Generador térmico con material magnetocalórico.

Generador magnetocalórico (40, 40') que comprende por lo menos un módulo térmico (2),

comprendiendo estemódulo térmico (2) esencialmente un elemento magnetocalórico (3) atravesado por un volumen definido de fluidocaloportador arrastrado según un desplazamiento alterno a través del elemento magnetocalórico (3), a una y otraparte de este último, mediante dos medios de circulación (4) dispuestos en dicho módulo térmico (2), comprendiendoigualmente dicho generador magnetocalórico (40, 40') una disposición magnética (5) configurada para someteralternativamente cada elemento magnetocalórico (3) a una variación de campo magnético y crear alternativamente,en dicho elemento magnetocalórico (3), un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, generando la creacióny después el mantenimiento de un gradiente de temperatura entre los dos extremos opuestos de dicho elementomagnetocalórico (3), estando sincronizado el desplazamiento alterno del fluido caloportador con la variación delcampo magnético, estando dicho generador magnetocalórico (40, 40') caracterizado porque dichos medios decirculación (4) de dicho módulo térmico (2) están dispuestos a una y otra parte del elemento magnetocalórico (3),enfrente de este último, y son puestos en movimiento por un medio de maniobra (46) sin contacto constituido pordicha disposición magnética (5) apta para generar un campo magnético variable, al cual son sensibles dichosmedios de circulación (4), comprendiendo dicho medio de maniobra (46) por lo menos un elemento móvil (47)arrastrado por un accionador, presentando dicho elemento móvil (47) unas zonas imantadas (8) de polaridadesdiferentes, cuyo paso en una zona próxima a dichos medios de circulación (4) correspondientes produce, poracoplamiento magnético, el desplazamiento o la deformación de dichos medios de circulación (4).

Generador térmico con material magnetocalórico.

Ámbito técnico

La presente invención se refiere al ámbito de la generación de energía térmica y más particularmente a un generador magnetocalórico que comprende por lo menos un módulo térmico, comprendiendo este módulo térmico esencialmente un elemento magnetocalórico atravesado por un volumen definido de fluido caloportador arrastrado según un desplazamiento alterno a través del elemento magnetocalórico, a una y otra parte de este último, mediante por lo menos un medio de circulación dispuesto en el módulo térmico, comprendiendo igualmente dicho generador magnetocalórico una disposición magnética configurada para someter alternativamente cada elemento magnetocalórico a una variación de campos magnéticos y crear alternativamente, en dicho elemento magnetocalórico, un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento que generan la creación y luego el mantenimiento de un gradiente de temperatura entre los dos extremos opuestos de dicho elemento magnetocalórico, sincronizándose el desplazamiento alterno del fluido caloportador con la variación del campo magnético, siendo puesto en movimiento dicho medio de circulación por un medio de maniobra sin contacto apto para generar un campo magnético variable, siendo dicho medio de circulación sensible a dicho campo magnético variable y produciendo el acoplamiento magnético creado entre dicho medio de maniobra sin contacto y dicho medio de circulación el desplazamiento o la deformación de dicho medio de circulación.

Técnica anterior

La tecnología del frío magnético a temperatura ambiente se conoce desde hace más de veinte años y se saben las ventajas que ésta aporta en términos de ecología y de desarrollo duradero. Se conocen igualmente sus límites en cuanto a su potencia calorífica útil y a su rendimiento. Desde entonces, las búsquedas realizadas en este ámbito tienden todas ellas a mejorar las prestaciones de tal generador, actuando sobre los diferentes parámetros, tales como la potencia de imantación, las prestaciones del elemento magnetocalórico, la superficie de intercambio entre el fluido caloportador y los elementos magnetocalóricos, las prestaciones de los intercambiadores de calor, etc.

La solicitud de patente francesa nº 07/07612 a nombre de la solicitante describe un generador magnetocalórico en el cual la energía térmica generada por unos elementos magnetocalóricos es intercambiada con un fluido caloportador puesto en movimiento a través de dichos elementos magnetocalóricos por intermedio de unos medios de circulación. Estos últimos desplazan el fluido caloportador entre unos elementos magnetocalóricos y unas cámaras de intercambio de manera alterna y sincronizada con la variación de un campo magnético que conlleva un calentamiento y luego un enfriamiento de los elementos magnetocalóricos. Estos medios de circulación tienen la forma de pistones accionados según un movimiento de vaivén por una leva de control que comprende un perfil de leva específico.

Sin embargo, este generador presenta un inconveniente inherente al accionamiento de estos pistones. En efecto, este accionamiento está sujeto a un desgaste de los elementos en contacto, a saber, el perfil de leva y los pistones, lo que puede entrañar una degradación prematura del rendimiento del generador. Además, plantea problemas de estanqueidad entre la camisa de los pistones y el mecanismo de accionamiento.

La publicación SU 1 105 737 describe un generador térmico por compresión de gas criogénico en el cual un pistón se desplaza hacia arriba para comprimir el gas y calentarlo, y después otro pistón se desplaza hacia abajo para impulsar el gas a través del regenerador. No obstante, no se precisa por qué medio se desplazan los pistones. La publicación FR 997 056 describe un aparato de refrigeración según el preámbulo de la reivindicación 1, que utiliza el efecto magnetocalórico de un material ferromagnético atravesado por un fluido caloportador desplazado por un pistón accionado por un acoplamiento magnético.

Exposición de la invención

La presente invención pretende paliar estos inconvenientes proponiendo un generador magnetocalórico de construcción simple, en el cual, por una parte, se evitan los riesgos de perdida de estanqueidad entre la cámara en la cual se desplazan los medios de circulación del fluido, por ejemplo unos pistones, y el medio de maniobra de estos últimos y, por otra parte, se aumenta la duración de vista y se preserva el rendimiento.

A este fin, la invención se refiere a un generador magnetocalórico del género indicado en el preámbulo, caracterizado porque por lo menos un medio de maniobra sin contacto comprende por lo menos un elemento móvil activado por un accionador, presentando dicho elemento móvil unas zonas imantadas de polaridades diferentes cuyo paso en una zona próxima a dicho medio de circulación entraña el desplazamiento o la deformación de este último.

Esta puesta en movimiento puede consistir en un desplazamiento según un movimiento de vaivén o en una deformación, por ejemplo, y el movimiento de los medios de circulación debe entrañar el desplazamiento del fluido

caloportador en cada módulo térmico.

La utilización de un medio de maniobra sin contacto permite limitar los contactos físicos entre los medios de circulación del fluido y el medio de maniobra sin contacto de estos últimos, lo que tiene como consecuencia la garantía de una estanqueidad y un aumento de la duración de vida de estos elementos gracias a la ausencia de todo contacto y, por tanto, de todo desgaste.

Dicho módulo térmico comprende dos medios de circulación dispuestos cada uno a una y otra parte del elemento magnetocalórico, enfrente de este último.

Según la invención, los dos medios de circulación de dicho módulo térmico son accionados cada uno por el medio de maniobra sin contacto.

Cuando el generador magnetocalórico según la invención comprende más de un módulo térmico, estos últimos están dispuestos preferiblemente de manera adyacente unos a otros, con los elementos magnetocalóricos alineados

o dispuestos a un mismo nivel.

Las zonas imantadas de cada elemento móvil pueden constituirse entonces por unos imanes permanentes y cada medio de circulación puede realizarse, por lo menos en parte, de un material magnético o comprender tal material magnético.

Según la invención, por lo menos un medio de circulación de dicho módulo térmico puede ser un pistón.

Como variante, por lo menos un medio de circulación de dicho módulo térmico puede ser una membrana susceptible de deformarse bajo el efecto del campo magnético del medio de maniobra sin contacto, entrañando esta deformación el desplazamiento del fluido caloportador en el módulo térmico en cuestión.

Según la invención, se prevé que la disposición magnética constituya el medio de maniobra sin contacto. En este caso, un solo medio de maniobra sin contacto produce el desplazamiento del conjunto de los medios de circulación del generador magnetocalórico, lo que limita todavía más el número de elementos constitutivos del generador y el volumen de este último.

Preferentemente, la disposición magnética tiene entonces la forma de una estructura circular dispuesta en el interior de un anillo formado por los elementos magnetocalóricos y en rotación alrededor del eje central de los elementos magnetocalóricos, comprendiendo dicha estructura circular unas zonas imantadas de polaridades diferentes y los medios de circulación están realizados, por lo menos en parte, de un material electromagnético o comprenden tal material magnético. La rotación de la estructura circular puede ser continua o no y alternativa o no. La rotación de la estructura circular puede ser continua o no y alternativa o no. Esta permite a la vez poner en movimiento los medios de circulación y someter los elementos magnetocalóricos a un campo magnético variable.

Preferentemente, los módulos térmicos pueden comprender cada uno un rehundido al nivel de los elementos magnetocalóricos con el fin de formar un rehundido circular en el cual circulan las zonas imantadas de la disposición magnética durante su rotación. Este rehundido permite aproximar las zonas imantadas de la disposición magnética y los medios de circulación y asegurar así un mejor accionamiento de estos... [Seguir leyendo]

1. Generador magnetocalórico (40, 40’) que comprende por lo menos un módulo térmico (2) , comprendiendo este módulo térmico (2) esencialmente un elemento magnetocalórico (3) atravesado por un volumen definido de fluido caloportador arrastrado según un desplazamiento alterno a través del elemento magnetocalórico (3) , a una y otra parte de este último, mediante dos medios de circulación (4) dispuestos en dicho módulo térmico (2) , comprendiendo igualmente dicho generador magnetocalórico (40, 40’) una disposición magnética (5) configurada para someter alternativamente cada elemento magnetocalórico (3) a una variación de campo magnético y crear alternativamente, en dicho elemento magnetocalórico (3) , un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, generando la creación y después el mantenimiento de un gradiente de temperatura entre los dos extremos opuestos de dicho elemento magnetocalórico (3) , estando sincronizado el desplazamiento alterno del fluido caloportador con la variación del campo magnético, estando dicho generador magnetocalórico (40, 40’) caracterizado porque dichos medios de circulación (4) de dicho módulo térmico (2) están dispuestos a una y otra parte del elemento magnetocalórico (3) , enfrente de este último, y son puestos en movimiento por un medio de maniobra (46) sin contacto constituido por dicha disposición magnética (5) apta para generar un campo magnético variable, al cual son sensibles dichos medios de circulación (4) , comprendiendo dicho medio de maniobra (46) por lo menos un elemento móvil (47) arrastrado por un accionador, presentando dicho elemento móvil (47) unas zonas imantadas (8) de polaridades diferentes, cuyo paso en una zona próxima a dichos medios de circulación (4) correspondientes produce, por acoplamiento magnético, el desplazamiento o la deformación de dichos medios de circulación (4) .

2. Generador magnetocalórico según la reivindicación 1, caracterizado porque las zonas imantadas (8) de cada elemento móvil (47) están constituidos por unos imanes permanentes y porque cada medio de circulación (4) está realizado, por lo menos en parte, en un material magnético o comprende dicho material magnético.

3. Generador magnetocalórico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos un medio de circulación (4) de dicho módulo térmico (2) es un pistón.

4. Generador magnetocalórico según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque por lo menos un medio de circulación (4) de dicho módulo térmico (2) es una membrana susceptible de deformarse bajo el efecto del campo magnético del medio de maniobra sin contacto, produciendo esta deformación el desplazamiento del fluido caloportador en el módulo térmico (2) en cuestión.

5. Generador magnetocalórico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende varios módulos térmicos (2) adyacentes entre sí para formar una estructura circular en la cual los elementos magnetocalóricos (3) están dispuestos en círculo alrededor de un eje central (A) , caracterizado porque la disposición magnética (5) tiene la forma de una estructura circular (47) dispuesta en el interior de un anillo formado por los elementos magnetocalóricos (3) y en rotación alrededor del eje central (A) de los elementos magnetocalóricos (3) , comprendiendo dicha estructura circular unas zonas imantadas (8) de polaridades diferentes, y porque los medios de circulación (4) están realizados, por lo menos en parte, en un material magnético o comprenden dicho material magnético, y porque los módulos térmicos (2) comprenden un rehundido al nivel de los elementos magnetocalóricos (3) , con el fin de formar un rehundido circular (11) , en el cual circulan las zonas imantadas (8) de la disposición magnética (5) durante su rotación.

6. Generador magnetocalórico que comprende por lo menos dos módulos térmicos (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada módulo térmico (2) está en comunicación fluídica con una cámara de intercambio caliente común y una cámara de intercambio fría común, de modo que el desplazamiento alternativo y simultáneo de los medios de circulación (4) en cada módulo térmico (2) desplaza alternativamente el fluido caloportador a través de los elementos magnetocalóricos (3) y respectivamente en dirección a la cámara de intercambio caliente común durante un ciclo de calentamiento y en dirección a la cámara de intercambio fría común durante un ciclo de enfriamiento.