RU198143U1

RU198143U1 - Устройство для компенсации магнитных сил, действующих на регенератор

Info

Publication number: RU198143U1
Application number: RU2019145113U
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Ашишин; Юрий Иванович Спичкин
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-06-19

Abstract

Полезная модель относится к холодильным (тепловым) машинам, в которых используется схема линейного перемещения регенератора. Технический результат заключается в уменьшении магнитных сил, возникающих между обмоткой электромагнита и регенератором. Для его достижения предложено устройство для компенсации магнитных сил, действующих на регенератор, включающее корпус регенератора, в котором находятся два рабочих и компенсационный контейнеры, заполненные магнитным материалом и разделенные между собой поперек регенератора перегородкой, в которой выполнены глухие каналы или глухие отверстия или углубления различных форм, заполненные магнитным материалом и расположенные в чередующемся порядке со стороны рабочего и компенсационного контейнеров. 1 н. п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к холодильным (тепловым) машинам, в которых используется схема линейного перемещения регенератора.

Уровень техники

Известны магнитные холодильные машины, в которых используется схема с линейным возвратно-поступательным движением рабочего тела (магнитного регенератора) (патенты США US 4332135, US 4507928), в которых цилиндрический контейнер, содержащий рабочее тело (регенератор), вводится в цилиндрическое рабочее отверстие источника поля и выводится из него с помощью механического привода, совершая при этом поступательные движения вдоль оси рабочего отверстия. При перемещении регенератора с рабочим телом в рабочем зазоре сверхпроводящего соленоида на регенератор действуют значительные продольные магнитные силы, связанные со взаимодействием рабочего материала с магнитным полем, градиент которого на фланцах источника поля достигает значительных величин. Преодоление этих сил требует совершения значительной работы, на что устройство потребляет энергию, а это приводит к снижению его общей эффективности. Кроме того, магнитные силы, возникающие при перемещении регенератора в процессе работы устройства, вызывают соответствующие реакции, действующие и на конструктивные элементы источника магнитного поля. Для сверхпроводящих источников это означает необходимость усиления конструкции крепления соленоида, что противоречит требованию минимизации притока тепла к соленоиду и ухудшает рабочие характеристики источника.

Известно решение (US 5934078), в котором для минимизации сил, возникающих при перемещении регенератора, в холодильных (тепловых) машинах, выполненных по возвратно-поступательной схеме, регенератор разделяется на два идентичных контейнера, расположенных на его противоположных концах симметрично относительно центра.

Недостатком этого технического решения является то, что значение полной силы, действующей на составной регенератор с двумя контейнерами, по-прежнему остается значительным, что связано с неполной компенсацией магнитных сил, действующих на контейнеры, а также с конечностью линейных геометрических размеров регенератора, и является недостатком данного способа их компенсации.

Технической проблемой, на решение которой направлена данная полезная модель является повышение эффективности магнитной холодильной (тепловой) машины, работающей по линейной, возвратно-поступательной схеме.

Раскрытие полезной модели

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении магнитных сил, возникающих между обмоткой электромагнита и регенератором.

Для достижения технического результата предложено устройство для компенсации магнитных сил, действующих на регенератор включающее корпус регенератора, в котором находятся два рабочих и компенсационный контейнеры, заполненные магнитным материалом и разделенные между собой поперек регенератора перегородкой, в которой выполнены глухие каналы или глухие отверстия или углубления различных форм, заполненные магнитным материалом и расположенные в чередующемся порядке со стороны рабочего и компенсационного контейнеров.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено изображение поперечного сечения перегородки регенератора магнитной тепловой машины с перекрывающимися каналами, устанавливаемой между рабочим и компенсационным контейнерами регенератора, где:

1 - корпус;

2 - рабочий контейнер;

3 - компенсационный контейнер;

4 - перегородка;

5 - каналы рабочего контейнера;

6 - каналы компенсационного контейнера.

На фиг. 2 показан пример схемы расположения каналов круглого сечения, относящихся к рабочему (Р) и компенсационному (К) контейнерам в перегородке, где:

7 - отверстия для прохода трубок;

Р - каналы рабочего контейнера;

К - каналы компенсационного контейнера.

На фиг. 3 показаны результаты численного расчета магнитной индукции поля рассеяния вдоль поверхности регенератора и в непосредственной близости от этой поверхности на участке, включающем в себя перегородку между рабочим и компенсационным контейнерами (положение перегородки показано вертикальными пунктирными линиями) для случая сплошной (без перекрывающихся каналов) перегородки - кривая А, и перегородки с перекрывающимися каналами круглого сечения кривая Б.

Осуществление полезной модели

Составной регенератор (фиг. 1), в состав которого входит заявляемая полезная модель, состоит из корпуса 1, выполненного из пластмассы, разделенного перегородками 4 из того же материала на несколько отсеков. В отсеках расположены рабочие контейнеры 2, заполненные магнитокалорическим материалом (например, металлическим гадолинием), и компенсационные контейнеры 3, заполненные ферромагнитным материалом (например, тем же гадолинием или железом). Причем рабочих контейнеров два, а компенсационных контейнеров один либо три.

Дополнительные компенсационные контейнеры 3, через которые не производится продувка теплоносителя и которые не участвуют в процессе теплообмена служат для увеличения однородности магнитных свойств вдоль регенератора, причем в перегородке 4 между компенсационными 3 и рабочим 2 контейнерами выполнены глухие каналы 5 (Р на фиг. 2), заполненные материалом рабочего контейнера, и 6 (К на фиг. 2), заполненные материалом компенсационного контейнера. Также в перегородке 4 выполнены отверстия для прохода трубок 7, посредством которых осуществляется прокачка теплоносителя через рабочие контейнеры 2.

Глухие каналы рабочего 5 и компенсационного 6 контейнеров расположены в чередующемся порядке со стороны рабочих 2 и компенсационных 3 контейнеров так, что обеспечивается перекрытие магнитного материала этих контейнеров.

Таким способом достигается максимально возможная непрерывность магнитных свойств регенератора по длине перегородки 4, что минимизирует поле рассеяния в местах переходов рабочий контейнер 2 - компенсационный контейнер 3 и уменьшает усилия, возникающие при перемещении регенератора в рабочем зазоре источника поля. Каналы рабочего 5 и компенсационного 6 контейнеров могут представлять собой отдельные глухие отверстия или углубления различных форм.

Устройство может быть использовано для регенераторов магнитных холодильных (тепловых) машин, содержащих компенсационные контейнеры и работающих по линейной, возвратно-поступательной схеме.

Пример возможного расположения каналов рабочего 5 и компенсационного 6 контейнеров показан на фиг. 2.

Плотность магнитной силы, действующей в однородном магнитном поле на неоднородно намагниченное вещество пропорциональна напряженности магнитного поля и градиенту намагниченности.

При использовании сплошной перегородки между рабочим 2 и компенсационным 3 контейнерами возникает большой градиент намагниченности в области перегородки, где ферромагнитный материал (гадолиний) сменяется немагнитной пластмассой. При смене пластмассы ферромагнитным материалом по другую сторону перегородки возникает градиент обратного знака. Таким образом, при заходе и выходе сплошной перегородки в магнитное поле возникают существенные магнитные силы. При площади поперечного сечения границы рабочего контейнера с гадолинием 30 см² в поле 5 Тл значение полной силы будет около 500 Н.

Наличие в перегородке 4 каналов рабочего 5 и компенсационного 6 контейнеров уменьшает перепад средней намагниченности между областями контейнера и перегородки, что приводит к уменьшению градиента намагниченности, а, следовательно, к уменьшению магнитной силы, действующей на регенератор.

Оценить масштабы неоднородности намагничивания позволяет измерение поля рассеяния в области перегородки 4 либо его моделирование.

На фиг. 3 представлены результаты численного расчета магнитной индукции поля рассеяния вдоль поверхности регенератора и в непосредственной близости от этой поверхности на участке, включающем в себя перегородку 4 между рабочим 2 и компенсационным 3 контейнерами (положение перегородки показано вертикальными пунктирными линиями) для случая сплошной (без перекрывающихся каналов) перегородки - кривая А, и перегородки с перекрывающимися каналами круглого сечения кривая Б. Расчет проведен для гадолиния при температуре 290 К и во внешнем поле с магнитной индукцией 5 Т в качестве магнитного материала, находящегося в рабочем 2 и компенсационном 3 контейнерах. Как можно видеть, применение перекрывающихся каналов рабочего 5 и компенсационного 6 контейнеров уменьшает магнитную индукцию поля рассеяния в 2,5 раза, что свидетельствует о существенном улучшении магнитной однородности вдоль оси регенератора при использовании перегородки 4 с перекрывающимися каналами.

Таким образом, наличие в перегородке 4 каналов рабочего 5 и компенсационного 6 контейнеров, снижает средний градиент намагниченности, что позволяет уменьшить эту силу в 2-3 раза с 500 Н до 200 Н.

Claims

Устройство для компенсации магнитных сил, действующих на регенератор, включающее корпус регенератора, в котором находятся два рабочих и компенсационный контейнеры, заполненные магнитным материалом и разделенные между собой поперек регенератора перегородкой, в которой выполнены глухие каналы, заполненные магнитным материалом и расположенные в чередующемся порядке со стороны рабочего и компенсационного контейнеров.