Настоящее изобретение касается устройства генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом, потребляющего мало энергии, адаптируемого, простого в концепции, надежного в использовании, позволяющего осуществить генерирование калорий экономически рентабельным образом, при этом устраняя риски утечки указанной термической жидкости и сокращая количество механических деталей. Устройство (1a) генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом содержит один магнитный элемент (2a), соединенный с электрической цепью (3а), один магнитно-тепловой элемент (4a), одну цепь (5) жидкого или газообразного теплоносителя, в которой один или несколько теплоносителей циркулируют с помощью средств циркуляции (6), а также два теплообменника (7, 8). Электрическая цепь (3a) оборудована для генерирования электрических импульсов таким образом, чтобы создавать импульсное магнитное поле, вызывающее нагревание и охлаждение магнитно-теплового материала (4a), а, следовательно, и теплоносителя. Применение: теплообменник для охлаждения, нагревания, кондиционирования, смягчения воздуха.

 

(57) Реферат / Формула:
изобретение касается устройства генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом, потребляющего мало энергии, адаптируемого, простого в концепции, надежного в использовании, позволяющего осуществить генерирование калорий экономически рентабельным образом, при этом устраняя риски утечки указанной термической жидкости и сокращая количество механических деталей. Устройство (1a) генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом содержит один магнитный элемент (2a), соединенный с электрической цепью (3а), один магнитно-тепловой элемент (4a), одну цепь (5) жидкого или газообразного теплоносителя, в которой один или несколько теплоносителей циркулируют с помощью средств циркуляции (6), а также два теплообменника (7, 8). Электрическая цепь (3a) оборудована для генерирования электрических импульсов таким образом, чтобы создавать импульсное магнитное поле, вызывающее нагревание и охлаждение магнитно-теплового материала (4a), а, следовательно, и теплоносителя. Применение: теплообменник для охлаждения, нагревания, кондиционирования, смягчения воздуха.

 

---

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВЫРАБАТЫВАНИЯ ТЕПЛА С МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ
Область техники:
Настоящее изобретение касается устройства для генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом, содержащего, по крайней мере, один магнитный элемент, предназначенный для генерирования магнитного поля, по крайней мере, один магнитно-тепловой элемент, который поочередно подвергается воздействию указанного магнитного поля и генерирует калории и фригории, по крайней мере, одну цепь жидкого или газообразного теплоносителя, по крайней мере, одна из частей которой расположена в непосредственном окружении магнитно-теплового материала таким образом, чтобы собирать, по крайней мере, часть калорий и/или фригорий, которые он испускает, причем указанная цепь соединяется со средствами циркуляции теплоносителя и, по крайней мере, с одним теплообменником, оборудованным таким образом, чтобы переносить, по крайней мере, часть калорий и / или фригорий, собираемых указанным жидким или газообразным теплоносителем. Изобретение также касается процесса генерирования калорий с использованием указанного устройства.
Ранее использовавшиеся технические методы:
Известные теплогенераторы с магнитно-тепловым материалом содержат фиксированные магнитные средства и мобильные магнитно-тепловые элементы, соединенные со средствами перемещения, либо наоборот. Таким образом, магнитно-тепловые элементы поочередно подвергаются наличию и отсутствию магнитного поля и поочередно генерируют калории и фригории. Эти калории и фригории собираются жидкими или газообразными теплоносителями, пересекающими магнитно-тепловые элементы и подсоединенные к цепям "тепла" и "холода", содержащие теплообменники для нагревания и/или охлаждения и/или смягчения и/или
кондиционирования, например, окружающей среды, территории, помещения, внутренность контейнера.
В случае, когда магнитно-тепловые элементы являются мобильными относительно магнитных средств, поскольку крайне сложно гарантировать достаточную герметичность между отрезками, пересекающими магнитно-тепловые элементы и цепями "тепла" и "холода", часто происходят утечки.
Обычно магнитные средства включают магнитное соединение, постоянный магнит, электромагнит, магнит сверхпроводник, электромагнит сверхпроводник, сверхпроводник. Постоянные магниты не позволяют достигать удовлетворительных результатов в части магнитной мощности. Наилучшие относительно этого критерия результаты достигаются с электромагнитами и электромагнитами сверхпроводниками. К несчастью, электромагниты потребляют слишком много электроэнергии, а потому дороги в использовании. Кроме того, они быстро нагреваются, и эвакуация их калорий затрудняет строительство тепловых генераторов. Кроме того. Техника использования сверхпроводниковых электромагнитов является очень дорогостоящей.
С другой стороны, использование электромагнитов позволяет варьировать их магнитное поля посредством их питания переменным электротоком. Преимущество данного решения является возможность отказаться от любого относительного движения между магнитно-тепловыми элементами и магнитными средствами. В публикациях FR-A-2 574 913, ЕР-А-0 104 713 и US-B-6,595,004 описываются примеры электропитания переменным током, при этом некоторые ограничиваются сверхпроводниковыми электромагнитами, не совместимыми с настоящим изобретением. Кроме того, электропитание переменным током не позволяет получать удовлетворительные результаты в плане энергопотребления и стоимости.
Таким образом, существующие решения не являются удовлетворительными.
Изложение изобретения:
Настоящее изобретение призвано устранить эти недостатки, предложив устройство для генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом, потребляющее мало энергии, развивающееся, простое в концепции, надежное в работе, позволяющее обеспечить генерирование калорий экономически рентабельным образом, одновременно устраняя риски утечек тепловой жидкости и ограничивая число механических деталей.
С этой целью изобретение касается устройства для генерирования калорий указанного в преамбуле типа, которое характеризуется тем, что один магнитный элемент является электромагнитом, соединенным , по крайней мере, с одной электрической цепью, управляемой, по крайней мере, одним блоком управления, оборудованным для генерирования электрических импульсов таким образом, чтобы создавать импульсное магнитное поле, причем электрические импульсы интенсивности I, длительности t и частоты Т включаются в зависимости от, по крайней мере, одного предустановленного параметра импульса. Указанное устройство содержит, по крайней мере, один тепловой датчик, оборудованный для определения температуры указанного теплоносителя, а данная температура теплоносителя определяет, по крайней мере, один параметр импульса.
Средства сбора в предпочтительном варианте содержат, по крайней мере, два теплообменника, подключенные в цепь последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации.
В предпочтительном варианте средства сбора содержат, по крайней мере, один теплообменник калорий, оборудованный для передачи калорий и, по крайней мере, один теплообменник фригорий, оборудованный для передачи фригорий. Эти теплообменники подсоединены к средствам коммутации, управление которыми осуществляется блоком управления, оборудованным таким образом, чтобы последовательно подключать каждый теплообменник
к магнитно-тепловому элементу в зависимости от, по крайней мере, одного предустановленного параметра коммутации.
Блок управления может быть оборудован таким образом, чтобы частота Т понималась между 60 секундами и 1/150 долей секунды и предпочтительно составляла бы менее 2 секунд.
Блок управления также может быть оборудован таким образом, чтобы соотношение T/t составляло от 10 до 100 000, и предпочтительно было бы больше 1 000.
И, наконец, блок управления может быть оборудован таким образом, чтобы интенсивность I генерировало в магнитном элементе магнитное поле, понимаемое в промежутке от 0,05 Тесла до 10 Тесла, и предпочтительное было бы больше 2 Тесла.
В соответствии с предпочтительным вариантом исполнения, блок управления содержат средства регулировки, по крайней мере, одного из параметров электрического импульса, выбранного из группы, включающей продолжительность t, частоту Т, интенсивность I.
В соответствии с предпочтительным вариантом исполнения, блок управления содержит средства реле времени, оборудованные таким образом, чтобы определять временной интервал, истекший после коммутирования и/или предшествующего электрического импульса, причем этот временной интервал определяет, по крайней мере, один параметр коммутации и/или импульса.
С этой целью блок управления может содержать средства регулировки параметра коммутации и/или предустановленного импульса.
Средства сбора в преимущественном варианте содержат, по крайней мере, один "смешанный" теплообменник, оборудованный для передачи калорий и фригории, например, в окружающую среду.
Устройство предпочтительным образом содержит, по крайней мере, два магнитно-тепловых элемента, соединенных друг с другом последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации, причем магнитно-тепловые элементы могут иметь разные магнитно-тепловые характеристики.
В преимущественном варианте устройство содержит, по крайней мере, два электромагнита, каждый из которых соединен с магнитно-тепловым элементом и, по крайней мере, две цепи электроснабжения, обеспечивающих раздельное питание электромагнитов.
В преимущественном варианте ядро указанного электромагнита изготавливается из магнитного материала с сильной остаточной намагниченностью.
Магнитный элемент и магнитно-тепловой элемент предпочтительным образом фиксируются относительно друг друга.
Изобретение также касается процесса генерирования калорий, в течение которого используется вышеописанное устройство.
В течение данного процесса могут использоваться, по крайней мере, два магнитно-тепловых элемента, каждый из которых соединяется с электромагнитом, и, по крайней мере, две цепи электроснабжения, а в последовательных фазах может использоваться сначала только первый магнитно-тепловой элемент, затем первый и второй магнитно-тепловой элемент одновременно, и, наконец, только второй магнитно-тепловой элемент, с тем, чтобы комбинировать магнитно-тепловые свойства первого и второго магнитно-теплового элементов.
Обшее описание РИСУНКОВ:
Настоящее изобретение и его преимущества станут лучше понятны из нижеследующего описания нескольких вариантов реализации, которые относятся к находящимся в приложении рисункам. Рисунки приводятся в качестве примера и ограничительными не являются. На рисунках:
• фигура 1 представляет собой схематическое изображение устройства в соответствии с изобретением,
• фигуры 2А и 2В представляют собой кривые, иллюстрирующие работу изобретение с фигуры 1 в режимах охлаждения и нагревания соответственно,
• фигура 3 представляет собой схематическое изображение первого варианта реализации устройства в соответствии с изобретением,
• фигура 4 представляет собой кривую, иллюстрирующую режим работы устройства с фигуры 3,
• фигура 5 представляет собой схематическое изображение второго варианта реализации устройства в соответствии с изобретением,
• фигуры 6А и 6В представляют собой кривые, иллюстрирующие работу устройства с фигуры 5 в режимах охлаждения и нагревания соответственно,
• фигура 7 представляет собой схему блока управления устройством в соответствии с изобретением.
Иллюстрации изобретения:
Для упрощения изложения далее в тексте будут использоваться термины "устройство" и "процессе" вместо терминов "устройство генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом" и "процессе генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом".
Кроме того, под термином "теплообменник" понимается любое средство, позволяющее обеспечить передачу и/или диффузию калорий и/или фригорий.
В соответствии с фигурой 1 устройство 1а содержит магнитный элемент 2а, соединенный с цепью электроснабжения За, магнитно-тепловой элемент 4а, цепь жидкого или газообразного теплоносителя, в которой средствами циркуляции б обеспечивается циркуляция одного или нескольких теплоносителей, а также два теплообменника 7,8.
Магнитно-тепловой элемент 4а содержит магнитно-тепловой материал, такой, как, например гадолиний (Gel), сплав гадолиния с содержанием кремния (Si), германия (Ge), железа (Fe), магния (Мд), фосфора (Р), мышьяка (As) или любого иного эквивалентного материала. Данный магнитно-тепловой материал может иметь, например, форму блока, пластинок, порошка, агломерата, кусочков.
Магнитно-тепловой элемент 4а обладает следующими магнитно-тепловыми характеристиками:
• когда магнитно-тепловой элемент 4а подвергается воздействию магнитного поля, он нагревается под воздействием магнитно-теплового эффекта нагревания,
• когда магнитное поле пропадает или уменьшается, магнитно-тепловой элемент 4а продолжает нагреваться под воздействием магнитно-тепловой инерции,
• после исчерпания данной магнитно-тепловой инерции магнитно-тепловой элемент 4а охлаждается до температуры ниже его
изначальной температуры под воздействием магнитно-теплового эффекта охлаждения.
Принцип работы устройства 1а заключается в том, что магнитно-тепловой элемент 4а подвергается вариациям магнитного поля, что позволяет генерировать калории и фригории, используемые для нагревания, охлаждения, кондиционирования, смягчения воздуха на территории, окружающей среды и т.д.
С этой целью в качестве магнитного элемента используется электромагнит 2а, который располагают вблизи от магнитно-теплового элемента 4а, чтобы он подвергался воздействию магнитного. Электрическое питание электромагнита 2а обеспечивается посредством цепи электроснабжения За, генерирующей импульсный электроток таким образом, чтобы вызвать изменения магнитного поля. Под воздействием такого импульсного магнитного поля магнитно-тепловой элемент 4а генерирует калории и фригории. Предпочтительным, но не исключительным образом электромагнит 2а должен обладать магнитным ядром, выполненным из магнитного материала с сильной остаточной намагниченностью, то есть, например, из железно-кобальтового сплава, редкоземельных элементов, ферритов, сплавов железа с кремнием, из железа, никеля.
Данные калории и фригории собираются жидким или газообразным теплоносителем, циркулирующим в отрезке цепи 5 теплоносителя, расположенном в непосредственной близости от магнитно-теплового элемента 4а. Магнитно-тепловой элемент 4а, например, может пересекаться этим отрезком. Цепь 5 выполняется, например, традиционным способом, посредством соединения труб или любых иным адаптированным способом. Цепь 5 содержит средства циркуляции б теплоносители, такие, как, например, насос или любое иное эквивалентное средство.
В данном примере цепь электроснабжения За подключена к блоку управления 20 (см. фигуру 7), генерирующему последовательные
электрические импульсы 9а интенсивности I, продолжительности t и частоты Т, причем эти характеристики могут регулироваться.
Данные электрические импульсы 9а генерируются в зависимости от одного или нескольких предустановленных параметров импульса, например в зависимости от температуры теплоносителя и/или от временного интервала, истекшего после предыдущего электрического импульса 9а. С этой целью устройство 1а содержит тепловой датчик 10 и/или средства реле времени (на иллюстрации не представлены).
Тепловой датчик 10 позволяет определить температуру теплоносителя, например, на выходе из магнитно-теплового элемента 4а. Это определение осуществляется абсолютным образом, например, посредством замеров в градусах, распознавания температурного порога или относительным образом, например, сравнением, например, в градусах, относительно другой температуры. Определенная температура сравнивается с заданным значением предустановленной температуры. При достижении заданного значения температуры генерируется электрический импульс 9а.
Средства реле времени позволяют определить временной интервал, истекший, например, после предыдущего электрического импульса 9а, и сравнить его с заданным значением времени. При достижении заданного значения времени генерируется электрический импульс 9а. Средства реле времени представляют собой, например, электронный цепи, пневматические цепи, комбинацию из электронных и пневматических цепей или любое иное известное средство.
В данном примере устройство 1а содержит теплообменник калорий 7 для передачи калорий и теплообменник фригорий 8 для передачи фригорий. Эти теплообменники 7, 8 параллельно подключены к цепи 5 теплоносителя с помощью средств коммутации 11, управляемых блоком управления, который может являться тем же блоком, что и обеспечивающий
электропитание За, и позволяет последовательно подсоединять каждый из теплообменников 7,8 к магнитно-тепловому элементу 4а.
Данная коммутация осуществляется в зависимости от одного или нескольких предустановленных параметров коммутации, например, в зависимости от временного интервала, истекшего после электрического импульса 9а и/или после предыдущей коммутации и/или в зависимости от температуры теплоносителя. С этой целью блок управления содержит средства реле времени и/или тепловой датчик 10.
Средства реле времени и/или тепловой датчик 10 могут быть теми же, что и описанные выше. При достижении заданного значения времени и/или заданного значения температуры средства коммутации И соединяют магнитно-тепловой элемент 4а с теплообменником 7, а затем с теплообменником 8. Эти средства коммутации И содержат, например, вентиль, клапан с электрическим, пневматическим, гидравлическим приводом, выключатель или любое иное подходящее средство.
Вполне очевидно, что блок управления 20 может содержать несколько тепловых датчиков 10 и/или несколько средств реле времени и/или использовать другой параметр импульса и/или коммутации.
Блок управления 20, схематично представленной на фигуре 7, приводится в качестве примера, который не является ограничительным. Блок содержит каскадную ступень мощности, питаемую от сети в 220 или 380 V через трансформатор с выпрямителем, цепь для усечения и защиты от короткого замыкания, перегрузок и инверсии фаз. Блок управления также содержит вычислительное устройство, управляемое, по крайней мере, тремя данными: температурой теплоносителя, измеряемой датчиком температуры 10, заданным значением температуры Тс и режимом функционирования либо в режиме нагревания, либо в режиме охлаждения. Данное вычислительное устройство генерирует три вида данных: продолжительность t электрических импульсов, их частоту Т, а также их
интенсивность I. Интенсивность I питает ступень мощности, тогда как продолжительность t и частота Т питают базу времени, соединенную с генератором электрических импульсов, работающим, например, на транзисторах, на триаках, на тиристорах, на лампах, на индукции, на разрядах, на блокировке тока. В предпочтительном варианте это транзисторный генератор электрических импульсов мощности. Генерируемые электрические импульсы 9а передаются на ступень мощности через посредство модуля модуляции, а потом поступают на электромагнит 2а, обеспечивая его питание посредством интерфейса выхода. Включенные в данный блок управления 20 различные модули не описываются подробно, учитывая, что они известны любому специалисту по электрике.
Процесс использования данного устройства описывается в соответствии с импульсной кривой "Кривая I" и кривой температуры "Кривая 6" теплоносителя, которые изображены на фигурах 2А и 2В, соответственно в режимах "охлаждения" и "нагревания".
В режиме "охлаждения", проиллюстрированным кривыми на фигуре 2а, процесс подразделяется на несколько последовательных циклов, каждый из которых включает несколько последовательных этапов.
Цикл 1 (запуск):
Подготовка: Средства коммутации 11 располагают таким образом, чтобы магнитно-тепловой элемент 4а был подключен к теплообменнику калорий 7.
Запуск:
На электромагнит 2а направляют электрический импульс 9а интенсивности I, который генерирует в электромагните 2а магнитное поле, понимаемое в промежутке между 0,05 Тесла и 10 Тесла, и предпочтительное составляющее более 2 Тесла, в течение продолжительности t, понимаемой между 10"9 секундами и 60 секундами и предпочтительно составляющей менее 10"2 секунды.
Этап 1 - цикл 1:
В течение электрического импульса 9а электромагнит 2а генерирует магнитное поле.
Магнитно-тепловой элемент 4а, подвергаемый воздействию данного магнитного поля, нагревается под воздействием нагревающего магнитно-теплового эффекта.
Пересекающий магнитно-тепловой элемент 4а теплоноситель подвергается данному нагреву и таким образом, нагревается до температуры 611 (температура этапа 1 цикла 1), выше изначальной температуры 601. Теплоноситель транспортируется к теплообменнику калорий 7, который передает калории в окружающую среду.
Этап 2 - цикл 1:
После электрического импульса 9а электромагнит 2а более не получает электропитания и не генерирует магнитного поля.
Магнитно-тепловой элемент 4а продолжает нагреваться под воздействием эффекта магнитно-тепловой нагревающей инерции. Пересекающий магнитно-тепловой элемент теплоноситель продолжает таким образом нагреваться до температуры 621 (температура этапа 2 цикла 1), превосходящей температуру 611 и соответствующей максимальной температуре теплоносителя в процессе данного цикла 1. Теплоноситель транспортируется к теплообменнику калорий 7, который передает калории в окружающую среду.
Этап 3 - цикл 1:
Инерция магнитно-теплового нагревательного эффекта прекращается.
В отсутствии магнитного поля магнитно-тепловой элемент 4а подвергается
охлаждающему магнитно-тепловому эффекту и охлаждается.
Пересекающий магнитно-тепловой элемент 4а теплоноситель также подвергается его охлаждению и таким образом охлаждается до температуры 031 (температура этапа 3 цикла 1) ниже температуры 921 и соответствующей максимальной температуре теплоносителя в процессе данного цикла 1.
Теплоноситель транспортируется к теплообменнику калорий 7, который передает калории в окружающую среду.
Когда:
• средства реле времени обнаруживают, что временной промежуток, истекший после предыдущего электрического импульса 9а, или
• тепловой датчик 10 обнаруживает, что разница между температурами 931 и 621 или 911 или 901 теплоносителя
равен или меньше (равна или меньше) заданного значения коммутации С1, средства коммутации И переключаются и подсоединяют магнитно-тепловой элемента 4а к теплообменнику фригорий 8.
Этап 4- цикл 1:
Магнитно-тепловой элемент 4а продолжает охлаждаться.
Пересекающий магнитно-тепловой элемент 4а теплоноситель также
продолжает охлаждаться вплоть до температуры 641 (температура этапа 4
цикла 1) ниже температуры 601, соответствующей первоначальной
температуре теплоносители в процессе данного цикла 1.
Теплоноситель транспортируется к теплообменнику фригорий 8, который
передает фригории в окружающую среду.
Когда:
• средства реле времени обнаруживают, что временной промежуток, истекший после предыдущего электрического импульса 9а, или
• тепловой датчик 10 обнаруживает, что разница между температурами 041 и 031 или 001 или 011 или 021 теплоносителя
равен или больше (равна или больше) заданного значения импульса И, блок управления генерирует новый электрический импульс 9а, который передается на электромагнит 2а. В зависимости от потребностей данный электрический импульс может быть существенно похож на первоначальный электрический импульс 9а или отличаться от него.
Одновременно в данном примере средства коммутации 11 вновь подсоединяют магнитно-тепловой элемент 4а к теплообменнику калорий 7. Разумеется, данная коммутация может быть немного сдвинута во времени при реализации на этапа 5, таким образом, чтобы подсоединять магнитно-тепловой элемент 4а к теплообменнику калорий 7 только когда теплоноситель под воздействием нового электрического импульса 9а и магнитного поля достигнет определенной температуре.
Заданные значения импульса In устанавливаются таким образом, чтобы соотношение T/t частоты Т между двумя электрическими импульсами 9а в течение продолжительности Т соответствующего находилось в диапазоне от 10 до 100 000. Предпочтительно, чтобы оно составляло более 1000. Затем переходим к циклу 2.
Нижеследующие циклы функционирования почти аналогичны первому циклу и разворачиваются следующим образом для теплоносителя:
Этап 1 - цикл п:
В течение электрического импульса 9 а нагревание теплоносителя вплоть до температуры 01п (температура этапа 1 текущего цикла) выше температуры 04п-1 (температура этапа 4 предыдущего цикла), но ниже
температуры 91n-l (температура этапа 1 предыдущего цикла). Передача калорий теплообменником калорий 7.
Этап 2 - цикл п:
После электрического импульса 9а, под воздействием инерции нагревающего магнитно-теплового эффекта происходит нагревание теплоносителя до температуры 92п (температура этапа 2 текущего цикла) выше температуры 91п (температура этапа 1 текущего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в процессе этого цикла, но ниже температуры 92п-1 (температура этапа 2 предыдущего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в процессе предыдущего цикла. Передача калорий теплообменником калорий 7.
Этап 3 - цикл п:
После прекращения инерции магнитно-теплового нагревающего эффекта начинает действовать охлаждающий магнитно-тепловой эффект. Происходит охлаждение теплоносителя до температуры 03п (температура этапа 3 текущего цикла) ниже температуры 92п и температуры 92п-1 (температура этапа 2 предыдущего цикла). Передача калорий теплообменником калорий 7.
Обнаружение заданного значения коммутации Сп и коммутация для подсоединения магнитно-теплового элемента 4а к теплообменнику фригорий 8.
Этап 4 - цикл п:
Охлаждающий магнитно-тепловой эффект, охлаждения теплоносителя вплоть до температуры 64п (температура этапа 4текущего цикла) ниже температуры 90п соответствующей первоначальной температуре
теплоносителя в течение данного цикла п. Передача фригорий теплообменником фригорий 8.
Обнаружение заданного значения импульса In и воздействие на электромагнит 2а новым электрическим импульсом 9а. Одновременная или неодновременная коммутация для подсоединения магнитно-теплового элемента 4а к теплообменнику калорий 7.
В режиме "охлаждения" максимальные температуры теплоносителя "Т верхняя", соответствующая 92п и минимальная температура "Т минимальная", соответствующая 64п, становятся все ниже и ниже. В этой связи средняя температура "Т средняя" теплоносителя также становится все ниже и ниже, чем и объясняется охлаждающая способность и эффективность устройства 1а и процесса, которые растут по мере завершения рабочих циклов, вплоть до достижения температуры минимального охлаждения "Т нижняя" магнитно-теплового элемента 4а, при достижении которой температура теплоносителя стабилизируется.
В режиме "нагревания", который проиллюстрирован кривыми на фигуре 2В, процесс подразделяется на несколько последовательных циклов, почти идентичных предыдущим. Данный процесс отличается от предыдущего только тем, что заданные значения коммутации Сп и импульса In отличаются от предыдущих и выбираются таким образом, чтобы получить следующие последовательные этапы:
Цикл 1 (запуск):
Подготовка: Средства коммутации 11 располагают таким образом, чтобы магнитно-тепловой элемент 4а был подключен к теплообменнику калорий 7.
Запуск:
На электромагнит 2а направляют электрический импульс 9а интенсивности I, который генерирует в магнитном элементе магнитное поле, понимаемое в промежутке между 0,05 Тесла и 10 Тесла, и предпочтительно составляющее
более 2 Тесла, в течение продолжительности t, понимаемой между 10'9 секундами и 60 секундами и предпочтительно составляющей менее 10~2 секунды.
Цикл п:
Этап 1 - цикл п:
В течение электрического импульса 9а происходит нагревание теплоносителя вплоть до температуры 61n (температура этапа 1 текущего цикла), выше изначальной температуры 60 или температуры 64п-1 (температура этапа 4 предыдущего цикла) и выше температуры 61п-1 (температура этапа 1 предыдущего цикла) Передача калорий теплообменником калорий 7.
Этап 2 - цикл п:
После электрического импульса 9а нагревание теплоносителя под воздействием инерции нагревающего магнитно-теплового эффекта вплоть до температуры 62п (температура этапа 2 текущего цикла), выше температуры 61п (температура этапа 1 текущего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в течение данного цикла п, но ниже температуры 62п+1 (температура этапа 2 следующего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в течение следующего цикла. Передача калорий теплообменником калорий 7.
Этап 3 - цикл п:
Инерция магнитно-теплового нагревательного эффекта прекращается, и начинает действовать магнитно-тепловой охлаждающий эффект. Охлаждение теплоносителя вплоть до температуры 83п (температура этапа 3 текущего цикла), ниже температуры 62n и ниже температуры 62п +1
(температура этапа 2 следующего цикла). Передача калорий теплообменником калорий 7.
Обнаружение заданного значения коммутации Сп и коммутация с целью подсоединения магнитно-теплового элемента 4а к теплообменнику фригорий 8.
Этап 4 - цикл п:
Под действием магнитно-теплового охлаждающего эффекта происходит охлаждение теплоносителя вплоть до температуры 94п (температура этапа 4 текущего цикла) выше температуры 90п и соответствующей изначальной температуры теплоносителя на данном цикле п.. Передача фригорий теплообменником фригорий 8.
Обнаружение заданного значения импульса In и воздействие на электромагнит 2а новым электрическим импульсом 9а. Одновременная или неодновременная коммутация с целью подсоединения магнитно-теплового элемента 4а к теплообменнику калорий 7.
В режиме "нагревания" максимальные температуры теплоносителя "Т верхняя", соответствующая 62п и минимальная температура "Т минимальная", соответствующая 64п, становятся все выше и выше. В этой связи средняя температура "Т средняя" теплоносителя также становится все выше и выше, чем и объясняется нагревательная способность и эффективность устройства 1а и процесса, которые растут по мере завершения рабочих циклов, вплоть до достижения температуры максимального нагрева "Т высокая" магнитно-теплового элемента 4а, при достижении которой температура теплоносителя стабилизируется.
Наилучший способ реализации изобретения:
Устройство lb, изображенное на фигуре 3, почти идентично предыдущему и отличается от него только тем, что содержит два магнитно-тепловых элемента 4Ь, 4с, последовательно соединенные между собой цепью 5
теплоносителя. Данные магнитно-тепловые элементы 4b, 4с могут иметь почти идентичные или различные магнитно-тепловые характеристики. Магнитно-тепловые элементы 4Ь, 4с могут также быть соединены друг с другом параллельно или в последовательно-параллельной комбинации. Также возможно предусмотреть группы магнитно-тепловых элементов, которые будут соединяться между собой последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации. Таким образом, в устройство lb и в соответствующий процесс могут легко вноситься изменения.
На каждый магнитно-тепловой элемент 4Ь, 4с воздействует электромагнит 2Ь, 2с, связанный с разъединенными электрическими цепями ЗЬ, Зс. Управление данными электрическими цепями ЗЬ, Зс осуществляется одним или несколькими блоками управления (на рисунках не представлены). Таким образом, становится возможно раздельным образом генерировать для каждого электромагнита 2Ь, 2с электрические импульсы 9Ь, 9с одновременно или последовательно, с периодом "нахлёстки" данных электрических импульсов 9Ь, 9с или без такового.
Данная конфигурация позволяет комбинировать магнитно-тепловые свойства несколько магнитно-тепловых элементов 4Ь, 4с, что особенно выигрышно, если они различны. Функционирование подобного устройства lb описано со ссылкой на фигуру 4, которая в форме заштрихованных поверхностей иллюстрирует температурные диапазоны PI, Р2, РЗ, достижимые при последовательном использовании:
• только одного первого магнитно-теплового элемента 4Ь для получения температурного диапазона Р1, расположенного между 61Макс. и 61Мин.,
• первого магнитно-теплового элемента 4Ь и второго магнитно-теплового элемента 4с одновременно для получения температурного диапазона Р2, расположенного между 92Макс. и 62Мин.,
• только одного второго магнитно-теплового элемента 4с для получения температурного диапазона РЗ, расположенного между вЗМакс. и еЗМин.
Таким образом, комбинируя различные магнитно-тепловые свойства первого и второго магнитно-тепловых элементов можно покрыть общий весьма значительный диапазон температур, располагающийся между 01Макс. и еЗМин.
Устройство 1с, представленное на фигуре 5, почти идентично устройству, представленному на фигуре 1. Оно отличается от него только тем фактом, что содержит всего один "смешанный" теплообменник 78 для последовательной передачи калорий и фригорий.
Процесс использования данного устройства 1с описан со ссылкой на кривые импульса "Кривая" I и температуры "Кривая 0" теплоносителя на фигурах 6А и 6В, в режимах "охлаждения" и "нагревания" соответственно. Данный процесс почти идентичен процессу устройства 1а фигуры 1, проиллюстрированному фигурами 2А и 2В.
Функционирование в режиме "охлаждение", проиллюстрированное фигурой 6А, главным образом отличается от изображенного на фигуре 2А тем фактом, что, поскольку имеется лишь один теплообменник 78, коммутации не производится, и теплообменник остается постоянно подсоединенном к магнитно-тепловому элементу 4а, чтобы последовательно передавать калории, а затем фригории. Таким образом, для каждого цикла п имеется только три нижеследующих этапа функционирования:
Этап 1 - цикл п:
Под действием электрического импульса 9а происходит нагревание теплоносителя вплоть до температуры 01п (температура этапа 1 текущего
цикла), выше изначальной температуры 60п или температуры 04п-1 (температура этапа 3 предыдущего цикла) и выше температуры 91п-1 (температура этапа 1 предыдущего цикла) Передача калорий теплообменником 78.
Этап 2 - цикл п:
После электрического импульса 9а нагревание теплоносителя под воздействием инерции нагревающего магнитно-теплового эффекта вплоть до температуры 02п (температура этапа 2 текущего цикла), выше температуры 61п (температура этапа 1 текущего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в течение данного цикла п, но ниже температуры 82п+1 (температура этапа 2 следующего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в течение следующего цикла. Передача калорий теплообменником калорий 78.
Этап 3 - цикл п:
Охлаждающий магнитно-тепловой эффект в конце периода воздействия эффекта инерции магнитно-теплового нагревательного эффекта. Охлаждение теплоносителя вплоть до температуры 63п (температура этапа 3 текущего цикла), ниже температуры 60п и соответствующей изначальной температуре теплоносителя в данном цикле п. Передача калорий, а затем фригории теплообменником 78. Обнаружение заданного значения импульса In и воздействие на электромагнит 2а новым электрическим импульсом 9а.
Работа в режиме "нагревания", проиллюстрированная на фигуре 6В, отличается от проиллюстрированной на фигуре 2В тем фактом, что охлаждающий магнитно-тепловой эффект не используется. Действительно, параметр импульса In отрегулирован таким образом, что электрический импульс 9а генерируется до того, как температура 63п опустится ниже температуры 90п. Таким образом, работа содержит всего три нижеследующих этапа для каждого цикла п:
Этап 1 - цикл п:
Под действием электрического импульса 9а происходит нагревание теплоносителя вплоть до температуры 01п (температура этапа 1 текущего цикла), выше изначальной температуры 90п или температуры еЗп-1 (температура этапа 3 предыдущего цикла), но ниже температуры ein-1 (температура этапа 1 предыдущего цикла) Передача калорий теплообменником 78.
Этап 2 - цикл п:
После электрического импульса 9а нагревание теплоносителя под воздействием инерции нагревающего магнитно-теплового эффекта вплоть до температуры 92п (температура этапа 2 текущего цикла), выше температуры 91п (температура этапа 1 текущего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в течение данного цикла п, но ниже температуры 92п+1 (температура этапа 2 следующего цикла), соответствующей максимальной температуре теплоносителя в течение следующего цикла. Передача калорий теплообменником 78.
Этап 3 - цикл п:
Охлаждающий магнитно-тепловой эффект в конце периода воздействия эффекта инерции магнитно-теплового нагревательного эффекта. Охлаждение теплоносителя вплоть до температуры 93п (температура этапа 3 текущего цикла), выше температуры 90п и соответствующей изначальной температуре теплоносителя в данном цикле п. Передача калорий, а затем фригории теплообменником 78. Обнаружение заданного значения импульса In и воздействие на электромагнит 2а новым электрическим импульсом 9а.
В общем плане в этих примерах магнитный элемент 2а-с и магнитно-тепловой элемент 4а-с фиксированы один относительно другого. Тем не
менее, возможно предусмотреть их подвижными. Также возможно использовать большее количество магнитно-тепловых элементов 4а-с и/или электромагнитов 2а-с и/или теплообменников 7, 8, 78.
В соответствии с другими не представленными вариантами реализации возможно использовать несколько теплообменников 7, 8, 78 или несколько групп теплообменников, подсоединенных к цепи теплоносителя последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации. Устройство 1а-с и соответствующий процесс могут, таким образом, легко подвергаться изменениям.
Возможности промышленного применения:
Данное устройство 1а-с и данный процесс могут использоваться для любых промышленных или домашних нужд, связанных с охлаждением, нагреванием, кондиционированием, смягчением воздуха.
Из данного описания хорошо понятно, что устройство 1а-с и процесс в соответствии с изобретением позволяют добиться поставленных целей. В частности, они позволяют забыть о любых проблемах, связанных с герметичностью, которые свойственны устройствам, содержащим магнитно-тепловые элементы и/или электромагниты, либо другие магнитные средства, мобильные друг относительно друга.
Кроме того, они отличаются очень простой концепцией и не требуют никаких средств включения движения для перемещения магнитно-тепловых элементов 4а-с и/или электромагнитов 2а-с. В связи с этим они потребляют мало энергии и требуют ограниченного количества деталей и механических узлов, а, следовательно, сокращают объем необходимых профилактических работ и ограничивают риск возникновения неисправностей.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными примерами реализации, но распространяется на любые модификации и варианты, очевидные для специалистов в данной области, при этом оставаясь в объеме защиты, определенном в находящихся в приложении патентных формулах.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (1а-с) генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом, содержащее, по крайней мере, один магнитный элемент (2а-с), предназначенный для генерирования магнитного поля, по крайней мере, один магнитно-тепловой элемент (4а-с), предназначенный для поочередного воздействия на него указанным магнитным полем и генерирования калорий и фригорий, по крайней мере одну цепь (5) жидкого или газообразного теплоносителя, по крайней мере, одна часть которой расположен в непосредственном окружении указанного магнитно-теплового элемента (4а-с) таким образом, чтобы собирать, по крайней мере, часть указанных калорий и/или фригорий, которые он испускает; причем указанная цепь (5) соединена со средствами циркуляции (6) и по крайней мере, с одним теплообменником (7, 8, 78), оборудованным таким образом, чтобы передавать, по крайней мере, часть указанных калорий и/или фригорий, собираемых указанным жидким или газообразным теплоносителем, характеризуемое тем, что указанный магнитный элемент представляет собой электромагнит (2а-с), соединенный, по крайней мере, с одной электрической цепью (За-с), управляемой, по крайней мере, одним блоком управления (20), оборудованным таким образом, чтобы генерировать электрические импульсы (9а-с) для создания импульсного магнитного поля, причем эти электрические импульсы (9а-с) интенсивности I, продолжительности t и частоты Т включаются в зависимости от по крайней мере одного предустановленного параметра импульса, а указанное устройство содержит, по крайней мере, один тепловой датчик (10), выполненый для определения температуры указанного жидкого или газообразного теплоносителя, а температура теплоносителя определяет, по крайней мере, один параметр импульса.
2. Устройство (la, lb) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанные средства сбора содержат, по крайней мере, два
теплообменника (7, 8), подключенных к указанной цепи (5) последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации.
3. Устройство (la, lb) в соответствии с пунктом 2, характеризуемое тем, что указанные средства сбора содержат, по крайней мере, один теплообменник калорий (7), выолненный для передачи калорий, и, по крайней мере, один теплообменник фригорий (8), выполненный для передачи фригорий, причем указанные теплообменники (7, 8) подключены к средствам коммутации (11), которые обслуживаются блоком управления, выполненным для последовательного подключения каждого из теплообменников (7, 8) к указанному магнитно-тепловому элементу (4а-с) в зависимости, по крайней мере, от одного предустановленного параметра коммутации.
4. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанный блок управления выполнен таким образом, чтобы указанная частота Т составляла от 60 секунд до 1/150 секунды и предпочтительно была бы меньше 2 секунд.
5. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанный блок управления выполнен таким образом, чтобы соотношение T/t составляло от 10 до 100 000 и предпочтительно было бы больше 1 000.
6. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанный блок управления выполнен таким образом, чтобы указанная интенсивность I генерировала в указанном магнитном элементе магнитное поле, составляющее от 0,05 Тесла до 10 Тесла и предпочтительно было бы больше 2 Тесла.
7. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанный блок управления содержит средства регулировки для,
по крайней мере, одного импульсного параметра, выбранного из группы, включающей продолжительность t, частоту Т, интенсивность I.
8. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктами 1 или 3, характеризуемое тем, что указанный блок управления содержит средства реле времени, выполненные таким образом, чтобы определять временной интервал, истекший после предыдущей коммутации и/или предыдущего электрического импульса (9а-с), причем указанный интервал времени определяет, по крайней мере, один из параметров коммутации и/или импульса.
9. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктами 1 или 3, характеризуемое тем, что указанный блок управления содержит средства регулировки указанного параметра коммутации и/или предустановленного импульса.
10. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанные средства сбора содержат, по крайней мере, один "смешанный" теплообменник (78), оборудованный для передачи калорий и фригорий.
11. Устройство (lb) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что оно содержит, по крайней мере, два магнитно-тепловых элемента (4Ь, 4а), соединенные между собой последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации.
12. Устройство (lb) в соответствии с пунктом 11, характеризуемое тем, что указанные магнитно-тепловые элементы (4а, 4Ь) имеют различные магнитно-тепловые характеристики.
13. Устройство (lb) в соответствии с пунктом 11, характеризуемое тем, что оно содержит, по крайней мере, два электромагнита (2Ь, 2с),
каждый из которых соединен с магнитно-тепловым элементом (4Ь, 4а), и, по крайней мере, две электрических цепи (ЗЬ, Зс), оборудованные для раздельного электрического питания указанных электромагнитов (2Ь, 2с).
14. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что ядро указанного магнитного элемента (2а-с) выполнено из магнитного материала с сильной остаточной намагниченностью.
15. Устройство (1а-с) в соответствии с пунктом 1, характеризуемое тем, что указанный магнитный элемент (2а-с) и указанный магнитно-тепловой элемент (4а-с) фиксированы друг относительно друга.
16. Процесс генерирования калорий с магнитно-тепловым материалом, в течение которого, по крайней мере, один элемент магнитного теплового материала (4а-с) подвергается воздействию, по крайней мере, одного электромагнита (2а-с), питаемого электрическими импульсами таким образом, чтобы создавать импульсное магнитное поле для генерирования калорий и фригорий, а сбор, по крайней мере, части указанных калорий и/или указанных фригорий, генерируемых указанным магнитно-тепловым элементом (4а-с), осуществляется с помощью жидкого или газообразного теплоносителя, который циркулирует, по крайней мере, в одной цепи (5), хотя бы одна часть которой располагается в непосредственном окружении указанного магнитно-теплового элемента (4а-с), а хотя бы одна часть указанных калорий и/или фригорий передается с помощью хотя бы одного теплообменника (7, 8, 78), причем указанные электрические импульсы (9а-с) интенсивности I, продолжительности t и частоты Т включаются в зависимости от хотя бы одного предустановленного параметра импульса, а температура указанного теплоносителя определяется и используется для определения параметра импульса.
17. Процесс в соответствии с пунктом 16, характеризуемый тем, что используют хотя бы два теплообменника, которые подключают к указанной цепи (7, 8) последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации.
18. Процесс в соответствии с пунктом 17, характеризуемый тем, что в нем используют хотя бы один теплообменник калорий (7) для передачи калорий и хотя бы один теплообменник фригорий (8) для передачи фригорий, которые поочередно подключают к магнитно-тепловому элементу (4а-с) в зависимости от хотя бы одного предустановленного параметра коммутации.
19. Процесс в соответствии с пунктом 16, характеризуемый тем, что хотя бы один из указанных параметров импульса, выбранный из группы, включающей частоту Т, регулируют таким образом, чтобы составлять от 60 секунд до 1/150 доли секунды и предпочтительно быть меньше 2 секунд, что соотношение T/t устанавливается в диапазоне от 10 до 100 000 и предпочтительно составляет больше 1 000, что указанную интенсивность I регулируют таким образом, чтобы генерировать в указанном магнитном элементе магнитное поле в диапазоне от 0,05 Тесла до 10 Тесла и предпочтительно составляющее более 2 Тесла. ***
20. Процесс в соответствии с пунктом 16 или 18, характеризуемый тем, что определяют временной интервал, истекший после предыдущей коммутации и/или предыдущего электрического импульса (9а-с) и тем, что данный временной интервал используют в качестве параметра коммутации и/или импульса.
21. Процесс в соответствии с пунктом 16, характеризуемый тем, что в нем используют хотя бы два магнитно-тепловых элемента (4Ь, 4с), обладающие разными магнитно-тепловыми характеристиками,
которые соединяются между собой последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной комбинации.
22. Процесс в соответствии с пунктом 21, характеризуемый тем, что в нем используют хотя бы два электромагнита (2Ь, 2с), каждый из которых соединен с магнитно-тепловым элементом (4Ь, 4с) и хотя бы с двумя электрическими цепями (ЗЬ, Зс) и тем, что в последовательных фазах используют сначала только первый магнитно-тепловой элемент (4Ь), затем одновременно первый магнитно-тепловой элемент (4Ь) и второй магнитно-тепловой элемент (4с), и, наконец, только второй магнитно-тепловой элемент (4с) таким образом, чтобы комбинировать магнитно-тепловые свойства первого и второго магнитно-тепловых элементов (4Ь, 4с).
Фиг. 1
Кривая I
Температура (°С) ^
ел, ein-i
е21,62п-К Т средняя
2,5 Тесла П Тс зонда
ез1,езп-1=с1
Т минимальная
Время, Сек.
Циклы
Кривая 6
Цикл 1
Т Средняя
Т Верхняя
Т Минимальная
Цикл п
^ Горячий теплообменник
^Холодный теплообменник
<=> Перемена характера теплообмена
Магнитное поле
Фиг. 2 А
Кривая I
Температура (°С)
Т высокая Т верхняя
en, ein-i
821,6211-1^ Т средняя
в31,63п-1=С1
Т минимальная
Время (сек)
Кривая 6
Цикл 1
................Т средняя
. - .. _ х верхняя
- - - Т минимальная
Цикл п
^ Горячий теплообменник
^ Холодный теплообменник
Перемена характера теплообмена
Магнитное поле
Фиг. 2 В
Фиг. 3
Температура (*Q t
61 макс
4b 4b + 4c 4c
T°C Жидкости
Фиг. 4
Фиг. 5
Кривая I
Тс зонда
2,3 Тесла
Температура (°Q Т верхняя
en,ein-i
021, Q2n-\^ Тсредняя Т начальная Т нижняя
Циклы
Время (сек)
Цикл 1
Цикл п
Т средняя
Т верхняя Т нижняя ^ Выделение калорий ^ Поглощение калорий
Магнитное поле
Фиг. 6А
Тс зонда
Т'*> "*" Кривая I ТС Т"""1
Температура (°С)
2,5 Тесла
^ Время (сек) Кривая 0
¦ ¦ - Т верхняя Т нижняя
Выделение калорий Поглощение калорий
Магнитное поле
Фиг. 6В
9/9
Питание 220В или 380В
Датчик температуры 10
Заданное значение Тс
Режим функционирования:
- нагревание=1
- охлаждение=0
Трансформатор
Ввод данных
Выпрямитель
Цифровой ввод
Фотоумножитель
Цепь для усечения
Бинарный сигнал 0/1
Вычислительное устройство
Защита от:
- короткого замыкания
- перегрузок ^^ипгаедсш^аз
Частота (Т)
Продолжительность (Т)
База времени
Генератор импульсов
Модуль модуляции
Питание ступени мощности
Ступень мощности
Блок управления 20
Интенсивность
Интерфейс выхода
Электромагнит 2а
Фиг. 7