EP3177879A1 - Heat engine comprising magnetocaloric material of the refrigerating machine or heat pump type - Google Patents

Heat engine comprising magnetocaloric material of the refrigerating machine or heat pump type

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Publication number
EP3177879A1
EP3177879A1 EP15748021.1A EP15748021A EP3177879A1 EP 3177879 A1 EP3177879 A1 EP 3177879A1 EP 15748021 A EP15748021 A EP 15748021A EP 3177879 A1 EP3177879 A1 EP 3177879A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cold
hot
chamber
machine according
distributor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15748021.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick Belin
Alexandre MEUNIER
Marc WEYANDT
Yannick BAILLY
Raynal GLISES
Eric Friedrich
Thierry DE LAROCHELAMBERT
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Nextpac
Original Assignee
Nextpac
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Filing date
Publication date
Application filed by Nextpac filed Critical Nextpac
Publication of EP3177879A1 publication Critical patent/EP3177879A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0021—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a thermal machine magnetocoramic material of the type refrigerating machine or heat pump for increasing the temperature between the inlet and the outlet of a hot circuit and to lower the temperature between the inlet and the out of a cold circuit.
  • references in brackets ([]) refer to the list of references at the end of the text.
  • the same thermal cycle is used in heat pumps by exploiting the temperature of the fluid reached after the compression phase.
  • thermal machine magnetocaloric material is alternately subject the material to a strong magnetic field, of the order of a few teslas and then to a zero or almost zero magnetic field, and to exchange it thermally with either a hot fluid or with a cold fluid.
  • a preferred solution for subjecting the material to this alternation of magnetization is to constitute it in the form of a ring mounted to rotate about its axis and to apply a fixed magnetic field to certain parts of the ring.
  • Such configurations are found for example in the publications of A. Sarlah et al. [1] and EP 1 736 717 A1 [2].
  • the circulation of heat transfer fluids is divided into angular sectors, in the axial direction, in reversed directions.
  • the magnetocaloric material is for example in the form of balls, which allows a good heat exchange, but limits the possible flow rate of the fluid, under penalty of high hydraulic head losses.
  • mixtures can be made between fluid parts at different temperatures, which considerably weakens the efficiency of the system.
  • magnetocaloric material is arranged in the form of an annular bed at the periphery of a rotor.
  • Magnetization means comprise a fixed core inside the rotor and a ring on the outside of the rotor.
  • the bed comprises longitudinal channels so as to receive a heat transfer fluid which flows longitudinally in one direction or the other, according to its angular position.
  • Two distributors are placed on either side of the bed, each dispenser having an inlet and an outlet.
  • Each distributor has openings facing the channels of the bed and allow the passage of fluid from the inlet of a distributor to the exit from the other distributor.
  • the dispensers are static and the bed scrolls past the openings during rotation of the rotor.
  • the invention aims to provide a thermal machine magnetocaloric material that is efficient and optimized. It aims in particular to obtain a good seal between the rotor and the static part of the machine without significant loss by friction. It also aims to optimize the heat exchange between the fluid and the magnetocaloric material.
  • the invention relates to a thermal machine magnetocaloric material comprising a central shaft, a rotor rotatably mounted on the central shaft, the rotor comprising an active bed comprising magnetocaloric material, the active bed being shaped to guiding a coolant between a cold end and a hot end axially offset, a hot distributor and a cold distributor respectively placed opposite the hot and cold ends along a connecting ring to provide or receive the heat transfer fluid flowing in the bed characterized in that the rotor comprises a hot flange and a cold flange rotatably mounted on the shaft and supporting the bed of magnetocaloric material respectively at the hot end and the cold end, each distributor having openings for communication fluidic relationship between the active bed and the respective distributor, and in that the machi does not include first means rotary seal between the flange and the shaft, and second sealing means rotating between the flange and the adjacent distributor beyond the connecting ring.
  • the seal between the static part, comprising the central shaft and the distributors, and the rotating part, comprising the bed and the flanges, is formed symmetrically between each flange and the central shaft on the one hand, and between each flange and the respective distributor.
  • it is limited to two seals per side means for sealing, which allows to better control the friction they generate.
  • the hot distributor and the cold distributor comprise a first chamber connected to an input connector and a second chamber connected to an output connector, each chamber having openings opening into the zone of the connecting ring, the openings distributed along the perimeter of the ring being connected alternately to the first chamber and to the second chamber.
  • the bed is connected to openings in communication with either the inlet or the outlet, which allows an alternation of the direction of circulation of the heat transfer fluid in the bed.
  • the active bed comprises channels parallel to the axis of the shaft, the distributors being oriented angularly so that each channel connects a first opening communicating with a first chamber of one of the distributors to a second opening communicating with the second chamber of the other distributor. Thanks to the channels, the fluid is not dispersed during the crossing of the bed. In addition the pressure losses are limited, while allowing a good heat exchange between the fluid and the magnetocaloric material.
  • the machine comprises means for driving the rotor in rotation.
  • the machine comprises circulation means for circulating the fluid from the outlet to the inlet of one of the distributors. Wherever the circulation means are placed, they make it possible to circulate the fluid throughout the machine. Indeed, the fluid supplied by the circulation means in a first chamber is pushed through the bed and spring in the second chamber of the other distributor. When the circuit is looped between the outlet and the inlet of this other distributor, for example through a heat exchanger, the fluid pressure returns to the inlet and the first chamber of the other distributor, to push the fluid through the bed to the second chamber of the first distributor for a return to the circulation means.
  • the machine comprises synchronization means for synchronizing the coolant flow rate and the speed of rotation of the rotor, so that the volume entering each of the channels as it passes in front of one of the openings corresponds substantially to to the volume of said channel.
  • the speed of rotation of the rotor determines the time during which each channel is facing the same opening, so as to supply it with the fluid or to evacuate the fluid.
  • the flow rate of the circulation means is distributed between all the channels which are facing openings of the first chamber. From these two parameters, one can therefore control the volume of fluid that passes through the channels.
  • the inventors propose that the fluid which passes through each channel is substantially the volume of said channel before the reversal of the direction of circulation.
  • the active bed comprises a body of tubular shape, pierced by axial through-slots, the housings containing a stack of parts with identical and constant section forming the channels. Some of the pieces are in the magnetocaloric material. The part using the magnetocaloric material is reduced to the strict minimum. In addition, since these parts form the channels, they are directly in contact with the heat transfer fluid to optimize heat exchange, with a good ratio between the exchange surface and the mass of material.
  • the parts of the stack comprise two parallel walls connected by a plurality of partitions delimiting the channels between them, the partitions being substantially radial.
  • the machine comprises magnetic means configured to subject the active bed to an alternation of magnetic fields between a strong field and a weak field distributed over the perimeter of the active bed.
  • the alternations correspond to the inversion of the direction of circulation of the fluid.
  • the magnetic means provide the strong magnetic field to the channels connected to the first hot chamber of the hot side and the weak magnetic field to the channels connected to the first cold room of the cold side.
  • the active bed comprises a hot guide zone and a cold guide zone of non-active material on either side of an active section of magnetocaloric material, on the side of the hot flange and the cold flange respectively.
  • This arrangement makes it possible to limit the use of the magnetocaloric material to the strict length subjected to the magnetic field. It allows to move the ends of the channels where the distribution of the fluid takes place so as to allow the second sealing means to be placed, while limiting the singular pressure losses by changing the cross section and limiting the volume of fluid that must pass through. the canal.
  • the parts of the stack are for example different magnetocaloric materials whose Curie temperature evolves in a gradient and is higher on the hot side compared to the cold side.
  • Such an arrangement makes it possible to obtain, under stabilized conditions, a temperature gradient along the channel substantially corresponding to the Curie temperature gradient, such that the magnetocaloric effect is optimized and as wide as possible.
  • At least the first chamber of one of the distributors is delimited by a partition wall along the flange corresponding to the side, a first peripheral wall and a first bottom wall extending substantially parallel to the wall of the separation, the input connector opening into the first chamber by the first bottom wall.
  • the second chamber is delimited between the first peripheral wall and a second coaxial peripheral wall.
  • the volume of the second chamber is thus restricted.
  • the cooled or heated fluid, depending on the side, is available quickly at the exit of the machine.
  • the second chamber is further defined between the first bottom wall and a second bottom wall parallel to the first bottom wall, the input connector passing through said second bottom wall, an output connector being carried by the central shaft which has pipes opening into the second chamber.
  • the input and output connector are well separated, which limits the heat exchange between one and the other.
  • the second sealing means comprise a ring fixed at the periphery of the flange and a lip seal in leaktight contact with the ring.
  • a ring makes it possible to choose the nature of the surface on which the lip seal bears.
  • the ring may optionally be coated with PTFE.
  • FIG. 1 shows an overall perspective view of a machine according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an exploded view of the machine of FIG. 1;
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of the machine of Figure 1;
  • FIG. 4 is a perspective view of the magnetic means of the machine of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a perspective and exploded view of the bed of the rotor of FIG. 1;
  • FIG. 6 is a front view of a part of a stack included in the bed of FIG. 6;
  • FIG. 7 is a perspective view of a flange of the rotor and second sealing means
  • FIG. 8 is a schematic view of a circuit incorporating a machine according to FIG. 1;
  • FIG. 9 is a schematic view of the fluid flow through the magnetocaloric bed during operation of the machine.
  • FIGS. 1 to 7 A thermal machine 1 with magnetocaloric material according to one embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 to 7.
  • the thermal machine 1 is intended to be inserted in a thermal system as shown in FIG.
  • the thermal machine 1 makes it possible to raise the temperature level of a hot circuit 2 and to lower the temperature. 3.
  • the thermal machine 1 is a refrigerating machine whose cold production is to be valued.
  • the thermal machine 1 is a heat pump whose heating production is to be valued.
  • the cold circuit 3 comprises a cold exchanger 30 for yielding the cold of a coolant circulating in the circuit. It also comprises, optionally, a bypass branch 31 combined with a three-way valve 32 for regulating the flow rate through the cold exchanger 30.
  • the cold circuit 3 also comprises various temperature sensors, flow and pressure useful for controlling and measuring the performance of the system.
  • the hot circuit 2 comprises a hot heat exchanger 20 for yielding the heat of the coolant circulating in the hot circuit 2. It also optionally comprises a branch branch 21 combined with a three-way valve 22 for regulating the flow through the hot heat exchanger 20. It is connected to the thermal machine 1 from a hot outlet connector 74c to a hot inlet connector 73c of the machine 1.
  • the hot circuit 2 also comprises various sensors for temperature, flow and pressure. The terms hot and cold are relative to each other and do not assume a temperature level per se.
  • the machine 1 comprises a base 5, a central shaft 4 fixed on the base
  • the rotor 6 comprises an active bed 60 comprising magnetocaloric material.
  • the active bed 60 is shaped to guide a heat transfer fluid between a cold end 600f on the cold distributor side 7f and a hot end 600c on the hot distributor side 7c axially offset.
  • the hot and cold dispensers 7c, 7f are identical parts, although this is not an obligation for carrying out the invention, but makes it possible to produce only one part model. Thus the terms hot and cold are used to distinguish the place that each distributor occupies. Similarly, the suffixes c and f will be added to the references to explicitly designate the respective hot and cold side of the machine, the absence of suffix designating a characteristic indifferently on one side or the other.
  • the distributor 7 comprises a first chamber 71 connected to an input connector 73 and a second chamber 72 connected to an output connector 74.
  • the first chamber 71 is delimited by a partition wall 75, a first peripheral wall 76 and a first bottom wall 77 extending radially parallel to the partition wall 75, thus forming a first cylinder.
  • the input connector 73 opens into the first chamber
  • the second chamber 72 is delimited between the first peripheral wall 76, a second peripheral wall 78 coaxial with the first peripheral wall 76, the first bottom wall 77 and a second bottom wall 79 parallel to the first bottom wall 77.
  • the second peripheral wall 78 and the second bottom wall 79 form a tank that includes the cylinder, the second chamber
  • the second bottom wall 79 and the partition wall 75 are attached to the rest of the distributor 7 which is in one piece.
  • the input connector 73 sealingly crosses said second bottom wall 79.
  • the partition walls and the bottom 75, 77, 79 are drilled in their center and are fitted on the central shaft 4.
  • a static O-ring for example makes it possible to seal between the wall considered and the central shaft 4.
  • the ends of the peripheral walls 76, 78 opposite the bottom walls 77, 79, said connecting ends are substantially in the same plane and abut against the partition wall 75.
  • the first peripheral wall 76 comprises bowls 760 extending to the second peripheral wall 78 and delimited by arches 761 connecting the first to the second peripheral wall 76, 78.
  • the cuvettes 760 are regularly distributed so as to be opposite the first openings 751 made in the partition wall. separating 75 and communicating with the first chamber 71, alternating with second openings 752 formed in the partition wall communicating with the second chamber 72.
  • the first and second openings 752 are distributed along a connecting ring and have the form of arcuate grooves.
  • the output connector 74 is carried by the central shaft 4 which includes ducts 40 opening radially into the second chamber 72, between the bottom walls 77, 79.
  • the rotor 6 comprises a hot flange 61c and a cold flange 61f rotatably mounted on the central shaft 4 and supporting the active bed 60 of magnetocaloric material respectively at the hot end 600c and the cold end 600f.
  • Each flange 61 includes lights 610 for fluid communication between the active bed 60 and the respective distributor 7 through the connecting ring.
  • the machine 1 further comprises first sealing means 16 rotating between each flange 61 and the central shaft 4, and second sealing means 17 rotating between each flange 61 and the adjacent distributor 7 beyond the ring fitting.
  • the first sealing means 16 are typically a lip seal held by the flange 61 and bearing on the central shaft 4.
  • the second sealing means 17 comprise a ring 171 fixed in periphery of the flange 61 and a lip seal 172 in sealing contact on the ring 171 carried by the partition wall 75 of the distributor 7, as shown in Figure 7.
  • the flanges 61 are formed of a continuous web, so as to close the space between the partition walls 75 and the inside of the rotor 6.
  • the active bed 60 comprises a body 601 of tubular shape, pierced with axial housing 602 through.
  • the tubular body 601 is gripped by the flanges 61 which support it.
  • Each housing 602 contains a stack 603 of parts of identical and constant section forming channels 6030 parallel to the axis of the central shaft 4.
  • the stack 603 of parts first comprises non-active material parts forming a hot guide zone 6031c, parts made of magnetocaloric material forming a section of magnetocaloric material 6032 and again parts made of non-active material 6031 forming a cold guide zone 6031
  • the stack 603 extends from one end to the other of the tubular body 601 and is trapped in the housing 602 by the flanges 61.
  • Figure 6 shows an example of section of parts.
  • the section comprises two parallel walls 604 connected by a plurality of partitions 605 delimiting the channels 6030 between them, the partitions 605 being substantially radial.
  • the parts of the stack 603 in the active section 6032 are in different magnetocaloric materials whose Curie temperature evolves in a gradient and is higher on the hot side compared to the cold side.
  • the gradient is obtained by the choice of the nature of the alloy constituting the magnetocaloric material.
  • Curie temperatures range from 7 ° C on the cold side to 35 ° C on the warm side.
  • the hot distributor 7c and the cold distributor 7f are respectively placed facing the hot and cold ends 600c, 600f along the connecting ring to provide or receive the coolant flowing in the active bed 60.
  • the distributors 7 are oriented angularly such that each channel 6030 connects a first opening 751 communicating with the first chamber 71 of one of the distributors 7 to a second opening 752 communicating with the second chamber 72 of the other distributor.
  • the magnetic means 8 are configured so as to subject the active bed 60 to an alternation of magnetic fields between a strong field and a weak field distributed over the perimeter of the active bed 60, and more precisely on the active areas 6032.
  • the magnetic ring 8 comprises a central ring 81 and an outer ring 82, as shown in FIG. 4.
  • the central ring 81 is fixed on the central shaft 4 and has an outside diameter fitted to the inside diameter of the body 601 of the bed.
  • the outer ring 82 is fixed on the base 5.
  • the central and outer rings 81, 82 are formed by the assembly of permanent magnets and ferromagnetic complementary parts in order to subject certain sectors S1 of the gap 83 between the ring.
  • the magnetic means 8 provide the strong magnetic field at a fixed position relative to the distributors 7, so as to provide it to the channels 6030 connected to the first hot chamber 71c, so opposite the first hot openings 751c.
  • the weak magnetic field is supplied to the channels 6030 connected to the first cold room 71 f.
  • the drive means 9 comprise an electric motor, not shown, comprising a small pulley, and a transmission belt stretched between the small pulley and the body 601 of the rotor 6, in a space between the outer ring 82 and the distributor. 7 adjacent.
  • the drive means 9 comprise two pulleys and two belts placed on either side of the outer ring 82.
  • the motor could drive a pinion meshing with a ring gear made on the body 601.
  • the machine 1 further comprises synchronization means 1 1 for synchronizing the coolant flow rate and the rotational speed of the rotor 6.
  • the synchronization means 1 1 receive at least one fluid flow measurement D1 'in the circuit and is arranged to act on the speed of rotation of the motor 9, and therefore of the rotor 6.
  • the synchronization means January 1 are adjusted so that the volume entering each of the channels 6030 when scrolling in front of one of the apertures 751, 752 substantially corresponds to the volume of said channel 6030.
  • the hot circuit 2, the cold circuit 3, the first and second chambers 71, 72 and the channels 6030 are filled with a heat transfer fluid.
  • the fluid may be water, optionally added with glycol to prevent freezing by working at temperatures below 0 ° C.
  • the first and second sealing means 16, 17 make it possible to prevent the passage of fluid between the rotor 6 and the distributor 7.
  • the fluid describes the next cycle. It is set in motion by the pump 31 to the cold inlet connector 73c, passes through the second cold chamber 72f to open into the first cold room 71 f, passes through the first openings 751 f to enter a part of the channels 6030 by the cold end 600f. After having passed through the channels 6030, the fluid leaves in the second hot chamber 72c through the second openings 752c, joins the central shaft 4 and then the outlet connector 74c and circulates in the hot circuit 2, the hot heat exchanger 20 of which. fluid then joins the pump 31 by a symmetrical path, from the hot circuit 2 to the cold circuit 3.
  • the fluid that enters the cold end 600f migrates into one of the channels 6030, while said channel 6030 moves peripherally with the rotor 6, as shown by the arrow F1 in FIG. 9.
  • the hot end 600c of the channel 6030 then passes from a second hot opening 752c in communication with the second hot chamber 72c to a first hot opening 751c in communication with the first hot chamber 71 c.
  • the cold end 600f of the same channel 6030 then passes from a first cold opening 751 f in communication with the first cold room 71 f to a second cold opening 752f in communication with the second cold room 72f.
  • the flow direction of the fluid in the channel 6030 is then reversed and most of the fluid which has entered the channel 6030 from the first cold chamber 71 has remained in the channel 6030 and then exits into the second cold chamber 72f.
  • This operating characteristic makes it possible to limit the mixing of fluid at different temperatures and thus to optimize the efficiency of the machine 1.
  • the parts of the stack 603 in the active section 6032 have a temperature gradient determined by the temperature difference between the fluid that enters the hot side and the cold side respectively.
  • This temperature gradient oscillates between two levels depending on whether the magnetocaloric material is exposed to the magnetic field or not.
  • the hot fluid enters the channel 6030 and cools down because the temperature level has been reduced by the suppression of the magnetic field.
  • its temperature decreases during its progression in the active section 6032, because of the temperature gradient.
  • each portion of material increases in temperature by taking up the energy yielded by the fluid.
  • the coldest fluid is discharged at the same time to the second cold room 72f.
  • the channel 6030 then enters the next sector in which the magnetic field is restored and the flow direction of the fluid is reversed.
  • the parts of the stack 603 of the active section 6032 increase in temperature.
  • the fluid in channel 6030 heats up receiving energy due to this temperature increase and comes out warmer than it entered.
  • the cold fluid that enters the canal 6030 through the cold end 600f heats up by cooling the material and thereby transferring the energy to the warm side.
  • the material temperature of the active section 6032 drops and the fluid that comes out of the cold side 600c warms the material by yielding energy and thus comes out colder than he did not enter.
  • the invention is not limited to the embodiment described solely by way of example.
  • the seal between the rotor 6 and the distributors 7, the constitution of the magnetocaloric bed and the synchronization between the flow rate and the speed of rotation of the rotor 6 could be implemented independently.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

A heat engine comprising magnetocaloric material comprises a central shaft (4), a rotor (6) mounted so as to rotate on the central shaft (4), the rotor (6) having an active bed (60) comprising magnetocaloric material, the active bed (60) being designed to guide a heat transfer fluid, a hot distributor (7c) and a cold distributor (7f) that are placed respectively next to the hot and cold ends (600c, 600f) in order to supply or receive the heat transfer fluid circulating through the active bed (60). The rotor (6) has a hot plate (61c) and a cold plate (61f) that are mounted so as to rotate on the central shaft (4) and support the active bed (60) of magnetocaloric material. The machine (1) has first rotating sealing means (16) between the plate (61) and the central shaft (4), and second rotating sealing means (17) between the plate (61) and the adjacent distributor (7) beyond the connecting ring.

Description

Machine thermique à matériau magnétocaiorique du genre machine frigorifique ou pompe à chaieur  Thermal machine with magneto-magnetic material of the refrigerating machine or heat pump type
Domaine technique Technical area
La présente invention se rapporte à une machine thermique à matériau magnétocaiorique du genre machine frigorifique ou pompe à chaleur permettant d'augmenter la température entre l'entrée et la sortie d'un circuit chaud et d'abaisser la température entre l'entrée et la sortie d'un circuit froid.  The present invention relates to a thermal machine magnetocoramic material of the type refrigerating machine or heat pump for increasing the temperature between the inlet and the outlet of a hot circuit and to lower the temperature between the inlet and the out of a cold circuit.
Dans la description ci-dessous, les références entre crochets ([ ]) renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte.  In the description below, references in brackets ([]) refer to the list of references at the end of the text.
Etat de la technique State of the art
Les moyens classiques de production de froid utilisent la circulation d'un fluide selon un cycle qui comprend une détente et une compression, avec échanges thermiques intermédiaires. La détente permet d'abaisser la température du fluide et de générer ainsi du froid. Conventional means of cold production use the circulation of a fluid in a cycle which comprises an expansion and a compression, with intermediate heat exchanges. The trigger allows to lower the temperature of the fluid and thus generate cold.
Le même cycle thermique est utilisé dans les pompes à chaleur en exploitant la température du fluide atteinte après la phase de compression.  The same thermal cycle is used in heat pumps by exploiting the temperature of the fluid reached after the compression phase.
Les recherches sont actuellement actives pour mettre au point des machines thermiques remplaçant le cycle à fluide tel que décrit précédemment par l'utilisation des propriétés magnétocaiorique de certains matériaux. De tels matériaux changent de température de plusieurs degrés par le fait d'être soumis à un champ magnétique intense. Le matériau de référence dans ce domaine est le gadolinium, mais on étudie également des alliages de Fe-Ta ou à base de manganèse. L'effet de variation de température est maximal lorsque que le matériau est à une température proche de sa température de Curie, c'est-à-dire à une température à laquelle il change d'ordre magnétique. La température de Curie peut changer en fonction de la composition chimique de l'alliage, soit par l'ajout d'autres composants, soit par la variation de concentration relative. Research is currently active to develop heat machines replacing the fluid cycle as described above by the use of magnetomoric properties of certain materials. Such materials change their temperature by several degrees due to being subjected to an intense magnetic field. The reference material in this field is gadolinium, but Fe-Ta or manganese-based alloys are also studied. The effect of temperature variation is maximum when the material is at a temperature close to its Curie temperature, that is to say at a temperature at which it changes magnetic order. Curie temperature can change according to the chemical composition of the alloy, either by the addition of other components, or by the relative concentration variation.
Le principe de fonctionnement de machine thermique à matériau magnétocalorique est soumettre le matériau alternativement à un champ magnétique fort, de l'ordre de quelques teslas puis à un champ magnétique nul ou presque, et de le faire échanger thermiquement soit avec un fluide chaud, soit avec un fluide froid. Une solution préférée pour soumettre le matériau à cette alternance d'aimantation est de le constituer sous forme d'anneau monté rotatif autour de son axe et d'appliquer un champ magnétique fixe certaines parties de l'anneau. On trouve de telles configurations par exemple dans les publications de A. Sarlah et al. [1 ] et EP 1 736 717 A1 [2].  The operating principle of thermal machine magnetocaloric material is alternately subject the material to a strong magnetic field, of the order of a few teslas and then to a zero or almost zero magnetic field, and to exchange it thermally with either a hot fluid or with a cold fluid. A preferred solution for subjecting the material to this alternation of magnetization is to constitute it in the form of a ring mounted to rotate about its axis and to apply a fixed magnetic field to certain parts of the ring. Such configurations are found for example in the publications of A. Sarlah et al. [1] and EP 1 736 717 A1 [2].
Dans la configuration du document [1 ] et [2], la circulation des fluides caloporteurs est divisée en secteurs angulaires, dans le sens axial, dans des sens inversés. Le matériau magnétocalorique est par exemple sous la forme de billes, ce qui permet un bon échange thermique, mais limite le débit possible du fluide, sous peine de fortes pertes de charge hydraulique. De plus des mélanges peuvent se faire entre des parties de fluide à déférentes températures, ce qui affaiblit considérablement l'efficacité du système.  In the configuration of document [1] and [2], the circulation of heat transfer fluids is divided into angular sectors, in the axial direction, in reversed directions. The magnetocaloric material is for example in the form of balls, which allows a good heat exchange, but limits the possible flow rate of the fluid, under penalty of high hydraulic head losses. In addition, mixtures can be made between fluid parts at different temperatures, which considerably weakens the efficiency of the system.
Une autre proposition a été faite dans le document WO 2009/024412 A1 [3] dans laquelle le matériau magnétocalorique est disposé sous la forme d'un lit annulaire en périphérie d'un rotor. Des moyens d'aimantation comportent un noyau fixe, à l'intérieur du rotor, et une couronne à l'extérieur du rotor. Le lit comporte des canaux longitudinaux de manière à recevoir un fluide caloporteur qui circule longitudinalement dans un sens ou dans l'autre, selon sa position angulaire. Deux distributeurs sont placés de part et d'autre du lit, chaque distributeur comportant une entrée et une sortie. Chaque distributeur comporte des ouvertures en regard des canaux du lit et permettent le passage du fluide de l'entrée d'un distributeur vers la sortie de l'autre distributeur. Les distributeurs sont statiques et le lit défile devant les ouvertures pendant la rotation du rotor. Another proposal was made in WO 2009/024412 A1 [3] in which the magnetocaloric material is arranged in the form of an annular bed at the periphery of a rotor. Magnetization means comprise a fixed core inside the rotor and a ring on the outside of the rotor. The bed comprises longitudinal channels so as to receive a heat transfer fluid which flows longitudinally in one direction or the other, according to its angular position. Two distributors are placed on either side of the bed, each dispenser having an inlet and an outlet. Each distributor has openings facing the channels of the bed and allow the passage of fluid from the inlet of a distributor to the exit from the other distributor. The dispensers are static and the bed scrolls past the openings during rotation of the rotor.
Dans la publication de J.A. Lozano et al. [4], il est proposé un distributeur qui comporte des conduits reliant les extrémités du lit vers un palier à joints tournants. Une telle pièce est complexe à fabriquer et le système présente de nombreux frottements dus à la présence d'au moins trois joints d'étanchéité par distributeur.  In the publication of J. A. Lozano et al. [4], there is proposed a distributor which comprises conduits connecting the ends of the bed to a bearing with rotating joints. Such a part is complex to manufacture and the system has many friction due to the presence of at least three seals per distributor.
Les machines proposées jusqu'à maintenant n'ont pas encore atteint un stade industriel et nécessitent encore des mises au point.  The machines proposed so far have not yet reached an industrial stage and still require adjustments.
L'invention vise à fournir une machine thermique à matériau magnétocalorique qui soit performante et optimisée. Elle vise en particulier à obtenir une bonne étanchéité entre le rotor et la partie statique de la machine sans perte importante par frottement. Elle vise également à optimiser les échanges thermiques entre le fluide et le matériau magnétocalorique.  The invention aims to provide a thermal machine magnetocaloric material that is efficient and optimized. It aims in particular to obtain a good seal between the rotor and the static part of the machine without significant loss by friction. It also aims to optimize the heat exchange between the fluid and the magnetocaloric material.
Description de l'invention Description of the invention
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une machine thermique à matériau magnétocalorique comportant un arbre central, un rotor monté rotatif sur l'arbre central, le rotor comportant un lit actif comprenant du matériau magnétocalorique, le lit actif étant conformé pour guider un fluide caloporteur entre une extrémité froide et une extrémité chaude décalées axialement, un distributeur chaud et un distributeur froid placés respectivement en regard des extrémités chaude et froide le long d'un anneau de raccord pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur circulant dans le lit actif, caractérisée en ce que le rotor comporte un flasque chaud et un flasque froid montés rotatifs sur l'arbre et supportant le lit de matériau magnétocalorique respectivement à l'extrémité chaude et à l'extrémité froide, chaque distributeur comportant des ouvertures permettant la communication fluidique entre le lit actif et le distributeur respectif, et en ce que la machine comporte des premiers moyens d'étanchéité tournants entre le flasque et l'arbre, et des deuxièmes moyens d'étanchéité tournants entre le flasque et le distributeur adjacent au-delà de l'anneau de raccord. With these objectives in view, the invention relates to a thermal machine magnetocaloric material comprising a central shaft, a rotor rotatably mounted on the central shaft, the rotor comprising an active bed comprising magnetocaloric material, the active bed being shaped to guiding a coolant between a cold end and a hot end axially offset, a hot distributor and a cold distributor respectively placed opposite the hot and cold ends along a connecting ring to provide or receive the heat transfer fluid flowing in the bed characterized in that the rotor comprises a hot flange and a cold flange rotatably mounted on the shaft and supporting the bed of magnetocaloric material respectively at the hot end and the cold end, each distributor having openings for communication fluidic relationship between the active bed and the respective distributor, and in that the machi does not include first means rotary seal between the flange and the shaft, and second sealing means rotating between the flange and the adjacent distributor beyond the connecting ring.
L'étanchéité entre la partie statique, comprenant l'arbre central et les distributeurs, et la partie rotative, comprenant le lit et les flasques, est réalisée de manière symétrique entre chaque flasque et l'arbre central d'une part, et entre chaque flasque et le distributeur respectif. Ainsi, on limite à deux joints par côté les moyens pour réaliser l'étanchéité, ce qui permet de contrôler au mieux les frottements qu'ils génèrent.  The seal between the static part, comprising the central shaft and the distributors, and the rotating part, comprising the bed and the flanges, is formed symmetrically between each flange and the central shaft on the one hand, and between each flange and the respective distributor. Thus, it is limited to two seals per side means for sealing, which allows to better control the friction they generate.
Selon une disposition constructive, le distributeur chaud et le distributeur froid comportent une première chambre reliée à un connecteur d'entrée et une deuxième chambre reliée à un connecteur de sortie, chaque chambre comportant des ouvertures débouchant dans la zone de l'anneau de raccord, les ouvertures réparties selon le périmètre de l'anneau étant connectées alternativement à la première chambre et à la deuxième chambre. En fonction de la rotation du rotor, le lit est connecté à des ouvertures en communication soit avec l'entrée, soit avec la sortie, ce qui permet une alternance du sens de circulation du fluide caloporteur dans le lit.  According to a constructive arrangement, the hot distributor and the cold distributor comprise a first chamber connected to an input connector and a second chamber connected to an output connector, each chamber having openings opening into the zone of the connecting ring, the openings distributed along the perimeter of the ring being connected alternately to the first chamber and to the second chamber. Depending on the rotation of the rotor, the bed is connected to openings in communication with either the inlet or the outlet, which allows an alternation of the direction of circulation of the heat transfer fluid in the bed.
Selon une disposition préférentielle, le lit actif comporte des canaux parallèles à l'axe de l'arbre, les distributeurs étant orientés angulairement de telle sorte que chaque canal relie une première ouverture communiquant avec une première chambre de l'un des distributeurs à une deuxième ouverture communiquant avec la deuxième chambre de l'autre distributeur. Grâce aux canaux, le fluide n'est pas dispersé lors de la traversée du lit. De plus les pertes de charges sont limitées, tout en permettant un bon échange thermique entre le fluide et le matériau magnétocalorique.  According to a preferred arrangement, the active bed comprises channels parallel to the axis of the shaft, the distributors being oriented angularly so that each channel connects a first opening communicating with a first chamber of one of the distributors to a second opening communicating with the second chamber of the other distributor. Thanks to the channels, the fluid is not dispersed during the crossing of the bed. In addition the pressure losses are limited, while allowing a good heat exchange between the fluid and the magnetocaloric material.
Selon une disposition particulière, la machine comporte des moyens d'entraînement en rotation du rotor. Selon d'autres caractéristiques, la machine comporte des moyens de circulation pour faire circuler le fluide depuis la sortie vers l'entrée de l'un des distributeurs. Quel que soit l'endroit où les moyens de circulation sont placés, ils permettent de faire circuler le fluide dans l'ensemble de la machine. En effet, le fluide fourni par les moyens de circulation dans une première chambre est poussé à travers le lit et ressort dans la deuxième chambre de l'autre distributeur. Lorsque le circuit est bouclé entre la sortie et l'entrée de cet autre distributeur, en passant par exemple par un échangeur thermique, la pression du fluide revient vers l'entrée et la première chambre de cet autre distributeur, pour pousser le fluide à travers le lit vers la deuxième chambre du premier distributeur pour un retour vers les moyens de circulation. According to a particular arrangement, the machine comprises means for driving the rotor in rotation. According to other features, the machine comprises circulation means for circulating the fluid from the outlet to the inlet of one of the distributors. Wherever the circulation means are placed, they make it possible to circulate the fluid throughout the machine. Indeed, the fluid supplied by the circulation means in a first chamber is pushed through the bed and spring in the second chamber of the other distributor. When the circuit is looped between the outlet and the inlet of this other distributor, for example through a heat exchanger, the fluid pressure returns to the inlet and the first chamber of the other distributor, to push the fluid through the bed to the second chamber of the first distributor for a return to the circulation means.
Selon une caractéristique avantageuse, la machine comporte des moyens de synchronisation pour synchroniser le débit de fluide caloporteur et la vitesse de rotation du rotor, de telle sorte que le volume entrant dans chacun des canaux lors de son défilement devant l'une des ouvertures correspond sensiblement au volume dudit canal. La vitesse de rotation du rotor détermine le temps pendant lequel chaque canal est en regard d'une même ouverture, de manière à l'alimenter avec le fluide ou à évacuer le fluide. Par ailleurs le débit des moyens de circulation est réparti entre l'ensemble des canaux qui sont en regard d'ouvertures de la première chambre. A partir de ces deux paramètres, on peut donc contrôler le volume de fluide qui traverse les canaux. Les inventeurs proposent que le fluide qui traverse chaque canal soit sensiblement le volume dudit canal avant l'inversion du sens de circulation. Ainsi, d'une part, on assure l'évacuation complète du fluide qui a échangé thermiquement avec le matériau magnétocalorique, et d'autre part, on évite le mélange entre le fluide en provenance de la première chambre avec le fluide contenu dans la deuxième chambre de l'autre distributeur. L'efficacité de l'échange thermique est ainsi optimisée. Selon une disposition constructive, le lit actif comporte un corps de forme tubulaire, percé de logements axiaux traversants, les logements contenant un empilement de pièces à section identique et constante formant les canaux. Certaines des pièces sont dans le matériau magnétocalorique. La partie utilisant le matériau magnétocalorique est réduite au strict nécessaire. De plus, comme ces parties forment les canaux, elles sont directement en contact avec le fluide caloporteur pour optimiser les échanges thermiques, avec un bon rapport entre la surface d'échange et la masse de matériau. According to an advantageous characteristic, the machine comprises synchronization means for synchronizing the coolant flow rate and the speed of rotation of the rotor, so that the volume entering each of the channels as it passes in front of one of the openings corresponds substantially to to the volume of said channel. The speed of rotation of the rotor determines the time during which each channel is facing the same opening, so as to supply it with the fluid or to evacuate the fluid. Furthermore, the flow rate of the circulation means is distributed between all the channels which are facing openings of the first chamber. From these two parameters, one can therefore control the volume of fluid that passes through the channels. The inventors propose that the fluid which passes through each channel is substantially the volume of said channel before the reversal of the direction of circulation. Thus, on the one hand, it ensures the complete evacuation of the fluid that has thermally exchanged with the magnetocaloric material, and secondly, it avoids mixing between the fluid from the first chamber with the fluid contained in the second room of the other distributor. The efficiency of the heat exchange is thus optimized. According to a constructive arrangement, the active bed comprises a body of tubular shape, pierced by axial through-slots, the housings containing a stack of parts with identical and constant section forming the channels. Some of the pieces are in the magnetocaloric material. The part using the magnetocaloric material is reduced to the strict minimum. In addition, since these parts form the channels, they are directly in contact with the heat transfer fluid to optimize heat exchange, with a good ratio between the exchange surface and the mass of material.
De manière particulière, les pièces de l'empilement comportent deux parois parallèles reliées par une pluralité de cloisons délimitant les canaux entre elles, les cloisons étant sensiblement radiales.  In particular, the parts of the stack comprise two parallel walls connected by a plurality of partitions delimiting the channels between them, the partitions being substantially radial.
Selon une caractéristique complémentaire, la machine comporte des moyens magnétiques configurés de manière à soumettre le lit actif à une alternance de champs magnétiques entre un champ fort et un champ faible répartis sur le périmètre du lit actif. Les alternances correspondent à l'inversion de sens de circulation du fluide.  According to a complementary feature, the machine comprises magnetic means configured to subject the active bed to an alternation of magnetic fields between a strong field and a weak field distributed over the perimeter of the active bed. The alternations correspond to the inversion of the direction of circulation of the fluid.
De manière avantageuse, les moyens magnétiques fournissent le champ magnétique fort aux canaux connectés à la première chambre chaude du côté chaud et le champ magnétique faible aux canaux connectés à la première chambre froide du côté froid.  Advantageously, the magnetic means provide the strong magnetic field to the channels connected to the first hot chamber of the hot side and the weak magnetic field to the channels connected to the first cold room of the cold side.
Selon une disposition avantageuse, le lit actif comporte une zone de guidage chaude et une zone de guidage froide en matière non active de part et d'autre d'une section active de matériau magnétocalorique, du côté du flasque chaud et du flasque froid respectivement. Cette disposition permet de limiter l'utilisation du matériau magnétocalorique à la stricte longueur soumise au champ magnétique. Elle permet d'éloigner les extrémités des canaux où a lieu la distribution du fluide de manière à permettre de placer les deuxièmes moyens d'étanchéité, tout en limitant les pertes de charge singulières par changement de section et en limitant le volume de fluide devant traverser le canal. Pour la section active, les pièces de l'empilement sont par exemple en différents matériaux magnétocaloriques dont la température de Curie évolue selon un gradient et est supérieure du côté chaud par rapport au côté froid. Une telle disposition permet d'obtenir en régime stabilisé un gradient de température le long du canal correspondant sensiblement au gradient des températures de Curie de telle sorte que l'effet magnétocalorique est optimisé et le plus ample possible. According to an advantageous arrangement, the active bed comprises a hot guide zone and a cold guide zone of non-active material on either side of an active section of magnetocaloric material, on the side of the hot flange and the cold flange respectively. This arrangement makes it possible to limit the use of the magnetocaloric material to the strict length subjected to the magnetic field. It allows to move the ends of the channels where the distribution of the fluid takes place so as to allow the second sealing means to be placed, while limiting the singular pressure losses by changing the cross section and limiting the volume of fluid that must pass through. the canal. For the active section, the parts of the stack are for example different magnetocaloric materials whose Curie temperature evolves in a gradient and is higher on the hot side compared to the cold side. Such an arrangement makes it possible to obtain, under stabilized conditions, a temperature gradient along the channel substantially corresponding to the Curie temperature gradient, such that the magnetocaloric effect is optimized and as wide as possible.
Selon une disposition constructive, au moins la première chambre de l'un des distributeurs est délimitée par une paroi de séparation le long du flasque correspondant au côté, une première paroi périphérique et une première paroi de fond s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi de séparation, le connecteur d'entrée débouchant dans la première chambre par la première paroi de fond.  According to a constructive arrangement, at least the first chamber of one of the distributors is delimited by a partition wall along the flange corresponding to the side, a first peripheral wall and a first bottom wall extending substantially parallel to the wall of the separation, the input connector opening into the first chamber by the first bottom wall.
Selon un perfectionnement, la deuxième chambre est délimitée entre la première paroi périphérique et une deuxième paroi périphérique coaxiale. Le volume de la deuxième chambre est ainsi restreint. Le fluide refroidi ou réchauffé, selon le côté considéré, est disponible rapidement à la sortie de la machine.  According to an improvement, the second chamber is delimited between the first peripheral wall and a second coaxial peripheral wall. The volume of the second chamber is thus restricted. The cooled or heated fluid, depending on the side, is available quickly at the exit of the machine.
Selon un perfectionnement, la deuxième chambre est en outre délimitée entre la première paroi de fond et une deuxième paroi de fond parallèle à la première paroi de fond, le connecteur d'entrée traversant ladite deuxième paroi de fond, un connecteur de sortie étant porté par l'arbre central qui comporte des canalisations débouchant dans la deuxième chambre. Le connecteur d'entrée et de sortie sont bien séparés, ce qui limite les échanges thermiques entre l'un et l'autre.  According to an improvement, the second chamber is further defined between the first bottom wall and a second bottom wall parallel to the first bottom wall, the input connector passing through said second bottom wall, an output connector being carried by the central shaft which has pipes opening into the second chamber. The input and output connector are well separated, which limits the heat exchange between one and the other.
Selon une disposition constructive, les deuxièmes moyens d'étanchéité comportent une bague fixée en périphérie du flasque et un joint à lèvre en contact étanche sur la bague. L'ajout d'une bague permet de choisir la nature de la surface sur laquelle le joint à lèvre porte. On peut par exemple utiliser une bague en acier qui, combinée avec une lèvre en PTFE permet d'obtenir un coefficient de frottement de 0,04. La bague peut éventuellement être revêtue de PTFE. According to a constructive arrangement, the second sealing means comprise a ring fixed at the periphery of the flange and a lip seal in leaktight contact with the ring. The addition of a ring makes it possible to choose the nature of the surface on which the lip seal bears. One can for example use a steel ring which, combined with a lip in PTFE provides a coefficient of friction of 0.04. The ring may optionally be coated with PTFE.
Brève description des figures Brief description of the figures
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : The invention will be better understood and other features and advantages will appear on reading the description which follows, the description referring to the appended drawings among which:
- la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'une machine selon un mode de réalisation de l'invention ;  - Figure 1 shows an overall perspective view of a machine according to one embodiment of the invention;
- la figure 2 est une vue en éclaté de la machine de la figure 1 ;  FIG. 2 is an exploded view of the machine of FIG. 1;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la machine de la figure 1 ;  - Figure 3 is a longitudinal sectional view of the machine of Figure 1;
- la figure 4 est une vue en perspective des moyens magnétiques de la machine de la figure 1 ;  FIG. 4 is a perspective view of the magnetic means of the machine of FIG. 1;
- la figure 5 est une vue en perspective et en éclaté du lit du rotor de la figure 1 ;  FIG. 5 is a perspective and exploded view of the bed of the rotor of FIG. 1;
- la figure 6 est une vue de face d'une pièce d'un empilement compris dans le lit de la figure 6 ;  FIG. 6 is a front view of a part of a stack included in the bed of FIG. 6;
- la figure 7 est une vue en perspective d'un flasque du rotor et de deuxièmes moyens d'étanchéité ;  - Figure 7 is a perspective view of a flange of the rotor and second sealing means;
- la figure 8 est une vue schématique d'un circuit incorporant une machine selon la figure 1 ;  FIG. 8 is a schematic view of a circuit incorporating a machine according to FIG. 1;
- la figure 9 est une vue schématique des flux de fluide à travers le lit magnétocalorique pendant le fonctionnement de la machine.  - Figure 9 is a schematic view of the fluid flow through the magnetocaloric bed during operation of the machine.
DESCRIPTION DETAILLEE Une machine 1 thermique à matériau magnétocalorique selon un mode de réalisation de l'invention est représentée sur les figures 1 à 7. La machine 1 thermique est destinée à être insérée dans un système thermique tel que représenté sur la figure 8. DETAILED DESCRIPTION A thermal machine 1 with magnetocaloric material according to one embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 to 7. The thermal machine 1 is intended to be inserted in a thermal system as shown in FIG.
Dans un tel système, la machine 1 thermique permet de relever le niveau de température d'un circuit chaud 2 et d'abaisser la température d'un circuit froid 3. Lorsque le circuit chaud 2 sert de référence, la machine 1 thermique est une machine frigorifique dont on souhaite valoriser la production de froid. Lorsque le circuit froid 3 sert de référence, la machine 1 thermique est une pompe à chaleur dont on souhaite valoriser la production de chaud. Le circuit froid 3 comporte un échangeur froid 30 pour céder le froid d'un fluide caloporteur circulant dans le circuit. Il comporte également, de manière optionnelle, une branche de dérivation 31 combinée avec une vanne trois voies 32 permettant de réguler le débit traversant l'échangeur froid 30. Il comporte également des moyens de circulation 31 sous la forme d'une pompe permettant de faire circuler le fluide dans le circuit froid 3 depuis un connecteur de sortie froide 74f vers un connecteur d'entrée froide 73f de la machine 1 . Le circuit froid 3 comporte également divers capteurs de température, de débit et de pression utiles au pilotage et à la mesure de la performance du système. De même, le circuit chaud 2 comporte un échangeur chaud 20 pour céder le chaud du fluide caloporteur circulant dans le circuit chaud 2. Il comporte également, de manière optionnelle, une branche de dérivation 21 combinée avec une vanne trois voies 22 permettant de réguler le débit traversant l'échangeur chaud 20. Il est connecté à la machine 1 thermique depuis un connecteur de sortie chaude 74c vers un connecteur d'entrée chaud 73c de la machine 1 . Le circuit chaud 2 comporte également divers capteurs de température, de débit et de pression. Les termes chaud et froid s'entendent l'un par rapport à l'autre et ne présument pas d'un niveau de température en soi. In such a system, the thermal machine 1 makes it possible to raise the temperature level of a hot circuit 2 and to lower the temperature. 3. When the hot circuit 2 serves as a reference, the thermal machine 1 is a refrigerating machine whose cold production is to be valued. When the cold circuit 3 serves as a reference, the thermal machine 1 is a heat pump whose heating production is to be valued. The cold circuit 3 comprises a cold exchanger 30 for yielding the cold of a coolant circulating in the circuit. It also comprises, optionally, a bypass branch 31 combined with a three-way valve 32 for regulating the flow rate through the cold exchanger 30. It also comprises circulation means 31 in the form of a pump making it possible to circulating the fluid in the cold circuit 3 from a cold output connector 74f to a cold input connector 73f of the machine 1. The cold circuit 3 also comprises various temperature sensors, flow and pressure useful for controlling and measuring the performance of the system. Similarly, the hot circuit 2 comprises a hot heat exchanger 20 for yielding the heat of the coolant circulating in the hot circuit 2. It also optionally comprises a branch branch 21 combined with a three-way valve 22 for regulating the flow through the hot heat exchanger 20. It is connected to the thermal machine 1 from a hot outlet connector 74c to a hot inlet connector 73c of the machine 1. The hot circuit 2 also comprises various sensors for temperature, flow and pressure. The terms hot and cold are relative to each other and do not assume a temperature level per se.
La machine 1 comporte un socle 5, un arbre central 4 fixé sur le socle The machine 1 comprises a base 5, a central shaft 4 fixed on the base
5 par l'intermédiaire de deux supports 50, un rotor 6 monté rotatif sur l'arbre central 4, un distributeur chaud 7c et un distributeur froid 7f, des moyens magnétiques 8 pour générer un champ magnétique de manière fixe par rapport à l'arbre central 4 et des moyens d'entraînement 9 en rotation du rotor 6. On considère que la direction axiale ou longitudinale est celle de l'axe de l'arbre central 4. Le rotor 6 comporte un lit actif 60 comprenant du matériau magnétocalorique. Le lit actif 60 est conformé pour guider un fluide caloporteur entre une extrémité froide 600f du côté du distributeur froid 7f et une extrémité chaude 600c du côté du distributeur chaud 7c décalées axialement. Les distributeurs chaud et froid 7c, 7f sont des pièces identiques, bien que ceci ne soit pas une obligation pour la réalisation de l'invention, mais permet de ne réaliser qu'un seul modèle de pièce. Ainsi les termes chaud et froid servent à distinguer la place que chaque distributeur occupe. De même, les suffixes c et f seront ajoutés aux références pour désigner explicitement le côté respectivement chaud et froid de la machine, l'absence de suffixe désignant une caractéristique indifféremment d'un côté ou de l'autre. 5 by means of two supports 50, a rotor 6 rotatably mounted on the central shaft 4, a hot distributor 7c and a cold distributor 7f, magnetic means 8 for generating a magnetic field in a fixed manner with respect to the shaft central 4 and drive means 9 in rotation of the rotor 6. It is considered that the axial or longitudinal direction is that of the axis of the central shaft 4. The rotor 6 comprises an active bed 60 comprising magnetocaloric material. The active bed 60 is shaped to guide a heat transfer fluid between a cold end 600f on the cold distributor side 7f and a hot end 600c on the hot distributor side 7c axially offset. The hot and cold dispensers 7c, 7f are identical parts, although this is not an obligation for carrying out the invention, but makes it possible to produce only one part model. Thus the terms hot and cold are used to distinguish the place that each distributor occupies. Similarly, the suffixes c and f will be added to the references to explicitly designate the respective hot and cold side of the machine, the absence of suffix designating a characteristic indifferently on one side or the other.
On va décrire un seul distributeur 7, sachant que l'ajout du qualificatif chaud ou froid à chaque élément caractéristique servira à distinguer son appartenance au distributeur 7 correspondant. Le distributeur 7 comporte une première chambre 71 reliée à un connecteur d'entrée 73 et une deuxième chambre 72 reliée à un connecteur de sortie 74. La première chambre 71 est délimitée par une paroi de séparation 75, une première paroi périphérique 76 et une première paroi de fond 77 s'étendant radialement, parallèle à la paroi de séparation 75, formant ainsi un premier cylindre. Le connecteur d'entrée 73 débouche dans la première chambre We will describe a single distributor 7, knowing that the addition of the qualifier hot or cold to each characteristic element will be used to distinguish its membership in the distributor 7 corresponding. The distributor 7 comprises a first chamber 71 connected to an input connector 73 and a second chamber 72 connected to an output connector 74. The first chamber 71 is delimited by a partition wall 75, a first peripheral wall 76 and a first bottom wall 77 extending radially parallel to the partition wall 75, thus forming a first cylinder. The input connector 73 opens into the first chamber
71 par la première paroi de fond 77. La deuxième chambre 72 est délimitée entre la première paroi périphérique 76, une deuxième paroi périphérique 78 coaxiale à la première paroi périphérique 76, la première paroi de fond 77 et une deuxième paroi de fond 79 parallèle à la première paroi de fond 77. La deuxième paroi périphérique 78 et la deuxième paroi de fond 79 forment une cuve qui englobe le cylindre, la deuxième chambre71 by the first bottom wall 77. The second chamber 72 is delimited between the first peripheral wall 76, a second peripheral wall 78 coaxial with the first peripheral wall 76, the first bottom wall 77 and a second bottom wall 79 parallel to the first bottom wall 77. The second peripheral wall 78 and the second bottom wall 79 form a tank that includes the cylinder, the second chamber
72 étant délimitée entre la cuve et le cylindre. La deuxième paroi de fond 79 et la paroi de séparation 75 sont rapportées sur le reste du distributeur 7 qui est d'un seul tenant. Le connecteur d'entrée 73 traverse de manière étanche ladite deuxième paroi de fond 79. Les parois de séparation et de fond 75, 77, 79 sont percées en leur centre et sont emmanchées sur l'arbre central 4. Un joint torique statique par exemple permet d'assurer l'étanchéité entre la paroi considérée et l'arbre central 4. 72 being delimited between the tank and the cylinder. The second bottom wall 79 and the partition wall 75 are attached to the rest of the distributor 7 which is in one piece. The input connector 73 sealingly crosses said second bottom wall 79. The partition walls and the bottom 75, 77, 79 are drilled in their center and are fitted on the central shaft 4. A static O-ring for example makes it possible to seal between the wall considered and the central shaft 4.
Les extrémités des parois périphériques 76, 78 à l'opposé des parois de fond 77, 79, dites extrémités de raccord sont sensiblement dans le même plan et sont en butée contre la paroi de séparation 75. La première paroi périphérique 76 comporte des cuvettes 760 s'étendant jusqu'à la deuxième paroi périphérique 78 et délimitées par des arches 761 reliant la première à la deuxième paroi périphérique 76, 78. Les cuvettes 760 sont régulièrement réparties de manière à être en regard de premières ouvertures 751 pratiquées dans la cloison de séparation 75 et communiquant avec la première chambre 71 , en alternance avec des deuxièmes ouvertures 752 pratiquées dans la cloison de séparation communiquant avec la deuxième chambre 72. Les premières et les deuxièmes ouvertures 752 sont réparties le long d'un anneau de raccord et ont la forme de rainures arquées.  The ends of the peripheral walls 76, 78 opposite the bottom walls 77, 79, said connecting ends are substantially in the same plane and abut against the partition wall 75. The first peripheral wall 76 comprises bowls 760 extending to the second peripheral wall 78 and delimited by arches 761 connecting the first to the second peripheral wall 76, 78. The cuvettes 760 are regularly distributed so as to be opposite the first openings 751 made in the partition wall. separating 75 and communicating with the first chamber 71, alternating with second openings 752 formed in the partition wall communicating with the second chamber 72. The first and second openings 752 are distributed along a connecting ring and have the form of arcuate grooves.
Le connecteur de sortie 74 est porté par l'arbre central 4 qui comporte des canalisations 40 débouchant radialement dans la deuxième chambre 72, entre les parois de fond 77, 79.  The output connector 74 is carried by the central shaft 4 which includes ducts 40 opening radially into the second chamber 72, between the bottom walls 77, 79.
Le rotor 6 comporte un flasque chaud 61 c et un flasque froid 61 f montés rotatifs sur l'arbre central 4 et supportant le lit actif 60 de matériau magnétocalorique respectivement à l'extrémité chaude 600c et à l'extrémité froide 600f. Chaque flasque 61 comporte des lumières 610 permettant la communication fluidique entre le lit actif 60 et le distributeur 7 respectif au travers de l'anneau de raccord. La machine 1 comporte en outre des premiers moyens d'étanchéité 16 tournants entre chaque flasque 61 et l'arbre central 4, et des deuxièmes moyens d'étanchéité 17 tournants entre chaque flasque 61 et le distributeur 7 adjacent au-delà de l'anneau de raccord. Les premiers moyens d'étanchéité 16 sont typiquement un joint à lèvre tenu par le flasque 61 et s'appuyant sur l'arbre central 4. Les deuxièmes moyens d'étanchéité 17 comportent une bague 171 fixée en périphérie du flasque 61 et un joint à lèvre 172 en contact étanche sur la bague 171 porté par la paroi de séparation 75 du distributeur 7, comme montré sur la figure 7. Les flasques 61 sont formés d'un voile continu, de sorte à fermer l'espace entre les parois de séparation 75 et l'intérieur du rotor 6. The rotor 6 comprises a hot flange 61c and a cold flange 61f rotatably mounted on the central shaft 4 and supporting the active bed 60 of magnetocaloric material respectively at the hot end 600c and the cold end 600f. Each flange 61 includes lights 610 for fluid communication between the active bed 60 and the respective distributor 7 through the connecting ring. The machine 1 further comprises first sealing means 16 rotating between each flange 61 and the central shaft 4, and second sealing means 17 rotating between each flange 61 and the adjacent distributor 7 beyond the ring fitting. The first sealing means 16 are typically a lip seal held by the flange 61 and bearing on the central shaft 4. The second sealing means 17 comprise a ring 171 fixed in periphery of the flange 61 and a lip seal 172 in sealing contact on the ring 171 carried by the partition wall 75 of the distributor 7, as shown in Figure 7. The flanges 61 are formed of a continuous web, so as to close the space between the partition walls 75 and the inside of the rotor 6.
Le lit actif 60 comporte un corps 601 de forme tubulaire, percé de logements 602 axiaux traversants. Le corps 601 tubulaire est enserré par les flasques 61 qui le supportent. Chaque logement 602 contient un empilement 603 de pièces à section identique et constante formant des canaux 6030 parallèles à l'axe de l'arbre central 4.  The active bed 60 comprises a body 601 of tubular shape, pierced with axial housing 602 through. The tubular body 601 is gripped by the flanges 61 which support it. Each housing 602 contains a stack 603 of parts of identical and constant section forming channels 6030 parallel to the axis of the central shaft 4.
Comme le montre la figure 5, l'empilement 603 de pièces comporte d'abord des pièces en matière non active formant une zone de guidage chaude 6031 c, des pièces en matière magnétocalorique formant une section de matériau magnétocalorique 6032 et à nouveau des pièces en matière non active 6031 formant une zone de guidage froide 6031 L'empilement 603 s'étend d'une extrémité à l'autre du corps 601 tubulaire et est emprisonné dans le logement 602 par les flasques 61 . La figure 6 montre un exemple de section des pièces. La section comporte deux parois parallèles 604 reliées par une pluralité de cloisons 605 délimitant les canaux 6030 entre elles, les cloisons 605 étant sensiblement radiales. Les pièces de l'empilement 603 dans la section active 6032 sont en différents matériaux magnétocaloriques dont la température de Curie évolue selon un gradient et est supérieure du côté chaud par rapport au côté froid. Le gradient est obtenu par le choix de la nature de l'alliage composant le matériau magnétocalorique. A titre d'exemple, les températures de Curie s'échelonnent de 7°C côté froid à 35°C côté chaud.  As shown in FIG. 5, the stack 603 of parts first comprises non-active material parts forming a hot guide zone 6031c, parts made of magnetocaloric material forming a section of magnetocaloric material 6032 and again parts made of non-active material 6031 forming a cold guide zone 6031 The stack 603 extends from one end to the other of the tubular body 601 and is trapped in the housing 602 by the flanges 61. Figure 6 shows an example of section of parts. The section comprises two parallel walls 604 connected by a plurality of partitions 605 delimiting the channels 6030 between them, the partitions 605 being substantially radial. The parts of the stack 603 in the active section 6032 are in different magnetocaloric materials whose Curie temperature evolves in a gradient and is higher on the hot side compared to the cold side. The gradient is obtained by the choice of the nature of the alloy constituting the magnetocaloric material. For example, Curie temperatures range from 7 ° C on the cold side to 35 ° C on the warm side.
Le distributeur chaud 7c et le distributeur froid 7f sont placés respectivement en regard des extrémités chaude et froide 600c, 600f le long de l'anneau de raccord pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur circulant dans le lit actif 60. Les distributeurs 7 sont orientés angulairement de telle sorte que chaque canal 6030 relie une première ouverture 751 communiquant avec la première chambre 71 de l'un des distributeurs 7 à une deuxième ouverture 752 communiquant avec la deuxième chambre 72 de l'autre distributeur. The hot distributor 7c and the cold distributor 7f are respectively placed facing the hot and cold ends 600c, 600f along the connecting ring to provide or receive the coolant flowing in the active bed 60. The distributors 7 are oriented angularly such that each channel 6030 connects a first opening 751 communicating with the first chamber 71 of one of the distributors 7 to a second opening 752 communicating with the second chamber 72 of the other distributor.
Les moyens magnétiques 8 sont configurés de manière à soumettre le lit actif 60 à une alternance de champs magnétiques entre un champ fort et un champ faible répartis sur le périmètre du lit actif 60, et plus précisément sur les zones actives 6032. Pour cela les moyens magnétiques 8 comportent un anneau central 81 et un anneau extérieur 82, comme le montre la figure 4. L'anneau central 81 est fixé sur l'arbre central 4 et a un diamètre extérieur ajusté au diamètre intérieur du corps 601 du lit. L'anneau extérieur 82 est fixé sur le socle 5. Les anneaux central et extérieur 81 , 82 sont formés par l'assemblage d'aimants permanents et de pièces complémentaires ferromagnétiques afin de soumettre certains secteurs S1 de l'entrefer 83 entre l'anneau central 81 et l'anneau extérieur 82 au champ magnétique fort, orienté radialement, et les secteurs complémentaires S2 à un champ magnétique pratiquement nul. Les moyens magnétiques 8 fournissent le champ magnétique fort à une position fixe par rapport aux distributeurs 7, de manière à le fournir aux canaux 6030 connectés à la première chambre chaude 71 c, donc en regard des premières ouvertures chaudes 751 c. Le champ magnétique faible est fourni aux canaux 6030 connectés à la première chambre froide 71 f.  The magnetic means 8 are configured so as to subject the active bed 60 to an alternation of magnetic fields between a strong field and a weak field distributed over the perimeter of the active bed 60, and more precisely on the active areas 6032. For this the means The magnetic ring 8 comprises a central ring 81 and an outer ring 82, as shown in FIG. 4. The central ring 81 is fixed on the central shaft 4 and has an outside diameter fitted to the inside diameter of the body 601 of the bed. The outer ring 82 is fixed on the base 5. The central and outer rings 81, 82 are formed by the assembly of permanent magnets and ferromagnetic complementary parts in order to subject certain sectors S1 of the gap 83 between the ring. central 81 and the outer ring 82 to the strong magnetic field, radially oriented, and the complementary sectors S2 to a virtually zero magnetic field. The magnetic means 8 provide the strong magnetic field at a fixed position relative to the distributors 7, so as to provide it to the channels 6030 connected to the first hot chamber 71c, so opposite the first hot openings 751c. The weak magnetic field is supplied to the channels 6030 connected to the first cold room 71 f.
Les moyens d'entraînement 9 comportent un moteur électrique, non représenté, comportant une petite poulie, et une courroie de transmission tendue entre la petite poulie et le corps 601 du rotor 6, dans un espace compris entre l'anneau extérieur 82 et le distributeur 7 adjacent. En option, les moyens d'entraînement 9 comportent deux poulies et deux courroies placées de part et d'autre de l'anneau extérieur 82. Dans une variante, le moteur pourrait entraîner un pignon engrenant avec une couronne dentée réalisée sur le corps 601 . La machine 1 comporte en outre des moyens de synchronisation 1 1 pour synchroniser le débit de fluide caloporteur et la vitesse de rotation du rotor 6. Pour cela, les moyens de synchronisation 1 1 reçoivent au moins une mesure de débit du fluide D1 ' dans le circuit et est agencé pour agir sur la vitesse de rotation du moteur 9, et donc du rotor 6. Les moyens de synchronisation 1 1 sont réglés de telle sorte que le volume entrant dans chacun des canaux 6030 lors de son défilement devant l'une des ouvertures 751 , 752 correspond sensiblement au volume dudit canal 6030. The drive means 9 comprise an electric motor, not shown, comprising a small pulley, and a transmission belt stretched between the small pulley and the body 601 of the rotor 6, in a space between the outer ring 82 and the distributor. 7 adjacent. Optionally, the drive means 9 comprise two pulleys and two belts placed on either side of the outer ring 82. In a variant, the motor could drive a pinion meshing with a ring gear made on the body 601. The machine 1 further comprises synchronization means 1 1 for synchronizing the coolant flow rate and the rotational speed of the rotor 6. For this, the synchronization means 1 1 receive at least one fluid flow measurement D1 'in the circuit and is arranged to act on the speed of rotation of the motor 9, and therefore of the rotor 6. The synchronization means January 1 are adjusted so that the volume entering each of the channels 6030 when scrolling in front of one of the apertures 751, 752 substantially corresponds to the volume of said channel 6030.
En fonctionnement, le circuit chaud 2, le circuit froid 3, les premières et deuxièmes chambres 71 , 72 et les canaux 6030 sont emplis d'un fluide caloporteur. Le fluide peut être de l'eau, éventuellement additionnée de glycol pour éviter le gel en travaillant à des températures en-dessous de 0°C. Les premiers et deuxièmes moyens d'étanchéité 16, 17 permettent d'éviter le passage du fluide entre le rotor 6 et le distributeur 7.  In operation, the hot circuit 2, the cold circuit 3, the first and second chambers 71, 72 and the channels 6030 are filled with a heat transfer fluid. The fluid may be water, optionally added with glycol to prevent freezing by working at temperatures below 0 ° C. The first and second sealing means 16, 17 make it possible to prevent the passage of fluid between the rotor 6 and the distributor 7.
Le fluide décrit le cycle suivant. Il est mis en mouvement par la pompe 31 vers le connecteur d'entrée froid 73c, traverse la deuxième chambre froide 72f pour déboucher dans la première chambre froide 71 f, passe par les premières ouvertures 751 f pour pénétrer dans une part des canaux 6030 par l'extrémité froide 600f. Après avoir traversé les canaux 6030, le fluide ressort dans la deuxième chambre chaude 72c à travers les deuxièmes ouvertures 752c, rejoint l'arbre central 4 puis le connecteur de sortie 74c et circule dans le circuit chaud 2 dont l'échangeur chaud 20. Le fluide rejoint alors la pompe 31 par un parcours symétrique, depuis le circuit chaud 2 vers le circuit froid 3.  The fluid describes the next cycle. It is set in motion by the pump 31 to the cold inlet connector 73c, passes through the second cold chamber 72f to open into the first cold room 71 f, passes through the first openings 751 f to enter a part of the channels 6030 by the cold end 600f. After having passed through the channels 6030, the fluid leaves in the second hot chamber 72c through the second openings 752c, joins the central shaft 4 and then the outlet connector 74c and circulates in the hot circuit 2, the hot heat exchanger 20 of which. fluid then joins the pump 31 by a symmetrical path, from the hot circuit 2 to the cold circuit 3.
En réalité, parce que le rotor 6 est entraîné en rotation, et que la vitesse de rotation est déterminée en fonction du débit de fluide, le fluide qui entre par l'extrémité froide 600f migre dans l'un des canaux 6030, pendant que ledit canal 6030 se déplace périphériquement avec le rotor 6, comme le montre la flèche F1 sur la figure 9. L'extrémité chaude 600c du canal 6030 passe alors d'une deuxième ouverture chaude 752c en communication avec la deuxième chambre chaude 72c à une première ouverture chaude 751 c en communication avec la première chambre chaude 71 c. Dans le même temps, l'extrémité froide 600f du même canal 6030 passe alors d'une première ouverture froide 751 f en communication avec la première chambre froide 71 f à une deuxième ouverture froide 752f en communication avec la deuxième chambre froide 72f. Le sens de circulation du fluide dans le canal 6030 est alors inversé et l'essentiel du fluide qui a pénétré dans le canal 6030 depuis la première chambre froide 71 f est resté dans le canal 6030 et ressort ensuite dans la deuxième chambre froide 72f. Cette caractéristique de fonctionnement permet de limiter le brassage de fluide à des températures différentes et donc d'optimiser l'efficacité de la machine 1 . In reality, because the rotor 6 is rotated, and the rotational speed is determined as a function of the fluid flow rate, the fluid that enters the cold end 600f migrates into one of the channels 6030, while said channel 6030 moves peripherally with the rotor 6, as shown by the arrow F1 in FIG. 9. The hot end 600c of the channel 6030 then passes from a second hot opening 752c in communication with the second hot chamber 72c to a first hot opening 751c in communication with the first hot chamber 71 c. At the same time, the cold end 600f of the same channel 6030 then passes from a first cold opening 751 f in communication with the first cold room 71 f to a second cold opening 752f in communication with the second cold room 72f. The flow direction of the fluid in the channel 6030 is then reversed and most of the fluid which has entered the channel 6030 from the first cold chamber 71 has remained in the channel 6030 and then exits into the second cold chamber 72f. This operating characteristic makes it possible to limit the mixing of fluid at different temperatures and thus to optimize the efficiency of the machine 1.
En régime établi, les pièces de l'empilement 603 dans la section active 6032 ont un gradient de température déterminé par l'écart de température entre le fluide qui entre du côté chaud et du côté froid respectivement. Ce gradient de température oscille entre deux niveaux selon que le matériau magnétocalorique est exposé au champ magnétique ou non. Lorsque la section active 6032 vient d'être libérée du champ magnétique, le fluide chaud pénètre dans le canal 6030 et se refroidit du fait que le niveau de température vient d'être diminué grâce à la suppression du champ magnétique. De plus, sa température diminue lors de sa progression dans la section active 6032, du fait du gradient de température. Par ailleurs, chaque portion de matériau augmente de température en reprenant l'énergie cédée par le fluide. Le fluide le plus froid est évacué dans le même temps vers la deuxième chambre froide 72f.  In steady state, the parts of the stack 603 in the active section 6032 have a temperature gradient determined by the temperature difference between the fluid that enters the hot side and the cold side respectively. This temperature gradient oscillates between two levels depending on whether the magnetocaloric material is exposed to the magnetic field or not. When the active section 6032 has just been released from the magnetic field, the hot fluid enters the channel 6030 and cools down because the temperature level has been reduced by the suppression of the magnetic field. In addition, its temperature decreases during its progression in the active section 6032, because of the temperature gradient. Moreover, each portion of material increases in temperature by taking up the energy yielded by the fluid. The coldest fluid is discharged at the same time to the second cold room 72f.
Le canal 6030 pénètre alors dans le secteur suivant dans lequel le champ magnétique est rétabli et le sens de circulation du fluide est inversé. Les pièces de l'empilement 603 de la section active 6032 augmentent de température. Le fluide contenu dans le canal 6030 se réchauffe en recevant de l'énergie du fait de cette augmentation de température et ressort plus chaud qu'il n'est entré. Le fluide froid qui pénètre dans le canal 6030 par l'extrémité froide 600f se réchauffe en refroidissant le matériau et en transférant ainsi l'énergie vers le côté chaud. A l'inversion de sens suivante, avec l'annulation du champ magnétique, la température du matériau de la section active 6032 baisse et le fluide qui ressort du côté froid 600c réchauffe le matériau en cédant de l'énergie et ressort ainsi plus froid qu'il n'est entré. The channel 6030 then enters the next sector in which the magnetic field is restored and the flow direction of the fluid is reversed. The parts of the stack 603 of the active section 6032 increase in temperature. The fluid in channel 6030 heats up receiving energy due to this temperature increase and comes out warmer than it entered. The cold fluid that enters the canal 6030 through the cold end 600f heats up by cooling the material and thereby transferring the energy to the warm side. At the next direction reversal, with the cancellation of the magnetic field, the material temperature of the active section 6032 drops and the fluid that comes out of the cold side 600c warms the material by yielding energy and thus comes out colder than he did not enter.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit uniquement à titre d'exemple. L'étanchéité entre le rotor 6 et les distributeurs 7, la constitution du lit magnétocalorique et la synchronisation entre le débit et la vitesse de rotation du rotor 6 pourraient être mis en œuvre de manière indépendante. The invention is not limited to the embodiment described solely by way of example. The seal between the rotor 6 and the distributors 7, the constitution of the magnetocaloric bed and the synchronization between the flow rate and the speed of rotation of the rotor 6 could be implemented independently.
Listes des références List of references
[1 ] A. Sarlah, A.Kitanovski, A. Poredos, P.W. Egolf, O. Sari, F. Gendre, and C. Besson, « Static and rotating active magnetic regerenators with porous heat exchangers for magnetic cooling.", International Journal of Réfrigération, vol 29, pp. 1332-1339, 2006 [1] A. Sarlah, A. Kitanovski, A. Poredos, PW Egolf, O. Sari, F. Gendre, and C. Besson, "Static and rotating active magnetic regulators with porous heat exchangers for magnetic cooling.", International Journal of Refrigeration, vol 29, pp. 1332-1339, 2006
[2] EP 1 736 717 A1 .  [2] EP 1 736 717 A1.
[3] WO 2009/024412 A1  [3] WO 2009/024412 A1
[4] J.A. Lozano et al. « Performance analysis of a rotary active magnetic refrigerator », Applied energy 1 1 1 (2013) pp. 669-680  [4] J. A. Lozano et al. "Performance analysis of a rotary active magnetic refrigerator", Applied energy 1 1 1 (2013) pp. 669-680

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine thermique à matériau magnétocalorique comportant un arbre central (4), un rotor (6) monté rotatif sur l'arbre central (4), le rotor (6) comportant un lit actif (60) comprenant du matériau magnétocalorique, le lit actif (60) étant conformé pour guider un fluide caloporteur entre une extrémité froide (600f) et une extrémité chaude (600c) décalées axialement, un distributeur chaud (7c) et un distributeur froid (7f) placés respectivement en regard des extrémités chaude et froide (600c, 600f) le long d'un anneau de raccord pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur circulant dans le lit actif (60), caractérisée en ce que le rotor (6) comporte un flasque chaud (61 c) et un flasque froid (61 f) montés rotatifs sur l'arbre central (4) et supportant le lit actif (60) de matériau magnétocalorique respectivement à l'extrémité chaude (600c) et à l'extrémité froide (600f), chaque distributeur (7) comportant des ouvertures (751 , 752) permettant la communication fluidique entre le lit actif (60) et le distributeur (7) respectif, et en ce que la machine (1 ) comporte des premiers moyens d'étanchéité (16) tournants entre le flasque (61 ) et l'arbre central (4), et des deuxièmes moyens d'étanchéité (17) tournants entre le flasque (61 ) et le distributeur (7) adjacent au-delà de l'anneau de raccord.  1. Thermal machine with magnetocaloric material comprising a central shaft (4), a rotor (6) rotatably mounted on the central shaft (4), the rotor (6) comprising an active bed (60) comprising magnetocaloric material, the active bed ( 60) being shaped to guide a heat transfer fluid between a cold end (600f) and a hot end (600c) axially offset, a hot distributor (7c) and a cold distributor (7f) respectively placed opposite the hot and cold ends (600c). , 600f) along a connecting ring for supplying or receiving the coolant circulating in the active bed (60), characterized in that the rotor (6) comprises a hot flange (61c) and a cold flange (61 f) rotatably mounted on the central shaft (4) and supporting the active bed (60) of magnetocaloric material at the hot end (600c) and at the cold end (600f) respectively, each distributor (7) having openings (751, 752) allowing the communication fluidic between the active bed (60) and the respective distributor (7), and in that the machine (1) comprises first sealing means (16) rotating between the flange (61) and the central shaft (4). ), and second sealing means (17) rotating between the flange (61) and the distributor (7) adjacent beyond the connecting ring.
2. Machine selon la revendication 1 , dans laquelle le distributeur chaud (7c) et le distributeur froid (7f) comportent une première chambre (71 ) reliée à un connecteur d'entrée (73) et une deuxième chambre (72) reliée à un connecteur de sortie (74), chaque chambre (71 , 72) étant en communication avec des ouvertures (751 , 752) débouchant dans la zone de l'anneau de raccord, les ouvertures (751 , 752) réparties selon le périmètre de l'anneau étant connectées alternativement à la première chambre (71 ) et à la deuxième chambre (72). 2. Machine according to claim 1, wherein the hot distributor (7c) and the cold distributor (7f) comprise a first chamber (71) connected to an input connector (73) and a second chamber (72) connected to a outlet connector (74), each chamber (71, 72) being in communication with openings (751, 752) opening into the region of the connecting ring, the openings (751, 752) distributed along the perimeter of the ring being alternately connected to the first chamber (71) and the second chamber (72).
3. Machine selon la revendication 2, dans laquelle le lit actif (60) comporte des canaux (6030) parallèles à l'axe de l'arbre central (4), les distributeurs (7) étant orientés angulairement de telle sorte que chaque canal (6030) relie une première ouverture (751 ) communiquant avec une première chambre (71 ) de l'un des distributeurs (7) à une deuxième ouverture (752) communiquant avec la deuxième chambre (72) de l'autre distributeur (7). 3. Machine according to claim 2, wherein the active bed (60) comprises channels (6030) parallel to the axis of the central shaft (4), the distributors (7) being oriented angularly so that each channel (6030) connects a first opening (751) communicating with a first chamber (71) of one of the distributors (7) to a second opening (752) communicating with the second chamber (72) of the other dispenser (7). ).
4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'entraînement (9) en rotation du rotor (6). 4. Machine according to claim 3, characterized in that it comprises drive means (9) in rotation of the rotor (6).
5. Machine selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de circulation (31 ) pour faire circuler le fluide depuis la sortie vers l'entrée de l'un des distributeurs (7). 5. Machine according to one of claims 3 or 4, characterized in that it comprises circulation means (31) for circulating the fluid from the outlet to the inlet of one of the distributors (7).
6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de synchronisation (1 1 ) pour synchroniser le débit de fluide caloporteur et la vitesse de rotation du rotor (6), de telle sorte que le volume entrant dans chacun des canaux (6030) lors de son défilement devant l'une des ouvertures (751 , 752) correspond sensiblement au volume dudit canal (6030). 6. Machine according to claim 5, characterized in that it comprises synchronization means (1 1) for synchronizing the coolant flow rate and the rotational speed of the rotor (6), so that the volume entering each channels (6030) as it moves past one of the apertures (751, 752) substantially correspond to the volume of said channel (6030).
7. Machine selon l'une des revendications 3 à 6, dans laquelle le lit actif (60) comporte un corps (601 ) de forme tubulaire, percé de logements7. Machine according to one of claims 3 to 6, wherein the active bed (60) comprises a body (601) of tubular shape, pierced housing
(602) axiaux traversants, les logements (602) contenant un empilement(602) thru axles, the housings (602) containing a stack
(603) de pièces à section identique et constante formant les canaux (6030). (603) parts of identical and constant section forming the channels (6030).
8. Machine selon la revendication 7, dans laquelle les pièces de l'empilement (603) comportent deux parois parallèles (604) reliées par une pluralité de cloisons (605) délimitant les canaux (6030) entre elles, les cloisons (605) étant sensiblement radiales. 8. Machine according to claim 7, wherein the parts of the stack (603) comprise two parallel walls (604) connected by a plurality of partitions (605) delimiting the channels (6030) between them, the partitions (605) being substantially radial.
9. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens magnétiques (8) configurés de manière à soumettre le lit actif (60) à une alternance de champs magnétiques entre un champ fort et un champ faible répartis sur le périmètre du lit actif (60). 9. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises magnetic means (8) configured to subject the active bed (60) to alternating magnetic fields between a strong field and a weak field distributed on the perimeter of the active bed (60).
10. Machine selon les revendications 3 et 8 prises en combinaison, dans laquelle les moyens magnétiques (8) fournissent le champ magnétique fort aux canaux (6030) connectés à la première chambre chaude (71 c) du côté chaud et le champ magnétique faible aux canaux (6030) connectés à la première chambre froide (71 f) du côté froid. 10. Machine according to claims 3 and 8 taken in combination, wherein the magnetic means (8) provide the strong magnetic field channels (6030) connected to the first hot chamber (71 c) of the hot side and the weak magnetic field to channels (6030) connected to the first cold room (71 f) on the cold side.
1 1 . Machine selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le lit actif (60) comporte une zone de guidage chaude (6031 c) et une zone de guidage froide (6031 f) en matière non active de part et d'autre d'une section active (6032) de matériau magnétocalorique, du côté du flasque chaud (61 c) et du flasque froid (61 f) respectivement. 1 1. Machine according to one of the preceding claims, in which the active bed (60) comprises a hot guide zone (6031c) and a cold guide zone (6031f) made of non-active material on either side of a active section (6032) of magnetocaloric material, the side of the hot flange (61 c) and the cold flange (61 f) respectively.
12. Machine selon les revendications 7 et 1 1 prises en combinaison, dans laquelle la section active (6032), les pièces de l'empilement (603) sont en différents matériaux magnétocaloriques dont la température de Curie évolue selon un gradient et est supérieure du côté chaud par rapport au côté froid. 12. Machine according to claims 7 and 1 1 taken in combination, wherein the active section (6032), the parts of the stack (603) are in different magnetocaloric materials whose Curie temperature evolves in a gradient and is greater than hot side compared to the cold side.
13. Machine selon la revendication 2, dans laquelle au moins la première chambre (71 ) de l'un des distributeurs (7) est délimitée par une paroi de séparation (75) le long du flasque (61 ) correspondant au côté, une première paroi périphérique (76) et une première paroi de fond (77) s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi de séparation (75), le connecteur d'entrée (73) débouchant dans la première chambre (71 ) par la première paroi de fond (77). 13. Machine according to claim 2, wherein at least the first chamber (71) of one of the distributors (7) is delimited by a partition wall (75) along the flange (61) corresponding to the side, a first peripheral wall (76) and a first bottom wall (77) extending substantially parallel to the partition wall (75), the inlet connector (73) opening into the first chamber (71) through the first bottom wall (77).
14. Machine selon la revendication 13, dans laquelle la deuxième chambre (72) est délimitée entre la première paroi périphérique (76) et une deuxième paroi périphérique (78) coaxiale. 14. Machine according to claim 13, wherein the second chamber (72) is delimited between the first peripheral wall (76) and a second coaxial peripheral wall (78).
15. Machine selon la revendication 14, dans laquelle la deuxième chambre (72) est en outre délimitée entre la première paroi de fond (77) et une deuxième paroi de fond (79) parallèle à la première paroi de fond (77), le connecteur d'entrée (73) traversant ladite deuxième paroi de fond (79), un connecteur de sortie (74) étant porté par l'arbre central (4) qui comporte des canalisations (40) débouchant dans la deuxième chambre (72). 15. Machine according to claim 14, wherein the second chamber (72) is further delimited between the first bottom wall (77) and a second bottom wall (79) parallel to the first bottom wall (77), the input connector (73) passing through said second bottom wall (79), an outlet connector (74) being carried by the central shaft (4) which has ducts (40) opening into the second chamber (72).
16. Machine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deuxièmes moyens d'étanchéité (17) comportent une bague (171 ) fixée en périphérie du flasque (61 ) et un joint à lèvre (172) en contact étanche sur la bague (171 ). 16. Machine according to one of the preceding claims, wherein the second sealing means (17) comprise a ring (171) fixed at the periphery of the flange (61) and a lip seal (172) in sealing contact on the ring. (171).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1736719A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-27 Haute Ecole d'Ingénieurs et de Gestion du Canton Continuously rotary magnetic refrigerator or heat pump
US8209988B2 (en) * 2008-09-24 2012-07-03 Husssmann Corporation Magnetic refrigeration device
FR2937182B1 (en) * 2008-10-14 2010-10-22 Cooltech Applications THERMAL GENERATOR WITH MAGNETOCALORIC MATERIAL
JP5267689B2 (en) * 2011-04-26 2013-08-21 株式会社デンソー Magnetic heat pump device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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