ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №4
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.4.10
УДК: 536.241; 537.638.5
криогенного магнитного рефрижератора
А.В. Маширов 1, К.А. Колесов 1, И.И. Мусабиров 2,
Д.Д. Кузнецов 1, В.В. Коледов 1, В.Г. Шавров 1
1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН 125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7
2 ИПСМ РАН, 450001, Уфа, ул. Степана Халтурина, 39
Статья поступила в редакцию 15 апреля 2024 г.
Аннотация. В данной работе исследуются рабочие параметры в криогенном механическом тепловом ключе, который представляет собой разъемную контактную пару из сплава GdNi2 в виде диска и медного цилиндра. Механический тепловой ключ функционирует в вакууме в диапазоне температур 8-325 К при давлении прижатия 250-350 кПа. Исследуется время наступления теплового равновесия при различных пятнах контакта с индиевым термоинтерфейсом и без него при начальной разнице температур образцов 0.8-10 К в диапазоне температур от 8 до 122 К. Было измерено, что при температурном напоре 3±0.14 К в интервале 50…122 К значения температурной релаксации составляет 33.7...39.9 секунд. Уменьшение номинальной площади контакта с 177 мм2 до 2.5 мм2, увеличивает значения времени температурной релаксации в 1.8 раз, при температуре 73.3 К с 36.6 до 63.5 секунд. Данный температурный интервал соответствует области максимального магнитокалорического эффекта вблизи температуры Кюри сплава GdNi2. На основе экспериментальных данных получены значения количества тепла, которое необходимо отвести для поддержания требуемой температуры объекта охлаждения в криогенном магнитном рефрижераторе.
Ключевые слова: магнитокалорический эффект, магнитное охлаждение.
Финансирование: Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда, проект № 20-79-10197, https://rscf.ru/project/20-79-10197/.
Автор для переписки: Маширов Алексей Викторович, a.v.mashirov@mail.ru
Литература
1. Franco V. et al. Magnetocaloric effect: From materials research to refrigeration devices // Progress in Materials Science. – 2018. – Т. 93. – С. 112–232.
2. Kitanovski A. et al. The thermodynamics of magnetocaloric energy conversion // Magnetocaloric Energy Conversion: From Theory to Applications. – 2015. – С. 1–21.
3. Kitanovski A. Energy applications of magnetocaloric materials // Advanced Energy Materials. – 2020. – Т. 10. – №. 10. – С. 1903741.
4. Liu W. et al. A study on rare–earth Laves phases for magnetocaloric liquefaction of hydrogen // Applied Materials Today. – 2022. – Т. 29. – С. 101624.
5. Liu W. et al. Designing magnetocaloric materials for hydrogen liquefaction with light rare–earth Laves phases // Journal of Physics: Energy. – 2023. – Т. 5. – №. 3. – С. 034001.
6. Park J., Jeong S., Kim S. AC Operation of Gd–Ba–Cu–O High TC Superconducting Magnet for Magnetic Refrigeration // IEEE transactions on applied superconductivity. – 2013. – Т. 24. – №. 3. – С. 1–4.
7. Park J., Park I., Jeong S., Kim S. Experimental Investigation on Conduction–Cooled Fast–Ramping Layer–Wound (RE)BCO Superconducting Magnet for Magnetic Refrigeration // IEEE transactions on applied superconductivity. – 2015. – Т. 25. – №. 3. – С. 1–5.
8. Park J., Jeong S., Park I. Development and parametric study of the convection-type stationary adiabatic demagnetization refrigerator (ADR) for hydrogen re-condensation // Cryogenics. – 2015. – Т. 71. – С. 82–89.
9. Park I. et al. Ramping operation of the conduction–cooled high–temperature superconducting magnet for an active magnetic regenerator system // IEEE Transactions on applied superconductivity. – 2016. – Т. 26. – №. 4. – С. 1–5.
10. Park I. et al. Performance of the fast–ramping high temperature superconducting magnet system for an active magnetic regenerator // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. – 2017. – Т. 27. – №. 4. – С. 1–5.
11. Park I., Jeong S. Development of the active magnetic regenerative refrigerator operating between 77 K and 20 K with the conduction cooled high temperature superconducting magnet // Cryogenics. – 2017. – Т. 88. – С. 106–115.
12. Park I. et al. Design method of the layered active magnetic regenerator (AMR) for hydrogen liquefaction by numerical simulation // Cryogenics. – 2015. – Т. 70. – С. 57–64.
13. Kim Y., Park I., Jeong S. Experimental investigation of two–stage active magnetic regenerative refrigerator operating between 77 K and 20 K // Cryogenics. – 2013. – Т. 57. – С. 113–121.
14. Park I. et al. Performance analysis of the active magnetic regenerative refrigerator for 20 K. // Proceedings of the 19th International Cryocooler Conference. – June 20–23. – 2016. – C. 495.
15. Kamiya K. et al. Active magnetic regenerative refrigeration using superconducting solenoid for hydrogen liquefaction // Applied Physics Express. – 2022. – Т. 15. – №. 5. – С. 053001.
16. Numazawa T. et al. Magnetic refrigerator for hydrogen liquefaction // Cryogenics. – 2014. – Т. 62. – С. 185–192.
17. Klinar K. et al. Fluidic and mechanical thermal control devices // Advanced electronic materials. – 2021. – Т. 7. – №. 3. – С. 2000623.
18. Anikin M. et al. Magnetic and magnetocaloric properties of Gd(Ni1− xFex)2 quasi–binary Laves phases with x=0.04÷0.16 // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2018. – Т. 449. – С. 353–359.
19. Mashirov A. V. et al. Homogenization annealing and magnetic properties of a sample of the Laves phase GdNi2 // Fizika Tverdogo Tela. – 2021. – Т. 63. – №. 12. – С. 1994–1999.
20. Dhuley R. C. Pressed copper and gold–plated copper contacts at low temperatures–A review of thermal contact resistance // Cryogenics. – 2019. – Т. 101. – С. 111–124.
21. Baranov N. V. et al. Enhanced magnetic entropy in GdNi2 // Physical Review B. – 2007. – Т. 75. – №. 9. – С. 092402.
22. Stevens R., Boerio–Goates J. Heat capacity of copper on the ITS–90 temperature scale using adiabatic calorimetry // The Journal of Chemical Thermodynamics. – 2004. – Т. 36. – №. 10. – С. 857–863.
23. Kolesov K. . et al. Parameters of the Cryogenic Mechanical Thermal Switch with Temperature Range 15–120 K for Magnetic Refrigerators // Unpublished results. – 2024.
24. Taskaev S. et al. Magnetocaloric effect in GdNi2 for cryogenic gas liquefaction studied in magnetic fields up to 50 T // Journal of applied physics. – 2020. – Т. 127. – №. 23.
25. Cryomech. (19 04 2023 г.). Cryomech. Получено из Cryomech: https://www.cryomech.com/cryocoolers/gifford-mcmahon-cryocoolers/
26. Marland B., Bugby D., Stouffer C. Development and testing of advanced cryogenic thermal switch concepts // AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing, 2000. – Т. 504. – №. 1. – С. 837–846.
27. Dermenakis S. Thermal characterization of a gas–gap heat switch for satellite thermal control // Master Thesis, Delft University of Technology. – 2016.
28. Jahromi A. E., Sullivan D. F. A piezoelectric cryogenic heat switch // Review of Scientific Instruments. – 2014. – Т. 85. – №. 6.
Для цитирования:
Маширов А.В, Колесов К.А., Мусабиров И.И., Кузнецов Д.Д., Шавров В.Г. Механический тепловой ключ криогенного магнитного рефрижератора. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.4.10