FR2947093A1 - Generateur de champ magnetique et appareil thermique magnetocalorique comportant ledit generateur - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un générateur de champ magnétique comportant au moins un assemblage magnétique logé dans une carcasse (11), ledit assemblage magnétique étant agencé pour créer un champ magnétique dans un entrefer (4), et ladite carcasse (11) comportant au moins une ouverture (5) communiquant avec ledit entrefer (4) permettant l'introduction d'un dispositif destiné à être soumis audit champ magnétique, générateur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen canalisateur (6) apte à canaliser les fuites de champ magnétique apparaissant à l'extérieur dudit générateur (1) de champ magnétique, dans une région proche de ladite ouverture (5). Elle a également pour objet un appareil thermique magnétocalorique muni d'un tel générateur (1).
Description
GENERATEUR DE CHAMP MAGNETIQUE ET APPAREIL THERMIQUE MAGNETOCALORIQUE COMPORTANT LEDIT GENERATEUR
Domaine technique : La présente invention concerne un générateur de champ magnétique comportant au moins un assemblage magnétique logé dans une carcasse, ledit assemblage magnétique étant agencé pour créer un champ magnétique dans un entrefer, et ladite carcasse comportant au moins une ouverture communiquant avec ledit entrefer permettant l'introduction d'un dispositif destiné à être soumis audit champ magnétique.
Elle a également pour objet un appareil thermique magnétocalorique comportant au moins un élément magnétocalorique traversé par un fluide caloporteur, cet élément magnétocalorique circulant de manière alternée en direction d'une première extrémité dudit appareil thermique et en direction d'une deuxième extrémité, opposée à la première, et un moyen d'activation et de désactivation magnétique dudit élément magnétocalorique.
Technique antérieure :
Afin d'obtenir de manière économique un champ magnétique important, de l'ordre de 1,6 teslas, par exemple dans un espace limité, il est connu de réaliser un générateur de champ magnétique réalisé sous la forme d'un assemblage magnétique par exemple en utilisant des aimants permanents. Dans de nombreuses applications, et notamment dans le domaine des appareils thermiques magnétocaloriques, cet espace limité, dans lequel un champ magnétique important doit s'établir, doit être ouvert sur l'extérieur afin de permettre l'introduction d'un dispositif à magnétiser et à démagnétiser.
Or, pour des questions de sécurité, il est nécessaire d'éviter qu'un champ magnétique de fuite ne se propage à l'extérieur du générateur de champ magnétique.
Cela est précisément le cas dans le domaine des appareils thermiques magnétocaloriques, dans lesquels un ou plusieurs éléments magnétocaloriques doivent pouvoir circuler de manière alternative dans l'entrefer afin d'être soumis à un champ magnétique variable. Or, l'ouverture de l'entrefer entraîne une fuite de champ magnétique à l'extérieur de l'assemblage magnétique. De ce fait, il subsiste un champ magnétique de fuite non désirable au niveau de l'environnement extérieur proche de l'ouverture de l'entrefer. Il en résulte que les éléments magnétocaloriques, lorsqu'ils traversent cette zone, sont soumis à un champ magnétique de fuite, même si celui-ci est faible. Cela a pour inconvénient que les éléments magnétocaloriques ne passent pas d'un champ magnétique nul à un champ important lorsqu'ils entrent dans l'entrefer et inversement quand ils en ressortent, comme cela est désiré. Mais ils subissent un champ magnétique de fuite avant d'entrer dans l'entrefer ainsi qu'à la sortie de ce dernier. Or, dans ce type d'appareil, la différence d'intensité des champs magnétiques auxquels les éléments magnétocaloriques sont soumis doit être la plus importante possible. En effet, la puissance d'un tel appareil est directement liée à la différence d'intensité magnétique à laquelle sont soumis les éléments magnétocaloriques. De ce fait, la présence d'un champ de fuite non nul au niveau de la zone extérieure à l'entrefer entraîne une différence de champ moins importante et limite donc l'efficacité des cycles magnétocaloriques et de l'appareil thermique.
Exposé de l'invention : La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un générateur de champ magnétique du type ouvert, c'est-à-dire dont l'entrefer communique avec l'environnement extérieur, dans lequel le champ magnétique de fuite est maîtrisé pour être négligeable voire nul.25 Dans ce but, l'invention concerne un générateur de champ magnétique du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen canalisateur apte à canaliser les fuites de champ magnétique apparaissant à l'extérieur dudit générateur de champ magnétique, dans une région proche de ladite ouverture.
L'appareil thermique magnétocalorique mentionné en préambule est caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique selon l'invention constitue le moyen d'activation et de désactivation magnétique, ce générateur comportant au moins un assemblage magnétique logé dans une carcasse, ledit assemblage magnétique étant agencé pour créer un champ magnétique dans un entrefer, et ladite carcasse comportant au moins une ouverture communiquant avec ledit entrefer, ce générateur comportant également au moins un moyen canalisateur apte à canaliser les fuites de champ magnétique apparaissant à l'extérieur dudit générateur de champ magnétique, dans une région proche de ladite ouverture et en ce que ledit élément magnétocalorique est agencé pour circuler de manière alternée dans l'entrefer dudit générateur de champ magnétique.
De préférence, ledit moyen canalisateur peut comporter une pièce en matériau ferromagnétique disposée autour de ladite ouverture et délimitant une ouverture de passage correspondante à ladite ouverture de l'entrefer.
Dans une première variante de réalisation, ledit moyen canalisateur peut être monté sur ladite carcasse en contact direct avec elle. Dans une seconde variante de réalisation, ledit moyen canalisateur peut être monté sur ladite carcasse à distance avec elle par l'intermédiaire d'une armature de montage.
Quel que soit le mode de réalisation, il est avantageux que la section ou la forme de l'ouverture de passage dudit moyen canalisateur soit sensiblement identique à la section ou la forme du dispositif destiné à être soumis au flux magnétique de l'entrefer.
Description sommaire des dessins :
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective simplifiée d'un générateur de champ magnétique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe partielle du générateur de champ magnétique représenté par la figure 1 ; - la figure 3A est une vue en élévation frontale du générateur de champ magnétique de la figure 1, représenté sans le moyen apte à canaliser les fuites de champ magnétique et illustrant les lignes de champ magnétique non canalisées; - la figure 3B est une vue en élévation latérale du générateur de champ magnétique de la figure 3A; - la figure 4A est une vue en élévation frontale du générateur de champ magnétique de la figure 1 illustrant les lignes de champ magnétique canalisées ; - la figure 4B est une vue en élévation latérale du générateur de champ magnétique de la figure 4A; - la figure 5A est une vue en élévation frontale d'une variante de générateur de champ magnétique illustrant les lignes de champ magnétique canalisées ; - la figure 5B est une vue en élévation latérale du générateur de champ magnétique de la figure 5A illustrant du côté gauche les lignes de champ magnétique non canalisées et du côté droit les lignes de champ magnétique canalisées, et - la figure 6 est une vue schématique d'un élément magnétocalorique.
Illustrations de l'invention :
Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisation d'un générateur 1 de champ magnétique selon l'invention. Ce générateur 1 comporte un assemblage magnétique 2 formé par exemple d'aimants permanents 3 ou de tout autre moyen équivalent, tel que par exemple un électroaimant, définissant un entrefer 4 axial et traversant.
Cet assemblage magnétique 2 est logé dans une carcasse 11 destinée à refermer les lignes de champ magnétique générées. Ladite carcasse 11 comporte une enveloppe périphérique 12 fermée par un capot frontal 9 et un capot arrière 10. De préférence, l'enveloppe périphérique fermée est réalisée en un matériau ferromagnétique, tandis que le capot frontal 9 et le capot arrière 10 sont, quant à eux, préférentiellement réalisés en un matériau non conducteur ou très faiblement conducteur magnétique.
Le capot frontal 9 et le capot arrière 10 comportent chacun une ouverture 5 disposée en regard de l'entrefer 4 de l'assemblage magnétique 2 et mettant en communication cet entrefer 4 avec l'environnement extérieur du générateur 1. Cette ouverture 5 qui correspond à l'ouverture du générateur 1 sur l'environnement extérieur, peut également être considérée comme étant l'ouverture 5 de l'entrefer 4. L'entrefer 4 est donc accessible de l'extérieur du générateur 1 pour y recevoir de manière statique ou dynamique un dispositif comme par exemple un élément magnétocalorique devant être soumis au champ magnétique présent dans l'entrefer 4.
De manière avantageuse, et selon l'invention, le générateur 1 comporte un moyen 6 apte à canaliser les lignes de champ magnétique apparaissant à l'extérieur dudit générateur 1, notamment dans la région adjacente à l'ouverture 5, et génératrices de fuites de champ magnétique. Ce moyen canalisateur 6 permet de capter ou d'intercepter les lignes de champ magnétique afin de les diriger ou conduire vers la carcasse 11. 5 Le fonctionnement et les avantages procurés par ledit moyen canalisateur 6 ressortent des figures 3A, 3B et 4A, 4B représentant les lignes de champ magnétique du générateur 1 respectivement sans et avec le moyen canalisateur 6. Sur les figures 3A et 3B, on constate la présence de fuites F des lignes de champ magnétique dans l'environnement extérieur au générateur 1 proche de l'ouverture 5 de l'entrefer 4 lorsque le moyen canalisateur 6 est absent.
10 Sur les figures 4A et 4B, les lignes de champ magnétique L dans l'environnement extérieur au générateur 1 proche de l'ouverture 5 de l'entrefer 4 sont captées et guidées par le moyen canalisateur 6 de telle sorte que le générateur 1 ne produit aucune fuite de champ F. Ainsi, un dispositif devant être soumis au champ magnétique régnant dans l'entrefer 4 ne sera soumis à ce champ magnétique que lorsqu'il se 15 trouvera effectivement à l'intérieur de l'entrefer 4, et ne subira aucun champ magnétique résiduel ou de fuite dans l'environnement extérieur proche de l'ouverture 5 de l'entrefer 4.
Le moyen canalisateur 6 du générateur 1 tel que représenté est en forme d'anneau 20 sensiblement plat rectangulaire et réalisé en une matière ferromagnétique. Il définit une ouverture de passage 8 qui se superpose à l'ouverture 5 pour permettre l'introduction d'un dispositif dans l'entrefer 4. L'ouverture de passage 8 a de préférence une forme et des dimensions qui correspondent à celles de l'ouverture 5 de l'entrefer 4 et qui sont complémentaires à celle du dispositif destiné à se déplacer dans 25 l'entrefer 4. Cet anneau 6 est monté sur le capot frontal 9 et sur le capot arrière 10 du générateur 1 par vissage ou tout autre moyen équivalent. Bien entendu, l'invention n'est pas liée à ce type de configuration, toute autre forme du moyen canalisateur 6 permettant de canaliser les fuites de champ magnétique pouvant être envisagée.5 Les figures 5A et 5B illustrent à cet effet un générateur 1' de champ magnétique se différenciant du générateur 1 des figures 1 et 2 par le fait que son moyen canalisateur 7 est monté sur la carcasse 11 par l'intermédiaire d'une armature (non représentée) permettant de ménager un espace e entre ladite carcasse 11 et ledit moyen 7 qui peut être compris entre quelques millimètres et quelques centimètres. Cette variante est intéressante car elle présente l'avantage supplémentaire de ne pas influencer le champ magnétique présent dans l'entrefer 4 à proximité de l'ouverture 5 et donc de garantir un champ magnétique uniforme sur toute la longueur de l'entrefer 4.
Dans cet exemple de réalisation, les pièces ou parties identiques à celles du générateur 1 de champ magnétique représenté sur les figures 1 et 2 portent les mêmes références numériques.
Pour une meilleure compréhension, ce générateur 1' n'est représenté qu'avec un seul moyen canalisateur 7. Il est, bien entendu, évident que pour éviter les fuites de champ magnétique au niveau des deux ouvertures 5 de l'entrefer 4, il conviendra de monter un moyen canalisateur 7 au niveau de chaque ouverture 5, de part et d'autre de l'entrefer 4.
Les figures 5A et 5B représentent également les lignes L et les fuites F de champ magnétique présentes dans l'environnement extérieur au générateur 1' proche des ouvertures 5 de l'entrefer 4. L'on constate que du côté du générateur 1' équipé du moyen canalisateur 7 (côté droit sur la figure 5B), les lignes de champ L sont guidées et dirigées vers la carcasse 11. Par contre, du côté opposé sans moyen canalisateur 7, il apparaît un champ magnétique de fuite F qui s'étend à l'extérieur du générateur 1' de manière importante et non contrôlée.
Il a été observé que pour un champ magnétique de 1,6 teslas dans l'entrefer 4, le champ magnétique de fuite mesuré à 30 millimètres de l'entrefer 4, à l'extérieur du générateur l', est de 0,3 tesla du côté ne comportant pas le moyen canalisateur 7 et de 0,0018 tesla du côté opposé comportant le moyen canalisateur 7. En outre, pour mesurer un champ de 0,0018 tesla du côté extérieur du générateur 1' ne comportant pas le moyen canalisateur 7, il faut s'éloigner de plus de 100 mm de l'entrefer 4. La même faible intensité du champ magnétique de fuite a été relevée dans la variante du générateur 1 de champ magnétique dans laquelle le moyen canalisateur 6 est monté directement sur la carcasse 11 sans l'espace e .
10 L'invention a également pour objet un appareil thermique magnétocalorique (non représenté) intégrant un générateur 1, 1' de champ magnétique muni de moyens canalisateurs 6, 7 aptes à canaliser les fuites de champ magnétique. Dans cet appareil, le dispositif destiné à être soumis au champ magnétique de l'entrefer 4 est au moins un élément magnétocalorique 13 comportant un ou plusieurs matériaux 15 magnétocaloriques 14 traversés par un fluide caloporteur. Ledit élément magnétocalorique est déplacé à travers l'entrefer 4, y entre et en ressort afin d'être alternativement activé et désactivé magnétiquement de manière à créer alternativement un cycle d'échauffement et un cycle de refroidissement. A cet effet, ledit élément magnétocalorique 13 est monté sur un chariot 15 mobile 20 transversalement ou tout autre moyen approprié.
La présence du moyen canalisateur 6, 7 autour des deux ouvertures 5 de l'entrefer 4 permet de réaliser une différence nette d'intensité de champ magnétique entre les zones extérieure et intérieure situées de part et d'autre de l'ouverture 5 de l'entrefer 25 4. Dans la zone extérieure proche de l'entrefer 4, le champ magnétique est nul ou sensiblement nul car il est canalisé par le moyen canalisateur 6. L'on augmente ainsi la différence de champ magnétique entre les zones précitées, ce qui permet d'optimiser le rendement de l'appareil thermique magnétocalorique.5 A titre d'exemple, dans un appareil thermique magnétocalorique comportant un générateur l', 1 décrit ci-dessus, la différence de champ magnétique entre l'extérieur proche de l'entrefer 4 et l'entrefer 4 est égale à 1,6 - 0,3 = 1,3 teslas sans la présence de moyens canalisateurs 6, 7, alors qu'elle est égale à (arrondi au centième) 1,6 û 0,0018 = 1,6 teslas en présence des moyens canalisateurs 6, 7. Or, plus la différence de champ magnétique est importante, plus important sera l'effet magnétocalorique dans les matériaux magnétocaloriques 14. Cela implique que l'utilisation d'un générateur 1, 1' de champ magnétique selon l'invention dans un appareil thermique magnétocalorique permet d'améliorer l'efficacité et le rendement de ce dernier.
Sans la présence du moyen canalisateur 6, 7 et pour soumettre un dispositif (élément magnétocalorique 13 par exemple) à une différence de champ magnétique de 1,6 teslas, il serait nécessaire de déplacer ce dispositif à plus de 100 millimètres du générateur 1, l'. Or, dans le cas de l'application magnétocalorique concernée, ce déplacement nécessiterait des efforts importants dus à la perméabilité du matériau magnétocalorique. L'apport d'énergie à fournir diminuerait de fait le rendement de l'appareil thermique magnétocalorique.
En outre, l'intégration d'un générateur de champ magnétique 1' tel que celui représenté dans les figures 5A et 5B équipé de moyens canalisateurs 7 aux deux ouvertures 5 de l'entrefer 4 est particulièrement avantageuse lorsque l'élément magnétocalorique 13 est constitué par deux matériaux magnétocaloriques 14 disposés sur un chariot 15 destiné à coulisser dans l'entrefer 4 (cf. fig. 6). Ces deux matériaux magnétocaloriques 14 sont situés à une distance d l'un de l'autre qui est sensiblement égale à l'espace e entre le moyen canalisateur 7 et l'ouverture 5. De cette manière, lorsque l'un des matériaux magnétocaloriques 14 se trouve dans l'entrefer 4 (la longueur de l'entrefer 4 étant égale à celle d'un matériau magnétocalorique 14), dans un champ magnétique intense, l'autre matériau magnétocalorique 14 est situé hors de l'entrefer 4 et soumis à un champ très faible, voire nul (de l'ordre de 0,0018 tesla), et inversement lors du coulissement en sens inverse du chariot 15. La différence de champ magnétique subie par chaque matériau magnétocalorique 14 est maximale et le rendement de l'appareil thermique magnétocalorique est optimisé.
Possibilités d'application industrielle :
Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir proposer un générateur de champ magnétique ouvert dans lequel le champ magnétique de fuite aux ouvertures 5 est très faible voire nul.
Un tel générateur de champ magnétique 1, 1' peut être intégré dans un appareil thermique magnétocalorique afin d'en optimiser le rendement grâce à l'obtention d'une différence de champ magnétique plus importante entre la zone extérieure proche de l'entrefer 4 et l'entrefer 4 du générateur 1, 1' de champ magnétique.
Le générateur 1, 1' de champ magnétique peut trouver une application aussi bien industrielle que domestique, il en est de même pour l'appareil thermique magnétocalorique qui peut être exploité 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 aux exemples de réalisation décrits 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)
- Revendications1. Générateur (1, 1') de champ magnétique comportant au moins un assemblage magnétique (2) logé dans une carcasse (11), ledit assemblage magnétique étant agencé pour créer un champ magnétique dans un entrefer (4), et ladite carcasse (11) comportant au moins une ouverture (5) communiquant avec ledit entrefer (4) permettant l'introduction d'un dispositif destiné à être soumis audit champ magnétique, générateur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen canalisateur (6, 7) apte à canaliser les fuites de champ magnétique apparaissant à l'extérieur dudit générateur (1, 1') de champ magnétique, dans une région proche de ladite ouverture (5).
- 2. Générateur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen canalisateur (6, 7) comporte une pièce en matériau ferromagnétique disposée autour de ladite ouverture (5) et délimitant une ouverture de passage (8) correspondante à ladite ouverture (5) de l'entrefer (4).
- 3. Générateur, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen canalisateur (6) est monté sur ladite carcasse (11) en contact direct avec elle.
- 4. Générateur, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen canalisateur (7) est monté sur ladite carcasse (11) à distance avec elle par l'intermédiaire d'une armature de montage. 25
- 5. Appareil thermique magnétocalorique comportant au moins un élément magnétocalorique (13) traversé par un fluide caloporteur, cet élément magnétocalorique (13) circulant de manière alternée en direction d'une première extrémité dudit appareil thermique et en direction d'une deuxième extrémité, opposée à la première, et un moyen d'activation et de désactivation magnétique dudit élément 1120magnétocalorique, caractérisé en ce que le générateur (1, 1') de champ magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 constitue le moyen d'activation et de désactivation magnétique, ce générateur comportant au moins un assemblage magnétique (2) logé dans une carcasse (11), ledit assemblage magnétique étant agencé pour créer un champ magnétique dans un entrefer (4), et ladite carcasse (11) comportant au moins une ouverture (5) communiquant avec ledit entrefer (4), ce générateur comportant également au moins un moyen canalisateur (6, 7) apte à canaliser les fuites de champ magnétique apparaissant à l'extérieur dudit générateur (1, 1) de champ magnétique, dans une région proche de ladite ouverture (5) et en ce que ledit élément magnétocalorique (13) est agencé pour circuler de manière alternée dans l'entrefer (4) dudit générateur (1, 1') de champ magnétique.
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