BRPI0714687A2

BRPI0714687A2 - Gerador térmico utilizando material magneto-calorífico.

Info

Publication number: BRPI0714687A2
Application number: BRPI0714687-6A
Authority: BR
Inventors: Christian Muller; Jean-Louis Dupin; Jean-Claude Heitzler; Georges Nikly
Original assignee: Cooltech Applications Sas
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2013-10-22
Also published as: EP2044373B1; TWI345930B; PL2044373T3; HK1134949A1; AU2007279159A1; RU2009102001A; SI2044373T1; CY1110334T1; US8596077B2; CN101495818B; AR062025A1; ATE454596T1; PT2044373E; TW200808130A; CN101495818A; MX2009000543A; JP2009544927A; US20090320499A1; FR2904098A1; RU2450220C2

Description

"GERADOR TÉRMICO UTILIZANDO MATERIAL MAGNETO-CALORÍFICO" Campo Técnico

A presente invenção se refere a um gerador térmico magneto-calorífico compreen- dendo elementos térmicos baseados em material magneto-calorífico, meio magnético dis- posto para criar uma variação no campo magnético nos elementos térmicos e fazer variar a temperatura dos mesmos; ao menos dois circuitos coletores separados, um circuito coletor referido como "quente" e um circuito coletor referido como "frio", em cada um dos quais cir- cula um fluido de transferência térmica, separado, arranjado para coletar respectivamente as calorias e frigorias emitidas pelos elementos térmicos dependendo de seus ciclos funcionais, e meio para conectar os circuitos coletores aos circuitos externos projetados para usar as calorias e frigorias coletadas.

Técnica anterior

Os novos geradores térmicos os quais utilizam o efeito magneto-calorífico de certos materiais oferecem uma alternativa ecológica muito interessante para os geradores conven- cionais os quais estão destinados a desaparecer em um contexto de desenvolvimento sus- tentável e redução do efeito estufa. Contudo, para ser economicamente viável e prover boa eficiência térmica, o modelo de tais geradores e seus meios de recuperar as calorias e frigo- rias emitidas por esses materiais é vitalmente importante, tendo em mente os ciclos de tem- po muito curtos, os pequenos gradientes de temperatura gerados e a intensidade magnética limitada. A energia recuperada está estreitamente ligada à massa do material magneto- calorífico, a intensidade do campo magnético e o tempo de troca com o fluido de transferên- cia térmica. Sabe-se que o fator de transferência de um trocador de calor é vinculado à área de superfície de troca em relação à taxa de fluxo do fluido de transferência térmica em con- tato com a superfície de troca. Devido a isso, quanto maior a área de superfície de troca maior o coeficiente de transferência.

Nos geradores conhecidos, o circuito coletor é usado como um meio de recupera- ção, esse circuito percorrendo os elementos térmicos nos quais flui um único fluido de trans- ferência térmica o qual alternativamente alimenta um circuito frio e um circuito quente. Como resultado essa solução cria uma elevada inércia térmica a qual penaliza consideravelmente a eficiência de energia do gerador.

O pedido de patente francesa 05/08963, depositado pelo presente requerente pro- põe um novo modelo de gerador no qual os elementos térmicos são atravessados por dois circuitos coletores separados, um circuito coletor quente e um circuito coletor frio, em cada um dos quais circula um fluido de transferência térmica, separado. Cada elemento térmico assume a forma de um inserto de formato prismático constituído de uma pilha de chapas com nervuras feitas de material magneto-calorífico, delimitando entre elas passagens para a circulação do fluido de transferência térmica de uma maneira que cria dois circuitos coleto- res separados. Esses insertos térmicos são montados em uma chapa provida com aloja- mentos e condutos adequados conectando os circuitos coletores correspondentes dos inser- tos térmicos diferentes. Essa solução tem a vantagem de eliminar a inércia térmica do fluido de transferência térmica, visto que há um fluido para o circuito quente e um fluido para o circuito frio, e de aumento da área de superfície de troca e, portanto, a eficiência térmica do gerador. Ele apresenta, contudo, a desvantagem de ser difícil de industrializar, muito dis- pendioso e de configuração não modular.

Descrição da invenção:

A presente invenção tenta superar essas desvantagens através da proposição de um gerador térmico, magneto-calorífico, o qual é compacto e de multiuso, tem elevada efici- ência de energia e um coeficiente de transferência maximal, enquanto sendo fácil de indus- trializar com custo razoável e tendo uma configuração modular, permitindo que ele responda a uma ampla faixa de aplicações tanto industriais como domésticas.

Para esse propósito, a invenção se refere a um gerador térmico do tipo mencionado no preâmbulo, caracterizado em que ele compreende ao menos um módulo térmico consti- tuído de muitos elementos térmicos, empilhados e arranjados para delimitar entre eles os canais para a circulação de fluido de transferência térmica, esses canais sendo divididos em canais quentes nos quais flui o fluido de transferência térmica do circuito quente e canais frios nos quais flui o fluido de transferência do circuito frio, e em que os elementos térmicos têm orifícios de entrada e de saída de fluido os quais se comunicam entre si de modo a dis- tribuir o fluxo de fluido de transferência térmica de cada circuito coletor quente e frio respec- tivamente nos canais quente e frio, correspondentes.

Essa construção em estágios permite a criação de subconjuntos térmicos, assim chamados módulos térmicos, possuindo canais paralelos, esses módulos térmicos sendo conectados em conjunto em série e/ou paralelo. Essa construção permite que o número de elementos térmicos empilhados por módulo térmico seja variado de acordo com a taxa exi- gida de fluxo de fluido, e que o número de módulos térmicos justapostos seja variado de acordo com a faixa de temperatura exigida, proporcionando modularidade muito grande.

Descrição resumida dos desenhos:

A presente invenção e suas vantagens serão mais evidentes a partir da descrição a seguir de várias modalidades apresentadas como um exemplo não limitador e com referên- cia aos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1 é uma vista explodida de um gerador térmico de acordo com a invenção;

As Figuras, 2 e 3, são vistas em perspectiva de dois exemplos da configuração do gerador na Figura 1;

A Figura 8 é uma vista em perspectiva de um módulo térmico entrando na composi- ção do gerador na Figura 1; A Figura 5 é uma vista detalhada em seção parcial de uma extremidade do gerador na Figura 1;

A Figura 6 é uma vista frontal do módulo térmico na Figura 4, a Figura 6B é uma vista em perspectiva ampliada de detalhe A da Figura 4 e a Figura 6C é uma vista plana da borda da Figura 6C;

A Figura 7A é uma vista parcial de dois elementos térmicos do módulo na Figura 4 mostrando dois setores térmicos e as figuras 7B e 7C são vistas em seção de acordo com as linhas BB e CC de um elemento térmico na Figura 6A;

A Figura 8A é uma vista em seção axial de um setor térmico e a Figura 8B é uma vista do detalhe D;

A Figura 9A é uma vista em seção axial de um setor térmico dotado de um inserto e a Figura 9B é uma vista do detalhe E;

As Figuras 10A, 10B, 11A e 11B são vistas frontal e posterior de duas variantes de implementação de um elemento térmico de acordo com a invenção; As Figuras, 12 e 13, são variantes de partes magneto-caloríficas;

As Figuras, 14 e 15, são variantes de insertos magneto-caloríficos;

A Figura 16A é uma vista em perspectiva de um setor térmico de acordo com outra variante de implementação e a Figura 16B é uma vista do detalhe F;

A Figura 17A é uma vista em perspectiva de uma primeira variante de implementa- ção de um módulo térmico de acordo com a invenção e a Figura 17B é uma vista do detalhe G;

A Figura 18A é uma vista em perspectiva de uma primeira variante de implementa- ção de um módulo térmico de acordo com a invenção, a Figura 18B é uma vista de um sub- conjunto desse módulo e a Figura 18C é uma vista do detalhe H da Figura 18B; A Figura 19A é uma vista em perspectiva de uma terceira variante de implementa-

ção de um módulo térmico de acordo com a invenção e a Figura 19B é uma vista do detalhe I.

Ilustrações da Invenção:

Com referência à Figura 1, o gerador térmico 1 de acordo com a invenção compre- ende um conjunto de seis módulos térmicos empilhados 10, conectados por discos distribui- dores 20 e fechados por flanges de vedação 30. O número e a construção dos módulos tér- micos 10 variam dependendo do desempenho desejado. O flange de vedação 30 represen- tado tem quatro orifícios 31 e 32, com dois orifícios de alimentação 31 e dois orifícios de descarga 32, projetados para serem conectados a um circuito quente externo e a um circuito frio externo (não representado) os quais usam respectivamente as calorias e frigorias produ- zidas por esse gerador 1. De acordo com as exigências, a conexão pode ser feita em um único lado ou em ambos os lados do gerador 1. Os discos distribuidores 20 têm orifícios 21 e ranhuras de distribuição 22 permitindo a conexão em conjunto, em série, em paralelo, ou em uma combinação de em série/em paralelo dos circuitos coletores, quentes e frios, dos diferentes módulos térmicos 10 e conexão com circuitos externos, quentes e frios. Esses discos distribuidores 20 podem ser arranjados em pares, cada disco sendo dedicado a um dos circuitos coletores como nas Figuras 1 e 4. Eles também podem ser formados de discos individuais, de lados duplos (não representados) com um arranjo específico de orifícios 21, e ranhuras de distribuição 22, para implementar a mesma função.

No exemplo da Figura 1, esse gerador térmico 1 tem um eixo 2 que gira ou se des- loca axialmente, carregando dois conjuntos magnéticos diametralmente opostos 3, esse eixo sendo acionado por qualquer tipo de acionador conhecido (não representado) proporcionan- do movimento contínuo, descontínuo, seqüencial ou alternado. O número, posição e tipo dos conjuntos magnéticos 3 podem ser modificados e determinados de acordo com a construção dos módulos térmicos 10. Esses conjuntos magnéticos 3 podem ser formados de ímãs permanentes, eletroímãs, ímãs supercondutores ou qualquer outro tipo de ímã. A opção preferida é a de ímãs permanentes devido à sua vantagem em termos de tamanho, simplici- dade de uso e baixo custo. Os ímãs permanentes podem ser sólidos, sinterizados, colados ou laminados, associados com um ou mais materiais que podem ser magnetizados os quais concentram e direcionam suas linhas de campo magnético. Os módulos térmicos 10 podem ser alojados em uma luva interna 4 e em uma luva externa 5 (vide Figura 5) para prover ve- dação adicional. Nesse caso, as extremidades dessas luvas 4 e 5 são acopladas ao flange de vedação 5 mediante vedações 33. A luva interna 4 e/ou a luva externa 5 podem ser dele- tadas se a construção dos módulos térmicos 10 for tal que permita que se obtenha vedação suficiente.

Os módulos térmicos 10 podem ser envolvidos por um induzido 6 feito preferivel- mente de um material ferromagnético do qual a função principal é a de fechar o fluxo mag- nético gerado pelos conjuntos magnéticos 3. Em uma variante de implementação a qual não é representada, o fluxo magnético gerado pelos conjuntos magnéticos 3 pode ser fechado por conjuntos magnéticos móveis, ou estáticos, adicionais, localizados na periferia externa. Os módulos térmicos 10 podem ser montados mediante aperto utilizando qualquer meio conhecido tal como, por exemplo, tirantes de ligação 34 (vide Figura 5) estendendo entre os dois flanges de vedação 30, ou prendedores (não representados) montados no eixo 2 por intermédio de mancais. Qualquer outro modo de montagem pode ser concebido, o fator es- sencial sendo de sustentar mecanicamente os módulos térmicos entre si e vedar os circuitos coletores quentes e frios do gerador.

Nos diferentes exemplos ilustrados, o gerador térmico 1 apresenta uma configura- ção circular, isto é, os módulos térmicos são anulares e dispostos em torno de um eixo 2 carregando os conjuntos magnéticos 3. A invenção também se estende a um gerador térmi- co tendo uma configuração retilínea (não representada) na qual os elementos térmicos são arranjados de uma maneira linear e os meios magnéticos são acionados em um movimento alternado ou seqüencial.

Os módulos térmicos 10 podem ser montados em uma base 7, conforme ilustrado na Figura 2, mediante qualquer meio conhecido. Nesse exemplo o gerador térmico 1 com- preende dois conjuntos de cinco módulos térmicos 10 conectados por discos distribuidores (não visíveis) e fechados pelos flanges de vedação 30. A base 7 carrega um acionador 8 arranjado em paralelo e acoplado ao eixo do gerador mediante qualquer tipo conhecido de transmissão (não representado). O acionador 8 pode ser arranjado em linha com o eixo 2 e diretamente acoplado a ele. Na Figura 3, o gerador térmico 1 compreende quatro conjuntos, cada um deles de seis módulos térmicos 10, montados dos pés à cabeça sobre uma base 7. Um único acionador 8 é acoplado aos eixos 2 de cada conjunto mediante qualquer tipo co- nhecido de transmissão mecânica (não representada). Esses exemplos proporcionam uma idéia das várias configurações possíveis. Devido à sua construção modular, o gerador térmi- co 1 de acordo com a invenção é infinitamente configurável de acordo com a capacidade de aquecimento ou esfriamento desejada e da taxa de fluxo de fluido necessária para cada a- plicação considerada. O acionador 8 pode ser constituído mediante qualquer sistema geran- do um torque mecânico, por exemplo, um moinho de vento, uma turbina hidráulica, um mo- tor de combustão interna, motor elétrico, motor baseado em energia animal ou muscular, acionador giratório ou outro dispositivo. No caso de um acionador elétrico, a energia pode ser proveniente de um transdutor fotoelétrico, uma célula solar, um moinho de vento, eletri- cidade de rede, um gerador ou outro dispositivo.

Cada módulo terminal 10 é constituído de um número N de elementos térmicos 40 de geometria idêntica ou complementar permitindo que eles sejam empilhados. Um exemplo de um módulo térmico é ilustrado na Figura 4 e compreende 17 elementos térmicos 40 na forma de anéis planos empilhados axialmente. Esses elementos térmicos 40 são detalhados nas Figuras 6A-C e 7A-C e têm a característica de delimitar entre eles os canais 50 para a circulação de um fluido de transferência térmica, esses sendo assim chamados canais quen- tes nos quais flui o fluido do circuito coletor quente e os assim chamados canais frios nos quais flui o fluido do circuito coletor frio. Esses canais quentes e frios 50 se alternam entre os elementos térmicos 40 de tal modo que cada elemento térmico 40 tem em um lado um canal quente 50 e no outro lado um canal frio 50. Esses canais 50 têm uma espessura pe- quena variando, por exemplo, de 0,01 a 10 mm e preferivelmente de 0,15 a 1,5 mm com o propósito de gerar um fluxo o qual é laminar ou de pouca turbulência com ou sem vórtices de fluido, de tal modo que uma corrente de fluido de transferência térmica quente flui entre dois elementos térmicos adjacentes 40 e uma corrente de fluido de transferência térmica frio flui entre os próximos dois elementos. Esses elementos térmicos 40 têm orifícios de entrada e orifícios de saída 52 colocando em comunicação os canais 50 de um determinado circuito coletor em uma configuração paralela. Esses elementos térmicos 40 podem ser divididos em vários setores térmicos separados 53, idênticos ou não, cada um deles tendo um canal 50, orifício de entrada 51 e orifício de saída 52, de modo a criar circuitos paralelos em cada cor- rente de fluido. Desse modo o fluxo de fluido de transferência térmica em cada circuito cole- tor é dividido uma primeira vez pelo número S/2 de setores térmicos 53 então uma segunda vez pelo número N/2 de elementos térmicos 40 empilhados. Essa distribuição em estágios de fluxo de fluido de transferência térmica permite uma considerável redução na taxa de fluxo e velocidade da corrente de fluido em cada canal 50, isso aumentando o coeficiente de transferência e simultaneamente reduzindo as perdas de energia.

Em uma versão a qual não é representada, chapas espaçadoras podem ser inseri- das entre os elementos térmicos 40 para delimitar os canais 50 e prover vedação, por e- xemplo, folhas de Teflon© ou similar.

No exemplo nas Figuras 4, 6A-C e 7A-C, os elementos térmicos 40 do módulo tér- mico 10 são divididos em oito setores térmicos idênticos 53 se estendendo por aproxima- damente 45°. A Figura 7A mostra a passagem do fluido de transferência térmica nos setores térmicos 53 de dois elementos térmicos adjacentes 40. Cada setor térmico 53 tem quatro orifícios: um orifício de entrada 51 e um orifício de saída 53 atravessando e se comunicando com seu canal 50 e um orifício de entrada 51 e um orifício de saída 52 transversal para se comunicar com o canal 50 do próximo elemento térmico 40. Dependendo da posição angu- lar dos conjuntos magnéticos 3 em relação ao módulo térmico 10, o fluido de transferência térmica circulando nos canais 50 dos diferentes setores térmicos 53 é ativo ou passivo. Nos setores térmicos 53 sujeitos ao campo magnético, o fluido de transferência térmica do circui- to coletor quente é ativo e, nos outros setores térmicos 53 não sujeitos ao campo magnético, o fluido de transferência térmica do circuito coletor frio é ativo. Ao mesmo tempo, o fluido de transferência térmica dos circuitos coletores frios e quentes naqueles mesmos setores é passivo.

Nesse exemplo, cada elemento térmico 40 tem muitos insertos de condução térmi- ca carregados por um suporte 70, os insertos 60 ocupando a maior parte da área do suporte 70. Os insertos 60 têm um formato de setor circular e são feitos, por exemplo, a partir de um material magneto-calorífico cortado, usinado ou fundido. O termo "material magneto- calorífico" significa um material feito parcialmente ou completamente de uma substância magneto-calorífica tal como, por exemplo, gadolínio (Gd), uma liga de gadolínio contendo, por exemplo, silício (Si), germânio (Ge), uma liga de manganês contendo, por exemplo, ferro (Fe), magnésio (Mg), fósforo (P), uma liga de lantânio, uma liga de níquel (Ni), qualquer ou- tro material ou liga equivalente que pode ser magnetizada, ou uma combinação de diferen- tes materiais magneto-caloríficos, apresentados na forma de pó, partículas, um bloco sólido ou poroso, um conjunto de chapas empilhadas com ranhuras formando mini ou microcanais. A escolha entre esses materiais magneto-caloríficos é feita de acordo com a capacidade de aquecimento ou esfriamento exigida e as faixas de temperaturas necessárias.

O suporte 70 pode ser flexível ou rígido e feito de materiais naturais ou sintéticos, com ou sem carga, tal como, por exemplo, termoplásticos, elastômeros, resinas ou qualquer outro material termicamente isolante. Ele pode ser obtido mediante usinagem, impressão 3D mediante estéreo-litografia, gravura, fundição, injeção ou processos similares. Ele é preferi- velmente sobremoldado em torno de insertos dos quais as faces frontal e posterior perma- necem visíveis. O suporte 70 é arranjado para combinar várias funções: uma função para manter os insertos 60, uma função como um espaçador entre os elementos térmicos empi- lhados 40 para garantir a espessura dos canais 50, uma função para vedação entre os ele- mentos térmicos 40 quando eles são empilhados e se exigida uma função de indexação e/ou localização para facilitar a montagem e posicionamento dos elementos térmicos 40 entre si. Em uma variante a qual não é representada, o suporte pode ser preenchido com partículas ou fibras de material magneto-calorífico para adicionar uma função térmica.

O elemento térmico 40 de formato anular é representado em detalhe na Figura 7A e em seção nas Figuras 7B e 7C. Ele apresenta uma seção aproximadamente retangular e tem áreas rebaixadas em sua face frontal formando o canal 50 para a circulação de um pri- meiro fluido de transferência térmica e uma área plana em sua face posterior fechando o canal 50 do próximo elemento térmico 40 para a circulação do segundo fluido de transferên- cia térmica. Nesse caso, o canal 50 é delimitado na parte inferior pela face frontal dos inser- tos 60 e nos lados pelas bordas do suporte 70. A face posterior plana do elemento térmico 40 é delimitada pela face posterior dos insertos 60 e suporte 70. A face frontal do suporte 70 pode ter uma ou mais nervuras centrais contínuas ou descontínuas 71 as quais separam o canal 50 em ao menos dois pares para melhorar a distribuição do fluido através da superfí- cie inteira dos insertos 60. Em outra variante de implementação a qual não é representada, o suporte 70 pode ter áreas rebaixadas formando o canal 50 para a circulação dos fluidos de transferência térmica, quente e frio, em suas faces, frontal e posterior. As faces, frontal e posterior, do suporte 70 formam as superfícies de vedação garantindo a vedação dos canais 50 quando os elementos térmicos 40 são empilhados em um arranjo hermético. É evidente que qualquer outra forma de realizar as mesmas funções pode ser adequada. Também é possível variar a espessura de certas zonas do suporte 70 e/ou a espessura dos insertos 60 para influenciar a espessura da corrente de fluido e, portanto, sua velocidade de fluxo.

Os elementos térmicos 40 podem ter outras configurações. As Figuras 10A e 10B ilustram respectivamente as vistas, frontal e posterior, do elemento térmico 40 com seis se- tores térmicos idênticos separados 53 se estendendo por aproximadamente 60°, cada um deles composto de insertos 60. Nas Figuras 11A e 11B, o elemento térmico 40 tem apenas dois setores térmicos idênticos separados 53 se estendendo por aproximadamente 180°, cada um deles composto de insertos 60. Esses insertos 60 na forma de setores de um círcu- lo podem ter diferentes formatos geométricos ou quaisquer formatos. Eles também podem ser substituídos por tiras 61 como no exemplo mostrado pela Figura 12, essas tiras 61 sen- do utilizáveis no elemento térmico 40 com dois setores térmicos 53 conforme mostrado na Figura 11. Os insertos 60 também podem ser substituídos por um anel 62 o qual é dividido para formar insertos interconectados, ou qualquer outro formato equivalente. Da mesma forma, essas partes diferentes no material magneto-calorífico 60, 61 e 62 podem ter superfí- cies planas para incentivar o fluxo de fluido livre de perturbação como no inserto 60 da Figu- ra 14 ou por outro lado ter, em ao menos uma das superfícies, relevos formando ranhuras 63 ou formas similares para aumentar a área de troca com o fluido de transferência térmica como no inserto 60 da Figura 15. Dependendo do formato e orientação dessas ranhuras 63 em relação ao fluxo de fluido, perturbações podem ser criadas para aumentar o coeficiente de transferência. O elemento térmico 40 ilustrado na Figura 16A tem insertos 60 com ranhu- ras oblíquas 64 em ambas as faces das quais o detalhe é fornecido na Figura 16B. Essas ranhuras oblíquas 64 criam redemoinhos na corrente de fluido, comumente conhecidos co- mo vórtices.

Em um determinado módulo térmico 10, os orifícios de entrada 51 e orifícios de sa- ída 52 dos canais 50 de um determinado circuito coletor são alimentados em paralelo. Para tornar uniforme a distribuição de fluido de transferência térmica nos canais diferentes 50, ao menos os orifícios de entrada 51 devem ter preferivelmente uma seção transversal a qual aumenta na direção do fluxo de fluido. Essa construção é representada nas Figuras 8A e 8B e permite que um determinado volume de fluido circule na mesma velocidade de fluxo em cada um dos canais 50 para obter o mesmo coeficiente de transferência e desse modo re- duzir as perdas de energia. Essa construção, contudo, requer um diferente formato para cada elemento térmico 40. Outra solução consiste em criar um inserto 72, com orifícios 73 de seção transversal, decrescente, esse inserto 72 sendo alojado dentro dos orifícios de entrada de seção transversal idêntica dos elementos térmicos 40, de acordo com o exemplo ilustrado nas Figuras 9A e 9B. Essa solução simplifica consideravelmente a produção indus- trial de tal construção. Além disso, o inserto 72 permite que os elementos térmicos 40 sejam alinhados entre si e que qualquer rotação seja impedida. É evidente que esses exemplos podem ser empregados aos orifícios externos 52 tendo nesse caso uma seção transversal que aumenta na direção do fluxo de fluido.

Em uma variante a qual não é representada, os elementos térmicos 40 de um de- terminado módulo térmico 10 podem ter um deslocamento angular em relação uns aos ou- tros de tal modo que os orifícios de entrada 51 e os orifícios de saída 52 são alinhados não ao longo do eixo geométrico, mas em uma trajetória helicoidal o que facilita a entrada e saí- da do fluido de transferência térmica para dentro e para fora dos canais 50. Os módulos térmicos 10 podem ter outras construções. O módulo térmico 11 ilus- trado nas Figuras 17A e 17B tem N elementos térmicos 41 na forma de anéis planos axial- mente empilhados. Cada módulo térmico 41 tem insertos redondos 60, em material magne- to-calorífico, distribuídos em seis setores térmicos 53, o canal 50 circulando de um modo em ziguezague sobre esses insertos 60. A Figura 18A ilustra um conjunto de três módulos tér- micos 12, cada um deles formado de três subconjuntos idênticos montados axialmente. Um dos subconjuntos é ilustrado na Figura 18B e compreende três elementos térmicos 42 na forma de anéis concêntricos empilhados radialmente e delimitando entre eles os canais 50. Cada elemento térmico 42 tem insertos redondos 60, em material magneto-calorífico, distri- buídos em seis setores térmicos 53. Essa variante de implementação ilustra a combinação do empilhamento radial com empilhamento axial. A Figura 19A tem um conjunto de seis mó- dulos térmicos idênticos 13, montados axialmente. Cada módulo térmico 13 compreende 14 subconjuntos idênticos na forma de setores de um círculo e montados lado a lado para criar um tubo cilíndrico. Um subconjunto é detalhado na Figura 19 e compreende oito elementos térmicos 43 na forma de tiras sobrepostas que delimitam entre elas os canais 50, cada ele- mento térmico 43 pode ser feito completamente ou parcialmente de um material magneto- calorífico.

Esses exemplos não são limitadores e o propósito dos mesmos é o de ilustrar a va- riedade de possíveis construções dos módulos térmicos 10-13, o que permite a criação de uma faixa infinita de geradores térmicos magneto-caloríficos de acordo com a invenção.

Do mesmo modo, a composição química do fluido de transferência térmica é adap- tada para a faixa de temperaturas exigidas e é escolhida para se obter transferência térmica maximal. Ela pode ser líquida, gasosa ou bifásica. Se ela for líquida será usado, por exem- plo, água pura para temperaturas positivas e água a qual um anticongelante tal como um produto glicolado foi adicionado para temperaturas negativas. Esse gerador térmico 1 assim permite que se evite o uso de qualquer fluido que seja corrosivo ou prejudicial para a huma- nidade ou o seu meio ambiente.

Possíveis aplicações industriais:

Todas as partes compreendendo o gerador térmico 1 de acordo com a invenção podem ser produzidas em massa utilizando processos industriais repetíveis. O modelo, mo- dular e compacto, desse gerador térmico 1, permite que elementos térmicos padrão 40-43 e módulos térmicos 10-13 sejam produzidos, os quais podem ser combinados, montados e conectados em série, em paralelo ou em uma combinação de em série/em paralelo depen- dendo da faixa de temperaturas exigidas e da taxa de fluxo de fluido para uma determinada aplicação. Esse modelo provê uma resposta a uma ampla faixa de aplicações não somente industriais como domésticas, em baixo custo e com pequenas dimensões, oferecendo de- sempenho inigualável por esse tipo de gerador atual.

A estrutura em estágios do gerador térmico 1 efetivamente permite que o fluxo de fluido de transferência térmica em cada circuito coletor seja dividido várias vezes. Essa dis- tribuição em estágios do fluido de transferência térmica permite que o fluxo de fluido em ca- da canal 50 seja dividido pelo menos coeficiente, reduzindo as perdas de energia e aumen- tando o coeficiente de transferência. A área de transferência térmica é aumentada pela mul- tiplicidade dos canais 50 e o coeficiente de transferência é correspondentemente maior. A- lém disso, o modelo dos elementos térmicos 10-13 reduz consideravelmente a massa de matéria inerte no suporte 70 em relação à massa de material magneto-calorífico, o que me- Ihora adicionalmente a eficiência térmica do gerador 1 para um determinado tamanho.

A presente invenção não é limitada aos exemplos da modalidade descrita, mas se estende a qualquer modificação ou variante que seja óbvia para aqueles versados na técni- ca enquanto permanecendo dentro do escopo da proteção definida nas reivindicações ane- xas.

Claims

1. Gerador térmico magneto-calorífico (1) compreendendo elementos térmicos (40- 43) baseados em material magneto-calorífico, meio magnético (3), arranjado para criar uma variação no campo magnético dos elementos térmicos e para fazer com que varie a tempe- ratura dos mesmos, ao menos dois circuitos coletores separados, um circuito "quente" e um circuito "frio", em cada um dos quais circula um fluido de transferência térmica separado para coletar respectivamente as calorias ou frigorias emitidas pelos elementos térmicos de acordo com o ciclo funcional dos mesmos, e meio para conectar os circuitos coletores aos circuitos externos destinados a usar as calorias e frigorias coletadas, CARACTERIZADO pelo fato de que o gerador compreende ao menos um módulo térmico (10-13) constituído de muitos elementos térmicos (40-43), empilhados e arranjados para delimitar entre eles os canais (50) para a circulação do fluido de transferência térmica, esses canais sendo dividi- dos em canais quentes nos quais circula o fluido de transferência térmica do circuito coletor quente e canais frios nos quais circula o fluido de transferência térmica do circuito coletor frio, esses canais quentes e frios sendo alternados entre os elementos térmicos, e em que os elementos térmicos (40-43) têm orifícios de entrada (51) e orifícios de saída (52) para fluido os quais se comunicam entre si de modo a distribuir o fluxo de fluido de transferência térmica em cada circuito coletor quente e frio respectivamente nos canais quentes e frios correspondentes (50).

2. Gerador térmico 1, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to de que os canais de circulação (50) têm uma espessura variando de 0,01 mm a 10 mm e preferivelmente entre 0,15 e 1,5 mm.

3. Gerador térmico 1, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to de que os elementos térmicos (40-43) têm formatos rebaixados para delimitar os canais (50).

4. Gerador térmico 1, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o módulo térmico (10-13) tem chapas espaçadoras inseridas entre os elementos térmicos (40-43) para delimitar os canais (50).

5. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os orifícios de entrada (51) dos elementos térmicos (40-43) têm uma seção transver- sal decrescente na direção de fluxo do fluido de transferência térmica para distribuir o mes- mo igualmente nos canais (50) atinentes.

6. Gerador térmico 1, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to de que os orifícios de saída (52) dos elementos térmicos (40-43) têm uma seção trans- versai crescente na direção de fluxo do fluido de transferência térmica para agrupar o mes- mo em conjunto antes de sair do módulo térmico.

7. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 5 ou reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que os orifícios de entrada (51) e os orifícios de saída (52) com seção transversal variável estão localizados em um inserto (72) posicionado através dos elementos térmicos (40-43).

8. Gerador térmico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (40-43) são deslocados em re- lação uns aos outros de tal modo que os orifícios de entrada (51) e os orifícios de saída (52) são alinhados em uma trajetória helicoidal.

9. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo térmico tem uma configuração retilínea e os elementos térmicos são Iinea- res e empilhados horizontalmente, verticalmente ou em uma combinação de horizontalmen- te e verticalmente.

10. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo térmico tem uma configuração circular e os elementos térmicos (40-43) são anulares e empilhados axíalmente, radialmente ou em uma combinação de axialmente e radialmente.

11. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (43) são formados a partir de partes em material magneto- calorífico.

12. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (40-42) compreendem uma ou mais partes (60-62) em mate- rial magneto-calorífico carregado por um suporte (70).

13. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o suporte (70) é sobremoldado em tomo das partes (60-62) em material magneto- calorífico.

14. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o suporte (70) é feito de material termicamente isolante.

15. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o material termicamente isolante é preenchido com partículas de material termi- camente condutor.

16. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fa- to de que as partes (60) em material magneto-calorífico são insertos de formato geométrico ou no formato de um setor de um círculo.

17. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 11 ou reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as partes (60-62) em material magneto-calorífico têm superfícies lisas.

18. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 11 ou reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as partes (60-62) em material magneto-calorífico têm relevos em ao menos uma de suas faces.

19. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fa- to de que ao menos uma das faces tem ranhuras (63, 64) dispostas para criar redemoinhos no fluido de transferência térmica.

20. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos térmicos (40-43) são divididos em ao menos dois setores térmicos se- parados (53), cada um deles tendo um canal (50) alimentado por um orifício de entrada (51) e um orifício de saída (52).

21. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fa- to de que os orifícios de entrada (51) e os orifícios de saída (52) dos setores térmicos (53) de um determinado elemento térmico (40-43) são conectados em série, em paralelo, ou em uma combinação em série/em paralelo, para o circuito coletor quente ou frio corresponden- do ao mesmo.

22. Gerador térmico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que ele compreende ao menos dois módulos térmicos (10- 13) e em que os circuitos coletores quentes e frios dos módulos térmicos são conectados em série, em paralelo ou uma combinação de em série/em paralelo pelos discos distribuido- res (20).

23. Gerador térmico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o mesmo compreende flanges de vedação (30) arran- jados para fechar os canais (50) dos elementos térmicos terminais (40-43) e para mecani- camente manter os elementos térmicos (40-43) juntos, esses flanges de vedação tendo ori- fícios de vedação (31) e orifícios de descarga (32) para conectar os circuitos coletores frios e quentes aos circuitos externos.

24. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa- to de compreender uma luva interna (4) e/ou uma luva externa (5) arranjada para vedar os módulos térmicos (10-13).

25. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa- to de compreender conjuntos magnéticos internos (3) carregados por um eixo (2) acionado em rotação e/ou translação e um induzido externo (6) arranjado para fechar o fluxo magnéti- co gerado pelos conjuntos magnéticos (3).

26. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa- to de compreender conjuntos magnéticos internos e externos (3), ao menos um desses con- juntos magnéticos (3) sendo carregado por um eixo (2), acionado em rotação e/ou transla- ção.

27. Gerador térmico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluido de transferência térmica é líquido, gasoso, ou bifásico.