EP3446054A1 - Procede pour refroidir ou chauffer un fluide dans une enceinte thermique au moyen d'un generateur thermique magnetocalorique et installation thermique mettant en oeuvre ledit procede - Google Patents

Procede pour refroidir ou chauffer un fluide dans une enceinte thermique au moyen d'un generateur thermique magnetocalorique et installation thermique mettant en oeuvre ledit procede

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EP3446054A1
EP3446054A1 EP17718029.6A EP17718029A EP3446054A1 EP 3446054 A1 EP3446054 A1 EP 3446054A1 EP 17718029 A EP17718029 A EP 17718029A EP 3446054 A1 EP3446054 A1 EP 3446054A1
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EP
European Patent Office
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thermal
temperature
secondary fluid
fluid
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17718029.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michaël HITTINGER
Christian Muller
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Cooltech Applications SAS
Original Assignee
Cooltech Applications SAS
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25D2317/0671—Inlet ducts

Definitions

  • the present invention relates to a method for cooling or heating a fluid, said secondary fluid, in a thermal chamber by means of a magnetocaloric heat generator connected to said thermal enclosure by at least one heat exchanger in which a heat exchange takes place between a primary fluid circulating in said magnetocaloric heat generator and a secondary fluid circulating in said thermal chamber, the secondary fluid flowing in said thermal chamber between at least one injection port located in the thermal chamber and through which the secondary fluid leaves the heat exchanger by a secondary outlet for entering the thermal chamber at a first temperature, and at least one suction mouth located in the thermal chamber and through which the secondary fluid leaves said thermal chamber at a second temperature, different from the first temperature, to enter in the heat exchanger by a secondary entrance.
  • the present invention also relates to a thermal installation implementing the method as defined above.
  • Prior art :
  • heat generators are traditionally used, in the form of heat pumps, compressors, or the like, which mainly use a primary phase-change fluid subjected to compression cycles. relaxation.
  • the boiling and condensing temperature of the primary fluid is solely dependent on the working pressure, and totally independent of the ambient temperature or the temperature of the secondary fluid.
  • the temperatures of the primary fluid of the hot side of the generator (after compression) and the cold side of the generator (after expansion) in this type of application are constant and independent of the temperature of the secondary fluid to be heated or cooled.
  • This property generally leads to the configuration of the heat exchanger between the primary circuit and the secondary circuit so as to have the highest possible temperature difference between the inlet temperature of the primary and secondary fluids in said heat exchanger in order to maximize the temperature.
  • heat exchange since the thermal power exchanged between the primary circuit and the secondary circuit is directly proportional to the temperature difference between the primary fluid and the secondary fluid.
  • the secondary fluid when it is desired to cool a secondary fluid in a thermal chamber, the secondary fluid is commonly extracted in the zone of the thermal chamber where the temperature of the secondary fluid is the hottest, in accordance with the refrigerator described in the WO publication. 2016/036005 Al cited as an example.
  • the secondary fluid is commonly extracted in the zone of the thermal enclosure where the temperature of the secondary fluid is the coldest.
  • the publication US 2015/323237 A1 describes a deep freezer in which the cooling unit, consisting of a conventional compressor and an evaporator, is arranged in the lower part of the thermal chamber.
  • the goal is to maintain a temperature in the thermal enclosure as uniform and stable as possible. There is therefore no colder zone than another, the temperature being exactly the same. There is even a heating device in the cold air supply duct to prevent the temperature from descending too quickly in the freezer.
  • a thermal generator magnetocaloric effect as shown in the publications FR 2 861 455 and US 6,453,677, the traditional configuration mentioned above is not advantageous and even counterproductive.
  • the magnetocaloric material undergoes a temperature variation ( ⁇ adiabatic temperature delta) which makes it possible to cool the primary fluid entering said generator on the warm side of the generator and to heat the primary fluid returning to the cold side of the generator . If the temperature difference between the incoming primary fluid and the primary fluid leaving said generator is substantially equal to or greater than the magnetocaloric effect of said material (adiabatic ⁇ ), the magnetocaloric heat generator no longer has the capacity to reset the temperature of the fluid. primary exiting at the same level as the previous magnetic cycle, resulting in degradation of the temperature gradient generated by the magnetocaloric heat generator.
  • the temperature of the primary fluid leaving the generator is generally equal to the Curie temperature. If the temperature of the primary fluid entering said generator is significantly different from that of the primary fluid leaving said generator, the incoming primary fluid will place the active magnetocaloric material at a temperature away from its Curie temperature thereby decreasing the magnetocaloric effect that can generate said material.
  • the cooling or heating dynamics intrinsically associated with the magnetocaloric effect, will be slower as the temperature difference between the outgoing primary fluid and the primary fluid entering said magnetocaloric heat generator will be high.
  • This phenomenon is particularly noticeable at the start of a thermal installation when a large temperature differential exists between the primary fluid of the magnetocaloric heat generator and the secondary fluid to be cooled or heated contained in a thermal enclosure. This large difference in temperature induces a return temperature of the primary fluid to the magnetocaloric heat generator significantly different from its outlet temperature.
  • the temperature of the primary fluid entering the magnetocaloric heat generator is closely dependent on the temperature of the secondary fluid leaving the thermal chamber and entering the heat exchanger in which it will transfer its calories or frigories to the primary fluid by conduction. Therefore, if it is desired to minimize the temperature difference between the primary fluid entering the generator and the primary fluid leaving the generator, it is imperative to minimize the temperature difference between the secondary fluid leaving the thermal chamber and the secondary fluid entering the thermal chamber, which amounts to limiting the temperature difference between the primary and secondary fluids entering the heat exchanger.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks by proposing a method and a thermal installation using a magnetocaloric heat generator to achieve satisfactory thermal performance to cool or heat the fluid of a thermal chamber, whatever the secondary fluid used in said thermal enclosure and the type of thermal enclosure concerned, minimizing the temperature difference between the secondary fluid leaving the thermal chamber and the secondary fluid entering the thermal chamber to minimize the temperature difference between the fluid primary input into the generator and the primary fluid exiting said generator, thereby reducing the time of establishment of the temperature gradient of said magnetocaloric heat generator at startup and maintain this temperature gradient at an optimum level throughout its operation, said method and said installation requiring few modifications to achieve said result, simply, efficiently, reliably and cheaply.
  • the invention relates to a method of the kind indicated in the preamble, characterized in that it identifies a sampling zone inside the thermal chamber in which the temperature of the secondary fluid is coldest when it is desired to cool said secondary fluid, or in which the temperature of the secondary fluid is the hottest when it is desired to heat said secondary fluid, and said at least one suction mouth is positioned in said sampling zone to withdraw said fluid secondary to a second temperature as close as possible to the first temperature of the secondary fluid in order to limit the difference in temperature between the secondary fluid entering the heat exchanger with respect to the secondary fluid leaving said heat exchanger, and consequently limiting the temperature difference between the primary fluid entering the magnetocaloric heat generator and the fluid primary output of said magnetocaloric heat generator.
  • the process according to the invention goes against a prejudice according to which, in order to achieve the most optimal thermal exchange possible, preference is given to the largest possible temperature difference between a primary fluid circulating in a heat generator and a fluid.
  • secondary circulating in a thermal chamber necessarily involving taking the secondary fluid inside the enclosure thermal in a sampling zone where the temperature of the secondary fluid is the hottest when one wants to cool the secondary fluid, or the coldest when one wants to heat the secondary fluid.
  • the sampling zone can be identified inside said thermal enclosure by using the natural phenomenon of thermal stratification in which the temperature of the secondary fluid is the coldest in the lower part. the thermal enclosure and the hottest in the upper part of the thermal enclosure.
  • a development phase of said method it is possible to identify the sampling zone inside said thermal enclosure by instrumenting said thermal chamber with temperature sensors.
  • this development phase of said method it is also possible to determine the position of said at least one injection port and said at least one suction port in the thermal chamber to optimize the circulation of the secondary fluid to the inside said thermal enclosure.
  • this part of the deflected flow may be between 5 and 40%, and preferably between 5 and 20%, of the incoming flow of the secondary fluid at the first temperature.
  • the invention relates to an installation of the kind indicated in the preamble, characterized in that the suction mouth is disposed inside said thermal chamber in a sampling zone in which the temperature of the secondary fluid is the colder when said thermal plant is used to cool a said secondary fluid, or in which the temperature of the secondary fluid is the hottest when said thermal plant is used to heat a said secondary fluid, to withdraw the secondary fluid at a second temperature the as close as possible to the first temperature of the secondary fluid, in order to limit the temperature difference between the secondary fluid entering the heat exchanger and the secondary fluid leaving said heat exchanger, and consequently to limit the difference in temperature between the primary fluid entering the said generator magnetocaloric material and the primary fluid exiting said magnetocaloric heat generator.
  • said at least one suction mouth is disposed in a lower part of said thermal chamber given the natural phenomenon of thermal stratification.
  • said at least one suction mouth is disposed in a portion high of said thermal chamber given the natural phenomenon of thermal stratification.
  • the thermal enclosure may comprise at least one bypass duct extending between said secondary outlet and said secondary inlet of said heat exchanger and arranged to directly deflect a portion of the incoming flow of the secondary fluid at the first temperature and reinject it at the secondary inlet of said heat exchanger.
  • the thermal enclosure may alternatively comprise at least one bypass orifice disposed in the thermal enclosure at the secondary outlet of said heat exchanger and arranged to indirectly deflect a portion of the incoming flow of the secondary fluid at the first temperature and reinject it at the inlet secondary of said heat exchanger.
  • Said at least one bypass duct or said at least one bypass orifice may be arranged to deflect a portion of between 5 and 40%, and preferably between 5 and 20%, of the incoming flow of the secondary fluid at the first temperature.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrammatic axial sectional views of a first thermal installation according to the invention for an application for cooling a secondary fluid gas in a thermal enclosure, using thermal gravity and direct bypass respectively, and thermal gravity only, the heat exchanger being located in the upper part of the thermal enclosure to be cooled,
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are diagrammatic axial sectional views of a second thermal installation for an application for heating a secondary fluid gas in a thermal enclosure, using thermal gravity and a direct bypass respectively, thermal gravity and an indirect bypass, and thermal gravity alone, the heat exchanger being located in the upper part of the thermal enclosure to be heated,
  • FIGS. 3A and 3B are diagrammatic axial sectional views of a third thermal installation according to the invention for an application for heating a secondary fluid gas in a thermal enclosure, using thermal gravity and a direct bypass respectively, and the thermal gravity alone, the heat exchanger being located in the lower part of the thermal enclosure to be heated,
  • FIGS. 4A, 4B and 4C are diagrammatic axial section views of a fourth thermal installation for an application for cooling a secondary fluid gas in a thermal enclosure, using thermal gravity and a direct bypass respectively, thermal gravity, and an indirect bypass, and the thermal gravity alone, the heat exchanger being situated in the lower part of the thermal enclosure to be cooled,
  • FIGS. 5A and 5B are diagrammatic axial section views of a fifth thermal installation according to the invention for an application of cooling a secondary fluid gas in a thermal enclosure, using thermal gravity and a direct bypass respectively, and the thermal gravity alone, the heat exchanger being located on one side of the thermal enclosure to be cooled,
  • FIGS. 6A and 6B are diagrammatic axial section views of a sixth thermal installation according to the invention for an application for heating a secondary fluid gas in a thermal chamber, using gravity respectively. thermal and a direct bypass, and thermal gravity alone, the heat exchanger being located on one side of the thermal chamber to be heated,
  • FIGS. 7A and 7B are diagrammatic axial sectional views of a seventh thermal installation according to the invention for an application of cooling a liquid secondary fluid in a thermal enclosure, using thermal gravity and a direct bypass respectively, and thermal gravity alone, the heat exchanger being located laterally to the thermal enclosure to be cooled, and
  • FIGS. 8A and 8B are diagrammatic axial section views of an eighth thermal installation according to the invention for an application for heating a secondary fluid gas in a thermal enclosure, using thermal gravity and a direct bypass respectively, and thermal gravity alone, the heat exchanger being located laterally to the thermal chamber to be heated. Illustrations of the invention and different ways of making it:
  • the invention relates to a method and a thermal installation 10-80 for cooling or heating a fluid in a thermal chamber 11-81, called secondary fluid FS.
  • the thermal installation 10-80 implements a magnetocaloric thermal generator 1 arranged to produce thermal energy, such as for example that described in the publication WO 2015/079313 A1.
  • a magnetocaloric thermal generator 1 arranged to produce thermal energy, such as for example that described in the publication WO 2015/079313 A1.
  • This example is of course not limiting. and any other magnetocaloric heat generator 1 may be suitable.
  • the magnetocaloric heat generator 1 will not be described in detail in the present application.
  • it comprises in known manner at least one thermal stage comprising magnetocaloric materials arranged on a support, a magnetic arrangement arranged to subject said magnetocaloric materials to a magnetic field variation, and at least one coolant circuit, called primary fluid.
  • the primary fluid FP is preferably a liquid such as water, mixed or not with one or more additives depending on the applications and the working temperature.
  • the magnetocaloric effect (EMC) of magnetocaloric materials consists of a variation of their temperature when they are subjected to a magnetic field variation.
  • This magnetocaloric effect therefore depends on the magnetocaloric material and therefore on its Curie temperature, the magnetic field applied to said material and the working temperature of said material. It is thus sufficient to subject these magnetocaloric materials to a succession of magnetic cycles comprising alternating phases. magnetization and demagnetization phases, and to achieve a heat exchange with a heat transfer fluid passing through said materials from one side to achieve the widest possible temperature variation between the hot and cold ends of said materials.
  • the temperature difference between the cold end and the hot end of the magnetocaloric materials, or between the cold side and the hot side of the generator, is commonly referred to as the "temperature gradient" of the magnetocaloric heat generator.
  • the magnetic cycle is repeated up to frequencies of several Hertz. The efficiency of such a cycle of refrigeration or magnetic heating surpasses by about 30% that of a conventional refrigeration or heating cycle.
  • the thermal installation 10-80 implements two heat exchangers 2, 3, one connected to the cold side and the other connected to the hot side of the magnetocaloric heat generator 1.
  • one of the heat exchangers 2 is a cold or hot exchanger connecting the cold or hot side of the magnetocaloric heat generator 1 to the thermal enclosure 11-81 to cool or heat it
  • the other heat exchanger 3 is a hot or cold heat exchanger connecting the other hot or cold side of the magnetocaloric heat generator 1 to the atmosphere or another environment.
  • heat exchangers 2, 3 allow a thermal exchange between a primary fluid FP on the one hand flowing in the magnetocaloric heat generator 1, and a secondary fluid FS on the other hand flowing in the thermal chamber 11-81 to heat or cool the interior volume of said enclosure or to exchange with the atmosphere.
  • the heat exchanger 2, 3 can be a liquid / liquid exchanger when the two fluids FP, FS in the presence are liquids or a liquid / gas exchanger when the primary fluid FP is a liquid and the secondary fluid FS is a gaseous medium. This type of heat exchanger 2, 3 is well known and will not be described in detail in the present application.
  • the two primary fluids FP and secondary FS are preferably circulated forcibly inside the heat exchanger 2, 3.
  • the primary fluid FP can be forced to circulation in the primary circuit CP of the heat exchanger 2.
  • the thermal enclosure 11-81 contains a secondary fluid FS in a volume that can be sealed or not, open totally or partially, depending on the purpose of the thermal enclosure 11 -81 and the nature of the secondary fluid FS.
  • the secondary fluid FS is intended to be cooled or heated, depending on whether it is a cooling or heating application.
  • This secondary fluid FS may be different depending on the application considered. It may consist of a gaseous medium, such as for example air, when the thermal enclosure 11-61 is a living room, a vehicle, a chamber of growth, a cold room such as a refrigerator, a refrigerated cabinet, a food distributor, a wine cellar, etc. or any other gas used in an industrial process, for example in the case of a storage application in a tank at a temperature different from the ambient temperature. It may also consist of a liquid, such as water when the thermal enclosure 71-81 is a water heater, a tank or a tank of liquid food such as milk, beer, etc.
  • a gaseous medium such as for example air
  • the secondary fluid FS contained in the thermal chamber 11-81 naturally organizes itself in vertically superposed layers according to its temperature ranging between a lower layer in which its lowest temperature is located in the lower part of the chamber. the thermal enclosure 11-81 and an upper layer in which its temperature is the highest located in the upper part of the thermal chamber 11-81.
  • This natural phenomenon is due to the density of a fluid which varies with its temperature and which generates a thermal stratification corresponding to a vertical distribution of the temperature in a fluid, implying because of the gravity that the hot fluid is found elsewhere. above the cold fluid.
  • the method and thermal installation 10-80 according to the invention will exploit at least in part this natural phenomenon.
  • thermal enclosures (not shown) in which the thermal stratification is not applicable since these thermal enclosures comprise internal brewing or ventilation means and / or obstacles in the useful volume such as drawers, shelves , or the charges themselves, etc.
  • the method and the thermal installation according to the invention remain however applicable in these complex installations as explained below.
  • the thermal installation 10 is intended for a cooling application. It comprises for this purpose a closed thermal enclosure 11 containing a secondary fluid FS to be cooled, which in this example is a gas mixture such as air.
  • a secondary fluid FS to be cooled
  • the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchanger 2 are arranged in the upper part of the thermal enclosure 11.
  • the heat exchanger 2 is a liquid / gas exchanger and is located inside the heat exchanger.
  • thermal enclosure 11 while the magnetocaloric generator 1 is disposed outside the thermal enclosure 11.
  • any other configuration may be suitable, in which the magnetocaloric generator 1 and the heat exchanger 2 are both arranged at the outside or inside the thermal enclosure 11.
  • the fluidic connections provided respectively between the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchanger 2, and between the heat exchanger 2 and the thermal enclosure 11 are carried out either by pipes and fittings, either by direct connections without pipe depending on the configuration of the thermal installation 10.
  • the primary circuit CP in which the primary fluid FP is circulated, is represented in the form of a fluid loop which leaves the magnetocaloric heat generator 1, to enter the heat exchanger 2 via a primary inlet EP, then into spring through a primary output SP to get back into the magnetocaloric heat generator 1.
  • the secondary circuit CS in which the secondary fluid FS is circulated by a fan 4, is represented in the form of a fluidic loop, illustrated by arrows, which leaves the heat exchanger 2 through a secondary output SS, to return to a first temperature Tl in the thermal chamber 11 by an injection port 12, then leaves at a second temperature T2 by a suction port 13 to enter the heat exchanger again 2 by a secondary entrance ES.
  • the first temperature T1 is necessarily lower than the second temperature T2.
  • the thermal enclosure 11 has internal walls 14 arranged to delimit the useful volume of the thermal enclosure 11 relative to the secondary circuit CS.
  • the inner walls 14 have for this purpose openings for placing this useful volume in communication with the secondary circuit CS, namely the injection port 12 in the thermal chamber 11 and the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 which are in this example combined and located in the upper part of the thermal chamber 11, and the suction mouth 13 located in the lower part of the thermal chamber 11 and the secondary inlet ES of the heat exchanger 2 located in the upper part of the thermal enclosure 11 which are in this example connected by a suction pipe 15 substantially vertical delimited by a portion of the inner walls 14.
  • the thermal enclosure 11 further comprises a bypass duct 16 situated at the top of the thermal enclosure 11, delimited by another part of the interior walls 14, extending substantially horizontally between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to reinject it directly into the heat exchanger 2.
  • the section of the bypass duct 16 is defined to deflect a portion of the incoming flow of the secondary fluid FS of the order of 5 to 40% and preferably 5 to 20%. These values are not data only as an indication and are not restrictive.
  • the thermal enclosure 11 does not have a bypass duct 16.
  • the operation of the thermal installation 10 according to FIGS. 1A and 1B consists in cooling the secondary fluid FS contained in the thermal enclosure 11 by circulating it through the heat exchanger 2 so that it exchanges thermally with the primary fluid FP circulating in the magnetocaloric heat generator 1, between the secondary inlet ES through which it enters the heat exchanger 2 at a second temperature T2, and the secondary outlet SS through which it leaves the heat exchanger 2 after have been cooled to a first temperature T1, lower than the second temperature T2.
  • sampling zone ZP where the temperature of the secondary fluid FS is the colder, at a second temperature T2 higher but close to the first temperature Tl, in accordance with Figure 1B, and unlike the methods of the state of the art.
  • This sampling zone ZP is in this example located in the lower part of the thermal enclosure 11 in which is positioned the suction mouth 13 which communicates with the secondary inlet ES of the heat exchanger 2 by the suction duct 15.
  • the interest of taking the secondary fluid FS has a second temperature T2 as cold as possible in the thermal chamber 11 and therefore as close as possible to the first temperature T1 to which it is injected into said thermal chamber 11, lies in limiting the difference between temperature between the secondary fluid FS entering the heat exchanger 2 at the second temperature T2 and the secondary fluid FS leaving said heat exchanger at the first temperature Tl, and consequently limiting the temperature difference between the primary fluid FP entering the magnetocaloric heat generator 1 and the primary fluid FP exiting said generator.
  • the temperature difference between the secondary fluid FS entering the heat exchanger 2 relative to the secondary fluid exiting said heat exchanger) [Mi] is less than or equal to about 30 % of the magnetocaloric effect of the magnetocaloric heat generator 1, which makes, by way of example, for a magnetocaloric effect of 2.5K, a maximum temperature difference of 0.75K at the level of the secondary fluid FS.
  • a temperature difference is obtained between the primary fluid FP entering the magnetocaloric heat generator 1 with respect to the primary fluid FP exiting said magnetocaloric heat generator of the order of 30 to 60% of the magnetocaloric effect of the generator.
  • the magnetocaloric thermal 1 which makes, for example, for a magnetocaloric effect of 2.5K a maximum temperature difference 0.75K to 1.5K between the two fluids FP and FS entering into said heat exchanger 2.
  • the primary fluid FP which enters the magnetocaloric heat generator 1, after having exchanged with the secondary fluid FS in said heat exchanger 2 has a temperature difference with the primary fluid FP coming out of said thermal generator less than a value of the order of 30 to 60% of the magnetocaloric effect and a temperature remaining close to the Curie temperature of the material at Curie temperature colder so that the magnetocaloric heat generator 1 has the ability to bring this primary fluid FP, emerging in the next half cycle, at the same temperature as the previous cycle.
  • the magnetocaloric materials can thus work at their optimum Curie temperature, making it possible to preserve the temperature gradient of the magnetocaloric heat generator 1 and to accelerate the cooling of the secondary fluid FS.
  • the advantage of this method is even more important in the startup phase of the thermal installation 10 when the secondary fluid FS contained in the enclosure thermal 11 may be at an initial temperature T2 much higher than its temperature T2 in steady state.
  • the thermal installation 20 is intended for a heating application and comprises a closed thermal enclosure 21 containing a secondary fluid FS to be heated, which is, as in the previous example, a mixture gas such as air. Parts and components identical to the previous example have the same reference number.
  • the positioning of the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchangers 2, 3 with respect to the thermal enclosure 21 is identical to the thermal installation 10 of FIGS. 1A and 1B.
  • the thermal enclosure 21 has internal walls 24 which delimit the useful volume of the thermal enclosure 21 relative to the secondary circuit CS.
  • the inner walls 24 have for this purpose openings for communicating this useful volume with the secondary circuit CS, namely several injection ports 22 located at different levels in the thermal chamber 21 and the secondary outlet SS of the exchanger thermal 2 located in the upper part of the thermal chamber 21 which are in this example connected by a substantially vertical injection conduit 27 defined by a portion of the inner walls 24, and a suction mouth 23 and the secondary entrance ES of the heat exchanger 2 located in the upper part of the thermal enclosure 11 which are in this example combined.
  • the thermal enclosure 21 further comprises a branch duct 26 situated at the top of the thermal enclosure 21, delimited by another part of the interior walls 24, extending substantially horizontally between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to reinject it directly into the heat exchanger 2.
  • the section of the bypass duct 26 is defined according to the percentage of the secondary fluid FS to be deflected.
  • the thermal enclosure 21 comprises not a bypass duct 26 but at least one bypass orifice 28 located at the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 and associated with a deflector 29 to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS in order to be sucked and reinjected indirectly into the heat exchanger 2.
  • the thermal enclosure 21 does not comprise bypass duct 26 or bypass orifice 28.
  • the operation of the thermal installation 20 according to FIGS. 2A to 2C consists in heating the secondary fluid FS contained in the thermal enclosure 21 by circulating it through the heat exchanger 2 so that it exchanges thermally with the primary fluid FP circulating in the magnetocaloric heat generator 1, between the secondary inlet ES through which it enters the heat exchanger 2 at a second temperature T2, and the secondary outlet SS through which it leaves the heat exchanger 2 after have been heated to a first temperature T1, higher than the second temperature T2.
  • sampling zone ZP where the temperature of the secondary fluid FS is the more hot at a second temperature T2 lower but close to the first temperature Tl, according to Figure 2B, and in contrast to the methods of the state of the art.
  • This sampling zone ZP is in this example located in the upper part of the thermal enclosure 21 in which is positioned the suction mouth 23 which communicates with the secondary inlet ES of the heat exchanger 2. It can also be used.
  • the objective is the same as that mentioned above, namely to limit the temperature difference between the secondary fluid FS entering the heat exchanger 2 at the second temperature T2 and the secondary fluid FS leaving said heat exchanger at the first temperature T1, and consequently to limit the temperature difference between the primary fluid FP entering the magnetocaloric heat generator 1 and the primary fluid FP coming out of said generator, to preserve the temperature gradient of the magnetocaloric heat generator. 1 and accelerate the heating of the secondary fluid FS.
  • the thermal installation 30 according to the invention is intended for a heating application.
  • the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchangers 2, 3 are arranged in the lower part of the thermal enclosure 31, one of the heat exchangers 2 being located inside the thermal enclosure 31 and the magnetocaloric generator 1 and the other heat exchanger 3 being located outside.
  • the thermal enclosure 31 has internal walls 34 provided with openings to put its useful volume in communication with the secondary circuit CS, namely an injection port 32 and the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 located at the bottom of the thermal enclosure 31 which are in this example combined, and a suction mouth 33 located in the upper part of the thermal chamber 31, in a sampling zone ZP where the temperature of the secondary fluid is the hottest, and the secondary input ES of the heat exchanger 2 located in the lower part of the enclosure 11, which are in this example connected a substantially vertical suction duct delimited by a portion of the inner walls 34.
  • the thermal enclosure 31 further comprises a bypass duct 36, located in the lower part of the thermal enclosure 31, delimited by another part of the inner walls 34, extending substantially horizontally between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 in order to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to the first temperature T1 to reinject it directly into the heat exchanger 2 mixed with the outgoing flow secondary fluid FS at the second temperature T2.
  • the thermal enclosure 31 has no bypass duct 36 and uses only the thermal stratification that makes it possible to inject into the heat exchanger 2 the flow exiting the secondary fluid FS at the second temperature T2. close to the first temperature T1 of the incoming flow.
  • the thermal installation 40 according to the invention is intended for a cooling application.
  • the positioning of the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchangers 2, 3 with respect to the thermal enclosure 41 is identical to the thermal installation 30 of FIGS. 3A and 3B.
  • the thermal enclosure 41 has inner walls 44 provided with openings for communicating its useful volume with the secondary circuit CS, namely several injection ports 42 located at different levels in the thermal chamber 41 and the secondary outlet SS the heat exchanger 2 located in the lower part of the thermal chamber 41 which are in this example connected by a substantially vertical injection conduit 47 delimited by a portion of the inner walls 44, and a suction mouth 43 and the secondary inlet ES of the heat exchanger 2 combined and located in the lower part of the thermal enclosure 41, in a sampling zone ZP where the temperature of the secondary fluid is the coldest.
  • the thermal enclosure 41 further comprises a bypass duct 46 situated at the bottom of the thermal enclosure 41, delimited by another part of the interior walls 44, extending substantially horizontally between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to the first temperature Tl to reinject it directly into the heat exchanger 2, mixed with the outgoing flow secondary fluid FS at the second temperature T2.
  • a bypass duct 46 situated at the bottom of the thermal enclosure 41, delimited by another part of the interior walls 44, extending substantially horizontally between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to the first temperature Tl to reinject it directly into the heat exchanger 2, mixed with the outgoing flow secondary fluid FS at the second temperature T2.
  • the thermal enclosure 41 comprises not a bypass duct 46 but at least one bypass orifice 48 located at the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 and associated with a deflector 49 to divert a part of the incoming flow of the secondary fluid FS at the first temperature T1, so that it is sucked and reinjected indirectly into the heat exchanger 2, mixed with the flow leaving the secondary fluid FS at the second temperature T2.
  • the thermal enclosure 41 has no bypass duct 46 or bypass orifice 48, and uses only the thermal stratification for injecting into the heat exchanger 2 the outgoing flow.
  • secondary fluid FS at the second temperature T2 close to the first temperature T1 of the incoming flow.
  • FIGS. 5A, 5B and 6A, 6B illustrate thermal installations 50 and 60 in which the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchangers 2, 3 are arranged laterally on one side of the thermal enclosure 51, 61, one of the heat exchangers 2 being located inside the thermal chamber 51, 61, and the other heat exchanger 3 with the magnetocaloric heat generator 1 being located outside.
  • the thermal plant 50 of Figures 5A and 5B is for a cooling application.
  • the thermal chamber 51 has inner walls 54 provided with openings for communicating its useful volume with the circuit secondary CS, namely an injection port 52 located in the upper part of the thermal enclosure 51 and the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 located in the middle part which are in this example connected by an injection conduit 57, and a suction mouth 53 located in the lower part of the thermal chamber 51, in a sampling zone ZP where the temperature of the secondary fluid is the coldest, and the secondary inlet ES of the heat exchanger 2 located in the middle part which are in this example connected a suction pipe 55.
  • the injection pipes 57 and suction 55 are substantially vertical, in the extension of one another and defined by a portion of the inner walls 54 .
  • the thermal enclosure 51 further comprises a bypass duct 56 located in the middle part of the thermal enclosure 51, delimited by another part of the inner walls 54, extending substantially vertically between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 in order to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to the first temperature Tl to reinject it directly into the heat exchanger 2, mixed with the flow exiting the secondary fluid FS at the second temperature T2.
  • the thermal enclosure 51 has no bypass duct 56 and uses only the thermal stratification for injecting into the heat exchanger 2 the flow leaving the secondary fluid FS at the second temperature T2 close to the first temperature T1 of the incoming flow.
  • the thermal plant 60 of Figures 6A and 6B is for a heating application.
  • the thermal chamber 61 has internal walls 64 provided with openings for communicating its useful volume with the secondary circuit CS, namely an injection port 62 situated in the lower part of the thermal chamber 61 and the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 located in the middle part which are in this example connected by an injection conduit 67, and a suction mouth 63 located in the upper part of the thermal chamber 61, in a sampling zone ZP where the temperature of the secondary fluid is the hottest, and the secondary inlet ES of the heat exchanger 2 situated in the middle part which are in this example connected to a suction duct 65.
  • the injection ducts 67 and suction ducts 65 are substantially vertical, in the extension one of the other and delimited by part of the inner walls 64.
  • the thermal enclosure 61 further comprises a bypass duct 66 located in the middle part of the thermal enclosure 61, delimited by another part of the internal walls 64, extending substantially vertically between the secondary output SS and the secondary input ES of the heat exchanger 2 in order to deflect part of the incoming flow of the secondary fluid FS to the first temperature T1 to reinject it directly into the heat exchanger 2, mixed with the outgoing flow secondary fluid FS at the second temperature T2.
  • the thermal enclosure 61 has no bypass duct 66 and uses only the thermal stratification for injecting into the heat exchanger 2 the flow leaving the secondary fluid FS at the second temperature T2 close to the first temperature T1 of the incoming flow.
  • FIGS. 7A, 7B and 8A, 8B illustrate thermal installations 70 and 80 in which the thermal enclosure 71, 81 is hermetically sealed and contains a secondary fluid FS in the form of a liquid to be cooled in the thermal installation 70 of the FIGS. 7A, 7B or to be heated in the thermal installation 80 of FIGS. 8A, 8B.
  • the magnetocaloric heat generator 1 and the heat exchangers 2, 3 are, in these examples, arranged laterally outside the thermal enclosure 71, 81.
  • the heat exchanger 2 communicating with the thermal enclosure 71, 81 is this time a liquid / liquid exchanger, whose secondary circuit CS comprises a pump 5 circulating the secondary fluid FS through ducts 6 opening into the thermal chamber 71, 81 through an injection port 72, 82 and a mouth suction 73, 83.
  • a liquid / liquid exchanger whose secondary circuit CS comprises a pump 5 circulating the secondary fluid FS through ducts 6 opening into the thermal chamber 71, 81 through an injection port 72, 82 and a mouth suction 73, 83.
  • This sampling zone ZP is, in this cooling application, located in the lower part of the thermal enclosure 71 in which is positioned the suction port 73 which communicates with the secondary inlet ES of the heat exchanger 2.
  • the injection port 72 which communicates with the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 is located in the upper part of the thermal chamber 71, from which the secondary fluid FS leaves the heat exchanger 2 at the first temperature T1 lower than the second temperature T2. The incoming flow of the secondary fluid FS then moves naturally inside the thermal enclosure 71 from top to bottom.
  • bypass duct 76 is outside the thermal enclosure 81, extends between the secondary outlet SS and the secondary inlet ES of the heat exchanger 2, and its section is defined according to the percentage of the secondary fluid FS to be deflected.
  • This sampling zone ZP is, in this cooling application, located in the upper part of the thermal chamber 81 in which is positioned the suction mouth 83 which communicates with the secondary inlet ES of the heat exchanger 2.
  • the injection port 82 which communicates with the secondary outlet SS of the heat exchanger 2 is located in the lower part of the thermal chamber 81, from which the secondary fluid FS leaves the heat exchanger 2 at the first temperature Tl greater than the second temperature T2. The incoming flow of the secondary fluid FS then moves naturally inside the thermal enclosure 71 from bottom to top.
  • bypass duct 86 is outside the thermal enclosure 81 and extends between the secondary outlet SS and the secondary inlet ES of the heat exchanger 2, and its section is defined according to the percentage of the secondary fluid FS to be deflected.
  • the ZP sampling zone is identified inside the thermal enclosure by instrumenting the thermal chamber with temperature sensors in one phase.
  • process development In this development phase, it is also possible to determine the position of the injection port and the suction mouth in the thermal chamber to optimize the circulation of the secondary fluid inside the thermal chamber.
  • the examples of embodiment detailed above are not exhaustive, but allow to illustrate the different cases that can be encountered in heating or cooling applications, and in which it is possible to always apply the same process for modifying the temperature of a secondary fluid FS in a thermal chamber 11-81 by maximizing the performance of a magnetocaloric heat generator 1.

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Abstract

L'invention concerne une installation thermique (10) utilisée pour refroidir un fluide secondaire (FS) au moyen d'un générateur thermique magnétocalorique (1) relié à une enceinte thermique (11) par un échangeur thermique (2) dans lequel s'effectue un échange thermique entre un fluide primaire (FP) circulant dans ledit générateur (1) et le fluide secondaire (FS) circulant dans ladite enceinte (11) entre une bouche d'injection (12) où le fluide secondaire (FS) entre dans l'enceinte thermique (11) à une première température Tl, et une bouche d'aspiration (13) où le fluide secondaire (FS) sort de l'enceinte thermique (11) à une deuxième température T2, différente de la première température Tl. La bouche d'aspiration (13) est disposée à l'intérieur de l'enceinte thermique (11) dans une zone de prélèvement (ZP) dans laquelle la température du fluide secondaire (FS) est la plus froide dans le but de limiter l'écart de température entre les fluides primaire (FP) et secondaire (FS) rentrant dans ledit échangeur thermique (2).

Description

PROCEDE POUR REFROIDIR OU CHAUFFER UN FLUIDE DANS UNE ENCEINTE THERMIQUE AU MOYEN D'UN GENERATEUR THERMIQUE MAGNETOCALORIQUE ET INSTALLATION THERMIQUE METTANT EN ŒUVRE LEDIT PROCEDE
Domaine technique :
La présente invention concerne un procédé pour refroidir ou chauffer un fluide, dit fluide secondaire, dans une enceinte thermique au moyen d'un générateur thermique magnétocalorique relié à ladite enceinte thermique par au moins un échangeur thermique dans lequel s'effectue un échange thermique entre un fluide primaire circulant dans ledit générateur thermique magnétocalorique et un fluide secondaire circulant dans ladite enceinte thermique, le fluide secondaire circulant dans ladite enceinte thermique entre au moins une bouche d'injection située dans l'enceinte thermique et au travers de laquelle le fluide secondaire sort de échangeur thermique par une sortie secondaire pour entrer dans l'enceinte thermique à une première température, et au moins une bouche d'aspiration située dans l'enceinte thermique et au travers de laquelle le fluide secondaire sort de ladite enceinte thermique à une deuxième température, différente de la première température, pour entrer dans l'échangeur thermique par une entrée secondaire.
La présente invention concerne également une installation thermique mettant en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus. Technique antérieure :
Pour réchauffer ou refroidir un fluide secondaire dans une enceinte thermique, on utilise traditionnellement des générateurs thermiques, sous la forme de pompes à chaleur, de compresseurs, ou similaires, qui utilisent majoritairement un fluide primaire à changement de phases soumis à des cycles de compression/détente. La température d'ébullition et de condensation du fluide primaire est uniquement dépendante de la pression de travail, et totalement indépendante de la température ambiante ou de la température du fluide secondaire. Ainsi, les températures du fluide primaire du côté chaud du générateur (après compression) et du côté froid du générateur (après détente) dans ce type d'application sont constantes et indépendantes de la température du fluide secondaire à réchauffer ou à refroidir. Cette propriété conduit en général à configurer l'échangeur thermique entre le circuit primaire et le circuit secondaire de manière à avoir une différence de température la plus élevée possible entre la température d'entrée des fluides primaire et secondaire dans ledit échangeur thermique afin de maximiser l'échange thermique étant donné que la puissance thermique échangée entre le circuit primaire et le circuit secondaire est directement proportionnelle à la différence de température entre le fluide primaire et le fluide secondaire. Pour cette raison, lorsqu'on veut refroidir un fluide secondaire dans une enceinte thermique, on extrait communément le fluide secondaire dans la zone de l'enceinte thermique où la température du fluide secondaire est la plus chaude, conformément au réfrigérateur décrit dans la publication WO 2016/036005 Al citée à titre d'exemple. Et inversement, lorsqu'on veut réchauffer un fluide secondaire dans une enceinte thermique, on extrait communément le fluide secondaire dans la zone de l'enceinte thermique où la température du fluide secondaire est la plus froide.
La publication US 2015/323237 Al décrit un surgélateur dans lequel le groupe de froid, constitué d'un compresseur traditionnel et d'un évaporateur, est disposé en partie basse de l'enceinte thermique. Le but recherché est de maintenir une température dans l'enceinte thermique la plus uniforme et la plus stable possible. Il n'y a donc pas de zone plus froide qu'une autre, la température étant en tout point identique. Il est même prévu un dispositif de chauffage dans le conduit d'alimentation d'air froid pour empêcher que la température ne descende trop rapidement dans le surgélateur. Toutefois, dans le cas d'un générateur thermique à effet magnétocalorique, comme illustré dans les publications FR 2 861 455 et US 6,453,677, la configuration traditionnelle évoquée précédemment n'est pas avantageuse et même contreproductive.
En effet, dans un générateur thermique magnétocalorique, l'écart de température entre le fluide primaire sortant dudit générateur pour rentrer dans l'échangeur thermique et le fluide primaire sortant de l'échangeur thermique pour rentrer dans ledit générateur après avoir échangé avec un fluide secondaire dans ledit échangeur thermique a un impact significatif sur l'efficacité dudit générateur et ce pour les deux raisons suivantes :
1) A chaque cycle magnétique, le matériau magnétocalorique subit une variation de température (delta de température ΔΤ adiabatique) qui permet de refroidir le fluide primaire rentrant dans ledit générateur du côté chaud du générateur et de réchauffer le fluide primaire rentrant du côté froid du générateur. Si la différence de température entre le fluide primaire rentrant et le fluide primaire sortant dudit générateur est sensiblement égale ou supérieure à l'effet magnétocalorique dudit matériau (ΔΤ adiabatique), le générateur thermique magnétocalorique n'a plus la capacité de remettre la température du fluide primaire sortant au même niveau qu'au cycle magnétique précédent, entraînant une dégradation du gradient de température généré par le générateur thermique magnétocalorique.
2) De plus, l'effet magnétocalorique étant maximum à la température de Curie des matériaux magnétocaloriques, la température du fluide primaire sortant du générateur est généralement égale à la température de Curie. Si la température du fluide primaire rentrant dans ledit générateur est significativement différente de celle du fluide primaire sortant dudit générateur, le fluide primaire rentrant placera le matériau magnétocalorique actif à une température éloignée de sa température Curie diminuant ainsi l'effet magnétocalorique que peut générer ledit matériau.
Il en résulte que la dynamique de refroidissement ou de réchauffage, intrinsèquement associée à l'effet magnétocalorique, sera d'autant plus lente que la différence de température entre le fluide primaire sortant et le fluide primaire rentrant dans ledit générateur thermique magnétocalorique sera élevée. Ce phénomène est d'autant plus notable à la mise en route d'une installation thermique lorsqu'un grand différentiel de température existe entre le fluide primaire du générateur thermique magnétocalorique et le fluide secondaire à refroidir ou à réchauffer contenu dans une enceinte thermique. Cette grande différence de température induit une température de retour du fluide primaire vers le générateur thermique magnétocalorique significativement différente de sa température de sortie.
En effet, la température du fluide primaire rentrant dans le générateur thermique magnétocalorique est étroitement dépendante de la température du fluide secondaire sortant de l'enceinte thermique et rentrant dans l'échangeur thermique dans lequel il va transférer ses calories ou ses frigories au fluide primaire par conduction. Par conséquent, si l'on souhaite minimiser l'écart de température entre le fluide primaire rentrant dans le générateur et le fluide primaire sortant du générateur, il faut impérativement minimiser l'écart de température entre le fluide secondaire sortant de l'enceinte thermique et le fluide secondaire entrant dans l'enceinte thermique, ce qui revient à limiter l'écart de température entre les fluides primaire et secondaire rentrant dans l'échangeur thermique. Exposé de l'invention :
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé et une installation thermique mettant en œuvre un générateur thermique magnétocalorique permettant d'atteindre des performances thermiques satisfaisantes pour refroidir ou chauffer le fluide d'une enceinte thermique, quel que soit le fluide secondaire utilisé dans ladite enceinte thermique et le type d'enceinte thermique concerné, en minimisant l'écart de température entre le fluide secondaire sortant de l'enceinte thermique et le fluide secondaire entrant dans l'enceinte thermique pour minimiser l'écart de température entre le fluide primaire rentrant dans le générateur et le fluide primaire sortant dudit générateur, pour réduire ainsi le temps d'établissement du gradient de température dudit générateur thermique magnétocalorique au démarrage et maintenir ce gradient de température à un niveau optimal tout au long de son fonctionnement, ledit procédé et ladite installation nécessitant que peu de modifications pour parvenir audit résultat, de manière simple, efficace, fiable et à moindre coût.
Dans ce but, l'invention concerne un procédé du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que l'on identifie une zone de prélèvement à l'intérieur de l'enceinte thermique dans laquelle la température du fluide secondaire est la plus froide lorsqu'on veut refroidir ledit fluide secondaire, ou dans laquelle la température du fluide secondaire est la plus chaude lorsqu'on veut réchauffer ledit fluide secondaire, et l'on positionne ladite au moins une bouche d'aspiration dans ladite zone de prélèvement pour prélever ledit fluide secondaire à une deuxième température la plus proche possible de la première température du fluide secondaire afin de limiter l'écart de température entre le fluide secondaire rentrant dans l'échangeur thermique par rapport au fluide secondaire sortant dudit échangeur thermique, et par voie de conséquence de limiter l'écart de température entre le fluide primaire rentrant dans ledit générateur thermique magnétocalorique et le fluide primaire sortant dudit générateur thermique magnétocalorique.
Ainsi le procédé selon l'invention va à l'encontre d'un préjugé selon lequel pour réaliser un échange thermique le plus optimal possible, on privilégie un écart de température le plus important possible entre un fluide primaire circulant dans un générateur thermique et un fluide secondaire circulant dans une enceinte thermique, impliquant nécessairement de prélever le fluide secondaire à l'intérieur de l'enceinte thermique dans une zone de prélèvement où la température du fluide secondaire est la plus chaude lorsqu'on veut refroidir le fluide secondaire, ou la plus froide lorsqu'on veut chauffer le fluide secondaire. Au moins dans une phase de démarrage dudit procédé, l'on peut identifier la zone de prélèvement à l'intérieur de ladite enceinte thermique en utilisant le phénomène naturel de stratification thermique dans lequel la température du fluide secondaire est la plus froide dans la partie basse de l'enceinte thermique et la plus chaude dans la partie haute de l'enceinte thermique.
Au moins dans une phase de mise au point dudit procédé, l'on peut identifier la zone de prélèvement à l'intérieur de ladite enceinte thermique en instrumentant ladite enceinte thermique avec des capteurs de température. Dans cette phase de mise au point dudit procédé, on peut également déterminer la position de ladite au moins une bouche d'injection et de ladite au moins une bouche d'aspiration dans l'enceinte thermique pour optimiser la circulation du fluide secondaire à l'intérieur de ladite enceinte thermique.
L'on peut définir ledit écart de température du fluide secondaire (FS) entre ladite deuxième température et ladite première température pour qu'il soit inférieur ou égal à 30% de l'effet magnétocalorique dudit générateur thermique magnétocalorique.
Selon le mode de réalisation de l'invention, l'on peut dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire à la première température pour la réinjecter à l'entrée secondaire dudit échangeur thermique. Cette partie du flux déviée peut être comprise entre 5 et 40%, et de préférence entre 5 et 20%, du flux entrant du fluide secondaire à la première température.
L'on peut dévier la partie du flux entrant du fluide secondaire à la première température pour la réinjecter à l'entrée secondaire dudit échangeur thermique de manière directe au moyen d'au moins un conduit de dérivation s 'étendant entre la sortie secondaire et l'entrée secondaire dudit échangeur thermique.
L'on peut également dévier la partie du flux entrant du fluide secondaire à la première température pour la réinjecter à l'entrée secondaire dudit échangeur thermique de manière indirecte au moyen d'au moins un orifice de dérivation disposé dans l'enceinte thermique à la sortie secondaire dudit échangeur thermique.
Dans ce but également, l'invention concerne une installation du genre indiqué en préambule, caractérisée en ce que la bouche d'aspiration est disposée à l'intérieur de ladite enceinte thermique dans une zone de prélèvement dans laquelle la température du fluide secondaire est la plus froide lorsque ladite installation thermique est utilisée pour refroidir un ledit fluide secondaire, ou dans laquelle la température du fluide secondaire est la plus chaude lorsque ladite installation thermique est utilisée pour réchauffer un ledit fluide secondaire, pour prélever le fluide secondaire à une deuxième température la plus proche possible de la première température du fluide secondaire, afin de limiter l'écart de température entre le fluide secondaire rentrant dans l'échangeur thermique et le fluide secondaire sortant dudit échangeur thermique, et par voie de conséquence de limiter l'écart de température entre le fluide primaire rentrant dans ledit générateur thermique magnétocalorique et le fluide primaire sortant dudit générateur thermique magnétocalorique.
Lorsque ladite installation thermique est utilisée pour refroidir un fluide secondaire, alors ladite au moins une bouche d'aspiration est disposée dans une partie basse de ladite enceinte thermique compte tenu du phénomène naturel de stratification thermique.
Inversement, lorsque ladite installation thermique est utilisée pour chauffer un fluide secondaire, ladite au moins une bouche d'aspiration est disposée dans une partie haute de ladite enceinte thermique compte tenu du phénomène naturel de stratification thermique.
Selon les variantes de réalisation, l'enceinte thermique peut comporter au moins un conduit de dérivation s'étendant entre ladite sortie secondaire et ladite entrée secondaire dudit échangeur thermique et agencé pour dévier directement une partie du flux entrant du fluide secondaire à la première température et la réinjecter à l'entrée secondaire dudit échangeur thermique. L'enceinte thermique peut alternativement comporter au moins un orifice de dérivation disposé dans l'enceinte thermique à la sortie secondaire dudit échangeur thermique et agencé pour dévier indirectement une partie du flux entrant du fluide secondaire à la première température et la réinjecter à l'entrée secondaire dudit échangeur thermique.
Ledit au moins un conduit de dérivation ou ledit au moins un orifice de dérivation peut être agencé pour dévier une partie comprise entre 5 et 40%, et de préférence comprise entre 5 et 20%, du flux entrant du fluide secondaire à la première température.
Description sommaire des dessins :
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
les figures 1A et 1B sont des vues en coupe axiale schématique d'une première installation thermique selon l'invention pour une application de refroidissement d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé en partie haute de l'enceinte thermique à refroidir,
les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en coupe axiale schématique d'une deuxième installation thermique pour une application de chauffage d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, la gravité thermique et une dérivation indirecte, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé en partie haute de l'enceinte thermique à réchauffer,
les figures 3 A et 3B sont des vues en coupe axiale schématique d'une troisième installation thermique selon l'invention pour une application de chauffage d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé en partie basse de l'enceinte thermique à réchauffer,
- les figures 4A, 4B et 4C sont des vues en coupe axiale schématique d'une quatrième installation thermique pour une application de refroidissement d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, la gravité thermique et une dérivation indirecte, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé en partie basse de l'enceinte thermique à refroidir,
les figures 5 A et 5B sont des vues en coupe axiale schématique d'une cinquième installation thermique selon l'invention pour une application de refroidissement d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé sur un des côtés de l'enceinte thermique à refroidir,
les figures 6A et 6B sont des vues en coupe axiale schématique d'une sixième installation thermique selon l'invention pour une application de chauffage d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé sur un des côtés de l'enceinte thermique à réchauffer,
les figures 7 A et 7B sont des vues en coupe axiale schématique d'une septième installation thermique selon l'invention pour une application de refroidissement d'un fluide secondaire liquide dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé latéralement à l'enceinte thermique à refroidir, et
les figures 8 A et 8B sont des vues en coupe axiale schématique d'une huitième installation thermique selon l'invention pour une application de chauffage d'un fluide secondaire gazeux dans une enceinte thermique, utilisant respectivement la gravité thermique et une dérivation directe, et la gravité thermique seule, l'échangeur thermique étant situé latéralement à l'enceinte thermique à réchauffer. Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser :
En référence aux figures, l'invention concerne un procédé et une installation thermique 10-80 permettant de refroidir ou de chauffer un fluide dans une enceinte thermique 11-81, appelé fluide secondaire FS.
L'installation thermique 10-80 selon invention met en œuvre un générateur thermique magnétocalorique 1 agencé pour produire de l'énergie thermique, tel que par exemple celui décrit dans la publication WO 2015/079313 Al. Cet exemple n'est bien entendu pas limitatif et tout autre générateur thermique magnétocalorique 1 peut convenir. C'est pourquoi le générateur thermique magnétocalorique 1 ne sera pas décrit en détail dans la présente demande. Néanmoins, il comporte de manière connue au moins un étage thermique comprenant des matériaux magnétocaloriques disposés sur un support, un arrangement magnétique agencé pour soumettre lesdits matériaux magnétocaloriques à une variation de champ de magnétique, et au moins un circuit de fluide caloporteur, dit fluide primaire FP, mis en circulation forcée par rapport auxdits matériaux magnétocaloriques pour collecter l'énergie thermique qu'ils produisent lorsqu'ils sont soumis à des cycles magnétiques. Le fluide primaire FP est de préférence un liquide tel que de l'eau, mélangée ou non avec un ou plusieurs additifs en fonction des applications et de la température de travail.
Pour rappel, l'effet magnétocalorique (EMC) des matériaux magnétocaloriques consiste en une variation de leur température lorsqu'ils sont soumis à une variation de champ magnétique. Cet effet magnétocalorique dépend par conséquent du matériau magnétocalorique et donc de sa température de Curie, du champ magnétique appliqué audit matériau et de la température de travail dudit matériau II suffit ainsi de soumettre ces matériaux magnétocaloriques à une succession de cycles magnétiques comportant une alternance de phases d'aimantation et de phases de désaimantation, 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 chaude et froide desdits matériaux. La différence de température entre l'extrémité froide et l'extrémité chaude des matériaux magnétocaloriques, ou entre le côté froid et le côté chaud du générateur, est appelée communément le « gradient de température » du générateur thermique magnétocalorique. Le cycle magnétique est répété jusqu'à des fréquences de plusieurs Hertz. L'efficacité d'un tel cycle de réfrigération ou de chauffage magnétique surpasse d'environ 30 % celle d'un cycle de réfrigération ou de chauffage classique.
L'installation thermique 10-80 selon l'invention met en œuvre deux échangeurs thermiques 2, 3, l'un relié au côté froid et l'autre relié au côté chaud du générateur thermique magnétocalorique 1. Selon l'application considérée, un des échangeurs thermiques 2 est un échangeur froid ou chaud reliant le côté froid ou chaud du générateur thermique magnétocalorique 1 à l'enceinte thermique 11-81 pour la refroidir ou la chauffer, et l'autre échangeur thermique 3 est un échangeur chaud ou froid reliant l'autre côté chaud ou froid du générateur thermique magnétocalorique 1 à l'atmosphère ou à un autre environnement. Ces échangeurs thermiques 2, 3 permettent un échange thermique entre un fluide primaire FP d'une part circulant dans le générateur thermique magnétocalorique 1, et un fluide secondaire FS d'autre part circulant dans l'enceinte thermique 11-81 pour réchauffer ou refroidir le volume intérieur de ladite enceinte ou pour échanger avec l'atmosphère. L'échangeur thermique 2, 3 peut être un échangeur liquide/liquide lorsque les deux fluides FP, FS en présence sont des liquides ou un échangeur liquide/gaz lorsque le fluide primaire FP est un liquide et le fluide secondaire FS est un milieu gazeux. Ce type d' échangeur thermique 2, 3 est bien connu et ne sera pas décrit en détail dans la présente demande. Toutefois, ils comportent chacun au moins un circuit primaire CP dans lequel circule le fluide primaire FP entre au moins une entrée primaire EP et une sortie primaire SP, un circuit secondaire CS dans lequel circule le fluide secondaire FS entre au moins une entrée secondaire ES et une sortie secondaire SS, et une zone d'échange thermique entre les deux fluides FP, FS dans laquelle ils circulent généralement en sens inverse, dit à contre-courant, pour les échangeurs liquide/liquide, ou en flux croisés pour les échangeurs liquide/air, cette zone d'échange thermique pouvant être à plaques, tubulaire, à tubes et calandre, à serpentin, à ailettes ou à une combinaison de ces moyens. Les deux fluides primaire FP et secondaire FS sont de préférence mis en circulation forcée à l'intérieur de l'échangeur thermique 2, 3. Le fluide primaire FP peut être mis en circulation forcée dans le circuit primaire CP de l'échangeur thermique 2 par l'intermédiaire d'une pompe (non représentée) disposée dans le générateur thermique magnétocalorique 1, ou de tout autre dispositif permettant la mise en mouvement du fluide primaire comme des pistons, des membranes ou similaires. Et le fluide secondaire FS peut être mis en circulation forcée dans le circuit secondaire CS de l'échangeur thermique 2, 3 par tout moyen d'entraînement adapté, tel qu'un ventilateur 4 lorsque le fluide secondaire est un milieu gazeux, une pompe 5 lorsque le fluide secondaire est un liquide. Dans l'installation thermique 10-80 de l'invention, l'enceinte thermique 11-81 contient un fluide secondaire FS dans un volume qui peut être fermé hermétiquement ou non, ouvert totalement ou partiellement, selon la destination de l'enceinte thermique 11-81 et la nature du fluide secondaire FS. Le fluide secondaire FS est destiné à être refroidi ou réchauffé, selon qu'il s'agisse d'une application de refroidissement ou de chauffage. Ce fluide secondaire FS peut être différent en fonction de l'application considérée. Il peut être constitué d'un milieu gazeux, comme par exemple de l'air, lorsque l'enceinte thermique 11-61 est une pièce de vie, un véhicule, une chambre de pousse, une chambre froide telle qu'un réfrigérateur, une armoire réfrigérée, un distributeur de produits alimentaires, une cave à vin, etc. ou de tout autre gaz utilisé dans un procédé industriel, par exemple dans le cas d'une application de stockage dans un réservoir à une température différente de la température ambiante. Il peut également être constitué d'un liquide, comme par exemple de l'eau lorsque l'enceinte thermique 71-81 est un chauffe-eau, une cuve ou une citerne de liquide alimentaire tel que du lait, de la bière, etc. Il peut être enfin constitué d'un tout autre fluide utilisé dans un procédé industriel par exemple, nécessitant une température de stockage différente de la température ambiante, tel que l'azote liquide, l'huile, etc. lorsque l'enceinte thermique est un réservoir. Ces exemples de fluides secondaires FS et d'enceintes thermiques 11-81 ne sont donnés qu'à titre indicatif et ne sont pas limitatifs.
De plus, le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 11-81 s'organise naturellement en couches superposées verticalement en fonction de sa température s'échelonnant entre une couche inférieure dans laquelle sa température est la plus basse située dans la partie basse de l'enceinte thermique 11-81 et une couche supérieure dans laquelle sa température est la plus haute située dans la partie haute de l'enceinte thermique 11-81. Ce phénomène naturel est dû à la masse volumique d'un fluide qui varie avec sa température et qui génère une stratification thermique correspondant à une répartition verticale de la température dans un fluide, impliquant du fait de la gravité que le fluide chaud se retrouve au-dessus du fluide froid. Le procédé et l'installation thermique 10-80 selon l'invention vont exploiter au moins en partie ce phénomène naturel. Néanmoins, il existe des enceintes thermiques complexes (non représentées) dans lesquelles la stratification thermique n'est pas applicable puisque ces enceintes thermiques comportent des moyens intérieurs de brassage ou de ventilation et/ou des obstacles dans le volume utile tels que des tiroirs, étagères, ou les charges elles-mêmes, etc. Le procédé et l'installation thermique selon l'invention restent toutefois applicables dans ces installations complexes comme expliqué plus loin.
En référence plus particulièrement aux figures 1A et 1B, l'installation thermique 10 selon l'invention est destinée à une application de refroidissement. Elle comporte à cet effet une enceinte thermique 11 fermée contenant un fluide secondaire FS à refroidir, qui est dans cet exemple un mélange gazeux tel que de l'air. Dans cet exemple de réalisation, le générateur thermique magnétocalorique 1 et l'échangeur thermique 2 sont disposés dans la partie haute de l'enceinte thermique 11. L'échangeur thermique 2 est un échangeur liquide/gaz et est localisé à l'intérieur de l'enceinte thermique 11 alors que le générateur magnétocalorique 1 est disposé à l'extérieur de l'enceinte thermique 11. Bien entendu, toute autre configuration peut convenir, dans laquelle le générateur magnétocalorique 1 et l'échangeur thermique 2 sont tous deux disposés à l'extérieur ou à l'intérieur de l'enceinte thermique 11. Les liaisons fluidiques prévues entre respectivement le générateur thermique magnétocalorique 1 et l'échangeur thermique 2, et entre l'échangeur thermique 2 et l'enceinte thermique 11 sont réalisées soit par des tuyaux et des raccords, soit par des liaisons directes sans tuyau en fonction de la configuration de l'installation thermique 10.
Le circuit primaire CP, dans lequel le fluide primaire FP est mis en circulation, est représenté sous la forme d'une boucle fluidique qui sort du générateur thermique magnétocalorique 1, pour rentrer dans l'échangeur thermique 2 par une entrée primaire EP, puis en ressort par une sortie primaire SP pour rentrer à nouveau dans le générateur thermique magnétocalorique 1. Le circuit secondaire CS, dans lequel le fluide secondaire FS est mis en circulation par un ventilateur 4, est représenté sous la forme d'une boucle fluidique, illustrée par des flèches, qui sort de l'échangeur thermique 2 par une sortie secondaire SS, pour rentrer à une première température Tl dans l'enceinte thermique 11 par une bouche d'injection 12, puis en ressort à une deuxième température T2 par une bouche d'aspiration 13 pour rentrer à nouveau dans l'échangeur thermique 2 par une entrée secondaire ES. Pour cette application de refroidissement, la première température Tl est nécessairement inférieure à la deuxième température T2.
L'enceinte thermique 11 comporte des parois intérieures 14 agencées pour délimiter le volume utile de l'enceinte thermique 11 par rapport au circuit secondaire CS. Les parois intérieures 14 comportent à cet effet des ouvertures pour mettre en communication ce volume utile avec le circuit secondaire CS, à savoir la bouche d'injection 12 dans l'enceinte thermique 11 et la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 qui sont dans cet exemple confondues et situées en partie haute de l'enceinte thermique 11, ainsi que la bouche d'aspiration 13 située en partie basse de l'enceinte thermique 11 et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 située en partie haute de l'enceinte thermique 11 qui sont dans cet exemple reliées par un conduit d'aspiration 15 sensiblement vertical délimité par une partie des parois intérieures 14.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 1A, l'enceinte thermique 11 comporte en outre un conduit de dérivation 16, situé en partie haute de l'enceinte thermique 11, délimitée par une autre partie des parois intérieures 14, s 'étendant sensiblement horizontalement entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 afin de dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS pour le réinjecter directement dans l'échangeur thermique 2. La section du conduit de dérivation 16 est définie pour dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS de l'ordre de 5 à 40% et de préférence de 5 à 20%. Ces valeurs ne sont données qu'à titre indicatif et ne sont pas limitatives. Dans l'exemple de la figure 1B, l'enceinte thermique 11 ne comporte pas de conduit de dérivation 16.
Le fonctionnement de l'installation thermique 10 selon les figures 1A et 1B consiste à refroidir le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 11 en le faisant circuler à travers l'échangeur thermique 2 pour qu'il échange thermiquement avec le fluide primaire FP circulant dans le générateur thermique magnétocalorique 1, entre l'entrée secondaire ES au travers de laquelle il entre dans l'échangeur thermique 2 à une seconde température T2, et la sortie secondaire SS au travers de laquelle il sort de l'échangeur thermique 2 après avoir été refroidi à une première température Tl, inférieure à la seconde température T2. Pour optimiser cet échange thermique et accélérer le refroidissement du fluide secondaire FS, on utilise la stratification thermique naturelle et on va prélever le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 11 dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire FS est la plus froide, à une deuxième température T2 supérieure mais proche de la première température Tl, conformément à la figure 1B, et à l'inverse des procédés de l'état de l'art. Cette zone de prélèvement ZP est dans cet exemple localisée dans la partie basse de l'enceinte thermique 11 dans laquelle est positionnée la bouche d'aspiration 13 qui communique avec l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 par le conduit d'aspiration 15. On peut également utiliser la stratification thermique naturelle combinée à une dérivation d'une partie du flux entrant, permettant de réinjecter dans l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2, un mélange de fluide secondaire à la première température Tl par le conduit de dérivation 16 et à la deuxième température T2 par la bouche d'aspiration 13, conformément à la figure 1A.
Dans cette application de refroidissement, l'intérêt de prélever le fluide secondaire FS a une deuxième température T2 la plus froide possible dans l'enceinte thermique 11 et donc la plus proche possible de la première température Tl à laquelle il est injecté dans ladite enceinte thermique 11, réside dans le fait de limiter l'écart de température entre le fluide secondaire FS rentrant dans l'échangeur thermique 2 à la deuxième température T2 et le fluide secondaire FS sortant dudit échangeur thermique à la première température Tl, et par voie de conséquence de limiter l'écart de température entre le fluide primaire FP rentrant dans le générateur thermique magnétocalorique 1 et le fluide primaire FP sortant dudit générateur. A titre d'exemple, on cherche à faire en sorte que l'écart de température entre le fluide secondaire FS rentrant dans l'échangeur thermique 2 par rapport au fluide secondaire sortant dudit échangeur thermique )[Mi]soit inférieur ou égal à environ 30% de l'effet magnétocalorique du générateur thermique magnétocalorique 1, ce qui fait, à titre d'exemple, pour un effet magnétocalorique de 2,5K un écart de température maximum de 0,75K au niveau du fluide secondaire FS. Par voie de conséquence, on obtient un écart de température entre le fluide primaire FP rentrant dans le générateur thermique magnétocalorique 1 par rapport au fluide primaire FP sortant dudit générateur thermique magnétocalorique de l'ordre de 30 à 60% de l'effet magnétocalorique du générateur thermique magnétocalorique 1, ce qui fait, à titre d'exemple, pour un effet magnétocalorique de 2,5K un écart de température maximum 0,75K à 1,5K entre les deux fluides FP et FS rentrant dans ledit échangeur thermique 2. Ainsi, le fluide primaire FP qui rentre dans le générateur thermique magnétocalorique 1, après avoir échangé avec le fluide secondaire FS dans ledit échangeur thermique 2, présente un écart de température avec le fluide primaire FP sortant dudit générateur thermique inférieur à une valeur de l'ordre de 30 à 60% de l'effet magnétocalorique et une température restant proche de la température de Curie du matériau à la température de Curie la plus froide de manière à ce que le générateur thermique magnétocalorique 1 ait la capacité de ramener ce fluide primaire FP, ressortant au demi cycle suivant, à la même température qu'au cycle précédent. De ce fait, les matériaux magnétocaloriques peuvent ainsi travailler à leur température de Curie optimale, permettant de préserver le gradient de température du générateur thermique magnétocalorique 1 et d'accélérer le refroidissement du fluide secondaire FS. L'intérêt de ce procédé est d'autant plus important en phase de démarrage de l'installation thermique 10 lorsque le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 11 peut être à une température initiale T2 très supérieure à sa température T2 en régime établi.
Dans les figures 2A, 2B et 2C, l'installation thermique 20 selon l'invention est destinée à une application de chauffage et comporte une enceinte thermique 21 fermée contenant un fluide secondaire FS à chauffer, qui est comme dans l'exemple précédent un mélange gazeux tel que de l'air. Les pièces et composants identiques à l'exemple précédent portent le même numéro de référence. Le positionnement du générateur thermique magnétocalorique 1 et des échangeurs thermiques 2, 3 par rapport à l'enceinte thermique 21 est identique à l'installation thermique 10 des figures 1A et 1B. L'enceinte thermique 21 comporte des parois intérieures 24 qui délimitent le volume utile de l'enceinte thermique 21 par rapport au circuit secondaire CS. Les parois intérieures 24 comportent à cet effet des ouvertures pour mettre en communication ce volume utile avec le circuit secondaire CS, à savoir plusieurs bouches d'injection 22 situées à différents niveaux dans l'enceinte thermique 21 et la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 située en partie haute de l'enceinte thermique 21 qui sont dans cet exemple reliées par un conduit d'injection 27 sensiblement vertical délimité par une partie des parois intérieures 24, ainsi qu'une bouche d'aspiration 23 et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 situées en partie haute de l'enceinte thermique 11 qui sont dans cet exemple confondues.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2A, l'enceinte thermique 21 comporte en outre un conduit de dérivation 26, situé en partie haute de l'enceinte thermique 21, délimitée par une autre partie des parois intérieures 24, s 'étendant sensiblement horizontalement entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 afin de dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS pour le réinjecter directement dans l'échangeur thermique 2. Comme précédemment, la section du conduit de dérivation 26 est définie en fonction du pourcentage du fluide secondaire FS à dévier. Dans l'exemple de la figure 2B, l'enceinte thermique 21 comporte non pas un conduit de dérivation 26 mais au moins un orifice de dérivation 28 localisé à la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 et associé à un déflecteur 29 pour dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS afin qu'il soit aspiré et réinjecté indirectement dans l'échangeur thermique 2. Dans l'exemple de la figure 2C, l'enceinte thermique 21 ne comporte pas de conduit de dérivation 26, ni d'orifice de dérivation 28.
Le fonctionnement de l'installation thermique 20 selon les figures 2A à 2C consiste à réchauffer le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 21 en le faisant circuler à travers l'échangeur thermique 2 pour qu'il échange thermiquement avec le fluide primaire FP circulant dans le générateur thermique magnétocalorique 1, entre l'entrée secondaire ES au travers de laquelle il entre dans l'échangeur thermique 2 à une seconde température T2, et la sortie secondaire SS au travers de laquelle il sort de l'échangeur thermique 2 après avoir été réchauffé à une première température Tl, supérieure à la seconde température T2. Pour optimiser cet échange thermique et accélérer le réchauffement du fluide secondaire FS, on utilise la stratification thermique naturelle et on va prélever le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 21 dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire FS est la plus chaude à une deuxième température T2 inférieure mais proche de la première température Tl, conformément à la figure 2B, et à l'inverse des procédés de l'état de l'art. Cette zone de prélèvement ZP est dans cet exemple localisée dans la partie haute de l'enceinte thermique 21 dans laquelle est positionnée la bouche d'aspiration 23 qui communique avec l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2. On peut également utiliser la stratification thermique naturelle combinée à une dérivation directe ou indirecte d'une partie du flux entrant, permettant de réinjecter dans l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2, un mélange de fluide secondaire à la première température Tl par le conduit de dérivation 26 ou l'orifice de dérivation 28 et à la deuxième température T2 par la bouche d'aspiration 23, conformément respectivement aux figures 2A et 2B. Dans cette application de chauffage, l'objectif est le même que celui évoqué précédemment, à savoir limiter l'écart de température entre le fluide secondaire FS rentrant dans l'échangeur thermique 2 à la deuxième température T2 et le fluide secondaire FS sortant dudit échangeur thermique à la première température Tl, et par voie de conséquence de limiter l'écart de température entre le fluide primaire FP rentrant dans le générateur thermique magnétocalorique 1 et le fluide primaire FP sortant dudit générateur, pour préserver le gradient de température du générateur thermique magnétocalorique 1 et accélérer le chauffage du fluide secondaire FS. Les autres exemples d'installation thermique 30-80, en référence aux figures 3 à 8, présentent des configurations différentes mais exploitent le même procédé permettant d'optimiser la variation thermique d'un fluide secondaire FS dans une enceinte thermique 31-81, qu'il soit un mélange gazeux ou un liquide, au moyen d'un générateur thermique magnétocalorique 1. Le fonctionnement de ces différentes installations thermiques 30-80 ne sera donc pas réexpliqué. Les pièces et composants identiques aux exemples précédents portent le même numéro de référence.
Dans les figures 3A et 3B, l'installation thermique 30 selon l'invention est destinée à une application de chauffage. Dans cet exemple, le générateur thermique magnétocalorique 1 et les échangeurs thermiques 2, 3 sont disposés en partie inférieure de l'enceinte thermique 31, un des échangeurs thermiques 2 étant localisé à l'intérieur de l'enceinte thermique 31 et le générateur magnétocalorique 1 ainsi que l'autre échangeur thermique 3 étant localisés à l'extérieur. L'enceinte thermique 31 comporte des parois intérieures 34 pourvues d'ouvertures pour mettre en communication son volume utile avec le circuit secondaire CS, à savoir une bouche d'injection 32 et la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 situées en partie basse de l'enceinte thermique 31 qui sont dans cet exemple confondues, ainsi qu'une bouche d'aspiration 33 située en partie haute de l'enceinte thermique 31, dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire est la plus chaude, et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 située en partie basse de l'enceinte thermique 11, qui sont dans cet exemple reliées un conduit d'aspiration 35 sensiblement vertical délimité par une partie des parois intérieures 34.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 3 A, l'enceinte thermique 31 comporte en outre un conduit de dérivation 36, situé en partie basse de l'enceinte thermique 31, délimitée par une autre partie des parois intérieures 34, s 'étendant sensiblement horizontalement entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 afin de dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS à la première température Tl pour le réinjecter directement dans l'échangeur thermique 2 mélangé au flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2. Dans l'exemple de la figure 3B, l'enceinte thermique 31 ne comporte pas de conduit de dérivation 36 et exploite uniquement la stratification thermique permettant d'injecter dans l'échangeur thermique 2 le flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2 proche de la première température Tl du flux entrant.
Dans les figures 4A, 4B et 4C, l'installation thermique 40 selon l'invention est destinée à une application de refroidissement. Le positionnement du générateur thermique magnétocalorique 1 et des échangeurs thermiques 2, 3 par rapport à l'enceinte thermique 41 est identique à l'installation thermique 30 des figures 3A et 3B. L'enceinte thermique 41 comporte des parois intérieures 44 pourvues d'ouvertures pour mettre en communication son volume utile avec le circuit secondaire CS, à savoir plusieurs bouches d'injection 42 situées à différents niveaux dans l'enceinte thermique 41 et la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 située en partie basse de l'enceinte thermique 41 qui sont dans cet exemple reliées par un conduit d'injection 47 sensiblement vertical délimité par une partie des parois intérieures 44, ainsi qu'une bouche d'aspiration 43 et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 confondues et situées en partie basse de l'enceinte thermique 41, dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire est la plus froide. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4A, l'enceinte thermique 41 comporte en outre un conduit de dérivation 46, situé en partie basse de l'enceinte thermique 41, délimitée par une autre partie des parois intérieures 44, s 'étendant sensiblement horizontalement entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 afin de dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS à la première température Tl pour la réinjecter directement dans l'échangeur thermique 2, mélangé au flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2. Dans l'exemple de la figure 4B, l'enceinte thermique 41 comporte non pas un conduit de dérivation 46 mais au moins un orifice de dérivation 48 localisé à la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 et associé à un déflecteur 49 pour dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS à la première température Tl, afin qu'il soit aspiré et réinjecté indirectement dans l'échangeur thermique 2, mélangé au flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2. Dans l'exemple de la figure 4C, l'enceinte thermique 41 ne comporte pas de conduit de dérivation 46, ni d'orifice de dérivation 48, et exploite uniquement la stratification thermique permettant d'injecter dans l'échangeur thermique 2 le flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2 proche de la première température Tl du flux entrant.
Les figures 5A, 5B et 6A, 6B illustrent des installations thermiques 50 et 60 dans lesquelles le générateur thermique magnétocalorique 1 et les échangeurs thermiques 2, 3 sont disposés latéralement d'un côté de l'enceinte thermique 51, 61, un des échangeurs thermiques 2 étant localisé à l'intérieur de l'enceinte thermique 51, 61, et l'autre échangeur thermique 3 avec le générateur thermique magnétocalorique 1 étant localisés à l'extérieur.
L'installation thermique 50 des figures 5A et 5B est destinée à une application de refroidissement. L'enceinte thermique 51 comporte des parois intérieures 54 pourvues d'ouvertures pour mettre en communication son volume utile avec le circuit secondaire CS, à savoir une bouche d'injection 52 située en partie haute de l'enceinte thermique 51 et la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 située en partie médiane qui sont dans cet exemple reliées par un conduit d'injection 57, ainsi qu'une bouche d'aspiration 53 située en partie basse de l'enceinte thermique 51, dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire est la plus froide, et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 située en partie médiane qui sont dans cet exemple reliées un conduit d'aspiration 55. Les conduits d'injection 57 et d'aspiration 55 sont sensiblement verticaux, dans le prolongement l'un de l'autre et délimités par une partie des parois intérieures 54.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 5 A, l'enceinte thermique 51 comporte en outre un conduit de dérivation 56, situé en partie médiane de l'enceinte thermique 51, délimitée par une autre partie des parois intérieures 54, s 'étendant sensiblement verticalement entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 afin de dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS à la première température Tl pour la réinjecter directement dans l'échangeur thermique 2, mélangée au flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2. Dans l'exemple de la figure 5B, l'enceinte thermique 51 ne comporte pas de conduit de dérivation 56 et exploite uniquement la stratification thermique permettant d'injecter dans l'échangeur thermique 2 le flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2 proche de la première température Tl du flux entrant.
L'installation thermique 60 des figures 6 A et 6B est destinée à une application de chauffage. L'enceinte thermique 61 comporte des parois intérieures 64 pourvues d'ouvertures pour mettre en communication son volume utile avec le circuit secondaire CS, à savoir une bouche d'injection 62 située en partie basse de l'enceinte thermique 61 et la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2 située en partie médiane qui sont dans cet exemple reliées par un conduit d'injection 67, ainsi qu'une bouche d'aspiration 63 située en partie haute de l'enceinte thermique 61, dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire est la plus chaude, et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 située en partie médiane qui sont dans cet exemple reliées un conduit d'aspiration 65. Les conduits d'injection 67 et d'aspiration 65 sont sensiblement verticaux, dans le prolongement l'un de l'autre et délimités par une partie des parois intérieures 64.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 6A, l'enceinte thermique 61 comporte en outre un conduit de dérivation 66, situé en partie médiane de l'enceinte thermique 61, délimitée par une autre partie des parois intérieures 64, s 'étendant sensiblement verticalement entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 afin de dévier une partie du flux entrant du fluide secondaire FS à la première température Tl pour la réinjecter directement dans l'échangeur thermique 2, mélangée au flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2. Dans l'exemple de la figure 6B, l'enceinte thermique 61 ne comporte pas de conduit de dérivation 66 et exploite uniquement la stratification thermique permettant d'injecter dans l'échangeur thermique 2 le flux sortant du fluide secondaire FS à la deuxième température T2 proche de la première température Tl du flux entrant.
Les figures 7A, 7B et 8A, 8B illustrent des installations thermiques 70 et 80 dans lesquelles l'enceinte thermique 71, 81 est fermé hermétiquement et contient un fluide secondaire FS sous la forme d'un liquide à refroidir dans l'installation thermique 70 des figures 7A, 7B ou à réchauffer dans l'installation thermique 80 des figures 8A, 8B. Le générateur thermique magnétocalorique 1 et les échangeurs thermiques 2, 3 sont, dans ces exemples, disposés latéralement à l'extérieur de l'enceinte thermique 71, 81. L'échangeur thermique 2 communiquant avec l'enceinte thermique 71, 81 est cette fois-ci un échangeur liquide/liquide, dont le circuit secondaire CS comporte une pompe 5 mettant en circulation le fluide secondaire FS à travers des conduits 6 débouchant dans l'enceinte thermique 71, 81 par une bouche d'injection 72, 82 et une bouche d'aspiration 73, 83. En référence aux figures 7A et 7B, et comme dans les exemples précédents, pour optimiser l'échange thermique au sein de l'échangeur thermique 2 entre le fluide primaire FP et le fluide secondaire FS et accélérer le refroidissement du fluide secondaire FS, on peut utiliser uniquement la stratification thermique naturelle et on va prélever le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 71 dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire FS est la plus froide pour l'injecter dans l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 à une deuxième température T2 supérieure mais proche de la première température Tl, conformément à la figure 7B, et à l'inverse des procédés de l'état de l'art. Cette zone de prélèvement ZP est, dans cette application de refroidissement, localisée dans la partie basse de l'enceinte thermique 71 dans laquelle est positionnée la bouche d'aspiration 73 qui communique avec l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2. Dans cet exemple, la bouche d'injection 72, qui communique avec la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2, est localisée dans la partie haute de l'enceinte thermique 71, de laquelle le fluide secondaire FS sort de l'échangeur thermique 2 à la première température Tl inférieure à la deuxième température T2. Le flux entrant du fluide secondaire FS se déplace alors naturellement à l'intérieur de l'enceinte thermique 71 du haut vers le bas. On peut également utiliser la stratification thermique naturelle combinée à une dérivation directe d'une partie du flux entrant, permettant de réinjecter dans l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2, un mélange de fluide secondaire FS à la première température Tl par un conduit de dérivation 76 et à la deuxième température T2 par la bouche d'aspiration 73. Dans ce cas et conformément à la figure 7 A, le conduit de dérivation 76 est extérieur à l'enceinte thermique 81, s'étend entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2, et sa section est définie en fonction du pourcentage du fluide secondaire FS à dévier.
De même, et en référence aux figures 8A et 8B, pour optimiser l'échange thermique au sein de l'échangeur thermique 2 entre le fluide primaire FP et le fluide secondaire FS et accélérer le chauffage du fluide secondaire FS, on peut utiliser uniquement la stratification thermique naturelle et on va prélever le fluide secondaire FS contenu dans l'enceinte thermique 71 dans une zone de prélèvement ZP où la température du fluide secondaire FS est la plus chaude pour l'injecter dans l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2 à une deuxième température T2 inférieure mais proche de la première température Tl, conformément à la figure 8B, et à l'inverse des procédés de l'état de l'art. Cette zone de prélèvement ZP est, dans cette application de refroidissement, localisée dans la partie haute de l'enceinte thermique 81 dans laquelle est positionnée la bouche d'aspiration 83 qui communique avec l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2. Dans cet exemple, la bouche d'injection 82, qui communique avec la sortie secondaire SS de l'échangeur thermique 2, est localisée dans la partie basse de l'enceinte thermique 81, de laquelle le fluide secondaire FS sort de l'échangeur thermique 2 à la première température Tl supérieure à la deuxième température T2. Le flux entrant du fluide secondaire FS se déplace alors naturellement à l'intérieur de l'enceinte thermique 71 du bas vers le haut. On peut également utiliser la stratification thermique naturelle combinée à une dérivation directe d'une partie du flux entrant, permettant de réinjecter dans l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2, un mélange de fluide secondaire FS à la première température Tl par un conduit de dérivation 86 et à la deuxième température T2 par la bouche d'aspiration 83. Dans ce cas et conformément à la figure 8A, le conduit de dérivation 86 est extérieur à l'enceinte thermique 81, s'étend entre la sortie secondaire SS et l'entrée secondaire ES de l'échangeur thermique 2, et sa section est définie en fonction du pourcentage du fluide secondaire FS à dévier.
Dans le cas non illustré d'enceintes thermiques complexes où la stratification thermique ne peut pas être exploitée, on identifie la zone de prélèvement ZP à l'intérieur de l'enceinte thermique en instrumentant l'enceinte thermique avec des capteurs de température dans une phase de mise au point du procédé. Dans cette phase de mise au point, on peut également déterminer la position de la bouche d'injection et de la bouche d'aspiration dans l'enceinte thermique pour optimiser la circulation du fluide secondaire à l'intérieur de l'enceinte thermique. Les exemples de réalisation détaillés ci-dessus ne sont pas exhaustifs, mais permettent d'illustrer les différents cas de figure qu'il est possible de rencontrer dans des applications de chauffage ou de refroidissement, et dans lesquels il est possible d'appliquer toujours le même procédé visant à modifier la température d'un fluide secondaire FS dans une enceinte thermique 11-81 en exploitant au maximum les performances d'un générateur thermique magnétocalorique 1.
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

Procédé pour refroidir ou chauffer un fluide, dit fluide secondaire, dans une enceinte thermique (11-81) au moyen d'un générateur thermique magnétocalorique (1) relié à ladite enceinte thermique (11-81) par au moins un échangeur thermique (2) dans lequel s'effectue un échange thermique entre un fluide primaire (PF) circulant dans ledit générateur thermique magnétocalorique (1) et un fluide secondaire (FS) circulant dans ladite enceinte thermique (11-81), le fluide secondaire (FS) circulant dans l'enceinte thermique (11-81) entre au moins une bouche d'injection (12-82) située dans l'enceinte thermique (11-81) et au travers de laquelle le fluide secondaire (FS) sort de l'échangeur thermique (2) par une sortie secondaire (SS) pour entrer dans l'enceinte thermique (11-81) à une première température Tl, et au moins une bouche d'aspiration (13-83) située dans l'enceinte thermique (11- 81) et au travers de laquelle le fluide secondaire (FS) sort de ladite enceinte thermique (11-81) à une deuxième température T2 différente de la première température Tl pour rentrer dans l'échangeur thermique (2) par une entrée secondaire (ES), ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on identifie une zone de prélèvement (ZP) à l'intérieur de ladite enceinte thermique (11-81) dans laquelle la température du fluide secondaire (FS) est la plus froide lorsqu'on veut refroidir ledit fluide secondaire (FS), ou dans laquelle la température du fluide secondaire (FS) est la plus chaude lorsqu'on veut réchauffer ledit fluide secondaire (FS), et l'on positionne ladite au moins une bouche d'aspiration (13-83) dans ladite zone de prélèvement (ZP) pour prélever ledit fluide secondaire (FS) à une deuxième température T2 la plus proche possible de la première température Tl du fluide secondaire (FS) afin de limiter l'écart de température entre le fluide secondaire (FS) rentrant dans l'échangeur thermique (2) par rapport au fluide secondaire (FS) sortant dudit échangeur thermique, et par voie de conséquence de limiter l'écart de température entre le fluide primaire (FP) rentrant dans ledit générateur thermique magnétocalorique (1) et le fluide primaire (FP) sortant dudit générateur thermique magnétocalorique.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on identifié ladite zone de prélèvement (ZP) à l'intérieur de ladite enceinte thermique (11-81) en utilisant le phénomène naturel de stratification thermique dans lequel la température du fluide secondaire (FS) est la plus froide dans la partie basse de l'enceinte thermique (11-81) et la plus chaude dans la partie haute de l'enceinte thermique (11-81), au moins dans une phase de démarrage dudit procédé.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on identifie ladite zone de prélèvement (ZP) à l'intérieur de ladite enceinte thermique (11-81) en instrumentant ladite enceinte thermique (11-81) avec des capteurs de température au moins dans une phase de mise au point dudit procédé.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans ladite phase de mise au point dudit procédé, on détermine également la position de ladite au moins une bouche d'injection (12-82) et de ladite au moins une bouche d'aspiration (13-83) dans ladite enceinte thermique (11-81) pour optimiser la circulation du fluide secondaire (FS) à l'intérieur de ladite enceinte thermique (11-81).
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on définit ledit écart de température du fluide secondaire (FS) entre la deuxième température T2 et la première température Tl pour qu'il soit inférieur ou égal à 30% de l'effet magnétocalorique dudit générateur thermique magnétocalorique (1).
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dévie une partie du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl pour la réinjecter à l'entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie du flux déviée est comprise entre 5 et 40% du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie du flux déviée est comprise de préférence entre 5 et 20% du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'on dévie ladite partie du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl pour la réinjecter à l'entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2) de manière directe au moyen d'au moins un conduit de dérivation (16-86) s'étendant entre la sortie secondaire (SS) et l'entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'on dévie ladite partie du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl pour la réinjecter à l'entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2) de manière indirecte au moyen d'au moins un orifice de dérivation (28, 48) disposé dans l'enceinte thermique (21, 41) à la sortie secondaire (SS) dudit échangeur thermique (2).
11. Installation thermique (10-80) mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour refroidir ou chauffer un fluide dit fluide secondaire dans une enceinte thermique (11-81), ladite installation thermique (10-80) comportant au moins un générateur thermique magnétocalorique (1) relié à ladite enceinte thermique (11-81) par au moins un échangeur thermique (2) dans lequel s'effectue un échange thermique entre un fluide primaire (FP) circulant dans ledit générateur thermique magnétocalorique (1) et un fluide secondaire (FS) circulant dans ladite enceinte thermique (11-81), le fluide secondaire (FS) circulant dans l'enceinte thermique (11-81) entre au moins une bouche d'injection (12-82) située dans l'enceinte thermique (11-81) et au travers de laquelle le fluide secondaire
(FS) sort de l'échangeur thermique (2) par une sortie secondaire (SS) pour entrer dans l'enceinte thermique (11-81) à une première température Tl, et une bouche d'aspiration (13-83) située dans l'enceinte thermique (11-81) et au travers de laquelle le fluide secondaire (FS) sort de ladite enceinte thermique (11-81) à une deuxième température T2 différente de la première température Tl pour entrer dans l'échangeur thermique (2) par une entrée secondaire (ES), ladite installation thermique étant caractérisée en ce que ladite bouche d'aspiration (13-83) est disposée à l'intérieur de ladite enceinte thermique (11-81) dans une zone de prélèvement (ZP) dans laquelle la température du fluide secondaire (FS) est la plus froide lorsque ladite installation thermique est utilisée pour refroidir ledit fluide secondaire (FS), ou dans laquelle la température du fluide secondaire (FS) est la plus chaude lorsque ladite installation thermique est utilisée pour réchauffer ledit fluide secondaire (FS), pour prélever le fluide secondaire (FS) à une deuxième température T2 la plus proche possible de la première température Tl du fluide secondaire (FS), afin de limiter l'écart de température entre le fluide secondaire (FS) rentrant dans l'échangeur thermique (2) par rapport au fluide secondaire sortant dudit échangeur thermique, et par voie de conséquence de limiter l'écart de température entre le fluide primaire (FP) rentrant dans ledit générateur thermique magnétocalorique (1) par rapport au fluide primaire
(FP) sortant dudit générateur thermique magnétocalorique.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que, lorsque ladite installation thermique est utilisée pour refroidir un fluide secondaire (FS), ladite au moins une bouche d'aspiration (13, 43, 53, 73) est disposée dans une partie basse de ladite enceinte thermique (11, 43, 53, 73) compte tenu du phénomène naturel de stratification thermique.
13. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que, lorsque ladite installation thermique est utilisée pour chauffer un fluide secondaire (FS), ladite au moins une bouche d'aspiration (23, 33, 63, 83) est disposée dans une partie haute de ladite enceinte thermique (21, 31, 61, 81) compte tenu du phénomène naturel de stratification thermique.
14. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que ladite enceinte thermique (11-81) comporte au moins un conduit de dérivation (16-86) s'étendant entre ladite sortie secondaire (SS) et ladite entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2) et agencé pour dévier directement une partie du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl et la réinjecter à l'entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2).
15. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que ladite enceinte thermique (21, 41) comporte au moins un orifice de dérivation (28, 48) disposé dans l'enceinte thermique (21, 41) à la sortie secondaire (SS) dudit échangeur thermique (2) et agencé pour dévier indirectement une partie du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl et la réinjecter à l'entrée secondaire (ES) dudit échangeur thermique (2).
16. Installation selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit de dérivation (16-86) ou ledit au moins un orifice de dérivation (28, 48) est agencé pour dévier une partie comprise entre 5 et 40% du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl.
17. Installation selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit de dérivation (16-86) ou ledit au moins un orifice de dérivation (28, 48) est agencé pour dévier une partie comprise de préférence entre 5 et 20% du flux entrant du fluide secondaire (FS) à la première température Tl.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102009041915A1 (de) * 2009-08-05 2011-02-10 Liebherr-Hausgeräte Lienz Gmbh Kühl- und/oder Gefriergerät
KR101783031B1 (ko) * 2012-06-28 2017-09-28 수퍼쿨러 주식회사 과냉각 냉동고 및 과냉각 냉동고 제어방법
US20140165594A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 General Electric Company Magneto caloric device with continuous pump
FR3014178B1 (fr) 2013-11-29 2015-11-20 Cooltech Applications Appareil thermique magnetocalorique
WO2016036005A1 (fr) * 2014-09-02 2016-03-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Appareil réfrigérant

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