DISPOSITIVO DE REFRIGERACION MAGNETICA.
Un dispositivo de refrigeración magnética para transferir calor,
que incluye un eje giratorio alrededor de un eje geométrico, un imán interior dispuesto en el eje geométrico y a una distancia radial del eje geométrico, un imán exterior dispuesto a una distancia radial del eje geométrico por fuera del imán interior, definiendo un entrehierro magnético entre los imanes interior y exterior, y material magneto-calórico dispuesto a una distancia radial del eje geométrico entre las distancias radiales de los imanes interior y exterior. El material magneto-calórico está acoplado al eje para rotación con el eje alrededor del eje geométrico, de tal modo que durante la rotación del eje una parte del material magneto-calórico alterne entre una posición magnetizada, dispuesta dentro del entrehierro magnético, y una posición desmagnetizada exterior al entrehierro magnético.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930726.
Solicitante: HUSSMANN CORPORATION.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 12999 ST. CHARLES ROCK ROAD BRIDGETON MISSOURI 63044-2483 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: ZHANG,MING, MADIREDDI,SESHA.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F25B21/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES. › F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan efectos eléctricos o magnéticos.
Fragmento de la descripción:
DISPOSITIVO DE REFRIGERACIÓN MAGNÉTICA
ANTECEDENTES
El presente invento se refiere a un dispositivo de refrigeración magnética. Los dispositivos de refrigeración magnética incluyengeneralmente imanes y material magneto-calórico. Los imanes son movidos típicamente en una forma de alternancia con respecto al material magneto-calórico, de tal modo que el material magnetocalórico experimente un campo magnético creciente cuando los imanes se mueven acercándose entre sí, experimentando así un aumento de la temperatura debido al efecto magneto-calórico, y un campo magnético decreciente cuando los imanes se mueven separándose unos de otros, lo que da por resultacto una disminución de la temperatura. Típicamente, se hace pasar un fluido de transferencia de calor a través del material magnetocalórico para absorber calor del material magneto-calórico cuando el campo magnético aumenta, y el fluido de transferencia de calor es 1 uego dirigido a un intercambiador de calor que libera el calor a la atmósfera. Después se hace pasar el fluido de transferencia de calor a través del material magneto-calórico para que ceda calor al material magneto-calórico cuando el campo magnético disminuye, y se dirige el fluido de transferencia de calor a otro intercambiador de calor para evacuar calor del airee que está siendo hecho circular en un espacio refrigerado.
SUMARIO
En una realización, el invento proporciona un dispositivo de refrigeración magnética para transferir calor. El dispositivo de refrigeración magnética comprende un motor que tiene un eje de salida giratorio alrededor de un eje geométrico, un imán interior dispuesto en el un eje geométrico y a una primera distancia radial del eje geométrico, un imán exterior dispuesto a una segunda distancia radial del eje geométrico por fuera del
imán interior, y material magneto-calórico dispuesto a una tercera distancia radial del eje geométrico, entre las distancias radiales primera y segunda. Entre los imanes interior
y exterior está definido un entrehierro magnético. El material magneto-calórico se acopla al eje para rotación con el eje alrededor del eje geométrico, de tal modo que durante larotación del eje una parte del material magneto-calórico alterna entre una posición de magnetizado, dispuesto dentro del entrehierro magnético, y una posición de desmagnetizado, fuera del entrehierro magnético.
En otro aspecto, el invento proporciona un método para operar un dispositivo de refrigeración magnética para transferir calor. El método comprende hacer girar un eje y un material magneto-calórico con el eje alrededor de un eje geométrico, y alternándose una parte del material magneto-calórico entre una posición magnetizada, dispuesta en un entrehierro magnético, y una posición desmagnetizada dispuesta fuera del entrehierro magnético. El entrehierro magnético está definido entre un imán interior dispuesto en el un eje geométrico y a una distancia radial del eje geométrico, y un imán exterior dispuesto a una distancia radial del eje geométrico por fuera del imán interior.
En todavía otro aspecto, el invento proporciona otro método para operar un dispositivo de refrigeración magnética para transferir calor. El método comprende hacer girar un eje alrededor de un eje geométrico, acoplar un primer imán al eje permitiendo rotación relativa entre ellos, acoplar magnéticamente el primer imán a un segundo imán estacionario, de tal modo que el primer imán se oponga sustancialmente a la rotación con el eje durante la rotación del eje, hacer girar un material magneto-calórico con el eje alrededor del eje geométrico, alternándose una parte del material magneto-calórico entre una posición magnetizada, dispuesta dentro de un entrehierro magnético, y una posición desmagnetizada por fuera del entrehierro magnético, y hacer circular un fluido de trabajo de un circuito de fluido a través del material magneto-calórico para enfriar un medio a ser refrigerado. El entrehierro magnético está definido entre el primer imán dispuesto en el un eje geométrico y a una distancia radial del eje geométrico, y el segundo imán dispuesto a una distancia radial del eje geométrico por fuera del primer imán. Otros aspectos de invento se harán evide ntes de la consideración de la descripción detall ada y de los dibujos que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de refrigeración magnética de acuerdo con una realización del presente invento.
La Fig. 2 es una vista en despiece ordenado del dispositivo de refrigeración magnética de la Fig. l.
La Fig. 3 es una vista en corte transversal del dispositivo de refrigeración magnética, dado a lo largo de la línea 3-3 de la Fig. l.
La Fig. 4 es una vista en corte transversal del dispositivo de refrigeración magnética, dado a lo largo de la línea 4-4 de la Fig. 3.
La Fig. 5 es una vista en corte transversal del dispositivo de refrigeración magnética, dado a lo largo de la línea 5-5 de la Fig. 3.
La Fig. 6 es una vista esquemática de un sistema de refrigeración magnética en el que se utiliza el dispositivo de refrigeración magnética de la Fig. l.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Antes de explicar en detalle cualquier realización del invento, ha de quedar entendido que el invento no queda limitado en su aplicación a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes expuesta en la descripción que sigue o ilustrada en los dibujos que siguen. El invento es susceptible de otras realizaciones, y de ser puesto en práctica
o ejecutado de diversos modos. Además, ha de quedar entendido que la fraseología y la terminología que aquí se usan son para fines de descripción, y no deberán ser consideradas como limitadoras. El uso de las expresiones. "que incluye", "que comprende", o "que tiene", y variaciones de las mismas, se entiende que abarca los artículos que se relacionen a continuación y los equivalentes de los mismos, así como artículos adicionales. A menos que se especifique o se limite de
otro modo, los términos "montado", "conectado", "soportado" y "acoplado", y las variantes de los mismos, se usan en un sentido general y abarcan montajes, conexiones, soportes y acoplamientos, tanto director como indirectos. Además, los términos "conectado" y "acoplado" no quedan limitados a conexiones o acoplamientos físicos o mecánicos.En las Figs. 1 y 2 se ha ilustrado un dispositivo de refrigeración magnética 10 que incluye una base 32, miembros de soporte 45, un eje giratorio 14, un par de imanes interiores 12, un par de imanes exteriores 16, y un conjunto de recipiente anular 17 que incluye un par de tapas extremas 35, brazos de conexión 42 y un recipiente anular 18 que define una pluralidad de canales 34. El recipiente anular 18 contiene un material magneto-calórico 20 (representado en las Figs. 3-5.
El eje giratorio 14 está acoplado a un eje de salida de un motor 26 (representado esquemáticamente en la Fig. 6) , tal como un motor eléctrico. El motor 26 es, preferiblemente, un motor de velocidad variable, aunque pueden emplearse motores que tengan una sola velocidad o múltiples velocidades diferenciadas. El eje giratorio 14 gira alrededor de un eje geométrico 28 y está soportado por cojinetes 44. Los cojinetes 44 están dispuestos en miembros de soporte 45 acoplados a la base 32.
En la construcción ilustrada, los imanes interiores 12 son imanes permanentes que tienen líneas de campo magnético convergentes y divergentes, aunque pueden usarse otros tipos de imán tales como los imanes permanentes isotrópicos y los electroimanes. Los imanes permanentes que tienen líneas de campo magnético convergentes y divergentes se han descrito en la
Solicitud Provisional de EE.UU.,...
Reivindicaciones:
l. Un dispositivo de refrigeración magnética para transferir calor, comprendiendo el dispositivo de refrigeración magnética:
un eje giratorio alrededor de un eje geométrico;
un imán interior dispuesto en el un eje geométrico y a una distancia radial del eje geométrico exterior
un imán exterior dispuesto a una distancia radial del eje geométrico exteriormente al imán interior, definiendo un entrehierro magnético entre los imanes interior y exterior; y
material magneto-calórico dispuesto a una distancia radial del eje geométrico entre las distancias radiales de los imanes interior y exterior, en que el material magneto-calórico está acoplado al eje para rotación con el eje alrededor del eje geométrico, de tal modo que durante la rotación del eje una parte del material magneto-calórico alterna entre una posición magnetizada, dispuesto dentro del entrehierro magnético, y una posición desmagnetizada exterior al entrehierro magnético.
2. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 1, que comprende además un circuito de fluido que transfiere fluido desde un intercambiador de calor frío al material magneto-calórico en la posición magnetizada, desde el material magneto-calórico en la posición magnetizada a un intercambiador de calor caliente, desde el intercambiador de calor caliente al material magneto-calórico en la posición desmagnetizada, y desde el material magneto-calórico en la posición desmagnetizada al intercambiador de calor frío, en el que el intercambiador de calor frío está configurado para absorber calor de un medio a ser refrigerado, y en el que el intercambiador de calor caliente está configurado para rechazar el calor.
3. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 1, en el que el material magneto-calórico está contenido en un recipiente anular.
4. El dispositivo de refrigeración magnética segón la reivindicación 3, en el que el recipiente anular está dividido en una pluralidad de canales que se extienden radialmente, y en el que el recipiente anular está acoplado al eje para rotación con el eje alrededor del eje geométrico, de tal modo que durante la rotación del eje una parte, al menos, de cada uno de la pluralidad de canales alterna entre la posición magnetizada y la posición desmagnetizada.
6. El dispositivo de refrigeración magnética segón la reivindicación 5, en el que uno de la pluralidad de canales está configurado para flujo de fluido a su través en una primera dirección cuando el uno de la pluralidad de canales está en la posición magnetizada, y en el que el uno de la pluralidad de canales está configurado para flujo de fluido a su través en una segunda dirección cuando el uno de la pluralidad de canales está en la posición desmagnetizada, en el que la primera dirección es opuesta a la segunda dirección.
7. El dispositivo de refrigeración magnética segón la reivindicación 6, que comprende además un sello giratorio acoplado al recipiente anular para rotación con el recipiente anular, en el que el sello giratorio incluye una pluralidad de aberturas y en el que cada una de la pluralidad de aberturas está conectada para circulación de fluido a uno correspondiente de la pluralidad de canales.
8.
está configurado para ser estacionario e incluye una pluralidad de ranuras en comunicación de fluido con la pluralidad de aberturas.
9. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 8, en el que la pluralidad de ranuras incluye una primera ranura en comunicación de fluido con la parte de la pluralidad de canales en la posición magnetizada, y una segunda ranura en comunicación de fluido con la parte de la pluralidad de canales en la posición desmagnetizada.
10. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 9, en el que el fluido fluye a través de la primera ranura en la primera dirección, y en el que el fluido fluye a través de la segunda ranura en la segunda dirección.
11. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 10, que comprende además un primer circuito configurado para transferir fluido desde un intercambiador de calor frío al material magneto-calórico en la posición magnetizada, desde el material magneto-calórico en la posición magnetizada a un intercambiador de calor caliente, desde el intercambiador de calor caliente al material magneto-calórico en la posición desmagnetizada, y desde el material magneto-calórico en la posición desmagnetizada al intercambiador de calor frío, en el que el intercambiador de calor frío está configurado para absorber calor de un medio a ser refrigerado, y en el que el intercambiador de calor caliente está configurado para rechazar el calor.
12.
13. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 1, que comprende además una culata interior acoplada al imán permanente interior.
14. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 13, en el que la culata interior está acoplada al eje por medio de un cojinete que permite que la culata interior permanezca estacionaria al girar el eje.
15. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 14, que comprende además una culata exterior cilíndrica estacionaria que incluye un material magnético permeable acoplado al imán permanente exterior.
16. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 1, en el que el imán exterior está configurado para ser estacionario, en el que el imán interior está acoplado al imán exterior por medio de fuerza magnética, y en el que el imán interior está sustancialmente fijo con relación al imán exterior.
17. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 1, en el que el material magneto-calórico está contenido en un recipiente configurado para flujo bidirecional de fluido a su través.
18. El dispositivo de refrigeración magnética según la reivindicación 17, en el que el recipiente está configurado para flujo de fluido en una primera dirección cuando el recipiente está situado en la posición magnetizada, y en el que el recipiente está configurado en una segunda dirección cuando el recipiente está situado en la posición desmagnetizada.
19.
contenido en un recipiente configurado para flujo axial de fluido a su través.
20. Un método para operar un dispositivo de refrigeración magnética para transferir calor, comprendiendo el método: hacer girar un eje y un material magneto-calórico con el eje alrededor de un eje geométrico; y
alternar una parte del material magneto-calórico entre una posición magnetizada, dispuesta en un entrehierro magnético
definido entre un imán interior dispuesto en el un eje geométrico y a una distancia radial del eje geométrico, y un imán exterior dispuesto a una distancia radial del eje geométrico por fuera del imán interior, y una posicióndesmagnetizada dispuesta fuera del entrehierro magnético.
21. El método según la reivindicación 20, que comprende además mover un fluido a través del material magneto-calórico en una primera dirección cuando el material magneto-calórico está en el entrehierro magnético, y en una segunda dirección cuando el material magneto-calórico está fuera del entrehierro magnético.
22. El método según la reivindicación 20, que comprende además hacer circular un fluido de trabajo en una sola dirección a través de una parte estacionaria que incluye un intercambiador de calor caliente configurado para rechazar el calor y un intercambiador de calor frío configurado para absorber calor de un medio a ser refrigerado, y hacer circular un fluido de trabajo en dos direcciones a través de una parte giratoria que incluye el material magneto-calórico.
23.
24. El método según la reivindicación 20, que comprende además refrigerar un medio, haciendo para ello circular un fluido de trabajo desde la parte del material magneto-calórico que está fuera del entrehierro magnético al intercambiador de calor frío y absorber calor del medio por medio del intercambiador de calor frío.
25. El método de transferencia de calor según la reivindicación 20, que comprende además hacer circular un fluido de trabajo a través del material magneto-calórico en una dirección sustancialmente paralela al eje geométrico.
26. El método de transferencia de calor según la reivindicación 20, que comprende además dividir el material magneto-calórico en una pluralidad de secciones que se extienden paralelas al eje geométrico.
27. El método según la reivindicación 20, que comprende además hacer circular continuamente un fluido de trabajo a través del material magneto-calórico, a través de un intercambiador de calor caliente configurado para rechazar el calor, y a través de un intercambiador de calor frío configurado para absorber calor de un medio a ser refrigerado, durante la operación del dispositivo de refrigeración magnética.
28. Un método para operar un dispositivo de refrigeración
magnética para transferir calor, comprendiendo el método:
hacer girar un eje alrededor de un eje geométrico;
acoplar un primer imán al eje, permitiendo rotación relativa entre ellos;
acoplar magnéticamente el primer imán con un segundo imán estacionario, de tal modo que el primer imán se oponga sustancialmente a la rotación con el eje durante la rotación del eje;
hacer girar un material magneto-calórico con el eje alrededor del eje geométrico;
alternar una parte del material magneto-calórico entre una posición magnetizada, dispuesta dentro de un entrehierro magnético definido entre el primer imán dispuesto en el un eje geométrico y a una distancia radial del eje geométrico, y el
segundo imán dispuesto a una distancia radial del eje geométrico por fuera del primer imán, y una posición desmagnetizada fuera del entrehierro magnético; y
hacer circular un fluido de trabajo de un circuito de fluido a través del material magneto-calórico para refrigerar un 10 medio a ser refrigerado.
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