BR102021023316A2 - Unidade magnetocalórica - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um sistema de refrigeração ou uma bomba de calor operado através do efeito magnetocalórico. O sistema contém pelo menos: um circuito magnético, quatro regeneradores magnético - ativos, um trocador de calor frio e um quente, um sistema de gerenciamento hidráulico e um magnético e um sistema de controle. O regenerador magnético - ativo é submetido a variações do campo magnético, oriundas do circuito magnético e do sistema de gerenciamento magnético, as quais produzem uma variação térmica no material. A troca térmica entre o refrigerante e as fontes de calor é feita através do fluido de trabalho, que escoa através do regenerador graças ao sistema de gerenciamento hidráulico, e é acoplado à variação do campo magnético pelo sistema de controle. O circuito magnético é composto por dois cilindros concêntricos, distanciados de modo a formar um entreferro onde são alocados os regeneradores magnético-ativos. O gerenciamento magnético é feito através de um mecanismo de polia e correia. O sistema de gerenciamento hidráulico é composto por bombas de engrenagens, válvulas unidirecionais e válvulas solenoides. O controle e acoplamento dos perfis hidráulico e magnético é feito por válvulas solenoides e sensores de Efeito Hall ou encoders.

Description

UNIDADE MAGNETOCALÓRICA Campo da invenção

[001] A presente invenção enquadra-se como um dispositivo para a geração de um fluxo térmico através do efeito magnetocalórico, o qual pode ser utilizado para refrigerar ou aquecer ambientes, caracterizando operações tanto como a de um refrigerador como a de uma bomba de calor. O sistema é composto por pelo menos um circuito magnético, composto por segmentos de ímã permanente, pelo menos quatro regeneradores magnético – ativos, compostos por uma pluralidade de materiais magnetocalóricos arranjados em múltiplas camadas, pelo menos um trocador de calor quente e pelo menos um trocador de calor frio, um sistema de gerenciamento hidráulico, um sistema de gerenciamento magnético e um sistema de controle do acoplamento dos perfis magnético e hidráulico.

[002] A solução se enquadra no campo de novas tecnologias de aquecimento e refrigeração, as quais propõem uma alternativa aos métodos convencionais utilizados para tais finalidades, majoritariamente através da compressão mecânica de fluidos refrigerantes. Através da não utilização dos fluidos refrigerantes, os quais são usualmente nocivos ao meio ambiente ou tóxicos para o ser humano, a presente invenção se enquadra como uma tecnologia mais limpa e de menor impacto ambiental. Além disso, dada a reversibilidade do efeito térmico motriz para tais sistemas, o efeito magnetocalórico, refrigeradores e bombas de calor operando através dessa tecnologia têm potencial para serem mais eficientes.

Fundamentos da invenção

[003] O efeito magnetocalórico, fenômeno a qual se baseia o funcionamento de refrigeradores e bombas de calor magnetocalóricos, é a resposta térmica de certos materiais, ditos magnetocalóricos, a uma variação no campo magnético aplicado sobre eles. O efeito magnetocalórico é conhecido desde o início do século XX, tendo sido utilizado em um primeiro momento em aplicações de criogenia, e apenas nos últimos 40 anos sido avaliada sua aplicação em refrigeração no entorno da temperatura ambiente. Suas maiores vantagens residem no fato de utilizar-se um refrigerante sólido, não havendo risco de vazamento de fluidos nocivos ao meio ambiente ou a seres humanos – fatores que vêm reduzindo a gama de fluidos refrigerantes disponíveis para sistemas de refrigeração e bombeamento de calor por compressão mecânica nas últimas décadas. Além disso, o efeito magnetocalórico apresenta características reversíveis em determinados materiais, o que possibilita a sistemas de refrigeração ou bombas de calor magnetocalóricas operarem com alta eficiência e menor consumo energético. Tais características resultam em vantagens tanto ambientais quanto econômicas para a aplicação do efeito magnetocalórico em sistemas de refrigeração e bombeamento de calor.

[004] A principal limitação de tais sistemas está na baixa magnitude do efeito magnetocalórico apresentados pelos materiais magnetocalóricos conhecidas até o presente momento. Os valores máximos do efeito magnetocalórico ocorrem ao redor da Temperatura de Curie dos materiais magnetocalóricos e têm magnitudes inferiores a 5 °C para as ligas conhecidas atualmente. Para superar tal restrição foi desenvolvido o regenerador magnético – ativo, descrito no documento US 4332135 A, sendo a tecnologia aplicada pela ampla maioria dos sistemas de refrigeração e bomba de calor magnetocalóricos desenvolvidos para operar ao redor da temperatura ambiente nas últimas quatro décadas.

[005] Regeneradores magnético - ativos operam utilizando o material magnetocalórico como uma matriz porosa, a qual é atravessada por um escoamento oscilatório de um fluido de trabalho, normalmente uma mistura de água e algum agente anticorrosivo, acoplado com a magnetização e desmagnetização da fase sólida. Nos períodos em que o regenerador está desmagnetizado, com baixos campos magnéticos aplicados sobre ele, o escoamento flui da extremidade quente para a extremidade fria do componente, denominado escoamento quente. Nos períodos em que o regenerador está magnetizado, com altos campos magnéticos aplicados sobre ele, o escoamento flui da extremidade fria até a extremidade quente, denominado escoamento frio. Depois de cada etapa, escoamento quente ou frio, o fluido é transportado até os ambientes refrigerados ou aquecidos, respectivamente, onde absorve ou rejeita calor através de trocadores de calor.

[006] Desta maneira, o material magnetocalórico funciona tanto como refrigerante sólido, quanto como matriz regenerativa, e a amplitude da diferença de temperatura proveniente do efeito magnetocalórico pode ser dilatada, possibilitando a operação em sistemas de refrigeração e bombas de calor. Além da aplicação em regeneradores magnético – ativos, uma técnica difundida e utilizada para amplificar ainda mais a diferença de temperatura e as taxas de absorção de calor na fonte fria e rejeição de calor na fonte quente é alojar mais de uma liga de material magnetocalórico no regenerador, denominada de regenerador multicamadas. Tal técnica consiste em separar a fase sólida do regenerador em diversas camadas, utilizando materiais com Temperaturas de Curie próximas as da temperatura em que se encontra a fase sólida de cada camada do regenerador, maximizando assim o efeito magnetocalórico fornecido pelo material, a diferença de temperatura entre as extremidades quente e fria do regenerador magnético – ativo e as taxas de transferência de calor alcançadas pelo componente.

[007] Sistemas de refrigeração ou bombas de calor magnetocalóricos são compostos por pelo menos um regenerador magnetocalórico, contendo ao menos uma liga magnetocalórica, um meio para o fornecimento do campo magnético, um meio para o fornecimento do escoamento de fluidos, um meio para a variação do campo magnético aplicado no regenerador, um meio para o gerenciamento hidráulico do escoamento de fluido, e um meio para a troca térmica entre o fluido de trabalho e as fontes quente e fria.

[008] A performance de sistemas magnetocalóricos é definida majoritariamente pelas condições de operação do sistema (tais como a temperaturas das fontes quentes e fria, vazão mássica de fluido de trabalho, frequência de operação, campo magnético fornecido) e características geométricas dos componentes (tais como a massa, geometria e dimensões da fase sólida de material magnetocalórico), sendo tais parâmetros os principais focos de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia nas últimas décadas. Além disso, as configurações selecionadas para cada função descrita previamente também exercem grande influência no desempenho do sistema. Dentre as possíveis alternativas, sistemas com circuito magnéticos compostos por ímãs permanentes alocados em cilindros concêntricos e regeneradores magnético – ativos alocados no entreferro localizado entre tais cilindros são comuns devido às altas taxas de transferência de calor que podem ser alcançadas.

[009] Apesar dos desenvolvimentos em diversas frentes e grande quantidade de grupos de pesquisa ativos, os sistemas magnetocalóricos desenvolvidos até o momento não alcançaram a eficiência esperada e apresentam componentes pesados e com alto volume, em especial o circuito magnético, operando com taxas de transferência de calor e diferença de temperatura entre as fontes térmicas abaixo das necessárias para sua comercialização. Além disso, o uso de sistemas mecânicos para o gerenciamento hidráulico do perfil e a alta carga para a mancalização dos componentes, usualmente rotativos, acarreta o aumento do número de partes móveis e do ruído durante a operação do sistema.

[0010] US 10443928 B2 descreve um sistema de refrigeração magnética para aplicação em liquefação de hidrogênio. Os regeneradores magnético – ativos são arranjados em configurações do tipo cilíndrico, sendo também rotativos. O circuito magnético opera utilizando supercondutores. São utilizados desvios na linha de líquido na entrada e saída dos regeneradores magnético – ativos, sendo o fluido desviado na saída quente ou fria de determinado regenerador magnético – ativo misturado com aquele que posteriormente entrará nas saídas quente ou fria do mesmo regenerador magnético – ativo.

[0011] WO 2012/102016 A1 descreve um sistema de refrigeração magnética para aplicação em refrigeração e condicionamento de ar de automóveis. O sistema é composto por múltiplos regeneradores magnético – ativos dispostos circunferencialmente no entreferro de um circuito magnético formado por dois cilindros concêntricos, sendo o interno rotativo. O gerenciamento hidráulico é feito por uma válvula rotativa, em que seu movimento de rotação é dado pela mesma fonte utilizada para girar o circuito magnético.

[0012] WO 2019/106977 A1 descreve uma bomba de calor magnética. O sistema é composto por múltiplos regeneradores magnético - ativos arranjados circunferencialmente no entreferro de um circuito magnético formado por dois cilindros concêntricos, sendo o interno rotativo. O sistema de gerenciamento hidráulico é realizado por válvulas do tipo carretel acopladas ao eixo do cilindro interno do circuito magnético.

[0013] WO 03/050456 A1 descreve um sistema de refrigeração magnético do tipo rotativo. Os regeneradores magnético - ativos são estáticos, enquanto o circuito magnético é rotativo. O campo magnético aplicado nos regeneradores possui direção radial e os canais de entrada e saída de fluido estão localizados na parte superior do regenerador magnético – ativo. O gerenciamento hidráulico é feito por válvulas mecânicas com o acionamento ligado ao eixo do circuito magnético para efetuar o acoplamento dos perfis hidráulicos e magnéticos.

[0014] WO 2015/118007 A1 descreve um sistema de refrigeração magnético rotativo. O sistema é composto por pelo menos dois regeneradores magnético – ativos cilíndricos, um circuito magnético arranjado pelo menos parcialmente ao redor dos regeneradores com pelo menos duas seções de ímãs permanentes. O gerenciamento hidráulico é realizado por válvulas mecânicas, consideradas imóveis em relação aos regeneradores, e acionado por um sistema de cames, considerado imóvel em relação ao circuito magnético. Tal arranjo permite que tanto o circuito magnético quanto o conjunto de regeneradores magnético – ativos possam ser utilizados para a variação do campo magnético. O perfil hidráulico do sistema pode ser ajustado pelo perfil do came de acionamento. Este é considerado o documento no estado da técnica mais próximo ao presente documento.

[0015] Os sistemas de refrigeração e bombeamento de calor descritos previamente não descrevem tecnicamente como superar as principais barreiras para a comercialização de sistemas térmicos magnetocalóricos: (i) redução da massa e do volume do sistema e componentes, (ii) redução do consumo energético e aumento do coeficiente de performance, (iii) redução do número de partes móveis e (iv) redução do ruído do sistema.
Breve descrição dos desenhos
A Figura 1 apresenta uma vista geral da estrutura do sistema sendo descrito no presente documento e seus principais componentes.
A Figura 2 apresenta o sistema de mancalização do circuito magnético e regeneradores magnético – ativos.
A Figura 3 apresenta o arranjo esquemático do circuito magnético (rotor e estator) e regeneradores magnético – ativos.
A Figura 4 apresenta o arranjo detalhado do circuito magnético (rotor e estator) e
regeneradores magnético – ativos.
A Figura 5 apresenta o os distribuidores de fluidos dos lados frio e quente, os
regeneradores magnético – ativos e o acoplamento entre tais componentes.
A Figura 6 apresenta o arranjo detalhado de um regenerador magnético – ativo.
A Figura 7 apresenta o arranjo detalhado de uma vista em corte do regenerador magnético – ativo.
A Figura 8 ilustra o arranjo das molduras e telas separadoras dos materiais magnetocalóricos dos regeneradores magnético – ativos.
A Figura 9 apresenta os distribuidores de fluidos do lado quente dos regeneradores magnético – ativos.
A Figura 10 apresenta uma vista em corte dos distribuidores de fluido do lado quente dos regeneradores magnético – ativos.
A Figura 11 demonstra o perfil magnético fornecido pelo circuito magnético para um regenerador magnético – ativo.
A Figura 12 demonstra o perfil hidráulico fornecido pelo sistema de gerenciamento hidráulico para um regenerador magnético – ativo.
A Figura 13 demonstra o acoplamento entre os perfis hidráulico e magnético para um regenerador magnético – ativo.
A Figura 14 apresenta um diagrama esquemático detalhado do rotor do circuito magnético.
A Figura 15 apresenta um esquema detalhado da vista frontal do rotor do circuito magnético.
A Figura 16 apresenta um diagrama esquemático detalhado do estator do circuito magnético.
A Figura 17 apresenta diagrama esquemático do perfil frontal das chapas laminadas que constituem o estator.
A Figura 18 apresenta o bloco manifold do sistema de gerenciamento hidráulico do lado quente do sistema.
A Figura 19 apresenta o bloco manifold do sistema de gerenciamento hidráulico do lado frio do lado frio do sistema.
A Figura 20 apresenta o bloco manifold do sistema de gerenciamento hidráulico do lado quente do sistema com as válvulas solenoides.
A Figura 21 apresenta o diagrama esquemático do sistema de gerenciamento hidráulico do sistema.

Descrição da invenção

[0014] O presente documento tem como objetivo demonstrar estratégias para superar as principais barreiras para a comercialização de sistemas térmicos magnetocalóricos, listadas anteriormente, buscando (i) a minimização a massa e volume do sistema e de seus componentes, (ii) redução do consumo energético e aumento do coeficiente de performance, (iii) redução do número de partes móveis e (iv) redução dos níveis de ruído do sistema.

[0015] O sistema térmico detalhado no presente documento tem como princípio básico de funcionamento o efeito magnetocalórico, operando através de uma configuração em regeneradores magnético – ativos, conforme descrita pelo documento US 4332135 A. Para tal, o sistema é constituído por pelo menos quatro regeneradores magnético – ativos, compostos por material magnetocalóricos, pelo menos um circuito magnético, composto por segmentos de ímã permanente, pelo menos um trocador de calor frio e um trocador de calor quente, um sistema de gerenciamento hidráulico, um sistema de gerenciamento magnético e um sistema de controle do acoplamento dos perfis magnético e hidráulico que atuam sobre os regeneradores magnético – ativos.

[0016] Os regeneradores magnético – ativos (01) são compostos por materiais magnetocalóricos (05), podendo estes ser alocados em formato de partículas com geometrias regulares ou irregulares, placas paralelas, pinos ou microcanais com seção regular ou irregular, formando um meio poroso. Os materiais magnetocalóricos (05) são alocadas dentro de uma carcaça (06) de material metálico não magnético em formato de setor de coroa circular, conforme mostrado nas Figuras 6 e 7.

[0017] De acordo com as Figuras 5, 6 e 7, a carcaça (06) possui duas aberturas (07, 08), uma voltada para o lado frio (07) e a outra voltada para o lado quente (08) do sistema. Abaixo de cada extremidade da carcaça (06) existe um ressalto (09) onde é posicionado um furo (10), que permite a fixação e sustentação da carcaça (06) e dos materiais magnetocalóricos (05) nos distribuidores de fluido (17) dos regeneradores magnético – ativos (01).

[0018] As carcaças (06) possuem uma nervura central (15) para aumentar a sua resistência mecânica, conforme apresentado na Figura 7. Além de aumentar a estabilidade e confiabilidade estrutural do regenerador magnético – ativo (01) e do material magnetocalórico (05), o posicionamento da nervura central permite a redução da espessura da carcaça (06) e aumento do volume no entreferro (27) do circuito magnético (02) para a alocação de materiais magnetocalóricos (05), possibilitando a redução da massa e volume do sistema.

[0019] Conforme mostrado nas Figuras 6 e 7, em cada uma das extremidades fria (07) e quente (08) dos regeneradores magnético – ativos (01) são posicionadas uma moldura espaçadora (13) e uma tela de sustentação do meio poroso (11), sendo as molduras espaçadoras (13) posicionadas externamente às telas de sustentação (11), com relação à carcaça (06).

[0020] As telas de sustentação (11) fornecem sustentação e garantem o posicionamento correto dos materiais magnetocalóricos (05). Elas possuem furos (12) que permitem o escoamento de fluido nas duas direções, distribuídos de modo a reduzir a perda de carga e a má distribuição de fluido na seção transversal da carcaça (06). Quando o material magnetocalórico (05) é aplicado na forma de partículas, telas metálicas (14) são utilizadas atrás das telas de sustentação (11) para evitar que o material poroso se desloque para fora do regenerador magnético – ativo (01).

[0021] As molduras espaçadoras (13) nas extremidades fria (07) e quente (08) do regenerador magnético – ativo (01) são utilizadas para permitir que o escoamento de fluido ocorra de forma homogênea pela seção transversal da carcaça (06) através do meio poroso de material magnetocalórico (05), reduzindo a má distribuição do escoamento nas regiões de entrada e saída (19) dos regeneradores magnético – ativos (01) e a perda de volume de material magnetocalórico (05) sem contato térmico efetivo com o fluido de trabalho.

[0022] O uso do arranjo de molduras espaçadoras (13) e telas metálicas (14) permite a redução da perda pela má distribuição de fluido, comum em trocadores de calor e regeneradores, e garante a estabilidade mecânica do meio poroso, com baixa utilização do volume magnetizado no entreferro (27) do circuito magnético (02) e baixa resistência ao escoamento de fluido. Ao reduzir a perda pela má distribuição de fluido nas regiões de entrada e saída (19) dos regeneradores magnético – ativos (01), tem-se uma melhora na taxa de transferência de calor do regenerador magnético – ativo (01) e uma redução do consumo energético do sistema. Além disso, tal efeito somado ao baixo volume demandado pela estratégia assegura a redução da massa e volume de material magnetocalórico (05) e do circuito magnético (02).

[0023] Os materiais magnetocalóricos (05) são alocados com pelo menos uma camada, segundo o arranjo denominada de regenerador magnético – ativo em multicamadas, em que cada camada corresponde a uma temperatura de Curie específica, conforme apresentado na Figura 7. O arranjo das temperaturas de Curie é feito de modo crescente do lado frio (07) até o lado quente (08) do regenerador magnético – ativo (01), em intervalos variando entre 0,5 ºC e 5 ºC.

[0024] Cada uma das camadas dos materiais magnetocalóricos (05) são separadas por um arranjo de telas metálicas (14) unidas por soldagem em molduras metálicas (13), com a seção transversal do regenerador magnético – ativo (01), conforme apresentado na Figura 7 e 8. As câmaras (16) formadas entre as paredes da carcaça (06) e as molduras (13) e telas (14) são preenchidas com materiais magnetocalóricos de acordo com determinadas temperaturas de Curie.

[0025] Os arranjos em múltiplas camadas são usuais nos documentos encontrados no estado da arte, sendo definido na patente do regenerador magnético – ativo (US 4332135 A). Apesar disso, pouca atenção é dada no método de separação das camadas, sendo muitas vezes não especificado ou nenhuma estratégia sendo utilizada. O arranjo de molduras (13) e telas metálicas (14) desenvolvido permite a separação eficiente das camadas, demandando baixo volume magnetizado para tal e com baixa restrição ao escoamento de fluido. Tais características permitem fazer a separação das camadas sem haver uma redução do fluxo térmico do sistema ou do volume do circuito magnético (02) e do regenerador magnético – ativo (01), graças ao baixo volume requerido pelos separadores desenvolvidos, nem o aumento da potência de bombeamento do fluido ou redução da eficiência do sistema, devido à baixa resistência ao escoamento apresentada pelos separadores.

[0026] São alocados distribuidores de fluido (17) nas saídas fria (07) e quente (08) do regenerador magnético – ativo (01), conforme mostrado na Figura 5. Cada distribuidor de fluido (17) acoplado aos regeneradores magnético – ativos (01) tem o formato da sessão transversal do regenerador, conforme mostrado nas Figuras 9 e 10, buscando realizar o encaixe nas duas extremidades (07, 08). Anéis de vedação (18) são utilizados para impedir o fluxo do fluido de trabalho para fora do distribuidor de fluido (17). Uma câmara única (19) em contato com as extremidades fria (07) e quente (08) de cada regenerador magnético – ativo (01) é conectada a dois canais, um de entrada (20) e um de saída (21) de fluido, ligando a câmara (17) até a extremidade oposta dos distribuidores (17) dos regeneradores magnético – ativos (01). Cada canal possui uma válvula unidirecional (22), sendo elas posicionadas em sentidos contrários no escoamento, sendo responsável por permitir o escoamento de fluido nos canais de entrada (20) ou saída (21) pela extremidade fria (07) ou quente (08) do regenerador magnético – ativo (01).

[0027] O volume de fluido alocado na câmara dos distribuidores (19) em contato com os regeneradores magnético – ativos (01) é denominado volume morto. Tal volume de fluido tem grande efeito na performance do sistema, uma vez que representa parte do volume de fluido deslocado durante o escoamento quente (74) ou frio (05) sem contato com o material magnetocalórico (05), representando uma perda na capacidade do sistema de transferir calor, e usualmente acarretando o aumento da massa, volume e potência do sistema. Seu efeito pode ser atenuado através da redução do volume da câmara (19) dos distribuidores (17) em contato com os regeneradores magnético – ativos (01). No entanto, uma redução excessiva pode acarretar em perdas pela má distribuição e fluido na entrada dos regeneradores;

[0028] Para atenuar ambos os efeitos, é proposta a solução de uma câmara (19) dos distribuidores (17) em contato com os regeneradores magnético – ativos (01), que gradualmente tem sua área de seção aumentada, a partir dos canais de entrada (20) e saída (21), acoplada com o uso das telas de sustentação (11) e das molduras espaçadoras (13), que permitem distribuir mais homogeneamente o escoamento através dos furos de passagem (12) com um baixo aumento no volume morto do regenerador. Deste modo, pelo compromisso entre as perdas pelo volume morto e má distribuição de fluido no regenerador magnético – ativo (01), a redução na taxa de transferência de calor pode ser reduzida, bem como a massa, volume e consumo energético do sistema.

[0029] De acordo com a Figuras 5, os distribuidores de fluido (17) do lado quente (08) possuem ressaltos (23) com um furo (24) para a fixação na carcaça (06) dos regeneradores magnético – ativos (01), além de furos (25) para a fixação no estator (04) do circuito magnético (02), garantindo que os regeneradores magnético – ativos (01) e distribuidores (17) permaneçam estáticos.

[0030] Os distribuidores de fluido (17) do lado frio (08) possuem ressaltos (26) com apenas um furo (24) para a fixação no regenerador magnético – ativo (01) através do furo (10) presente no ressalto (09) da carcaça (06).

[0031] O circuito magnético (02) é composto por dois cilindros concêntricos (03, 04), conforme mostrado nas Figuras 3 e 4. O cilindro externo (03) é rotativo e denominado de rotor (03), enquanto o cilindro interno (04) é estático e denominado de estator (04). Entre os dois cilindros existe um entreferro (27) onde atua o campo magnético desejado, conforme a Figura 11, e são posicionados os regeneradores magnético – ativos (01), conforme as Figuras 3 e 4.

[0032] Tal configuração é comum na literatura em especial dados os altos volumes magnetizados e fluxos térmicos que podem ser alcançadas com ela. Os cinco documentos citados anteriormente apresentam variações desta configuração, alterandose a alocação de ímãs permanentes entre o cilindro interno, externo ou ambos, o modo de variação do campo magnético, movendo o circuito magnético ou os regeneradores magnético – ativos, além do modo de prover o campo magnético, sendo através de circuitos magnéticos compostos por ímãs permanentes ou o uso acoplado dessa solução com circuito magnéticos operando através de supercondutores.

[0033] Ao girar o rotor (03), o campo magnético aplicado em cada um dos regeneradores magnético – ativos (01) alocados no entreferro (27) do circuito magnético (01) é variado de acordo com a Figura 11, e o ciclo do regenerador magnético – ativo pode ser realizado. Conforme mostrado na Figura 11, o perfil magnético possui três regiões distintas: (i) patamar de alto campo magnético (28), (ii) patamar de baixo campo magnético (29) e (iii) região de transição (30). É importante para a maximização do efeito magnetocalórico que o patamar alto do campo magnético (28) atinja valores de indução magnética tão altos quanto possível e que o patamar baixo de campo magnético (29) atinja valores de indução magnética o mais próximas de zero possível.

[0034] Durante o patamar alto de campo magnético (28), o escoamento de fluido passa pelo canal de entrada (20) do distribuidor de fluido (17) do lado frio (07) do regenerador magnético – ativo (01), atravessa o meio poroso e todas as camadas de materiais magnetocalóricos (05) e segue para o lado quente (08) do regenerador magnético – ativo (01), onde cruza o distribuidor de fluido (17) associado a este lado pelo canal de saída (21). Tal etapa caracteriza o denominado escoamento frio (74) no ciclo do regenerador magnético- ativo, conforme mostrado nas Figuras 11, 12 e 13.

[0035] Durante o patamar baixo de campo magnético (29), o escoamento de fluido passa pelo canal de entrada (20) do distribuidor de fluido (17) do lado quente (08) do regenerador magnético – ativo (01), atravessa o meio poroso e todas as camadas de materiais magnetocalóricos (05) e segue para o lado frio (07) do regenerador magnético – ativo (01), onde cruza o distribuidor de fluido (17) associado a este lado pelo canal de saída (21). Tal etapa caracteriza o denominado escoamento quente (75) no ciclo do regenerador magnético- ativo, conforme mostrado nas Figuras 11, 12 e 13.

[0036] Conforme apresentado nas Figuras 14 e 15, o rotor (03) do circuito magnético (02) é formado por chapas de aço elétrico denominadas de tubo concentrador de fluxo magnético (31), e por segmentos de ímãs permanente em formato de setores de coroa circular (32). Os segmentos de ímã permanente em setores de coroa circular (32) são alocados em duas regiões diametralmente opostas do cilindro magnético (33), como ilustrado nas Figuras 14 e 15, caracterizando um circuito magnético (02) com dois polos magnéticos.

[0037] Cada região de alocação dos segmentos de ímã permanente (33) está localizada acima do patamar de campo alto (28) do entreferro (27) do circuito magnético (02), sendo formada por pelo menos dois segmentos de ímã permanente (32), com remanências simétricas ao eixo central da sua região (34) de alocação, de acordo com a Figura 15. Os segmentos são posicionados em sub-regiões de coroas circulares (35), em que o raio máximo de cada sub-região (35) é reduzido à medida que se afasta do eixo central (34) da região de alocação dos segmentos, conforme mostrado nas Figuras 15 e 16. Cada sub-região de alocação dos segmentos (35) contém pelo menos um segmento de ímã permanente (32), sendo que cada segmento de ímã permanente (32) possui uma direção de remanência (36) específica.

[0038] De acordo com as Figuras 15 e 16, as chapas de aço elétrico do tubo concentrador de fluxo magnético (31) possuem o formato de um cilindro oco, com cortes para a alocação dos segmentos de ímã permanente (37) e para a redução da massa do conjunto (38), com espessuras podendo variar entre 0,2 mm e 2 mm. A região superior da ponte das chapas (39) tem por objetivo guiar as linhas de fluxo magnético através do circuito magnético (02), evitando a saturação magnética do material e aumentando o campo magnético obtido pelo circuito magnético (02) durante o patamar de campo alto (28). A região inferior da ponte das chapas (40) tem por objetivo guiar as linhas de fluxo magnético remanescentes, evitando que elas alcancem a região do entreferro do sistema (41) referente ao patamar de baixo campo magnético (29) do perfil magnético. As chapas de aço elétrico do tubo concentrador de fluxo magnético (31) possuem furos de alinhamento (43) utilizados para garantir seu posicionamento durante o processo de montagem.

[0039] Estratégias para a redução da massa de ímã permanente e aço do circuito magnético através da topologia dos componentes são pouco exploradas nos documentos encontrados. O documento WO 03/050456 A1 apresenta a configuração da alocação dos circuitos de ímã permanente e aço, sem determinar os detalhes geométricos e topológicos do componente. Os documentos WO 2012/102016 A1 e US 10443928 B2 determinam as regiões de alocação de ímã permanente sem determinar seu detalhamento geométrico ou suas características topológicas.

[0040] Através da redução dos raios externos das sub-regiões (35) de segmentos de ímã permanente (32) e da subdivisão de cada região em pelo menos dois segmentos, é possível alcançar uma redução de até 25% na massa de ímã permanente do circuito magnético (01) sem detrimento do perfil magnético (tanto em termos do patamar de campo alto, quanto do patamar de campo baixo). Tal resultado é fundamental para a utilização de sistemas de refrigeração magnéticos, uma vez os segmentos de ímãs permanentes (32) são os componentes mais caros de tais máquinas térmicas.

[0041] O uso de chapas de aço elétrico para compor o tubo concentrador de fluxo magnético (31) permite alta flexibilidade para o projeto da seção dos componentes, conforme mostrado nas Figuras 15 e 16. Deste modo, tem-se uma geometria que garante que as linhas de fluxo magnético são guiadas através da região superior da ponte das chapas (39), maximizando o valor do patamar alto de campo magnético (28). Além disso, as linhas de fluxo remanescentes são direcionadas para a região inferior da ponte das chapas (40) e não para a região de baixo campo magnético (41) do entreferro (27), minimizando o campo magnético durante o período de patamar baixo do ciclo (29). Por fim, uma massa de até 25% do tubo concentrador de fluxo (31) pode ser retirada através dos cortes nas chapas de aço elétrico (38), sem haver degradação dos patamares de campo alto e baixo do perfil magnético.

[0042] O estator (04) do circuito magnético (02), mostrado na Figura 16, é formado por chapas de aço elétrico (44), um eixo (45), dois flanges (46) para a fixação das chapas de aço elétrico (44) e posicionamento dos regeneradores magnético – ativos (01) e duas porcas (49) para a fixação dos flanges (46) no eixo (45). As chapas de aço elétrico (44) podem ter espessuras entre 0,2 e 2 mm e possuem o formato de um cilindro oco, conforme mostrado na Figura 17. Elas são posicionadas ao redor do eixo (45) e abaixo dos regeneradores magnético – ativos (01), tendo um comprimento igual ou superior ao do meio poroso, incluindo todas as camadas do material magnetocalórico (05). As chapas possuem parte do furo central plano (51), garantindo a sua fixação junto ao eixo (45) e impedindo que elas girem junto com o rotor (03).

[0043] Além de facilitar a montagem, o uso de chapas laminadas (44) com baixas espessuras permite o direcionamento das linhas de fluxo magnético, otimizando o perfil magnético (28, 29, 30) e minimiza a dissipação por correntes parasitas geradas pelo campo magnético variável no estator (04). Tal problema é comum em aplicações de engenharia onde há variação de um campo magnético, tal como transformadores elétricos, e os documentos encontrados não detalham ou especificam as estratégias para evitar tal efeito.

[0044] Dado que a dissipação térmica por correntes parasitas pode ser aproximada como variando com o quadrado do inverso da espessura das chapas, ao manter-se o comprimento do estator constante e usar um número “N” de chapas laminadas (44), a dissipação térmica por correntes parasitas é reduzida em aproximadamente N vezes. Tal efeito é fundamental para o desempenho de sistemas magnetocalóricos uma vez que o calor gerado pelas correntes parasitas é em grande parte transferido para os regeneradores magnético – ativos (01), dada a proximidade destes com o estator (04), gerando um aumento na necessidade de massa e volume de material magnetocalórico e de ímãs permanentes, consequentemente, do sistema como um todo. Além disso, tal efeito acarreta um aumento do torque e da potência requeridos para o giro do rotor (03), diminuindo o coeficiente de performance do sistema, aumentando seu ruído e diminuindo a vida útil dos componentes.

[0045] Os flanges (46) para a fixação das chapas de aço elétrico (44) são feitos de materiais metálicos não magnéticos, de modo a promover resistência mecânica sem influenciar no perfil magnético (28, 29, 30). Eles possuem rasgos (48) com furos de encaixe (50) onde são posicionadas as extensões dos distribuidores de fluido (17) dos regeneradores-magnético ativos (01) do lado quente (08), assegurando que eles não serão movimentados pelo giro do rotor (03).

[0046] O rotor (03) e o estator (04) do circuito magnético (01) são mancalizados verticalmente. A concentricidade dos componentes é garantida posicionando os dois nas mesmas chapas suporte inferior (52) e superior (57). O estator (04) é posicionado através do eixo (45) nos furos centrais (53) na chapa suporte inferior (52) e superior (57), mantendo-se estático durante a operação do equipamento.

[0047] O rotor (03) é apoiado em pelo menos três mancais (54) posicionados na chapa suporte inferior (53). Sua mancalização é feita por três colunas de rolamento (55), sendo pelo menos uma delas móvel (56), para a correção de desvios no processo de fabricação do rotor (03). Em cada coluna de rolamentos (55) são utilizados pelo menos dois rolamentos (58). Na coluna de rolamentos móveis (56) são utilizados pelo menos dois conjuntos de rolamento móveis (59), que tem seu posicionamento determinado através de um arranjo de molas e parafusos.

[0048] As chapas de suporte inferior (52) e superior (57) possuem furos para a passagem das tubulações dos lados frio (61) e quente (62) dos regeneradores magnético – ativos (01), concêntricos aos furos de posicionamento do eixo do estator (53). O número de furos (61, 62) de cada chapa (52, 57) é igual a duas vezes o número de regeneradores magnético – ativos (01) do sistema. Em cada um dos furos (61, 62) atravessam as conexões das tubulações de entrada (20) ou saída (21) do lado frio (07) ou quente (08) de um único regenerador magnético – ativo (01).

[0049] O gerenciamento magnético é feito através do giro do rotor (03) por um sistema de polia e correia dentadas, acoplado na parte inferior do rotor (03), com uma polia com um raio maior ao raio interno do rotor (03).

[0050] A mancalização vertical do circuito magnético (02) permite que a carga aplicada aos mancais (54) e rolamentos (58, 59) seja distribuída de forma mais uniforme, permitindo o uso de componentes menores, em especial rolamentos (58, 59). Tal redução acarreta a minimização do volume do sistema térmico, favorecida também pela mancalização vertical em si do circuito magnético (02). O uso de rolamentos menores e sob o efeito de menor carga também é favorável pela sua diminuição na dissipação energética dos componentes, reduzindo a potência necessária para o giro do rotor (03), e pela redução dos níveis de ruído produzidos pelo sistema.

[0051] O gerenciamento hidráulico que promove o escoamento frio (74) e o escoamento quente (75) nos regeneradores magnético – ativos (01) é realizado por uma combinação de válvulas solenoide (63), localizadas nos manifolds do lado quente do sistema (64), de acordo com as Figuras 20 e 21, e válvulas unidirecionais (22), localizadas nos canais de entrada (20) e saída (21) dos regeneradores magnético – ativos (01), conforme mostrado nas Figuras 10 e 21. A movimentação do líquido é feito por uma bomba multi-estágios (76) e um reservatório (77) é utilizado para o armazenamento de líquido.

[0052] Um bloco manifold (64, 67), mostrado nas Figuras 18 e 19, é posicionado entre os canais de entrada (20) ou saída (21) dos distribuidores de fluido (17) das extremidades fria (07) e quente (08) dos regeneradores magnético – ativos (01) e a entrada ou saída dos trocadores de calor quente (78) e frio (79), respectivamente. Com isso, tem-se que o sistema opera com um total de quatro blocos manifold: dois no lado quente (64), mostrados na Figura 18, e dois no lado frio (67), mostrados na Figura 19.

[0053] Cada bloco manifold (64, 67) possui um furo único (66, 69) em uma de suas faces, e múltiplos furos menores (65, 68) em sua face oposta. No bloco manifold do lado quente (64) o número de furos (65) é igual a metade do número de regeneradores magnéticos – ativos (01) do sistema, conforme mostrado na Figura 18. No bloco manifold do lado frio (67) o número de furos (68) é igual ao número de regeneradores magnético – ativos (01) do sistema, conforme mostrado na Figura 19.

[0054] O bloco manifold do lado quente (64) localizado entre a saída do trocador de calor quente (70) e os canais de entrada (20) da extremidade quente (08) dos regeneradores magnético – ativos (01) opera como distribuidor de fluido, conforme mostrado na Figura 21.

[0055] O bloco manifold do lado quente (64) localizado entre os canais de saída (21) da extremidade quente (08) dos regeneradores magnético – ativos (01) e da entrada do reservatório (77) opera como um coletor de fluido, conforme mostrado na Figura 21.

[0056] O distribuidor de fluido do lado quente é responsável por captar o fluido de trabalho vindo do trocador de calor quente (70) pelo furo único (66) do manifold do lado quente (64) e distribuí-lo através de cada um dos múltiplos furos (65) na face oposta do bloco manifold do lado quente (64) para os canais de entrada (20) das extremidades quentes (08) dos regeneradores magnético – ativos (01). Cada um dos múltiplos furos (65) é responsável por alimentar dois regeneradores magnético – ativos (01) diametralmente opostos no entreferro (27) do circuito magnético (02) com o fluido de trabalho.

[0057] O coletor de fluido do lado quente é responsável por captar o fluido de trabalho vindo dos canais de saída (21) das extremidades quentes (08) dos regeneradores magnético – ativos (01) pelos múltiplos furos (65) e concentrá-los através do furo único (66) na face oposta do bloco manifold do lado quente (64) para o reservatório do sistema (77). Cada um dos múltiplos furos (65) é responsável por captar o escoamento vindo de dois regeneradores magnético – ativos (01) diametralmente opostos no entreferro (27) do circuito magnético (02).

[0058] O bloco manifold do lado frio (67) localizado entre os canais de saída (21) da extremidade fria (07) dos regeneradores magnético – ativos (01) e da entrada do trocador de calor frio (71) opera como um coletor de fluido, conforme mostrado na Figura 21.

[0059] O bloco manifold do lado frio (67) localizado entre a saída do trocador de calor frio (71) e os canais de entrada (20) da extremidade fria (07) dos regeneradores magnético – ativos (01) opera como distribuidor de fluido, conforme mostrado na Figura 21.

[0060] O coletor de fluido do lado frio é responsável por captar o fluido de trabalho vindo dos canais de saída (21) das extremidades frias (07) dos regeneradores magnético – ativos (01) pelos múltiplos furos (68) e concentrá-los através do furo único (69) na face oposta do bloco manifold do lado frio (67) para o trocador de calor frio (71). Cada um dos múltiplos furos (68) é responsável por captar o escoamento vindo de um regenerador magnético – ativo (01).

[0061] O distribuidor de fluido do frio é responsável por captar o fluido de trabalho vindo do trocador de calor frio (71) pelo furo único (69) do manifold do lado frio (67) e distribuílo através de cada um dos múltiplos furos (68) na face oposta do bloco manifold do lado frio (67) para os canais de entrada (20) das extremidades frias (07) dos regeneradores magnético – ativos (01). Cada um dos múltiplos furos (68) é responsável por alimentar um regenerador magnético – ativo (01).

[0062] Válvulas solenoide (63) são posicionadas em cada uma dos múltiplos furos (66) dos manifolds do lado quente (64), tanto do distribuidor quanto do coletor. Cada uma válvula solenoide (63) do distribuidor e uma do coletor são acionadas simultaneamente e responsáveis por gerenciar o escoamento de um par de regeneradores magnético – ativos (01), diametralmente opostos no entreferro (27) do circuito magnético (02). Para assegurar a continuidade do escoamento de fluido no sistema, o acionamento de dois pares de válvulas solenoides são acoplados, promovendo o escoamento quente ou frio em determinado par de regeneradores magnético – ativos (01) diametralmente opostos no entreferro (27) do circuito magnético (02), e simultaneamente o escoamento frio ou quente em um segundo par de regeneradores magnético – ativos (01) diametralmente opostos no entreferro (27) do circuito magnético (02), e ortogonais ao primeiro par de regeneradores em relação ao eixo central do circuito magnético.

[0063] Deste modo, quatro regeneradores magnético – ativos (01) são acionados simultaneamente, ortogonais entre si em relação ao centro do circuito magnético (02). Dois deles estão diametralmente opostos localizados nas regiões de alto campo magnético (28), na região do entreferro (27) abaixo das regiões de alocação dos segmentos de ímã permanente (33), passando pela etapa de escoamento frio (74) do ciclo termodinâmico do regenerador magnético – ativo. Os outros dois deles estão diametralmente opostos localizados nas regiões de baixo campo magnético do entreferro (41), passando pela etapa de escoamento quente (75) do ciclo termodinâmico do regenerador magnético – ativo.

[0064] A sincronização entre os perfis magnéticos (28, 29, 30) e hidráulicos (74, 75) pode ser realizada através do acoplamento entre os sinais captados por sensores hall medindo o campo magnético em cada regenerador magnético – ativo (01) ou por encoders localizados em posições determinados durante o giro do rotor (03), ambos servindo de referência para o acionamento das eletroválvulas (63). Com isso, pode-se assegurar que o escoamento frio (74) ocorrerá nos regeneradores magnéticos-ativos (01) que estiverem sob o efeito do patamar e campo alto (28) do perfil magnético e o escoamento quente (75) naqueles sob o efeito do patamar de campo baixo (29), conforme mostrado pela Figura 13.

[0065] O uso de válvulas solenoides exige a presença de sensores de campo magnético (sensores hall) ou de posição (encoders) para mapear o posicionamento do perfil magnético (28, 29, 30) e, com base nele, fazer o acionamento eletrônico das válvulas. Apesar da complexidade adicional do sensoriamento, o uso de tal técnica permite a flexibilidade no controle do escoamento.

[0066] Os documentos apresentados no estado da arte utilizam majoritariamente válvulas e acionamentos mecânicos. Tais sistemas permitem um acoplamento entre os perfis magnéticos (28, 29, 30) e hidráulicos (74, 75) pelo acoplamento do mecanismo de acionamento das válvulas com o de variação do campo magnético, seja pelo giro do circuito magnético (02) ou dos regeneradores magnético – ativos (01). Apesar disso, o acionamento mecânico apresenta características pouco vantajosas para aplicação em sistema magnetocalóricos.

[0067] Primeiramente tem-se que os sistemas mecânicos possuem baixa flexibilidade quanto à variação do perfil hidráulico entregue ao regenerador magnético – ativo (01). Como o mecanismo de acionamento de tais configurações é promovido por componentes mecânicos, alterações buscando o aumento ou redução no tempo do escoamento demandam a substituição física do mecanismo, usualmente inviável durante a operação do sistema. Através do uso de válvulas acionadas eletronicamente, pode-se controlar o mecanismo de acionamento através do sinal elétrico enviado ao componente, possibilitando o controle em tempo real do escoamento, mesmo durante a operação do dispositivo. Tal flexibilidade permite a aplicação de técnicas de controle durante a operação do sistema que possibilitam a redução do consumo energético e aumento coeficiente de performance.

[0068] Adicionalmente, sistemas mecânicos podem apresentar alto consumo energético, especialmente aqueles baseados em válvulas com vedações do tipo face a face, diminuindo o coeficiente de performance do sistema.

[0069] Por fim, o uso de sistemas mecânicos para o gerenciamento hidráulico de refrigeradores ou bombas de calor magnetocalóricos acarreta um aumento do número de partes móveis, associado ao acoplamento do movimento da transmissão de variação do perfil magnético para o perfil hidráulico. Além do aumento do número de partes móveis, o acoplamento dos movimentos de transmissão de variação dos perfis hidráulicos e magnético provoca um aumento dos níveis de ruído do sistema.

[0070] Os trocadores de calor quente (70) e frio (71) promovem a troca térmica entre o fluido de trabalho e o ar nos ambientes quente e frio do sistema. Os trocadores de calor utilizados são do tipo tubo aletas, com aletas planas ou corrugadas, em arranjos de múltiplos circuitos e acoplado a ventiladores axiais (72, 73). O número de circuito dos componentes pode variar entre 1 e 10.

[0071] Conforme mostrado na Figura 21, o fluido saindo da tubulação de saída (21) da extremidade fria (07) de pelo dois dos regeneradores magnético – ativos (01) é levado pela linha até a entrada do trocador de calor do lado frio do sistema (71), onde o escoamento absorve calor da corrente de ar advinda do ventilador do lado frio (73), e retorna ao lado frio (07) do regenerador magnético – ativo (01) correspondente, pelo canal de entrada (20). Analogamente, o fluido saindo da tubulação de saída (21) da extremidade quente (08) de pelo menos dois dos regeneradores magnético – ativos (01) é levado pela linha até a entrada do trocador de calor do lado quente do sistema (70), onde o escoamento absorve calor da corrente de ar advinda do ventilador (72), e retorna ao lado quente (08) do regenerador magnético – ativo (01) correspondente, pelo canal de entrada (20).

[0072] Apesar de serem componentes fundamentais para o funcionamento de máquinas térmicas, não foi encontrado um detalhamento em termos de trocadores de calor no estado de arte. Tanto em termos de configuração, quanto de geometria e condições de operação, os trocadores de calor têm alta influência no desempenho de sistemas térmicos. O arranjo de trocadores de calor do tipo tubo aleta acoplado com ventiladores axiais permite altas taxas de transferência de calor e vazões de ar no sistema, e com massa e volume menores a outras configurações de trocadores de calor.

[0073] As altas vazões mássicas de líquido, características de sistemas de refrigeração magnética, podem resultar em alta perda de carga e potência de bombeamento nos trocadores de calor, depreciando a performance do sistema. Para tal, o arranjo de múltiplos circuitos permite que a transferência de calor no componente permaneça constante, enquanto a perda de carga e a potência de bombeamento do sistema caiam aproximadamente com o inverso do número de circuitos dos trocadores de calor.

Claims (8)

1. Uma unidade magnetocalórica que inclua pelo menos:
   Um circuito magnético (02) composto por dois cilindros concêntricos, um externo (03) e um interno (04), espaçados entre si de modo a gerar um entreferro (27) onde é produzido o campo magnético (28,29,30); quatro regeneradores magnético – ativos (01), compostos por materiais magnetocalóricos (05) e alocados no entreferro (27) do circuito magnético (02); um trocador de calor quente (70) e um trocador de calor frio (71); um sistema de gerenciamento hidráulico; e um sistema de controle do acoplamento dos perfis magnético e hidráulico CARACTERIZADO POR:

   • (i) Cilindro externo (03) do circuito magnético (02), denominado rotor, rotativo e composto por múltiplos segmentos de ímãs permanentes (32) no formato de setores de coroa circular, e por múltiplas chapas laminadas de aço elétrico (31), com espessura entre 0,2 e 2 mm;
   • (ii) Cilindro interno (03) do circuito magnético (02), denominado estator, estático e composto por chapas laminadas de aço (44), com espessura entre 0,2 e 2 mm, fixadas por flanges (46) e porcas (49) em um eixo (45);
   • (iii) Regeneradores magnético – ativos (01), consistindo em carcaças (06) de materiais metálicos não-magnéticos em formato de setores de coroa circular, independentes umas das outras, fixadas no cilindro interno (04) do circuito magnético (04), preenchidas por material magnetocalórico (05) em formato de partículas com geometrias regulares ou irregulares, placas paralelas, pinos ou microcanais com canais de seção regular ou irregular, formando um meio poroso, com pelo menos uma temperatura de transição magnética, arranjada de forma crescente, da extremidade fria (07) para a extremidade quente (08) das entradas de fluido e vedados por distribuidores de fluido (17);
   • (iv) Trocadores de calor nas fontes quente (70) e fria (71) do sistema do tipo tubo – aleta, com aletas planas ou corrugadas, em arranjos de múltiplos circuitos e assistidos por ventiladores (72, 73);
   • (v) Sistema de gerenciamento hidráulico composto por quatro blocos manifolds, dois alocados no lado quente (64), um nos canais de entrada (20) e um nos canais de saída (21) do lado quente (08) dos regeneradores magnético – ativos (01), e dois alocados no lado frio (67), um nos canais de entrada (20) e um nos canais de saída (21) do lado frio (07) dos regeneradores magnético – ativos (01), e por válvulas solenoides (63) conectadas aos blocos manifold do lado quente (64), sendo cada par de válvulas solenoide (63) responsável por gerenciar o escoamento de dois regeneradores magnético – ativos (01) e cada arranjo responsável por permitir o escoamento de fluido no regeneradores correspondentes quanto eles estiverem nos períodos de magnetização e desmagnetização.
2. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR segmentos de ímãs permanentes (32) do cilindro externo (03) do circuito magnético (02) no formato de setores de coroa circular, com direções de remanência (36) específicas, alocados diametralmente opostos em dois polos magnéticos (33), subdivididos em pelo menos uma sub-região (35) que contém pelo menos um segmento de ímã permanente (32) cujos raios máximos decrescem à medida que se afastam do eixo central (34) das regiões de alocação de ímãs permanentes (33).
3. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR chapas de aço elétrico (31) do cilindro externo (03) do circuito magnético (02) com espessuras variando entre 0,2 e 2 mm, no formato de cilindros ocos, com regiões para a alocação de segmentos de ímãs permanentes (37), regiões para o direcionamento das linhas de fluxo magnético (39, 40) e regiões ocas para a redução da massa dos componentes (38).
4. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR realizar a separação das camadas de diferentes materiais magnetocalóricos (05) através de telas metálicas (14) unidas por soldagem em molduras metálicas (13), com o formato da seção transversal do canal da carcaça (06) do regenerador magnético – ativo (01) e com telas de sustentação (11) do meio poroso aplicadas junto à molduras metálicas (13) nas extremidades fria (07) e quente (08) do regenerador magnético – ativo.
5. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR distribuidores de fluidos (17) dos regeneradores magnético – ativos (01) formados por uma câmara única (19) em contato com as extremidades fria (07) e quente (08) dos regeneradores magnético – ativos (01), ligada a dois canais cilíndricos (20, 21), cada um deles com uma válvula unidirecional (22).
6. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR um circuito magnético (02) em que o cilindro externo (03) e o cilindro externo (04), são posicionados sobre uma mesma chapa suporte (52), sendo o cilindro externo (03) apoiado em pelo menos três mancais (54) e mancalizado verticalmente e centralizado por rolamentos (58), posicionados em pelo menos três colunas (55), tendo cada coluna pelo menos dois rolamentos (58) e tendo pelo uma das colunas (56) rolamentos móveis (59), posicionados na chapa suporte (53) e o cilindro interno (04) posicionado pelo seu eixo (45) na chapa suporte (52), sendo o eixo do cilindro interno (45) e as colunas de rolamentos (55, 56) fixados por uma chapa de alinhamento (57) superior ao circuito magnético (01).
7. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR um sistema de acoplamento entre os perfis hidráulico (74, 75) e magnético (28, 29, 30) realizado pela medição do campo magnético em pontos específicos do entreferro (27) do circuito magnético (02) por um sensor de Efeito Hall e utilizando o sinal resultante para o acionamento das válvulas das solenoides (63) .
8. Uma unidade magnetocalórica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR um sistema de acoplamento entre os perfis hidráulico (74, 75) e magnético (28, 29, 30) realizado pela medição da posição relativa do rotor (03) do circuito magnético (02) por um encoder e utilizando o sinal resultante para o acionamento das válvulas das solenoides (63).

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