посредством комбинирования нескольких единиц генерирования термического потока с попеременными перемещениями они также допускают увеличить термические мощности устройства 1-4 надежным образом, за умеренную цену и без излишнего усложнения функционирования или архитектуры устройства 1-4.

Настоящее изобретение не ограничено описанными примерами реализации, но распространяется на любые модификации и варианты, очевидные для профессионала в данной области, вместе с тем оставаясь в объеме правовой охраны, определенном в формуле изобретения.

Claims (25)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для создания теплового потока с магнитотермическим материалом, содержащим не менее одного средства для создания теплового потока (10, 30), снабженного, как минимум, двумя термическими элементами (11, 21, 31, 41а, 41Ь), каждый из которых содержит не менее одного магнитнотеплового элемента (12, 22, 32), магнитные средства (103, 203, 303, 403), расположенные таким образом, чтобы излучать, как минимум, одно магнитное поле, средства перемещения, сопряженные с указанными магнитными средствами (103, 203, 303, 403) для их перемещения относительно указанных магнитнотепловых элементов (12, 22, 32) с целью подвергнуть их изменениям магнитного поля, чтобы изменить их температуру, средства сбора калорий и/или фригорий тепла, испускаемого указанными магнитнотепловыми элементами (12, 22, 32), характеризующееся тем, что указанные средства перемещения выполнены с возможностью возвратно-поступательного и/или возвратно-вращательного движения и расположены так, чтобы перемещать указанные магнитные средства (103, 203, 303) относительно указанных магнитно-тепловых элементов (12, 22, 32) возвратно-поступательным и/или возвратно-вращательным движением.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное возвратно-поступательное и/или возвратновращательное движение выбрано из группы, включающей, как минимум, вращение, вращение в сочетании с перемещением, перемещение.
3. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные средства сбора включают, как минимум, одну цепь (410а, 410Ь) для теплоносителя, средства циркуляции (411а, 411Ь) указанного теплоносителя в указанной цепи (410а, 410Ь) и средства вывода (413 а, 413Ь) указанных калорий и/или фригорий тепла, собранных указанным теплоносителем, указанную цепь (410а, 410Ь) теплоносителя, содержащую не менее двух зон передачи (14), каждая из которых расположена в непосредственной близости от указанных магнитно-тепловых элементов (12, 22, 32) таким образом, чтобы указанный теплоноситель мог собрать по крайней мере, частично указанные калории и/или фригории тепла, испускаемые указанным соответствующим магнитно-тепловым элементом (12, 22, 32).
4. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанные средства сбора содержат средства для инверсии направления циркуляции указанного теплоносителя в указанной цепи (410а, 410Ь) теплоносителя.
5. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанные средства сбора содержат не менее двух цепей теплоносителя (410а, 410Ь), из которых по крайней мере одна является цепью теплого теплоносителя (410а) для сбора калорий тепла, а еще по крайней мере одна - цепью холодного теплоносителя (410Ь) для сбора фригорий тепла и средства коммутации (412), расположенные таким образом, чтобы попеременно подключать каждую из зон передачи (14) к одной или другой из этих цепей (410а, 410Ь).
6. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно включает средства синхронизации, расположенные так, чтобы синхронизировать указанные средства возвратно-поступательного и/или возвратновращательного движения с указанными средствами коммутирования (412) таким образом, чтобы в зависимости от магнитного поля, воздействию которого подвергается каждый магнитно-тепловой элемент (12, 22, 32), указанная соответствующая зона передачи (14) была бы соединена с одной или другой из указанных цепей (410а, 410Ь).
7. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный магнитно-тепловой элемент (12, 22, 32) содержит не менее одного магнитно-теплового материала, выбранного из группы, включающей, как минимум, гадолиний (Οά), сплав гадолиния, включающий не менее одного из материалов, выбранных из группы, включающей, как минимум, кремний (8ί), германий (Се), железо (Ее), магний (Мд), фосфор (Р), мышьяк (Λδ). при этом указанный магнитно-тепловой материал изготовлен в виде одной из форм, выбранных из группы, включающей блок, пластинку, порошок, агломерат кусочков.
8. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый термический элемент (11, 21, 31, 41а, 41Ь), по крайней мере, частично изготовлен из проводящего материала, выбранного из группы, включающей медь, сплавы меди, алюминий и алюминиевые сплавы, стали и стальные сплавы, нержавеющие материалы и сплавы нержавеющих материалов.
9. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный термический элемент (11, 21, 31, 41а, 41Ь)

   - 8 011049 содержит, как минимум, один пересекающий канал, имеющий, как минимум, одно отверстие входа (16) и, как минимум, одно отверстие выхода (17), подключенные к указанной цепи (410а, 410Ь), причем указанный пересекающий канал определяет указанную соответствующую зону передачи (14).
10. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный термический элемент (11, 21, 31, 41а, 41Ь) содержит единственный пересекающий канал, снабженный единственным отверстием входа (16) и единственным отверстием выхода (17), подсоединенными к указанной цепи (410а, 410Ь), причем указанный пересекающий канал определяет указанную соответствующую зону передачи (14).
11. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные магнитные средства содержат по меньшей мере один магнитный элемент (103, 203, 303, 403), снабженный по меньшей мере одним постоянным магнитом или одним электромагнитом или одним сверхпроводником.
12. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанный магнитный элемент (103, 203, 303, 403) содержит, как минимум, один намагничиваемый материал, расположенный таким образом, чтобы концентрировать и направлять линии поля указанного постоянного магнита, и выбранный из группы, включающей, как минимум, железо (Ее), кобальт (Со), мягкую сталь, ванадий (V) и сочетание этих материалов.
13. 13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанный магнитный элемент (103, 203, 303, 403) имеет форму буквы и или С и расположен таким образом, чтобы попеременно принимать между своими рукавами указанный магнитно-тепловой элемент (12, 22, 32).
14. 14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанные термические элементы (11, 21, 31, 41а, 41Ь) являются независимыми и разделены по меньшей мере одним термически изолирующим элементом, выбранным из группы, включающей, по крайней мере, пространство, изолирующий материал.
15. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит несколько магнитных элементов (103, 203, 303, 403), установленных по крайней мере на одной опоре (104, 304), соединенной с указанными средствами возвратно-поступательного и/или возвратно-вращательного движения.
16. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что указанная опора имеет круглую форму и выполнена в форме по крайней мере одного кольца (104) с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, причем радиально на указанном кольце расположены магнитные элементы (103, 203), и тем, что указанные термические элементы (11, 21) выполнены в форме круговых секторов, расположенных по кругу последовательным образом, чтобы указанные магнитные элементы (103, 203) могли свободно находить на них внахлест.
17. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные магнитные элементы (103) направлены таким образом, чтобы щели указанных форм в виде и или С были бы, по существу, параллельны оси вращения указанного кольца (104), и тем, что указанные термические элементы (11) направлены, по существу, параллельно оси вращения указанного кольца (104).
18. 18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные магнитные элементы (203) направлены таким образом, чтобы щели указанных форм в виде и или С были бы, по существу, перпендикулярны оси вращения указанного кольца (204), и тем, что указанные термические элементы (21) направлены, по существу, перпендикулярно оси вращения указанного кольца (204).
19. 19. Устройство по п.15, отличающееся тем, что указанная опора имеет, по существу, прямоугольную форму и определяет, как минимум, одну мобильную штангу (304), установленную с возможностью попеременного параллельного перемещения, а на указанной штанге (304) расположены указанные магнитные средства (303), а также тем, что указанные термические элементы (31) располагаются по меньшей мере на одной рамке (306), окружающей указанную штангу (304), и выстроены в заметную линию, чтобы указанные магнитные средства (303) могли свободно находить на них внахлест.
20. 20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что указанные магнитные средства (303) расположены в шахматном порядке с обеих сторон указанной штанги (304) и образуют два ряда, а также тем, что указанная рамка (306) содержит две набора термических элементов (31), каждый из которых соответствует магнитным средствам (303) одного из указанных рядов.
21. 21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна часть указанных термических элементов (11, 21, 31, 41а, 41Ь) расположена по меньшей мере на одной пластине (18, 28), снабженной сообщающимися отверстиями (100) для перемещения указанного теплоносителя к указанной цепи (410а, 410Ь).
22. 22. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанные средства циркуляции выбраны из группы, включающей насос (411а, 411Ь), термосифон.
23. 23. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанные средства вывода содержат по крайней мере два теплообменника, по крайней мере один из которых является теплообменником калорий (413а), соединенным с цепью теплого теплоносителя (410а), а по крайней мере еще один - теплообменником фригорий (413Ь), соединенным с цепью холодного теплоносителя (410Ь).
24. 24. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные средства возвратно-поступательного и/или возвратно-вращательного движения выбраны из группы, включающей мотор, домкрат, аэрогенератор, электромагнит, гидрогенератор.
25. 25. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит несколько средств для создания тепло- 9 011049 вого потока, подсоединенных последовательно, параллельно или в последовательно-параллельном сочетании.