RU2734697C2 - Method for compensation of magnetic forces in magnetic refrigeration (thermal) machines with linear movement of regenerator - Google Patents
Method for compensation of magnetic forces in magnetic refrigeration (thermal) machines with linear movement of regenerator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734697C2 RU2734697C2 RU2018147087A RU2018147087A RU2734697C2 RU 2734697 C2 RU2734697 C2 RU 2734697C2 RU 2018147087 A RU2018147087 A RU 2018147087A RU 2018147087 A RU2018147087 A RU 2018147087A RU 2734697 C2 RU2734697 C2 RU 2734697C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- regenerator
- magnetic
- containers
- working
- compensation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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]
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение 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.The invention relates to refrigeration or heat engineering, namely, refrigeration machines or heat pumps using a magnetic material as a working fluid and a magnetocaloric effect for cooling or heating.
Уровень техникиState of the art
Известны магнитные холодильные или тепловые машины, работающие по активному магнитному регенеративному циклу (AMP). Особенностью данных устройств является то, что рабочее тело, каковым является магнитный материал, выполняет две функции - активного вещества, нагревающегося/охлаждающегося при намагничивании/размагничивании, а также регенератора, что позволяет существенно расширить рабочий диапазон устройства и повысить его эффективность.Known are magnetic refrigeration or heat engines operating on an active magnetic regenerative cycle (AMP). A feature of these devices is that the working fluid, which is a magnetic material, performs two functions - an active substance that heats up / cools down during magnetization / demagnetization, as well as a regenerator, which can significantly expand the operating range of the device and increase its efficiency.
Основными компонентами AMP холодильной или тепловой машины являются:The main components of an AMP chiller or heat engine are:
- регенератор, содержащий рабочее тело;- regenerator containing the working fluid;
- источник магнитного поля;- the source of the magnetic field;
- рабочий контур с теплоносителем, содержащий холодный и горячий теплообменники, а также систему, обеспечивающую требуемое для работы машины перемещение теплоносителя по рабочему контуру и через регенератор;- a working circuit with a coolant containing cold and hot heat exchangers, as well as a system that ensures the movement of the coolant required for the operation of the machine along the working circuit and through the regenerator;
- система, реализующая намагничивание/размагничивание регенератора в источнике магнитного поля.- a system that implements magnetization / demagnetization of the regenerator in a magnetic field source.
Магнитное поле, необходимое для намагничивания/размагничивания рабочего тела, обычно создается сверхпроводящим источником поля или источником поля на постоянных магнитах. При этом намагничивание/размагничивание рабочего тела выполняется путем перемещения либо магнита относительно рабочего тела, либо рабочего тела относительно магнита (патенты США US 3393526 (A), US 4107935 (А), US 4332135 (A), US 4408463 (А); патент Франции FR 2580385 (А1); авторские свидетельства СССР SU 1629706 (A1), SU 1638493 (A1), SU 1651055 (А1)).The magnetic field required to magnetize / demagnetize the working fluid is usually generated by a superconducting field source or a permanent magnet field source. In this case, the magnetization / demagnetization of the working fluid is performed by moving either the magnet relative to the working fluid, or the working fluid relative to the magnet (US patents US 3393526 (A), US 4107935 (A), US 4332135 (A), US 4408463 (A); French patent FR 2580385 (A1); USSR copyright certificates SU 1629706 (A1), SU 1638493 (A1), SU 1651055 (A1)).
Известны схемы с линейным возвратно-поступательным (патент США US 3393526; патент Франции FR 2580385) движением магнита.Known circuits with linear reciprocating (US patent US 3393526; French patent FR 2580385) movement of the magnet.
Для машин с перемещающимся регенератором известна схема с линейным возвратно-поступательным движением рабочего тела (патенты США US 4332135, US 4507928, US 5934078).For machines with a moving regenerator known scheme with a linear reciprocating movement of the working fluid (US patents US 4332135, US 4507928, US 5934078).
Применение перемещения рабочего тела относительно источника поля или источника поля относительно рабочего тела для реализации намагничивания/размагничивания рабочего тела позволяет получить достаточно высокие скорости намагничивания/перемагничивания что важно для достижения высоких рабочих частот устройства, необходимых для реализации его высокой холодопроизводительности. Получить высокие скорости намагничивания/перемагничивания для источников, использующих электромагниты, путем коммутации тока в их обмотках практически невозможно из-за низких скоростей изменения поля при коммутации, связанной с существенной индуктивностью обмоток, а для источников поля на постоянных магнитах перемещение объекта в зазоре источника вообще является единственным способом обеспечить его намагничивание/размагничивание.The use of moving the working medium relative to the field source or the field source relative to the working medium for the implementation of magnetization / demagnetization of the working medium makes it possible to obtain sufficiently high magnetization / magnetization reversal rates, which is important to achieve high operating frequencies of the device necessary for the implementation of its high cooling capacity. It is almost impossible to obtain high magnetization / magnetization reversal rates for sources using electromagnets by switching the current in their windings due to the low rates of change of the field during switching, associated with the significant inductance of the windings, and for field sources based on permanent magnets, the movement of an object in the gap of the source is generally the only way to ensure its magnetization / demagnetization.
Основной схемой магнитной холодильной или тепловой машины с перемещающимся регенератором является устройство с линейным возвратно-поступательным движением рабочего тела (патенты США US 4332135, US 4507928, US 5934078), в котором цилиндрический контейнер, содержащий рабочее тело (регенератор), помещается в цилиндрическое рабочее отверстие источника поля и извлекается из него с помощью механического привода, совершая линейное возвратно-поступательное движение вдоль оси рабочего отверстия.The main scheme of a magnetic refrigeration or heat machine with a moving regenerator is a device with a linear reciprocating movement of the working fluid (US patents US 4332135, US 4507928, US 5934078), in which a cylindrical container containing the working fluid (regenerator) is placed in a cylindrical working opening field source and is extracted from it using a mechanical drive, performing a linear reciprocating motion along the axis of the working hole.
При перемещении регенератора с рабочим телом в рабочем зазоре сверхпроводящего соленоида на регенератор действуют значительные продольные силы, связанные со взаимодействием рабочего материала с магнитным полем (магнитные силы), на преодоление которых затрачивается значительная работа. На совершение данной работы устройство потребляет энергию, что снижает его общую эффективность. Кроме того, магнитные силы, возникающие при перемещении регенератора в процессе работы устройства, передаются и на конструктивные элементы источника магнитного поля.When the regenerator with the working fluid moves in the working gap of the superconducting solenoid, considerable longitudinal forces act on the regenerator, associated with the interaction of the working material with the magnetic field (magnetic forces), which require considerable work to overcome. To complete this work, the device consumes energy, which reduces its overall efficiency. In addition, the magnetic forces arising from the movement of the regenerator during the operation of the device are transmitted to the structural elements of the magnetic field source.
Для минимизации сил, возникающих при перемещении регенератора, в холодильных или тепловых машинах, выполненных по линейной возвратно-поступательной схеме, регенератор разделяют на два идентичных контейнера, расположенные друг за другом вдоль оси регенератора.To minimize the forces arising from the movement of the regenerator, in refrigeration or heat machines made according to a linear reciprocating scheme, the regenerator is divided into two identical containers located one after another along the axis of the regenerator.
Такое конструктивное решение регенератора позволяет существенно (до двух раз) уменьшить полную силу, действующую на контейнер.Such a constructive solution of the regenerator makes it possible to significantly (up to two times) reduce the total force acting on the container.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому устройству является техническое решение, реализованное в магнитной холодильной машине, предложенной в патенте США US 5934078 A1.The closest in technical essence (prototype) to the claimed device is a technical solution implemented in a magnetic refrigeration machine proposed in US patent US 5934078 A1.
Холодильное устройство с активным магнитным регенератором (патент США US 5934078 A1) включает один или несколько возвратно-поступательных слоев регенератора и распределительный клапан теплоносителя, который активируется при перемещении слоя между положением, в котором оно находится в магнитном поле магнита, в положение, в котором оно находится снаружи магнитное поле магнита. Распределительный клапан имеет первый клапанный элемент и движущийся второй клапанный элемент, скользящим образом зацепленный друг с другом, каждый из которых имеет отверстия, через которые теплопередающая текучая среда может подаваться и приниматься от клапанного элемента. Слой крепится к движущемуся второму элементу клапана, так что теплоноситель подается в клапан и через него в одном направлении в слой регенератора. Материал слоя проявляет магнитокалорический эффект, и температура слоя повышается, когда он входит в магнитное поле магнита, и понижается, когда он выходит из магнитного поля, обеспечивая цикл охлаждения. Направление потока жидкости к распределительному клапану, от него и через него остается одинаковым в обоих положениях слоя или слоев, причем распределительный клапан служит для переключения направления потока жидкости через слой в не намагниченных и намагниченных положениях слоя, так что практически нет мертвого объема теплоносителя.A refrigeration device with an active magnetic regenerator (US patent US 5934078 A1) includes one or more reciprocating regenerator beds and a heat carrier distribution valve, which is activated when the bed moves between the position in which it is in the magnetic field of the magnet, to the position in which it is is outside the magnetic field of the magnet. The control valve has a first valve member and a movable second valve member slidably engaged with each other, each of which has openings through which heat transfer fluid can be supplied to and received from the valve member. The bed is attached to the moving second valve element so that the heating medium is fed into the valve and through it in one direction into the regenerator bed. The material of the layer exhibits a magnetocaloric effect and the temperature of the layer rises when it enters the magnetic field of the magnet and decreases when it leaves the magnetic field, providing a cooling cycle. The direction of liquid flow to, from and through the control valve remains the same in both positions of the layer or layers, and the control valve serves to switch the direction of liquid flow through the layer in non-magnetized and magnetized positions of the layer, so that there is practically no dead volume of the coolant.
Основным существенным недостатком 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. Так, в магнитной холодильной машине, предложенной в патенте США US 5934078 A максимальное значение полной силы для регенератора, состоящего из двух контейнеров, каждый из которых заполнен 1,5 кг гадолиния, используемого в качестве рабочего тела, перемещающегося в сверхпроводящем соленоиде с максимальным значением индукции магнитного поля 5 Т, составляет 2500 Н.The main significant disadvantage is that the value of the total force acting on the composite regenerator with two containers is still significant, which is associated with incomplete compensation of the magnetic forces acting on the containers, as well as with the finiteness of the linear geometric dimensions of the regenerator, and is a disadvantage of this the way of their compensation. Thus, in a magnetic refrigeration machine proposed in US patent US 5934078 A, the maximum value of the total force for a regenerator consisting of two containers, each of which is filled with 1.5 kg of gadolinium, used as a working fluid, moving in a superconducting solenoid with a maximum value of induction magnetic field 5 T, is 2500 N.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение эффективности AMP магнитной холодильной или тепловой машины, работающей в широком интервале температур по линейной возвратно-поступательной схеме.The technical problem to be solved by the claimed invention is to increase the efficiency of the AMP of a magnetic refrigeration or heat machine operating in a wide temperature range according to a linear reciprocating scheme.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническим результатом заявляемого изобретения является минимизация магнитных сил, действующих на регенератор.The technical result of the claimed invention is to minimize the magnetic forces acting on the regenerator.
Для достижения технического результата предложено устройство компенсации магнитных сил в магнитных холодильных или тепловых машинах с линейным возвратно-поступательным перемещением регенератора, содержащее рабочие контейнеры с магнитным материалом, через которые осуществляется продувка теплоносителя в процессе работы машины, при этом, между рабочими контейнерами располагают компенсационные контейнеры, заполненные магнитным материалом, не участвующие в процессе теплообмена в рабочем контуре машины и служащие для компенсации усилий, возникающих при перемещении регенератора в источнике магнитного поля.To achieve the technical result, a device for compensating magnetic forces in magnetic refrigeration or heat machines with linear reciprocating movement of the regenerator is proposed, containing working containers with magnetic material, through which the coolant is blown during the operation of the machine, while compensation containers are placed between the working containers, filled with magnetic material, not participating in the heat exchange process in the working circuit of the machine and serving to compensate for the forces arising from the movement of the regenerator in the source of the magnetic field.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фиг. 1 показано распределение компоненты напряженности магнитного поля H(z) вдоль оси цилиндрического рабочего отверстия в соленоиде (зависимость Hz(z), где z - координата вдоль оси соленоида, начало координат соответствует центру соленоида).FIG. 1 shows the distribution of the component of the magnetic field strength H (z) along the axis of the cylindrical working hole in the solenoid (dependence H z (z), where z is the coordinate along the solenoid axis, the origin corresponds to the center of the solenoid).
На фиг. 2 показана схема регенератора, в холодильных или тепловых машинах, выполненных по линейной возвратно-поступательной схеме, разделенного на два идентичных контейнера, расположенных друг за другом вдоль оси регенератора.FIG. 2 shows a diagram of a regenerator, in refrigeration or heat machines, made according to a linear reciprocating scheme, divided into two identical containers arranged one after another along the axis of the regenerator.
На фиг. 3 показана зависимость полной силы от координаты центра регенератора относительно центра соленоида.FIG. 3 shows the dependence of the total force on the coordinate of the center of the regenerator relative to the center of the solenoid.
На фиг. 4 представлена схема регенератора с одним дополнительным компенсирующим контейнером (трехконтейнерного регенератора).FIG. 4 shows a diagram of a regenerator with one additional compensating container (three-container regenerator).
На фиг. 5 представлены результаты численного расчета силы (половина зависимости при полном ходе регенератора, вторая половина имеет аналогичный вид, но противоположна по знаку), действующей на регенератор при его перемещении в соленоиде (z - координата центра регенератора относительно центра соленоида) с максимальной индукцией магнитного поля 5Т, для регенератора, состоящего из двух рабочих контейнеров (двухконтенерный регенератор - см. фиг. 2) - кривая 1, и для трехконтейнерного регенератора (фиг. 4) - кривая 2.FIG. 5 shows the results of a numerical calculation of the force (half of the dependence at the full stroke of the regenerator, the second half has a similar form, but opposite in sign) acting on the regenerator when it moves in the solenoid (z is the coordinate of the regenerator center relative to the solenoid center) with the maximum magnetic field induction 5Т , for a regenerator consisting of two working containers (two-container regenerator - see Fig. 2) -
На фиг. 6 представлена схема регенератора с тремя дополнительными компенсирующими контейнерами (пятиконтейнерного регенератора).FIG. 6 shows a diagram of a regenerator with three additional compensating containers (five-container regenerator).
На фиг. 7 представлены результаты численного расчета, выполненного с помощью метода конечных элементов, силы, действующей на пятиконтейнерный регенератор при его перемещении в соленоиде с максимальной индукцией магнитного поля 5Т, где:FIG. 7 shows the results of a numerical calculation, carried out using the finite element method, of the force acting on a five-container regenerator when it moves in a solenoid with a maximum magnetic field induction 5T, where:
кривая 1 - трехконтейнерный регенератор (фиг. 4);curve 1 - three-container regenerator (Fig. 4);
кривая 2 - пятиконтейнерный регенератор (фиг. 6).curve 2 - five-container regenerator (Fig. 6).
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Для максимальной компенсации суммарных магнитных сил требуется сделать регенератор максимально длинным и непрерывным, сохранив, тем не менее, необходимые для работы машины разрывы в магнитном материале регенератора и конечность продольного размера регенератора Это достигается введением в регенератор магнитной холодильной или тепловой машины, работающей по линейной возвратно-поступательной схеме, и содержащий основные (рабочие) контейнеры с рабочим телом, через которые осуществляется продувка теплоносителя при работе магнитной холодильной или тепловой машины, дополнительных компенсационных контейнеров, не подключенных к контуру обращения теплоносителя машины, заполненных магнитным материалом, наиболее близким по магнитным свойствам рабочему телу.For maximum compensation of the total magnetic forces, it is required to make the regenerator as long and continuous as possible, while maintaining, nevertheless, the breaks in the magnetic material of the regenerator and the finiteness of the longitudinal dimension of the regenerator necessary for the operation of the machine. a translational scheme, and containing the main (working) containers with a working fluid through which the coolant is blown out during operation of a magnetic refrigeration or heat machine, additional compensation containers not connected to the coolant circulation circuit of the machine, filled with a magnetic material that is closest in magnetic properties to the working fluid ...
На фиг. 1 показано распределение компоненты напряженности магнитного поля H(z) вдоль оси цилиндрического рабочего отверстия в соленоиде (зависимость Hz(z), где z - координата вдоль оси соленоида, начало координат соответствует центру соленоида).FIG. 1 shows the distribution of the component of the magnetic field strength H (z) along the axis of the cylindrical working hole in the solenoid (dependence H z (z), where z is the coordinate along the solenoid axis, the origin corresponds to the center of the solenoid).
Как можно видеть, кривая имеет колоколообразный характер, при этом максимальной величины напряженность поля достигает в центре соленоида, а на его фланцах имеют место значительные градиенты магнитного поля.As you can see, the curve has a bell-shaped character, while the maximum value of the field strength reaches in the center of the solenoid, and significant gradients of the magnetic field take place on its flanges.
Для минимизации сил, возникающих при перемещении регенератора, в холодильных или тепловых машинах, выполненных по линейной возвратно-поступательной схеме, регенератор разделяют на два идентичных контейнера, расположенные друг за другом вдоль оси регенератора - см. фиг 2.To minimize the forces arising from the movement of the regenerator, in refrigeration or heat machines made according to a linear reciprocating scheme, the regenerator is divided into two identical containers located one after another along the axis of the regenerator - see Fig. 2.
Поскольку на левом скате зависимости Hz(z) градиент поля положителен, а на правом - отрицателен (см. фиг. 1), то магнитные силы, действующие на контейнеры, противоположны по знаку и полная сила F, действующая на регенератор, представляет собой разность абсолютных величин данных сил:Since the field gradient is positive on the left slope of the H z (z) dependence, and negative on the right slope (see Fig. 1), the magnetic forces acting on the containers are opposite in sign and the total force F acting on the regenerator is the difference absolute values of these forces:
F=|F1|-|F2|F = | F 1 | - | F 2 |
где F1 - сила, действующая на контейнер 1, a F2 - сила, действующая на контейнер 2 со стороны магнитного поля.where F 1 is the force acting on the
Такое конструктивное решение регенератора позволяет существенно (до двух раз) уменьшить полную силу, действующую на контейнер, т.к. в силу симметричности распределения H(z) и идентичности контейнеров 1 и 2, на значительной части участка перемещения силы F1 и F2 примерно равны друг другу по абсолютной величине.Such a constructive solution of the regenerator makes it possible to significantly (up to two times) reduce the total force acting on the container, because due to the symmetry of the distribution H (z) and the identity of
Зависимость полной силы от координаты центра регенератора относительно центра соленоида симметрична и обнаруживает два максимума по абсолютной величине, расположенные в области фланцев соленоида в соответствии с зависимостью градиента магнитного поля от координаты (см. фиг. 3).The dependence of the total force on the coordinate of the center of the regenerator relative to the center of the solenoid is symmetric and exhibits two maxima in absolute value located in the region of the solenoid flanges in accordance with the dependence of the magnetic field gradient on the coordinate (see Fig. 3).
Магнитный материал в компенсационных контейнерах имеет форму, аналогичную форме рабочего тела в рабочих контейнерах (порошок, набор пластин и других элементов) и обеспечивает максимальную однородность магнитных свойств вдоль регенератора.The magnetic material in the compensation containers has a shape similar to the shape of the working fluid in the working containers (powder, a set of plates and other elements) and ensures maximum uniformity of magnetic properties along the regenerator.
В качестве магнитного материала в компенсационных контейнерах могут быть использованы ферро-, ферри-, парамагнитные материалы и материалы с неколлинеарной спиновой структурой, такие как 3d металлы Fe, Со, Ni, Mn и др., редкоземельные металлы Cd, Tb, Dy, Но, Er, Tm, Pr, Nd, Sm, их сплавы, оксиды и другие соединения. Материал в компенсационных контейнерах может представлять собой как чисто магнитный материал, так и смесь магнитного и немагнитного материалов.Ferro-, ferri-, paramagnetic materials and materials with non-collinear spin structure, such as 3d metals Fe, Co, Ni, Mn, etc., rare earth metals Cd, Tb, Dy, Ho, can be used as a magnetic material in compensation containers. Er, Tm, Pr, Nd, Sm, their alloys, oxides and other compounds. The material in the compensation containers can be either purely magnetic material or a mixture of magnetic and non-magnetic materials.
Компенсационные контейнеры располагаются между рабочими контейнерами и на концах регенератора и имеют размеры, позволяющие обеспечивать удаление размагничивающегося рабочего контейнера из рабочего зазора источника поля при одновременном введении намагничивающегося рабочего контейнера в рабочий зазор источника магнитного поля.Compensation containers are located between the working containers and at the ends of the regenerator and are sized to ensure the removal of the demagnetized working container from the working gap of the field source while simultaneously introducing the magnetizable working container into the working gap of the magnetic field source.
Указанное устройство компенсации магнитных сил может быть использовано для регенераторов магнитных холодильных или тепловых машин, работающих по линейной возвратно-поступательной схеме, имеющих любое количество рабочих контейнеров. Количество компенсационных контейнеров при этом на единицу превосходит количество рабочих контейнеров регенератора.The specified device for compensation of magnetic forces can be used for regenerators of magnetic refrigeration or heat machines operating in a linear reciprocating scheme, having any number of working containers. The number of compensation containers is one more than the number of working containers of the regenerator.
Представленные ниже примеры иллюстрируют, но не ограничивают существо предлагаемого изобретения.The examples below illustrate, but do not limit the essence of the invention.
Пример 1. На фиг. 4 представлена схема регенератора с одним дополнительным компенсирующим контейнером (трехконтейнерного регенератора). Регенератор состоит из двух основных (рабочих) контейнеров, содержащих рабочее тело магнитной холодильной или тепловой машины, через которые выполняется продувка теплоносителя при работе машины. Дополнительный компенсационный контейнер (центральный компенсационный контейнер), содержащий магнитный материал, по характеристикам идентичный материалу в рабочих контейнерах, располагается между рабочими контейнерами, так что его геометрический центр совпадает с геометрическим центром всего регенератора.Example 1 FIG. 4 shows a diagram of a regenerator with one additional compensating container (three-container regenerator). The regenerator consists of two main (working) containers containing the working fluid of a magnetic refrigeration or heat machine, through which the coolant is blown during operation of the machine. An additional compensation container (central compensation container) containing a magnetic material identical in characteristics to the material in the working containers is located between the working containers so that its geometric center coincides with the geometric center of the entire regenerator.
На фиг. 5 представлены результаты численного расчета силы (половина зависимости при полном ходе регенератора, вторая половина имеет аналогичный вид, но противоположна по знаку), действующей на регенератор при его перемещении в соленоиде (z - координата центра регенератора относительно центра соленоида) с максимальной индукцией магнитного поля 5Т, для регенератора, состоящего из двух рабочих контейнеров (двухконтенерный регенератор - см. фиг. 2) - кривая 1, и для трехконтейнерного регенератора (фиг. 4) - кривая 2.FIG. 5 shows the results of a numerical calculation of the force (half of the dependence at the full stroke of the regenerator, the second half has a similar form, but opposite in sign) acting on the regenerator when it moves in the solenoid (z is the coordinate of the regenerator center relative to the solenoid center) with the maximum magnetic field induction 5Т , for a regenerator consisting of two working containers (two-container regenerator - see Fig. 2) -
Размер рабочих контейнеров в трехконтейнерном регенераторе идентичен размеру рабочих контейнеров двухконтейнерного регенератора, а размер компенсационного регенератора составляет 34% от рабочего регенератора, масса магнитного материала в рабочем регенераторе - 0,97 кг, в качестве рабочего и компенсационного материала использован редкоземельный металл гадолиний. Расчет выполнен с помощью метода конечных элементов. Как можно видеть, применение компенсационного контейнера снижает максимальное значение силы, действующей в соленоиде на регенератор, в 2,8 раза.The size of the working containers in the three-container regenerator is identical to the size of the working containers of the double-container regenerator, and the size of the compensating regenerator is 34% of the working regenerator, the mass of the magnetic material in the working regenerator is 0.97 kg, the rare earth metal gadolinium is used as the working and compensating material. The calculation was carried out using the finite element method. As you can see, the use of a compensation container reduces the maximum value of the force acting on the regenerator in the solenoid by 2.8 times.
Пример 2. На фиг. 6 представлена схема регенератора с тремя дополнительными компенсирующими контейнерами (пятиконтейнерного регенератора). Регенератор состоит из двух рабочих контейнеров и трех компенсационных контейнеров, один из которых, как и в трехконтейнерном регенераторе, располагается между рабочими контейнерами (центральный компенсационный контейнер), а два других (боковые компенсационные контейнеры) - слева и справа от рабочих контейнеров, как показано на фиг. 6.Example 2 FIG. 6 shows a diagram of a regenerator with three additional compensating containers (five-container regenerator). The regenerator consists of two working containers and three compensation containers, one of which, as in the three-container regenerator, is located between the working containers (central compensation container), and the other two (side compensation containers) - to the left and right of the working containers, as shown in fig. 6.
Как и в Примере 1, компенсационные контейнеры заполнены магнитным материалом, по характеристикам идентичным материалу рабочих контейнеров. Рабочие, центральный и боковые компенсационные контейнеры имеют такие же размеры, как и в Примере 1, в качестве магнитного материала во всех контейнерах используется редкоземельный металл гадолиний.As in Example 1, the replenishment containers are filled with magnetic material with characteristics identical to the material of the work containers. The working, center and side compensation containers have the same dimensions as in Example 1, and the rare earth metal gadolinium is used as a magnetic material in all containers.
На фиг. 7 представлены результаты численного расчета, выполненного с помощью метода конечных элементов, силы, действующей на пятиконтейнерный регенератор при его перемещении в соленоиде с максимальной индукцией магнитного поля 5Т: кривая 1 - трехконтейнерный регенератор из примера 1 (фиг. 4), кривая 2 - пятиконтейнерный регенератор (фиг. 6).FIG. 7 shows the results of a numerical calculation, performed using the finite element method, of the force acting on a five-container regenerator when it moves in a solenoid with a maximum magnetic field induction 5T: curve 1 - a three-container regenerator from example 1 (Fig. 4), curve 2 - a five-container regenerator (Fig. 6).
Как можно видеть, применение схемы с тремя компенсационными контейнерами приводит к дальнейшему снижению максимального значения силы на 25% по сравнению со схемой с одним компенсационным контейнером (Пример 1).As can be seen, the use of the three expansion container scheme results in a further 25% reduction in the maximum force value compared to the single expansion container scheme (Example 1).
Таким образом, введение в регенератор магнитной холодильной или тепловой машины, работающей но линейной возвратно-поступательной схеме дополнительных компенсационных контейнеров, позволяет минимизировать силы, действующие на регенератор.Thus, the introduction of additional compensation containers into the regenerator of a magnetic refrigeration or heat machine operating in a linear reciprocating circuit makes it possible to minimize the forces acting on the regenerator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147087A RU2734697C2 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Method for compensation of magnetic forces in magnetic refrigeration (thermal) machines with linear movement of regenerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147087A RU2734697C2 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Method for compensation of magnetic forces in magnetic refrigeration (thermal) machines with linear movement of regenerator |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018147087A RU2018147087A (en) | 2020-06-29 |
| RU2018147087A3 RU2018147087A3 (en) | 2020-06-29 |
| RU2734697C2 true RU2734697C2 (en) | 2020-10-22 |
Family
ID=71509279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018147087A RU2734697C2 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Method for compensation of magnetic forces in magnetic refrigeration (thermal) machines with linear movement of regenerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734697C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU214388U1 (en) * | 2022-05-27 | 2022-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | PRECISION LINEAR MOVEMENT DEVICE FOR NANOPOSITIONING |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4735053A (en) * | 1985-02-10 | 1988-04-05 | Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Method of removing heat from a refrigeration load and apparatus for performing this method |
| US5934078A (en) * | 1998-02-03 | 1999-08-10 | Astronautics Corporation Of America | Reciprocating active magnetic regenerator refrigeration apparatus |
| RU2252375C1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Magnetic heat machine |
| US20090308079A1 (en) * | 2006-07-10 | 2009-12-17 | Daewoo Electronics Corporation | Shuttle type magnetic refrigerator |
| KR20120084112A (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-27 | 한국과학기술원 | Compact active magnetic regenerative refrigerator |
-
2018
- 2018-12-27 RU RU2018147087A patent/RU2734697C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4735053A (en) * | 1985-02-10 | 1988-04-05 | Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Method of removing heat from a refrigeration load and apparatus for performing this method |
| US5934078A (en) * | 1998-02-03 | 1999-08-10 | Astronautics Corporation Of America | Reciprocating active magnetic regenerator refrigeration apparatus |
| RU2252375C1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Magnetic heat machine |
| US20090308079A1 (en) * | 2006-07-10 | 2009-12-17 | Daewoo Electronics Corporation | Shuttle type magnetic refrigerator |
| KR20120084112A (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-27 | 한국과학기술원 | Compact active magnetic regenerative refrigerator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU214388U1 (en) * | 2022-05-27 | 2022-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | PRECISION LINEAR MOVEMENT DEVICE FOR NANOPOSITIONING |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018147087A (en) | 2020-06-29 |
| RU2018147087A3 (en) | 2020-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0496530B1 (en) | A static magnetic refrigerator | |
| US5091361A (en) | Magnetic heat pumps using the inverse magnetocaloric effect | |
| WO2015061746A1 (en) | Magnetocaloric materials for cryogenic liquification | |
| Vasile et al. | Innovative design of a magnetocaloric system | |
| JP2008082663A (en) | Magnetic refrigerating device and magnetic refrigerating method | |
| US20100212327A1 (en) | Magnetic assembly system and method | |
| JPS60204852A (en) | Magnetic material for magnetic refrigeration | |
| US20200003461A1 (en) | Magnetic Heat Pump Apparatus | |
| CA1260550A (en) | Method of removing heat from a refrigeration load and apparatus for performing this method | |
| JP2016003836A (en) | Magnetic structure, heat exchanger, and refrigeration cycle system | |
| Engelbrecht et al. | Recent developments in room temperature active magnetic regenerative refrigeration | |
| RU2734697C2 (en) | Method for compensation of magnetic forces in magnetic refrigeration (thermal) machines with linear movement of regenerator | |
| US11450465B2 (en) | Magnetic field application device | |
| JP2012177499A (en) | Magnetic temperature control apparatus | |
| Xu et al. | Studies of strong magnetic field produced by permanent magnet array for magnetic refrigeration | |
| CN115427742B (en) | Magnetic refrigeration device and refrigeration cycle device | |
| US20220268494A1 (en) | Magnetic refrigeration module, magnetic refrigeration system, and cooling method | |
| JP2007255746A (en) | Magnetic freezer and magnetic freezing method | |
| US20190285319A1 (en) | Magnetic Heat Pump Device | |
| RU2252375C1 (en) | Magnetic heat machine | |
| RU99126U1 (en) | STATIC MAGNETIC REFRIGERATOR | |
| Kamiya et al. | Design and build of magnetic refrigerator for hydrogen liquefaction | |
| JPH10300251A (en) | Refrigerating machine | |
| RU170750U1 (en) | Magnetic heat engine | |
| WO2024070690A1 (en) | Freezing device and freezer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210120 Effective date: 20210120 |