Generador térmico con material magnetocalórico.

Generador térmico (100, 200, 300) con por lo menos un módulo térmico (110,

210) que comprende por lo menos dos elementos magnetocalóricos (111, 112, 211, 212, 213), generador térmico (100, 200, 300) caracterizado:

- por que comprende por lo menos dos conjuntos magnéticos (131, 132, 231, 232, 233), sometiendo cada conjunto magnético (131, 132, 231, 232, 233) por lo menos a un elemento magnetocalórico (111, 112, 211, 212, 213) de dicho módulo térmico (110, 210) a una alternancia de fases magnéticas, y

- por que comprende un medio de aislamiento de los conjuntos magnéticos (131, 132, 231, 232, 233) los unos de los otros que forma unas celdas térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) que comprenden un conjunto magnético (131, 132, 231, 232, 233) y sus elementos magnetocalóricos asociados (111, 112, 211, 212, 213).

Generador térmico con material magnetocalórico.

Campo técnico 5

La presente invención se refiere a un generador térmico con por lo menos un módulo térmico que comprende por lo menos dos elementos magnetocalóricos.

Técnica anterior 10

La tecnología del frío magnético a temperatura ambiente se conoce desde hace más de una veintena de años y se conocen las ventajas que aporta en términos de ecología y de desarrollo sostenible. Se conocen también sus límites en cuanto a su potencia calorífica útil y a su rendimiento. Desde entonces, las investigaciones realizadas en este ámbito tienden todas a mejorar las prestaciones de dicho generador, actuando sobre los diferentes parámetros, tales 15 como la potencia de imantación, las prestaciones de los materiales magnetocalóricos, la superficie de intercambio entre el fluido caloportador y los materiales magnetocalóricos, las prestaciones de los intercambiadores de calor, etc.

La elección de los materiales magnetocalóricos es determinante e influye directamente en las prestaciones de un generador térmico magnetocalórico. El efecto magnetocalórico alcanza su máximo cerca de la temperatura de Curie 20 de los materiales magnetocalóricos. Se conoce, para hacer funcionar un generador térmico magnetocalórico en un amplio intervalo de temperaturas, asociar varios materiales magnetocalóricos que presentan unas temperaturas de Curie diferentes.

Así, numerosos generadores térmicos magnetocalóricos hacen uso del efecto magnetocalórico de varios elementos 25 magnetocalóricos haciendo circular un fluido caloportador a lo largo o a través de dichos materiales magnetocalóricos, en dos sentidos opuestos, en función de las fases de incremento del campo magnético y de las fases de disminución del campo magnético a los que están sometidos los materiales magnetocalóricos. Durante la puesta en marcha de un generador térmico de este tipo, la circulación del fluido permite obtener un gradiente de temperatura entre los extremos opuestos del material magnetocalórico. La obtención de este gradiente de 30 temperatura depende de diferentes factores tales como la temperatura inicial, el caudal del fluido caloportador, la intensidad del efecto magnetocalórico, la temperatura de Curie y la longitud de los materiales magnetocalóricos. Cuanto más próximas estén la temperatura inicial y la temperatura de Curie del material magnetocalórico, más rápidamente se alcanzará un gradiente de temperatura a partir de la cual el generador es funcional y puede producir o intercambiar energía térmica con un circuito exterior. Ahora bien, la temperatura inicial del fluido caloportador y de 35 los materiales magnetocalóricos no está controlada y es igual a la temperatura exterior del generador. Puede, por ejemplo, inscribirse en un intervalo muy amplio de temperaturas, por ejemplo entre -20 y +60ºC. Lo que implica que el alcance del gradiente de temperatura, es decir la fase operacional de un generador térmico magnetocalórico, puede ser prolongado.

Además, el hecho de trabajar en un amplio intervalo de temperatura implica que el sistema magnético, que está generalmente constituido por un ensamblaje de imanes permanentes, sufre una importante variación de temperatura. En efecto, los materiales magnetocalóricos están generalmente dispuestos en el entrehierro del sistema magnético y conllevan por lo tanto, por convección térmica, un cambio de temperatura a nivel del sistema magnético. Las figuras 1A y 1B ilustran para ello un generador térmico que comprende un sistema magnético 45 constituido por dos imanes M1 y M2 que forman un entrehierro G en el que se desplazan dos materiales magnetocalóricos MC1 y MC2. Casi todo el volumen del entrehierro es llenado alternativamente por un material magnetocalórico MC1 o MC2. Cuando uno de dichos materiales magnetocalóricos MC1 y MC2 se encuentra en el entrehierro, existe una separación mínima entre los imanes M1, M2 y dicho material magnetocalórico MC1, MC2, con el fin de aumentar la potencia térmica. El primer material magnetocalórico MC1 presenta una temperatura de 50 Curie de 0ºC y una zona de funcionamiento o de transición que va de -10ºC a +10ºC y el segundo material magnetocalórico MC2 presenta una temperatura de Curie de 20ºC y una zona de funcionamiento o de transición que va de +10ºc a +30ºC. La figura 1A representa una primera fase del ciclo en la que el primer material magnetocalórico MC1 está sometido a un campo magnético creciente y el segundo material magnetocalórico MC2 está sometido a un campo magnético decreciente, y la figura 1B representa la segunda fase del ciclo en la que el primer material 55 magnetocalórico MC1 está sometido a un campo magnético decreciente y el segundo material magnetocalórico MC2 está sometido a un campo magnético creciente. La amplitud térmica sufrida por los imanes es de 40ºC (de -10ºC a +30ºC) . Los imanes, con su inercia térmica, tienen una incidencia perjudicial sobre el gradiente de temperatura en los materiales magnetocalóricos MC1 y MC2: realizan unos intercambios térmicos con dichos materiales magnetocalóricos MC1 y MC2, lo cual reduce el gradiente de temperatura de los materiales magnetocalóricos. Como 60 resultado, el rendimiento de un generador térmico magnetocalórico, que está relacionado con este gradiente de temperatura, se reduce.

El documento JP-A-2004 317 040 describe un generador térmico según el preámbulo de la reivindicación 1.

Exposición de la invención

La invención tiene como objetivo paliar los inconvenientes antes citados proponiendo un generador térmico con una eficacia térmica mejorada.

Con este propósito, el generador térmico según la invención se caracteriza:

- por que comprende por lo menos dos conjuntos magnéticos, sometiendo cada conjunto magnético por lo menos un elemento magnetocalórico de dicho módulo térmico a una alternancia de fases magnéticas, y 10

- por que comprende un medio para aislar los conjuntos magnéticos los unos de los otros que forma unas celdas térmicamente aisladas que comprenden un conjunto magnético y sus elementos magnetocalóricos asociados.

Preferentemente, dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos pueden presentar unas temperaturas de 15 Curie diferentes y estar unidos fluídicamente entre sí por sus extremos o partes de extremo según su temperatura de Curie creciente. Dicho módulo térmico puede presentar un gradiente de temperatura que corresponde a la diferencia de temperatura entre el extremo frío o la parte de extremo frío del elemento magnetocalórico con la temperatura de Curie más baja y el extremo caliente o parte de extremo caliente del elemento magnetocalórico con la temperatura de Curie más elevada. Dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos pueden cubrir preferentemente el 20 gradiente de temperatura del módulo térmico de manera que dos elementos magnetocalóricos unidos fluídicamente entre sí presenten una temperatura próxima, y dichos por lo menos dos elementos magnetocalóricos puedan también ser sometidos cada uno alternativamente a un aumento y a una disminución del campo magnético estando al mismo tiempo en contacto con un fluido caloportador cuya dirección de flujo cambia de un extremo o parte de extremo al otro extremo o parte de extremo de dichos elementos magnetocalóricos a cada cambio de fase 25 magnética.

Los elementos magnetocalóricos están destinados a estar en contacto térmico con el 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 están sometidos a un aumento de su temperatura 30 (para los elementos magnetocalóricos descritos, la fase de incremento del campo magnético) y de su extremo caliente hacia su extremo frío durante una segunda fase del ciclo magnético en la que los materiales o elementos magnetocalóricos están sometidos a una disminución de su temperatura (para los elementos magnetocalóricos descritos, la fase de disminución del campo magnético) . Para los materiales que comprenden un efecto magnetocalórico inverso, un incremento del campo magnético conlleva una disminución de su temperatura y una 35 disminución del campo magnético conlleva un aumento de su temperatura. El contacto térmico entre el fluido caloportador y los elementos magnetocalóricos puede ser realizado por un fluido caloportador que pasa a lo largo o a través de los materiales magnetocalóricos. Con este propósito, los elementos magnetocalóricos pueden estar constituidos por uno o varios materiales magnetocalóricos y pueden ser permeables al fluido caloportador. Pueden comprender asimismo unos pasos de circulación... [Seguir leyendo]

1. Generador térmico (100, 200, 300) con por lo menos un módulo térmico (110, 210) que comprende por lo menos dos elementos magnetocalóricos (111, 112, 211, 212, 213) , generador térmico (100, 200, 300) caracterizado:

- por que comprende por lo menos dos conjuntos magnéticos (131, 132, 231, 232, 233) , sometiendo cada conjunto magnético (131, 132, 231, 232, 233) por lo menos a un elemento magnetocalórico (111, 112, 211, 212, 213) de dicho módulo térmico (110, 210) a una alternancia de fases magnéticas, y

- por que comprende un medio de aislamiento de los conjuntos magnéticos (131, 132, 231, 232, 233) los unos 10 de los otros que forma unas celdas térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) que comprenden un conjunto magnético (131, 132, 231, 232, 233) y sus elementos magnetocalóricos asociados (111, 112, 211, 212, 213) .

2. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado por que para dicho módulo térmico (110, 210) , se 15 asigna un conjunto magnético (131, 132, 231, 232, 233) a un elemento magnetocalórico (111, 112, 211, 212, 213) .

3. Generador térmico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que comprende por lo menos dos módulos térmicos (210, 1210, 2210, 3210, 4210, 5210, 6210, 7210) , y porque por lo menos un conjunto magnético (231, 232, 233) común somete a los elementos magnetocalóricos de por lo menos dos módulos térmicos (210, 1210, 2210, 20 3210, 4210, 5210, 6210, 7210) a unas fases magnéticas alternas.

4. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el medio de aislamiento está realizado por una capa de por lo menos un material térmicamente aislante dispuesto alrededor de cada conjunto magnético (131, 132, 231, 232, 233) y sus elementos magnetocalóricos asociados (111, 112, 211, 25 212, 213) .

5. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el medio de aislamiento está fijado a los conjuntos magnéticos.

6. Generador térmico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dichas celdas térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) son unos recintos estancos.

7. Generador según la reivindicación 6, caracterizado por que dichas celdas térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) están bajo vacío. 35

8. Generador térmico según la reivindicación 6, caracterizado por que dichas celdas térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) están llenadas con un gas o con una mezcla de gases de baja conductividad térmica.

9. Generador térmico según la reivindicación 8, caracterizado por que la presión del gas contenido en dichas celdas 40 térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) es igual a la presión atmosférica.

10. Generador térmico según la reivindicación 8, caracterizado por que el gas contenido en dichas celdas térmicamente aisladas (141, 142, 241, 242, 243) está bajo presión.

11. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una capa de material térmicamente aislante (151, 152) está dispuesta entre cada conjunto magnético (131, 132) y sus elementos magnetocalóricos asociados (111, 112) .