CC BY
22
УДК 621.56
И В. Маянков, I. V. Maynnknv, e-mail: i. v. mayan kov@mail. ru В.И. Карагусов, V.I. Karagusov В.И. Кузнецов, V.I, Kttzneisov О.П. Андреева, О.P. Andreeva И. В. Карагусов, I, V. Karagusov
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
МАГНИТНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ, РАБОТАЮЩИЙ ВБЛИЗИ КОМНАТНЫХ ТЕЛШЕРАТУР
MAGNETIC REFRIGERATOR WORKING NEAR ROOM TEMPERATURE
В данной статье рассмотрен макет магнитного охладителя. С помощью макета планируется изучение свойств магннтокапарнческнх материалов; влияние способов прокачки теплоносителя на перепад температур между холодным и горячим концом рабочего тела; изучение эффективности магнитных охладителей при использовании нескольких ступеней. Рассмотрены основные элементы магнитного охладителя, его принцип действия, циклы которые можно будет использовать е охладителе.
121
ТЪе .structure of the magnetic cooler is described ill this article. Using model plans to research a properties of The magnetocalonc materials: the influence of ways pumping coolant on temperature variation between the cold and hot end of The working body; The research an efficiency of magnetic coolers with The use of several stages. It Considered The basic elements of the magnetic coolers, its working principle and cycles, which can be used in tlie cooler.
Ключевые слова: магнитоктортеский, магнитное охлаждение, термодинамические цшлы
Keywords: magnetocalonc, magnetic rtfigeration, thermodynamic cycle
В настоящее время использование магнитных охладителей является перспективным направлением холодильной техники, прежде всего это связано с их экологической безопасностью, а так же возможностью получения большего КПД. чем при работе парокомпресси-онных холодильных машин. Задачей данной работы яв.ляется создание оптимальной конструкции макета магнитокалорического охладителя работающего вблизи комнатных температур.. с учетом преимуществ и недостатков уже существующих магнитных холодильников.
На данный момент был проведен анализ существующих магнитных охладителей произведена их структуризации [1]. Были подобраны наиболее перспективные материалы рабочего тела [2], разработана схема макега магнитного охладителя. Рис. 1, он состоит из элементов, представленных в табл. 1 Был приобретен ряд материалов для изготовления макета.
Рис. 1. Макет магнитного охладителя работающего вблизи комнатных температур
Таб лица J
Элементы магнитного охладителя
Номер Наименование Материал Количество
1 Вал магнитного ротора Сталь СТ45 1
2 Подшипник качения - 2
3 Регенератор гадолнннн 4
4 Внутренний матнитопровод Пермендюр 49КФ2 1
5 Внешний матнитопровод Пермендюр 49КФ2 1
6 Постоянный магнит Сплав 43 6Р (Nd-Fe-B) 2
1 Трубопровод
8 Наконечник постоянного магнита Пермендюр 49КФ2 2
9 шпилька - 4
10 шайбы - 4
11 Болты - 4
12 Боковая крышка Сталь СТ45 2
13 Сальник - 1
14 Ротор золотника Полиамид 1
15 Корпус золотника Сталь СТ45 1
Принцип действия
В основе магнитного метода охлаждения лежит использование магнигокалорического эффекта. Магнитокалорический эффект - процесс, заключающийся в изменении температуры или энтропии магнитного материала при его намагничивании или размагничивании во внешнем магнитном поле
S
Рнс. 2. Обратный теруодннамнлескЕЙ магнитный цикл Брайтона б Т,з-днаграмме.
Тк - температура окружающей среды, - температура охлаждения. В[ > Во-индукции магнитного поля.
В используемом макете осуществляется магнитный регенеративный пикл Брайтона (см. рис.2), регенератор является активным магнитным регенератором (AMP), т.е. рабочие тело выполняет функцию аналогичную регенератору. Такой цикл при использовании одного регенератора, или при параллельном их соединении состоит из следующих процессов:
1. Адиабатное намагничивание с изменением магнитного поля В с до Bi (процесс 1-2, на рис.2.), при котором каждая частица AMP нагревается.
2. Процесс охлаждения рабочего тела при постоянном магнитном поле Bi (процесс 2-3, на рис.2). В сильном магнитном поле жидкость, двигаясь от холодного конца регенератора к го рячему, поглощает теплоту от AMP и отводит её в тепло отдатчике при температуре выше Тн.
3. Процесс адиабатного размагничивания с изменением магнитного поля от Bi до В» (процесс 3-4, на рис. 2 ), каждая частила в AMP охлаждается.
4. Процесс нагрева AMP в постоянном магнитном поле (процесс 4-1, на рис. 2_)_ В нулевом магнитном поле (В0) жидкость проходит от горячего конца к холодному, происходит понижение её температуры.
Макет позволяет соединять AMP как последовательно, так и параллельно. При последовательном соединении регенераторов возможно создание каскадов имеющих как одну, так и две ступени. Это позволяет заметно увеличить перепад температур. При использовании параллельного соединения регенераторов можно добиться больших значений холодопроиз-водительносги. Схема прокачки теплоносителя при последовательно-параллельном соединении регенераторов представлена на рис.3.
Рнс. 3. Схема прокачки теплоносителя: 1 - золотник: 2 - циркуляционный насос; 3 — регенератор магнитного охладителя; 4 - теплообменник нагрузки; 5 - теплоотдатчик.
Конструкция
Вал макета установлен на боковых крышках, подключается к электродвигателю либо с помощью муфты, на рисунке не показана, либо на прямую. Частота вращения электродвигателя регулируется с помощью преобразователя частоты. На валу жестко закреплены внутренний магнитопровод и ротор золотника. Таким образом, частота вращения магнитопрово-да и ротора золотника будет одинакова. Золотник подключен к насосу и разделяет потоки таким образом, чтобы можно было добиться реверсивной прокачки теплоносителя.
AMP расположены в зазоре между внешним магнитопроводоы и магнитным ротором (совокупность внутреннего мапштопровода, магнитов и наконечников), расчетная индукция магнитного поля в зазоре составляет около 1 Тл.
Для измерения температуры и давления используются 8 термопар, расположенных на концах регенераторов и 2 датчика давления, установленных в нагнетательном и впускном трубопроводе насоса (на рисунке не показаны)
Ожидаемые результаты
Перепад температур на концах регенератора ЛТ й15°С
Предполагаемая холодопроизводительностъ 20-30 Вт.
Назначение и возможность использования полученных результатов проекта
В науке. Возможность реализации различных термодинамических циклов, изучение влияния количества регенераторов, способов их соединение в одной установке, а, не в нескольких. Накопление теоретических и экспериментальных данных для их дальнейшего использование при создании промышленных образцов.
В производстве. В долгосрочной перспективе возможна замена паровых холодильных машин на магнитные, связано это с ужесточающимися экологическими требованиями.
В образовательном процессе. Использование в качестве лабораторного стенда для демонстрации магнитного холодильника в учебных целях, а так же для изучения ыагнитока-лорического эффекта различных материалов.
Библиографический список
1. Маянков, И. В. Магнитокалорические системы охлаждения работающие вблизи комнатных температур и их систематизация / И. В Маянков, В. И. Карагусов // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Холодильная техника и кондиционирование. - 2014. - № 1 (14). [Электронный ресурс]. lIRL:http:.,,/refrigeration.ilibt ifino.ni/ru/article/8634/ magmtokaloncheikie
_«5^teпly_ohlazhdeгIya_rabntяYlLS<^hlR_vbll7l_knmпatIl И^п
(Дата обращения 01.06.2014)
2. Маянков, И. В. Выбор материала для магнитного охлаждения вблизи комнатных температур / И. В. Маянков Н Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 3-й науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций, учащихся старших классов, 24-25 апреля 2013 г.: в 2 кн - Омск, 2013. - Кн. П.- С. 384.
