Generador de campo magnético para aparato térmico magnetocalórico.

Generador de campo magnético (40) para un aparato térmico magnetocalórico,

comprendiendo dicho generador de campo magnético (40) por lo menos una estructura magnetizante (2) que crea un campo magnético constante en por lo menos un entrehierro (13, 23), comprendiendo dicha estructura magnetizante (2) un primer (5) y un segundo (6) polos magnéticos dispuestos uno frente al otro a uno y otro lado de un plano de simetría (P) y constituidos cada uno por un ensamblaje de imanes permanentes (7, 8) y de un elemento ferromagnético (9), generador de campo magnético en el que dicho elemento ferromagnético (9) presenta una cara (F1) que sobresale con respecto al ensamblaje que forma dicho polo magnético (5, 6), y estando los dos elementos ferromagnéticos (9) de dicha estructura magnetizante (2) dispuestos cara a cara con una separación que forma dicho por lo menos un entrehierro (13, 23) de dicha estructura magnetizante (2), generador caracterizado por que un imán o una pieza ferromagnética (14) está dispuesta en el plano (P), entre dichos primer (5) y segundo (6) polos magnéticos y forma un entrehierro (13, 23) con cada una de las dos caras (F1) correspondientes de los elementos ferromagnéticos (9) de dichos primer (5) y segundo (6) polos magnéticos.

Generador de campo magnético para aparato térmico magnetocalórico.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un generador de campo magnético para un aparato térmico magnetocalórico, comprendiendo dicho generador de campo magnético por lo menos una estructura magnetizante que crea un campo magnético constante en por lo menos un entrehierro, comprendiendo dicha estructura magnetizante un primer y un segundo polos magnéticos dispuestos uno frente al otro a uno y otro lado de un plano de simetría y constituidos cada uno por un ensamblaje de imanes permanentes y de un elemento ferromagnético, generador de campo magnético, en el que dicho elemento ferromagnético presenta una cara F1 que sobresale con respecto al ensamblaje que forma dicho polo magnético y los dos elementos ferromagnéticos de dicha estructura magnetizante están dispuestos frente a frente con una separación que forma por lo menos un entrehierro de dicha estructura magnetizante.

Técnica anterior

Con el fin de obtener de manera económica un campo magnético importante en un espacio delimitado, se conoce realizar un ensamblaje de imanes permanentes. La bibliografía describe unos ensamblajes de este tipo, en particular para una aplicación en el campo de la formación de imágenes médicas por resonancia magnética. En este campo, se realizan unas coronas de imanes permanentes que se disponen lado a lado. Los imanes permanentes utilizados presentan, no obstante, una estructura geométrica compleja difícil de realizar, lo cual aumenta el coste de producción del conjunto de imanes.

La transposición de dichas estructuras de imanes no es posible por lo tanto en el ámbito de aplicaciones de volumen más restringido, y en particular en el ámbito de los generadores térmicos magnetocalóricos. En efecto, en estos aparatos, es indispensable generar un campo magnético uniforme e intenso en un entrehierro que corresponde sustancialmente al volumen de un material o elemento magnetocalórico con el fin de que el campo magnético creado pueda sucesivamente activar y desactivar magnéticamente uno o varios materiales magnetocalóricos alternativamente introducidos y después retirados del entrehierro. Cuanto más elevado sea el campo magnético, más importante será el efecto magnetocalórico de un elemento o material magnetocalórico, lo cual tendrá por efecto aumentar la potencia térmica y por lo tanto, el rendimiento de dicho aparato térmico magnetocalórico.

Además, en estos aparatos, es deseable que ningún campo magnético subsista en el exterior del entrehierro. Esto permite aumentar el efecto magnetocalórico, que es directamente dependiente de la diferencia de campo magnético sufrida por el material magnetocalórico entre su posición en el entrehierro y su posición fuera del entrehierro. Si subsiste un campo magnético en el exterior del entrehierro, los elementos magnetocalóricos no pasan de un campo magnético nulo a un campo magnético intenso entre estas dos posiciones. El rendimiento del aparato no es, por lo tanto, óptimo ya que la eficacia de los ciclos magnetocalóricos y el efecto magnetocalórico son limitados.

El artículo "Design of permanent-magnet field source for rotar y -magnetic refrigeration systems" (S.J. Lee et al., IEEE Transactions on Magnetics Vol. 38, nº 5, September 2002) propone una estructura magnetizante según el preámbulo de la reivindicación 1.

Exposición de la invención

La presente invención pretende paliar estos inconvenientes proponiendo un generador de campo magnético destinado a ser integrado en un aparato térmico magnetocalórico y que presente un campo intenso, uniforme y concentrado en su entrehierro. Este generador de campo magnético es asimismo fácil de realizar, presenta un ensamblaje fácil y unos componentes de formas geométricas simples y, por lo tanto, de bajo coste de producción.

Con este objetivo, la invención se refiere a un generador de campo magnético tal como se define en la reivindicación 1.

Los elementos magnetocalóricos están destinados a estar en contacto térmico con un fluido caloportador que circula desde su extremo frío hacia su extremo caliente durante una primera fase del ciclo magnético que corresponde a una fase en la que los materiales o elementos magnetocalóricos son sometidos a un aumento de su temperatura, y de su extremo caliente hacia su extremo frío durante una segunda fase del ciclo magnético, en la que los materiales o elementos magnetocalóricos son sometidos a una disminución de su temperatura. El contacto térmico entre el fluido caloportador y los elementos magnetocalóricos se puede realizar mediante un fluido caloportador que pasa a lo largo o a través de los materiales magnetocalóricos. Con este fin, los elementos magnetocalóricos pueden estar constituidos por uno o varios materiales magnetocalóricos y pueden ser permeables al fluido caloportador. Pueden comprender también unos pasos de circulación del fluido que se extienden entre los dos extremos de los materiales magnetocalóricos. Estos pasos pueden estar realizados por la porosidad de los materiales magnetocalóricos o por unos canales fabricados u obtenidos por un conjunto de placas de material magnetocalórico.

Preferentemente, el fluido caloportador es un líquido. Con este fin, es posible utilizar por ejemplo agua pura o adicionada con anticongelante, un producto glicolado o una salmuera.

En cada polo magnético, el elemento ferromagnético puede comprender una sección transversal cuadrangular, estando cada una de sus tres caras F2, F3, F4 situadas fuera de dicho entrehierro en contacto con una cara de un imán permanente correspondiente.

Las caras F2, F4 el elemento ferromagnético pueden ser sustancialmente perpendiculares a la cara F1 situada en el entrehierro y están en contacto con una cara de un imán permanente, denominado imán lateral, cuya dirección de imantación es sustancialmente perpendicular a dichas caras perpendiculares F2, F4.

La cara F3 del elemento ferromagnético, opuesta a la cara F1 situada en el entrehierro y denominada cara opuesta F3, está ventajosamente en contacto con un imán permanente denominado imán opuesto, cuya dirección de imantación es sustancialmente perpendicular a dicha cara opuesta F3.

Las caras de los imanes permanentes y del elemento ferromagnético que están en contacto son preferentemente de forma y dimensión idénticas.

En el primer polo magnético, el sentido de imantación de los imanes laterales y del imán opuesto puede estar orientado en el lado opuesto del elemento ferromagnético y, en el segundo polo magnético, el sentido de imantación de los imanes laterales puede estar orientado hacia el elemento ferromagnético, en un sentido opuesto al de los imanes laterales del primer polo magnético, siendo el sentido de imantación en el imán opuesto el mismo que el del imán opuesto del primer polo magnético.

En cada polo magnético, los imanes laterales pueden tener una sección transversal paralelepipédica y los imanes opuestos pueden presentar dos caras en contacto con unas caras correspondientes de los imanes laterales de forma y de dimensión idénticas.

El primer y el segundo polos magnéticos pueden comprender respectivamente un primer y un segundo dispositivos de fijación conductores de campo magnético realizados en un material ferromagnético y que presentan una superficie de contacto con una cara correspondiente del imán opuesto de dichos primer y segundo polos magnéticos.

Dicho generador puede comprender una única estructura magnetizante, pudiendo ser las armaduras de montaje de un material ferromagnético y unir lateralmente dichos primer y segundo polos magnéticos.

Puede comprender también por lo menos dos estructuras magnetizantes dispuestas lado a lado, siendo dichas armaduras de montaje de un material no magnético.

El generador comprende preferentemente dos armaduras de montaje que cierran lateralmente dicho generador, dispuestas en un plano sustancialmente perpendicular al plano de simetría y que comprenden cada una un imán permanente sobre su pared lateral situada frente a dicha estructura magnetizante.

Las armaduras de montaje pueden estar en contacto con un imán opuesto y un imán lateral de dichos primer y segundo polos magnéticos y los dispositivos de fijación pueden presentar un resalte en las dos zonas adyacentes a las superficies de contacto entre cada armadura de montaje y el imán opuesto correspondiente.

Las armaduras de montaje pueden estar constituidas por dos partes unidas entre sí según una separación ajustable.

Además, la dirección y el sentido de imantación del imán permanente situado sobre la pared lateral de cada armadura de montaje... [Seguir leyendo]

1. Generador de campo magnético (40) para un aparato térmico magnetocalórico, comprendiendo dicho generador de campo magnético (40) por lo menos una estructura magnetizante (2) que crea un campo magnético constante en por lo menos un entrehierro (13, 23) , comprendiendo dicha estructura magnetizante (2) un primer (5) y un segundo

(6) polos magnéticos dispuestos uno frente al otro a uno y otro lado de un plano de simetría (P) y constituidos cada uno por un ensamblaje de imanes permanentes (7, 8) y de un elemento ferromagnético (9) , generador de campo magnético en el que dicho elemento ferromagnético (9) presenta una cara (F1) que sobresale con respecto al ensamblaje que forma dicho polo magnético (5, 6) , y estando los dos elementos ferromagnéticos (9) de dicha estructura magnetizante (2) dispuestos cara a cara con una separación que forma dicho por lo menos un entrehierro (13, 23) de dicha estructura magnetizante (2) , generador caracterizado por que un imán o una pieza ferromagnética

(14) está dispuesta en el plano (P) , entre dichos primer (5) y segundo (6) polos magnéticos y forma un entrehierro (13, 23) con cada una de las dos caras (F1) correspondientes de los elementos ferromagnéticos (9) de dichos primer

(5) y segundo (6) polos magnéticos.

2. Generador según la reivindicación 1, caracterizado por que, en cada polo magnético (5, 6) , dicho elemento ferromagnético (9) comprende una sección transversal cuadrangular, y por que cada una de sus tres caras (F2, F3, F4) situadas fuera de dicho entrehierro (13, 23) está en contacto con una cara de un imán permanente (7, 8) correspondiente.

3. Generador según la reivindicación 2, caracterizado por que las caras (F2, F4) del elemento ferromagnético (9) son sustancialmente perpendiculares a la cara (F1) situada en dicho entrehierro (13, 23) y están en contacto con una cara de un imán permanente denominado imán lateral (7) cuya dirección de imantación es sustancialmente perpendicular a dichas caras perpendiculares (F2, F4) .

4. Generador según la reivindicación 2, caracterizado por que la cara (F3) del elemento ferromagnético (9) , opuesta a la cara (F1) situada en dicho entrehierro (13, 23) y denominada cara opuesta (F3) , está en contacto con un imán permanente denominado imán opuesto (8) cuya dirección de imantación es sustancialmente perpendicular a dicha cara opuesta (F3) .

5. Generador según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que las caras de los imanes permanentes (7, 8) y del elemento ferromagnético (9) que están en contacto son de forma y de dimensión idénticas.

6. Generador según las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado por que, en el primer polo magnético (5) , el sentido de imantación de los imanes laterales (7) y del imán opuesto (8) está orientado en el lado opuesto del elemento ferromagnético (9) , y por que, en el segundo polo magnético (6) , el sentido de imantación de los imanes laterales (7) está orientado hacia el elemento ferromagnético (9) en un sentido opuesto al de los imanes laterales (7) del primer polo magnético (5) , y siendo el sentido de imantación en el imán opuesto (8) el mismo que el del imán opuesto (8) del primer polo magnético (5) .

7. Generador según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado por que, en cada polo magnético (5, 6) , los imanes laterales (7) tienen una sección transversal paralelepipédica y los imanes opuestos (8) presentan dos caras en contacto con unas caras correspondientes de los imanes laterales (7) y son de forma y de dimensión idénticas.

8. Generador según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por que dichos primer (5) y segundo (6) polos magnéticos comprenden respectivamente un primer (11) y un segundo (12) dispositivos de fijación conductores de campo magnético realizados en un material ferromagnético y que presentan una superficie de contacto con una cara correspondiente del imán opuesto (8) de dichos primer (5) y segundo (6) polos magnéticos.

9. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una única estructura magnetizante (2) , y por que dichas armaduras de montaje (15) son de un material ferromagnético y unen lateralmente dichos primer (5) y segundo (6) polos magnéticos.

10. Generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende por lo menos dos estructuras magnetizantes (2) dispuestas lado a lado, y por que dichas armaduras de montaje (16) son de un material no magnético.

11. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende dos armaduras de montaje (15, 16) que cierran lateralmente dicho generador (40) , dispuestas en un plano sustancialmente perpendicular al plano de simetría (P) y que comprende cada una un imán permanente (21) sobre su pared lateral situada frente a dicha estructura magnetizante (2) .

12. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dichas armaduras de montaje (15) están en contacto con un imán opuesto (8) y un imán lateral (7) de dichos primer y segundo polos magnéticos (5, 6) , y por que dichos dispositivos de fijación (11, 12) presentan un resalte (17) en las dos zonas

adyacentes a las superficies de contacto entre cada armadura de montaje (15) y el imán opuesto (8) correspondiente.

13. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dichas armaduras de montaje (15) están constituidas por dos partes (18 y 19) unidas entre sí según una separación ajustable.