FR3024768A1 - Machine thermique a materiau magnetocalorique du genre machine frigorifique ou pompe a chaleur - Google Patents

Abstract

Une machine thermique à matériau magnétocalorique comporte un arbre central (4), un rotor (6) monté rotatif sur l'arbre central (4), le rotor (6) comportant un lit actif (60) comprenant du matériau magnétocalorique, le lit actif (60) étant conformé pour guider un fluide caloporteur, un distributeur chaud (7c) et un distributeur froid (7f) placés respectivement en regard d'extrémités chaude et froide (600c, 600f) pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur circulant dans le lit actif (60). Le rotor (6) comporte un flasque chaud (61c) et un flasque froid (61 f) montés rotatifs sur l'arbre central (4) et supportant le lit actif (60) de matériau magnétocalorique. La machine (1) comporte des premiers moyens d'étanchéité (16) tournants entre le flasque (61) et l'arbre central (4), et des deuxièmes moyens d'étanchéité (17) tournants entre le flasque (61) et le distributeur (7) adjacent au-delà de l'anneau de raccord.

Description

1 Machine thermique à matériau magnétocalorique du genre machine frigorifique ou pompe à chaleur Domaine technique La présente invention se rapporte à une machine thermique à matériau magnétocalorique du genre machine frigorifique ou pompe à chaleur permettant d'augmenter la température entre l'entrée et la sortie d'un circuit chaud et d'abaisser la température entre l'entrée et la sortie d'un circuit froid. Dans la description ci-dessous, les références entre crochets ([ ]) renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte. Etat de la technique Les moyens classiques de production de froid utilisent la circulation d'un fluide selon un cycle qui comprend une détente et une compression, avec échanges thermiques intermédiaires. La détente permet d'abaisser la température du fluide et de générer ainsi du froid. Le même cycle thermique est utilisé dans les pompes à chaleur en exploitant la température du fluide atteinte après la phase de compression.

Les recherches sont actuellement actives pour mettre au point des machines thermiques remplaçant le cycle à fluide tel que décrit précédemment par l'utilisation des propriétés magnétocalorique de certains matériaux. De tels matériaux changent de température de plusieurs degrés par le fait d'être soumis à un champ magnétique intense. Le matériau de référence dans ce domaine est le gadolinium, mais on étudie également des alliages de Fe-Ta ou à base de manganèse. L'effet de variation de température est maximal lorsque que le matériau est à une température proche de sa température de Curie, c'est-à-dire à une température à laquelle il change d'ordre magnétique. La température de Curie peut 3024768 2 changer en fonction de la composition chimique de l'alliage, soit par l'ajout d'autres composants, soit par la variation de concentration relative. Le principe de fonctionnement de machine thermique à matériau magnétocalorique est soumettre le matériau alternativement à un champ 5 magnétique fort, de l'ordre de quelques teslas puis à un champ magnétique nul ou presque, et de le faire échanger thermiquement soit avec un fluide chaud, soit avec un fluide froid. Une solution préférée pour soumettre le matériau à cette alternance d'aimantation est de le constituer sous forme d'anneau monté rotatif autour de son axe et d'appliquer un 10 champ magnétique fixe certaines parties de l'anneau. On trouve de telles configurations par exemple dans les publications de A. Sarlah et al. [1] et EP 1 736 717 Al [2]. Dans la configuration du document [1] et [2], la circulation des fluides caloporteurs est divisée en secteurs angulaires, dans le sens axial, dans 15 des sens inversés. Le matériau magnétocalorique est par exemple sous la forme de billes, ce qui permet un bon échange thermique, mais limite le débit possible du fluide, sous peine de fortes pertes de charge hydraulique. De plus des mélanges peuvent se faire entre des parties de fluide à déférentes températures, ce qui affaiblit considérablement l'efficacité du 20 système. Une autre proposition a été faite dans le document WO 2009/024412 Al [3] dans laquelle le matériau magnétocalorique est disposé sous la forme d'un lit annulaire en périphérie d'un rotor. Des moyens d'aimantation comportent un noyau fixe, à l'intérieur du rotor, et une couronne à 25 l'extérieur du rotor. Le lit comporte des canaux longitudinaux de manière à recevoir un fluide caloporteur qui circule longitudinalement dans un sens ou dans l'autre, selon sa position angulaire. Deux distributeurs sont placés de part et d'autre du lit, chaque distributeur comportant une entrée et une sortie. Chaque distributeur comporte des ouvertures en regard des canaux du lit et permettent le passage du fluide de l'entrée d'un distributeur vers la 3024768 3 sortie de l'autre distributeur. Les distributeurs sont statiques et le lit défile devant les ouvertures pendant la rotation du rotor. Dans la publication de J.A. Lozano et al. [4], il est proposé un distributeur qui comporte des conduits reliant les extrémités du lit vers un 5 palier à joints tournants. Une telle pièce est complexe à fabriquer et le système présente de nombreux frottements dus à la présence d'au moins trois joints d'étanchéité par distributeur. Les machines proposées jusqu'à maintenant n'ont pas encore atteint un stade industriel et nécessitent encore des mises au point.

10 L'invention vise à fournir une machine thermique à matériau magnétocalorique qui soit performante et optimisée. Elle vise en particulier à obtenir une bonne étanchéité entre le rotor et la partie statique de la machine sans perte importante par frottement. Elle vise également à optimiser les échanges thermiques entre le fluide et le matériau 15 magnétocalorique. Description de l'invention Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une machine thermique à matériau magnétocalorique comportant un arbre central, un rotor monté rotatif sur l'arbre central, le rotor comportant un lit actif 20 comprenant du matériau magnétocalorique, le lit actif étant conformé pour guider un fluide caloporteur entre une extrémité froide et une extrémité chaude décalées axialement, un distributeur chaud et un distributeur froid placés respectivement en regard des extrémités chaude et froide le long d'un anneau de raccord pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur 25 circulant dans le lit actif, caractérisée en ce que le rotor comporte un flasque chaud et un flasque froid montés rotatifs sur l'arbre et supportant le lit de matériau magnétocalorique respectivement à l'extrémité chaude et à l'extrémité froide, chaque distributeur comportant des ouvertures permettant la communication fluidique entre le lit actif et le distributeur 30 respectif, et en ce que la machine comporte des premiers moyens 3024768 4 d'étanchéité tournants entre le flasque et l'arbre, et des deuxièmes moyens d'étanchéité tournants entre le flasque et le distributeur adjacent au-delà de l'anneau de raccord. L'étanchéité entre la partie statique, comprenant l'arbre central et les 5 distributeurs, et la partie rotative, comprenant le lit et les flasques, est réalisée de manière symétrique entre chaque flasque et l'arbre central d'une part, et entre chaque flasque et le distributeur respectif. Ainsi, on limite à deux joints par côté les moyens pour réaliser l'étanchéité, ce qui permet de contrôler au mieux les frottements qu'ils génèrent.

10 Selon une disposition constructive, le distributeur chaud et le distributeur froid comportent une première chambre reliée à un connecteur d'entrée et une deuxième chambre reliée à un connecteur de sortie, chaque chambre comportant des ouvertures débouchant dans la zone de l'anneau de raccord, les ouvertures réparties selon le périmètre de 15 l'anneau étant connectées alternativement à la première chambre et à la deuxième chambre. En fonction de la rotation du rotor, le lit est connecté à des ouvertures en communication soit avec l'entrée, soit avec la sortie, ce qui permet une alternance du sens de circulation du fluide caloporteur dans le lit.

20 Selon une disposition préférentielle, le lit actif comporte des canaux parallèles à l'axe de l'arbre, les distributeurs étant orientés angulairement de telle sorte que chaque canal relie une première ouverture communiquant avec une première chambre de l'un des distributeurs à une deuxième ouverture communiquant avec la deuxième chambre de l'autre 25 distributeur. Grâce aux canaux, le fluide n'est pas dispersé lors de la traversée du lit. De plus les pertes de charges sont limitées, tout en permettant un bon échange thermique entre le fluide et le matériau magnétocalorique. Selon une disposition particulière, la machine comporte des moyens 30 d'entraînement en rotation du rotor.

3024768 5 Selon d'autres caractéristiques, la machine comporte des moyens de circulation pour faire circuler le fluide depuis la sortie vers l'entrée de l'un des distributeurs. Quel que soit l'endroit où les moyens de circulation sont placés, ils permettent de faire circuler le fluide dans l'ensemble de la 5 machine. En effet, le fluide fourni par les moyens de circulation dans une première chambre est poussé à travers le lit et ressort dans la deuxième chambre de l'autre distributeur. Lorsque le circuit est bouclé entre la sortie et l'entrée de cet autre distributeur, en passant par exemple par un échangeur thermique, la pression du fluide revient vers l'entrée et la 10 première chambre de cet autre distributeur, pour pousser le fluide à travers le lit vers la deuxième chambre du premier distributeur pour un retour vers les moyens de circulation. Selon une caractéristique avantageuse, la machine comporte des moyens de synchronisation pour synchroniser le débit de fluide caloporteur 15 et la vitesse de rotation du rotor, de telle sorte que le volume entrant dans chacun des canaux lors de son défilement devant l'une des ouvertures correspond sensiblement au volume dudit canal. La vitesse de rotation du rotor détermine le temps pendant lequel chaque canal est en regard d'une même ouverture, de manière à l'alimenter avec le fluide ou à évacuer le 20 fluide. Par ailleurs le débit des moyens de circulation est réparti entre l'ensemble des canaux qui sont en regard d'ouvertures de la première chambre. A partir de ces deux paramètres, on peut donc contrôler le volume de fluide qui traverse les canaux. Les inventeurs proposent que le fluide qui traverse chaque canal soit sensiblement le volume dudit canal 25 avant l'inversion du sens de circulation. Ainsi, d'une part, on assure l'évacuation complète du fluide qui a échangé thermiquement avec le matériau magnétocalorique, et d'autre part, on évite le mélange entre le fluide en provenance de la première chambre avec le fluide contenu dans la deuxième chambre de l'autre distributeur. L'efficacité de l'échange 30 thermique est ainsi optimisée.

3024768 6 Selon une disposition constructive, le lit actif comporte un corps de forme tubulaire, percé de logements axiaux traversants, les logements contenant un empilement de pièces à section identique et constante formant les canaux. Certaines des pièces sont dans le matériau 5 magnétocalorique. La partie utilisant le matériau magnétocalorique est réduite au strict nécessaire. De plus, comme ces parties forment les canaux, elles sont directement en contact avec le fluide caloporteur pour optimiser les échanges thermiques, avec un bon rapport entre la surface d'échange et la masse de matériau.

10 De manière particulière, les pièces de l'empilement comportent deux parois parallèles reliées par une pluralité de cloisons délimitant les canaux entre elles, les cloisons étant sensiblement radiales. Selon une caractéristique complémentaire, la machine comporte des moyens magnétiques configurés de manière à soumettre le lit actif à une 15 alternance de champs magnétiques entre un champ fort et un champ faible répartis sur le périmètre du lit actif. Les alternances correspondent à l'inversion de sens de circulation du fluide. De manière avantageuse, les moyens magnétiques fournissent le champ magnétique fort aux canaux connectés à la première chambre 20 chaude du côté chaud et le champ magnétique faible aux canaux connectés à la première chambre froide du côté froid. Selon une disposition avantageuse, le lit actif comporte une zone de guidage chaude et une zone de guidage froide en matière non active de part et d'autre d'une section active de matériau magnétocalorique, du côté 25 du flasque chaud et du flasque froid respectivement. Cette disposition permet de limiter l'utilisation du matériau magnétocalorique à la stricte longueur soumise au champ magnétique. Elle permet d'éloigner les extrémités des canaux où a lieu la distribution du fluide de manière à permettre de placer les deuxièmes moyens d'étanchéité, tout en limitant 30 les pertes de charge singulières par changement de section et en limitant le volume de fluide devant traverser le canal.

3024768 7 Pour la section active, les pièces de l'empilement sont par exemple en différents matériaux magnétocaloriques dont la température de Curie évolue selon un gradient et est supérieure du côté chaud par rapport au côté froid. Une telle disposition permet d'obtenir en régime stabilisé un 5 gradient de température le long du canal correspondant sensiblement au gradient des températures de Curie de telle sorte que l'effet magnétocalorique est optimisé et le plus ample possible. Selon une disposition constructive, au moins la première chambre de l'un des distributeurs est délimitée par une paroi de séparation le long du 10 flasque correspondant au côté, une première paroi périphérique et une première paroi de fond s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi de séparation, le connecteur d'entrée débouchant dans la première chambre par la première paroi de fond. Selon un perfectionnement, la deuxième chambre est délimitée entre 15 la première paroi périphérique et une deuxième paroi périphérique coaxiale. Le volume de la deuxième chambre est ainsi restreint. Le fluide refroidi ou réchauffé, selon le côté considéré, est disponible rapidement à la sortie de la machine. Selon un perfectionnement, la deuxième chambre est en outre 20 délimitée entre la première paroi de fond et une deuxième paroi de fond parallèle à la première paroi de fond, le connecteur d'entrée traversant ladite deuxième paroi de fond, un connecteur de sortie étant porté par l'arbre central qui comporte des canalisations débouchant dans la deuxième chambre. Le connecteur d'entrée et de sortie sont bien séparés, 25 ce qui limite les échanges thermiques entre l'un et l'autre. Selon une disposition constructive, les deuxièmes moyens d'étanchéité comportent une bague fixée en périphérie du flasque et un joint à lèvre en contact étanche sur la bague. L'ajout d'une bague permet de choisir la nature de la surface sur laquelle le joint à lèvre porte. On peut 30 par exemple utiliser une bague en acier qui, combinée avec une lèvre en 3024768 8 PTFE permet d'obtenir un coefficient de frottement de 0,04. La bague peut éventuellement être revêtue de PTFE. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et 5 avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'une machine selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en éclaté de la machine de la figure 1 ; 10 - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la machine de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective des moyens magnétiques de la machine de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue en perspective et en éclaté du lit du rotor de la 15 figure 1 ; - la figure 6 est une vue de face d'une pièce d'un empilement compris dans le lit de la figure 6; - la figure 7 est une vue en perspective d'un flasque du rotor et de deuxièmes moyens d'étanchéité ; 20 - la figure 8 est une vue schématique d'un circuit incorporant une machine selon la figure 1 ; - la figure 9 est une vue schématique des flux de fluide à travers le lit magnétocalorique pendant le fonctionnement de la machine. DESCRIPTION DETAILLEE 25 Une machine 1 thermique à matériau magnétocalorique selon un mode de réalisation de l'invention est représentée sur les figures 1 à 7. La machine 1 thermique est destinée à être insérée dans un système thermique tel que représenté sur la figure 8. Dans un tel système, la machine 1 thermique permet de relever le 30 niveau de température d'un circuit chaud 2 et d'abaisser la température 3024768 9 d'un circuit froid 3. Lorsque le circuit chaud 2 sert de référence, la machine 1 thermique est une machine frigorifique dont on souhaite valoriser la production de froid. Lorsque le circuit froid 3 sert de référence, la machine 1 thermique est une pompe à chaleur dont on souhaite valoriser la 5 production de chaud. Le circuit froid 3 comporte un échangeur froid 30 pour céder le froid d'un fluide caloporteur circulant dans le circuit. Il comporte également, de manière optionnelle, une branche de dérivation 31 combinée avec une vanne trois voies 32 permettant de réguler le débit traversant l'échangeur froid 30. Il comporte également des moyens de 10 circulation 31 sous la forme d'une pompe permettant de faire circuler le fluide dans le circuit froid 3 depuis un connecteur de sortie froide 74f vers un connecteur d'entrée froide 73f de la machine 1. Le circuit froid 3 comporte également divers capteurs de température, de débit et de pression utiles au pilotage et à la mesure de la performance du système.

15 De même, le circuit chaud 2 comporte un échangeur chaud 20 pour céder le chaud du fluide caloporteur circulant dans le circuit chaud 2. Il comporte également, de manière optionnelle, une branche de dérivation 21 combinée avec une vanne trois voies 22 permettant de réguler le débit traversant l'échangeur chaud 20. Il est connecté à la machine 1 thermique 20 depuis un connecteur de sortie chaude 74c vers un connecteur d'entrée chaud 73c de la machine 1. Le circuit chaud 2 comporte également divers capteurs de température, de débit et de pression. Les termes chaud et froid s'entendent l'un par rapport à l'autre et ne présument pas d'un niveau de température en soi.

25 La machine 1 comporte un socle 5, un arbre central 4 fixé sur le socle 5 par l'intermédiaire de deux supports 50, un rotor 6 monté rotatif sur l'arbre central 4, un distributeur chaud 7c et un distributeur froid 7f, des moyens magnétiques 8 pour générer un champ magnétique de manière fixe par rapport à l'arbre central 4 et des moyens d'entraînement 9 en 30 rotation du rotor 6. On considère que la direction axiale ou longitudinale est celle de l'axe de l'arbre central 4.

3024 768 10 Le rotor 6 comporte un lit actif 60 comprenant du matériau magnétocalorique. Le lit actif 60 est conformé pour guider un fluide caloporteur entre une extrémité froide 600f du côté du distributeur froid 7f et une extrémité chaude 600c du côté du distributeur chaud 7c décalées 5 axialement. Les distributeurs chaud et froid 7c, 7f sont des pièces identiques, bien que ceci ne soit pas une obligation pour la réalisation de l'invention, mais permet de ne réaliser qu'un seul modèle de pièce. Ainsi les termes chaud et froid servent à distinguer la place que chaque distributeur occupe. De même, les suffixes c et f seront ajoutés aux 10 références pour désigner explicitement le côté respectivement chaud et froid de la machine, l'absence de suffixe désignant une caractéristique indifféremment d'un côté ou de l'autre. On va décrire un seul distributeur 7, sachant que l'ajout du qualificatif chaud ou froid à chaque élément caractéristique servira à distinguer son 15 appartenance au distributeur 7 correspondant. Le distributeur 7 comporte une première chambre 71 reliée à un connecteur d'entrée 73 et une deuxième chambre 72 reliée à un connecteur de sortie 74. La première chambre 71 est délimitée par une paroi de séparation 75, une première paroi périphérique 76 et une première paroi de fond 77 s'étendant 20 radialement, parallèle à la paroi de séparation 75, formant ainsi un premier cylindre. Le connecteur d'entrée 73 débouche dans la première chambre 71 par la première paroi de fond 77. La deuxième chambre 72 est délimitée entre la première paroi périphérique 76, une deuxième paroi périphérique 78 coaxiale à la première paroi périphérique 76, la première 25 paroi de fond 77 et une deuxième paroi de fond 79 parallèle à la première paroi de fond 77. La deuxième paroi périphérique 78 et la deuxième paroi de fond 79 forment une cuve qui englobe le cylindre, la deuxième chambre 72 étant délimitée entre la cuve et le cylindre. La deuxième paroi de fond 79 et la paroi de séparation 75 sont rapportées sur le reste du distributeur 30 7 qui est d'un seul tenant. Le connecteur d'entrée 73 traverse de manière étanche ladite deuxième paroi de fond 79. Les parois de séparation et de 3024768 11 fond 75, 77, 79 sont percées en leur centre et sont emmanchées sur l'arbre central 4. Un joint torique statique par exemple permet d'assurer l'étanchéité entre la paroi considérée et l'arbre central 4. Les extrémités des parois périphériques 76, 78 à l'opposé des parois 5 de fond 77, 79, dites extrémités de raccord sont sensiblement dans le même plan et sont en butée contre la paroi de séparation 75. La première paroi périphérique 76 comporte des cuvettes 760 s'étendant jusqu'à la deuxième paroi périphérique 78 et délimitées par des arches 761 reliant la première à la deuxième paroi périphérique 76, 78. Les cuvettes 760 sont 10 régulièrement réparties de manière à être en regard de premières ouvertures 751 pratiquées dans la cloison de séparation 75 et communiquant avec la première chambre 71, en alternance avec des deuxièmes ouvertures 752 pratiquées dans la cloison de séparation communiquant avec la deuxième chambre 72. Les premières et les 15 deuxièmes ouvertures 752 sont réparties le long d'un anneau de raccord et ont la forme de rainures arquées. Le connecteur de sortie 74 est porté par l'arbre central 4 qui comporte des canalisations 40 débouchant radialement dans la deuxième chambre 72, entre les parois de fond 77, 79.

20 Le rotor 6 comporte un flasque chaud 61c et un flasque froid 61f montés rotatifs sur l'arbre central 4 et supportant le lit actif 60 de matériau magnétocalorique respectivement à l'extrémité chaude 600c et à l'extrémité froide 600f. Chaque flasque 61 comporte des lumières 610 permettant la communication fluidique entre le lit actif 60 et le distributeur 7 25 respectif au travers de l'anneau de raccord. La machine 1 comporte en outre des premiers moyens d'étanchéité 16 tournants entre chaque flasque 61 et l'arbre central 4, et des deuxièmes moyens d'étanchéité 17 tournants entre chaque flasque 61 et le distributeur 7 adjacent au-delà de l'anneau de raccord. Les premiers moyens d'étanchéité 16 sont typiquement un joint 30 à lèvre tenu par le flasque 61 et s'appuyant sur l'arbre central 4. Les deuxièmes moyens d'étanchéité 17 comportent une bague 171 fixée en 3024 76 8 12 périphérie du flasque 61 et un joint à lèvre 172 en contact étanche sur la bague 171 porté par la paroi de séparation 75 du distributeur 7, comme montré sur la figure 7. Les flasques 61 sont formés d'un voile continu, de sorte à fermer l'espace entre les parois de séparation 75 et l'intérieur du 5 rotor 6. Le lit actif 60 comporte un corps 601 de forme tubulaire, percé de logements 602 axiaux traversants. Le corps 601 tubulaire est enserré par les flasques 61 qui le supportent. Chaque logement 602 contient un empilement 603 de pièces à section identique et constante formant des 10 canaux 6030 parallèles à l'axe de l'arbre central 4. Comme le montre la figure 5, l'empilement 603 de pièces comporte d'abord des pièces en matière non active formant une zone de guidage chaude 6031c, des pièces en matière magnétocalorique formant une section de matériau magnétocalorique 6032 et à nouveau des pièces en 15 matière non active 6031 formant une zone de guidage froide 6031f. L'empilement 603 s'étend d'une extrémité à l'autre du corps 601 tubulaire et est emprisonné dans le logement 602 par les flasques 61. La figure 6 montre un exemple de section des pièces. La section comporte deux parois parallèles 604 reliées par une pluralité de cloisons 605 délimitant les 20 canaux 6030 entre elles, les cloisons 605 étant sensiblement radiales. Les pièces de l'empilement 603 dans la section active 6032 sont en différents matériaux magnétocaloriques dont la température de Curie évolue selon un gradient et est supérieure du côté chaud par rapport au côté froid. Le gradient est obtenu par le choix de la nature de l'alliage composant le 25 matériau magnétocalorique. A titre d'exemple, les températures de Curie s'échelonnent de 7°C côté froid à 35°C côté chaud. Le distributeur chaud 7c et le distributeur froid 7f sont placés respectivement en regard des extrémités chaude et froide 600c, 600f le long de l'anneau de raccord pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur 30 circulant dans le lit actif 60. Les distributeurs 7 sont orientés angulairement de telle sorte que chaque canal 6030 relie une première ouverture 751 3024768 13 communiquant avec la première chambre 71 de l'un des distributeurs 7 à une deuxième ouverture 752 communiquant avec la deuxième chambre 72 de l'autre distributeur. Les moyens magnétiques 8 sont configurés de manière à soumettre 5 le lit actif 60 à une alternance de champs magnétiques entre un champ fort et un champ faible répartis sur le périmètre du lit actif 60, et plus précisément sur les zones actives 6032. Pour cela les moyens magnétiques 8 comportent un anneau central 81 et un anneau extérieur 82, comme le montre la figure 4. L'anneau central 81 est fixé sur l'arbre 10 central 4 et a un diamètre extérieur ajusté au diamètre intérieur du corps 601 du lit. L'anneau extérieur 82 est fixé sur le socle 5. Les anneaux central et extérieur 81, 82 sont formés par l'assemblage d'aimants permanents et de pièces complémentaires ferromagnétiques afin de soumettre certains secteurs Si de l'entrefer 83 entre l'anneau central 81 et 15 l'anneau extérieur 82 au champ magnétique fort, orienté radialement, et les secteurs complémentaires S2 à un champ magnétique pratiquement nul. Les moyens magnétiques 8 fournissent le champ magnétique fort à une position fixe par rapport aux distributeurs 7, de manière à le fournir aux canaux 6030 connectés à la première chambre chaude 71c, donc en 20 regard des premières ouvertures chaudes 751c. Le champ magnétique faible est fourni aux canaux 6030 connectés à la première chambre froide 71f. Les moyens d'entraînement 9 comportent un moteur électrique, non représenté, comportant une petite poulie, et une courroie de transmission 25 tendue entre la petite poulie et le corps 601 du rotor 6, dans un espace compris entre l'anneau extérieur 82 et le distributeur 7 adjacent. En option, les moyens d'entraînement 9 comportent deux poulies et deux courroies placées de part et d'autre de l'anneau extérieur 82. Dans une variante, le moteur pourrait entraîner un pignon engrenant avec une couronne dentée 30 réalisée sur le corps 601.

3024768 14 La machine 1 comporte en outre des moyens de synchronisation 11 pour synchroniser le débit de fluide caloporteur et la vitesse de rotation du rotor 6. Pour cela, les moyens de synchronisation 11 reçoivent au moins une mesure de débit du fluide D1' dans le circuit et est agencé pour agir 5 sur la vitesse de rotation du moteur 9, et donc du rotor 6. Les moyens de synchronisation 11 sont réglés de telle sorte que le volume entrant dans chacun des canaux 6030 lors de son défilement devant l'une des ouvertures 751, 752 correspond sensiblement au volume dudit canal 6030. En fonctionnement, le circuit chaud 2, le circuit froid 3, les premières 10 et deuxièmes chambres 71, 72 et les canaux 6030 sont emplis d'un fluide caloporteur. Le fluide peut être de l'eau, éventuellement additionnée de glycol pour éviter le gel en travaillant à des températures en-dessous de 0°C. Les premiers et deuxièmes moyens d'étanchéité 16, 17 permettent d'éviter le passage du fluide entre le rotor 6 et le distributeur 7.

15 Le fluide décrit le cycle suivant. Il est mis en mouvement par la pompe 31 vers le connecteur d'entrée froid 73c, traverse la deuxième chambre froide 72f pour déboucher dans la première chambre froide 71f, passe par les premières ouvertures 751f pour pénétrer dans une part des canaux 6030 par l'extrémité froide 600f. Après avoir traversé les canaux 20 6030, le fluide ressort dans la deuxième chambre chaude 72c à travers les deuxièmes ouvertures 752c, rejoint l'arbre central 4 puis le connecteur de sortie 74c et circule dans le circuit chaud 2 dont l'échangeur chaud 20. Le fluide rejoint alors la pompe 31 par un parcours symétrique, depuis le circuit chaud 2 vers le circuit froid 3.

25 En réalité, parce que le rotor 6 est entraîné en rotation, et que la vitesse de rotation est déterminée en fonction du débit de fluide, le fluide qui entre par l'extrémité froide 600f migre dans l'un des canaux 6030, pendant que ledit canal 6030 se déplace périphériquement avec le rotor 6, comme le montre la flèche F1 sur la figure 9. L'extrémité chaude 600c du 30 canal 6030 passe alors d'une deuxième ouverture chaude 752c en communication avec la deuxième chambre chaude 72c à une première 3024768 15 ouverture chaude 751c en communication avec la première chambre chaude 71c. Dans le même temps, l'extrémité froide 600f du même canal 6030 passe alors d'une première ouverture froide 751f en communication avec la première chambre froide 71f à une deuxième ouverture froide 752f 5 en communication avec la deuxième chambre froide 72f. Le sens de circulation du fluide dans le canal 6030 est alors inversé et l'essentiel du fluide qui a pénétré dans le canal 6030 depuis la première chambre froide 71f est resté dans le canal 6030 et ressort ensuite dans la deuxième chambre froide 72f. Cette caractéristique de fonctionnement permet de 10 limiter le brassage de fluide à des températures différentes et donc d'optimiser l'efficacité de la machine 1. En régime établi, les pièces de l'empilement 603 dans la section active 6032 ont un gradient de température déterminé par l'écart de température entre le fluide qui entre du côté chaud et du côté froid 15 respectivement. Ce gradient de température oscille entre deux niveaux selon que le matériau magnétocalorique est exposé au champ magnétique ou non. Lorsque la section active 6032 vient d'être libérée du champ magnétique, le fluide chaud pénètre dans le canal 6030 et se refroidit du fait que le niveau de température vient d'être diminué grâce à la 20 suppression du champ magnétique. De plus, sa température diminue lors de sa progression dans la section active 6032, du fait du gradient de température. Par ailleurs, chaque portion de matériau augmente de température en reprenant l'énergie cédée par le fluide. Le fluide le plus froid est évacué dans le même temps vers la deuxième chambre froide 25 72f. Le canal 6030 pénètre alors dans le secteur suivant dans lequel le champ magnétique est rétabli et le sens de circulation du fluide est inversé. Les pièces de l'empilement 603 de la section active 6032 augmentent de température. Le fluide contenu dans le canal 6030 se réchauffe en 30 recevant de l'énergie du fait de cette augmentation de température et ressort plus chaud qu'il n'est entré. Le fluide froid qui pénètre dans le canal 3024768 16 6030 par l'extrémité froide 600f se réchauffe en refroidissant le matériau et en transférant ainsi l'énergie vers le côté chaud. A l'inversion de sens suivante, avec l'annulation du champ magnétique, la température du matériau de la section active 6032 baisse et le fluide qui ressort du côté 5 froid 600c réchauffe le matériau en cédant de l'énergie et ressort ainsi plus froid qu'il n'est entré. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit uniquement à titre d'exemple. L'étanchéité entre le rotor 6 et les distributeurs 7, la constitution du lit magnétocalorique et la synchronisation entre le débit et la 10 vitesse de rotation du rotor 6 pourraient être mis en oeuvre de manière indépendante.

3024768 17 Listes des références [1] A. Sarlah, A.Kitanovski, A. Poredos, P.W. Egolf, O. Sari, F. Gendre, and C. Besson, « Static and rotating active magnetic regerenators with porous heat exchangers for magnetic cooling.", International Journal 5 of Refrigeration, vol 29, pp. 1332-1339, 2006 [2] EP 1 736 717 A1. [3] WO 2009/024412 Al [4] J.A. Lozano et al. « Performance analysis of a rotary active magnetic refrigerator », Applied energy 111 (2013) pp. 669-680 10

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Machine thermique à matériau magnétocalorique comportant un arbre central (4), un rotor (6) monté rotatif sur l'arbre central (4), le rotor (6) comportant un lit actif (60) comprenant du matériau magnétocalorique, le lit actif (60) étant conformé pour guider un fluide caloporteur entre une extrémité froide (600f) et une extrémité chaude (600c) décalées axialement, un distributeur chaud (7c) et un distributeur froid (7f) placés respectivement en regard des extrémités chaude et froide (600c, 600f) le long d'un anneau de raccord pour fournir ou recevoir le fluide caloporteur circulant dans le lit actif (60), caractérisée en ce que le rotor (6) comporte un flasque chaud (61c) et un flasque froid (61f) montés rotatifs sur l'arbre central (4) et supportant le lit actif (60) de matériau magnétocalorique respectivement à l'extrémité chaude (600c) et à l'extrémité froide (600f), chaque distributeur (7) comportant des ouvertures (751, 752) permettant la communication fluidique entre le lit actif (60) et le distributeur (7) respectif, et en ce que la machine (1) comporte des premiers moyens d'étanchéité (16) tournants entre le flasque (61) et l'arbre central (4), et des deuxièmes moyens d'étanchéité (17) tournants entre le flasque (61) et le distributeur (7) adjacent au-delà de l'anneau de raccord.
2. 2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le distributeur chaud (7c) et le distributeur froid (7f) comportent une première chambre (71) reliée à un connecteur d'entrée (73) et une deuxième chambre (72) reliée à un connecteur de sortie (74), chaque chambre (71, 72) étant en communication avec des ouvertures (751, 752) débouchant dans la zone de l'anneau de raccord, les ouvertures (751, 752) réparties selon le périmètre de l'anneau étant connectées alternativement à la première chambre (71) et à la deuxième chambre (72).
3. 3. Machine selon la revendication 2, dans laquelle le lit actif (60) comporte des canaux (6030) parallèles à l'axe de l'arbre central (4), les distributeurs (7) étant orientés angulairement de telle sorte que chaque 3024 76 8 19 canal (6030) relie une première ouverture (751) communiquant avec une première chambre (71) de l'un des distributeurs (7) à une deuxième ouverture (752) communiquant avec la deuxième chambre (72) de l'autre distributeur (7). 5
4. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'entraînement (9) en rotation du rotor (6).
5. 5. Machine selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de circulation (31) pour faire circuler le fluide depuis la sortie vers l'entrée de l'un des distributeurs (7). 10
6. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de synchronisation (11) pour synchroniser le débit de fluide caloporteur et la vitesse de rotation du rotor (6), de telle sorte que le volume entrant dans chacun des canaux (6030) lors de son défilement devant l'une des ouvertures (751, 752) correspond sensiblement au 15 volume dudit canal (6030).
7. 7. Machine selon l'une des revendications 3 à 6, dans laquelle le lit actif (60) comporte un corps (601) de forme tubulaire, percé de logements (602) axiaux traversants, les logements (602) contenant un empilement (603) de pièces à section identique et constante formant les canaux 20 (6030).
8. 8. Machine selon la revendication 7, dans laquelle les pièces de l'empilement (603) comportent deux parois parallèles (604) reliées par une pluralité de cloisons (605) délimitant les canaux (6030) entre elles, les cloisons (605) étant sensiblement radiales. 25
9. 9. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens magnétiques (8) configurés de manière à soumettre le lit actif (60) à une alternance de champs magnétiques entre un champ fort et un champ faible répartis sur le périmètre du lit actif (60). 3024768 20
10. 10. Machine selon les revendications 3 et 8 prises en combinaison, dans laquelle les moyens magnétiques (8) fournissent le champ magnétique fort aux canaux (6030) connectés à la première chambre chaude (71c) du côté chaud et le champ magnétique faible aux canaux 5 (6030) connectés à la première chambre froide (71f) du côté froid.
11. 11. Machine selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le lit actif (60) comporte une zone de guidage chaude (6031c) et une zone de guidage froide (6031f) en matière non active de part et d'autre d'une section active (6032) de matériau magnétocalorique, du côté du 10 flasque chaud (61c) et du flasque froid (61f) respectivement.
12. 12. Machine selon les revendications 7 et 11 prises en combinaison, dans laquelle la section active (6032), les pièces de l'empilement (603) sont en différents matériaux magnétocaloriques dont la température de Curie évolue selon un gradient et est supérieure du côté chaud par rapport 15 au côté froid.
13. 13. Machine selon la revendication 2, dans laquelle au moins la première chambre (71) de l'un des distributeurs (7) est délimitée par une paroi de séparation (75) le long du flasque (61) correspondant au côté, une première paroi périphérique (76) et une première paroi de fond (77) 20 s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi de séparation (75), le connecteur d'entrée (73) débouchant dans la première chambre (71) par la première paroi de fond (77).
14. 14. Machine selon la revendication 13, dans laquelle la deuxième chambre (72) est délimitée entre la première paroi périphérique (76) et une 25 deuxième paroi périphérique (78) coaxiale.
15. 15. Machine selon la revendication 14, dans laquelle la deuxième chambre (72) est en outre délimitée entre la première paroi de fond (77) et une deuxième paroi de fond (79) parallèle à la première paroi de fond (77), le connecteur d'entrée (73) traversant ladite deuxième paroi de fond (79), 3024 76 8 21 un connecteur de sortie (74) étant porté par l'arbre central (4) qui comporte des canalisations (40) débouchant dans la deuxième chambre (72).
16. 16. Machine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deuxièmes moyens d'étanchéité (17) comportent une bague 5 (171) fixée en périphérie du flasque (61) et un joint à lèvre (172) en contact étanche sur la bague (171).