Generador térmico con material magnetocalórico.

Generador térmico con material magnetocalórico que comprende por lo menos una unidad (2,

102, 202) degeneración de flujo térmico provista de por lo menos un módulo térmico (3) que contiene un elementomagnetocalórico (4), atravesado por un fluido caloportador arrastrado según un desplazamiento alterno a una y otraparte de dicho elemento magnetocalórico (4), comprendiendo igualmente dicho generador térmico (1) unadisposición magnética (9, 24) puesta en movimiento para someter alternativamente dicho elemento magnetocalórico(4) a una variación de campo magnético y crear alternativamente, en dicho elemento magnetocalórico (4), un ciclode calentamiento y un ciclo de enfriamiento, generando la creación y después el mantenimiento de un gradiente detemperatura entre los dos extremos opuestos (7 y 8) de dicho elemento magnetocalórico (4), estando sincronizado eldesplazamiento alterno del fluido caloportador con la variación del campo magnético, comprendiendo dicha unidad(2, 102, 202) de generación de flujo térmico un órgano de cierre de campo (30, 31, 32) dispuesto para cerrar enbucle el flujo magnético generado por la disposición magnética (9, 24), estando el elemento magnetocalórico (4)integrado en un circuito cerrado (6) de circulación de fluido caloportador que une los dos extremos opuestos (7 y 8)de dicho elemento magnetocalórico (4), integrando dicho circuito cerrado (6) un único medio de desplazamiento (5,50, 60) del fluido caloportador a través de dicho elemento magnetocalórico (4) en los dos sentidos dedesplazamiento y estando dicho órgano de cierre de campo (30, 31, 32) provisto de un órgano de control (19, 192)de dicho medio de desplazamiento (5, 50, 60).

Generador térmico con material magnetocalórico.

Ámbito técnico

La presente invención se refiere a un generador térmico con material magnetocalórico que comprende por lo menos una unidad de generación de flujo térmico provista de por lo menos un módulo térmico que contiene un elemento magnetocalórico, atravesado por un fluido caloportador arrastrado según un desplazamiento alterno a una y otra parte de dicho elemento magnetocalórico, comprendiendo igualmente dicho generador térmico una disposición magnética puesta en movimiento para someter alternativamente dicho elemento magnetocalórico a una variación de campo magnético y crear alternativamente, en dicho elemento magnetocalórico, 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, estando sincronizado el desplazamiento alterno del fluido caloportador con la variación del campo magnético, integrándose el elemento magnetocalórico en un circuito cerrado de circulación de fluido caloportador que une los dos extremos opuestos de dicho elemento magnetocalórico y dicho circuito cerrado que integra un único medio de desplazamiento del fluido caloportador a través del elemento magnetocalórico en los dos sentidos de desplazamiento.

Técnica anterior

La tecnología del frío magnético a temperatura ambiente es conocida desde hace más de una veintena de años y se sabe de 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 dirigidas en este ámbito tienden todas a mejorar las prestaciones de tal generador, jugando 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 magnetocalóricas, las prestaciones de los intercambiadores de calor, etc.

Una de las dificultades en la realización de generadores que utilizan uno o varios elementos magnetocalórico reside en el intercambio de energía térmica entre estos elementos magnetocalóricos y el circuito o los circuitos que utilizan, consumen o intercambian la energía térmica con el generador y están unidos a este último. Una solución que permite realizar este intercambio consiste en hacer circular un fluido caloportador, líquido o no, a través de los elementos magnetocalóricos, en sincronización con la variación del campo magnético a la cual son sometidos los elementos magnetocalóricos, y en realizar a continuación un intercambio térmico entre dicho fluido caloportador y dichos circuitos. La publicación WO 03/016794 da un ejemplo de realización en el cual los elementos magnetocalóricos están en un circuito de fluido cerrado que comprende una bomba de circulación del fluido caloportador, exterior al módulo térmico y que necesita unos medios de control y de conexión específicos.

La publicación WO2009/087310 da otro ejemplo. La publicación describe un generador térmico con material magnetocalórico que comprende por lo menos una unidad de generación de flujo térmico provista de por lo menos un módulo térmico que contiene un elemento magnetocalórico, atravesado por un fluido caloportador arrastrado según un desplazamiento alterno de una y otra parte de dicho elemento magnetocalórico, comprendiendo igualmente dicho generador térmico una disposición magnética puesta en movimiento para someter alternativamente dicho elemento magnetocalórico a una variación de campo magnético y crear alternativamente, en dicho elemento magnetocalórico, un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento que generan la creación y después 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, integrándose dicho elemento magnetocalórico en un circuito cerrado de circulación de fluido caloportador que une los dos extremos opuestos de dicho elemento magnetocalórico en los dos sentidos de desplazamiento, comprendiendo dicha unidad de generación de flujo térmico un órgano de cierre de campo dispuesto para cerrar en bucle el flujo magnético generado por la disposición magnética y estando dicho órgano de cierre de campo provisto de un órgano de control de dicho medio de desplazamiento.

En su solicitud de patente francesa nº 07/07612 la solicitante presenta un generador térmico con material magnetocalórico en el cual el fluido caloportador se pone en circulación entre los elementos magnetocalóricos y dos cámaras de intercambio denominadas cámara caliente y cámara fría. Esta puesta en circulación se realiza por intermedio de dos juegos de pistones situados enfrente de los elementos magnetocalóricos y arrastrados por una leva de control unida a un accionador.

Sin embargo, este generador presenta un inconveniente inherente a la necesidad de dos levas para accionar los dos juegos de pistones situados a una y otra parte de cada elemento magnetocalórico. Esto conlleva un aumento del número de piezas que constituyen el generador y, más particularmente, del número de piezas en movimiento, y, por tanto, un aumento del riesgo de mal funcionamiento, un riesgo de desgaste incrementado debido al contacto permanente entre la leva y los pistones y una degradación del rendimiento del generador. Además, el número importante de piezas aumenta igualmente el volumen del generador y limita debido a esto su capacidad de integración en entornos en los cuales el sitio disponible es reducido y limitado.

Exposición de la invención

La presente invención según la invención 1 pretende paliar estos inconvenientes proponiendo un generador térmico en el cual se reduce el número de órganos en desplazamiento y cuya configuración permite una disminución importante del volumen de dicho generador.

A este fin, la invención se refiere a un generador térmico del género indicado en el preámbulo, caracterizado porque dicha unidad de generación de flujo térmico comprende un órgano de cierre de campo dispuesto para cerrar en bucle el flujo magnético generado por la disposición magnética y porque dicho órgano de cierre de campo está provisto de un órgano de control de dicho medio de desplazamiento.

El circuito cerrado puede realizarse por uno o varios conductos o canales que unen los extremos opuestos de dicho elemento magnetocalórico.

La integración de un único medio de desplazamiento permite limitar el número de piezas del generador térmico y, por tanto, el coste de fábrica del mismo. Asimismo, la utilización de un órgano necesario para el funcionamiento del generador como órgano que permite realizar la maniobra de los medios de desplazamiento del fluido caloportador permite reducir aún más el número de piezas que constituyen el generador y, además, reducir el volumen del mismo.

Dicho medio de desplazamiento puede ser un pistón que se desplaza en una camisa formada en el circuito cerrado correspondiente.

De manera ventajosa, el órgano de cierre de campo puede realizarse de un material imantable y acoplarse magnéticamente a dicha disposición magnética móvil.

En una primera variante de realización, el órgano puede ser un perfil de leva de forma sensiblemente sinusoidal, cuya amplitud determina la carrera de los pistones y cuya fase sinusoidal corresponde globalmente a un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento de los elementos magnetocalóricos.

A este efecto, dicho pistón puede comprender una ranura en la cual circula dicho perfil de leva.

En una segunda variante de realización, dicho pistón puede comprender una zona de material imantable y acoplarse magnéticamente a dicho órgano de cierre de campo que forma el órgano de control.

En un primer modo de realización, dicha unidad de generación de flujo térmico puede estar provista de varios módulos térmicos y presentar una estructura circular en la cual los elementos magnetocalóricos están dispuestos en círculo alrededor de un eje central, la disposición magnética puede ser arrastrada en rotación alrededor de dicho eje central y dichos elementos magnetocalóricos pueden disponerse entre la disposición magnética y el órgano de cierre de campo.

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1. Generador térmico con material magnetocalórico que comprende por lo menos una unidad (2, 102, 202) de generación de flujo térmico provista de por lo menos un módulo térmico (3) que contiene un elemento magnetocalórico (4) , atravesado por un fluido caloportador arrastrado según un desplazamiento alterno a una y otra parte de dicho elemento magnetocalórico (4) , comprendiendo igualmente dicho generador térmico (1) una disposición magnética (9, 24) puesta en movimiento para someter alternativamente dicho elemento magnetocalórico

(4) a una variación de campo magnético y crear alternativamente, en dicho elemento magnetocalórico (4) , 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 (7 y 8) de dicho elemento magnetocalórico (4) , estando sincronizado el desplazamiento alterno del fluido caloportador con la variación del campo magnético, comprendiendo dicha unidad (2, 102, 202) de generación de flujo térmico un órgano de cierre de campo (30, 31, 32) dispuesto para cerrar en bucle el flujo magnético generado por la disposición magnética (9, 24) , estando el elemento magnetocalórico (4) integrado en un circuito cerrado (6) de circulación de fluido caloportador que une los dos extremos opuestos (7 y 8) de dicho elemento magnetocalórico (4) , integrando dicho circuito cerrado (6) un único medio de desplazamiento (5, 50, 60) del fluido caloportador a través de dicho elemento magnetocalórico (4) en los dos sentidos de desplazamiento y estando dicho órgano de cierre de campo (30, 31, 32) provisto de un órgano de control (19, 192) de dicho medio de desplazamiento (5, 50, 60) .

2. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho circuito cerrado (6) está realizado por uno o varios conductos o canales que unen los extremos opuestos (7, 8) de dicho elemento magnetocalórico (4) .

3. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio de desplazamiento es un pistón (5, 50, 60) que se desplaza en una camisa (11) formada en el circuito cerrado (6) correspondiente.

4. Generador térmico según la reivindicación 3, caracterizado porque el órgano de cierre de campo (30, 31) está realizado en un material imantable y está magnéticamente acoplado a dicha disposición magnética (9) móvil.

5. Generador térmico según la reivindicación 4, caracterizado porque el órgano de control es un perfil de leva (19) de forma sensiblemente sinusoidal, cuya amplitud determina la carrera de los pistones (5) y cuya fase sinusoidal corresponde globalmente a un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento de los elementos magnetocalóricos (4) .

6. Generador térmico según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho pistón (5) comprende una ranura (18) , en la cual circula dicho perfil de leva (19) .

7. Generador térmico según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho pistón (50) comprende una zona de material imantable (51) y está magnéticamente acoplado a dicho órgano de cierre de campo (31) que forma el órgano de control.

8. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha unidad (2, 102) de generación de flujo térmico está provista de varios módulos térmicos (3) y presenta una estructura circular, en la cual los elementos magnetocalóricos (4) están dispuestos en círculo alrededor de un eje central (A) , la disposición magnética (9) es arrastrada en rotación alrededor de dicho eje central (A) , y dichos elementos magnetocalóricos (4) están dispuestos entre la disposición magnética (9) y el órgano de cierre de campo (30, 31) , caracterizado porque el órgano de cierre de campo (30, 31) está magnéticamente acoplado a dicha disposición magnética (9) , porque dicho circuito cerrado (6) y la camisa (11) de dicho pistón están realizados en dos piezas circulares (12) destinadas a ensamblarse, y porque dichas piezas circulares son sensiblemente simétricas con respecto a su plano de ensamblaje y comprenden cada una por lo menos una cavidad (15) que forma una parte de la camisa de un pistón

(5) y una ranura (16) en los extremos desembocantes y que forma un canal de unión entre dicha cavidad (15) y el elemento magnetocalórico (4) correspondiente.

9. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha unidad (202) de generación de flujo térmico presenta una estructura lineal, en la cual los elementos magnetocalóricos (4) están alineados, y la disposición magnética (9) es arrastrada en traslación alternativa a lo largo de dichos elementos magnetocalóricos (4) , caracterizado porque el órgano de cierre de campo (32) presenta un perfil en forma de estribo, cuyas dos ramas están provistas, en sus caras internas, de unos imanes permanentes (24) de polaridades opuestas y formando la disposición magnética (9) , y porque dicho órgano de control (192) tiene la forma de un dedo de arrastre alojado en una garganta (25) correspondiente de cada pistón (60) .

10. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha unidad de generación de flujo térmico presenta una estructura lineal, en la cual están alineados los elementos magnetocalóricos y la disposición magnética es arrastrada en traslación alternativa a lo largo de dichos elementos magnetocalóricos, caracterizado porque el órgano de cierre de campo presenta un perfil en forma de estribo cuyas dos ramas están provistas, en sus caras internas, de unos imanes permanentes de polaridades opuestas y formando la disposición magnética, porque dicho órgano de control comprende dos imanes permanentes de polaridades diferentes dispuestos a distancia y uno

enfrente de otro, y porque el pistón comprende un imán dispuesto con respecto a los imanes permanentes del órgano de control de manera que sea repelido por cada uno de estos últimos.

11. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque comprende un medio de decalaje (10) apto para anticipar y/o retardar el desplazamiento de dicho pistón (60) con respecto al de la disposición magnética (9) .