ES2382199T3 - Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico - Google Patents

Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico Download PDF

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Abstract

Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) que comprende al menos una unidad de generación de flujo térmico alojada en una carcasa exterior (11, 21, 91, 201) y provista de al menos un órgano térmico que contiene al menos un elemento magnetocalórico, de al menos una disposición magnética dispuesta para generar un campo magnético, de al menos un accionamiento eléctrico dispuesto para garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética con respecto a cada elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) con el fin de someterlo a una variación de campo magnético y provocar una variación de su temperatura, de unos medios para captar las calorías y/o frigorías emitidas por cada elemento magnetocalórico debido a dicha variación del campo magnético, estando integrado dicho accionamiento eléctrico en el dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) y comprendiendo al menos un bobinado eléctrico (14, 24, 55, 65, 97, 205) provisto de un arrollamiento llevado por una armadura (16) y alimentado con corriente eléctrica para generar una variación de campo magnético que provoca el desplazamiento de un ensamblaje móvil (12, 22, 52, 62, 96, 204) que lleva dicha disposición magnética, estando dicho dispositivo caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) es adyacente a dicha disposición magnética y está dispuesto en el entrehierro constituido por al menos un primer espacio (E1) delimitado entre dicha disposición magnética y dicha armadura (16) de dichos bobinados eléctricos.

Description

Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico que comprende al menos una unidad de generación de flujo térmico alojada en una carcasa exterior y provista de al menos un órgano térmico que contiene al menos un elemento magnetocalórico, de al menos una disposición magnética dispuesta para generar un campo magnético, de al menos un accionamiento eléctrico dispuesto para garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética con respecto a cada elemento magnetocalórico con el fin de someterlo a una variación de campo magnético y provocar una variación de su temperatura, unos medios para captar calorías y/o frigorías emitidas por cada elemento magnetocalórico debido a dicha variación del campo magnético, estando integrado dicho accionamiento eléctrico en el dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico y comprendiendo al menos un bobinado eléctrico dotado de un arrollamiento llevado por una armadura y alimentado con corriente eléctrica con objeto de generar una variación de campo magnético que provoca el desplazamiento de un ensamblaje móvil que lleva dicha disposición magnética.
Técnica anterior
La publicación WO-A-03/050456 describe un dispositivo de refrigeración magnético con material magnetocalórico que utiliza dos imanes permanentes y que comprende un recinto anular monobloque que delimita compartimentos con material magnetocalórico, por ejemplo de gadolinio, en forma porosa, estando separados estos compartimentos por juntas. Cada compartimento está dotado como mínimo de cuatro orificios de los que un orificio de entrada y un orificio de salida por una parte, están conectados a un circuito caliente y un orificio de entrada y un orificio de salida por otra parte, están conectados a un circuito frío. Los dos imanes permanentes están dotados de un movimiento de rotación continua de manera que barren sucesivamente los diferentes compartimentos con materiales magnetocalóricos fijos y los someten a variaciones del campo magnético. Las calorías y/o frigorías emitidas por el material magnetocalórico son captadas por los circuitos caliente y frío de fluido caloportador y dirigidas hacia intercambiadores de calor. Los imanes permanentes se accionan en rotación por un motor eléctrico que acciona también juntas rotativas para que el conducto de fluido caloportador que atraviesa los compartimentos con materiales magnetocalóricos fijos se conecte sucesivamente a los circuitos caliente y frío. Este dispositivo, que simula así el funcionamiento de un anillo de líquido, necesita una rotación continua y sincrónica precisa de las diferentes juntas rotativas y de los imanes permanentes.
El desplazamiento, concretamente el accionamiento lineal o el accionamiento en rotación, de los imanes que generan el campo magnético cuya variación, debida al desplazamiento lineal o rotativo, provoca los ciclos de temperatura de los materiales magnetocalóricos, necesita medios motores que habitualmente están constituidos por un motor eléctrico clásico. Debe observarse que los materiales magnetocalóricos clásicos tienen como efecto que se calientan casi instantáneamente cuando penetran en un campo magnético. Los materiales denominados magnetocalóricos inversos presentan la particularidad de enfriarse en el momento en que entran en un campo magnético. La generación de calorías o de calorías “negativas” denominadas frigorías presenta intereses diversos según las aplicaciones previstas.
El motor que genera el desplazamiento de los imanes ocupa un determinado espacio que se añade al espacio que ocupa el dispositivo y aumenta su precio de coste, su peso y su volumen y reduce su rendimiento, lo que constituye un conjunto de inconvenientes que penalizan el desarrollo de esta tecnología, concretamente para generar frío, a pesar del interés ecológico indiscutible de la solución.
La publicación US 2005/0120720 A1 propone un generador magnetocalórico en el que la motorización eléctrica está integrada y comprende bobinados arrollados alrededor de los polos de un estator, estando el rotor libre en rotación y constituido por imanes permanentes. En esta forma de realización, los elementos magnetocalóricos están dispuestos radialmente a cada lado de los polos. Por consiguiente están alejados de los imanes permanentes, no están sometidos al flujo magnético máximo y no pueden proporcionar sus rendimientos térmicos máximos, lo que penaliza el rendimiento térmico global del generador. Además, estos elementos magnetocalóricos experimentan un calentamiento debido a su proximidad con los bobinados que conllevan un efecto nefasto de remanencia térmica.
Exposición de la invención
La presente invención se propone paliar estos inconvenientes realizando un dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico, económico y que ocupa poco espacio, en el que todos los componentes están dispuestos con vistas a obtener una construcción optimizada en un volumen mínimo con una eficacia energética óptima.
Este objetivo se consigue mediante el dispositivo de la invención, tal como se define en el preámbulo, caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico es adyacente a dicha disposición magnética y está dispuesto en el entrehierro constituido por al menos uno cualquiera de un primer espacio delimitado entre dicha disposición magnética y dicha armadura y de un segundo espacio delimitado entre dicha disposición magnética y dicha carcasa exterior.
En función de la configuración del dispositivo según la invención, puede preverse la integración de uno o varios bobinados eléctricos. A este respecto, el dispositivo puede comprender al menos dos bobinados eléctricos.
Esta solución permite, mediante un control en directo de cada bobinado eléctrico, garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética y, concretamente cuando el campo magnético se obtiene mediante imanes permanentes, actuar conjuntamente con estos imanes permanentes para optimizar la eficacia energética del material magnetocalórico en el campo magnético gracias a estos bobinados eléctricos.
No obstante, conviene remarcar que por motivos de rendimiento, el entrehierro entre cada bobinado y el ensamblaje móvil que genera el campo magnético es ventajosamente lo más estrecho posible. Ahora bien, si se disponen elementos magnetocalóricos en este entrehierro, se aumenta inevitablemente su dimensión transversal, lo que puede perjudicar, en determinados casos críticos, la eficacia del sistema.
Este es el motivo, según una forma de realización particular del dispositivo, por el que dicho elemento magnetocalórico está únicamente dispuesto en el primer espacio del entrehierro.
Según otra forma de realización particular del dispositivo, dicho elemento magnetocalórico está únicamente dispuesto en el segundo espacio del entrehierro adyacente al primer espacio.
Según aún otra forma de realización particular, dicho elemento magnetocalórico esta ventajosamente dispuesto, de manera continua, en el primer espacio y en el segundo espacio adyacente al primero.
Según una forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, el dispositivo puede comprender ventajosamente un estator fijo alojado en la carcasa periférica y un rotor montado en el interior de dicha carcasa, coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos, y los elementos magnetocalóricos forman una corona continua que rodea dicho rotor y que ocupa íntegramente dicho primer espacio del entrehierro entre dicho rotor y dicho estator fijo.
Según otra forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, el dispositivo puede comprender ventajosamente un estator fijo alojado en la carcasa periférica y un rotor montado en el interior de dicha carcasa, coaxialmente con respecto a dicho estator, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo al menos dos bobinados eléctricos que se extienden angularmente sobre una primera parte de dicha carcasa dejando una segunda parte de dicha carcasa libre de bobinados eléctricos, y cada elemento magnetocalórico está dispuesto en dicho segundo espacio del entrehierro correspondiente a dicha segunda parte libre de bobinados eléctricos, siendo dicho segundo espacio adyacente a dicho primer espacio correspondiente a dicha primera parte de dicha carcasa.
Según otra forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, el dispositivo puede comprender un estator fijo alojado en la carcasa periférica y un rotor montado en el interior de dicha carcasa coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo al menos dos bobinados eléctricos que se extienden angularmente sobre una primera parte de dicha carcasa dejando una segunda parte de dicha carcasa libre de bobinados eléctricos, y porque dicho elemento magnetocalórico está dispuesto a la vez en el primer espacio correspondiente a la primera parte de la carcasa y en el segundo espacio adyacente al primer espacio y correspondiente a la segunda parte libre de bobinados eléctricos.
Según otra forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, el dispositivo puede comprender una carcasa alargada, un estator lineal fijo alojado en dicha carcasa y un carro móvil de manera lineal, alternativamente con respecto a dicho estator fijo, llevando el carro móvil dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos, y los elementos magnetocalóricos forman al menos una fila continua alineada a lo largo del estator lineal fijo y ocupan íntegramente dicho primer espacio del entrehierro entre dicho carro móvil y dicho estator lineal.
Según otra forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, el dispositivo puede comprender una carcasa alargada, un estator lineal fijo alojado en dicha carcasa, que comprende al menos un bobinado eléctrico y que se extiende sobre una primera parte de la longitud de esta carcasa dejando libre de bobinados eléctricos una segunda parte de dicha carcasa, un carro móvil de manera lineal alternativamente con respecto a dicho estator fijo y que lleva cada disposición magnética, y cada elemento magnetocalórico está dispuesto en dicho segundo espacio del entrehierro correspondiente a dicha segunda parte de dicha carcasa, siendo este segundo espacio adyacente a dicho primer espacio correspondiente a la primera parte de la carcasa.
Según otra forma de realización específica, cuando dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, el dispositivo puede comprender una carcasa alargada, un estator lineal fijo alojado en dicha carcasa, que comprende al menos un bobinado eléctrico y que se extiende sobre una primera parte de la longitud de esta carcasa dejando libre de bobinados eléctricos una segunda parte de dicha carcasa, un carro, móvil de manera lineal, alternativamente con respecto a dicho estator fijo y que lleva dicha disposición magnética, y dicho elemento magnetocalórico está dispuesto a la vez en el primer espacio del entrehierro correspondiente a la primera parte de la carcasa y en el segundo espacio adyacente al primer espacio y correspondiente a la segunda parte de la carcasa libre de bobinados eléctricos.
De manera ventajosa, dicha disposición magnética comprende un conjunto de imanes permanentes para generar el campo magnético.
Con el fin de concentrar el campo magnético generado, dichos imanes permanentes comprenden al menos un elemento magnéticamente permeable.
Según un modo de realización particular, dicho estator comprende preferentemente un conjunto de bobinados eléctricos que presentan cada uno un eje dispuesto según una dirección sensiblemente radial.
Según una forma de construcción particular, dicho estator lineal fijo, puede comprender un conjunto de bobinados eléctricos que presentan ejes paralelos y sensiblemente perpendiculares a la dirección de desplazamiento de dicho carro móvil.
Con el fin de imponer un sentido de rotación preferente a dicho rotor, dicho conjunto de bobinados eléctricos puede presentar una disimetría geométrica con respecto a las líneas de flujo generadas por dicha disposición magnética.
Con el fin de imponer un sentido de desplazamiento lineal preferente a dicho carro móvil, dicho conjunto de bobinados eléctricos puede presentar una disimetría geométrica con respecto a las líneas de flujo generadas por dicha disposición magnética.
El dispositivo puede completarse mediante unos medios que controlan dichos bobinados eléctricos, comprendiendo estos medios al menos un circuito electrónico dispuestos para conmutar de manera secuencial estos bobinados.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención y sus ventajas se pondrán más claramente de manifiesto en la descripción siguiente de varios modos de realización, proporcionados a título de ejemplos no limitativos en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
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la figura 1 es una vista en perspectiva de una primera forma de realización del dispositivo de la invención,
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la figura 2 es una vista en planta del dispositivo de la figura 1,
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las figuras 3A y 3B son vistas en sección según las líneas A-A y B-B respectivamente, de la figura 2,
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la figura 4 es una vista en perspectiva de una segunda forma de realización del dispositivo de la invención,
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la figura 5 es una vista parcial en perspectiva del dispositivo de la figura 4,
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la figura 6 es una vista en planta de una variante de realización del dispositivo según la invención,
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las figuras 7A, 7B y 7C representan una primera forma de realización del dispositivo de la invención en el que el motor es del tipo lineal,
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las figuras 8A, 8B y 8C representan una segunda forma de realización del dispositivo de la invención en el que el motor es lineal,
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la figura 9 representa una variante de realización del dispositivo según la invención, en el que el motor es rotativo,
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las figuras 10A y 10B representan otra variante de realización del dispositivo de la invención, en el que el motor es lineal, en dos posiciones sucesivas,
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las figuras 11A y 11 B representan otra variante de realización del dispositivo de la invención, en el que el motor es lineal, en dos posiciones sucesivas,
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la figura 12 representa otra variante de realización del dispositivo de la invención, en el que el motor es rotativo, y
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la figura 13 representa otra variante de realización del dispositivo de la invención, en el que el motor es lineal.
Diferentes maneras de realizar la invención
En referencia a las figuras 1 a 3, el dispositivo 10 representado, que corresponde a una variante de realización particular de geometría sensiblemente cilíndrica, comprende una carcasa 11 exterior cilíndrica, realizada de metal o de cualquier otro material adecuado, que delimita el espacio interior del dispositivo 10. En el interior de esta carcasa 11 están montados un rotor 12 que está constituido por una disposición magnética rotativa que se describe más en detalle a continuación, al menos un elemento térmico constituido en este caso por un anillo sensiblemente circular de elementos 13 que comprenden al menos un material magnetocalórico, estando dispuesto este anillo coaxialmente alrededor de dicho rotor 12 y un conjunto de bobinados eléctricos 14, de ejes radiales, regularmente dispuestos alrededor de dicho rotor 12 y que constituyen un estator 15. Los elementos magnetocalóricos 13 son adyacentes a la disposición magnética y están dispuestos en el entrehierro circular que separa el rotor 12 del estator 15, correspondiente a un primer espacio E1, con el fin de beneficiarse del flujo magnético máximo.
La disposición magnética rotativa de dicho rotor 12, tal como se representa, comprende varios imanes permanentes 17, en este caso ocho, separados por elementos 18 de hierro dulce o similar, en este caso también ocho, que se encuentran intercalados entre los imanes permanentes 17 y de los que algunos pueden formar concentradores de flujo magnético. El conjunto está montado según una geometría radial, teniendo los imanes permanentes 17 todos la misma forma, y teniendo los elementos 18 de hierro dulce o similar, como por ejemplo una aleación de hierro-cobalto (FeCo) o una aleación de ferrosilicio (FeSi), formados por ejemplo por un apilamiento de chapas, dos a dos la misma forma geométrica y estando regularmente intercalados entre los imanes permanentes 17. Esta disposición no es restrictiva y es concebible modificar tanto la forma como el número y la disposición de los componentes de la disposición magnética. El objetivo de esta disposición magnética es realizar el campo magnético más intenso, en un espacio relativamente reducido y al precio de construcción más bajo posible. El campo magnético genera líneas de campo que atraviesan los elementos magnetocalóricos 13 y es variable en función de la rotación del rotor 12, de manera que genera, de una manera conocida en sí misma, variaciones térmicas en dichos elementos magnetocalóricos 13. Los elementos magnetocalóricos 13 se representan esquemáticamente en forma de barras cilíndricas, pero su forma y su estructura pueden ser diferentes. El o los materiales magnetocalóricos utilizados pueden estar compuestos, por ejemplo, de una estructura porosa, de elementos estructurales, de revestimiento periférico de piezas tubulares o similares. Es indispensable que la superficie de contacto de los elementos magnetocalóricos 13 con un fluido caloportador destinado a captar las calorías y/o frigorías emitidas sea lo más grande posible con el fin de que los intercambios térmicos puedan efectuarse en las mejores condiciones con la mayor eficacia.
En los dispositivos generadores de flujo térmico con efecto magnetocalórico conocidos de este tipo, el rotor 12 se acciona por un motor eléctrico independiente, exterior y acoplado al rotor. En la presente forma de realización se genera el movimiento o el accionamiento motorizado por medio de componentes disponibles, utilizando los imanes permanentes 17 existentes y asociándoles, por ejemplo como en la variante ilustrada, ocho bobinados eléctricos 14 que comprenden cada uno un arrollamiento eléctrico 14a montado cada uno en una armadura 16. Cada armadura 16 presenta sensiblemente la forma de una T y comprende una pieza de base 16a en forma de sector circular y una rama 16b, perpendicular con respecto a la pieza de base 16a. Estas armaduras 16 pueden realizarse de uno de los materiales elegidos del grupo que comprende el hierro dulce, una aleación de hierro y de cobalto (FeCo), una aleación de hierro y de silicio (FeSi). La interacción del campo electromagnético creado por los bobinados eléctricos 14 alimentados selectivamente, produce en los imanes permanentes 17 un par que produce el desplazamiento, en este caso la rotación del rotor 12. Por consiguiente, la adición de los bobinados eléctricos 14 permite combinar la función de accionamiento del rotor 12 con la función de base del dispositivo 10 de generación de flujo térmico con material magnetocalórico, consistente en crear variaciones alternas del campo magnético con vistas a provocar fluctuaciones de temperatura en el interior de los elementos magnetocalóricos 13.
Tal como se muestra en la figura 2, en el ejemplo representado de ocho bobinados eléctricos 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147 y 148, se utilizan medios para controlar dichos bobinados eléctricos, por ejemplo un circuito electrónico 30, representado esquemáticamente, y elementos de conexión 31. Se alimentan de manera secuencial dichos bobinados eléctricos para crear, en un primer momento, polos magnéticos positivos (+) a nivel de las piezas de base 161 a y 165a de las armaduras 161 y 165, correspondientes respectivamente a los bobinados eléctricos 141 y 145, y polos magnéticos negativos (-) a nivel de las piezas de base 163a y 167a de las armaduras 163 y 167 correspondientes respectivamente a los bobinados eléctricos 143 y 147. En un segundo momento se desplaza la alimentación de los bobinados de tal manera que se crean polos magnéticos positivos (+) a nivel de las piezas de base 162a y 166a de las armaduras 162 y 166 correspondientes respectivamente a los bobinados eléctricos 142 y 146 y polos magnéticos negativos (-) a nivel de las piezas de base 164a y 168a de las armaduras 164 y 168 correspondientes respectivamente a los bobinados eléctricos 144 y 148. Este proceso permite realizar un campo giratorio necesario para accionar el rotor 12. De manera ventajosa, una ligera disimetría en la disposición radial de los bobinados permitirá iniciar un sentido de rotación preferente.
Las figuras 3A y 3B representan respectivamente vistas del dispositivo de las figuras 1 y 2 cortadas según las líneas A-A y B-B que ilustran la disposición de los arrollamientos de los bobinados eléctricos 14 y de los componentes de la armadura 16 concretamente de la rama 16b dispuesta radialmente.
La figura 4 es una vista similar a la de la figura 1 que representa una construcción en la que el dispositivo 20 está equipado con dieciséis bobinados eléctricos 24 alojados en el interior de una carcasa cilíndrica 21 y que constituyen el estator 25. El accionamiento motorizado es similar al anterior y el rotor 22 que está constituido por una disposición magnética rotativa es sensiblemente idéntico al rotor 12. Sucede lo mismo con la corona de elementos magnetocalóricos 23 que es adyacente a la disposición magnética y está dispuesta en el entrehierro que separa el rotor 22 del estator 25 correspondiente al primer espacio E1. El hecho de aumentar el número de bobinados eléctricos permite controlar de manera más progresiva el campo giratorio y controlar mejor el accionamiento en rotación del rotor 22.
La figura 5 es una vista similar a la de la figura 4, pero en la que la carcasa cilíndrica periférica 21 se ha retirado.
La figura 6 representa otra forma de realización en la que la carcasa se ha retirado, que difiere de la de la figura 2, principalmente porque los imanes permanentes 17 de la disposición magnética se sustituyen por electroimanes 120 que equipan el rotor 12. El dispositivo 100 comprende en este caso un conjunto de diecisiete bobinados eléctricos 14, de ejes radiales, regularmente colocados alrededor de dicho rotor 12 y que constituyen un estator 15. El número de electroimanes 120 es en este caso de dieciocho, de manera que los bobinados eléctricos 14 presentan con respecto a los electroimanes 120 una disimetría geométrica, en este caso un desplazamiento axial de varios grados con respecto a los bobinados eléctricos 14 correspondientes para imponer al rotor un sentido de rotación preferente. En esta variante, los elementos magnetocalóricos (no representados) pueden formar una corona adyacente a la disposición magnética y dispuesta en el entrehierro que separa el rotor 12 del estator 15 correspondiente al primer espacio E1.
Las figuras 7A, 7B y 7C corresponden a una primera forma de realización del dispositivo de la invención en el que el accionamiento de la disposición magnética se realiza por desplazamiento lineal. El dispositivo 50 comprende una carcasa alargada no representada, un estator lineal fijo 51 y un carro 52 móvil alternativamente con respecto a dicho estator lineal fijo 51 y que lleva dicha disposición magnética, compuesta en este caso por una serie de imanes permanentes 53, asociados cada uno a un elemento 54 magnéticamente permeable. El estator lineal fijo 51 está constituido por un conjunto de bobinados eléctricos 55 de ejes paralelos y perpendiculares a la dirección de desplazamiento del carro 52. Una serie de elementos magnetocalóricos 56 se alinea para formar una fila adyacente a la disposición magnética y está dispuesta en el entrehierro entre dicho estator lineal fijo 51 y dicha disposición magnética llevada por el carro 52, o más exactamente la línea de los elementos magnéticamente permeables 54, y correspondiente al primer espacio E1.
Las tres figuras 7A, 7B y 7C corresponden a tres posiciones sucesivas del carro 52 móvil de manera lineal durante su desplazamiento. Las líneas de campo que atraviesan los bobinados eléctricos 55 y los imanes permanentes 53 en función de la alimentación de dichos bobinados provocan el desplazamiento lineal de dicho carro 52.
Las figuras 8A, 8B y 8C representan vistas similares a las de figuras anteriores 7A, 7B y 7C. El dispositivo 60 comprende, al igual que antes, una carcasa alargada no representada, un estator lineal fijo 61 y un carro 62 móvil alternativamente con respecto a dicho estator lineal fijo 61 y que lleva dicha disposición magnética, compuesta en este caso por una serie de electroimanes 63, asociados cada uno a un elemento 64 magnéticamente permeable. El estator lineal fijo 61 comprende un conjunto de bobinados eléctricos 65 de ejes paralelos y perpendiculares a la dirección de desplazamiento del carro 62. Una serie de elementos magnetocalóricos 66 se alinea para formar una fila adyacente a la disposición magnética y está dispuesta en el entrehierro entre dicho estator lineal fijo 61 y dicha disposición magnética llevada por el carro 62, correspondiente al primer espacio E1.
Las tres figuras 8A, 8B y 8C corresponden a tres posiciones sucesivas del carro 62 móvil de manera lineal durante su desplazamiento. El modo de funcionamiento del dispositivo 60 es idéntico al del dispositivo 50 anterior de las figuras 7A, 7B y 7C.
El dispositivo 70 de la figura 9 corresponde a una variante de realización próxima a la de las figuras 1 a 5. Comprende una carcasa exterior 71, constituida por dos primeros segmentos cilíndricos 72 y 73. Esta carcasa 71 se completa mediante dos segundos segmentos cilíndricos 74 y 75 que presentan un diámetro superior al de los primeros segmentos 72 y 73. En el interior de esta carcasa 71, y más particularmente en el interior de los dos primeros segmentos cilíndricos 72 y 73, está montado un rotor 76 que está constituido por una disposición magnética rotativa similar a la de las figuras 1 a 5. Debe observarse que, en el ejemplo representado, el sector angular por el que se extienden los dos primeros segmentos cilíndricos 72 y 73 es aproximadamente de 90 a 120°, no siendo estos valores limitativos y pudiendo variar en función de la disposición de los bobinados eléctricos 77 y de los elementos magnetocalóricos 79. Los segundos segmentos cilíndricos 74 y 75 sirven de soporte a los bobinados eléctricos 77, que son diez, distribuidos simétricamente con respecto al eje central del rotor 76 y que constituyen un estator 78. El número de estos bobinados eléctricos 77 es variable, aunque como mínimo igual a dos. La rotación del rotor 76 está provocada por una alimentación desplazada de los bobinados eléctricos 77 diametralmente opuestos.
Se constata que, en esta forma de realización, el primer espacio E1 que separa el rotor 76 del estator 78 constituye un entrehierro muy estrecho. En cambio, el segundo espacio E2 que separa los primeros segmentos cilíndricos 72 y 73 de la carcasa 71 del rotor 76 constituye un entrehierro suficientemente grande para alojar el elemento térmico constituido en este caso por dos segmentos anulares de elementos magnetocalóricos 79. Estos elementos magnetocalóricos 79 son, como en los ejemplos anteriores, adyacentes a la disposición magnética para beneficiarse del flujo magnético máximo. Estos elementos magnetocalóricos 79 están distribuidos en dos grupos, dispuestos simétricamente alrededor de dicho rotor 76, con respecto al eje central de este último. Esta forma de realización permite la rotación del rotor 76 con un mínimo de energía teniendo en cuenta el primer espacio E1 del entrehierro muy pequeño con el estator 78, sin no obstante penalizar el rendimiento térmico del dispositivo 70 que se garantiza por los elementos magnetocalóricos 79 en cantidad suficiente.
El dispositivo 80 de las figuras 10A y 10B es el mismo que el dispositivo 70 anterior pero aplicado a un motor lineal, cuya forma de realización es próxima a la de las figuras 7A-C. Comprende una carcasa exterior 81, constituida por un primer segmento lineal 82, completado por un segundo segmento lineal 83 situado a un nivel diferente del primer segmento 82. En paralelo a esta carcasa 81, está montado un carro 84 que está constituido por una disposición magnética lineal similar a la de las figuras 7A-C. Debe observarse que en el ejemplo representado, el primer segmento lineal 82 se extiende por aproximadamente 1/6 de la longitud total de la carcasa 81, no siendo este valor limitativo y pudiendo variar en función de la disposición de los bobinados eléctricos 85 y de los elementos magnetocalóricos 87. Sucede lo mismo en cuanto al número de bobinados eléctricos 85 que también puede variar y estar limitado a un bobinado, por ejemplo. En este dispositivo 80, el segundo segmento lineal 83 sirve de soporte para los bobinados eléctricos 85, que son dos, dispuestos uno al lado de otro y que constituyen un estator 86. Las figuras 10A y 10B ilustran las dos posiciones extremas del carro móvil 84 cuyo desplazamiento lineal está provocado por una alimentación alterna de los bobinados eléctricos 85.
Se constata que, en esta forma de realización, el primer espacio E1 que separa el carro móvil 84 del estator 86 constituye un entrehierro muy estrecho. En cambio, el segundo espacio E2 que separa el primer segmento lineal 82 del carro móvil 84 constituye un entrehierro suficientemente grande para alojar el elemento térmico formado en este caso por una fila de elementos magnetocalóricos 87. Estos elementos magnetocalóricos 87 son, como en los ejemplos anteriores, adyacentes a la disposición magnética para beneficiarse del flujo magnético máximo. Esta forma de realización permite el desplazamiento lineal del carro móvil 84 con un mínimo de energía teniendo en cuenta el primer espacio E1 del entrehierro muy pequeño con el estator 86, sin no obstante penalizar el rendimiento térmico del dispositivo 80 que se garantiza por los elementos magnetocalóricos 87 en cantidad suficiente.
El dispositivo 300 de las figuras 11A y 11B representa una variante de realización del dispositivo representado en las figuras 10A y 10B. El dispositivo 300 representado comprende en efecto un único bobinado eléctrico 305 que realiza el accionamiento del carro 304 con vistas a un desplazamiento lineal de este último. El carro lleva la disposición magnética compuesta por imanes permanentes. Dos imanes permanentes 309’ y 309 de entre el conjunto de los imanes permanentes que forman la disposición magnética están dispuestos uno al lado de otro y están destinados a actuar conjuntamente con un único bobinado eléctrico 305 con vistas al desplazamiento del carro 304. Comprenden cada uno una imantación opuesta de manera que según la alimentación del bobinado eléctrico 305 y el polo magnético creado a nivel de la pieza de base 307, cada uno de los dos imanes permanentes 309’, 309 es o bien repelido, o bien atraído, creando así el movimiento secuencial del carro 304. La figura 11A representa para ello una primera posición extrema del carro 304 en la que la pieza de base 307 presenta un polo magnético negativo (-) y el imán permanente 309’ situado a la izquierda en la figura y que presenta un polo magnético positivo (+) está dispuesto a nivel de esta última y la figura 11 B representa la segunda posición extrema del carro 304 en la que la pieza de base 307 presenta un polo magnético positivo (+) y el imán permanente 309 situado a la derecha en la figura y que presenta un polo magnético negativo (-) está a nivel de esta última. En esta variante de realización, se constata también un primer espacio E1 del entrehierro muy estrecho que separa el carro móvil 304 del estator 306 y un segundo espacio E2 del entrehierro suficientemente grande para alojar el elemento térmico constituido, también en esta variante, por una fila de elementos magnetocalóricos 308 y se obtienen las mismas ventajas que las indicadas para el dispositivo de las figuras 10A y 10B, dado que los elementos magnetocalóricos 308 son, como en los ejemplos anteriores, adyacentes a la disposición magnética para beneficiarse del flujo magnético máximo.
El dispositivo 90 de la figura 12 corresponde a una variante de realización próxima a la de la figura 9 en la que los elementos magnetocalóricos 99 siguen siendo adyacentes a la disposición magnética, y están dispuestos a la vez en las zonas libres de bobinado, correspondientes al segundo espacio E2 del entrehierro, y en el primer espacio E1 del entrehierro entre el rotor 96 y el estator 91. Este dispositivo comprende también una carcasa exterior o periférica 91, constituida por dos primeros segmentos cilíndricos 92 y 93. Esta carcasa 91 se completa mediante dos segundos segmentos cilíndricos 94 y 95 que presentan un diámetro superior al de los primeros segmentos 92 y 93. El rotor 96 está montado en el interior de los dos primeros segmentos cilíndricos 92 y 93, y está constituido por una disposición magnética rotativa similar a la de las figuras 1 a 5. En este caso también, el sector angular por el que se extienden los dos primeros segmentos cilíndricos 92 y 93 puede variar en función de la disposición de los bobinados eléctricos 97 y de los elementos magnetocalóricos 99. Los segundos segmentos cilíndricos 94 y 95 sirven de soporte para los bobinados eléctricos 97, que son cuatro y que constituyen un estator 98. El número de estos bobinados eléctricos 97 es variable, pero preferentemente como mínimo igual a dos. La rotación del rotor 96 está provocada por una alimentación desplazada de los bobinados eléctricos 97 diametralmente opuestos.
El dispositivo 200 de la figura 13 es igual al dispositivo 90 anterior aunque aplicado a un motor lineal, cuya forma de realización es próxima a la de las figuras 10A y 10B en la que los elementos magnetocalóricos 207 siguen siendo adyacentes a la disposición magnética y están dispuestos a la vez en las zonas libres de bobinado, correspondientes al segundo espacio E2 del entrehierro, y en el primer espacio E1 del entrehierro entre el carro 204 y el estator 206. Comprende una carcasa exterior 201, constituida por un primer segmento lineal 202, completado por un segundo segmento lineal 203 situado a un nivel diferente del primer segmento 202. Un carro 204 constituido por una disposición magnética lineal similar al de las figuras 7A-C está montado en paralelo a esta carcasa 201. Debe observarse que en el ejemplo representado, el primer segmento lineal 202 se extiende por dos zonas de la longitud total de la carcasa 201, no siendo esta configuración limitativa y pudiendo variar en función de la disposición de los bobinados eléctricos 205. Sucede lo mismo en cuanto al número de bobinados eléctricos que también puede variar y estar limitado a un bobinado, por ejemplo. En este dispositivo 200, el segundo segmento lineal 203 sirve también de soporte para los bobinados eléctricos 205 que son dos, dispuestos de manera espaciada entre sí y que constituyen un estator 206.
Posibilidades de aplicación industrial
La presente invención no se limita a los ejemplos de realización descritos, sino que se extiende a cualquier modificación y variante evidentes para un experto en la materia mientras se mantenga dentro del alcance de la protección definida en las reivindicaciones adjuntas. El número de imanes que componen la disposición magnética, su forma y su disposición pueden modificarse en función de los objetivos buscados en cuanto a rendimiento, espacio ocupado, velocidad de rotación del rotor, etc. El número de bobinados eléctricos así como su disposición también pueden variar según los objetivos que deban conseguirse. La naturaleza de los materiales, concretamente de los materiales magnetocalóricos, la de los elementos magnéticamente permeables y la de otros componentes tales como la carcasa del dispositivo, pueden modificarse según las necesidades.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) que comprende al menos una unidad de generación de flujo térmico alojada en una carcasa exterior (11, 21, 91, 201) y provista de al menos un órgano térmico que contiene al menos un elemento magnetocalórico, de al menos una disposición magnética dispuesta para generar un campo magnético, de al menos un accionamiento eléctrico dispuesto para garantizar el desplazamiento de dicha disposición magnética con respecto a cada elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) con el fin de someterlo a una variación de campo magnético y provocar una variación de su temperatura, de unos medios para captar las calorías y/o frigorías emitidas por cada elemento magnetocalórico debido a dicha variación del campo magnético, estando integrado dicho accionamiento eléctrico en el dispositivo de generación de flujo térmico con material magnetocalórico (10, 20, 100, 50, 60, 90, 200) y comprendiendo al menos un bobinado eléctrico (14, 24, 55, 65, 97, 205) provisto de un arrollamiento llevado por una armadura (16) y alimentado con corriente eléctrica para generar una variación de campo magnético que provoca el desplazamiento de un ensamblaje móvil (12, 22, 52, 62, 96, 204) que lleva dicha disposición magnética, estando dicho dispositivo caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico (13, 23, 56, 66, 99, 207) es adyacente a dicha disposición magnética y está dispuesto en el entrehierro constituido por al menos un primer espacio (E1) delimitado entre dicha disposición magnética y dicha armadura (16) de dichos bobinados eléctricos.
  2. 2.
    Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos dos bobinados eléctricos (14, 24, 55, 65, 97, 205).
  3. 3.
    Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho elemento magnetocalórico está dispuesto, de manera continua, en dicho primer espacio (E1) y en un segundo espacio (E2) adyacente al primero, estando delimitado este segundo espacio (E2) entre dicha disposición magnética y dicha carcasa exterior (91, 201).
  4. 4.
    Dispositivo según la reivindicación 2, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, caracterizado porque comprende un estator fijo (15, 25) alojado en la carcasa periférica (11, 21), y un rotor (12, 22) montado en el interior de dicha carcasa coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos (14, 24), y porque los elementos magnetocalóricos (13, 23) forman una corona continua que rodea dicho rotor (12, 22) y que ocupa íntegramente dicho primer espacio (E1) del entrehierro entre dicho estator fijo y dicho rotor.
  5. 5.
    Dispositivo según la reivindicación 3, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor rotativo, caracterizado porque comprende un estator fijo (98) alojado en la carcasa periférica (91) y un rotor (96) montado en el interior de dicha carcasa coaxialmente con respecto a dicho estator fijo, llevando dicho rotor dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo al menos dos bobinados eléctricos (97) que se extienden angularmente sobre una primera parte de dicha carcasa dejando una segunda parte de dicha carcasa libre de bobinados eléctricos (97), y porque dicho elemento magnetocalórico (99) está dispuesto a la vez en el primer espacio (E1) correspondiente a la primera parte de la carcasa y en el segundo espacio (E2) adyacente al primer espacio y correspondiente a la segunda parte libre de bobinados eléctricos (97).
  6. 6.
    Dispositivo según la reivindicación 2, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, caracterizado porque comprende una carcasa alargada, un estator lineal fijo (51, 61) alojado en dicha carcasa y un carro, móvil (52, 62) de manera lineal, alternativamente con respecto a dicho estator fijo, llevando el carro móvil dicha disposición magnética y comprendiendo dicho estator fijo dichos bobinados eléctricos (55, 65), y porque los elementos magnetocalóricos (56, 66) forman al menos una fila continua alineada a lo largo del estator lineal fijo (51, 61), y que ocupa íntegramente dicho primer espacio (E1) del entrehierro entre dicho estator lineal y dicho carro móvil.
  7. 7.
    Dispositivo según la reivindicación 3, en el que dicho accionamiento eléctrico es un motor lineal, caracterizado porque comprende una carcasa alargada (201), un estator lineal fijo (206) alojado en dicha carcasa, que comprende al menos un bobinado eléctrico (205) y que se extiende sobre una primera parte de la longitud de esta carcasa dejando libre de bobinados eléctricos una segunda parte de dicha carcasa, un carro (204), móvil de manera lineal, alternativamente con respecto a dicho estator fijo y que lleva dicha disposición magnética, y porque dicho elemento magnetocalórico está dispuesto a la vez en el primer espacio (E1) del entrehierro correspondiente a la primera parte de la carcasa y en el segundo espacio (E2) adyacente al primer espacio y correspondiente a la segunda parte de la carcasa libre de bobinados eléctricos.
  8. 8.
    Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha disposición magnética comprende un conjunto de imanes permanentes (17, 53).
  9. 9.
    Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos imanes permanentes (17, 53) de dicha disposición magnética de dicho rotor comprenden al menos un elemento magnéticamente permeable (18, 54).
  10. 10.
    Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque dichos bobinados eléctricos (14, 24, 97) presentan cada uno un eje dispuesto según una dirección sensiblemente radial.
  11. 11.
    Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque cada bobinado eléctrico (55, 65, 205) presenta un eje paralelo y sensiblemente perpendicular a la dirección de desplazamiento de dicho carro móvil (52, 62, 204).
  12. 12.
    Dispositivo según la reivindicación 4 ó 6, caracterizado porque dicho conjunto de bobinados eléctricos (14, 24) presenta una disimetría geométrica con respecto a las líneas de flujo generadas por dicha disposición magnética para imponer un sentido de rotación preferente a dicho rotor (12, 22) o un sentido de desplazamiento lineal preferente a dicho carro móvil (52, 62).
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