Магнитный рефрижератор

Магнитный рефрижератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к криогенной технике и м.б. использовано для получения сверхтекучего гелия и криостатирования объектов, находящихся при т-ре 2К. Цель изобретения - повышение холодопроизводительности рефрижератора , В верхней части теплоизолированного корпуса 2 расположен рабочий элемент 1, обладающий магнитокалорическим эффектом. Элемент 1 расположен в корпусе 2 с образованием двух герметичных полостей 3 и 4, частично заполненных жидким гелием.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С01.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

gg 4 F 25 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4227285/23-06 (22) 17.03.87 (46) 30.01.89. Бюл. М - 4 (72) В.Е.Кейлин, И.А.Ковалев, Н.Ф.Копейкин, Н.А.Лавров, Н.В.Филин, В.Д.Коваленко, И.И.Михайлов, В.А.Шапошников, Е.М.Логинова и М.В.Родин (53) 621.57(088.8) (56) Y.Hakuraky, H ° Ogata "А stating

magnetic refrigerator for superfluid

helium with new switchs and superconducting pulse coil Japanese Journal of Applied Physics, ч. 24, N. 11, Nowember, 1985, рр. 1538-1547.

„SU„„1455176 А1 (5 4) МАГНИТ11ЬЙ РЕФРИЖЕРАТОР (57) Изобретение относится к криогенной технике и м.б. использовано для получения сверхтекучего гелия и криостатирования объектов, находящихся при т-ре 2К. Цель изобретения — повышение холодопроизводительности рефрижератора. В верхней части теплоизолированного корпуса 2 расположен рабочий элемент 1, обладающий магнитокалорическим эффектом. Элемент 1 расположен в корпусе 2 с образованием двух герметичных полостей 3 и 4, частично заполненных жидким гелием, 14551

Сверхпроводящий магнит 5 размещен ко1 .;аксиально корпусу в зоне элемента 1.

В элементе 1 выполнены несквозные каналы 6 со стороны одного из его торцов. Каналы 6 м.б. выполнены коль-, цевыми или цилиндрическими и м.б. расположены концентрично один другому. Каналы 6 м.б. заполнены гранулами, выпалненными из того же материала, что и элемент 1. Один канал 6 м.б. снабжен трубкой, выполненной из, диэлектрического материала с низкой теплопроводностью. Трубка м.б. уста76 новлена с зазором относительно дна канала и иметь длину большую, чем глубина канала 6. Конструкция рефрижератора позволяет улучшить теплообмен и уменьшить время выравнивания т-ры элемента 1. Наличие каналов 6 позволяет увеличить поверхность контакта элемента 1 и гелия при кипении и конденсации и увеличить т-рный градиент между теплоотдающей поверхностью и любой точкой внутри элемента 1.

5 з.п. ф-лы, 8 ил.

С1 "о = -+ ш п о, ь

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано, для получения сверхтекучего гелия н криостатирования объектов, находящихся при температуре ниже 2 К. 5

Целью изобретения является повыше, ние холодопроизводительности за счет улучшения теплообмена и уменьшения времени выравнивания температуры рабочего элемента.

На фиг.1 представлена схема магнитного .рефрижератора; на фиг.2 — вид А на фиг.1 на фиг.3 — сечение Б-Б

; на фиг.1; на фиг,4 — рабочий элемент, с каналами цилиндрической и кольце вой формы; на фиг.5 — сечение В-В на фиг.4; на фиг ° 6 — рабочий элемент с каналами конической формы; на фиг.7— сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 — каналы ступенчатой цилиндрической 20 формы.

Магнитный рефрижератор содержит рабочий элемент 1, установленный в верхней части теплоизолированного корпуса 2 с образованием двух полостей 3 и 4, каждая из которых частично заполнена жидким гелием.

Коаксиально корпусу 2 в области рабочего элемента 1 размещен сверхпроводящий (импульсный) магнит 5. 30

В рабочем элементе 1 выполнены . не-, сквозные каналы 6 со стороны верхнего и нижнего торцов. Причем каналы 6 выполнены так, чтобы выполнялось условие

2 где 1 — расстояние от люоой точки внутри тела рабочего элемента 1 до его ближайшей теплообменной поверхности; — теплопроводность рабочего . элемента 1;

С вЂ” удельная теплоемкость рабоP чего элемента д — минимальное время, необходимое для полного отвода выделившейся при намагничивании теплоты или снятия полезной тепловой нагрузки при намагничивании.

Паразитный объем жидкого гелия в каналах 6 (при Т = 4,2 К) охлаждает- ся при размагничивании и уменьшает общую холодопроизводительность. Для уменьшения паразитного.объема со стороны верхнего торца рабочего элемента 1 каналы 6 могут быть заполнены гранулами 7, выполненными из того же материала, что и рабочий элемент

Внутрь каналов 6 может быть вставлена с зазором относительно дна канала 6 по крайней мере одна трубка 8, выполненная из диэлектрического материала, с низкой теплопроводностью.

Длина трубки 8 должна быть не меньше глубины канала 6.

Установка в каналах 6 трубки 8 с образованием контура естественной циркуляции интенсифицирует снятие тепла при намагничивании за счет быстрой циркуляции жидкого гелия, стекающего вниз по трубке 8, и паро14 ) 5176 жидкостного гения, поднимающегося вверх под действием подъемной силы, образующейся из-за разности плотностей стекающего и поднимающегося гелия (явление пар-лифта).

Трубки делают из диэлектрического материала, чтобы при изменении магнитного поля не наводились вихревые токи Фуко, которые приводят к нагреву трубок 8 и, следовательно, к уменьшению холодопроизводительности.

Малая теплопроводность трубок 8 необходима для теплоизоляции гелия, находящегося в трубке от окружающих трубку 8 гранул 7.

Верхний торец рабочего элемента

1 омывается жидким гелием при Т = — 4,2 К.

Каналы 6 могут в общем случае иметь произвольную форму, т.е. цилиндрическую, коническую, кольцевую и

1 т,д..

Рефрижератор работает следующим образом.

При запитке .током сверхпроводящего магнита 5 рабочий элемент 1 нагревается, выделившееся тепло уносится за счет кипения жидкого гелия при температуре 4,2 К на верхней поверхности рабочего элемента 1. Затем происходит резкий вывод тока из магнита 5, температура рабочего элемента 1 падает до 0,6-0,8 К, пары гелия внутри полости 4 конденсируются на нижней поверхности, рабочего элемента 1 и стекают вниз. Затем цикл повторяется.

Наличие каналов 6 позволяет увеличить поверхность контакта рабочего элемента 1 и гелия при кипении и конденсации и увеличить температурный градиент между теплоотдающей поверхностью и любой точкой внутри рабочего элемента, что позволяет уменьшить время теплопередачи и увеличить мощность установки.

Формула изобретения

1. Магнитный рефрижератор, содержащий теплоизолированный корпус, в верхней части которого расположен рабочий элемент, обладающий магнитокалорическим эффектом, с образованием двух герметичных полостей, частично заполненных жидким гелием, и сверхпроводящий магнит, размещенный коак15 сиально корпусу в зоне рабочего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности за счет улучшения теплообмена и уменьшения времени выравнивания температуры рабочего элемента, в последнем выполнены несквозные каналы со стороны по крайней мере одного из его торцов.

2. Рефрижератор по п.1, о т л и—

2б ч а ю шийся тем, что каналы выполнены кольцевыми.

3. Рефрижератор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что каналы выполнены цилиндрическими. д0 4. Рефрижератор по пп.1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что каналы расположены концентрично друг другу.

5. Рефрижератор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что каналы за35 полнены гранулами, выполненными из того же материала, что и рабочий элемент.

6. Рефрижератор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что по крайней мере один канал снабжен по крайней мере одной трубкой, выполненной из диэлектрического материала с низкой теплопроводностью, установленной .с зазором относительно дна канала и имеющей длину, большую, чем глубина

45 последнего.

1455176

1455176

Фиг. 8

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор М. Бандура

Заказ 7441/46

ВНИИПИ Государственного

113035, Составитель Н.Кирьянова

Техпед M Ô é Корректор С.Шекмрр

Тираж 462 .Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж"35, Рауыская наб., д. 4/5