BRPI0615261A2 - gerador térmico que usa material magneto-calorìfico - Google Patents

Abstract

GERADOR TéRMICO QUE USA MATERIAL MAGNETO-CALORìFICO. A invenção refere-se a um gerador térmico não poluente que tem uma eficácia energética muito boa e um desenho simples e económico, baixo consumo de energia, isso tudo e sendo ao mesmo tempo escalonável, versátil e modular. Neste gerador térmico (1), os elementos térmicos (3) compostos de material magneto-calorífico compreendem, cada um, dois circuitos coletores (31, 32) distintos, um circuito coletor quente (31) sendo conectado a um circuito de fluido de transferência de calor (51) e um circuito coletor (32) sendo conectado a um circuito de fluido de tranferência de calor frio (52). O fluido de transferência de calor é colocaldo em movimento alternado em um ou no outro circuito coletor (31, 32) dependendo de os elementos térmicos (3) serem ou não submetidos ao cmapo magnético gerado pelos ímãs (40) que giram em volta de um eixo geométrico central (B) com relação aos elementos térmicos (3). Os circuitos de fluido de transferência de calor (51, 52) são integrados, em parte, em uma chapa (2) que sustenta os elementos térmicos (3) e são conectados a circuitos externos que compreendem trocadores de calor (55, 56) que utilizam as calorias e as calorias negativas geradsa pelos elementos térmicos (3). As aplicações da invenção incluem: aquecer, temperar, condicionar com ar e refrigerar em toda instalação industrial e toda aplicação doméstica.

Description

"GERADOR TÉRMICO QUE USA MATERIAL MAGNETO-CALORÍ FICO"

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um gerador térmicobaseado em um material magneto-calorifico e que compreendepelo menos um suporte fixo que porta pelo menos dois elemen-tos térmicos magneto-calorificos, dispositivos magnéticosque são moveis com relação aos elementos térmicos de modoque sejam submetidos a uma variação no campo magnético demodo a se fazer sua temperatura variar, e dispositivos pararecuperar as calorias e as frigorias emitidas pelos elemen-tos térmicos, os quais compreendem pelo menos dois circuitosde fluido de transferência, um circuito referido como "quen-te" e um circuito referido como "frio", cada circuito sendoacoplado a pelo menos um trocador de calor e dotado de dis-positivos de comutação para pôr o elemento térmico corres-pondente no circuito.

Tecnologia Anterior

Os geradores térmicos baseados em material magne-to-calorifico fazem uso das propriedades magneto-calorificasde determinados materiais, tais como o gadolinio ou determi-nadas ligas, que apresentam a particularidade de se aquece-rem sob o efeito de um campo magnético e de resfriarem-se auma temperatura mais baixa que a temperatura inicial que sesegue ao desaparecimento do campo magnético ou à diminuiçãodesse campo magnético. Este efeito magneto-calorifico ocorrenas proximidades do ponto Curie do material. Esta nova gera-ção de geradores térmicos apresenta a vantagem de ofereceruma solução que é muito ecológica porque não polui. Entre-tanto, de modo a ser economicamente viável e apresentar boaeficácia térmica, o desenho de tais geradores e de seus dis-positivos de recuperação das calorias e frigorias emitidaspor estes materiais é vitalmente importante.

A publicação WO-A-03/050456 dá um primeiro exemplono qual o gerador térmico baseado em material magneto-calorifico compreende um recinto anular de uma peça que de-limita doze compartimentos separados por vedações e cada umdeles recebendo gadolinio sob uma forma porosa. Cada compar-timento possui quatro orifícios, que incluem um orifício deentrada e um orifício de saída ligados a um circuito quente,e um orifício de entrada e um orifício de saída ligados a umcircuito frio. Os dois ímãs permanentes têm um movimento derotação continuo de maneira que varram os diferentes compar-timentos e os submetam sucessivamente a um campo magnéticodiferente. As calorias e frigorias emitidas pelo gadolinionos diferentes compartimentos são guiadas na direção de tro-cadores de calor por circuitos quentes e frios nos quais umfluido de transferência de calor circula e aos quais elessão sucessivamente ligados por meio de vedações giratóriascuja rotação é sincronizada com a dos ímãs. As exigênciasessenciais ligadas a esta rotação sincrônica tornam estedispositivo tecnicamente difícil e caro de produzir. Alémdisto, seu princípio de funcionamento limita seriamente suasperspectivas de evolução técnica. Além disto, sua construçãoé complexa e dispendiosa por causa dos diversos condutos,junções e válvulas necessários para produzir os circuitosquentes e frios. Além disto, a eficácia energética de talgerador continua insuficiente, que restringe consideravel-mente suas aplicações. O fluido de transferência de calorque circula através dos poros do material magneto-calorificoé de fato o mesmo tanto para o circuito frio quanto para ocircuito quente; apenas sua direção de fluxo é invertida, oque resulta em uma inércia térmica altamente prejudicial.

A publicação FR-A-2 861 454 dá um segundo exemplono qual os elementos térmicos são atravessados por um canalsituado próximo do material magneto-calorifico e que se co-munica com o circuito de fluido de transferência de caloratravés de uma chapa sobre a qual eles são montados. Estachapa inclui canais que definem os circuitos quentes e friosnos quais o fluido de transferência de calor circula e aosquais o canal dos elementos térmicos é diretamente ligadosem conduto ou junção intermediária. Este tipo de construçãotem a vantagem de reduzir de maneira significativa o custode fabricação de tal gerador e de oferecer uma grande flexi-bilidade de configuração. No entanto, há desvantagens rela-cionadas com o fluido de transferência de calor único, quecircula nos elementos térmicos tanto para o circuito frioquanto para o circuito quente. Esta solução, portanto, apre-senta eficácia térmica insuficiente.

Descrição da Invenção

A presente invenção visa a atenuar essas desvanta-gens ao propor um gerador térmico que não polui, tem uma e-ficácia energética muito boa, é de desenho simples e econô-mico e consume pouca energia, sendo ao mesmo tempo capaz dedesenvolvimento adicional, flexível e modular, podendo serutilizado em aplicações industriais de grande escala assimcomo em aplicações domésticas.

Para isso, a invenção refere-se a um gerador tér-mico do tipo mencionado na introdução, caracterizado pelofato de que cada elemento térmico tem passagens para fluido35 que formam pelo menos dois circuitos coletores distintos,um circuito coletor "quente", no qual flui o fluido detransferência de calor do circuito quente, cuja função é co-letar as calorias emitidas pelo elemento térmico submetidoao campo magnético, e um circuito coletor "frio", no qualflui o fluido de transferência de calor do circuito frio,cuja função é coletar as frigorias emitidas pelo elementoterminado não submetido ao campo magnético, os fluidos detransferência de calor sendo levados a moverem-se alternada-mente em um circuito coletor ou no outro, dependendo de oelemento térmico ser ou não submetido ao campo magnético eemitir calorias e frigorias.

Os elementos térmicos são fabricados, pelo menosparcialmente, a partir de um material magneto-calorífico quetoma pelo menos uma forma escolhida do grupo que compreendeum bloco sólido, uma pilha de blocos sólidos ou chapas sóli-das, um conjunto de partículas, um bloco poroso, uma pilhade blocos porosos ou de chapas porosas ou uma combinaçãodestas formas.

Os circuitos coletores são de preferência formadosde muitas passagens para fluido, distribuídas por sobre aespessura dos elementos té rmicos de modo a se obter uma áreade troca de calor grande, estas passagens para fluido sendode tamanho pequeno, variando entre 0,01 mm e 5 mm e de pre-ferência igual a 0,15 mm, adequadas para criar um fluxo pre-dominantemente laminar do fluido de transferência de caloratravés dos elementos térmicos. As passagens para fluido nosdois circuitos coletores de cada elemento térmico podem terorientações paralelas ou diferentes orientações, como, porexemplo, perpendicular. Elas são definidas por pelo menosuma forma escolhida do grupo que compreende perfurações, ra-nhuras, fendas, interstícios, uma combinação destas formas,estas formas sendo obtidas por usinagem, causticação quími-ca, iônica ou mecânica, conformação, separador entre blocosou chapas, espaço entre partículas.

Na forma de modalidade preferida da invenção, osuporte fixo compreende pelo menos uma chapa que possui pelomenos duas aberturas que delimitam as cavidades para receberos elementos térmicos e pelo menos duas séries de canais queformam uma parte dos circuitos de fluido de transferência decalor quentes e frios que atingem cada cavidade por um ori-fício de admissão e um orifício de saída adequados para co-municação com as passagens de fluido correspondentes dos e-lementos térmicos, isto é, dois orifícios de entrada e doisorifícios de saída por cavidade.

Os canais podem ser formados por ranhuras distri-buídas por sobre uma superfície ou sobre a outra ou sobreambas as superfícies da chapa, a(s) superfície(s) sendo co-berta (s) por uma chapa adicionada de maneira a cobrir e ve-dar estes canais.Os elementos térmicos e as cavidades têm vantajo-samente conformações de montagem que podem ser aproximada-mente paralelepipedais, cada lado da cavidade incluindo umorifício de admissão e um orifício de saída de um dos cir-cuitos de fluido de transferência de calor quentes e frios ecada lado do elemento térmico incluindo uma entrada e umasaída de um dos seus circuitos coletores.

Na forma de modalidade preferida, um intervalo deentre 0,05 mm e 15 mm, e de preferência igual 1 mm, é dis-posto em cada lado entre a cavidade e o elemento térmico,formando um câmara de distribuição de fluido de transferên-cia de calor que se estende por sobre a espessura do elemen-to térmico, um dispositivo de vedação sendo colocado em cadacanto da cavidade.

Este gerador térmico compreende vantajosamente umnúmero par de elementos térmicos dispostos aproximadamenteem um circulo em volta do eixo geométrico central do supor-te, e os dispositivos magnéticos são de preferência acopla-dos a dispositivos de acionamento rotacional em volta desteeixo geométrico central.

Estes dispositivos magnéticos podem compreender umnúmero de ímãs que corresponde ao número de elementos térmi-cos, estes ímãs sendo unidos em pares e dispostos em ambosos lados dos elementos térmicos de modo a se submeter um e-lemento térmico de dois ao campo magnético. Em uma forma demodalidade preferida, os elementos térmicos são dispostos emadjacência uns aos outros de modo que os pares de ímãs pas-sem de uma série de elementos térmicos para outra sem inter-rupção do campo magnético.

Os dispositivos de recuperação de calorias e fri-gorias podem compreender dispositivos para forçar a circula-ção do fluido de transferência de calor em um ou ambos oscircuitos de fluido de transferência de' calor. No primeirocaso, os dois circuitos de fluido de transferência de calorquentes e frios são conectados em um laço fechado, o circui-to de fluido de transferência de calor quente conectando asaida de um trocador de calor frio com a entrada de um tro-cador de calor quente e o circuito de fluido de transferên-cia de calor frio conectando a saida do trocador de calorquente com a entrada do trocador de calor frio. No segundocaso, os dois circuitos de fluido de transferência de calorquente e frio são independentes e cada um deles forma um la-ço fechado. Os fluidos de transferência de calor nos doiscircuitos quente e frio circulam de preferência em direçõesopostas.

Os dispositivos de comutação podem compreender pe-lo menos uma válvula em cada circuito de fluido de transfe-rência quente e frio, disposta de modo a colocar em série umou o outro dos circuitos coletores dos elementos térmicosdependendo de serem ou não submetidos ao campo magnético eproduzirem calorias ou frigorias.

Breve Descrição dos Desenhos

A presente invenção e suas vantagens aparecerãomelhor na descrição seguinte de um modo de modalidade apre-sentado como um exemplo não limitador e com referência aosdesenhos anexos, nos quais:

- A Figura 1 é uma vista em perspectiva simplifi-cada do gerador térmico de acordo com a invenção;

- A Figura 2 é uma vista explodida do gerador daFigura 1;

- A Figura 3 é uma vista em perspectiva da chapado gerador da Figura 1, sem os elementos térmicos;

- A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um ele-mento térmico a ser montado na chapa mostrada na Figura 3, ea Figura 4A é uma vista ampliada do detalhe A da Figura 4; e

- As Figuras 5A e 5B são diagramas que mostram oscircuitos de fluido de transferência de calor de acordo comos dois ciclos operacionais.

Ilustrações da invenção e a melhor maneira de im-plementá-la

Com referência às Figuras 1 e 2, um gerador térmi-co 1 de acordo com a invenção, baseado em material magneto-calorifico, que compreende um suporte fixo que toma a formade uma chapa 2 disposta de modo a portar pelo menos dois e,no exemplo mostrado, oito elementos térmicos 3 em materialmagneto-calorífico. Ele compreende também dispositivos mag-néticos 4, que são móveis com relação aos elementos térmicos3, de modo que sejam submetidos a uma variação no campo mag-nético de modo a se fazer sua temperatura variar, e disposi-tivos 5 para recuperar as calorias e frigorias emitidas pe-los elementos térmicos 3. Estes dispositivos de recuperação5 incluem em particular dois circuitos 51 e 52 para fluidode transferência de calor que são distintos, isto é, hidrau-licamente vedados um do outro, com um circuito "quente" 51,que recupera os calorias e outro circuito "frio", que recu-pera as frigorias, cada um dos circuitos 51 e 52 sendo aco-piado a pelo menos um trocador de calor adequado para utili-zar estas calorias e frigorias em aplicações, que podem serindustriais ou domésticas, para aquecer, temperar, resfriar,condicionar com ar ou finalidades semelhantes.

No exemplo mostrado, os elementos térmicos 3 sãoalojados em cavidades 20 na chapa 2 e são distribuídos apro-ximadamente em um círculo em volta de um eixo geométricocentral B. Os dispositivos magnéticos 4 compreendem oito í-mãs permanentes 40 distribuídos em pares em ambos os ladosda chapa 2 de modo a se submeter um elemento térmico 3 dedois ao campo magnético. Estes ímãs permanentes 40 são por-tados por dois suportes 41 localizados em ambos os lados dachapa 2 e acionados em rotação por um eixo de acionamento(não mostrado) acoplado a qualquer tipo de atuador, como,por exemplo, um motor, motor engrenado, motor de escalona-mento, servomotor, atuador giratório, etc., ou diretamenteou por qualquer sistema de transmissão mecânico adequado.

A vantagem deste modo de construção dos elementostérmicos 3 em um círculo em volta de um eixo geométrico Bpermite o uso de um modo simples de acionamento dos disposi-tivos magnéticos 4 por rotação contínua na mesma direção. Éclaro que qualquer outro modo de construção pode ser adequa-do. Se, por exemplo, os elementos térmicos 3 forem dispostosem uma linha, será fechado um modo de vaivém de acionamentodos dispositivos magnéticos 4.

Os imãs permanentes podem ser maciços, sinteriza-dos ou laminados, associados a um ou mais materiais imantá-veis, que concentram e orientam suas linhas de campo magné-tico na direção dos elementos térmicos 3. Qualquer outro ti-po de imã pode ser adequado, tal como um imã eletromagnéticoou supercondutor. Um imã, contudo, apresenta vantagens ex-plicitas em termos de tamanho, simplicidade de uso e baixocusto. É preferível escolher ímãs permanentes 40 capazes degerar um campo magnético de pelo menos 1 Tesla.

Os elementos térmicos 3 são, além do mais, dispos-tos em adjacência uns aos outros de modo que os pares de í-mãs 40 passem de uma série de elementos térmicos 3 para ou-tra sem interrupção do campo magnético. Esta disposição tema vantagem de limitar consideravelmente a força motora ne-cessária para move os dispositivos magnéticos 4 dado que elanão tem que se opor à força magnética.

A chapa 2 é fabricada de preferência a partir deum material não magnético termicamente isolante. Ela tem a-berturas, que formam cavidades 20 com conformações de monta-gem, que são complementares aos elementos térmicos 3 e déespessura aproximadamente igual de modo que os elementostérmicos 3 estejam nivelados com as superfícies da chapa 2.Outras formas de construção são possíveis, o ponto essencialsendo que cada elemento térmico 2 pode ser ativado pelo cam-po magnético dos ímãs permanentes 40.Com referência mais especifica à Figura 3, estachapa 2 tem duas séries de canais 21 e 22 que formam a parteinterna dos circuitos de fluido de transferência de calorquente e frio 51 e 52, respectivamente. Os canais 21 e 22 decada série levam por um lado às cavidades 20 por orifíciosde entrada e saída dispostos de modo a se comunicarem com oselementos térmicos 3, por cavidade 20 dois orifícios de en-trada e dois orifícios de saída, e por outro lado até a par-te externa da chapa 2 por orifícios de entrada e de saídadispostos de modo a serem conectados à parte externa doscircuitos de fluido de transferência de calor quente e frio51 e 52, respectivamente, inclusive trocadores de calor emparticular. No exemplo representado, estes canais 21 e 22são distribuídos por sobre as duas superfícies da chapa 2 esão formados por ranhuras, fabricadas, por exemplo, por usi-nagem, causticação, fundição ou qualquer outra técnica ade-quada. Nesta modalidade, a chapa 2 é associada a dispositi-vos de vedação 6 sob a forma de dois flanges não metálicos60 dispostos de modo que cada um encoste em uma superfícieda chapa 2 através de uma vedação 61 sob a forma de uma mem-brana que permite que os canais 21 e 22 sejam fechados e ve-dados. No exemplo representado, os flanges 60 e as vedações61 têm perfurações 62 e 63 dispostas de modo a corresponde-rem aos elementos térmicos 3 e são fixadas na chapa 2, sejapor parafusos ou qualquer outro dispositivo equivalente. Osflanges 60 e as vedações 61 podem ser também não perfurados.Os canais 21 e 22 podem estar, evidentemente, sobre uma úni-ca superfície da chapa 2. Esta: chapa 2 pode ser fabricada demaneira diferentes, como, por exemplo, como duas peças fun-didas montadas juntas, os canais 21 e 22 sendo acomodados nolado interno. Da mesma maneira, as vedações 61 podem sersubstituídas por uma camada de adesivo adequado ou algo se-melhante.

Os elementos térmicos 3 são, pelo menos parcial-mente, e de preferência inteiramente, fabricados a partir deum material magneto-calorífico, como, por exemplo, o gadolí-nio (Gd) , uma liga de gadolínio que contém silício (Si) ougermânio (Ge), por exemplo, uma liga de manganês que contémferro (Fe) , magnésio (Mg) ou fósforo (P) , por exemplo, ouqualquer outro material imantável equivalente. A escolha en-tre estes materiais magneto-caloríficos é feita de acordocom a energia de aquecimento ou resfriamento necessária ecom as faixas de temperatura necessárias. Como regra geral,o material magneto-calorífico pode tomar a forma de um blocomaciço, uma pilha de blocos maciços ou chapas maciças, umconjunto de partículas sob a forma de pó ou de partículas,um bloco poroso, uma pilha de blocos porosos ou de chapasporosas, ou qualquer outra forma adequada ou uma combinaçãodestas formas. Da mesma maneira, os elementos térmicos 3 po-dem ser constituídos de um conjunto de diferentes materiaismagneto-caloríficos. Eles podem ser também fabricados de umamaneira que seja termicamente condutora, compreendendo um oumais materiais magneto-caloríficos.

Estes elementos térmicos 3 têm, cada um, a parti-cularidade de compreender pelo menos dois circuitos coleto-res 31 e 32 que são distintos, isto é, hidraulicamente veda-dos um do outro, estes sendo um circuito coletor "quente" 31conectado ao circuito de fluido de transferência de calorquente 21 e 51, e outro circuito coletor "frio" conectado aocircuito de fluido de transferência de calor frio 22 e 52, ofluido de transferência de calor em cada um destes circuitossendo levado a mover-se alternadamente em um ou no outro doscircuitos coletores 31 e 32, dependendo de o elemento térmi-co 3 ser ou não submetido ao campo magnético e emitir calo-rias ou frigorias.

No exemplo representado e detalhado nas Figuras 4e 4A, os elementos térmicos 3 são formados a partir der umapilha de chapas maciças 30 fabricadas a partir do gadolinio.Eles têm uma conformação quadrada e cada um deles tem trêsnervuras, uma nervura central 33 e duas nervuras de extremi-dade 34, dispostas de modo que delimitem entre umas e ou-tras, quando as chapas 30 estão superpostas, duas ranhurasparalelas, formando passagens 35 para fluido. As chapas 30são alternadamente orientadas em direções perpendiculares demodo a formarem duas séries de passagens de fluido 35, for-mando os dois circuitos coletores 31 e 32 distintos. Estescircuitos coletores 31 e 32 são assim formados a partir demuitas passagens de fluido 35 distribuídas na espessura doselementos térmicos 3 de modo a se obter uma área de troca decalor muito grande. Estas chapas 30 têm uma espessura da or-dem de um milímetro, as passagens de fluido são da ordem deum décimo de milímetro e adequadas para criar o chamado flu-xo laminar de fluido de transferência de calor através doselementos térmicos 3 com vistas ao benefício da eficáciadesta troca de calor com uma quantidade mínima de fluido detransferência de calor. Estes elementos térmicos 3 constitu-em assim mini ou micro-trocadores de calor ativos que qerame trocam calorias e frigorias com os fluidos de transferên-cia de calor que passam através deles, dependendo das alter-nâncias na magnetização/desmagnetização. Estas passagens defluido 35 podem ser também orientadas em direções paralelas.

Cada circuito coletor 31 e 32 leva até os dois la-dos opostos dos elementos térmicos 3 por uma entrada e umasaída de fluido que se comunicam automaticamente com os ori-fícios de entrada e saída para fluido de transferência decalor do circuito quente 21 e do circuito frio 22 dispostosde modo a corresponderem um ao outro em cada cavidade 20quando os elementos térmicos 3 são montados na chapa 2. Paraisto, um intervalo de entre 0,05 e 15 mm e de preferênciaigual a 1 mm é disposto entre os lados correspondentes dachapa 2 e o elemento térmico 3 de modo a delimitar as câma-ras de distribuição de fluido de transferência de calor quese estendem por sobre a espessura do elemento térmico 3. Avedação dos circuitos coletores 31 e 31 é obtida primeiroentre as câmaras de distribuição por vedações (não represen-tadas) dispostas, por exemplo, nos quatro cantos das cavida-des 20 e em segundo lugar sobre as superfícies anterior eposterior da chapa 2 por flanges 60 e pelas vedações 61.

Os circuitos coletores 31 e 32 podem, evidentemen-te, ser fabricados de maneira diferente, dependendo da formado material magneto-calorífico. No exemplo mostrado, as cha-pas 30 e suas nervuras 33 e 34 podem ser obtidas por usina-gem, laminação, estampagem, erosão por centelhamento ou mé-todos semelhantes. Em outra forma de modalidade, as chapas30 podem ser planas, e folhas separadoras ou afastadores po-dem ser colocados entre elas de modo a delimitarem as passa-gens para fluido. As passagens para fluido 35 podem ser as-sim formadas por perfurações, ranhuras de diferentes confor-mações, fendas, interstícios ou uma combinação destas for-mas, estas formas sendo obtidas por usinagem, causticaçãoquímica, iônica ou mecânica, conformação ou afastamento en-tre partículas. Estas passagens para fluido 35 podem ter umtamanho de entre 0,01 mm e 5 mm e de preferência igual a0,15 mm, este tamanho pequeno contribuindo para a criação deum fluxo laminar de fluido de troca de calor.

Com referência agora às Figuras 5A e 5B, pelo me-nos um circuito de fluido de troca de calor 51 ou 52 incluidispositivos para forçar a circulação do fluido de troca decalor, como, por exemplo, uma bomba 53, um termo-sifão ouqualquer outro dispositivo equivalente. Esta circulação podeser também livre e natural, devido simplesmente às diferen-ças de temperatura no fluido de transferência de calor.

A composição química do fluido de transferência decalor é adequada para a faixa de temperatura desejada e éescolhida de modo a se obter uma troca de calor máxima. Épossível, por exemplo utilizar água pura para temperaturaspositivas e, para temperaturas negativas, água à qual foiadicionado um agente anti-congelador, como, por exemplo, umproduto glicosado. Este gerador térmico 1 permite assim quese evite o uso de qualquer fluido que seja corrosivo e dano-so para o homem ou seu ambiente.

Cada circuito de fluido de transferência de calor51 ou 52 tem dispositivo para remover as calorias e frigori-as coletadas para aquecimento e resfriamento, respectivamen-te, como, por exemplo, um trocador de calor quente 55 e umtrocador de calor frio 56 ou qualquer outro dispositivo e-quivalente. De maneira semelhante, cada circuito 51 ou 52tem dispositivos de comutação para colocar os elementos tér-micos 3 correspondentes no circuito 51 ou 52 correspondente,como, por exemplo, uma válvula de solenóide bidirecional 57e 58 ou semelhante. O controle destas válvulas de solenóide57 e 58 é evidentemente sincronizado com a rotação dos imãs40, conforme explicado a seguir. Estes dispositivos de comu-tação podem ser também incorporados à chapa. 2, por usinageme/ou fundição e montagem de componentes, a comutação sendoobtida por atração magnética de um pistão, uma esfera, etc.,que se move entre duas partes que definem as válvulas.

0 funcionamento do gerador térmico 1 de acordo coma invenção é descrito com referência às Figuras 5A e 5B, quemostram diagramaticamente os dois ciclos funcionais do gera-dor térmico 1 com, para simplificar, quatro elementos térmi-cos 3 e dois pares de imãs. Neste exemplo, os dispositivosde recuperação incluem uma única bomba 53 colocada no cir-cuito quente 51, e os circuitos quente e frio 51 e 52 sãoconectados em um laço fechado: o circuito de fluido detransferência de calor quente 51 conectando a saida Sf dotrocador de calor frio 56 com a entrada Ec do trocador decalor quente 55 e circuito frio 52 conectando a saida Sc dotrocador de calor quente 55 com a entrada Ef do trocador decalor 56. Pode-se instalar também dois circuitos 51 e 52completamente independentes, cada um deles formando um laçofechado. Neste caso, cada circuito 51 e 52 tem sua própriabomba 53. Em todos os casos, a direção de fluxo do fluido detransferência de calor nos dois circuitos 51 e 52 é de pre-ferência invertida. Para simplificar, os circuitos quente efrio são identificados como 51 e 52, sabendo-se que uma par-te destes circuitos quente e frio é interna ao gerador tér-mico 1 e incorporada na chapa 2 sob as identificações 21 e22.

No primeiro ciclo funcional mostrado na Figura 5A,os imãs 40 são opostos aos dois elementos térmicos 3(1) e3(3), que se aquecem sob o efeito do campo magnético, osdois outros elementos térmicos 3(2) e 3(4) resfriando-seporque não são submetidos ao campo magnético. As válvulas desolenóide 57 e 58 são comutadas em uma primeiro posição, quepermite a colocação em série no circuito quente 51 dos ele-mentos térmicos 3(1) e 3(3) que se aquecem e em série nocircuito frio 52 dos elementos térmicos 3(2) e 3(4) que seresfriam, os circuitos nos quais o fluido de transferênciade calor está no movimento que é mostrado como uma linhacheia. A saida Sf do trocador de calor frio 56 é conectada,pela válvula de solenóide 58, à entrada Ec(I) do elementotérmico 3(1), sua saida Sc(I) é conectada à entrada Ec(3) doelemento térmico 3(3) e sua saida Sc(3) à entrada Ec do tro-cador de calor quente 51. O circuito quente 51 faz o fluidode transferência de calor mover-se nos circuitos coletoresquentes 31 dos elementos térmicos 3(1) e 3(3)., os outros fi-cando inativos. Da mesma maneira, a saida Sc do trocador decalor quente 55 é conectada, pela válvula de solenóide 57, àentrada Ef(4) do elemento térmico 3(4), sua saida Sf (4) éconectada à entrada Ef(2) do elemento térmico 3(2) e sua sa-ida Sf (2) à entrada Ef do trocador de calor quente 56. Ocircuito frio 52 faz o fluido de transferência de calor mo-ver-se nos circuitos coletores frios 32 dos elementos térmi-cos 3(2) e 3)4), os outros ficando inativos. Este ciclo érápido e dura entre alguns milhares de segundo e 20 segundose de preferência 1 segundo, o que corresponde ao tempo depassagem dos imãs na frente dos elementos térmicos 3(1) e3(3).

Quando elas os deixam para passar na frente doselementos térmicos 3(2) e 3(4), as válvulas de solenóide 57e 58 são comutadas para uma segunda posição mostrada na Fi-gura 5B que corresponde ao segundo ciclo funcional, no qualos imãs 40 são opostos aos dois outros elementos térmicos3(2) e 3(4) que se aquecem sob o efeito do campo magnético,os dois primeiros elementos térmicos 3(1) e 3(3) resfriando-se porque já não estão submetidas ao campo magnético. Asválvulas de solenóide 57 e 58 comutadas para sua segunda po-sição colocam no circuito quente 51 os elementos térmicos3(2) e 3(4) que se aquecem e no circuito frio 52 os elemen-tos térmicos 3(1) e 3(3) que se resfriam, os circuitos nosquais o fluido de transferência de calor está no movimentoque mostrado como uma linha cheia. A saida Sf do trocador decalor frio 56 é conectada, pela válvula de solenóide, à en-trada Ec(2) do elemento térmico 3(2), sua saída Sc(2) é co-nectada à entrada Ec (4) do elemento térmico 3(4) e sua saídaSc(4) à entrada Ec do trocador de calor quente 55. 0 circui-to quente 51 faz o fluido de transferência de calor mover-senos circuitos coletores quentes 31 dos elementos térmicos3(2) e 3(4), os outros ficando inativos. Da mesma maneira, asaída Sc do trocador de calor quente 55 é conectada, pelaválvula de solenóide 57, à entrada Ef(3) do elemento térmico3(3), sua saída Sf (3) é conectada à entrada Ef(I) do elemen-to térmico 3(1) e sua saída Sf(I) à entrada Ef do trocadorde calor frio 56. 0 circuito frio 52 faz o fluido de trans-ferência de calor mover-se nos circuitos coletores frios 32dos elementos térmicos 3(1) e 3(3), os outros ficando inati-vos. Este ciclo rápido corresponde ao tempo de passagem dosímãs 40 na frente dos elementos térmicos 3(2) e 3(4). Quandoelas os deixam para passar novamente na frente dos elementostérmicos 3(1) e 3(3), as válvulas de solenóide 57 e 58 sãocomutadas para sua primeira posição mostrada na Figura 5A, eo primeiro ciclo funcional começa novamente.

0 fato de que o fluido de transferência de calorusado é um líquido e não um gás evita a necessidade de umaválvula de não retorno. 0 exemplo pode ser visto nas Figuras5A e 5B, nas quais, nas entradas Ec e Ef dos trocadores decalor quente e frio 55 e 56, os dois circuitos quentes 51 e52 se encontram um com o outro, respectivamente. 0 fluido detransferência de calor, que é um líquido, não é compressívele vai naturalmente para dentro do circuito que está fechadoe não para o circuito que está aberto.

A descrição mostra claramente que os circuitosquente e frio 51 e 52 são ativos e dinâmicos em ambos os ci-cios funcionais, da mesma maneira que os elementos térmicos3 são todos usados. Além disto, o fluido de transferência decalor que recupera as calorias está limitado a essa função,como está o fluido de transferência de calor que recupera asfrigorias. Dado que não há imisção de fluido de transferên-cia de calor a temperaturas diferentes, como na tecnologiaanterior, os circuitos quente e frio 51 e 52 estando separa-dos, em particular no caso dos circuitos coletores 31 e 32nos elementos térmicos 3, não há troca ou imisção de calorentre os circuitos. Esta nova tecnologia permite também umaredução considerável nas perdas térmicas, uma aceleração dosciclos funcionais, um aumento na potência do gerador térmicoIea obtenção de uma eficácia térmica muito boa para umaexigência de energia muito reduzida em vista da baixa potên-cia motora necessária para fazer os imãs 40 girarem.

Além disso, esta técnica de circuitos quentes 21,31 e 51 e circuitos frios 22, 32 e 52 separados permite queo ciclo "AMR seja usado, isto é, para cada novo ciclo fun-cional do gerador térmico 1, a diferença de temperatura noinicio e no fim do ciclo aumenta, permitindo, respectivamen-te, que sejam atingidos niveis de temperatura de aquecimentoe resfriamento no circuito quente 51 e no circuito frio 52,que são maiores que nos geradores do tipo conhecido no pre-sente. Além disto, o gerador térmico 1 da invenção não apre-senta perigo seja para as pessoas, seja para o ambiente. Sede fato houvesse falta de fluido de transferência de calorno circuito quente 51 e no circuito frio 52, não haveriamais troca de calor e, portanto, nenhum risco de escapamentotérmico.

Aplicações industriais possíveis

Este gerador térmico 1 encontra aplicação em qual-quer campo técnico no qual é necessário aquecer, temperar,resfriar ou condicionar com ar, como em aparelhos elétricosdomésticos para geladeiras e congeladores, para condiciona-mento de ar e aquecimento, seja em aplicações industriais,domésticos ou veiculares, na indústria de alimentos paracaixas de exibição gabinetes refrigerados, em adegas de vi-nhos com ar condicionado e todos os tipos de recintos refri-gerados.

A presente invenção não está restrita ao exemplode modalidade descrito, mas se estende a qualquer modifica-ção ou variante que seja óbvia a um especialista no campo,permanecendo, contudo, dentro do alcance da proteção defini-da nas reivindicações anexas. Em particular, as conformaçõesmostradas, o número de elementos térmicos 3 e de ímãs 40 e amaneira de criar os circuitos coletores 31 e 32 e de incor-porar os circuitos quentes 21 e os circuitos frios 22 nachapa 2 podem diferir.

Claims (20)

1. Gerador térmico (1) baseado em material magne-to-calorifico, que compreende pelo menos um suporte fixo (2)que porta pelo menos dois elementos térmicos magneto-calorificos (3), dispositivos magnéticos (4) que são móveiscom relação aos elementos térmicos (3) de modo que sejamsubmetidos a uma variação no campo magnético de modo a fazersua temperatura variar, e dispositivos (5) para recuperar ascalorias e frigorias emitidos emitidas pelos elementos tér-micos (3), que compreendem pelo menos dois circuitos separa-dos (51 e 52), um circuito (51) referido como "quente" e umcircuito (52) referido como "frio", cada circuito (51 e 52)sendo acoplado a pelo menos um trocador de calor (55 e 56)capaz de remover as calorias ou frigorias recuperadas e do-tado de dispositivos de comutação (57 e 58) para colocar oelemento térmico correspondente (3) no circuito (51 e 52) ,CARACTERIZADO pelo fato de que cada elemento térmico (3) tempassagens para fluido (35) que formam pelo menos dois cir-cuitos coletores (31 e 32) distintos, um circuito coletor"quente" (31) no qual flui o fluido de transferência de ca-lor do circuito quente (51), cuja função é coletar as calo-rias emitidas pelo elemento térmico (3) submetido ao campomagnético, e um circuito coletor "frio" (32), no qual flui ofluido de transferência de calor do circuito frio (52), cujafunção é coletar as frigorias emitidas pelo elemento térmico(3) não submetido ao campo magnético, os fluidos de transfe-rência de calor sendo levados a moverem-se alternadamente emum circuito coletor ou no outro (31 e 32), dependendo de oelemento térmico (3) ser ou não submetido ao campo magnéticoe emitir calorias ou frigorias.

2. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (3) sãofabricados, pelo menos parcialmente, a partir de um materialmagneto-calorifico que toma pelo menos uma forma escolhidade um grupo que compreende um bloco sólido, uma pilha deblocos sólidos ou chapas sólidas (30), um conjunto de partí-culas, um bloco poroso, uma pilha de blocos porosos ou dechapas porosas ou uma combinação destas formas.

3. Gerador, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que os circuitos coletores (31 e32) são de preferência formados, cada um, a partir de muitaspassagens de fluido (35), distribuídas na espessura dos ele-mentos térmicos (3) de modo a se obter uma área de troca decalor grande.

4. Gerador, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que as passagens para fluido (35)são de tamanho pequeno, variando entre 0,01 mm e 5 mm e depreferência igual a 0,15 mm, adequadas para criar um fluxodo fluido de transferência de calor através dos elementostérmicos (3), o fluxo sendo predominantemente laminar.

5. Gerador, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que as passagens para fluido (35)nos dois circuitos coletores (31 e 32) de cada elemento tér-mico (3) têm orientações diferentes.

6. Gerador, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que as passagens para fluido (35)nos dois circuitos coletores (31 e 32) de cada elemento tér-mico (3) têm orientações aproximadamente paralelas.

7. Gerador, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que as passagens para fluido (35)são definidas por pelo menos uma forma escolhida do grupoque compreende perfurações, ranhuras, fendas, interstícios,uma combinação destas formas, estas formas sendo obtidas porusinagem, causticação química, iônica ou mecânica, conforma-ção, separador entre blocos ou chapas, espaço entre partícu-las.

8. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte fixo compreende pe-lo menos uma chapa (2) que possui pelo menos duas aberturasque delimitam cavidades (20) para receber os elementos tér-micos (3) e pelo menos duas séries de canais (21 e 22) queformam uma parte dos circuitos de fluido de transferência decalor quente e frio (51 e 52) que atingem cada cavidade (20)por um orifício de admissão e um orifício de saída para cadacircuito (51 e 52) adequados para comunicação com as passa-gens de fluido (35) correspondentes dos elementos térmicos(3), isto é, dois orifícios de entrada e dois orifícios desaída por cavidade (20).

9. Gerador, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que os canais (21 e 22) são for-mados por ranhuras distribuídas por sobre uma superfície dassuperfícies da chapa (2) e pelo fato de que o gerador térmi-co (1) compreende pelo menos um flange (60) adicionado à su-perfície da chapa (2) de maneira a cobrir e vedar os canais(21 e 22).

10. Gerador, de acordo com a reivindicação 4,CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (3) eas cavidades (20) têm conformações de montagem complementa-res.

11. Gerador, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que as conformações de montagemcomplementares são aproximadamente paralelepipedais, pelofato de que cada lado da cavidade (20) inclui um orifício deentrada ou um orifício de saída de um dos circuitos de flui-do de transferência de calor quente e frio (51 e 52) e cadalado do elemento térmico (3) incluindo uma entrada e uma sa-ída de um de seus circuitos coletores (31 e 32).

12. Gerador, de acordo com a reivindicação 11,CARACTERIZADO pelo fato de que um intervalo de entre 0,05 mme 15 mm, e de preferência igual 1 mm, é disposto em cada la-do entre a cavidade (20) e o elemento térmico (3) , este in-tervalo formando uma câmara de distribuição de fluido detransferência de calor que se estende por sobre a espessurado elemento térmico (3), e pelo fato de que um dispositivode vedação é colocado em cada canto da cavidade (20).

13. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que ele tem um número par de ele-mentos térmicos (3) dispostos aproximadamente em um circuloem volta de um eixo geométrico central (B) do suporte (2) eos dispositivos magnéticos (4) são acoplados a dispositivosde acionamento rotacional em volta deste eixo geométricocentral (B).

14. Gerador, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de que os dispositivos magnéticos(4) compreendem um número de ímãs (40) que corresponde aonúmero de elementos térmicos (3), estes ímãs (40) sendo uni-dos em pares e dispostos em ambos os lados dos elementostérmicos (3) de modo a se submeter um elemento térmico (3)em dois ao campo magnético.

15. Gerador, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (3) sãodispostos em adjacência uns aos outros de modo que os paresde ímãs (40) passem de uma série de elementos térmicos (3)para outra sem interrupção do campo magnético.

16. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que os fluidos de transferênciade calor nos circuitos quente e frio (51 e 52) fluem em di-reções opostas.

17. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que os dispositivos de recupera-ção de calorias e frigorias incluem dispositivos (53) paraforçar o fluido de transferência de calor a fluir em pelomenos um dos circuitos de fluido de transferência de calor(51 e 52) .

18. Gerador, de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADO pelo fato de que os circuitos de fluido detransferência de calor quente e frio (51 e 52) são conecta-dos em um laço fechado, o circuito de fluido de transferên-cia de calor quente (51) conectando a saída (Sf) de um tro-cador de calor frio (56) com a entrada (Ec) de um trocadorde calor quente (55) e o circuito de fluido de transferênciade calor frio (52) conectando a saída (Sc) do trocador decalor quente (55) com a entrada (Ef) do trocador de calorfrio (56).

19. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que os dispositivos para recupe-rar as calorias e as frigorias compreendem dispositivos (53)para forçar a circulação do fluido de transferência de calorem um ou ambos os circuitos de fluido de transferência decalor (51 e 52), estes circuitos sendo independentes e cadaum deles formando um laço fechado.

20. Gerador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que os dispositivos de comutaçãocompreendem pelo menos uma válvula (57 e 58) em cada circui-to de fluido de transferência de calor quente e frio (51 e52) disposta de modo a colocar em série um ou o outro doscircuitos coletores (31 e 32) dos elementos térmicos (3) de-pendendo de serem ou não submetidos ao campo magnético eproduzirem calorias ou frigorias.