FR2943406A1 - Procede de generation de flux thermique a partir d'un element magnetocalorique et generateur thermique magnetocalorique - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de génération de flux thermique à partir d'un élément magnétocalorique (1) constitué par au moins un matériau magnétocalorique (2) comportant une extrémité chaude (3) en relation avec une chambre chaude (4) et une extrémité froide (5) en relation avec une chambre froide (6), ledit procédé consistant à activer et à désactiver magnétiquement de manière alternative l'élément magnétocalorique (1), et à faire circuler un fluide caloporteur à travers ledit élément magnétocalorique (1) alternativement en direction la chambre chaude (4) et de la chambre froide (5) de manière synchronisée avec les phases d'activation et de désactivation magnétique. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à inverser le sens de circulation du fluide caloporteur au cours desdites phases d'activation et de désactivation magnétique. Elle concerne également un générateur thermique magnétocalorique mettant en oeuvre ledit procédé.

Description

PROCEDE DE GENERATION DE FLUX THERMIQUE A PARTIR D'UN ELEMENT MAGNETOCALORIQUE ET GENERATEUR THERMIQUE MAGNETOCALORIQUE Domaine technique :

La présente invention concerne un procédé de génération de flux thermique à partir d'un élément magnétocalorique, ledit élément magnétocalorique étant constitué par au moins un matériau magnétocalorique comportant une extrémité chaude en relation avec une chambre chaude et une extrémité froide en relation avec une chambre froide, ledit procédé consistant à activer et à désactiver magnétiquement de manière alternative l'élément magnétocalorique, et à faire circuler un fluide caloporteur à travers ledit élément magnétocalorique alternativement en direction de la chambre chaude et de la chambre froide de manière synchronisée avec les phases d'activation et de désactivation magnétique.

Elle concerne également un générateur thermique magnétocalorique mettant en oeuvre ledit procédé.

Technique antérieure :

Les générateurs thermiques magnétocaloriques fonctionnent selon le principe de la pompe à chaleur en prélevant de l'énergie thermique à une chambre ou source dite "froide" et en la restituant, à température plus élevée, à une chambre ou source dite "chaude".

L'effet magnétocalorique est une propriété intrinsèque des matériaux magnétocaloriques. Il se traduit par une variation réversible de leur température lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique ou en sont soustraits ou lorsque ce champ est supprimé ou réduit substantiellement. Il existe deux types de matériaux magnétocaloriques: les matériaux du premier type s'échauffent sous l'effet d'un champ magnétique et se refroidissent après le retrait de ce champ magnétique et ceux du second type, dits "matériaux à effet magnétocalorique inverse" se refroidissent sous l'effet d'un champ magnétique et s'échauffent au retrait de ce champ magnétique.

Pour faciliter la compréhension de la présente demande, l'expression "activé magnétiquement" sera utilisée pour décrire un matériau magnétocalorique qui s'échauffe, que cela se produise en la présence ou en l'absence d'un champ magnétique. Ainsi, un matériau magnétocalorique du premier type sera activé magnétiquement lorsqu'il sera soumis à un champ magnétique et un matériau magnétocalorique à effet inverse sera activé magnétiquement lorsqu'il sera soustrait de ce champ magnétique. De même, un matériau "désactivé magnétiquement" est un matériau subissant un refroidissement dû soit au retrait du champ magnétique dans le cas des matériaux magnétocaloriques de premier type, soit à l'application d'un champ magnétique dans le cas des matériaux magnétocaloriques à effet inverse.

Le principe d'exploitation de l'effet magnétocalorique û connu sous le nom d'AMR (Active Magnetocaloric Refrigerator) û est illustré dans les figures lA à 1D annexées.

Il consiste à faire circuler un fluide caloporteur entre les deux extrémités chaude et froide d'un matériau magnétocalorique MC de manière synchronisée avec l'activation magnétique (par des aimants permanents A - cf. fig. 1B et 1C) et la désactivation magnétique (cf. fig. lA et 1D) dudit matériau magnétocalorique MC. Le fluide caloporteur circule en direction de l'extrémité chaude lors de l'activation magnétique du matériau MC (fig. lB et 1C) puis en direction de l'extrémité froide lors de la désactivation magnétique du matériau MC (fig. lA et 1D). Le déplacement du fluide caloporteur peut être réalisé par des pistons P. Le fluide caloporteur est destiné à échanger thermiquement avec ledit matériau magnétocalorique MC et les deux extrémités chaude et froide sont reliées respectivement à une chambre chaude CH et à une chambre froide FR. Le matériau magnétocalorique MC est poreux ou comprend des passages susceptibles d'être traversés par le fluide caloporteur, ces passages reliant le volume de la chambre froide FR au volume de la source chaude CH, situés de part et d'autre du matériau magnétocalorique MC. On considère que la température de la chambre froide est TFR, que la température de la chambre chaude est TCH et que la longueur du matériau magnétocalorique MC selon la direction des passages est L. Un gradient de température est établi le long du matériau magnétocalorique MC.

Bien entendu, un générateur thermique utilisant ce principe d'exploitation de l'effet magnétocalorique est destiné à échanger de l'énergie thermique avec un ou plusieurs circuits extérieurs d'utilisation (chauffage, climatisation, tempérage, etc.) par l'intermédiaire ou non d'un échangeur de chaleur, par exemple.

Il existe un besoin d'améliorer le procédé de génération d'un flux thermique. A cet effet, on considère que pour une amplitude de températures entre chambres froide et chaude et une puissance thermique à restituer données, la performance d'un générateur thermique magnétocalorique se mesure selon deux critères essentiels : - le coefficient de performance (COP) qui est le rapport de l'énergie thermique restituée sur l'énergie mécanique ou électrique consommée (notamment pour mettre en circulation le fluide et entraîner les dispositifs de commutation magnétique et / ou hydraulique), et - la densité volumique de puissance (en kW/1) qui caractérise la taille du coeur du générateur, à savoir la taille de l'élément magnétocalorique, rapportée à la puissance thermique restituée.

Il existe notamment une demande de générateurs thermiques magnétocaloriques susceptibles de fournir plusieurs kilowatts, ce plus particulièrement pour les applications mobiles généralement à fortes exigences de compacité, ou pour les pompes à chaleur réversibles requérant une amplitude de températures dépassant 80 K. En outre, de tels générateurs devraient proposer un coefficient de performance COP supérieur à 3.

On peut considérer qu'à chaque commutation du champ magnétique (c'est-à-dire lors du passage de statut activé magnétiquement à désactivé magnétiquement, et inversement), la masse de matériau magnétocalorique reçoit, alternativement et de façon instantanée, un stock de " calories " ou de " frigories ", qu'elle restitue ensuite au fluide pendant l'alternance initiée par ladite commutation.

Il en résulte que le principal moyen pour maximiser la puissance restituée pour un volume de matériau magnétocalorique donné est d'augmenter la fréquence de commutation magnétique, de façon à bénéficier plus souvent de l'effet magnétocalorique (qui est quasi instantané).

Toutefois, augmenter la fréquence de commutation demande d'augmenter d'autant la performance de l'échange thermique entre le matériau MC et le fluide caloporteur, donc en pratique de multiplier les surfaces d'échange, tout en conservant le volume global de fluide caloporteur contenu dans le matériau magnétocalorique MC. Cela implique d'utiliser un matériau magnétocalorique comportant de nombreux passages de fluide très fins, voire des micro-passages, ou un matériau magnétocalorique poreux.

Or, la puissance nécessaire à la mise en circulation du fluide caloporteur dans le matériau magnétocalorique croît selon le carré du rapport de la longueur du matériau magnétocalorique sur le diamètre hydraulique des canaux ou passages de fluide. De plus, les pertes thermiques de conduction à travers le matériau magnétocalorique (flux conductif parasite allant de la face chaude à la face froide du matériau magnétocalorique) croissent en rapport inverse du carré de la longueur du matériau magnétocalorique. La mise en circulation du fluide caloporteur étant la principale source de consommation de puissance d'un générateur thermique magnétocalorique, toute dégradation de ce poste affecte directement le COP ù au dénominateur. On sait que l'énergie mécanique de mise en circulation contribue en outre à la puissance thermique restituée ù au numérateur du COP ù, positivement en chauffage, et négativement en réfrigération. Quant aux pertes conductives, elles viennent en déduction de la puissance utile restituée, et affectent directement le COP au numérateur.

Il résulte de ce qui précède qu'au niveau actuel de la technologie des alliages magnétocaloriques et des systèmes de magnétisation, les moyens identifiés susceptibles de permettre d'augmenter de manière substantielle la densité de puissance dégradent également puissamment le COP, et que le dimensionnement judicieux d'une pompe à chaleur magnétocalorique pour une application donnée résulte d'un compromis entre son encombrement et son efficacité énergétique.

Exposé de l'invention :

La présente invention vise à dépasser le compromis précité en proposant un procédé permettant d'augmenter la puissance thermique transitant dans un élément magnétocalorique et donc la puissance utile d'un générateur thermique magnétocalorique mettant en oeuvre ce procédé, sans perte d'efficacité.

Dans ce but, l'invention concerne un procédé de génération de flux thermique du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce qu'il consiste à inverser le sens de circulation du fluide caloporteur au cours desdites phases d'activation et de désactivation magnétique.

Le procédé selon l'invention met ainsi en oeuvre un couplage particulier entre le cycle magnétocalorique et l'oscillation du fluide, qui par ses caractéristiques spécifiques, maximise le flux thermique actif " ascendant " dans les conditions ci-dessus, améliorant substantiellement la puissance restituée (pour atteindre une densité de puissance de l'ordre de 0.5 à 1 kW/1).

Selon l'invention, ladite phase d'activation magnétique peut comporter une étape initiale au cours de laquelle le fluide caloporteur circule en sens inverse en direction de la chambre froide suivie d'une étape prépondérante au cours de laquelle le fluide caloporteur circule dans le bon sens en direction de la chambre chaude, et ladite phase de désactivation magnétique peut comporter une étape initiale au cours de laquelle le fluide caloporteur circule en sens inverse en direction de la chambre chaude suivie d'une étape prépondérante au cours de laquelle le fluide caloporteur circule dans le bon sens en direction de la chambre froide.

Pour les applications exigeantes en compacité, on peut limiter les déperditions internes liées à l'augmentation de fréquence en diminuant la longueur du régénérateur formé par l'élément magnétocalorique et plus encore l'amplitude d'oscillation du fluide caloporteur le traversant de manière à limiter les pertes de charge fluidiques. Il est ainsi proposé de faire circuler à travers l'élément magnétocalorique, à chaque alternance magnétique, une quantité de fluide caloporteur inférieure à la quantité de fluide susceptible d'être contenue dans ledit élément magnétocalorique de sorte qu'une partie du fluide caloporteur contenu dans l'élément magnétocalorique n'est pas renouvelé. Le taux de renouvellement du fluide caloporteur dans l'élément magnétocalorique est alors inférieur à un.

De préférence, le procédé peut ainsi consister à faire circuler, dans un sens puis dans l'autre de manière alternative, une quantité de fluide caloporteur inférieure à la quantité de fluide caloporteur apte à être contenue dans ledit élément magnétocalorique.

En outre, le procédé peut consister à déterminer une durée de l'étape initiale des phases d'activation et de désactivation magnétique inférieure à la moitié de la durée de chacune desdites phases d'activation et de désactivation magnétique.

L'invention a également pour objet un générateur thermique magnétocalorique comportant au moins un élément magnétocalorique constitué par au moins un matériau magnétocalorique comportant une extrémité chaude en relation avec une chambre chaude et une extrémité froide en relation avec une chambre froide, un moyen d'activation et de désactivation magnétique dudit matériau magnétocalorique et des moyens de circulation entraînant un fluide caloporteur à travers ledit élément magnétocalorique alternativement en direction de la chambre chaude et de la chambre froide de manière synchronisée avec les phases d'activation et de désactivation magnétique. Ce générateur thermique magnétocalorique est caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande desdits moyens de circulation du fluide caloporteur agencée pour inverser son sens de circulation au cours desdites phases d'activation et de désactivation magnétique selon le procédé.

Description sommaire des dessins :

La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures lA à 1D représentent schématiquement un élément magnétocalorique dans ses différentes étapes de fonctionnement selon le procédé connu de génération de flux thermique, - les figures 2A à 2E représentent schématiquement un élément magnétocalorique dans ses différentes étapes de fonctionnement selon le procédé de l'invention, - la figure 3A est un diagramme illustrant l'évolution de la température d'une goutte de fluide caloporteur circulant dans l'élément magnétocalorique des figures lA à 1D, et - la figure 3B est un diagramme similaire à celui de la figure 3A relatif au procédé de l'invention mis en oeuvre dans l'élément magnétocalorique des figures 2A à 2E.

Illustrations de l'invention :

Les figures 2A à 2E représentent schématiquement, selon une vue en élévation, un élément magnétocalorique 1 constitué par un ou plusieurs matériaux magnétocaloriques 2, par exemple en plaques superposées dont l'espacement définit des canaux de circulation du fluide caloporteur. Cet élément magnétocalorique 1 est traversé par un fluide caloporteur (suivant les flèches) de manière synchronisée avec les phases d'activation et de désactivation magnétique de cet élément magnétocalorique 1. Ces phases d'activation et de désactivation magnétique sont réalisées par l'intermédiaire d'un moyen 7 d'activation et de désactivation magnétique représenté dans l'exemple annexé sous la forme d'un aimant permanent en déplacement relatif par rapport à l'élément magnétocalorique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'aimants permanents. Tout autre dispositif susceptible de produire un champ magnétique peut être utilisé, tel que par exemple un électroaimant alimenté séquentiellement.

Afin de faciliter les échanges thermiques avec le fluide caloporteur, ledit élément magnétocalorique 1 peut être poreux de sorte que ses pores constituent des passages de fluide débouchants. Il peut également être sous la forme d'un bloc plein dans lequel des minis ou micro-canaux ont été ménagés ou encore être constitué par un assemblage de plaques, éventuellement rainurées, superposées et entre lesquelles le fluide caloporteur peut s'écouler. Cette configuration correspond à celle représentée. Toute autre forme de réalisation permettant au fluide caloporteur de traverser ledit élément magnétocalorique 1 peut, bien entendu convenir.

Le procédé selon l'invention consiste à faire circuler du fluide caloporteur de manière alternée dans la direction de la chambre froide 6 puis dans la direction de la chambre chaude 4. Cette circulation de fluide caloporteur est synchronisée de manière nouvelle par rapport aux phases d'activation et de désactivation magnétique. En effet, dans les procédés connus (cf. fig. 1A-D), le fluide caloporteur est mis à circuler dans la direction de la chambre chaude 4 lorsque l'élément magnétocalorique 1 est activé magnétiquement (et s'échauffe) ù cf. fig. 1B et 1C ù et dans la direction de la chambre froide 6 lorsque l'élément magnétocalorique 1 est désactivé magnétiquement (et se refroidit) ù cf. fig. lA et 1D. Le procédé selon l'invention prévoit d'imposer un déphasage ou décalage temporel entre le changement de sens de circulation du fluide caloporteur et le changement d'état (activé ou désactivé magnétiquement) de l'élément magnétocalorique 1.

De préférence, et comme cela est représenté dans les figures 2A à 2E et 3A, ce déphasage impute un retard de changement de sens de circulation du fluide caloporteur par rapport à celui de changement d'état magnétique de l'élément magnétocalorique.

Ce décalage est représenté plus particulièrement dans les figures 2B et 2D. La figure 2B représente la situation dans laquelle le fluide caloporteur se déplace toujours en direction de la chambre froide 6 alors que le changement de cycle s'est déjà produit, que le matériau est donc activé magnétiquement et s'échauffe. La figure 2D représente, quant à elle, la situation inverse dans laquelle le fluide se déplace toujours en direction de la chambre chaude 4 alors que le changement de cycle s'est déjà produit, que le matériau est donc désactivé magnétiquement et se refroidit.

Ainsi, à la phase d'activation magnétique sont associés deux sens de circulation du fluide caloporteur. Dans un premier temps (phase initiale), ce fluide caloporteur conserve son sens de circulation en direction de la chambre froide 6 (figure 2B) alors que l'élément magnétocalorique 1 est entretemps activé magnétiquement, puis il circule en direction de la chambre chaude 4, tandis que l'élément magnétocalorique 1 reste activé magnétiquement (figure 2C). Intervient ensuite la phase de désactivation magnétique de l'élément magnétocalorique 1 dans laquelle le fluide caloporteur conserve également au départ (phase initiale) le sens de circulation en direction de la chambre chaude 4 (figure 2D) avant de changer de sens de circulation, tandis que l'élément magnétocalorique 1 reste désactivé magnétiquement (figure 2E).

En d'autres termes, la phase d'activation magnétique comporte une étape initiale au cours de laquelle le fluide caloporteur circule à l'envers en direction de la chambre froide 6 et une étape prépondérante au cours de laquelle le fluide caloporteur circule dans le bon sens en direction de la chambre chaude 4 et la phase de désactivation magnétique comporte une étape initiale au cours de laquelle le fluide caloporteur circule à l'envers en direction de la chambre chaude 4 et une étape prépondérante au cours de laquelle le fluide caloporteur circule dans le bon sens en direction de la chambre froide 6.

Comme cela ressort du diagramme de la figure 3B, ce nouveau procédé permet d'augmenter significativement la surface délimitée par la courbe fermée représentant la trajectoire d'une goutte de fluide caloporteur par rapport à celle de la figure 3A qui est représentative du flux thermique actif et donc de la puissance thermique du générateur mettant en oeuvre un tel procédé selon l'invention. Les diagrammes des figures 3A et 3B décrivent en effet le déplacement d'une goutte de fluide caloporteur à l'intérieur d'un des passages de l'élément magnétocalorique respectivement selon le procédé connu des figures lA à 1D et selon le procédé de l'invention représenté par les figures 2A à 2E.

Le déplacement d'une goutte de fluide, représentatif de la formation du flux actif et est décrit ci-après en regard du procédé des figures lA à 1D. Le diagramme de la figure 3A illustre le mécanisme de formation du flux thermique actif remontant le gradient de température établi dans le générateur entre la chambre froide FR et la chambre chaude CH. Dans le diagramme, l'axe des abscisses représente la distance x selon la longueur L du matériau ou élément magnétocalorique MC et l'axe des ordonnées représente la température. La source ou chambre froide FR est située à gauche de l'abscisse 0 et la source chaude CH est située à droite de l'abscisse L. Le fluide caloporteur subit un mouvement linéaire oscillatoire de période 'r, et change donc de direction à chaque demi-période. L'amplitude de l'oscillation, égale à la distance parcourue dans chaque direction, est inférieure à la longueur L du matériau magnétocalorique MC, de sorte que l'axe des abscisses représenté dans ce diagramme ne couvre pas toute la longueur L du matériau magnétocalorique MC.

L'on constate que : - A l'instant t = 0, le matériau magnétique MC est activé. La position de la goutte de fluide caloporteur dans ledit matériau MC est repérée par un premier point, sur la gauche du diagramme. Elle est alors située à son abscisse minimum. La courbe orientée qui part du point, représente l'évolution de la température de la goutte de fluide au cours de son déplacement dans ledit matériau MC, jusqu'à son retour au point de départ au temps t'r.

- Entre t = 0 et t = 'r/2, le matériau magnétocalorique reste activé et cède de la chaleur à la goutte de fluide caloporteur. La température du matériau magnétocalorique (T MMC) le long de la trajectoire de la goutte de fluide suit le gradient de température établi entre les deux sources chaude et froide. Elle est représentée par la droite " Gradient T MMC Activé Initial ". - A t = T/2, la température du matériau magnétocalorique le long de la trajectoire de la goutte de fluide diminue à cause de la chaleur qu'il lui a cédée. Elle est représentée par la droite " Gradient T MMC Activé Final ".

La courbe " T MMC au regard de la goutte d'eau " représente la température du matériau magnétocalorique en vis-à-vis de la goutte de fluide. De t = 0 à t = T/2, elle relie naturellement les deux droites précédentes, joignant la première à gauche du schéma à t = 0, au droit du minimum de la trajectoire de la goutte, et la seconde à droite du schéma à t = T/2, au droit du maximum de ladite trajectoire, repéré par le second point. - A t = T/2, le matériau magnétocalorique est désactivé magnétiquement. Sa température décroit instantanément de ATMC, suivant le gradient établi entre la source froide et la source chaude. Elle est représentée par la droite " Gradient T MMC Non Activé Initial ", parallèle aux précédentes. Elle est maintenant inférieure à celle du fluide caloporteur, de sorte que le matériau magnétocalorique reçoit de la chaleur du fluide jusqu'à T. La goutte de fluide est mise à circuler dans le sens inverse.

- A T, la température du matériau magnétocalorique remonte à cause de la chaleur qu'il lui a prélevée. Elle est représentée par la droite " Gradient T MMC Non Activé Final ", toujours parallèle aux précédentes. Comme précédemment, la courbe " T MMC au regard de la goutte de fluide " relie les deux droites, joignant la première t = T/2, à droite du schéma, au droit du maximum de la trajectoire de la goutte, et la seconde à t = i, à gauche du schéma, au droit du minimum de ladite trajectoire.

- Le matériau magnétocalorique est alors réactivé, regagnant ATMC, ce qui restaure la configuration initiale du cycle, à t = 0.

Au bilan de la première demi-période, le matériau magnétocalorique s'est refroidi de ATMMC, représenté par la distance entre les deux courbes " Gradient T MMC Activé Initial " et " Gradient T MMC Activé Final ", tandis que la goutte de fluide caloporteur circulant dans le passage en vis-à-vis s'est renouvelée et se retrouve à une température supérieure à celle de la goutte de fluide initiale, toujours suivant le gradient du générateur.

Pour alléger le schéma, le profil de la température du fluide caloporteur le long du passage n'est pas représenté. A t = 0, il serait représenté par une droite parallèle au gradient passant par le premier point, et à t = i/2, par une droite parallèle passant par le second point, mais également par le petit cercle qui repère, à gauche du diagramme, une autre goutte de fluide venue de la gauche et arrivant à l'abscisse de départ de la première à i/2. La distance entre le premier point et le petit cercle mesure ainsi la variation de température du fluide en regard du matériau pendant la demi-période.

La seconde demi-période présente naturellement les variations inverses.

Le flux thermique actif qui " remonte " le gradient (ou puissance thermique qui traverse de la gauche vers la droite la section de matériau MC définie par un passage et la demi-paroi qui l'entoure, divisée par la surface de ladite section) peut être apprécié en comparant les énergies échangées à gauche et à droite du centre de symétrie de ladite courbe fermée. Dans la première demi-période, les écarts de températures entre la goutte de fluide et le matériau magnétocalorique MC sont plus grands à gauche qu'à droite. En conséquence, la goutte de fluide reçoit plus d'énergie du matériau MC à gauche qu'à droite. Dans la seconde demi-période, les écarts de températures, symétriques, sont plus grands à droite qu'à gauche. A son retour, la goutte de fluide cède plus d'énergie au matériau MC à droite qu'à gauche. La différence d'énergie échangée entre la partie gauche et la partie droite de la trajectoire est identique, en valeur absolue, au cours des deux demi-périodes. Au bilan, tout revient à ce que la goutte de fluide prélève au matériau MC cette différence d'énergie dans la partie gauche de sa trajectoire, et la lui restitue dans la partie droite. Bien entendu, au cycle suivant, une autre goutte de fluide située plus à droite, viendra prendre l'énergie redéposée par la première, et la porter un peu plus loin. C'est ainsi que l'énergie thermique progresse le long du matériau magnétocalorique MC, en " remontant " le gradient de température.

Les demanderesses ont identifié de manière nouvelle que l'énergie thermique de la goutte de fluide est proportionnelle à sa température, en rapport de sa capacité thermique. Ainsi, l'énergie moyenne qu'une goutte de fluide véhicule au cours de son trajet allant de l'abscisse minimum à l'abscisse maximum de son oscillation û comptée positivement û est proportionnelle à l'aire sous-tendue de la courbe représentant la température de la goutte au cours de ce parcours jusqu'à l'axe horizontal des abscisses, rapportée à la distance "a". De même, l'énergie moyenne qu'elle transporte dans son trajet retour allant de l'abscisse maximum à l'abscisse minimum de son oscillation û comptée négativement û est proportionnelle à l'aire sous-tendue par la courbe représentant la température de la goutte au cours de ce parcours jusqu'à l'axe horizontal des abscisses, toujours rapportée à la distance " a ". Ainsi, l'énergie déplacée de " a " en direction de la source chaude au cours du cycle complet est proportionnelle à la différence des deux aires, toujours rapportée à la distance " a ". Divisant par la période t et multipliant par la capacité thermique du fluide contenu dans le régénérateur, on obtient le flux de puissance transitant de la source froide à la source chaude. Finalement, le flux de puissance à travers le régénérateur ou élément magnétocalorique est proportionnel à la surface de la trajectoire fermée de la goutte dans le plan du graphique rapportée à la distance "a". Il est positif û vers la source chaude û si la goutte décrit la trajectoire dans le sens horaire, négatif dans le cas contraire.

Grâce à l'invention, en réalisant un déphasage entre le changement de phase d'activation magnétique et le changement de sens de circulation du fluide caloporteur, la surface de la trajectoire fermée de la goutte est augmentée, pour la même quantité de matériau magnétocalorique, ce qui entraîne une augmentation de la puissance thermique d'un générateur thermique mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.

La durée du déphasage, qui correspond à la durée des étapes initiales décrites ci-dessus, sera choisie en fonction du coefficient d'échange thermique entre l'élément magnétocalorique 1 et le fluide caloporteur. Plus ce coefficient est élevé, plus la température du fluide rejoint rapidement celle du matériau magnétocalorique après l'alternance magnétique, donc plus faible pourra être ce déphasage, et inversement.

Dans le cas d'un procédé mettant en oeuvre un taux de renouvellement inférieur à un, la durée de l'étape initiale des phases d'activation et de désactivation magnétique pourra être inférieure à la moitié de la durée de chacune des phases d'activation et de désactivation magnétique.

Notons que le retard du fluide caloporteur préconisé n'a pas de rapport avec un éventuel délai d'activation du matériau magnétocalorique à partir de l'alternance magnétique. Nous considérons ici que l'augmentation de température du matériau magnétocalorique est instantanée. Si un tel délai d'activation était à prendre en compte, par exemple pour certains types de matériaux ou pour des fréquences de cycle élevées, il s'ajouterait au déphasage précédent.

Les figures 2A à 2E représentent le générateur thermique selon l'invention. Bien entendu, il est destiné à échanger de l'énergie thermique avec un ou plusieurs circuits extérieurs d'utilisation (chauffage, climatisation, tempérage, etc.) relié(s) à au moins une chambre chaude 4 ou froide 5, éventuellement par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 4', 6' qui peut être intégré dans chaque chambre chaude 4 et froide 5.

Possibilités d'application industrielle :

Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir proposer un procédé permettant d'augmenter la puissance thermique d'un élément magnétocalorique et le rendement d'un générateur thermique magnétocalorique mettant en oeuvre ce procédé.

Le procédé et le générateur thermique selon l'invention peuvent trouver une application aussi bien industrielle que domestique dans le domaine du chauffage, de la climatisation, du tempérage, refroidissement ou autres, ce, à des coûts compétitifs et dans un faible encombrement.

La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées.

Claims (5)

1. Revendications1. Procédé de génération de flux thermique à partir d'un élément magnétocalorique (1), ledit élément magnétocalorique (1) étant constitué par au moins un matériau magnétocalorique (2) comportant une extrémité chaude (3) en relation avec une chambre chaude (4) et une extrémité froide (5) en relation avec une chambre froide (6), ledit procédé consistant à activer et à désactiver magnétiquement de manière alternative l'élément magnétocalorique (1), et à faire circuler un fluide caloporteur à travers ledit élément magnétocalorique (1) alternativement en direction la chambre chaude (4) et de la chambre froide (5) de manière synchronisée avec les phases d'activation et de désactivation magnétique, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à inverser le sens de circulation du fluide caloporteur au cours desdites phases d'activation et de désactivation magnétique.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase d'activation magnétique comporte une étape initiale au cours de laquelle le fluide caloporteur circule en sens inverse en direction de la chambre froide (6) suivie d'une étape prépondérante au cours de laquelle le fluide caloporteur circule dans le bon sens en direction de la chambre chaude (4) et en ce que ladite phase de désactivation magnétique comporte une étape initiale au cours de laquelle le fluide caloporteur circule en sens inverse en direction de la chambre chaude (4) suivie d'une étape prépondérante au cours de laquelle le fluide caloporteur circule dans le bon sens en direction de la chambre froide (6).
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à faire circuler, dans un sens puis dans l'autre de manière alternative, une quantité de fluide caloporteur inférieure à la quantité de fluide caloporteur apte à être contenue dans ledit élément magnétocalorique (1). 17
4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on détermine une durée de l'étape initiale des phases d'activation et de désactivation magnétique inférieure à la moitié de la durée de chacune desdites phases d'activation et de désactivation magnétique.
5. 5. Générateur thermique magnétocalorique comportant au moins un élément magnétocalorique (1) constitué par au moins un matériau magnétocalorique (2) comportant une extrémité chaude (3) en relation avec une chambre chaude (4) et une extrémité froide (5) en relation avec une chambre froide (6), un moyen (7) d'activation et de désactivation magnétique dudit matériau magnétocalorique (1) et des moyens de circulation (8) entraînant un fluide caloporteur à travers ledit élément magnétocalorique (1) alternativement en direction de la chambre chaude et de la chambre froide de manière synchronisée avec les phases d'activation et de désactivation magnétique, générateur caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande desdits moyens de circulation du fluide caloporteur agencée pour inverser son sens de circulation au cours desdites phases d'activation et de désactivation magnétique selon le procédé d'une quelconque des revendications 1 à 4.