EP3224551A1 - Appareil thermique magnetocalorique - Google Patents

Appareil thermique magnetocalorique

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Publication number
EP3224551A1
EP3224551A1 EP15808123.2A EP15808123A EP3224551A1 EP 3224551 A1 EP3224551 A1 EP 3224551A1 EP 15808123 A EP15808123 A EP 15808123A EP 3224551 A1 EP3224551 A1 EP 3224551A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
magnetic poles
magnetizing
angle
magnetocaloric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15808123.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Muller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cooltech Applications SAS
Original Assignee
Cooltech Applications SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cooltech Applications SAS filed Critical Cooltech Applications SAS
Publication of EP3224551A1 publication Critical patent/EP3224551A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • 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
    • F25B2321/0022—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a rotating or otherwise moving 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 magnetocaloric thermal apparatus with a rotating structure about a longitudinal axis, said thermal apparatus comprising a magnetic arrangement defining at least two gaps at least partially superimposed and parallel to each other, and arranged to create in each of said air gaps a variable magnetic field around the longitudinal axis, at least two supports at least partially superimposed, each placed in the median plane of one of said air gaps and carrying magnetocaloric elements at least partially superimposed between said supports, said magnetic arrangement and said supports being relative displacement relative to each other about the longitudinal axis to subject the magnetocaloric elements of each support a magnetic cycle created by the variable magnetic field in the corresponding gap.
  • the present invention relates to the field of magnetic refrigeration, and more particularly that of thermal devices using the magnetocaloric effect of so-called magnetocaloric materials.
  • the magnetocaloric effect (EMC) of magnetocaloric materials consists of a variation of their temperature when they are subjected to a variable magnetic field in intensity. It suffices to subject these materials to a succession of cycles comprising an alternation of magnetization and demagnetization phases and to perform a heat exchange with a heat transfer fluid passing through said materials from one end to the other to achieve the widest possible temperature variation. between the ends of said materials. This cycle is repeated up to frequencies of several Hertz. The efficiency of such a magnetic refrigeration cycle is about 50% greater than that of a typical refrigeration cycle.
  • the magnetocaloric material heats up almost instantaneously when it is placed in a magnetic field and it cools in the same thermal dynamics when it is removed from the magnetic field.
  • the heat transfer fluid will either be heated in contact with the magnetocaloric material during a so-called magnetization phase, or be cooled in contact with the magnetocaloric material during a so-called demagnetization phase.
  • the coolant is a liquid and circulates in existing straight channels or pores in the magnetocaloric material.
  • the coolant can be pure water or added antifreeze, a glycol product or a brine, for example.
  • the thermal power (for example: cooling) delivered by the thermal apparatus also increases.
  • the rotary structures are preferred because they make it possible, on the one hand, to produce a compact thermal apparatus with the magnetic arrangement in displacement relative to the magnetocaloric material (s) and, on the other hand, to on the other hand, to present a good ratio of magnetocaloric material per volume used. Since the thermal power of the thermal apparatus depends in particular on the amount of magnetocaloric material used, such an arrangement is indeed very advantageous.
  • the applicant has filed for this purpose the patent applications FR 2 987 433 and FR 2 994 018 for the purpose of rotating magnetic arrangements.
  • the publication FR 2 994 018 corresponds to the preamble of claim 1.
  • the relative displacement of the magnetocaloric materials with respect to the magnetic arrangement or conversely causes in the gap an alternation of different magnetic permeabilities, with a greater magnetic attraction to the passage of the magnetocaloric material.
  • the displacement or the angular velocity of the magnetic arrangement or the magnetocaloric elements is not naturally continuous, nor uniform and generates jolts. This situation is troublesome because it disrupts the magnetic cycle by reducing the thermal power and increasing the energy consumption. It also increases the noise level of the device and has a negative impact on its endurance and mechanical stability.
  • the present invention aims to solve these drawbacks by proposing a magnetocaloric thermal apparatus comprising a particular arrangement of the magnetic arrangement and / or magnetocaloric elements making it possible to reduce the magnetic moment and thus also the mechanical moment necessary for driving the magnet. magnetic arrangement to obtain a rotational and continuous relative displacement of the magnetic arrangement with respect to the magnetocaloric materials.
  • the invention relates to a thermal apparatus as described in the preamble, characterized in that the magnetic arrangement and the supports are positioned angularly relative to each other about the longitudinal axis so as to generate a phase shift between the magnetic cycle undergone by the magnetocaloric elements of one of the supports in one of the air gaps and the magnetic cycle undergone by the magnetocaloric elements of the other support in the other gap, of so that the magnetocaloric elements penetrate progressively into the magnetic field of said gaps and this, continuously between the supports, the magnetic attraction force obtained then being almost constant.
  • This phase shift is achieved by construction, that is to say by the particular arrangement or positioning of the magnetic arrangement and / or magnetocaloric elements between them.
  • the magnetic arrangement may comprise first, second and third magnetizing structures each provided with at least one pair of magnetic poles, and positioned successively along the longitudinal axis of the thermal apparatus. to define, with their pairs of magnetic poles, said air gaps, and said magnetizing structures can be positioned angularly with respect to each other about the longitudinal axis so as to generate a magnetic cycle in one of the gaps which is offset a phase shift angle with respect to the magnetic cycle in the other gap.
  • the first and the third magnetizing structures may be identical, mounted with an angular offset between them corresponding to the phase shift angle.
  • the second magnetising structure may comprise, on the one hand, first magnetic poles, which form a first air gap with the corresponding magnetic poles of the first magnetizing structure and, secondly, second magnetic poles, which form a second air gap with the corresponding magnetic poles of the third magnetizing structure, and the first and second magnetic poles of said second magnetizing structure can be mounted with an angular offset corresponding to the phase angle.
  • the first and third magnetizing structures can be mounted head to tail and angularly offset by an angle corresponding to the phase shift angle
  • the first magnetic poles of the second magnetizing structure can have the same the meaning of magnetization that the magnetic poles of the first magnetising structure with which they cooperate to form the gap
  • the second magnetic poles of the second magnetizing structure can have the same sense of magnetization as the magnetic poles of the third magnetising structure with which they cooperate to form the gap
  • the magnetization direction of the first and second magnetic poles may be the same to create a single magnetic flux circulation loop within said apparatus traversing said first, second and third magnetizing structures.
  • the first and third magnetizing structures may be mounted facing and angularly offset by an angle corresponding to the phase shift angle
  • the first magnetic poles of the second magnetising structure may have the same direction of magnetization as the magnetic poles of the first magnetizing structure with which they cooperate to form the gap and create a first circulation loop of the magnetic flux inside said apparatus passing through said first magnetic poles of the second magnetizing structure and said magnetic poles of the first magnetising structure.
  • the second magnetic poles of the second magnetizing structure can have the same direction of magnetization as the magnetic poles of the third magnetizing structure with which they cooperate to form the gap and create a second circulation loop of the magnetic flux inside said apparatus passing through said second magnetic poles of the second magnetizing structure and said magnetic poles of the third magnetizing structure.
  • the magnetization direction of the second magnetic poles may be opposite to that of the first magnetic poles so that the magnetic flux flows in the first loop in the opposite direction to the magnetic flux flowing in the second loop.
  • the magnetocaloric elements may be positioned angularly relative to each other on their supports at a predefined angle and the phase shift angle may be less than the angle between two magnetocaloric elements. adjacent.
  • the supports can be geometrically identical and arranged parallel to each other in the corresponding air gaps, without angular offset.
  • the supports are planar.
  • the supports may also be geometrically identical, arranged parallel to each other in the corresponding air gaps, but angularly offset relative to each other by an angle corresponding to the angle of phase shift.
  • the magnetocaloric elements can be positioned angularly relative to each other on their supports at a predefined angle and the angular offset between the two supports may be less than the angle between two adjacent magnetocaloric elements.
  • the offset angle between the two supports may be equal to half the angle between two adjacent magnetocaloric elements.
  • the magnetic arrangement may comprise a first, a second and a third magnetizing structure positioned successively along the longitudinal axis and defining, with their magnetic poles aligned and mounted in two opposite directions of magnetization, the first and second gaps.
  • the magnetocaloric elements may comprise N rectangular parallelepipeds provided with magnetocaloric material and arranged in a ring-shaped zone of said support, said ring being centered on the longitudinal axis.
  • This crown can be defined by two concentric circles, called inner circle and outer circle.
  • two of the opposite faces of the rectangular parallelepipeds forming said magnetocaloric elements said extremal faces may each be tangent to one of said concentric circles, and the longitudinal median axes of two adjacent magnetocaloric elements may form between them an angle equal to 360 / N degrees.
  • the magnetic poles may have the shape of ring portions extending over angular sectors whose angle is determined so that the input of the magnetocaloric elements in the magnetic field of said magnetic poles begins with stops belonging to one of said extremal faces. This creates a variation of magnetic induction the most progressive and continuous possible in each magnetocaloric element, which further reduces the force required to enter and leave the magnetocaloric elements in and out of the magnetic field of the air gap.
  • the magnetocaloric elements may be positioned radially on said support.
  • the magnetic poles of each magnetizing structure may be identical, but mounted in two opposite directions of magnetization.
  • magnetocaloric element it is understood in the sense of the present invention a physical element comprising magnetocaloric material.
  • a magnetocaloric element may in particular comprise several types of magnetocaloric materials and react at different temperatures, which generates a thermal gradient along the magnetocaloric element.
  • the magnetocaloric materials constituting the magnetocaloric elements may have different Curie temperatures, ordered in ascending or descending order.
  • the magnetocaloric elements that can be positioned in the air gap of the thermal apparatus according to the invention are intended to be in thermal contact with a coolant.
  • This heat transfer fluid can for example flow from their cold end to their hot end during a magnetization phase of the magnetic cycle which corresponds to a phase in which the magnetocaloric elements are positioned in a gap and subjected to a magnetic field (causing an increase in their temperature) and their hot end to their cold end during a subsequent phase of demagnetization of the magnetic cycle in which the magnetocaloric elements are positioned outside the air gap and subjected to a zero magnetic field (causing a decrease in their temperature).
  • a magnetocaloric cycle thus comprises a magnetization phase and a demagnetization phase.
  • the thermal contact between the heat transfer fluid and the magnetocaloric elements can be achieved by a heat transfer fluid passing along or through the magnetocaloric elements.
  • the magnetocaloric elements may comprise fluid circulation passages extending between the two ends of the magnetocaloric elements. These passages can be made thanks to the porosity of the magnetocaloric materials, or channels for example obtained by a set of magnetocaloric material plates possibly grooved or preformed, assembled and spaced uniformly or made in blocks of machined magnetocaloric material.
  • the magnetocaloric elements may also be in the form of calibrated sized spheres so that the interstices form fluid passages. Any other embodiment allowing the coolant to heat exchange with the material constituting a magnetocaloric element can, of course, be suitable.
  • the permanent magnets described above and used to make the magnetic field generator according to the present invention exhibit a uniform induction.
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of a magnetocaloric thermal apparatus according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the apparatus of FIG. 1, illustrating more particularly its magnetic arrangement
  • FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 2 of an apparatus according to an alternative embodiment of the first embodiment of the invention
  • FIG. 4A is a simplified schematic representation of a magnetocaloric thermal apparatus according to a second embodiment
  • FIG. 4B is a representation of the two superimposed magnetocaloric element supports, illustrating their angular displacement around the longitudinal central axis
  • FIG. 5 is a schematic view of the apparatus of FIG. 4A, illustrating more particularly its magnetic arrangement
  • Figure 6 is similar to that of Figure 5 of an apparatus according to an alternative embodiment of the second embodiment of the invention. Illustrations of the invention and different ways of making it:
  • FIGS 1 to 6 show schematically a thermal apparatus 1, 10, 100, 110 magnetocaloric structure rotatable about a longitudinal axis L and two embodiments of the invention.
  • This thermal apparatus 1, 10, 100, 110 essentially comprises a magnetic arrangement comprising three magnetizing structures SM 1 , SM 2 , SM 3 at least partially superimposed and parallel to one another, along said longitudinal axis L, which will be described below, two supports Si, S 2 preferably identical, at least partially superimposed and parallel to each other, arranged in the air gaps E 1 , E 2 defined by the magnetizing structures and carrying magnetocaloric elements 2, a device (not shown) for circulating a heat transfer fluid through the magnetocaloric elements 2, and heat exchangers (not shown) for effecting heat exchange with the environment or an external application.
  • the first magnetizing structure SMi and the third magnetizing structure SM 3 of the thermal apparatus 1, 10, 100, 110 are identical. This makes it possible to have a single piece likely to constitute the first SMi and the third SM 3 magnetizing structures.
  • these first and third magnetizing structures SM 1 , SM 3 are mounted head to tail and arranged facing each other parallel to a plane transverse central P, with an angular offset a between them for the first embodiment (FIGS. 1 and 2) and without angular displacement for the second embodiment (FIGS. 4A, 4B and 5).
  • the first and third magnetizing structures SM 1 , SM 3 are simply mounted facing each other parallel to the central transverse plane P, with an angular offset a between them for the variant of FIG. 3 and without angular offset for the variant of FIG. 6.
  • the second magnetizing structure SM 2 is interposed between the first magnetizing structure SMi and the third magnetizing structure SM 3 so as to delimit at least two and in the example shown four gaps Ei, E 2 at least part superposed two by two, and diametrically opposed in pairs, around transverse planes Pi and P 2 parallel to the central plane P and in which are mounted each time a support S1, S2 carrying the magnetocaloric elements 2.
  • the air gaps Ei and E 2 can have the same volume.
  • the magnetocaloric elements 2 of each support S1, S2 are divided into four groups, of which two groups diametrically opposed each located in one of the air gaps E 1 , E 2 and subjected to a magnetization phase during which they generate calories, alternated with two other groups each located outside said gaps E 1 , E 2 and subjected to a degaussing phase during which they generate frigories.
  • This arrangement is of course dependent on the number of magnetic poles defined by the magnetizing structures SMi, SM 2 , SM 3 .
  • the magnetocaloric elements 2 of the supports S1, S2 are at least partially superimposed or substantially aligned longitudinally with each other, and are in the same magnetic state at the phase shift angle. Thus, they can be connected together in the same thermal loop to simplify and optimize the design of devices for circulating coolant (not shown).
  • the superposition along the longitudinal axis L of magnetizing structures SMi, SM 2 , SM 3 and supports SI, S2 makes it possible to increase the quantity of magnetocaloric elements 2 which are in the same magnetic state in order to increase the gradient if they are connected in series, or the thermal power if they are connected in parallel, without having to multiply the number of devices (not shown) for circulating the coolant through said magnetocaloric elements 2.
  • the first and third magnetizing structures SMi, SM 3 are mounted relative to each other with an angular offset of an angle a.
  • the air gaps E1 and E2 at least partially superimposed magnetic induction profiles which are identical but phase-shifted angularly relative to each other of the angle a.
  • This angular offset a makes it possible to smooth the magnetic force penetration into the magnetic field of the magnetocaloric elements 2.
  • the magnetocaloric elements 2 penetrate progressively into the magnetic field of said air gaps E 1 , E 2 and continuously between the supports Si and S 2 .
  • there is a continuous flow of magnetocaloric material entering or leaving the field magnetic force and the magnetic attraction force is then almost constant and causes practically no jerk in the movement of magnetic structures.
  • each magnetizing structure SMi, SM 2 , SM3 comprises a base 6, 7, 8 in a ferromagnetic material on which permanent magnets and / or ferromagnetic parts constituting at least one pair of magnetic poles are mounted. , P 12 ; P 21 , P 22 ; P 23 , P 24 ; P31, P 32 diametrically opposed.
  • the magnetic poles each comprise three magnets mounted on the base 6, 7, 8.
  • the base of the first and third magnetizing structures SM 1 , SM 3 is made of a material capable of conducting the magnetic field which must circulating between the two magnetic poles Pu, P 12 ; P 3 i, P 32 of each first and third magnetizing structures SMi, SM 3 .
  • the magnetic pole Pu of the first magnetizing structure SMi has a magnetic induction resultant Ru which is, on the one hand, parallel to the longitudinal axis L and to the resultant magnetic induction Ri 2 of the another magnetic pole P 12 of this first magnetizing structure SMi and, on the other hand, of opposite direction to the magnetic induction resultant Ri 2 of said magnetic pole P 12 .
  • the induction resultants R 2 i, R 22 ; R 23 , R 24 ; R31, R 32 are parallel to each other and to the longitudinal axis L and in the opposite direction.
  • the magnetic induction flux induced by the magnetic arrangement forms a single closed loop B in the apparatus 1.
  • the magnetic flux flows in the thermal apparatus 1:
  • the thermal generator 10 stands out solely by a different orientation of the magnetization directions or the resultants of magnetic induction of certain magnetic poles, we obtain two magnetic loops Bi and B 2 .
  • the magnetic induction results R 23 and R 24 of the second magnetic poles P 23 and P 24 of the second magnetizing structure SM 2 are oriented in the opposite direction to the magnetic induction results R21 and R22 of the first magnetic poles P21 and P22 of the second magnetizing structure SM2.
  • the resulting magnetic induction Ru and R12 magnetic pole Pu and P 12 of the first magnetizing SMi structure are oriented in the same direction as the magnetic induction resulting R21 and R22 of the first magnetic poles P21 and P22 of the second structure magnetising SM2 with which they cooperate to form the first pair of air gaps Ei.
  • the magnetic induction results R31 and R32 of the magnetic poles P31 and P32 of the third magnetizing structure SM3 are oriented in the same direction as the magnetic induction results R23 and R24 of the second magnetic poles P23 and P24 of the second magnetizing structure SM2 with which they cooperate to form the second pair of air gaps E2.
  • the magnetic flux flows in the thermal apparatus 10, in the first loop Bi:
  • the supports Si, S 2 and the magnetizing structures SM 1 , SM 2 , SM 3 are mounted around the longitudinal axis L of the thermal apparatus 1 in a relative rotational movement with respect to each other. so that the magnetocaloric elements 2 can enter and exit alternately gaps Ei, E 2 .
  • the supports Si and S 2 are fixed and the magnetizing structures SMi, SM 2 , SM 3 are rotated with respect to the longitudinal axis L by any means of adapted training.
  • the relative position of the magnetizing structures SMi, SM 2 , SM 3 between them is kept fixed, either rigidly or by magnetic attraction between them, for example.
  • at least one of the magnetizing structures SMi is rigidly mounted on the longitudinal axis L which drives it in a rotational movement and the other magnetizing structures SM 2 , SM 3 are mounted free to rotate on the longitudinal axis L and driven in rotation by the magnetic attraction of the magnetizing structure SMi which moves.
  • the magnetocaloric elements 2 shown in the accompanying drawings have the shape of rectangular parallelepipeds, this configuration is not limiting, and other forms may be conceivable.
  • the magnetocaloric elements can be in the form of blocks, porous or having circulation channels, whose base is trapezoidal or has side faces which are not parallel to each other.
  • the supports Si, S 2 comprising the magnetocaloric elements 2 are preferably identical geometrically.
  • the present invention differs from those disclosed in the aforementioned applications by the particular positioning of the magnetizing structures SMi, SM 2 , SM 3 between them and / or by the positioning of the supports Si and S 2 between them. Indeed, an angular offset is achieved, which provides a magnetic induction preferably identical, but shifted or out of phase between the gaps Ei, E 2 at least partially superimposed. In this way, a magnetic compensation appears between the magnetic forces necessary to achieve a continuous displacement of the magnetizing structures SMi, SM 2 , SM 3 with respect to the supports Si, S 2 of said magnetocaloric elements 2, or vice versa.
  • FIGS. 1 to 3 which represent a magnetocaloric thermal device 1, according to a first embodiment of the invention, the first and third magnetizing structures SM 1 , SM 3 are angularly offset with respect to one another. other from an angle a.
  • FIGS. 4A, 4B, 5 and 6 represent, for their part, a thermal apparatus 100, 110 made according to a second mode, in which the Siet S 2 supports are angularly offset from each other by an angle ⁇ .
  • This offset angle has magnetizing structures SMi and SM 3 in Figures 1 to 3 corresponds in this example to half the angle ⁇ between two consecutive magnetocaloric elements 2, the latter being arranged radially around the longitudinal axis L.
  • the magnetocaloric elements 2 can also be orientated or arranged non-radially on their support Si, S 2 . Such a configuration is not represented.
  • the magnetocaloric elements 2 are arranged in a zone ring-shaped ring C of supports Si and S 2 .
  • This ring C is delimited by an inner circle 3 and an outer circle 4 which is concentric with the inner circle 3.
  • the two opposite faces farthest from said magnetocaloric elements 2 are each tangent to one of the concentric circles 3 and 4 and the longitudinal median axes of two adjacent magnetocaloric elements 2 form between them an angle ⁇ equal to 360 / N degrees, N being the number of magnetocaloric elements 2 carried by a support Si, S 2 .
  • the offset angle ⁇ magnetizing structures SM 1 and SM 3 is preferably smaller than the angle ⁇ between two adjacent magnetocaloric elements 2.
  • the thermal apparatus 1, 10 it can be provided to orient the different magnetocaloric elements 2 with respect to the lateral faces of the magnetic poles of such so that the input of the magnetocaloric elements 2 into the magnetic fields of the air gaps E 1 , E 2 is progressively achieved by a wedge or an angular end of the magnetocaloric elements 2, and in particular by an edge 5 belonging to one of the extreme faces F farther away from the magnetocaloric elements 2, namely the face tangent to the inner circle 3.
  • the magnetic poles P 21 , P 22 of the second magnetizing structure SM 2 which cooperate with the first magnetizing structure SMi are angularly offset by an angle ⁇ which corresponds to the angle of offset a with the magnetic poles P 23 , P 24 of the second magnetizing structure SM 2 which cooperate with the third magnetizing structure SM 3 .
  • the magnetic inductions in the air gaps Ei, E 2 are also shifted by a phase shift angle equal to the angle a.
  • the penetration force in the field is limited because the attraction force of the support S 2 in the magnetic field of the air gaps E 2 does not take place at the same time as the effort of the attraction of the support Si in the magnetic field of the gaps Ei.
  • FIGS. 4A, 4B, 5 and 6 show the second embodiment in which the thermal apparatus 100, 110 comprises two pairs of parallel air gaps E 1 , E 2 in which the supports S 1 and S 2 are arranged with an angular offset ⁇ between them. More precisely, the magnetocaloric elements 2 of the two supports Si and S 2 , strictly aligned longitudinally with each other in the preceding embodiment and perfectly superimposed, are in this variant slightly offset longitudinally of said angle ⁇ and partially superimposed to generate a continuity of magnetocaloric material. between the two supports Si and S 2 .
  • FIG. 4A, 4B, 5 and 6 show the second embodiment in which the thermal apparatus 100, 110 comprises two pairs of parallel air gaps E 1 , E 2 in which the supports S 1 and S 2 are arranged with an angular offset ⁇ between them. More precisely, the magnetocaloric elements 2 of the two supports Si and S 2 , strictly aligned longitudinally with each other in the preceding embodiment and perfectly superimposed, are in this variant slightly offset longitudinally of said angle ⁇
  • FIGS. 4B represents for this purpose only the positioning of the two supports Si and S 2 relative to each other, superimposed and offset by an angle ⁇ .
  • the magnetocaloric elements 2 of the support Si are shown with hatching, the latter being able to illustrate in particular the heat transfer fluid circulation channels through said magnetocaloric elements 2, whereas the magnetocaloric elements 2 of the support S 2 do not include hatching.
  • This configuration represents a particular case in which the offset angle ⁇ is equal to half the angle ⁇ between the two longitudinal median axes of two adjacent magnetocaloric elements 2 of a support Si, S 2 .
  • the magnetizing structures SM 1 , SM 2 , SM 3 may be the same as those described in the first embodiment of FIGS. 1 to 3, with the difference that the magnetic poles Pu, P 12 ; P 21 , P 22; P23, P24; P31, P32 are all aligned with each other longitudinally, without angular displacement, as shown in FIGS. 4A, 4B, 5 and 6. Circulation of the magnetic flux in the thermal apparatus 100 of FIGS.
  • the magnetic cycles experienced by the magnetocaloric elements 2 in the air gaps E 1 and E 2 are offset by a phase shift angle equal to the offset angle ⁇ , which makes it possible to achieve a magnetic compensation between the forces of attraction / repulsion occurring in the air gaps E 1 and E 2 between the magnetocaloric elements 2 and the magnetic poles Pu, P 12 ; P 21 , P 22; P23, P24; P31, P32 magnetizing structures SMi, SM 2 , SM3.
  • there is a continuous flow of magnetocaloric material which enters the magnetic field and the magnetic attraction force is then almost constant and causes practically no jerk in the displacement of the magnetizing structures.
  • a magnetic cycle comprises two magnetization phases, corresponding, for the magnetocaloric elements 2, to a position between two magnetic poles Pu, P 21 ; P 12 , P 22 ; P23, P31; P24, P32, and two corresponding demagnetization phases, for the magnetocaloric elements 2, at a position outside said poles.
  • the offset angle ⁇ between the two supports Si and S 2 corresponds to half the angle ⁇ between two magnetocaloric elements 2 adjacent.
  • the magnetic poles Pu, P 12 , P 21 , P 22 , P 23 , P 24 , P 3 i, P 32 have the shape of portions of rings extending over angular sectors, the angle of which is determined to form the two magnetization phases and the two phases of demagnetization on a complete revolution of the magnetic arrangement.
  • the radial arrangement of the magnetic poles and the radial arrangement of the magnetocaloric elements 2 imply that the input of the magnetocaloric elements 2 into the magnetic field of said magnetic poles Pu, P 12 , P 21 , P 22 , P 23 , P 24 , P 31 , P 32 begins with an edge, called the input edge 5, belonging to one of the two extremal faces F of the magnetocaloric elements 2. In the embodiments described, it is the edge of the input of the extremal face located on the inner circle 3 of the crown C which is the first to enter the magnetic field.
  • the invention is not limited to the configuration as illustrated magnetic poles Pu, P 12 , P 21 , P 22; P 23 , P 24 , P 31 , P 32 and supports Si, S 2 .
  • the magnetic poles which are represented as having three permanent magnets may comprise a different number of permanent magnets, one for example with different shapes.
  • the shape of the magnetic poles may be different from that illustrated, and adapted to the shape and volume of air gaps Ei, E 2 dictated by the shape of the supports Si, S 2 and magnetocaloric elements 2 to be subjected to the magnetic field gaps Ei, E 2 , and the intensity of this magnetic field.
  • the means for circulating the coolant are not shown. They can be in the form of pistons or membranes driven mechanically by a cam itself driven in rotation.
  • the invention makes it possible to achieve the goals set, namely to propose a magnetocaloric thermal apparatus having a rotation speed that is as constant and stable as possible, the sound level of which is low, increased life and whose achievement is structurally simple.
  • the invention thus makes it possible to avoid the over-dimensioning of the motor required in the case of large torque variations associated with variations in magnetic forces and makes it possible to increase the average efficiency of said motor and therefore of said apparatus, since an engine consumes more in its high torque range.
  • Such an apparatus may especially find an industrial as well as a domestic application when it is integrated in a magnetocaloric thermal appliance intended to be used in the field of cooling, air conditioning, tempering, heating or other, at competitive costs and with a small footprint.

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Abstract

L'invention concerne un appareil thermique (1) magnétocalorique à structure rotative autour d'un axe longitudinal (L), comportant un arrangement magnétique définissant au moins deux entrefers (E1, E2) parallèles entre eux et agencé pour créer dans chacun desdits entrefers (E1, E2) un champ magnétique variable autour de l'axe longitudinal (L). Deux supports (S1, S2) portent des éléments magnétocaloriques (2) et sont placés chacun dans le plan médian (P1, P2) d'un desdits entrefers (E1, E2). L'arrangement magnétique et les supports (S1, S2) sont en déplacement relatif l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal (L) et sont positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal (L) de manière à générer un déphasage entre le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques (2) d'un des supports (S1) dans un des entrefers (E1, E2) et celui subi par les éléments magnétocaloriques de l'autre support (S2) dans l'autre entrefer (E1, E2).

Description

APPAREIL THERMIQUE MAGNETOCALORIQUE
Domaine technique : La présente invention concerne un appareil thermique magnétocalorique à structure rotative autour d'un axe longitudinal, ledit appareil thermique comportant un arrangement magnétique définissant au moins deux entrefers au moins partiellement superposés et parallèles entre eux, et agencé pour créer dans chacun desdits entrefers un champ magnétique variable autour de l'axe longitudinal, au moins deux supports au moins partiellement superposés, placés chacun dans le plan médian d'un desdits entrefers et portant des éléments magnétocaloriques au moins partiellement superposés entre lesdits supports, ledit arrangement magnétique et lesdits supports étant en déplacement relatif l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal pour faire subir aux éléments magnétocaloriques de chaque support un cycle magnétique créé par le champ magnétique variable dans l'entrefer correspondant.
Technique antérieure
La présente invention concerne le domaine du froid magnétique, et plus particulièrement celui des appareils thermiques utilisant l'effet magnétocalorique de matériaux dits magnétocaloriques.
L'effet magnétocalorique (EMC) des matériaux magnétocaloriques consiste en une variation de leur température lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique variable en intensité. Il suffit ainsi de soumettre ces matériaux à une succession de cycles comportant une alternance de phases de magnétisation et de démagnétisation et de réaliser un échange thermique avec un fluide caloporteur traversant lesdits matériaux de part en part pour parvenir à une variation de température la plus élargie possible entre les extrémités desdits matériaux. Ce cycle est répété jusqu'à des fréquences de plusieurs Hertz. L'efficacité d'un tel cycle de réfrigération magnétique surpasse d'environ 50 % celle d'un cycle de réfrigération classique. Le matériau magnétocalorique s'échauffe de manière quasi-instantanée quand il est placé dans un champ magnétique et il se refroidit suivant une même dynamique thermique quand il est retiré du champ magnétique. Pendant ces phases magnétiques, le fluide caloporteur va, soit se réchauffer au contact du matériau magnétocalorique lors d'une phase dite de magnétisation, soit se refroidir au contact du matériau magnétocalorique lors d'une phase dite de démagnétisation. De manière générale, dans les applications fonctionnant à température ambiante, le fluide caloporteur est un liquide et circule dans des canaux rectilignes ou des pores débouchant existants dans le matériau magnétocalorique. A cet effet, le liquide caloporteur peut être de l'eau pure ou additionnée d'antigel, un produit glycolé ou une saumure, par exemple.
Plus le champ magnétique est élevé dans l'entrefer, plus l'effet magnétocalorique induit dans le matériau magnétocalorique est important, ce qui a pour effet d'augmenter la puissance thermique aussi bien que son gradient de température entre ses deux extrémités d'entrée/sortie du fluide caloporteur, et donc le rendement global d'un tel appareil thermique magnétocalorique. De la même manière, quand la fréquence des cycles augmente, la puissance thermique (par exemple : le refroidissement) délivrée par l'appareil thermique augmente également. Pour que cette puissance augmente en proportion de l'augmentation de la fréquence, il est nécessaire d'avoir un arrangement magnétique susceptible de pouvoir générer un champ magnétique uniforme et intense dans au moins un entrefer et de pouvoir réaliser le déplacement relatif de cet arrangement magnétique par rapport aux éléments magnétocaloriques en consommant le moins possible d'énergie.
A cet effet, les structures rotatives sont privilégiées car elles permettent, d'une part, de réaliser un appareil thermique compact avec l'arrangement magnétique en déplacement par rapport au(x) matériau(x) magnétocalorique(s) et, d'autre part, de présenter un bon ratio de matériau magnétocalorique par volume utilisé. Etant donné que la puissance thermique de l'appareil thermique dépend notamment de la quantité de matériau magnétocalorique utilisée, une telle disposition est effectivement très avantageuse. La demanderesse a déposé à cet effet les demandes de brevets FR 2 987 433 et FR 2 994 018 ayant pour objet des arrangements magnétiques rotatifs. La publication FR 2 994 018 correspond au préambule de la revendication 1. Toutefois, étant donné que la perméabilité magnétique de l'air est inférieure à celle des matériaux magnétocaloriques, le déplacement relatif des matériaux magnétocaloriques par rapport à l'arrangement magnétique ou inversement entraîne dans l'entrefer une alternance de différentes perméabilités magnétiques, avec une attraction magnétique plus importante au passage du matériau magnétocalorique. De ce fait, le déplacement ou la vitesse angulaire de l'arrangement magnétique ou des éléments magnétocaloriques n'est pas naturellement continu, ni uniforme et génère des à-coups. Cette situation est gênante car elle perturbe le cycle magnétique en réduisant la puissance thermique et en augmentant la consommation d'énergie. Elle entraîne également une augmentation du niveau sonore de fonctionnement de l'appareil et a une incidence négative sur son endurance et sa stabilité mécanique.
Exposé de l'invention:
La présente invention vise à résoudre ces inconvénients en proposant un appareil thermique magnétocalorique comportant un agencement particulier de l'arrangement magnétique et/ou des éléments magnétocaloriques permettant de réduire le moment magnétique et de ce fait aussi le moment mécanique nécessaire à l'entraînement de l'arrangement magnétique afin d'obtenir un déplacement relatif rotatif et continu de l'arrangement magnétique par rapport aux matériaux magnétocaloriques.
Dans ce but, l'invention concerne un appareil thermique tel que décrit en préambule, caractérisé en ce que l'arrangement magnétique et les supports sont positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal de manière à générer un déphasage entre le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques d'un des supports dans un des entrefers et le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques de l'autre support dans l'autre entrefer, de sorte que les éléments magnétocaloriques pénètrent progressivement dans le champ magnétique desdits entrefers et ce, de façon continue entre les supports, l'effort d'attraction magnétique obtenu étant alors quasi constant. Ce déphasage est réalisé par construction, c'est-à-dire par l'agencement ou le positionnement particulier de l'arrangement magnétique et/ou des éléments magnétocaloriques entre eux.
Dans un premier mode de réalisation, l'arrangement magnétique peut comporter une première, une deuxième et une troisième structures magnétisantes pourvues chacune d'au moins une paire de pôles magnétiques, et positionnées successivement de long de l'axe longitudinal de l'appareil thermique pour définir, avec leurs paires de pôles magnétiques, lesdits entrefers, et lesdites structures magnétisantes peuvent être positionnées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal de manière à générer un cycle magnétique dans un des entrefers qui est décalé d'un angle de déphasage par rapport au cycle magnétique dans l'autre entrefer.
Dans ce mode, la première et la troisième structures magnétisantes peuvent être identiques, montées avec un décalage angulaire entre elles correspondant à l'angle de déphasage. En outre, la deuxième structure magnétisante peut comporter, d'une part, des premiers pôles magnétiques, qui forment un premier entrefer avec les pôles magnétiques correspondants de la première structure magnétisante et, d'autre part, des seconds pôles magnétiques, qui forment un second entrefer avec les pôles magnétiques correspondants de la troisième structure magnétisante, et les premiers et seconds pôles magnétiques de ladite deuxième structure magnétisante peuvent être montés avec un décalage angulaire correspondant à l'angle de déphasage.
Dans une première variante de réalisation de ce premier mode, la première et la troisième structures magnétisantes peuvent être montées tête-bêche et décalées angulairement d'un angle correspondant à l'angle de déphasage, les premiers pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la première structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer, les seconds pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la troisième structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer, et le sens de magnétisation des premiers et second pôles magnétiques peut être le même pour créer une seule boucle de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil traversant lesdites première, deuxième et troisième structures magnétisantes. Dans une seconde variante de réalisation de ce premier mode, la première et la troisième structures magnétisantes peuvent être montées en regard et décalées angulairement d'un angle correspondant à l'angle de déphasage, les premiers pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la première structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer et créer une première boucle de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil traversant lesdits premiers pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante et lesdits pôles magnétiques de la première structure magnétisante. Les seconds pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la troisième structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer et créer une seconde boucle de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil traversant lesdits seconds pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante et lesdits pôles magnétiques de la troisième structure magnétisante. Le sens de magnétisation des seconds pôles magnétiques peut être opposé à celui des premiers pôles magnétiques pour que le flux magnétique circule dans la première boucle dans le sens opposé au flux magnétique circulant dans la seconde boucle.
En outre, les éléments magnétocaloriques peuvent être positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre sur leurs supports selon un angle prédéfini et l'angle de déphasage peut être inférieur à l'angle entre deux éléments magnétocaloriques adjacents.
De plus, les supports peuvent être géométriquement identiques et disposés parallèlement entre eux dans les entrefers correspondants, sans décalage angulaire. De préférence, les supports sont plans.
Dans le second mode de réalisation de l'invention, les supports peuvent être également géométriquement identiques, disposés parallèlement entre eux dans les entrefers correspondants, mais décalés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle correspondant à l'angle de déphasage.
Dans ce mode, les éléments magnétocaloriques peuvent être positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre sur leurs supports selon un angle prédéfini et le décalage angulaire entre les deux supports peut être inférieur à l'angle entre deux éléments magnétocaloriques adjacents.
Par exemple, l'angle de décalage entre les deux supports peut être égal à la moitié de l'angle entre deux éléments magnétocaloriques adjacents. Dans ce second mode de réalisation, l'arrangement magnétique peut comprendre une première, une deuxième et une troisième structures magnétisantes positionnées successivement le long de l'axe longitudinal et définissant, avec leurs pôles magnétiques alignés et montés selon deux sens de magnétisation opposés, le premier et le second entrefers.
Dans les deux modes de réalisation, les éléments magnétocaloriques peuvent comporter N parallélépipèdes rectangles munis de matériau magnétocalorique et disposés dans une zone en forme de couronne dudit support, ladite couronne étant centrée sur l'axe longitudinal. Cette couronne peut être définie par deux cercles concentriques, dits cercle interne et cercle externe. Dans ce cas, deux des faces opposées des parallélépipèdes rectangles formant lesdits éléments magnétocaloriques dites faces extrémales peuvent être tangentes chacune à un desdits cercles concentriques, et les axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques adjacents peuvent former entre eux un angle égal à 360/N degrés. Dans les deux modes de réalisation, les pôles magnétiques peuvent présenter la forme de portions d'anneaux s'étendant sur des secteurs angulaires dont l'angle est déterminé pour que l'entrée des éléments magnétocaloriques dans le champ magnétique desdits pôles magnétiques débute par une arrête appartenant à l'une desdites faces extrémales. On crée ainsi une variation d'induction magnétique la plus progressive et continue possible dans chaque élément magnétocalorique, ce qui permet encore de réduire la force nécessaire pour faire entrer et sortir les éléments magnétocaloriques dans le et hors du champ magnétique de l'entrefer.
Dans les deux modes de réalisation, les éléments magnétocaloriques peuvent être positionnés radialement sur ledit support.
Dans les deux modes de réalisation, pour simplifier la structure de l'appareil thermique, les pôles magnétiques de chaque structure magnétisante peuvent être identiques, mais montés selon deux sens de magnétisation opposés.
Par élément magnétocalorique, il faut comprendre au sens de la présente invention un élément physique comportant du matériau magnétocalorique. Un élément magnétocalorique peut notamment comporter plusieurs types de matériaux magnétocaloriques et réagir à différentes températures, ce qui génère un gradient thermique le long de l'élément magnétocalorique. Ainsi, les matériaux magnétocaloriques constituant les éléments magnétocaloriques peuvent présenter des températures de Curie différentes, ordonnées selon un ordre croissant ou décroissant. Les éléments magnétocaloriques susceptibles d'être positionnés dans l'entrefer de l'appareil thermique selon l'invention sont destinés à être en contact thermique avec un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur peut par exemple circuler de leur extrémité froide vers leur extrémité chaude au cours d'une phase de magnétisation du cycle magnétique qui correspond à une phase dans laquelle les éléments magnétocaloriques sont positionnés dans un entrefer et soumis à un champ magnétique (provoquant une hausse de leur température ) et de leur extrémité chaude vers leur extrémité froide au cours d'une phase suivante de démagnétisation du cycle magnétique dans laquelle les éléments magnétocaloriques sont positionnés hors de l'entrefer et soumis à un champ magnétique nul (provoquant une diminution de leur température). Un cycle magnétocalorique comporte ainsi une phase de magnétisation et une phase de démagnétisation. Le contact thermique entre le fluide caloporteur et les éléments magnétocaloriques peut être réalisé par un fluide caloporteur passant le long ou à travers les éléments magnétocaloriques. Les éléments magnétocaloriques peuvent comprendre des passages de circulation du fluide s'étendant entre les deux extrémités des éléments magnétocaloriques. Ces passages peuvent être réalisés grâce à la porosité des matériaux magnétocaloriques, ou par des canaux par exemple obtenus par un ensemble de plaques de matériau magnétocalorique éventuellement rainurées ou préformées, assemblées et espacées uniformément ou réalisés dans des blocs de matériau magnétocalorique usinés. Les éléments magnétocaloriques peuvent aussi se présenter sous la forme de sphères de taille calibrée de sorte que les interstices forment des passages de fluide. Toute autre forme de réalisation permettant au fluide caloporteur d'échanger thermiquement avec le matériau constituant un élément magnétocalorique peut, bien entendu, convenir.
De préférence, les aimants permanents décrits ci-dessus et utilisés pour réaliser le générateur de champ magnétique selon la présente invention présentent une induction uniforme.
Description sommaire des dessins : La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'un appareil thermique magnétocalorique selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue schématique de l'appareil de la figure 1, illustrant plus particulièrement son arrangement magnétique,
la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2 d'un appareil selon une variante de réalisation du premier mode de l'invention,
- la figure 4A est une représentation schématique simplifiée d'un appareil thermique magnétocalorique selon un second mode de réalisation,
la figure 4B est une représentation des deux supports d'éléments magnétocaloriques superposés, illustrant leur décalage angulaire autour de l'axe central longitudinal,
- la figure 5 est une vue schématique de l'appareil de la figure 4A, illustrant plus particulièrement son arrangement magnétique, et
la figure 6 est vue semblable à celle de la figure 5 d'un appareil selon une variante de réalisation du second mode de réalisation de l'invention. Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser :
Dans les exemples de réalisation illustrés, les pièces ou parties identiques portent les mêmes références numériques. Les figures 1 à 6 annexées représentent schématiquement un appareil thermique 1, 10, 100, 110 magnétocalorique à structure rotative autour d'un axe longitudinal L et selon deux modes de réalisation de l'invention. Cet appareil thermique 1, 10, 100, 110 comporte essentiellement un arrangement magnétique comportant trois structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 au moins partiellement superposées et parallèles entre-elles, selon ledit axe longitudinal L, qui seront décrites ci-après, deux supports Si, S2 préférentiellement identiques, au moins partiellement superposés et parallèles entre eux, disposés dans les entrefers Ei, E2 définis par les structures magnétisantes et portant des éléments magnétocaloriques 2, d'un dispositif (non représenté) de mise en circulation d'un fluide caloporteur à travers les éléments magnétocaloriques 2, et d'échangeurs de chaleur (non représentés) pour réaliser l'échange thermique avec l'environnement ou une application extérieure.
De préférence, la première structure magnétisante SMi et la troisième structure magnétisante SM3 de l'appareil thermique 1, 10, 100, 110 sont identiques. Cela permet d'avoir une seule pièce susceptible de constituer la première SMi et la troisième SM3 structures magnétisantes. Dans les modes de réalisation présentés dans les figures 1 et 2, et 4A, 4B et 5, ces première et troisième structures magnétisantes SMi, SM3 sont montées tête-bêche et disposées en regard l'une de l'autre parallèlement à un plan transversal central P, avec un décalage angulaire a entre elles pour le premier mode de réalisation (figures 1 et 2) et sans décalage angulaire pour le second mode de réalisation (figures 4A, 4B et 5). Dans les variantes présentées dans les figures 3 et 6, les première et troisième structures magnétisantes SMi, SM3 sont simplement montées en regard l'une de l'autre parallèlement au plan transversal central P, avec un décalage angulaire a entre elles pour la variante de la figure 3 et sans décalage angulaire pour la variante de la figure 6.
Dans les deux modes de réalisation, la deuxième structure magnétisante SM2 est interposée entre la première structure magnétisante SMi et la troisième structure magnétisante SM3 de manière à délimiter au moins deux et dans l'exemple représenté quatre entrefers Ei, E2 au moins en partie superposés deux à deux, et diamétralement opposés deux à deux, autour de plans transversaux Pi et P2 parallèles au plan central P et dans lesquels sont montés à chaque fois un support SI, S2 portant les éléments magnétocaloriques 2. En outre, les entrefers Ei et E2 peuvent avoir le même volume. Dans les deux modes de réalisation illustrés, les éléments magnétocaloriques 2 de chaque support SI, S2 sont scindés en quatre groupes, dont deux groupes diamétralement opposés situés chacun dans un des entrefers Ei, E2 et soumis à une phase de magnétisation au cours de laquelle ils génèrent des calories, alternés avec deux autres groupes situés chacun en dehors desdits entrefers Ei, E2 et soumis à une phase de démagnétisation au cours de laquelle ils génèrent des frigories. Cet agencement est bien entendu dépendant du nombre de pôles magnétiques définis par les structures magnétisantes SMi, SM2, SM3.
Dans tous les cas, les éléments magnétocaloriques 2 des supports SI, S2 sont au moins partiellement superposés ou sensiblement alignés longitudinalement entre eux, et sont dans un même état magnétique, à l'angle de déphasage près. Ainsi, ils peuvent être raccordés entre eux dans une même boucle thermique permettant de simplifier et d'optimiser la conception des dispositifs de mise en circulation du fluide caloporteur (non représentés). La superposition selon l'axe longitudinal L des structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 et des supports SI, S2 permet d'augmenter la quantité d'éléments magnétocaloriques 2 qui sont dans un même état magnétique dans le but d'augmenter le gradient de température s'ils sont raccordés en série, ou la puissance thermique s'ils sont raccordés en parallèle, sans avoir besoin de multiplier le nombre de dispositifs (non représentés) de mise en circulation du fluide caloporteur à travers lesdits éléments magnétocaloriques 2. Selon un premier mode de réalisation en référence aux figures 1 à 3, la première et la troisième structures magnétisantes SMi, SM3 sont montées l'une par rapport à l'autre avec un décalage angulaire d'un angle a. L'on obtient ainsi dans les entrefers El et E2 au moins partiellement superposés des profils d'induction magnétique qui sont identiques mais déphasés angulairement l'un par rapport à l'autre de l'angle a. Cela permet de réaliser une compensation de l'effort magnétique induit par la pénétration des supports Si et S2 dans leurs entrefers Ei, E2 respectifs. Ce décalage angulaire a permet de lisser l'effort magnétique de pénétration dans le champ magnétique des éléments magnétocaloriques 2. Par ce décalage angulaire, les éléments magnétocaloriques 2 pénètrent progressivement dans le champ magnétique desdits entrefers Ei, E2 et ce, de façon continue entre les supports Si et S2. De ce fait, il y a un flux continu de matière magnétocalorique qui pénètre dans le ou sort du champ magnétique et l'effort d'attraction magnétique est alors quasi constant et n'entraîne pratiquement aucun à-coup dans le déplacement des structures magnétiques.
Dans les deux modes de réalisation, chaque structure magnétisante SMi, SM2, SM3 comporte une base 6, 7, 8 en une matière ferromagnétique sur laquelle sont montés des aimants permanents et/ou des pièces ferromagnétiques constituant au moins une paire de pôles magnétiques Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P31, P32 diamétralement opposés. Dans les exemples illustrés, les pôles magnétiques comportent chacun trois aimants montés sur la base 6, 7, 8. La base de la première et de la troisième structures magnétisantes SMi, SM3 est réalisée en une matière apte à conduire le champ magnétique qui doit circuler entre les deux pôles magnétiques Pu, P12 ; P3i, P32 de chaque première et troisième structures magnétisantes SMi, SM3.
Pour ce faire, le pôle magnétique Pu de la première structure magnétisante SMi présente une résultante d'induction magnétique Ru qui est, d'une part, parallèle à l'axe longitudinal L et à la résultante d'induction magnétique Ri2 de l'autre pôle magnétique P12 de cette première structure magnétisante SMi et, d'autre part, de sens opposé à la résultante d'induction magnétique Ri2 dudit pôle magnétique P12. Cela s'applique aux autres structures magnétisantes SM2 et SM3. Ainsi, pour chaque paire de pôles magnétiques P21, P22 ; P23, P24 ; P3i, P32 d'une même structure magnétisante et située dans une même paire d'entrefers Ei, E2, les résultantes d'induction R2i, R22 ; R23, R24 ; R31 , R32 sont parallèles entre elles et à l'axe longitudinal L et de sens opposé. De ce fait, en référence au premier mode de réalisation, en orientant les sens de magnétisation ou résultantes d'induction magnétique Ru, R2i, R23, R3i des pôles magnétiques Pu, P21, P23, P3i situés sur un même côté de l'appareil thermique 1 dans un sens et celui Ri2, R22, R24, R32 des pôles magnétiques opposés P12, P22, P24, P32 situés de l'autre côté de l'appareil thermique 1 dans le sens contraire, tel que cela ressort plus particulièrement à la figure 2, le flux d'induction magnétique induit par l'arrangement magnétique forme une seule boucle B fermée dans l'appareil 1. En référence à la figure 2, le flux magnétique circule dans l'appareil thermique 1 :
du pôle magnétique Pu de la première structure magnétisante SMi au premier pôle magnétique P21 de la deuxième structure magnétisante SM2, en traversant un des entrefers Ei et le support Si, puis
- par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique de la deuxième structure magnétisante SM2, du premier pôle magnétique P21 au second pôle magnétique P23, puis
du second pôle magnétique P23 au pôle magnétique P3i de la troisième structure magnétisante SM3, en traversant un des entrefers E2 et le support S2, puis
par l'intermédiaire de la base 8 en matière ferromagnétique de la troisième structure magnétisante SM3, du pôle magnétique P3i au pôle magnétique P32, puis
du pôle magnétique P32 de la troisième structure magnétisant SM3 au second pôle magnétique P24 de la deuxième structure magnétisante SM2 en traversant l'autre entrefer E2 et le support S2, puis
du second pôle magnétique P24 de la deuxième structure magnétisante SM2 au premier pôle magnétique P22 de la deuxième structure magnétisante SM2 par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique, puis
- du premier pôle magnétique P22 de la deuxième structure magnétisante SM2 au pôle magnétique P12 de la première structure magnétisante SMi en traversant l'autre entrefer Ei et le support Si, puis
par l'intermédiaire de la base 6 en matière ferromagnétique de la première structure magnétisante SMi, du pôle magnétique P12 au pôle magnétique Pu.
En référence à la variante de ce mode de réalisation illustrée dans la figure 3, dans laquelle le générateur thermique 10 se démarque uniquement par une orientation différente des sens d'aimantation ou résultantes d'induction magnétique de certains pôles magnétiques, l'on obtient deux boucles magnétiques Bi et B2. Dans cette variante, les résultantes d'induction magnétique R23 et R24 des seconds pôles magnétiques P23 et P24 de la deuxième structure magnétisante SM2 sont orientées dans le sens inverse aux résultantes d'induction magnétique R21 et R22 des premiers pôles magnétiques P21 et P22 de la deuxième structure magnétisante SM2. Les résultantes d'induction magnétique Ru et R12 des pôles magnétiques Pu et P12 de la première structure magnétisante SMi sont orientées dans le même sens que les résultantes d'induction magnétique R21 et R22 des premiers pôles magnétiques P21 et P22 de la deuxième structure magnétisante SM2 avec lesquels ils coopèrent pour former la première paire d'entrefers Ei. L'on obtient ainsi la première boucle magnétique Bi. De la même manière, les résultantes d'induction magnétique R31 et R32 des pôles magnétiques P31 et P32 de la troisième structure magnétisante SM3 sont orientées dans le même sens que les résultantes d'induction magnétique R23 et R24 des seconds pôles magnétiques P23 et P24 de la deuxième structure magnétisante SM2 avec lesquels ils coopèrent pour former la seconde paire d'entrefers E2. L'on obtient ainsi la seconde boucle magnétique B2. En référence à la figure 3, le flux magnétique circule dans l'appareil thermique 10, dans la première boucle Bi :
- du pôle magnétique Pu de la première structure magnétisante SMi au premier pôle magnétique P21 de la deuxième structure magnétisante SM2, en traversant un des entrefers Ei et le support Si, puis
par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique de la deuxième structure magnétisante SM2, du premier pôle magnétique P21 au premier pôle magnétique P22, puis
du premier pôle magnétique P22 au pôle magnétique P12 de la première structure magnétisante SMi, en traversant l'autre entrefer Ei et le support Si, puis par l'intermédiaire de la base 6 en matière ferromagnétique de la première structure magnétisante SMi, du pôle magnétique P12 au pôle magnétique Pu.
De la même manière, en référence à la figure 3, le flux magnétique circule dans l'appareil thermique 10, simultanément dans la seconde boucle B2 :
du pôle magnétique P31 de la troisième structure magnétisante SM3 au second pôle magnétique P23 de la deuxième structure magnétisante SM2, en traversant un des entrefers E2 et le support S2, puis par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique de la deuxième structure magnétisante SM2, du second pôle magnétique P23 au second pôle magnétique P24, puis
du second pôle magnétique P24 au pôle magnétique P32 de la troisième structure magnétisante SM3, en traversant l'autre entrefer E2 et le support S2, puis par l'intermédiaire de la base 8 en matière ferromagnétique de la troisième structure magnétisante SM3, du pôle magnétique P32 au pôle magnétique P3i.
Dans les deux modes de réalisation, les supports Si, S2 et les structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 sont montés autour de l'axe longitudinal L de l'appareil thermique 1 selon un mouvement rotatif relatif des uns par rapport aux autres de sorte que les éléments magnétocaloriques 2 puissent entrer et sortir alternativement des entrefers Ei, E2.
De préférence, afin de simplifier la construction mécanique et les écoulements fluidiques, les supports Si et S2 sont fixes et les structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 sont mises en rotation par rapport à l'axe longitudinal L par tout moyen d'entraînement adapté. A cet effet, la position relative des structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 entre-elles est maintenue fixe, soit rigidement, soit par attraction magnétique entre elles, par exemple. Dans ce dernier cas, au moins une des structures magnétisantes SMi est montée rigidement sur l'axe longitudinal L qui l'entraîne selon un mouvement de rotation et les autres structures magnétisantes SM2, SM3 sont montées libres en rotation sur l'axe longitudinal L et entraînées en rotation par l'attraction magnétique de la structure magnétisante SMi qui se meut.
Bien que les éléments magnétocaloriques 2 représentés dans les dessins annexés présentent la forme de parallélépipèdes rectangles, cette configuration n'est pas limitative, et d'autres formes peuvent être envisageables. Ainsi, à tire d'exemple, les éléments magnétocaloriques peuvent être sous la forme de blocs, poreux ou comportant des canaux de circulation, dont la base est trapézoïdale ou comporte des faces latérales qui ne sont pas parallèles entre elles.
Les supports Si, S2 comportant les éléments magnétocaloriques 2 sont de préférence identiques géométriquement.
La présente invention se démarque de celles divulguées dans les demandes susvisées par le positionnement particulier des structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 entre elles et/ou par le positionnement des supports Si et S2 entre eux. En effet, un décalage angulaire est réalisé, qui permet d'obtenir une induction magnétique de préférence identique, mais décalée ou déphasée entre les entrefers Ei, E2 au moins partiellement superposés. De cette manière, une compensation magnétique apparaît entre les efforts magnétiques nécessaires pour réaliser un déplacement continu des structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 par rapport aux supports Si, S2 desdits éléments magnétocaloriques 2, ou inversement.
Ainsi, en référence aux figures 1 à 3 qui représentent un appareil thermique 1, 10 magnétocalorique selon un premier mode de réalisation de l'invention, la première et la troisième structures magnétisantes SMi, SM3 sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle a. Les figures 4A, 4B, 5 et 6 représentent quant à elles un appareil thermique 100, 110 réalisé selon un second mode, dans lequel ce sont les supports Siet S2 qui sont décalés angulairement entre eux d'un angle β.
Cet angle de décalage a des structures magnétisantes SMi et SM3 dans les figures 1 à 3 correspond dans cet exemple à la moitié de l'angle Θ entre deux éléments magnétocaloriques 2 consécutifs, ces derniers étant disposés radialement autour de l'axe longitudinal L. Les éléments magnétocaloriques 2 peuvent également être orientés ou disposés de manière non radiale sur leur support Si, S2. Une telle configuration n'est pas représentée.
De préférence, les éléments magnétocaloriques 2 sont disposés dans une zone annulaire en forme de couronne C des supports Si et S2. Cette couronne C est délimitée par un cercle interne 3 et un cercle externe 4 qui est concentrique au cercle interne 3. Dans les exemples représentés, les deux faces opposées les plus éloignées desdits éléments magnétocaloriques 2 sont tangentes chacune à un des cercles concentriques 3 et 4 et les axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques adjacents 2 forment entre eux un angle Θ égal à 360/N degrés, N étant le nombre d'éléments magnétocaloriques 2 portés par un support Si, S2. En outre, l'angle de décalage a des structures magnétisantes SMi et SM3 est de préférence inférieur à l'angle Θ entre deux éléments magnétocaloriques 2 adjacents.
En outre, pour aider encore à la rotation continue des différents éléments en mouvement dans l'appareil thermique 1, 10 selon l'invention, il peut être prévu d'orienter les différents éléments magnétocaloriques 2 par rapport aux faces latérales des pôles magnétiques de telle sorte que l'entrée des éléments magnétocaloriques 2 dans les champs magnétiques des entrefers Ei, E2 est réalisée progressivement, par un coin ou une extrémité angulaire des éléments magnétocaloriques 2, et en particulier par une arête 5 appartenant à une des faces extrémales F les plus éloignées des éléments magnétocaloriques 2, à savoir la face tangente au cercle interne 3. Cela permet d'obtenir une entrée progressive des éléments magnétocaloriques 2 dans le champ magnétique, et donc de favoriser un déplacement continu des structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 par rapport aux supports Si et S2 d'éléments magnétocaloriques 2. Une telle configuration peut également être transposée dans le second mode de réalisation dans lequel les supports Si et S2 sont décalés angulairement.
Dans ce premier mode de réalisation, illustré aux figures 1, 2 et 3, les pôles magnétiques P21, P22 de la deuxième structure magnétisante SM2 qui coopèrent avec la première structure magnétisante SMi sont décalés angulairement d'un angle a qui correspond à l'angle de décalage a avec les pôles magnétiques P23, P24 de la deuxième structure magnétisante SM2 qui coopèrent avec la troisième structure magnétisante SM3. Il en résulte que les inductions magnétiques dans les entrefers Ei, E2 sont également décalées d'un angle de déphasage égal à l'angle a.
Dans une telle configuration, l'effort de pénétration dans le champ est limité car l'effort d'attraction du support S2 dans le champ magnétique des entrefers E2 n'a pas lieu en même temps que l'effort de l'attraction du support Si dans le champ magnétique des entrefers Ei. Par pénétrations successives des éléments magnétocaloriques 2 du support Si dans le champ magnétique des entrefers Ei et des éléments magnétocaloriques 2 du support S2 dans le champ magnétique des entrefers E2, l'effort magnétique devient alors continu et quasi constant.
Dans cette configuration, les pôles magnétiques des trois structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 s'étendent sur un secteur angulaire identique, mais décalé angulairement pour certains desdits pôles magnétiques. Les figures 4A, 4B, 5 et 6 représentent le second mode de réalisation dans lequel l'appareil thermique 100, 110 comporte deux paires d'entrefers Ei, E2 parallèles dans lesquels les supports Si et S2 sont disposés avec un décalage angulaire β entre eux. Plus exactement, les éléments magnétocaloriques 2 des deux supports Si et S2, strictement alignés longitudinalement entre eux dans la variante de réalisation précédente et parfaitement superposés, sont dans cette variante légèrement décalés longitudinalement dudit angle β et partiellement superposés pour générer une continuité de matériau magnétocalorique entre les deux supports Si et S2. La figure 4B représente à cet effet uniquement le positionnement des deux supports Si et S2 l'un par rapport à l'autre, superposés et décalés d'un angle β. Pour faciliter la compréhension, les éléments magnétocaloriques 2 du support Si sont représentés avec des hachures, ces dernières pouvant notamment illustrer les canaux de circulation du fluide caloporteur à travers lesdits éléments magnétocaloriques 2, alors que les éléments magnétocaloriques 2 du support S2 ne comportent pas de hachures. Cette configuration représente un cas particulier dans lequel l'angle de décalage β est égal à la moitié de l'angle Θ entre les deux axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques 2 adjacents d'un support Si, S2. Le plan de coupe des figures 5 et 6 passant par l'axe longitudinal L coupe des éléments magnétocaloriques 2 du support Si montés dans les premiers entrefers Ei mais pas les éléments magnétocaloriques 2 du support S2 montés dans les seconds entrefers E2. Cela est dû au décalage angulaire β entre les deux supports Si et S2. Les structures magnétisantes SMi, SM2, SM3 peuvent être les mêmes que celles décrites dans le premier mode de réalisation des figures 1 à 3, à la différence que les pôles magnétiques Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P31, P32 sont tous alignés entre eux longitudinalement, sans décalage angulaire, comme représenté dans les figures 4A, 4B, 5 et 6. La circulation du flux magnétique dans l'appareil thermique 100 des figures 4A, 4B et 5 est identique à celle décrite en relation avec l'appareil thermique 1 des figures 1 et 2, sans toutefois de décalage angulaire entre les pôles magnétiques. De la même manière, la circulation du flux magnétique dans l'appareil thermique 110 de la figure 6 est identique à celle décrite en relation avec l'appareil thermique 10 de la figure 3, sans toutefois de décalage angulaire entre les pôles magnétiques. Ainsi, les cycles magnétiques subis par les éléments magnétocaloriques 2 dans les entrefers Ei et E2 sont décalés d'un angle de déphasage égal à l'angle de décalage β, ce qui permet de réaliser une compensation magnétique entre les forces d'attraction/répulsion qui apparaissent dans les entrefers Ei et E2 entre les éléments magnétocaloriques 2 et les pôles magnétiques Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P31 , P32 des structures magnétisantes SMi, SM2, SM3. Il en résulte un lissage du déplacement des structures magnétiques par rapport aux supports Si et S2. En d'autres termes, il y a un flux continu de matière magnétocalorique qui pénètre dans le champ magnétique et l'effort magnétique d'attraction est alors quasi constant et n'entraîne pratiquement aucun à- coup dans le déplacement des structures magnétisantes.
Dans les appareils thermiques 1, 10, 100, 110 décrits, un cycle magnétique comporte deux phases de magnétisation, correspondant, pour les éléments magnétocaloriques 2, à une position entre deux pôles magnétiques Pu, P21 ; P12, P22 ; P23, P31 ; P24, P32, et deux phases de démagnétisation correspondant, pour les éléments magnétocaloriques 2, à une position en dehors desdits pôles. De ce fait, au cours d'une révolution complète de l'arrangement magnétique autour de l'axe longitudinal L, chaque élément magnétocalorique 2 expérimente deux cycles magnétocaloriques successifs comportant deux magnétisations et deux démagnétisations.
Dans les exemples d'appareils thermiques 100, 110 représentés dans les figures 4A, 4B, 5 et 6, l'angle de décalage β entre les deux supports Si et S2 correspond à la moitié de l'angle Θ entre deux éléments magnétocaloriques 2 adjacents. En outre, comme déjà décrit plus haut, pour améliorer la rotation continue de l'arrangement magnétique, les pôles magnétiques Pu, P12, P21, P22, P23, P24, P3i, P32 présentent la forme de portions d'anneaux s'étendant sur des secteurs angulaires, dont l'angle est déterminé pour former les deux phases de magnétisation et les deux phases de démagnétisation sur une révolution complète de l'arrangement magnétique. La disposition radiale des pôles magnétiques et la disposition radiale des éléments magnétocaloriques 2 impliquent que l'entrée des éléments magnétocaloriques 2 dans le champ magnétique desdits pôles magnétiques Pu, P12, P21, P22, P23, P24, P31, P32 débute par une arête, dite arête d'entrée 5, appartenant à l'une des deux faces extrémales F des éléments magnétocaloriques 2. Dans les modes de réalisation décrits, c'est l'arête d'entrée de la face extrémale située sur le cercle interne 3 de la couronne C qui est la première à rentrer dans le champ magnétique. L'invention n'est pas limitée à la configuration telle qu'illustrée des pôles magnétiques Pu, P12, P21, P22 ; P23, P24, P31, P32 et des supports Si, S2. Ainsi, les pôles magnétiques qui sont représentés comme comportant trois aimants permanents peuvent comporter un nombre différent d'aimants permanents, un seul par exemple avec des formes différentes. De même, la forme des pôles magnétiques peut être différente de celle illustrée, et adaptée à la forme et au volume des entrefers Ei, E2 dicté par la forme des supports Si, S2 et des éléments magnétocaloriques 2 devant être soumis au champ magnétique des entrefers Ei, E2, ainsi qu'à l'intensité de ce champ magnétique. Les moyens de mise en circulation du fluide caloporteur ne sont pas représentés. Ils peuvent être sous forme de pistons ou membranes entraînés mécaniquement par une came elle-même entraînée en rotation.
Possibilités d'application industrielle : II ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir proposer un appareil thermique magnétocalorique ayant une vitesse de rotation la plus constante et la plus stable possible, dont le niveau sonore est faible, la durée de vie accrue et dont la réalisation est structurellement simple. L'invention permet ainsi d'éviter le surdimensionnement du moteur nécessaire dans le cas de grandes variations de couple associées aux variations d'efforts magnétiques et permet d'augmenter le rendement moyen dudit moteur et donc dudit appareil, étant donné qu'un moteur consomme plus dans sa plage de couple élevée.
Un tel appareil peut notamment trouver une application aussi bien industrielle que domestique lorsqu'il est intégré dans un appareil thermique magnétocalorique destiné à être exploité dans le domaine du refroidissement, de la climatisation, du tempérage, du chauffage ou autres, à des coûts compétitifs et avec un faible encombrement.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier.

Claims

Revendications
1. Appareil thermique (1, 10, 100, 110) magnétocalorique à structure rotative autour d'un axe longitudinal (L), ledit appareil thermique (1, 10, 100, 110) comportant un arrangement magnétique définissant au moins deux entrefers (Ei, E2) au moins partiellement superposés et parallèles entre eux, et agencé pour créer dans chacun desdits entrefers (Ei, E2) un champ magnétique variable autour de l'axe longitudinal (L), au moins deux supports (Si, S2) au moins partiellement superposés, placés chacun dans le plan médian (Pi, P2) d'un desdits entrefers (Ei, E2) et portant des éléments magnétocaloriques (2) au moins partiellement superposés entre lesdits supports, ledit arrangement magnétique et lesdits supports (Si, S2) étant en déplacement relatif l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal (L) pour faire subir aux éléments magnétocaloriques (2) de chaque support (Si, S2) un cycle magnétique créé par le champ magnétique variable dans l'entrefer (Ei, E2) correspondant, appareil thermique caractérisé en ce que l'arrangement magnétique et les supports (Si, S2) sont positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal (L) de manière à générer un déphasage entre le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques (2) d'un des supports (Si) dans un des entrefers (Ei) et le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques de l'autre support (S2) dans l'autre entrefer (E2) de sorte que les éléments magnétocaloriques (2) pénètrent progressivement dans le champ magnétique desdits entrefers (Ei, E2) et ce, de façon continue entre les supports (Si, S2), l'effort d'attraction magnétique obtenu étant alors quasi constant 2. Appareil thermique (1, 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arrangement magnétique comporte une première, une deuxième et une troisième structures magnétisantes (SMi, SM2, SM3), pourvues chacune d'au moins une paire de pôles magnétiques (Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P3i, P32), et positionnées successivement de long de l'axe longitudinal (L) de l'appareil thermique (1, 10) pour définir, avec leurs paires de pôles magnétiques (Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P3i, P32), lesdits entrefers (Ei, E2) et en ce que lesdites structures magnétisantes (SMi, SM2,
SM3) sont positionnées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal (L) de manière à générer un cycle magnétique dans un des entrefers (Ei) qui est décalé d'un angle de déphasage par rapport au cycle magnétique dans l'autre entrefer (E2).
3. Appareil thermique (1, 10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première et la troisième structures magnétisantes (SMi, SM3) sont identiques et montées avec un décalage angulaire d'angle (a) entre elles correspondant à l'angle de déphasage.
4. Appareil thermique (1, 10), selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième structure magnétisante (SM2) comporte, d'une part, des premiers pôles magnétiques (P21 , P22), qui forment un premier entrefer (Ei) avec les pôles magnétiques correspondants (Pu , P12) de la première structure magnétisante (SMi) et, d'autre part, des seconds pôles magnétiques (P23, P24), qui forment un second entrefer (E2) avec les pôles magnétiques correspondants (P31, P32) de la troisième structure magnétisante (SM3), et en ce que les premiers pôles magnétiques (P21 , P22) et les seconds pôles magnétiques (P23, P24) de ladite deuxième structure magnétisante (SM2) sont montés avec un décalage angulaire d'angle (a) entre eux correspondant à l'angle de déphasage .
5. Appareil thermique (1), selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première et la troisième structures magnétisantes (SMi, SM3) sont montées tête-bêche et décalées angulairement d'un angle (a) correspondant à l'angle de déphasage,
en ce que les premiers pôles magnétiques (P21 , P22) de la deuxième structure magnétisante (SM2) ont le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques (Pu, P12) de la première structure magnétisante (SMi) avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer (Ei),
en ce que les seconds pôles magnétiques (P23, P24) de la deuxième structure magnétisante (SM2) ont le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques (P31, P32) de la troisième structure magnétisante (SM3) avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer (E2),
et en ce que le sens de magnétisation des premiers et second pôles magnétiques (P21, P22, P31, P32) est le même pour créer une seule boucle (B) de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil (1) traversant lesdites première, deuxième et troisième structures magnétisantes (SMi, SM2, SM3).
6. Appareil thermique (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première et la troisième structures magnétisantes (SMi, SM3) sont montées en regard et décalées angulairement d'un angle (a) correspondant à l'angle de déphasage,
en ce que les premiers pôles magnétiques (P21, P22) de la deuxième structure magnétisante (SM2) ont le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques (Pu, P12) de la première structure magnétisante (SMi) avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer (Ei) et créer une première boucle (Bi) de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil (10) traversant lesdits premiers pôles magnétiques (P21, P22) de la deuxième structure magnétisante (SM2) et lesdits pôles magnétiques (Pu, P12) de la première structure magnétisante (SMi),
en ce que les seconds pôles magnétiques (P23, P24) de la deuxième structure magnétisante (SM2) ont le même sens de magnétisation que les pôles magnétiques (P31, P32) de la troisième structure magnétisante (SM3) avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer (E2) et créer une seconde boucle (B2) de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil (10) traversant lesdits seconds pôles magnétiques (P23, P24) de la deuxième structure magnétisante (SM2) et lesdits pôles magnétiques (P31, P32) de la troisième structure magnétisante (SM3),
et en ce que le sens de magnétisation des seconds pôles magnétiques (P23, P24) est opposé à celui des premiers pôles magnétiques (P21, P22) pour que le flux magnétique circule dans la première boucle (Bi) dans le sens opposé au flux magnétique circulant dans la seconde boucle (B2).
7. Appareil thermique (1, 10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments magnétocaloriques (2) sont positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre sur leurs supports (Si, S2) selon un angle (Θ) et en ce que l'angle de déphasage est inférieur à l'angle (Θ) entre deux éléments magnétocaloriques (2) adjacents.
8. Appareil thermique (1, 10), selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les supports (Si, S2) sont géométriquement identiques et disposés parallèlement entre eux dans les entrefers (Ei, E2) correspondants, sans décalage angulaire.
9. Appareil thermique (100, 110) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les supports (Si, S2) sont géométriquement identiques, disposés parallèlement entre eux dans les entrefers (Ei, E2) correspondants, et décalés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle (β) correspondant à l'angle de déphasage.
10. Appareil thermique (100, 110), selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments magnétocaloriques (2) sont positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre sur leurs supports (Si, S2) selon un angle (Θ) et en ce que le décalage angulaire (β) entre les deux supports (Si, S2) est inférieur à l'angle (Θ) entre deux éléments magnétocaloriques (2) adjacents.
11. Appareil thermique (100, 110), selon l'une quelconque des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que l'arrangement magnétique comprend une première, une deuxième et une troisième structures magnétisantes (SMi, SM2, SM3), positionnées successivement de long de l'axe longitudinal (L), et définissant, avec leurs pôles magnétiques (Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P31, P32) alignés et montés selon deux sens de magnétisation opposés, un premier (Ei) et un second (E2) entrefers.
12. Appareil thermique (1, 10, 100, 110), selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments magnétocaloriques (2) comportent N parallélépipèdes rectangles munis de matériau magnétocalorique et disposés dans une zone en forme de couronne (C) dudit support (Si, S2), ladite couronne (C) étant centrée sur l'axe longitudinal (L).
13. Appareil thermique (1, 10, 100, 110), selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite couronne (C) est définie par deux cercles concentriques, dits cercle interne et cercle externe (3, 4), en ce que deux des faces opposées des parallélépipèdes rectangles formant lesdits éléments magnétocaloriques (2) dites faces extrémales (F) sont tangentes chacune à un desdits cercles concentriques, et en ce que les axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques adjacents (2) forment entre eux ledit angle (Θ) égal à 360/N degrés.
14. Appareil thermique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les pôles magnétiques (Pu, P12, P21, P22, P23, P24, P31, P32) présentent la forme de portions d'anneaux s'étendant sur des secteurs angulaires dont l'angle est déterminé pour que l'entrée des éléments magnétocaloriques (2) dans le champ magnétique desdits pôles magnétiques débute par une arrête appartenant à l'une desdites faces extrémales (F).
15. Appareil thermique (1, 10, 100, 110), selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments magnétocaloriques (2) sont positionnés radialement sur ledit support (Si, S2).
16. Appareil thermique (1, 10, 100, 110), selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pôles magnétiques (Pu, P12 ; P21, P22 ; P23, P24 ; P31, P32) de chaque structure magnétisante (SMi, SM2, SM3) sont identiques, mais montés selon deux sens de magnétisation opposés.
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