Generador térmico (1) magnetocalórico que comprende unos elementos térmicos (40-43) de material magnetocalórico,

unos medios magnéticos (3) dispuestos para crear una variación de campo magnético en dichos elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado "caliente" y un circuito colector denominado "frío", en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador diferenciado dispuesto para recoger respectivamente las calorías o las frigorías emitidas por dichos elementos térmicos según su ciclo de funcionamiento, y unos medios de conexión de los circuitos colectores a unos circuitos exteriores destinados a utilizar dichas calorías y frigorías recogidas, caracterizado porque dicho generador comprende por lo menos un módulo térmico (10-13) constituido por una pluralidad de elementos térmicos (40-43), apilados y dispuestos para delimitar entre sí unos canales (50) de circulación del fluido caloportador, estando distribuidos estos canales en canales calientes en los que circula el fluido caloportador del circuito colector caliente y en canales fríos en los que circula el fluido caloportador del circuito colector frío, estando alternados los canales calientes y fríos entre dichos elementos térmicos, y porque dichos elementos térmicos (40-43) comprenden unos orificios de entrada (51) y de salida (52) de fluido que se comunican entre sí de manera que se distribuye el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales (50) calientes y fríos correspondientes

Generador térmico magnetocalórico.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un generador térmico magnetocalórico que comprende unos elementos térmicos de material magnetocalórico, unos medios magnéticos dispuestos para crear una variación de campo magnético en dichos elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado "caliente" y un circuito colector denominado "frío", en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador distinto dispuesto para recoger respectivamente las calorías y las frigorías emitidas por dichos elementos térmicos según su ciclo de funcionamiento, y unos medios de conexión de dichos circuitos colectores a unos circuitos exteriores destinados a utilizar dichas calorías y frigorías recogidas.

Técnica anterior

Los nuevos generadores térmicos que utilizan el efecto magnetocalórico de determinados materiales ofrecen una alternativa ecológica muy interesante a los generadores clásicos destinados a desaparecer en el contexto del desarrollo sostenible y de la reducción del efecto invernadero. No obstante, para ser económicamente rentable y proporcionar un buen rendimiento energético, el diseño de este tipo de generadores y de sus medios de recuperación de las calorías y de las frigorías emitidas por estos materiales es primordial, teniendo en cuenta tiempos de ciclo muy cortos, bajos gradientes de temperatura generados y la intensidad magnética limitada. La energía recuperada está estrechamente relacionada con la masa de material magnetocalórico, la intensidad del campo magnético y el tiempo de intercambio con el fluido caloportador. De una manera conocida, el factor de transferencia de un intercambiador térmico está relacionado con la superficie de intercambio con respecto al caudal del fluido caloportador en contacto con esta superficie de intercambio. Debido a ello, cuanto mayor es la superficie de intercambio, más elevado es el coeficiente de transferencia.

En los generadores conocidos, se utilizan como medios de recuperación un circuito colector único que atraviesa los elementos térmicos, en el que circula un fluido caloportador único, que alimenta alternativamente un circuito frío y un circuito caliente. Esta solución induce, por consiguiente, una gran inercia térmica que penaliza considerablemente el rendimiento energético del generador.

El documento FR-A-2 864 211 describe un generador térmico tal como se describe en el preámbulo de la reivindicación 1.

La solicitud de patente francesa nº 05/08963 presentada por el titular de la presente solicitud propone un nuevo diseño de generadores en el que los elementos térmicos están atravesados por dos circuitos colectores diferenciados, un circuito colector caliente y un circuito colector frío, en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador diferenciado. Cada elemento térmico se presenta en forma de un elemento de inserción de forma prismática constituido por un apilamiento de placas con nervaduras realizadas en material magnetocalórico, que delimitan entre sí unos pasos para la circulación del fluido caloportador de manera que se crean los dos circuitos colectores separados. Estos elementos de inserción térmicos están montados en una platina provista de alojamientos adecuados y de conductos que conectan los circuitos colectores correspondientes de los diferentes elementos de inserción térmicos. Esta solución presenta la ventaja de suprimir la inercia térmica del fluido caloportador teniendo en cuenta que hay un fluido para el circuito caliente y un fluido para el circuito frío, y de aumentar la superficie de intercambio y por tanto el rendimiento calorífico del generador. No obstante, adolece del inconveniente de ser difícilmente aplicable a la industria, de tener un coste muy elevado y una configuración no modular.

Descripción de la invención

La presente invención pretende evitar esos inconvenientes proponiendo un generador térmico magnetocalórico compacto, polivalente, con gran rendimiento energético, que presenta un coeficiente de transferencia máximo, siendo al mismo tiempo aplicable fácilmente a la industria con costes razonables y presentando una configuración modular para poder responder a una gran variedad de aplicaciones tanto industriales como domésticas.

Con este objetivo, la invención se refiere a un generador térmico del tipo indicado en el preámbulo, caracterizado porque comprende por lo menos un módulo térmico constituido por una pluralidad de elementos térmicos, apilados y dispuestos para delimitar entre sí unos canales de circulación del fluido caloportador, estando distribuidos estos canales en canales calientes en los que circula el fluido caloportador del circuito colector caliente y en canales fríos en los que circula el fluido caloportador del circuito colector frío, estando alternados los canales calientes y fríos entre dichos elementos térmicos, y porque dichos elementos térmicos comprenden unos orificios de entrada y de salida de fluido que se comunican entre sí de manera que se distribuye el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales calientes y fríos correspondientes.

Esta construcción escalonada permite constituir unos subconjuntos térmicos, denominados módulos térmicos, provistos de canales paralelos, pudiendo estos módulos térmicos conectarse entre sí en serie y/o en paralelo. Esta construcción permite hacer variar el número de elementos térmicos apilados por módulo térmico en función del caudal de fluido deseado, así como el número de módulos térmicos yuxtapuestos en función del intervalo de temperatura deseado, obteniéndose una gran modularidad.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención y sus ventajas se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción de varios modos de realización facilitados a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es una vista explosionada de un generador térmico según la invención,

- las figuras 2 y 3 son unas vistas en perspectiva de dos ejemplos de configuraciones del generador de la figura 1,

- la figura 4 es una vista en perspectiva de un módulo térmico que entra en la composición del generador de la figura 1,

- la figura 5 es una vista en detalle en sección parcial de un extremo del generador de la figura 1,

- la figura 6A es una vista frontal del módulo térmico de la figura 4, la figura 6B es una vista ampliada en perspectiva del detalle A de la figura 4 y la figura 6C es una vista en planta del tramo de la figura 6B,

- la figura 7A es una vista parcial de dos elementos térmicos del módulo de la figura 4 que muestra dos sectores térmicos y las figuras 7B y 7C son unas vistas en sección según las líneas BB y CC de un elemento térmico de la figura 6A,

- la figura 8A es una vista en sección axial de un sector térmico y la figura 8B es una vista del detalle D,

- la figura 9A es una vista en sección axial de un sector térmico provisto de un elemento de inserción y la figura 9B es una vista del detalle E,

- las figuras 10A, 10B y 11A, 11B son unas vistas frontal y trasera de dos variantes de realización de un elemento térmico según la invención,

- las figuras 12 y 13 son unas variantes de piezas magnetocalóricas,

- las figuras 14 y 15 son unas variantes de pastillas magnetocalóricas,

- la figura 16A es una vista en perspectiva de un sector térmico según otra variante de realización y la figura 16B es una vista del detalle F,

- la figura 17A es una vista en perspectiva de una primera variante de realización de un módulo térmico según la invención y la figura 17B es una vista del detalle G,

- la figura 18A es una vista en perspectiva de una segunda variante de realización de un módulo térmico según la invención, la figura 18B es una vista de un subconjunto de este módulo y la figura 18C es una vista del detalle H de la figura 18B,

- la figura 19A es una vista en perspectiva de una tercera variante de realización de un módulo térmico según la invención y la figura 19B es una vista del detalle I.

Ilustraciones de la invención

Haciendo referencia a la figura 1, el generador térmico 1 según la invención comprende un conjunto de seis módulos térmicos 10 apilados, conectados mediante discos distribuidores 20 y obturados...

1. Generador térmico (1) magnetocalórico que comprende unos elementos térmicos (40-43) de material magnetocalórico, unos medios magnéticos (3) dispuestos para crear una variación de campo magnético en dichos elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado "caliente" y un circuito colector denominado "frío", en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador diferenciado dispuesto para recoger respectivamente las calorías o las frigorías emitidas por dichos elementos térmicos según su ciclo de funcionamiento, y unos medios de conexión de los circuitos colectores a unos circuitos exteriores destinados a utilizar dichas calorías y frigorías recogidas, caracterizado porque dicho generador comprende por lo menos un módulo térmico (10-13) constituido por una pluralidad de elementos térmicos (40-43), apilados y dispuestos para delimitar entre sí unos canales (50) de circulación del fluido caloportador, estando distribuidos estos canales en canales calientes en los que circula el fluido caloportador del circuito colector caliente y en canales fríos en los que circula el fluido caloportador del circuito colector frío, estando alternados los canales calientes y fríos entre dichos elementos térmicos, y porque dichos elementos térmicos (40-43) comprenden unos orificios de entrada (51) y de salida (52) de fluido que se comunican entre sí de manera que se distribuye el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales (50) calientes y fríos correspondientes.

2. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos canales (50) de circulación presentan un espesor comprendido entre 0,01 y 10 mm y preferentemente entre 0,15 y 1,5 mm.

3. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-43) comprenden unas formas en hueco para delimitar dichos canales (50).

4. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo térmico (10-13) comprende unas placas de riostra intercaladas entre dichos elementos térmicos (40-43) para delimitar dichos canales (50).

5. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos orificios de entrada (51) de los elementos térmicos (40-43) presentan una sección decreciente en el sentido del flujo de dicho fluido caloportador para distribuirlo uniformemente en dichos canales (50) en cuestión.

6. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos orificios de salida (52) de los elementos térmicos (40-43) presentan una sección creciente en el sentido del flujo de dicho fluido caloportador para agruparlo antes de salir de dicho módulo térmico.

7. Generador térmico según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque dichos orificios de entrada (51) o de salida (52) de sección variable están previstos en un elemento de inserción (72) alojado a través de dichos elementos térmicos (40-43).

8. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-43) están desplazados uno con respecto al otro de manera que los orificios de entrada (51) y de salida (52) están alineados en una trayectoria helicoidal.

9. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo térmico presenta una configuración rectilínea y dichos elementos térmicos son lineales y están apilados horizontalmente, verticalmente o según una combinación horizontal y vertical.

10. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo térmico (10-14) presenta una configuración circular y dichos elementos térmicos (40-43) son anulares y están apilados axialmente, radialmente o según una combinación axial y radial.

11. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (43) están formados por piezas de material magnetocalórico.

12. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-42) comprenden una o varias piezas (60-62) de material magnetocalórico soportadas por una pieza de soporte (70).

13. Generador térmico según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pieza de soporte (70) está sobremoldeada alrededor de dichas piezas (60-62) de material magnetocalórico.

14. Generador térmico según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pieza de soporte (70) está realizada en un material térmicamente aislante.

15. Generador térmico según la reivindicación 14, caracterizado porque dicho material térmicamente aislante está cargado con partículas de material térmicamente conductor.

16. Generador térmico según la reivindicación 12, caracterizado porque dichas piezas (60) de material magnetocalórico son unas pastillas de forma geométrica o de sector circular.

17. Generador térmico según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque dichas piezas (60-62) de material magnetocalórico presentan unas superficies lisas.

18. Generador térmico según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque dichas piezas (60-62) magnetocalóricas comprenden unos relieves sobre por lo menos una de sus caras.

19. Generador térmico según la reivindicación 18, caracterizado porque por lo menos una de dichas caras comprende unas ranuras (63, 64) dispuestas para crear unos remolinos en el fluido caloportador.

20. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-43) están divididos en por lo menos dos sectores térmicos (53) diferenciados, comprendiendo cada uno un canal (50) alimentado por un orificio de entrada (51) y un orificio de salida (52).

21. Generador térmico según la reivindicación 20, caracterizado porque los orificios de entrada (51) y de salida (52) de los sectores térmicos (53) de un mismo elemento térmico (40-43) están conectados en serie, en paralelo o según una combinación serie/paralelo al circuito colector caliente o frío que le corresponde.

22. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende por lo menos dos módulos térmicos (10-13) y porque dichos circuitos colectores calientes y fríos de dichos módulos térmicos están conectados en serie, en paralelo o según una combinación serie/paralelo mediante unos discos distribuidores (20).

23. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unas bridas de cierre (30) dispuestas para cerrar dichos canales (50) de dichos elementos térmicos (40-43) extremos y para mantener mecánicamente dichos elementos térmicos (40-43) entre sí, comprendiendo estas bridas de cierre (30) unos orificios de alimentación (31) y de evacuación (32) para conectar dichos circuitos colectores caliente y frío a dichos circuitos exteriores.

24. Generador térmico según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una camisa interior (4) y/o una camisa exterior (5) dispuesta para estanqueizar dichos módulos térmicos (10-13).

25. Generador térmico según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende unos ensamblajes magnéticos (3) interiores soportados por un árbol (2) accionado en rotación y/o en translación y una armadura (6) exterior dispuesta para cerrar el flujo magnético generado por dichos ensamblajes magnéticos (3).

26. Generador térmico según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende unos ensamblajes magnéticos (3) interiores y exteriores, estando soportado por lo menos uno de los ensamblajes magnéticos (3) por un árbol (2) accionado en rotación y/o en translación.

27. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho fluido caloportador es líquido, gaseoso o difásico.