Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10,

20, 100, 50, 60, 90, 200) que comprende al menos una unidad de generación de flujo térmico alojada en una carcasa exterior (11, 21, 91, 201) y provista de al menos un órgano térmico que contiene al menos un elemento magnetocalórico, de al menos una disposición magnética dispuesta para generar un campo magnético, de al menos un accionamiento eléctrico dispuesto para garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética con respecto a cada elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) con el fin de someterlo a una variación de campo magnético y provocar una variación de su temperatura, de unos medios para captar las calorías y/o frigorías emitidas por cada elemento magnetocalórico debido a dicha variación del campo magnético, estando integrado dicho accionamiento eléctrico en el dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) y comprendiendo al menos un bobinado eléctrico (14, 24, 55, 65, 97, 205) provisto de un arrollamiento llevado por una armadura (16) y alimentado con corriente eléctrica para generar una variación de campo magnético que provoca el desplazamiento de un ensamblaje móvil (12, 22, 52, 62, 96, 204) que lleva dicha disposición magnética, estando dicho dispositivo caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) es adyacente a dicha disposición magnética y está dispuesto en el entrehierro constituido por al menos un primer espacio (E1) delimitado entre dicha disposición magnética y dicha armadura (16) de dichos bobinados eléctricos.

Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico que comprende al menos una unidad de generación de flujo térmico alojada en una carcasa exterior y provista de al menos un órgano térmico que contiene al menos un elemento magnetocalórico, de al menos una disposición magnética dispuesta para generar un campo magnético, de al menos un accionamiento eléctrico dispuesto para garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética con respecto a cada elemento magnetocalórico con el fin de someterlo a una variación de campo magnético y provocar una variación de su temperatura, unos medios para captar calorías y/o frigorías emitidas por cada elemento magnetocalórico debido a dicha variación del campo magnético, estando integrado dicho accionamiento eléctrico en el dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico y comprendiendo al menos un bobinado eléctrico dotado de un arrollamiento llevado por una armadura y alimentado con corriente eléctrica con objeto de generar una variación de campo magnético que provoca el desplazamiento de un ensamblaje móvil que lleva dicha disposición magnética.

Técnica anterior

La publicación WO-A-03/050456 describe un dispositivo de refrigeración magnético con material magnetocalórico que utiliza dos imanes permanentes y que comprende un recinto anular monobloque que delimita compartimentos con material magnetocalórico, por ejemplo de gadolinio, en forma porosa, estando separados estos compartimentos por juntas. Cada compartimento está dotado como mínimo de cuatro orificios de los que un orificio de entrada y un orificio de salida por una parte, están conectados a un circuito caliente y un orificio de entrada y un orificio de salida por otra parte, están conectados a un circuito frío. Los dos imanes permanentes están dotados de un movimiento de rotación continua de manera que barren sucesivamente los diferentes compartimentos con materiales magnetocalóricos fijos y los someten a variaciones del campo magnético. Las calorías y/o frigorías emitidas por el material magnetocalórico son captadas por los circuitos caliente y frío de fluido caloportador y dirigidas hacia intercambiadores de calor. Los imanes permanentes se accionan en rotación por un motor eléctrico que acciona también juntas rotativas para que el conducto de fluido caloportador que atraviesa los compartimentos con materiales magnetocalóricos fijos se conecte sucesivamente a los circuitos caliente y frío. Este dispositivo, que simula así el funcionamiento de un anillo de líquido, necesita una rotación continua y sincrónica precisa de las diferentes juntas rotativas y de los imanes permanentes.

El desplazamiento, concretamente el accionamiento lineal o el accionamiento en rotación, de los imanes que generan el campo magnético cuya variación, debida al desplazamiento lineal o rotativo, provoca los ciclos de temperatura de los materiales magnetocalóricos, necesita medios motores que habitualmente están constituidos por un motor eléctrico clásico. Debe observarse que los materiales magnetocalóricos clásicos tienen como efecto que se calientan casi instantáneamente cuando penetran en un campo magnético. Los materiales denominados magnetocalóricos inversos presentan la particularidad de enfriarse en el momento en que entran en un campo magnético. La generación de calorías o de calorías "negativas" denominadas frigorías presenta intereses diversos según las aplicaciones previstas.

El motor que genera el desplazamiento de los imanes ocupa un determinado espacio que se añade al espacio que ocupa el dispositivo y aumenta su precio de coste, su peso y su volumen y reduce su rendimiento, lo que constituye un conjunto de inconvenientes que penalizan el desarrollo de esta tecnología, concretamente para generar frío, a pesar del interés ecológico indiscutible de la solución.

La publicación US 2005/0120720 A1 propone un generador magnetocalórico en el que la motorización eléctrica está integrada y comprende bobinados arrollados alrededor de los polos de un estator, estando el rotor libre en rotación y constituido por imanes permanentes. En esta forma de realización, los elementos magnetocalóricos están dispuestos radialmente a cada lado de los polos. Por consiguiente están alejados de los imanes permanentes, no están sometidos al flujo magnético máximo y no pueden proporcionar sus rendimientos térmicos máximos, lo que penaliza el rendimiento térmico global del generador. Además, estos elementos magnetocalóricos experimentan un calentamiento debido a su proximidad con los bobinados que conllevan un efecto nefasto de remanencia térmica.

Exposición de la invención

La presente invención se propone paliar estos inconvenientes realizando un dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico, económico y que ocupa poco espacio, en el que todos los componentes están dispuestos con vistas a obtener una construcción optimizada en un volumen mínimo con una eficacia energética óptima.

Este objetivo se consigue mediante el dispositivo de la invención, tal como se define en el preámbulo, caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico es adyacente a dicha disposición magnética y está dispuesto en el entrehierro constituido por al menos uno cualquiera de un primer espacio delimitado entre dicha disposición magnética y dicha armadura y de un segundo espacio delimitado entre dicha disposición magnética y dicha carcasa exterior.

En función de la configuración del dispositivo según la invención, puede preverse la integración de uno o varios bobinados eléctricos. A este respecto, el dispositivo puede comprender al menos dos bobinados eléctricos.

Esta solución permite, mediante un control en directo de cada bobinado eléctrico, garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética y, concretamente cuando el campo magnético se obtiene mediante imanes permanentes, actuar conjuntamente con estos imanes permanentes para optimizar la eficacia energética del material magnetocalórico en el campo magnético gracias a estos bobinados eléctricos.

No obstante, conviene remarcar que por motivos de rendimiento, el entrehierro entre cada bobinado y el ensamblaje móvil que genera el campo magnético es ventajosamente lo más estrecho posible. Ahora bien, si se disponen elementos magnetocalóricos en este entrehierro, se aumenta inevitablemente su dimensión transversal, lo que puede perjudicar, en determinados casos críticos, la eficacia del sistema.

Este es el motivo, según una forma de realización particular del dispositivo, por el que dicho elemento magnetocalórico está únicamente dispuesto en el primer espacio del entrehierro.

Según otra forma de realización particular del dispositivo, dicho elemento magnetocalórico está únicamente dispuesto en el segundo espacio del entrehierro adyacente al primer espacio.

Según aún otra forma de realización particular, dicho elemento magnetocalórico esta ventajosamente dispuesto, de manera continua, en el primer espacio y en el segundo espacio adyacente al primero.

Según una forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, el dispositivo puede comprender ventajosamente un estator fijo alojado en la carcasa periférica y un rotor montado en el interior de dicha carcasa, coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos, y los elementos magnetocalóricos forman una corona continua que rodea dicho rotor y que ocupa íntegramente dicho primer espacio del entrehierro entre dicho rotor y dicho estator fijo.

Según otra forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, el dispositivo puede comprender ventajosamente un estator fijo alojado en la carcasa periférica y un rotor montado en el interior de dicha carcasa, coaxialmente con respecto a dicho estator, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo al menos dos bobinados eléctricos que se extienden angularmente sobre una primera parte de dicha carcasa dejando una segunda parte de dicha carcasa libre de bobinados eléctricos, y cada elemento magnetocalórico está dispuesto en dicho segundo espacio del entrehierro correspondiente a dicha segunda parte libre de bobinados eléctricos,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) que comprende al menos una unidad de generación de flujo térmico alojada en una carcasa exterior (11, 21, 91, 201) y provista de al menos un órgano térmico que contiene al menos un elemento magnetocalórico, de al menos una disposición magnética dispuesta para generar un campo magnético, de al menos un accionamiento eléctrico dispuesto para garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética con respecto a cada elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) con el fin de someterlo a una variación de campo magnético y provocar una variación de su temperatura, de unos medios para captar las calorías y/o frigorías emitidas por cada elemento magnetocalórico debido a dicha variación del campo magnético, estando integrado dicho accionamiento eléctrico en el dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) y comprendiendo al menos un bobinado eléctrico (14, 24, 55, 65, 97, 205) provisto de un arrollamiento llevado por una armadura (16) y alimentado con corriente eléctrica para generar una variación de campo magnético que provoca el desplazamiento de un ensamblaje móvil (12, 22, 52, 62, 96, 204) que lleva dicha disposición magnética, estando dicho dispositivo caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) es adyacente a dicha disposición magnética y está dispuesto en el entrehierro constituido por al menos un primer espacio (E1) delimitado entre dicha disposición magnética y dicha armadura (16) de dichos bobinados eléctricos.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos dos bobinados eléctricos (14, 24, 55, 65, 97, 205) .

3. Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico está dispuesto, de manera continua, en dicho primer espacio (E1) y en un segundo espacio (E2) adyacente al primero, estando delimitado este segundo espacio (E2) entre dicha disposición magnética y dicha carcasa exterior (91, 201) .

4. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, caracterizado porque comprende un estator fijo (15, 25) alojado en la carcasa periférica (11, 21) , y un rotor (12, 22) montado en el interior de dicha carcasa coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos (14, 24) , y porque los elementos magnetocalóricos (13, 23) forman una corona continua que rodea dicho rotor (12, 22) y que ocupa íntegramente dicho primer espacio (E1) del entrehierro entre dicho estator fijo y dicho rotor.

5. Dispositivo según la reivindicación 3, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, caracterizado porque comprende un estator fijo (98) alojado en la carcasa periférica (91) y un rotor (96) montado en el interior de dicha carcasa coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo al menos dos bobinados eléctricos (97) que se extienden angularmente sobre una primera parte de dicha carcasa dejando una segunda parte de dicha carcasa libre de bobinados eléctricos (97) , y porque dicho elemento magnetocalórico (99) está dispuesto a la vez en el primer espacio (E1) correspondiente a la primera parte de la carcasa y en el segundo espacio (E2) adyacente al primer espacio y correspondiente a la segunda parte libre de bobinados eléctricos (97) .

6. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, caracterizado porque comprende una carcasa alargada, un estator lineal fijo (51, 61) alojado en dicha carcasa y un carro, móvil (52, 62) de manera lineal, alternativamente con respecto a dicho estator fijo, llevando el carro móvil dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos (55, 65) , y porque los elementos magnetocalóricos (56, 66) forman al menos una fila continua alineada a lo largo del estator lineal fijo (51, 61) , y que ocupa íntegramente dicho primer espacio (E1) del entrehierro entre dicho estator lineal y dicho carro móvil.

7. Dispositivo según la reivindicación 3, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, caracterizado porque comprende una carcasa alargada (201) , un estator lineal fijo (206) alojado en dicha carcasa, que comprende al menos un bobinado eléctrico (205) y que se extiende sobre una primera parte de la longitud de esta carcasa dejando libre de bobinados eléctricos una segunda parte de dicha carcasa, un carro (204) , móvil de manera lineal, alternativamente con respecto a dicho estator fijo y que lleva dicha disposición magnética, y porque dicho elemento magnetocalórico está dispuesto a la vez en el primer espacio (E1) del entrehierro correspondiente a la primera parte de la carcasa y en el segundo espacio (E2) adyacente al primer espacio y correspondiente a la segunda parte de la carcasa libre de bobinados eléctricos.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha disposición magnética comprende un conjunto de imanes permanentes (17, 53) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos imanes permanentes (17, 53) de dicha disposición magnética de dicho rotor comprenden al menos un elemento magnéticamente permeable (18, 54) .

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque dichos bobinados eléctricos (14, 24, 97) presentan cada uno un eje dispuesto según una dirección sensiblemente radial.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque cada bobinado eléctrico (55, 65, 205) presenta un eje paralelo y sensiblemente perpendicular a la dirección de desplazamiento de dicho carro móvil (52, 62, 204) .

12. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 6, caracterizado porque dicho conjunto de bobinados eléctricos (14, 24) presenta una disimetría geométrica con respecto a las líneas de flujo generadas por dicha disposición magnética para imponer un sentido de rotación preferente a dicho rotor (12, 22) o un sentido de desplazamiento lineal preferente a dicho carro móvil (52, 62) .