Generador térmico magnetocalórico y su procedimiento de intercambio térmico.

Generador térmico (10) magnetocalórico, que comprende por lo menos un módulo térmico (20) provisto de un extremo frío (3) y de un extremo caliente (4),

y que comprende por lo menos dos elementos magnetocalóricos (5), una disposición magnética destinada a someter dichos elementos magnetocalóricos (5) a un campo magnético variable, creando alternativamente en cada uno de dichos elementos magnetocalóricos (5) una fase de calentamiento y una fase de enfriamiento, un medio de arrastre (16) de un fluido caloportador en contacto térmico con dichos elementos magnetocalóricos (5) y que circula alternativamente en dirección a uno (3) de los extremos y después al otro (4) y a la inversa, de manera sincronizada con la variación del campo magnético, y por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27) para transferir la energía térmica producida por dicho módulo térmico (20) a por lo menos un dispositivo exterior a dicho generador térmico (10), estando dicho medio de arrastre (16) del fluido caloportador unido fluídicamente, en un circuito fluídico cerrado de volumen constante, al extremo frío (3) y al extremo caliente (4) de dicho módulo térmico (20) por medio de dicho medio de intercambio (7, 27), y dicho medio de intercambio térmico (7, 27) comprende dos zonas de intercambio (8 y 9, 28 y 29) distintas una de otra, unidas en paralelo, y provistas de medios de control (11) del sentido de circulación del fluido caloportador, de modo que son atravesadas cada una de ellas de manera alternada por el fluido caloportador en un solo sentido de circulación, estando además dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos (5) unidos fluídicamente por una célula común (19) y sometidos cada uno de ellos a una fase diferente de calentamiento o de enfriamiento, generador térmico en el cual la entrada (12) de la primera zona de intercambio (8, 28) y la salida (15) de la segunda zona de intercambio (9, 29) de dicho por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 28) están unidas fluídicamente a uno de los extremos (3, 4) correspondientes de dicho módulo térmico (20) y la salida (13) de la primera zona de intercambio (8, 28) y la entrada (14) de la segunda zona de intercambio (9, 29) están unidas fluídicamente a dicho medio de arrastre (16), siendo dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos atravesados por el fluido caloportador en sentidos opuestos, generador térmico caracterizado por que dicho medio de arrastre (16) comprende:

- un accionador central (21) unido fluídicamente a dicha célula común (19) de manera que el fluido caloportador se desplace a través de esta célula común en dirección a los elementos magnetocalóricos o en el sentido opuesto, y

- dos accionadores de extremo (22 y 23) unidos fluídicamente cada uno de ellos a uno de los extremos (3 o 4) de dicho módulo térmico (20) por medio de dicho por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27), y por que dicho accionador central (21) está concebido para desplazar un volumen de fluido caloportador doble del de dichos accionadores de extremo (22 y 23).

Generador térmico magnetocalórico y su procedimiento de intercambio térmico.

Campo técnico La presente invención se refiere a un generador térmico magnetocalórico, que comprende por lo menos un módulo térmico provisto de un extremo frío y de un extremo caliente, y que comprende por lo menos dos elementos magnetocalóricos, una disposición magnética destinada a someter a dichos elementos magnetocalóricos a un campo magnético variable, creando alternativamente en cada uno de dichos elementos magnetocalóricos una fase de calentamiento y una fase de enfriamiento, un medio de arrastre de un fluido caloportador en contacto térmico con dichos elementos magnetocalóricos y que circula alternativamente en dirección a uno de los extremos y después al otro, y a la inversa, de manera sincronizada con la variación del campo magnético, y por lo menos un medio de intercambio de la energía térmica producida por dicho módulo térmico con por lo menos un dispositivo exterior a dicho generador térmico, estando dicho medio de arrastre del fluido caloportador, en un circuito fluídico cerrado de volumen constante, unido fluídicamente al extremo frío y al extremo caliente de dicho módulo térmico por medio de dicho medio de intercambio y comprendiendo dicho medio de intercambio térmico dos zonas de intercambio distintas una de otra, unidas en paralelo y provistas de medios de control del sentido de circulación del fluido caloportador, de modo que cada una de ellas son atravesadas de manera alternada por el fluido caloportador en un solo sentido de circulación, estando además dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos unidos fluídicamente por una célula común y sometidos cada uno de ellos a una fase diferente de calentamiento o de enfriamiento.

Se refiere también a un procedimiento de intercambio de la energía térmica producida por el módulo térmico, tal como se ha definido anteriormente.

Técnica anterior La tecnología del frío magnético es conocida desde hace más de una veintena de años y se conocen las ventajas que aporta en términos de ecología y de desarrollo duradero. Se conocen también sus límites en cuanto a su potencia calorífica útil y a su rendimiento. Desde entonces, las investigaciones realizadas en este campo tienden todas ellas a mejorar las prestaciones de un generador de este tipo, jugando con 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.

Los intercambiadores de calor tienen como función transferir o intercambiar la energía térmica producida por el generador térmico y transportada por el fluido caloportador hacia otro fluido (líquido o gaseoso) de una o de varias aplicaciones exteriores sin mezclarlas. Estas aplicaciones exteriores pueden ser el aire que rodea el generador térmico, tal como un dispositivo térmico tubular integrado en la aplicación exterior, un recinto térmico o cualquier otra aplicación en la cual se busque enfriar, climatizar, atemperar o recalentar un medio.

Los generadores térmicos magnetocalóricos conocidos comprenden unos elementos magnetocalóricos atravesados alternativamente de parte a parte por un fluido caloportador. En una primera configuración conocida, por ejemplo por la publicación WO-A-03/050456, este fluido caloportador es puesto en circulación alternativa entre una primera célula en comunicación con el primer extremo de los elementos magnetocalóricos y una segunda célula en comunicación con el segundo extremo de los elementos magnetocalóricos, y un intercambiador térmico está unido fluídicamente a cada una de dichas células. Se utilizan diferentes válvulas para dirigir el fluido caloportador en el o los intercambiadores térmicos en función del ciclo magnetocalórico. En una segunda configuración conocida, por ejemplo por la publicación WO 2007/026062 A1 de la solicitante, cada célula está unida fluídicamente a un intercambiador de calor integrado en un bucle hidráulico.

En la primera de las configuraciones citadas anteriormente, el fluido caloportador se desplaza de manera alternada entre las dos células y atraviesa el intercambiador térmico de la aplicación externa cada vez que sale de los elementos magnetocalóricos y que entra en los elementos magnetocalóricos, en el curso de las fases de calentamiento o de enfriamiento. Por lo tanto, esta configuración necesita un aporte importante de energía para desplazar el fluido caloportador en vaivén a través del conjunto de los órganos en movimiento y en la totalidad de las tuberías, canalizaciones y conexiones que unen el intercambiador térmico de la aplicación externa con el elemento magnetocalórico, debiendo la inercia de dicho fluido y de los órganos en movimiento vencerse en cada cambio de sentido de circulación. Además, y esto más particularmente en caso de fases de duración muy corta y, por lo tanto, a velocidad de fluido elevada o frecuencia elevada, la transferencia térmica entre el intercambiador térmico y el fluido caloportador no se acaba cuando este fluido caloportador cambia de sentido para ser reintroducido a través de los elementos magnetocalóricos. Por lo tanto, el fluido caloportador no tiene la temperatura de entrada que le permita realizar un intercambio térmico óptimo con los elementos magnetocalóricos.

En la segunda de dichas configuraciones, una parte de la energía térmica del fluido caloportador se pierde entre su salida de los elementos magnetocalóricos y su zona de transferencia con el intercambiador térmico.

La publicación US nº 2.589.775 describe un generador magnetocalórico que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1, mientras que la publicación FR 2 588 065 describe un sistema de enfriamiento de un gas refrigerante que utiliza el efecto magnetocalórico de dos regeneradores en oposición de fase y unidos fluídicamente en serie.

Exposición de la invención La presente invención pretende paliar estos inconvenientes proponiendo una solución a los problemas evocados anteriormente. Con este fin, el generador térmico magnetocalórico según la invención se realiza de tal modo que se optimice la transferencia de energía térmica entre el generador térmico y la aplicación o las aplicaciones exteriores aumentando el tiempo de intercambio entre ellos.

Con este objetivo, la invención se refiere a un generador térmico magnetocalórico tal como se define en la reivindicación 1.

Tiene asimismo por objeto un procedimiento de intercambio de la energía térmica producida por un generador térmico según la invención, con por lo menos un dispositivo exterior, por medio de por lo menos un medio de intercambio térmico, comprendiendo dicho generador térmico por lo menos un módulo térmico provisto de dos extremos, atravesado por un fluido caloportador, y comprendiendo por lo menos un elemento magnetocalórico sometido a un campo magnético variable que le somete a unas fases sucesivas de calentamiento y de enfriamiento, circulando dicho fluido caloportador a través de cada elemento magnetocalórico de manera alternada y sincronizada con la variación del campo magnético en dirección a uno u otro de dichos extremos, y a la inversa, por medio de un medio de arrastre del fluido caloportador. Este procedimiento se caracteriza por que se desplaza el fluido caloportador en dicho elemento magnetocalórico paso a paso, en cada fase de funcionamiento, por un medio de arrastre unido con unos medios de intercambio térmico en un circuito fluídico cerrado de volumen constante, y por que se intercambia la energía térmica producida por dicho generador térmico en cada fase de funcionamiento y transportada por dicho fluido caloportador en cada ciclo magnetocalórico que comprende una fase de calentamiento y una fase de enfriamiento en dos zonas de intercambio sucesivas de cada medio de intercambio térmico.

De esta manera, en cada fase de enfriamiento o de calentamiento, el fluido caloportador que sale de uno de dichos extremos es dirigido hacia el medio de arrastre, a través de una primera zona de intercambio de dicho medio de intercambio y, en cada fase siguiente de calentamiento o de enfriamiento, el fluido caloportador de dicho medio de arrastre es dirigido hacia este mismo extremo, a través de una segunda zona de intercambio de dicho medio de intercambio, de tal modo que cada porción de fluido que sale de dicho extremo se desplaza paso a paso, en cada cambio de fase, a través de la primera zona de intercambio en dirección al medio de arrastre o a través de la segunda zona de intercambio en dirección al mismo extremo, sin mezclarse nunca, ni desplazarse según sentidos... [Seguir leyendo]

1. Generador térmico (10) magnetocalórico, que comprende por lo menos un módulo térmico (20) provisto de un extremo frío (3) y de un extremo caliente (4) , y que comprende por lo menos dos elementos magnetocalóricos (5) , una disposición magnética destinada a someter dichos elementos magnetocalóricos (5) a un campo magnético variable, creando alternativamente en cada uno de dichos elementos magnetocalóricos (5) una fase de calentamiento y una fase de enfriamiento, un medio de arrastre (16) de un fluido caloportador en contacto térmico con dichos elementos magnetocalóricos (5) y que circula alternativamente en dirección a uno (3) de los extremos y después al otro (4) y a la inversa, de manera sincronizada con la variación del campo magnético, y por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27) para transferir la energía térmica producida por dicho módulo térmico (20) a por lo menos un dispositivo exterior a dicho generador térmico (10) , estando dicho medio de arrastre (16) del fluido caloportador unido fluídicamente, en un circuito fluídico cerrado de volumen constante, al extremo frío (3) y al extremo caliente (4) de dicho módulo térmico (20) por medio de dicho medio de intercambio (7, 27) , y dicho medio de intercambio térmico (7, 27) comprende dos zonas de intercambio (8 y 9, 28 y 29) distintas una de otra, unidas en paralelo, y provistas de medios de control (11) del sentido de circulación del fluido caloportador, de modo que son atravesadas cada una de ellas de manera alternada por el fluido caloportador en un solo sentido de circulación, estando además dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos (5) unidos fluídicamente por una célula común (19) y sometidos cada uno de ellos a una fase diferente de calentamiento o de enfriamiento, generador térmico en el cual la entrada (12) de la primera zona de intercambio (8, 28) y la salida (15) de la segunda zona de intercambio (9, 29) de dicho por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 28) están unidas fluídicamente a uno de los extremos (3, 4) correspondientes de dicho módulo térmico (20) y la salida (13) de la primera zona de intercambio (8, 28) y la entrada (14) de la segunda zona de intercambio (9, 29) están unidas fluídicamente a dicho medio de arrastre (16) , siendo dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos atravesados por el fluido caloportador en sentidos opuestos, generador térmico caracterizado por que dicho medio de arrastre (16) comprende:

- un accionador central (21) unido fluídicamente a dicha célula común (19) de manera que el fluido caloportador se desplace a través de esta célula común en dirección a los elementos magnetocalóricos o en el sentido opuesto, y -dos accionadores de extremo (22 y 23) unidos fluídicamente cada uno de ellos a uno de los extremos (3 o 4) de dicho módulo térmico (20) por medio de dicho por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27) , y por que dicho accionador central (21) está concebido para desplazar un volumen de fluido caloportador doble del de dichos accionadores de extremo (22 y 23) .

2. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho accionador central (21) y dichos accionadores de extremo (22, 23) comprenden unos pistones mandados por un mismo dispositivo de maniobra.

3. Procedimiento de intercambio de la energía térmica producida por un generador térmico (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con por lo menos un dispositivo exterior por medio de por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27) , comprendiendo dicho generador térmico (10) por lo menos un módulo térmico (20) provisto de dos extremos (3, 4) , atravesado por un fluido caloportador, y que comprende por lo menos un elemento magnetocalórico (5) sometido a un campo magnético variable que lo somete a unas fases sucesivas de calentamiento y de enfriamiento, circulando dicho fluido caloportador a través de cada elemento magnetocalórico (5) de manera alternada y sincronizada con la variación del campo magnético en dirección a uno u otro de dichos extremos (3, 4) , y a la inversa, por medio de un medio de arrastre (16) del fluido caloportador, procedimiento caracterizado por que se desplaza el fluido caloportador en dicho elemento magnetocalórico (5) paso a paso, en cada fase de funcionamiento, por dicho medio de arrastre (16) unido a dicho por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27) en un circuito fluídico cerrado de volumen constante, y por que se intercambia la energía térmica producida por dicho generador térmico en cada fase de funcionamiento y transportada por dicho fluido caloportador en cada ciclo magnetocalórico que comprende una fase de calentamiento y una fase de enfriamiento en dos zonas de intercambio (8, 9 y 28, 29) sucesivas de dicho por lo menos un medio de intercambio térmico (7, 27) .