Описанное выше создание реверсивного тока теплоносителя с помощью нагнетателя было предусмотрено в ряде конструкций AMP холодильника, в частности в патентах США 4332135 (сильфонный нагнетатель), 4507928; в патенте Франции FR 2580385; в патентах СССР SU 1629706 A1, SU 1638493 A1, SU 1651055 A1, SU 1726930 A1, SU 1726931 A1; в патенте России RU 2040740 C1. Недостатком этого способа является наличие трения между стенками цилиндра и поршнем нагнетателя, приводящее к износу устройства и дополнительным энергетическим потерям. Кроме того, при таком реверсивном движении теплоносителя возникает так называемый "мертвый объем", когда определенное количество теплоносителя не покидает регенератора (рабочего тела) и, таким образом, не участвует в процессе теплопереноса, что существенно снижает общую эффективность устройства. Недостатка, связанного с мертвым объемом, лишены конструкции с током теплоносителя в одном направлении, который обычно создается при помощи насоса. Такие
ю конструкции были предложены в патентах США 4107935, 4408463, 5249424, 5934078, 6526759.
Магнитное поле, необходимое для намагничивания/размагничивания рабочего тела, может создаваться электромагнитом, либо постоянным магнитом. Использование электромагнита недостаточно эффективно, т.к. в магнитных холодильных устройствах необходимы существенные магнитные поля, для достижения которых в электромагнитах требуется значительное время. В связи с этим в конструкциях магнитных холодильных машин предлагаются постоянные магниты или сверхпроводящие магниты, работающие в автономном режиме (без подпитки от внешнего источника электроэнергии). Для намагничивания/размагничивания рабочего тела при этом может перемещаться либо магнит относительно рабочего тела, либо само рабочее тело относительно магнита (патенты США 3393525, 4107935, 4332135, 4408463; патент Франции FR 2580385; патенты СССР SU 1629706 А1, SU 1638493 А1, SU 1651055 А1). Перемещающийся магнит может совершать возвратно-поступательное (патент США 3393525; патент Франции FR 2580385), вращательное (патент США 3393525; патенты СССР SU 1629706 А1, SU 1651055 А1; патент России RU 2040740 С1) и реверсивное вращательное движение (патент СССР SU 1638493 А1). В конструкциях с перемещающимся рабочим телом используются две основные схемы: возвратно-поступательное движение рабочего тела (патенты США 4332135, 4507928, 5934078) и колесная схема, в которой происходит вращение контейнера, содержащего рабочее тело, изготовленного в виде колеса (патенты США 4107935, 4408463, 6526759). Основным недостатком конструкций с перемещающимся рабочим телом является трудность обеспечения уплотнения в месте контакта между трубопроводом с теплоносителем и рабочим телом. Необходимость создания герметичного контакта приводит к возникновению в системе существенного дополнительного трения, росту связанных с этим потерь и снижению общей эффективности устройства. Кроме того, данное требование приводит к значительному усложнению конструкции магнитной холодильной машины, а в случае криогенного рабочего диапазона к невозможности использования схем с перемещающимся рабочим телом.
Технической задачей данного изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности и производительности магнитной тепловой машины (магнитного холодильника или теплового насоса), работающей в широком интервале температур.
Поставленная техническая задача достигается тем, что магнитная тепловая машина (магнитный холодильник или тепловой насос) содержит в своем рабочем контуре магнитное рабочее тело, горячий и холодный теплообменники, насосы для создания потока теплоносителя, вентили, переключатели направления потока теплоносителя, а также содержит магнит, перемещающийся относительно рабочего тела для его намагничивания/размагничивания; а изменение направления потока теплоносителя в рабочем теле обеспечивается переключателями направления потока, управляемыми механически или электрически с помощью датчиков положения магнита.
Магнитная тепловая машина содержит в своем рабочем контуре магнитное рабочее тело, насосы для создания потока теплоносителя, горячий и холодный теплообменники, вентили и переключающие клапаны для изменения направления потока теплоносителя (переключатели направления потока теплоносителя) в рабочем теле. Намагничивание/размагничивание рабочего тела вызывает его нагрев или охлаждение за счет магнитокалорического эффекта. Принцип работы машины аналогичен принципу работы магнитного холодильника рассмотренного выше (см. фиг.1 и связанный с ним текст), однако поток теплоносителя в контуре создается в данном случае насосом, а необходимое изменение направления потока на стадиях намагничивания и размагничивания задается клапанами, переключаемыми в зависимости от положения магнита относительно рабочего тела. Клапаны могут быть механическими или электрическими и переключаться, соответственно, с помощью механических и электрических схем. Для определения положения магнита относительно рабочего тела могут быть использованы концевые переключатели, оптические, магнитные (датчики Холла, магниторезистивные датчики), пьезоэлектрические, магнито-пьезоэлектрические и другие датчики.
