Procedimiento de establecimiento acelerado de un gradiente de temperatura en un elemento magnetocalórico y generador térmico magnetocalórico que utiliza dicho procedimiento.

Procedimiento de establecimiento acelerado de un gradiente de temperatura predeterminado en un elementomagnetocalórico (1),

entre sus dos extremos opuestos denominados extremo caliente (3) y extremo frío (4), estandodicho elemento magnetocalórico (1) constituido por una sucesión de por lo menos dos materiales magnetocalóricos(2) que presentan una temperatura de Curie diferente y dispuestos según su temperatura de Curie creciente,estando el extremo caliente (3) del elemento magnetocalórico (1) constituido por el material magnetocalórico (2) queposee la temperatura de Curie más elevada y estando el extremo frío (4) del elemento magnetocalórico (1)constituido por el material magnetocalórico (2) que posee la temperatura de Curie más baja, consistiendo dichoprocedimiento en someter al elemento magnetocalórico (1) a un campo magnético variable que creaalternativamente, en dichos materiales magnetocalóricos (2), un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento,caracterizado porque dicho procedimiento consiste, simultáneamente con la variación de campo magnético, enhacer circular un fluido caloportador a través de dicho elemento magnetocalórico (1) según una alternancia derecorridos de longitud variable y dirigidos sucesivamente hacia el extremo caliente (3) y el extremo frío (4) hastaalcanzar dicho gradiente de temperatura predeterminado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2009/001368.

Solicitante: COOLTECH APPLICATIONS S.A.S.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: Impasse Antoine IMBS 67810 Holtzheim FRANCIA.

Inventor/es: MULLER, CHRISTIAN, HEITZLER,JEAN-CLAUDE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F25B21/04 SECCION F — 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). › F25B 21/00 Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan efectos eléctricos o magnéticos. › reversibles.

PDF original: ES-2404839_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de establecimiento acelerado de un gradiente de temperatura en un elemento magnetocal6rico y generador termico magnetocal6rico que utiliza dicho procedimiento. 5 Campo tecnico La presente invención se refiere a un procedimiento de establecimiento acelerado de un gradiente de temperatura predeterminado en un elemento magnetocal6rico, entre sus dos extremos opuestos denominados extremo caliente y extremo frio, estando dicho elemento magnetocal6rico constituido por una sucesión de por lo menos dos materiales magnetocal6ricos que presentan una temperatura de Curie diferente y dispuestos segun su temperatura de Curie creciente, estando el extremo caliente del elemento magnetocal6rico constituido por el material magnetocal6rico que posee la temperatura de Curie mas elevada y estando el extremo frio del elemento magnetocal6rico constituido por el material magnetocal6rico que posee la temperatura de Curie mas baja, consistiendo dicho procedimiento en someter al elemento magnetocal6rico a un campo magnetico variable que crea alternativamente, en dichos materiales magnetocal6ricos, un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento. Se refiere asimismo a un generador termico magnetocal6rico que utiliza este procedimiento.

Tecnica anterior

La tecnologia del frio magnetico a temperatura ambiente es conocida desde hace mas de una veintena de anos y se conocen las ventajas que esta aporta en terminos de ecologia y de desarrollo sostenible. Se conocen asimismo sus limites en cuanto a su potencia calorifica util y a su rendimiento. Desde entonces, las investigaciones realizadas en este campo tienden todas ellas a mejorar las prestaciones de dicho generador, actuando sobre los diferentes parametros, tales como la potencia de imantación, las prestaciones del elemento magnetocal6rico, la superficie de intercambio entre el fluido caloportador y los elementos magnetocal6ricos, las prestaciones de los intercambiadores de calor, etc. Se encuentra un ejemplo en la patente US n° 2.510.801. La elección de los materiales magnetocal6ricos es determinante e influye directamente en las prestaciones de un generador termico magnetocal6rico. El efecto magnetocal6rico culmina en la proximidad de la temperatura de Curie de los materiales magnetocal6ricos en su zona de transición de fase. Existen actualmente dos grandes familias de materiales magnetocal6ricos. La primera familia comprende los materiales magnetocal6ricos que presentan un efecto importante sobre una banda de temperaturas bastante estrecha, mientras que la segunda familia de materiales magnetocal6ricos se refiere a unos materiales que presentan un efecto magnetocal6rico menos importante, pero sobre una banda de temperaturas mas ancha. No obstante, una dificultad particular consiste en realizar un generador magnetocal6rico que pueda funcionar con una eficacia elevada en una gran gama de temperaturas con el fin de adaptar los niveles de temperatura del generador a las temperaturas externas. Numerosos generadores termicos magnetocal6ricos explotan el efecto magnetocal6rico de materiales magnetocal6ricos haciendo circular un fluido caloportador a lo largo o a traves de dichos materiales magnetocal6ricos, en dos sentidos opuestos, en función de los ciclos de imantación y de desimantación de dichos 45 materiales magnetocal6ricos. El fluido utilizado esta destinado tambien a intercambiar termicamente sus calorias y/o frigorias con un circuito exterior. Durante el arranque de un generador termico de material magnetocal6rico, la circulación del fluido permite obtener un gradiente de temperatura entre los extremos opuestos del material magnetocal6rico. La obtención de este gradiente de temperatura depende de la temperatura inicial y del caudal del fluido caloportador, la intensidad del efecto magnetocal6rico de la temperatura de Curie y la longitud del material magnetocal6rico. Cuanto mas próximas o adaptadas esten la temperatura inicial y la temperatura de Curie del material magnetocal6rico, mas deprisa se alcanzara un gradiente de temperatura a partir del cual el generador es funcional y puede producir o intercambiar energia termica con un circuito exterior. Ahora bien, la temperatura inicial del fluido caloportador no esta controlada y es igual a la temperatura exterior al generador y, por tanto, se puede inscribir en una gama muy grande de temperaturas, por ejemplo entre -20°C y +60°C. En estas condiciones, los 55 materiales magnetocal6ricos se deben elegir en función de su temperatura de Curie y del entorno en el que estara integrado o funcionara el generador. Para aumentar el rendimiento, esto implica realizar, para una aplicación dada, un generador para cada tipo de entorno. Una solución para limitar el numero de generadores especificos a prever consiste en utilizar materiales magnetocal6ricos cuya zona de transición sea grande (del orden de 20°K, por ejemplo) . Ahora bien, el efecto magnetocal6rico de estos materiales es generalmente pequeno, lo cual limita el interes de esta solución ya que permite obtener unicamente un rendimiento aceptable del generador. Otra propuesta consiste en integrar en el generador varios materiales magnetocal6ricos con un efecto 65 magnetocal6rico importante. No obstante, esta solución adolece de inconvenientes relacionados con la pequena zona de transición de estos materiales, ya que el efecto magnetocal6rico de algunos de estos materiales puede no producirse si la temperatura del fluido caloportador no alcanza nunca la zona de transición de estos ultimos, es decir, no se adapta a la temperatura de Curie del material o de los materiales en cuestión. Ademas, el tiempo de consecución de un gradiente de temperatura entre los extremos caliente y frio del elemento magnetocal6rico puede ser largo debido al hecho de la multiplicidad de materiales utilizados.

Para evitar estos inconvenientes, la solicitante ha propuesto, en su solicitud de patente francesa n° 08/05280, una solución que consiste en integrar en un elemento magnetocal6rico constituido por varios materiales magnetocal6ricos de temperatura de Curie diferente, unos medios de cebado de un gradiente de temperatura entre los dos extremos opuestos caliente y frio de dicho elemento magnetocal6rico. Estos medios de cebado tienen por objetivo acelerar la colocación de un gradiente de temperatura entre los dos extremos opuestos del elemento magnetocal6rico con el fin de alcanzar rapidamente un regimen establecido y estan constituidos por lo menos por un material magnetocal6rico que presenta una zona de transición mas importante que la de los materiales magnetocal6ricos que forman el elemento magnetocal6rico en cuestión.

Exposicion de la invencion La presente invención pretende asimismo evitar los inconvenientes de la tecnica anterior proponiendo al mismo tiempo una alternativa a la solución descrita en la solicitud de patente francesa n° 08/05280. Tiene por objetivo proponer un procedimiento que permita establecer rapidamente un gradiente de temperatura predeterminado entre los dos extremos de un elemento magnetocal6rico constituido por varios materiales magnetocal6ricos dispuestos segun su temperatura de Curie creciente. Dicho procedimiento es susceptible de establecer el gradiente de temperatura y, por tanto, alcanzar la funcionalidad óptima de un elemento magnetocal6rico en cualquier tipo de entorno en terminos de temperatura y en un lapso de tiempo acortado. Ademas, permite acelerar el tiempo de consecución de dicho gradiente de temperatura sin modificar la estructura del elemento magnetocal6rico.

Con este fin, la invención se refiere a un procedimiento de establecimiento acelerado de un gradiente de temperatura predeterminado en un elemento magnetocal6rico del genero indicado en el preambulo, caracterizado porque consiste, simultaneamente con la variación de campo magnetico, en hacer circular un fluido caloportador a traves de dicho elemento magnetocal6rico segun una alternancia de recorridos de longitud variable y dirigidos sucesivamente hacia el extremo caliente y el extremo frio hasta alcanzar dicho gradiente de temperatura predeterminado.

El gradiente de temperatura predeterminado corresponde al gradiente de temperatura maximo determinado por la naturaleza de los materiales magnetocal6ricos que constituyen el elemento magnetocal6rico.

Este procedimiento puede consistir, en particular, en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud creciente.

Puede consistir tambien en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud minima sustancialmente igual a la longitud de uno de dichos materiales magnetocal6ricos con una longitud por lo menos igual a la del elemento magnetocal6rico.

Preferentemente, la longitud minima de dichos recorridos puede ser igual a la longitud del material magnetocal6rico... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de establecimiento acelerado de un gradiente de temperatura predeterminado en un elemento magnetocal6rico (1) , entre sus dos extremos opuestos denominados extremo caliente (3) y extremo frio (4) , estando dicho elemento magnetocal6rico (1) constituido por una sucesión de por lo menos dos materiales magnetocal6ricos (2) que presentan una temperatura de Curie diferente y dispuestos segun su temperatura de Curie creciente, estando el extremo caliente (3) del elemento magnetocal6rico (1) constituido por el material magnetocal6rico (2) que posee la temperatura de Curie mas elevada y estando el extremo frio (4) del elemento magnetocal6rico (1) constituido por el material magnetocal6rico (2) que posee la temperatura de Curie mas baja, consistiendo dicho procedimiento en someter al elemento magnetocal6rico (1) a un campo magnetico variable que crea alternativamente, en dichos materiales magnetocal6ricos (2) , un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, caracterizado porque dicho procedimiento consiste, simultaneamente con la variación de campo magnetico, en hacer circular un fluido caloportador a traves de dicho elemento magnetocal6rico (1) segun una alternancia de recorridos de longitud variable y dirigidos sucesivamente hacia el extremo caliente (3) y el extremo frio (4) hasta alcanzar dicho gradiente de temperatura predeterminado.

2. Procedimiento segun la reivindicación 1, caracterizado porque consiste en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud creciente.

3. Procedimiento segun la reivindicación 2, caracterizado porque consiste en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud minima sustancialmente igual a la longitud de uno de dichos materiales magnetocal6ricos (2) en una longitud por lo menos igual a la del elemento magnetocal6rico (1) .

4. Procedimiento segun la reivindicación 3, caracterizado porque la longitud minima de dichos recorridos es igual a la longitud del material magnetocal6rico (2) cuya temperatura de Curie esta adaptada a la temperatura inicial del fluido caloportador.

5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consiste en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud creciente por etapas sucesivas.

6. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque consiste en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud linealmente creciente.

º. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque consiste en hacer circular el fluido caloportador segun una alternancia de recorridos sucesivos de longitud no linealmente creciente.

8. ºenerador termico magnetocal6rico que comprende por lo menos un elemento magnetocal6rico (1) constituido por una sucesión de por lo menos dos materiales magnetocal6ricos (2) que presentan una temperatura de Curie diferente y dispuestos segun su temperatura de Curie creciente, estando el extremo caliente (3) de dicho elemento magnetocal6rico (1) constituido por el material magnetocal6rico (2) que posee la temperatura de Curie mas elevada y estando el extremo frio (4) de dicho elemento magnetocal6rico (1) constituido por el material magnetocal6rico (2) que posee la temperatura de Curie mas baja, y por lo menos una disposición magnetica y por lo menos un medio de arrastre de un fluido caloportador, estando dicha disposición magnetica dispuesta para someter dichos materiales magnetocal6ricos (2) a una variación de campo magnetico y crear alternativamente, en estos ultimos, un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, estando dicho generador caracterizado porque utiliza el procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a º, y porque dicho medio de arrastre de un fluido caloportador esta dispuesto para desplazar dicho fluido caloportador segun una alternancia de recorridos de longitud variable y dirigidos sucesivamente hacia el extremo caliente (3) y el extremo frio (4) hasta alcanzar un gradiente de temperatura predeterminado entre dichos extremos caliente (3) y frio (4) .

º. ºenerador segun la reivindicación 8, caracterizado porque comprende por lo menos un elemento magnetocal6rico (1) constituido por unos materiales magnetocal6ricos (2) que poseen un efecto magnetocal6rico maximo en la zona termica de utilización de dicho generador.


 

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