ES2339505T3

ES2339505T3 - Generador termico magnetocalorico.

Info

Publication number: ES2339505T3
Application number: ES07823264T
Authority: ES
Inventors: Christian Muller; Jean-Louis Dupin; Jean-Claude Heitzler; Georges Nikly
Original assignee: Cooltech Applications SAS
Current assignee: Cooltech Applications SAS
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2027-07-09
Also published as: KR20090041389A; KR101357355B1; SI2044373T1; MX2009000543A; AU2007279159A1; RU2009102001A; BRPI0714687A2; PT2044373E; US20090320499A1; EP2044373A1; AR062025A1; PL2044373T3; TW200808130A; DE602007004221D1; HK1134949A1; ATE454596T1; DK2044373T3; ZA200900114B; RU2450220C2; JP4887425B2

Abstract

Generador térmico (1) magnetocalórico que comprende unos elementos térmicos (40-43) de material magnetocalórico, unos medios magnéticos (3) dispuestos para crear una variación de campo magnético en dichos elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado "caliente" y un circuito colector denominado "frío", en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador diferenciado dispuesto para recoger respectivamente las calorías o las frigorías emitidas por dichos elementos térmicos según su ciclo de funcionamiento, y unos medios de conexión de los circuitos colectores a unos circuitos exteriores destinados a utilizar dichas calorías y frigorías recogidas, caracterizado porque dicho generador comprende por lo menos un módulo térmico (10-13) constituido por una pluralidad de elementos térmicos (40-43), apilados y dispuestos para delimitar entre sí unos canales (50) de circulación del fluido caloportador, estando distribuidos estos canales en canales calientes en los que circula el fluido caloportador del circuito colector caliente y en canales fríos en los que circula el fluido caloportador del circuito colector frío, estando alternados los canales calientes y fríos entre dichos elementos térmicos, y porque dichos elementos térmicos (40-43) comprenden unos orificios de entrada (51) y de salida (52) de fluido que se comunican entre sí de manera que se distribuye el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales (50) calientes y fríos correspondientes.

Description

Generador térmico magnetocalórico.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un generador térmico magnetocalórico que comprende unos elementos térmicos de material magnetocalórico, unos medios magnéticos dispuestos para crear una variación de campo magnético en dichos elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado "caliente" y un circuito colector denominado "frío", en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador distinto dispuesto para recoger respectivamente las calorías y las frigorías emitidas por dichos elementos térmicos según su ciclo de funcionamiento, y unos medios de conexión de dichos circuitos colectores a unos circuitos exteriores destinados a utilizar dichas calorías y frigorías recogidas.

Técnica anterior

Los nuevos generadores térmicos que utilizan el efecto magnetocalórico de determinados materiales ofrecen una alternativa ecológica muy interesante a los generadores clásicos destinados a desaparecer en el contexto del desarrollo sostenible y de la reducción del efecto invernadero. No obstante, para ser económicamente rentable y proporcionar un buen rendimiento energético, el diseño de este tipo de generadores y de sus medios de recuperación de las calorías y de las frigorías emitidas por estos materiales es primordial, teniendo en cuenta tiempos de ciclo muy cortos, bajos gradientes de temperatura generados y la intensidad magnética limitada. La energía recuperada está estrechamente relacionada con la masa de material magnetocalórico, la intensidad del campo magnético y el tiempo de intercambio con el fluido caloportador. De una manera conocida, el factor de transferencia de un intercambiador térmico está relacionado con la superficie de intercambio con respecto al caudal del fluido caloportador en contacto con esta superficie de intercambio. Debido a ello, cuanto mayor es la superficie de intercambio, más elevado es el coeficiente de transferencia.

En los generadores conocidos, se utilizan como medios de recuperación un circuito colector único que atraviesa los elementos térmicos, en el que circula un fluido caloportador único, que alimenta alternativamente un circuito frío y un circuito caliente. Esta solución induce, por consiguiente, una gran inercia térmica que penaliza considerablemente el rendimiento energético del generador.

El documento FR-A-2 864 211 describe un generador térmico tal como se describe en el preámbulo de la reivindicación 1.

La solicitud de patente francesa nº 05/08963 presentada por el titular de la presente solicitud propone un nuevo diseño de generadores en el que los elementos térmicos están atravesados por dos circuitos colectores diferenciados, un circuito colector caliente y un circuito colector frío, en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador diferenciado. Cada elemento térmico se presenta en forma de un elemento de inserción de forma prismática constituido por un apilamiento de placas con nervaduras realizadas en material magnetocalórico, que delimitan entre sí unos pasos para la circulación del fluido caloportador de manera que se crean los dos circuitos colectores separados. Estos elementos de inserción térmicos están montados en una platina provista de alojamientos adecuados y de conductos que conectan los circuitos colectores correspondientes de los diferentes elementos de inserción térmicos. Esta solución presenta la ventaja de suprimir la inercia térmica del fluido caloportador teniendo en cuenta que hay un fluido para el circuito caliente y un fluido para el circuito frío, y de aumentar la superficie de intercambio y por tanto el rendimiento calorífico del generador. No obstante, adolece del inconveniente de ser difícilmente aplicable a la industria, de tener un coste muy elevado y una configuración no modular.

Descripción de la invención

La presente invención pretende evitar esos inconvenientes proponiendo un generador térmico magnetocalórico compacto, polivalente, con gran rendimiento energético, que presenta un coeficiente de transferencia máximo, siendo al mismo tiempo aplicable fácilmente a la industria con costes razonables y presentando una configuración modular para poder responder a una gran variedad de aplicaciones tanto industriales como domésticas.

Con este objetivo, la invención se refiere a un generador térmico del tipo indicado en el preámbulo, caracterizado porque comprende por lo menos un módulo térmico constituido por una pluralidad de elementos térmicos, apilados y dispuestos para delimitar entre sí unos canales de circulación del fluido caloportador, estando distribuidos estos canales en canales calientes en los que circula el fluido caloportador del circuito colector caliente y en canales fríos en los que circula el fluido caloportador del circuito colector frío, estando alternados los canales calientes y fríos entre dichos elementos térmicos, y porque dichos elementos térmicos comprenden unos orificios de entrada y de salida de fluido que se comunican entre sí de manera que se distribuye el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales calientes y fríos correspondientes.

Esta construcción escalonada permite constituir unos subconjuntos térmicos, denominados módulos térmicos, provistos de canales paralelos, pudiendo estos módulos térmicos conectarse entre sí en serie y/o en paralelo. Esta construcción permite hacer variar el número de elementos térmicos apilados por módulo térmico en función del caudal de fluido deseado, así como el número de módulos térmicos yuxtapuestos en función del intervalo de temperatura deseado, obteniéndose una gran modularidad.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención y sus ventajas se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción de varios modos de realización facilitados a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es una vista explosionada de un generador térmico según la invención,

- las figuras 2 y 3 son unas vistas en perspectiva de dos ejemplos de configuraciones del generador de la figura 1,

- la figura 4 es una vista en perspectiva de un módulo térmico que entra en la composición del generador de la figura 1,

- la figura 5 es una vista en detalle en sección parcial de un extremo del generador de la figura 1,

- la figura 6A es una vista frontal del módulo térmico de la figura 4, la figura 6B es una vista ampliada en perspectiva del detalle A de la figura 4 y la figura 6C es una vista en planta del tramo de la figura 6B,

- la figura 7A es una vista parcial de dos elementos térmicos del módulo de la figura 4 que muestra dos sectores térmicos y las figuras 7B y 7C son unas vistas en sección según las líneas BB y CC de un elemento térmico de la figura 6A,

- la figura 8A es una vista en sección axial de un sector térmico y la figura 8B es una vista del detalle D,

- la figura 9A es una vista en sección axial de un sector térmico provisto de un elemento de inserción y la figura 9B es una vista del detalle E,

- las figuras 10A, 10B y 11A, 11B son unas vistas frontal y trasera de dos variantes de realización de un elemento térmico según la invención,

- las figuras 12 y 13 son unas variantes de piezas magnetocalóricas,

- las figuras 14 y 15 son unas variantes de pastillas magnetocalóricas,

- la figura 16A es una vista en perspectiva de un sector térmico según otra variante de realización y la figura 16B es una vista del detalle F,

- la figura 17A es una vista en perspectiva de una primera variante de realización de un módulo térmico según la invención y la figura 17B es una vista del detalle G,

- la figura 18A es una vista en perspectiva de una segunda variante de realización de un módulo térmico según la invención, la figura 18B es una vista de un subconjunto de este módulo y la figura 18C es una vista del detalle H de la figura 18B,

- la figura 19A es una vista en perspectiva de una tercera variante de realización de un módulo térmico según la invención y la figura 19B es una vista del detalle I.

Ilustraciones de la invención

Haciendo referencia a la figura 1, el generador térmico 1 según la invención comprende un conjunto de seis módulos térmicos 10 apilados, conectados mediante discos distribuidores 20 y obturados mediante unas bridas de cierre 30. El número y la construcción de los módulos térmicos 10 son variables en función de los rendimientos buscados. La brida 30 de cierre representada comprende cuatro orificios 31, 32, de los cuales dos orificios son de alimentación 31 y dos orificios son de evacuación 32, destinados a conectarse a un circuito exterior caliente y a un circuito exterior frío (no representados) que utilizan respectivamente las calorías y las frigorías producidas por este generador 1. Según las necesidades, la conexión puede realizarse en un sólo lado o en los dos lados del generador 1. Los discos distribuidores 20 comprenden unos orificios 21 y unas ranuras de distribución 22 que permiten conectar en serie, en paralelo o según una combinación serie/paralelo, los circuitos colectores calientes y fríos de los diferentes módulos térmicos 10 entre sí y con los circuitos exteriores caliente y frío. Estos discos distribuidores 20 pueden ser dobles y dedicarse cada uno a uno de los circuitos colectores tal como en las figuras 1 y 4. También pueden estar formados por discos sencillos de doble cara (no representados) con una disposición particular de orificios 21 y de ranuras 22 de distribución para realizar la misma función.

En el ejemplo de la figura 1, este generador térmico 1 comprende un árbol 2 que gira y/o se traslada axialmente, que soporta dos ensamblajes 3 magnéticos diametralmente opuestos, estando este árbol accionado mediante cualquier tipo de accionador conocido (no representado) según un movimiento continuo, discontinuo, secuencial o alternativo. El número, la posición y el tipo de ensamblajes magnéticos 3 pueden modificarse y se determinan en función de la construcción de los módulos térmicos 10. Estos ensamblajes magnéticos 3 pueden estar formados por imanes permanentes, electroimanes, superconductores o cualquier otro tipo de imán. Se elegirán preferentemente imanes permanentes por sus ventajas en cuanto al dimensionamiento, simplicidad de utilización y bajo coste. Estos imanes permanentes pueden ser sólidos, sinterizados, pegados o en láminas, asociados a uno o varios materiales magnetizables que concentran y dirigen sus líneas de campo magnético. Los módulos térmicos 10 pueden estar alojados entre una camisa interior 4 y una camisa exterior 5 (véase la figura 5), garantizando una estanqueidad complementaria. En estos casos, los extremos de estas camisas 4 y 5 están acoplados a la brida 30 de cierre mediante unas juntas 33. La camisa interior 4 y/o la camisa exterior 5 pueden suprimirse si la construcción de los módulos térmicos 10 es tal que permite obtener una estanqueidad suficiente.

Los módulos térmicos 10 pueden estar rodeados por una armadura 6 realizada preferentemente en un material ferromagnético que tiene como función principal encerrar el flujo magnético generado por los ensamblajes magnéticos 3. En una variante de realización no representada, el flujo magnético generado por los ensamblajes magnéticos 3 puede encerrarse mediante unos montajes magnéticos complementarios, móviles o estáticos, situados en la periferia exterior. Los módulos térmicos 10 pueden ensamblarse según un montaje apretado mediante cualquier medio conocido, tal como por ejemplo unos tirantes 34 (véase la figura 5) que se extienden entre las dos bridas de cierre 30, o abrazaderas de apriete (no representadas) montadas en el árbol 2 por medio de cojinetes. Puede considerarse cualquier otro modo de montaje, siendo lo esencial garantizar un mantenimiento mecánico de los módulos térmicos 10 entre sí así como la estanqueidad de los circuitos colectores caliente y frío en el interior del generador.

En los diferentes ejemplos ilustrados, el generador térmico 1 presenta una configuración circular, es decir que los módulos térmicos 10 son anulares y están dispuestos alrededor de un árbol 2 que soporta los ensamblajes magnéticos 3. La invención se extiende asimismo a un generador térmico que presenta una configuración rectilínea (no representado) en la que los elementos térmicos son lineales y están apilados horizontalmente, verticalmente o según una combinación horizontal y vertical, y los medios magnéticos están animados con un movimiento de translación alternativo o secuencial.

Los módulos térmicos 10 pueden estar montados sobre un zócalo 7 tal como se ilustra en la figura 2 mediante cualquier medio conocido. En este ejemplo, el generador térmico 1 comprende dos conjuntos de cinco módulos térmicos 10 conectados mediante unos discos distribuidores 20 (no visibles) y obturados por las bridas de cierre 30. El zócalo 7 soporta un accionador 8 dispuesto en paralelo y acoplado al árbol 2 del generador mediante cualquier tipo de transmisión conocido (no representado). El accionador 8 puede estar dispuesto en línea y acoplado directamente al árbol 2. En la figura 3, el generador térmico 1 comprende cuatro conjuntos de seis módulos térmicos 10 cada uno, montados invertidos sobre un zócalo 7. Un accionador 8 único está acoplado a los árboles 2 de cada conjunto mediante cualquier tipo de transmisión mecánica conocida (no representada). Estos ejemplos proporcionan un resumen de las diferentes configuraciones posibles. Debido a su construcción modular, el generador térmico 1 según la invención puede configurarse de manera infinita en función de la potencia calorífica buscada y del caudal de fluido necesario para cada aplicación considerada. El accionador 8 puede estar constituido por cualquier sistema que genera un par mecánico, por ejemplo un aerogenerador, una turbina hidráulica, un motor térmico, un motor eléctrico, un motor de energía animal o muscular, un elevador giratorio u otro. En el caso de un accionador eléctrico, la energía puede proceder de un colector fotoeléctrico, de un colector solar, de un aerogenerador, de la red de alimentación, de un generador u otro.

Cada módulo térmico 10 está constituido por un número N de elementos térmicos 40 de geometría idéntica o complementaria que permite apilarlos. Un ejemplo de módulo térmico 10 se ilustra en la figura 4 y comprende diecisiete elementos térmicos 40 en forma de anillos planos apilados axialmente. Estos elementos térmicos 40 se detallan en las figuras 6A-C y 7A-C y presentan como característica delimitar entre sí unos canales 50 para la circulación de un fluido caloportador, a saber, canales denominados calientes en los que circula el fluido del circuito colector caliente y canales denominados fríos en los que circula el fluido del circuito colector frío. Estos canales 50 calientes y fríos están alternados entre los elementos térmicos 40 de manera que cada elemento térmico 40 comprende, por un lado, un canal 50 caliente y, por el lado opuesto, un canal 50 frío. Estos canales 50 presentan un pequeño espesor comprendido, por ejemplo, entre 0,01 y 10 mm y preferentemente entre 0,15 y 1,5 mm con el objetivo de generar un flujo laminar o poco turbulento con o sin vórtice del fluido, de manera que entre dos elementos térmicos 40 adyacentes circula una lámina de fluido caloportador caliente y entre los dos siguientes una lámina de fluido caloportador frío. Estos elementos térmicos 40 comprenden unos orificios de entrada 51 y unos orificios de salida 52 que ponen en comunicación los canales 50 de un mismo circuito colector según una configuración paralela. Estos elementos térmicos 40 también pueden estar divididos en varios sectores térmicos 53 diferenciados, idénticos o no, provisto cada uno de un canal 50, de un orificio de entrada 51 y de un orificio de salida 52, de manera que se crean unos circuitos paralelos en cada lámina de fluido. Por tanto, el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector se divide una primera vez por el número S/2 de sectores térmicos 53 y después una segunda vez por el número N/2 de elementos térmicos 40 apilados. Esta distribución escalonada del caudal del fluido caloportador permite reducir considerablemente el caudal y la velocidad de la lámina de fluido en cada canal 50, aumentando así el coeficiente de transferencia y reduciendo simultáneamente las pérdidas de carga.

En una variante no representada, pueden intercalarse unas placas de refuerzo entre los elementos térmicos 40 para delimitar los canales 50 y garantizar la estanqueidad como por ejemplo unas láminas de Teflon® o similar.

En el ejemplo de las figuras 4, 6A-C y 7A-C, los elementos térmicos 40 del módulo térmico 10 están divididos en ocho sectores térmicos 53, idénticos, que se extienden en aproximadamente 45º. La figura 7A muestra el paso del fluido caloportador en sectores térmicos 53 de dos elementos térmicos 40 adyacentes. Cada sector 53 térmico comprende cuatro orificios, de los cuales un orificio de entrada 51 y un orificio de salida 52 atraviesan y se comunican con su canal 50 y de los cuales un orificio de entrada 51 y un orificio de salida 52 atraviesan para comunicarse con el canal 50 del elemento térmico 40 siguiente. Según la posición angular de los ensamblajes magnéticos 3 con respecto al módulo térmico 10, el fluido caloportador que circula en los canales 50 de los diferentes sectores térmicos 53 es activo o pasivo. En los sectores térmicos 53 sometidos al campo magnético, el fluido caloportador del circuito colector caliente es activo, y en los demás sectores térmicos 53 no sometidos al campo magnético, el fluido caloportador del circuito colector frío es activo. Paralelamente, el fluido caloportador de los circuitos colectores frío y caliente en estos mismos sectores es pasivo.

En este ejemplo, cada elemento térmico 40 comprende una pluralidad de pastillas 60 térmicamente conductoras soportadas por una pieza de soporte 70, siendo la superficie ocupada por las pastillas 60 mayoritaria con respecto a la de la pieza de soporte 70. Las pastillas 60 están en forma de sector circular y realizadas por ejemplo en placa de material magnetocalórico cortada, mecanizada o moldeada. Por "material magnetocalórico" se entiende un material realizado en parte y en su totalidad en un material magnetocalórico, tal como por ejemplo gadolinio (Gd), una aleación de gadolinio que contiene ejemplo silicio (Si), germanio (Ge), una aleación de manganeso que contiene par ejemplo hierro (Fe), magnesio (Mg), fósforo (P), una aleación de lantano, una aleación de níquel (Ni), cualquier otro material o aleación magnetizable equivalente, o una combinación de diferentes materiales magnetocalóricos, que se presenta en forma de polvo, de partículas, de bloque sólido o poroso, de un ensamblaje de placas ranuradas superpuestas que forman unos mini o micro-canales. La elección entre estos materiales magnetocalóricos se realiza en función de las potencias calóricas o frigoríficas buscadas y de los intervalos de temperatura necesarios.

La pieza de soporte 70 puede ser flexible o rígida y estar realizada en materiales naturales o sintéticos, cargados o no, tales como por ejemplo los termoplásticos, los elastómeros, las resinas o cualquier otro material térmicamente aislante. Puede obtenerse mediante mecanizado, impresión en 3D mediante estereolitografía, grabado, moldeo, inyección o similar. Preferentemente, se sobremoldea alrededor de las pastillas 60 cuyas caras delantera y trasera siguen siendo visibles. Esta pieza de soporte 70 se dispone para combinar varias funciones: una función de mantenimiento de las pastillas 60, una función de riostra entre los elementos térmicos 40 apilados para garantizar el espesor de los canales 50, una función de estanqueidad entre dichos elementos térmicos 40 cuando se apilan y según se necesite una función de indicación y/o de encajado para facilitar el montaje y la colocación de los elementos térmicos 40 entre sí. En una variante no representada, la pieza de soporte 70 puede estar cargada con unas partículas o unas fibras de material magnetocalórico para añadir una función térmica a la misma.

El elemento térmico 40 de forma anular se representa en detalle en la figura 7A y en sección en las figuras 7B y 7C. Presenta una sección sustancialmente rectangular y comprende en la cara delantera unas zonas en hueco que forman el canal 50 para la circulación de un primer fluido caloportador y en la cara trasera una zona plana que cierra el canal 50 del elemento térmico 40 siguiente para la circulación del segundo fluido caloportador. En este caso, el canal 50 está delimitado en su fondo por la cara delantera de las pastillas 60 y en los lados por los bordes de la pieza de soporte 70. La cara trasera plana del elemento térmico 40 está delimitada por la cara trasera de las pastillas 60 y la pieza de soporte 70. La pieza de soporte 70 puede comprender en la cara delantera una o varias nervaduras centrales 71 discontinuas o continuas que separan el canal 50 en por lo menos dos partes para mejorar la distribución del fluido en toda la superficie de las pastillas 60. Según otra variante de realización no representada, la pieza de soporte 70 puede comprender unas zonas en hueco que forman los canales 50 para la circulación de los fluidos caloportadores caliente y frío en sus caras delantera y trasera. Las caras delantera y trasera de la pieza de soporte 70 forman unos planos de unión que garantizan la estanqueidad de los canales 50 cuando los elementos térmicos 40 se apilan según un montaje apretado. Evidentemente, cualquier otra forma que cumpla con las mismas funciones puede ser conveniente. También es posible variar el espesor en determinadas zonas de la pieza de soporte 70 y/o el espesor de las pastillas 60 para jugar con el espesor de la lámina de fluido y por consiguiente con su velocidad de flujo.

Los elementos térmicos 40 pueden presentar otras configuraciones. Las figuras 10A y 10B ilustran el elemento térmico 40 respectivamente en vista frontal y posterior que comprende seis sectores térmicos 53 diferenciados, idénticos que se extienden aproximadamente 60º, compuesto cada uno por pastillas 60. En las figuras 11A y 11B, el elemento térmico 40 sólo comprende dos sectores térmicos 53 diferenciados, idénticos, que se extienden aproximadamente en 180º, compuesto cada uno por pastillas 60. Estas pastillas 60 en forma de sector circular pueden presentar unas formas geométricas diferentes o ser de cualquier forma. También se pueden sustituir por láminas 61 tal como en el ejemplo de la figura 12, pudiendo utilizarse estas láminas 61 en el elemento térmico 40 de dos sectores térmicos 53 tal como el de la figuras 11. Las pastillas 60 también se pueden sustituir por un anillo 62 hendido para formar pastillas conectadas entre sí, o cualquier otra forma equivalente. Asimismo, estas diferentes piezas de material magnetocalórico 60, 61, 62 pueden presentar unas superficies planas que favorecen un flujo de fluido sin perturbación tal como la pastilla 60 de la figura 14 o por el contrario presentar en por lo menos una de las superficies, unos relieves que forman ranuras 63 o similares para aumentar la superficie de intercambio con el fluido caloportador tal como la pastilla 60 de la figura 15. Según la forma y la orientación de estas ranuras 63 con respecto al flujo del fluido, es posible crear unas perturbaciones para aumentar el coeficiente de transferencia. El elemento térmico 40 ilustrado en la figura 16A comprende unas pastillas 60 provistas de ranuras oblicuas 64 en sus dos caras cuyo detalle se facilita en la figura 16B. Estas ranuras oblicuas 64 crean en la lámina de fluido unos remolinos denominados comúnmente vórtices.

En un mismo módulo térmico 10, los orificios de entrada 51 y los orificios de salida 52 de los canales 50 de un mismo circuito colector se alimentan en paralelo. Para uniformizar la distribución del fluido caloportador en estos canales 50 diferentes, por lo menos los orificios de entrada 51 deben presentar preferentemente una sección decreciente en el sentido del flujo del fluido. Esta construcción se representa en las figuras 8A y 8B y permite que una misma cantidad de fluido circule a una misma velocidad de flujo en cada uno de los canales 50, para obtener un mismo coeficiente de transferencia y reducir así las pérdidas de carga. No obstante, esta construcción impone una forma diferente para cada elemento térmico 40. Otra solución consiste en crear un elemento de inserción 72 provisto de orificios 73 de sección decreciente, alojándose este elemento de inserción 72 en el interior de los orificios de entrada 51 de igual sección que los elementos térmicos 40, según el ejemplo ilustrado en las figuras 9A y 9B. Esta solución simplifica considerablemente la realización industrial de una construcción de este tipo. Además, el elemento de inserción 72 permite alinear los elementos térmicos 40 entre sí e impedir cualquier rotación. Evidentemente, estos ejemplos pueden aplicarse a los orificios de salida 52 que presentan en este caso una sección creciente en el sentido del flujo del fluido.

En una variante no representada, los elementos térmicos 40 de un mismo módulo térmico 10 pueden estar desplazados angularmente uno con respecto al otro de manera que los orificios de entrada 51 y de salida 52 están alineados, no en el eje, sino en una trayectoria helicoidal, facilitando la entrada y la salida del fluido caloportador en los canales 50.

Los módulos térmicos 10 también pueden presentar otras construcciones. El módulo térmico 11 ilustrado en las figuras 17A y 17B comprende N elementos térmicos 41 en forma de anillos planos apilados axialmente. Cada elemento térmico 41 comprende unas pastillas 60 redondas de material magnetocalórico distribuidas en seis sectores térmicos 53, circulando el canal 50 en zigzag en estas pastillas 60. La figura 18A ilustra un ensamblaje de tres módulos térmicos 12, formado cada uno por tres subconjuntos idénticos, ensamblados axialmente. Uno de los subconjuntos se ilustra en la figura 18B y comprende tres elementos térmicos 42 en forma de aros concéntricos, apilados radialmente, que delimitan entre sí los canales 50. Cada elemento térmico 42 comprende unas pastillas 60 redondas de material magnetocalórico distribuidas en seis sectores térmicos 53. Esta variante de realización permite ilustrar la combinación de un apilamiento radial con un apilamiento axial. La figura 19A comprende un ensamblaje de seis módulos térmicos 13 idénticos ensamblados axialmente. Cada módulo térmico 13 comprende catorce subconjuntos idénticos, en forma de sector circular, y ensamblados uno al lado de otro para crear un tubo cilíndrico. Un subconjunto se detalla en la figura 19B y comprende ocho elementos térmicos 43 en forma de láminas superpuestas, que delimitan entre sí los canales 50, pudiendo realizarse cada elemento térmico 43 en su totalidad o en parte en un material magnetocalórico.

Estos ejemplos no son limitativos y tienen por objetivo ilustrar las variedades de construcciones posibles de los módulos térmicos 10-13 que permiten realizar una gama infinita de generadores térmicos magnetocalóricos según la invención.

Asimismo, la composición química del fluido caloportador está adaptada al intervalo de temperatura deseado y se elige para obtener un intercambio térmico máximo. Puede ser líquido, gaseoso o difásico. Si es líquido, se utilizará por ejemplo agua pura para temperaturas positivas y agua con anticongelante añadido, por ejemplo un producto de glicol, para temperaturas negativas. Este generador térmico 1 permite, por tanto, liberarse de la utilización de cualquier fluido corrosivo o nocivo para el ser humano y/o su entorno.

Aplicabilidad industrial

Todas las piezas que componen el generador térmico 1 según la invención pueden realizarse en serie según procedimientos industriales repetibles. El diseño modular y compacto de este generador térmico 1 permite realizar unos elementos térmicos 40-43 y unos módulos térmicos 10-13 convencionales que se pueden combinar, ensamblar y conectar en serie, en paralelo o según una combinación serie/paralelo en función del intervalo de temperatura deseado y del caudal del fluido para una aplicación determinada. Este diseño permite responder a una gran variedad de aplicaciones tanto industriales como domésticas, a costes competitivos, con poca ocupación de volumen, ofreciendo rendimientos no igualados hasta ahora con este tipo de generadores.

En efecto, la estructura escalonada del generador térmico 1 permite dividir varias veces el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector. Esta distribución escalonada del fluido caloportador permite dividir con el mismo coeficiente el caudal del fluido en cada canal 50, reducir la velocidad de flujo del fluido, reducir las pérdidas de carga y aumentar el coeficiente de intercambio. Este coeficiente de intercambio es tanto más grande cuanto mayor es la superficie de intercambio constituida por la pluralidad de los canales 50. Por otro lado, el diseño de los elementos térmicos 10-13 permite reducir considerablemente la masa de material inerte de la pieza de soporte 70 con respecto a la masa de material magnetocalórico, lo que mejora aún más el rendimiento térmico del generador 1 para un mismo volumen ocupado.

La presente invención no está limitada a los ejemplos de realización descritos sino que se extiende a cualquier modificación y variante evidentes para un experto en la materia permaneciendo al mismo tiempo dentro del alcance de la protección definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Generador térmico (1) magnetocalórico que comprende unos elementos térmicos (40-43) de material magnetocalórico, unos medios magnéticos (3) dispuestos para crear una variación de campo magnético en dichos elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado "caliente" y un circuito colector denominado "frío", en cada uno de los cuales circula un fluido caloportador diferenciado dispuesto para recoger respectivamente las calorías o las frigorías emitidas por dichos elementos térmicos según su ciclo de funcionamiento, y unos medios de conexión de los circuitos colectores a unos circuitos exteriores destinados a utilizar dichas calorías y frigorías recogidas, caracterizado porque dicho generador comprende por lo menos un módulo térmico (10-13) constituido por una pluralidad de elementos térmicos (40-43), apilados y dispuestos para delimitar entre sí unos canales (50) de circulación del fluido caloportador, estando distribuidos estos canales en canales calientes en los que circula el fluido caloportador del circuito colector caliente y en canales fríos en los que circula el fluido caloportador del circuito colector frío, estando alternados los canales calientes y fríos entre dichos elementos térmicos, y porque dichos elementos térmicos (40-43) comprenden unos orificios de entrada (51) y de salida (52) de fluido que se comunican entre sí de manera que se distribuye el caudal del fluido caloportador de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales (50) calientes y fríos correspondientes.

2. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos canales (50) de circulación presentan un espesor comprendido entre 0,01 y 10 mm y preferentemente entre 0,15 y 1,5 mm.

3. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-43) comprenden unas formas en hueco para delimitar dichos canales (50).

4. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo térmico (10-13) comprende unas placas de riostra intercaladas entre dichos elementos térmicos (40-43) para delimitar dichos canales (50).

5. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos orificios de entrada (51) de los elementos térmicos (40-43) presentan una sección decreciente en el sentido del flujo de dicho fluido caloportador para distribuirlo uniformemente en dichos canales (50) en cuestión.

6. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos orificios de salida (52) de los elementos térmicos (40-43) presentan una sección creciente en el sentido del flujo de dicho fluido caloportador para agruparlo antes de salir de dicho módulo térmico.

7. Generador térmico según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque dichos orificios de entrada (51) o de salida (52) de sección variable están previstos en un elemento de inserción (72) alojado a través de dichos elementos térmicos (40-43).

8. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-43) están desplazados uno con respecto al otro de manera que los orificios de entrada (51) y de salida (52) están alineados en una trayectoria helicoidal.

9. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo térmico presenta una configuración rectilínea y dichos elementos térmicos son lineales y están apilados horizontalmente, verticalmente o según una combinación horizontal y vertical.

10. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo térmico (10-14) presenta una configuración circular y dichos elementos térmicos (40-43) son anulares y están apilados axialmente, radialmente o según una combinación axial y radial.

11. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (43) están formados por piezas de material magnetocalórico.

12. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-42) comprenden una o varias piezas (60-62) de material magnetocalórico soportadas por una pieza de soporte (70).

13. Generador térmico según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pieza de soporte (70) está sobremoldeada alrededor de dichas piezas (60-62) de material magnetocalórico.

14. Generador térmico según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pieza de soporte (70) está realizada en un material térmicamente aislante.

15. Generador térmico según la reivindicación 14, caracterizado porque dicho material térmicamente aislante está cargado con partículas de material térmicamente conductor.

16. Generador térmico según la reivindicación 12, caracterizado porque dichas piezas (60) de material magnetocalórico son unas pastillas de forma geométrica o de sector circular.

17. Generador térmico según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque dichas piezas (60-62) de material magnetocalórico presentan unas superficies lisas.

18. Generador térmico según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque dichas piezas (60-62) magnetocalóricas comprenden unos relieves sobre por lo menos una de sus caras.

19. Generador térmico según la reivindicación 18, caracterizado porque por lo menos una de dichas caras comprende unas ranuras (63, 64) dispuestas para crear unos remolinos en el fluido caloportador.

20. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos térmicos (40-43) están divididos en por lo menos dos sectores térmicos (53) diferenciados, comprendiendo cada uno un canal (50) alimentado por un orificio de entrada (51) y un orificio de salida (52).

21. Generador térmico según la reivindicación 20, caracterizado porque los orificios de entrada (51) y de salida (52) de los sectores térmicos (53) de un mismo elemento térmico (40-43) están conectados en serie, en paralelo o según una combinación serie/paralelo al circuito colector caliente o frío que le corresponde.

22. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende por lo menos dos módulos térmicos (10-13) y porque dichos circuitos colectores calientes y fríos de dichos módulos térmicos están conectados en serie, en paralelo o según una combinación serie/paralelo mediante unos discos distribuidores (20).

23. Generador térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unas bridas de cierre (30) dispuestas para cerrar dichos canales (50) de dichos elementos térmicos (40-43) extremos y para mantener mecánicamente dichos elementos térmicos (40-43) entre sí, comprendiendo estas bridas de cierre (30) unos orificios de alimentación (31) y de evacuación (32) para conectar dichos circuitos colectores caliente y frío a dichos circuitos exteriores.

24. Generador térmico según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una camisa interior (4) y/o una camisa exterior (5) dispuesta para estanqueizar dichos módulos térmicos (10-13).

25. Generador térmico según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende unos ensamblajes magnéticos (3) interiores soportados por un árbol (2) accionado en rotación y/o en translación y una armadura (6) exterior dispuesta para cerrar el flujo magnético generado por dichos ensamblajes magnéticos (3).

26. Generador térmico según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende unos ensamblajes magnéticos (3) interiores y exteriores, estando soportado por lo menos uno de los ensamblajes magnéticos (3) por un árbol (2) accionado en rotación y/o en translación.

27. Generador térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho fluido caloportador es líquido, gaseoso o difásico.