ХОЛОДИЛЬНЫЙ И/ИЛИ МОРОЗИЛЬНЫЙ БЛОК
REFRIGERATING AND/OR FREEZING UNIT

Изобретение относится к холодильному и/или морозильному блоку, содержащему магнитный холодильник, холодный теплообменник для охлаждения охлаждаемого и/или замораживаемого пространства и средства управления, обеспечивающие в режиме охлаждения подачу охлажденного в магнитном холодильнике теплоносителя в холодный теплообменник.
В процессе магнитного охлаждения теплоноситель нагревается и охлаждается со сдвигом во времени благодаря так называемому магнитокалорическому эффекту, причем обычно этот процесс включает в себя четыре непрерывно повторяющихся этапа, а именно намагничивание, отвод тепла, размагничивание и использование холода. В этом процессе, как известно, используется, например, неподвижный магнитокалорический материал и вращающиеся магниты, причем магнитокалорический материал в зависимости от положения вращающегося магнита подвергается нагреву при намагничивании и охлаждению при размагничивании. Указанный нагрев или охлаждение в конечном счете используются для нагрева или охлаждения теплоносителя.
Возможный вариант выполнения холодильного контура представляет собой холодный теплообменник, магнитная холодильная машина, горячий теплообменник и насос для подачи теплоносителя. Проходящий через магнитный холодильник теплоноситель нагревается во время намагничивания, а затем направляется посредством насоса в горячий теплообменник, в котором охлаждается. Во время размагничивания проходящий через магнитный холодильник теплоноситель дополнительно охлаждается и затем проходит через холодный теплообменник, который обычно расположен в охлаждаемом или замораживаемом пространстве или в определенной области указанных пространств и который служит для отвода тепла из этого пространства. Теплоноситель, нагретый таким способом в холодном теплообменнике, затем дополнительно нагревается во время намагничивания в магнитном холодильнике и затем снова подается посредством насоса в горячий теплообменник.
Во время работы холодный теплообменник может покрываться льдом, так что требуется его размораживание. Размораживание обычно происходит до достижения определенной температуры, затем холодильный контур снова приводится в действие, как описано выше, и охлаждение охлаждаемого или замораживаемого пространства происходит посредством холодного теплообменника, через который протекает холодный теплоноситель.
Задача настоящего изобретения заключается в дополнительном усовершенствовании холодильного и/или морозильного блока для сокращения времени размораживания.
Эта задача решена с помощью холодильного и/или морозильного блока, содержащего магнитный холодильник, холодный теплообменник для охлаждения охлаждаемого и/или замораживаемого пространства блока и средства управления для подачи в режиме охлаждения охлажденного в магнитном холодильнике теплоносителя в холодный теплообменник. Согласно изобретению средства управления выполнены так, что в режиме размораживания блока нагретый в магнитном холодильнике теплоноситель подается в холодный теплообменник. В отличие от операции охлаждения, при которой к холодному теплообменнику подается охлажденный в магнитном холодильнике теплоноситель, в режиме размораживания к холодному теплообменнику подается нагретый в магнитном холодильнике теплоноситель, в результате чего его температура возрастает быстрее, следовательно, время размораживания холодного теплообменника сокращается. Также в режиме размораживания блока магнитный холодильник может быть выключен, в то время как насос, подающий теплоноситель, продолжает работать. В этом случае отсутствует необходимость в изменении какой-либо имеющейся цепи клапана.
Предпочтительно средства управления содержат клапаны, установленные по потоку за холодным теплообменником и перед магнитным холодильником, а также устройство для управления клапанами. Клапаны могут быть бистабильными или моностабильными.
В данном варианте осуществления изобретения клапаны выполнены так, что в режиме охлаждения они обеспечивают возможность подачи охлажденного в магнитном холодильнике теплоносителя в холодный теплообменник, а нагретого в магнитном холодильнике теплоносителя - в горячий теплообменник. В соответствии с изобретением средства управления выполнены таким образом, что в режиме размораживания происходит реверсирование цикла, т.е. в этом случае клапаны подают в холодный теплообменник нагретый в магнитном холодильнике теплоноситель, а в горячий теплообменник подают охлажденный в магнитном холодильнике теплоноситель.
Дополнительно горячий теплообменник может быть снабжен одним из клапанов, подходящих для установки между горячим теплообменником и магнитным холодильником.
Магнитный холодильник может содержать два или более теплообменников, выполненных так, что нагревание и охлаждение проходящего через них теплоносителя происходит в них периодически.
Теплообменники магнитного холодильника могут быть выполнены из материала или содержать материал, который нагревается при намагничивании и охлаждается при размагничивании, а кроме того, магнитный холодильник может иметь перемещающийся, предпочтительно вращающийся относительно теплообменников магнит. В зависимости от положения вращающегося магнита нагрев магнитокалорического материала происходит в одном из теплообменников. Это приводит к тому, что проходящий через этот теплообменник теплоноситель нагревается. Удаленный от магнита другой теплообменник, т.е. размагниченный, благодаря магнитокалорическому эффекту подвергается охлаждению, в результате чего проходящий через этот теплообменник теплоноситель охлаждается.
Кроме такого варианта осуществления изобретения с вращающимся магнитом, одинаково возможны варианты, в которых вращается магнитокалорический материал, а магнит неподвижен, либо магнитокалорический материал помещен в теплоноситель, например, в виде суспензии.
В дополнительном варианте осуществления изобретения средства управления выполнены так, что переключение из режима охлаждения в режим размораживания происходит посредством временного сдвига при управлении работой клапанов или временного сдвига в работе магнитного холодильника. Таким образом, возможно переключение из режима охлаждения в режим размораживания, или наоборот без изменения работы магнитного холодильника, изменяя лишь поток теплоносителя посредством временного сдвига при управлении работой клапанов. Временной сдвиг устанавливается таким образом, чтобы расположенный перед магнитным холодильником клапан обеспечивал подачу теплоносителя в теплообменник, в котором происходит нагрев теплоносителя, а затем в холодный теплообменник, а установленный за холодным теплообменником клапан обеспечивал подачу подогретого в холодном теплообменнике теплоносителя в теплообменник магнитного холодильника, в котором происходит охлаждение теплоносителя.
В равной степени имеется возможность без изменения работы клапанов осуществить временной сдвиг в работе магнитного холодильника.
После завершения размораживания происходит повторный временной сдвиг в работе клапанов или в работе магнитного холодильника, при котором теплоноситель сначала подается в холодный теплообменник магнитного холодильника и поступает оттуда в холодный теплообменник, а выходящий из холодного теплообменника теплоноситель подается в горячий теплообменник магнитного холодильника, откуда снова поступает в горячий теплообменник.
Размораживание также может быть достигнуто реверсированием направления подачи теплоносителя. В этом случае магнитный холодильник может продолжать работать. То же самое касается переключения работы клапанов.
Термин «реверсирование направления подачи» следует понимать как протекание теплоносителя через систему в направлении, обратном направлению в режиме охлаждения. Это может быть достигнуто реверсированием насоса, или при неизменном направлении подачи насоса изменение направления подачи теплоносителя можно осуществить путем изменения соединения питающей линии.
Далее изобретение будет подробно описано со ссылкой на вариант его осуществления, показанный на чертеже.
Обозначен позицией 10 магнитный холодильник включает в себя два теплообменника 12 и 14, которые могут представлять собой один узел или находиться отдельно друг от друга. Эти теплообменники выполнены из магнитокалорического материала или содержат такой материал. Циклическое намагничивание и размагничивание осуществляется вращающимся магнитом (не показан), который вращается вокруг теплообменников 12 и 14. В зависимости от положения вращающегося магнита теплообменники 12 и 14 намагничиваются или размагничиваются, в результате чего происходит их нагрев или охлаждение. При этом, теплоноситель, проходящий через нагретый теплообменник, нагревается, а теплоноситель, проходящий через охлажденный теплообменник, охлаждается.
Холодильный и/или морозильный блок также содержит холодный теплообменник 20, расположенный в охлаждаемом или замораживаемом пространстве или в определенной области охлаждаемого или замораживаемого пространства, и обеспечивает охлаждение этого пространства. Горячий теплообменник 50 расположен на внешней стороне блока и служит для отвода тепла от теплоносителя в окружающую среду или в другой теплоноситель.
Насос 100 обеспечивает поток теплоносителя через показанный контур охлаждения.
Кроме того, за холодным теплообменником 20 установлен клапан 40, а за горячим теплообменником 50 установлен дополнительный клапан 30. Клапаны могут быть выполнены бистабильными или моностабильными.
Во время процесса охлаждения клапан 40 управляется посредством системы управления, не показанной на чертеже, таким образом, что теплоноситель, например соляной раствор или спиртовая смесь, протекает через теплообменник 12/14, который находится в намагниченном состоянии, благодаря чему нагревается, нагревая теплоноситель соответственно. Нагретый таким образом теплоноситель затем насосом 100 подается к горячему теплообменнику 50, расположенному вне охлаждающего устройства. Работа клапана 30 регулируется таким образом, чтобы охлажденный в горячем теплообменнике 50 теплоноситель проходил через теплообменник 12/14 магнитного холодильника, при этом теплообменник 12/14 находится в размагниченном состоянии, благодаря чему охлаждается. Таким образом, теплоноситель охлаждается в теплообменнике 12/14 и затем подается в холодный теплообменник 20.
Для размораживания работа клапана изменяется при неизменной работе магнитного холодильника 10 так, чтобы относительно работы магнитного холодильника 10 происходил временной сдвиг, т.е. изменение фазы. Клапан 40 управляется при таком временном сдвиге так, чтобы теплоноситель после прохождения через холодный теплообменник 20 направлялся через холодный, т.е. размагниченный, теплообменник 12/14 магнитного холодильника, а клапан 30 управляется так, чтобы выходящий из горячего теплообменника 50 теплоноситель направлялся через горячий, т.е. намагниченный, теплообменник магнитного холодильника 10. Таким образом, обеспечивается реверсирование цикла для того, чтобы теплоноситель, который подвергался нагреву в магнитном холодильнике 10, проходил через холодный теплообменник, в результате чего может быть уменьшено время размораживания холодного теплообменника.
Таким образом, преимущество изобретения состоит в том, что значения температур в охлаждающем устройстве являются более стабильными или их колебания уменьшаются.