RU2708002C1 - Ротационная магнитная холодильная машина - Google Patents
Ротационная магнитная холодильная машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708002C1 RU2708002C1 RU2018147363A RU2018147363A RU2708002C1 RU 2708002 C1 RU2708002 C1 RU 2708002C1 RU 2018147363 A RU2018147363 A RU 2018147363A RU 2018147363 A RU2018147363 A RU 2018147363A RU 2708002 C1 RU2708002 C1 RU 2708002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- coolant
- magnetocaloric
- magnetic
- inlet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к холодильным машинам, использующим магнитный материал в качестве рабочего тела и магнитокалорический эффект для охлаждения. Ротационная магнитная холодильная машина содержит корпус, внутри которого размещен ротор, систему теплоносителя, состоящую из подводящих и отводящих патрубков, и магнитную систему. В пазы ротора, вращающегося посредством сцепления зубчатой передачи с приводной шестерней, вставлены магнитнокалорические пластины, проходящие при вращении ротора через магнитное поле, образованное сверхпроводящими магнитами, расположенными вокруг корпуса и ротора. Ротор представляет собой кожух, в верхней части которого расположены отверстия для впуска теплоносителя, а нижняя закрыта кольцом отвода теплоносителя, во внутренней части которого расположены смачиваемый материал, канал движения теплоносителя, входное и выходное отверстия для прохода теплоносителя. В качестве теплоносителя используют воду. На магнитнокалорические пластины нанесено гидрофобное покрытие. Технический результат заключается в увеличении хладопроизводительности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к холодильным машинам, использующим магнитный материал в качестве рабочего тела и магнитокалорический эффект для охлаждения.
Уровень техники
Из уровня техники известен магнитокалорический рефрижератор (патент на полезную модель РФ 67237), содержащий магнитную систему, ротор с крышкой, снабженный каналами для прохода теплоносителя, рабочее тело из материала с магнитокалорическим эффектом, привод ротора, систему теплоносителя с насосом, теплоприемником, размещенным в камере охлаждения, и теплоотдатчиком, отличающийся тем, что рабочее тело выполнено в виде сменных капсул с магнитокалорическим эффектом, смонтированных в омываемых теплоносителем и отделенных друг от друга ячейках в теле ротора, а ось ротора выполнена неподвижной и снабжена каналами для подвода и отвода теплоносителя и уплотнениями, исключающими перетекание теплоносителя по плоскости взаимодействия неподвижной оси и ротора, при этом ротор кинематически связан с приводом, а теплоотдатчик выполнен в виде герметично установленного на роторе обода с внешним и внутренним оребрением и полостью, контактирующую с теплоносителем.
Известно решение, описанное в статье («Development of a rotary magnetic refrigerator)), International journal of refrigeration Volume 33 (2010) pp.294-300), в котором описан магнитокалорический рефрижератор, вкотором магнитное поле создается постоянными магнитами в четырех воздушных зазорах, через которые движется ротор с магнитокалорическими ячейками.
Недостаток описанных выше решений состоит в малом полезном объеме магнитного поля, локализованном в зазоре между полюсами постоянного магнита, либо электромагнита.
Известно решение, описанное в статье (C.Zimm et al Advances in Cryogenic Engineering Vol. 43 p.1759), в котором описан рефрижератор, рабочее тело которого, совершая возвратно-поступательные движения, помещается в магнитное поле и выходит из него, вступая в теплообмен в крайних точках. Недостатком такой системы являются существенные переменные механические нагрузки, вызванные магнитным взаимодействием рабочего тела и магнитного поля.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является магнитокалорический рефрижератор (патент на изобретение РФ 2029203), содержащий корпус, внутри которого размещен ротор с каналами, систему прокачки теплоносителя, состоящую из побудителя расхода теплоносителя, теплообменника нагрузки, теплоотдатчика, подводящих и отводящих патрубков, магнитную систему постоянных магнитов.
Из недостатков такой системы следует отметить тот факт, что часть теплоносителя остается в рабочем теле при перемагничивании и понижает эффективность устройства.
Технической проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности теплообмена за счет упрощения конструкции машины.
Раскрытие изобретения
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении хладопроизводительности ротационной холодильной машины.
Для достижения технического результата предложена ротационная магнитная холодильная машина, содержащая корпус, внутри которого размещен ротор, систему теплоносителя, состоящую из подводящих и отводящих патрубков, и магнитную систему, при этом, в пазы ротора, вращающегося посредством сцепления зубчатой передачи с приводной шестерней вставлены магнитнокалорические пластины, проходящие при вращении ротора через магнитное поле, образованное сверхпроводящими магнитами, расположенными вокруг корпуса и ротора, при этом ротор представляет собой кожух, в верхней части которого расположены отверстия для впуска теплоносителя, а нижняя закрыта кольцом отвода теплоносителя, во внутренней части которого расположены смачиваемый материал, канал движения теплоносителя, входное и выходное отверстия для прохода теплоносителя.
Кроме того, в качестве теплоносителя используют воду.
Кроме того, на магнитнокалорические пластины нанесено гидрофобное покрытие.
Предложенная конструкция ротационной магнитной холодильной машины совмещает в себе достоинства устройств возвратно-поступательного типа (большой рабочий объем магнитного поля) и ротационного типа (постоянное движение магнитнокалорических пластин через магнитное поле). При этом магнитное поле создается двумя парами сверхпроводящих магнитов, что обеспечивает его необходимую величину, а также реализуется двухступенчатый цикл охлаждения, что увеличивает максимальную разность температур охлаждаемого объема и теплообменника.
Осуществление изобретения
Ротационная магнитная холодильная машина состоит из корпуса 21, изготовленного из нержавеющей стали, внутри которого находится ротор 1, перемещающийся по направляющим роликам (на фиг. 1 не показаны), магнитной системы и системы циркуляции теплоносителя.
Ротор 1 состоит из кожуха 12 изготовленного из немагнитного материала с низкой теплопроводностью, например, полипропилена. Кожух 12 изготавливается разборным на четыре сектора по 90 градусов и со съемным верхом. В нижней его части с внутренней стороны имеется зубчатая передача 14, посредством которой он приводится во вращение с помощью приводной шестерни 20, подсоединенной к мотору (на фиг. 1 не показан). Ось вращения ротора направлена вертикально. В пазы ротора 1 вставлены магнитокалорические пластины 11, которые выполнены из вещества, обладающего магнитокалорическим эффектом. От выбора вещества зависит диапазон рабочих температур. Толщина и периодичность расположения магнитокалорических пластин 11 на роторе 1, а также их количество зависят от геометрических размеров машины, которые определяются требуемой хладопроизводительностью. При вращении ротора 1 каждая магнитокалорическая пластина 11 проходит через сверхпроводящие магниты 2.
Магнитная система состоит из двух пар сверхпроводящих магнитов 2, работающих в режиме захваченного магнитного потока. Каждый магнит помещен в криостат (на фиг. 1 не показан) и охлаждается жидким азотом.
В верхней части кожуха 12 располагаются отверстия для впуска теплоносителя 13. Нижняя наружная часть кожуха 12 закрывается неподвижным кольцом отвода теплоносителя 15, выполненным из того же материала, что и кожух 12 ротора 1. Во внутренней части кольца 15 расположен канал движения теплоносителя 17, по которому тот стекает к выходному отверстию 18 и выходит в патрубок. Теплоноситель в канал 17 попадает через входное отверстие 16, в котором располагается смачиваемый теплоносителем материал 19 (марля), обеспечивающий стекание его в канал.
Над каналом теплоносителя 17 расположена брызгоулавливающая полость, имеющая глухую стенку сразу за входным отверстием 16. Расположение в кольце 15 входного 16 и выходного 18 отверстий и стенки за ними определяет линию движения теплоносителя.
К выходным отверстиям 18 кольца отвода теплоносителя 15 подсоединены выходные патрубки 3, 5, 8, 10.
Входные патрубки 4, 6, 7, 9 расположены напротив отверстий для впуска теплоносителя 13 ротора 1.
Входной патрубок 9 соединен с выходным патрубком 8, а входной патрубок 6 соединен с выходным патрубком 3 шлангами (на фиг. 1 не показаны) и образуют промежуточные контуры нагрева и охлаждения.
Входной 7 и выходной 5 патрубки соединены шлангами (на фиг. 1 не показаны) с термостатом (на фиг. 1 не показан) и образуют горячий контур.
Входной 4 и выходной 10 патрубки соединены шлангами (на фиг. 1 не показаны) с теплообменником охлаждаемого объема (на фиг. 1 не показан) и образуют холодный контур.
Циркуляцию теплоносителя в контурах обеспечивают включенные в каждый контур насосы (на фиг. 1 не показаны).
Рассмотрим работу одной из магнитнокалорических пластин 11.
Теплоноситель горячего контура поступает к ротору 1 через входной патрубок горячего контура 7 и, проходя через отверстие 13, заполняет пространство между магнитнокалорическими пластинами 11, нагревая их до температуры Тг. В процессе вращения, магнитнокалорическая пластина 11 оказывается внутри одного из сверхпроводящих магнитов 2. Магнитокалорическая пластина 11 в магнитном поле нагревается за счет магнитокалорического эффекта и отдает тепло теплоносителю. После этого горячий теплоноситель удаляется из ротора 1 через входное отверстие 16, канал теплоносителя 17, выходное отверстие 18 и далее через выходной патрубок горячего контура 5 в термостат (на фиг. 1 не показан). Материал 19 (марля), обеспечивает стекание теплоносителя в канал, а также не допускает разбрызгивание его по стенкам. На его место, через отверстия для впуска теплоносителя 13 поступает теплоноситель промежуточного контура с температурой Тп, который охлаждает магнитокалорическую пластину 11 до своей температуры, забирая лишнее тепло. Теплоноситель промежуточного контура через входное отверстие канала теплоносителя 16 стекает в канал теплоносителя 17, находясь внутри второго сверхпроводящего магнита 2, и выходит через выходное отверстие 18 и выходной патрубок промежуточного контура 3 в систему промежуточного контура. На его место в магнитнокалорическую пластину 11 через входной патрубок холодного контура 4 и отверстие для впуска теплоносителя 13 поступает теплоноситель холодного контура, охлаждая магнитнокалорическую пластину 11 до температуры Тх. Вращаясь, магнитнокалорическая пластина 11 выходит из магнитного поля сверхпроводящего магнита, тем самым размагничивается и вследствие магнитокалорического эффекта забирает тепло у холодного теплоносителя, причем больше, чем отдало ему в предыдущей фазе цикла. Холодный теплоноситель через канал теплоносителя 17, выходное отверстие 18 и выходной патрубок холодного теплоносителя 10 выходит во внешнюю систему охлаждения (на фиг. 1 не показана), а в магнитнокалорическую пластину 11 через отверстие для впуска теплоносителя 13 и через входной патрубок промежуточного контура 9 снова поступает теплоноситель промежуточного контура. Он вновь нагревает магнитнокалорическую пластину 11 до температуры Тп и выходит, пройдя через входное отверстие канала теплоносителя 16, канал теплоносителя 17 и выходное отверстие теплоносителя 18 через выходной патрубок промежуточного контура 8 в систему промежуточного контура. На его место из термостата (на фиг. 1 не показан) через входной патрубок горячего контура 7, отверстие для впуска теплоносителя 13 в магнитнокалорическую пластину 11 поступает теплоноситель горячего контура, который нагревает магнитнокалорическую пластину И до температуры Тг, отдавая ей тепло меньшее, чем потом получит при намагничивании магнитнокалорической пластины 11. Цикл повторяется.
Вторая пара сверхпроводящих магнитов 2 находится на противоположной стороне машины и конструктивно полностью дублирует первую, тем самым удваивая хладопроизводительность машины.
Хладопроизводительные свойства зависят от выбора вещества, толщины, количества и периодичности расположения магнитокалорических пластин 11 на роторе 1, а также величины магнитного поля, создаваемого сверхпроводящими магнитами 2.
При габаритных размерах машины радиусе ротора 1-30 см, радиусе сечения ротора 1-3 см, толщине магнитокалорических пластин 11, изготовленных из гадолиния 0,25 мм, периодичности пластин 11-2 мм (общее количество пластин - 1000 шт. ), магнитном поле 1,5 Тл -максимальная хладопроизводительность составит более 200 Вт. При этом максимальная разность температур составит около 6 К, а максимальные усилия будут не выше 10 Н.
При радиусе ротора 1 - 1 м, радиусе сечения ротора 1-10 см, толщине пластин 11 - 0,25 мм, периодичности пластин 11-1 мм (всего 8500 шт. ) - максимальная хладопроизводительность составит уже 10 кВт.
Таким образом, заявленное изобретение решает указанный технический результат - увеличение хладопроизводительности за счет отсутствия при в работе машины фазы «простоя» магнитного поля.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема ротационной магнитной холодильной машины (вид сверху), где:
1 - ротор;
2 - сверхпроводящие магниты;
3 - выходной патрубок нагрева промежуточного контура;
4 - входной патрубок холодного контура;
5 - выходной патрубок горячего контура;
6 - входной патрубок нагрева промежуточного контура;
7 - входной патрубок горячего контура;
8 - выходной патрубок охлаждения промежуточного контура;
9 - входной патрубок охлаждения промежуточного контура;
10 - выходной патрубок холодного контура;
11 - магнитокалорические пластины;
20 - приводная шестерня;
21 - корпус.
Стрелкой показано направление движения ротора. На фиг.2 показано поперечное сечение ротора, где:
12 - разборный кожух;
13 - отверстие для впуска теплоносителя;
14 - зубчатая передача;
15 - кольцо отвода теплоносителя;
16 - входное отверстие канала теплоносителя;
17 - канал теплоносителя;
18 - выходное отверстие канала теплоносителя;
19 - смачиваемый теплоносителем материал.
Claims (3)
1. Ротационная магнитная холодильная машина, содержащая корпус, внутри которого размещен ротор, систему теплоносителя, состоящую из подводящих и отводящих патрубков, и магнитную систему, отличающаяся тем, что в пазы ротора, вращающегося посредством сцепления зубчатой передачи с приводной шестерней, вставлены магнитнокалорические пластины, проходящие при вращении ротора через магнитное поле, образованное сверхпроводящими магнитами, расположенными вокруг корпуса и ротора, при этом ротор представляет собой кожух, в верхней части которого расположены отверстия для впуска теплоносителя, а нижняя закрыта кольцом отвода теплоносителя, во внутренней части которого расположены смачиваемый материал, канал движения теплоносителя, входное и выходное отверстия для прохода теплоносителя.
2. Ротационная магнитная холодильная машина по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя используют воду.
3. Ротационная магнитная холодильная машина по п. 1, отличающаяся тем, что на магнитнокалорические пластины нанесено гидрофобное покрытие.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018147363A RU2708002C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Ротационная магнитная холодильная машина |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018147363A RU2708002C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Ротационная магнитная холодильная машина |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708002C1 true RU2708002C1 (ru) | 2019-12-03 |
Family
ID=68836418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018147363A RU2708002C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Ротационная магнитная холодильная машина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708002C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU138349A1 (ru) * | 1960-04-01 | 1960-11-30 | ков В.А. Проскур | Воздухоосушитель |
RU2029203C1 (ru) * | 1992-05-20 | 1995-02-20 | Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника" | Магнитокалорический рефрижератор |
US6758046B1 (en) * | 1988-08-22 | 2004-07-06 | Astronautics Corporation Of America | Slush hydrogen production method and apparatus |
US20120060512A1 (en) * | 2010-06-07 | 2012-03-15 | Jan Vetrovec | Magnetocaloric refrigerator |
WO2013001061A2 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Camfridge Ltd. | Multi-material-blade for active regenerative magneto-caloric or electro-caloric heat engines |
-
2018
- 2018-12-28 RU RU2018147363A patent/RU2708002C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU138349A1 (ru) * | 1960-04-01 | 1960-11-30 | ков В.А. Проскур | Воздухоосушитель |
US6758046B1 (en) * | 1988-08-22 | 2004-07-06 | Astronautics Corporation Of America | Slush hydrogen production method and apparatus |
RU2029203C1 (ru) * | 1992-05-20 | 1995-02-20 | Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника" | Магнитокалорический рефрижератор |
US20120060512A1 (en) * | 2010-06-07 | 2012-03-15 | Jan Vetrovec | Magnetocaloric refrigerator |
WO2013001061A2 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Camfridge Ltd. | Multi-material-blade for active regenerative magneto-caloric or electro-caloric heat engines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9857106B1 (en) | Heat pump valve assembly | |
US4507927A (en) | Low-temperature magnetic refrigerator | |
Lozano et al. | Development of a novel rotary magnetic refrigerator | |
US8191375B2 (en) | Device for generating cold and heat by a magneto-calorific effect | |
EP1736719A1 (en) | Continuously rotary magnetic refrigerator or heat pump | |
US4956976A (en) | Magnetic refrigeration apparatus for He II production | |
RU2436022C2 (ru) | Генератор тепла, содержащий магнитокалорический материал | |
US4727721A (en) | Apparatus for magnetocaloric refrigeration | |
CN100507406C (zh) | 旋转磁体式磁致冷机及其致冷方法 | |
US20160025385A1 (en) | Magnetic refrigeration system with separated inlet and outlet flow | |
EP1736717A1 (en) | Continuously rotary magnetic refrigerator and heat pump and process for magnetic heating and/or cooling with such a refrigerator or heat pump | |
US20100117482A1 (en) | Valve apparatus | |
Zimm et al. | The evolution of magnetocaloric heat-pump devices | |
US10520229B2 (en) | Caloric heat pump for an appliance | |
RU2708002C1 (ru) | Ротационная магнитная холодильная машина | |
KR20110127151A (ko) | 자기열량 열 발생기 | |
Tagliafico et al. | Performance analysis of a room temperature rotary magnetic refrigerator for two different gadolinium compounds | |
JP6497526B2 (ja) | 磁気熱量熱発生器及び磁気熱量熱発生器によって2次流体と呼ばれる流体を冷却するための方法 | |
JP5253883B2 (ja) | 磁気冷凍装置 | |
JP3230158U (ja) | 回転型磁気冷凍式冷凍装置 | |
JP2016020768A (ja) | 往復流熱交換システム | |
CN110645734B (zh) | 一种旋转式磁制冷冷机及方法 | |
US20110315348A1 (en) | Magnetocaloric heat generator | |
US20190178535A1 (en) | Caloric heat pump for an appliance | |
JP2006112709A (ja) | 磁気冷凍装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210120 Effective date: 20210120 |