FR3041086A1 - METHOD FOR MANUFACTURING MONOBLOC MAGNETOCALORIC ELEMENT, MAGNETOCALORIC ELEMENT OBTAINED, AND THERMAL APPARATUS COMPRISING AT LEAST ONE MAGNETOCALORIC ELEMENT - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément magnétocalorique monobloc, dans lequel l'on fabrique au moins une pièce de support (S1) réalisée dans au moins un matériau résistant mécaniquement, et l'on recouvre au moins partiellement ladite pièce de support (S1) par au moins un matériau à effet magnétocalorique. L'étape de recouvrement consiste à relier mécaniquement, voire même lier intimement le matériau magnétocalorique à la pièce de support, de manière à fabriquer un élément magnétocalorique sous la forme d'une pièce monobloc. L'élément magnétocalorique obtenu comporte ainsi une âme mécanique lui assurant sa tenue mécanique et une surface thermique lui assurant sa capacité à réaliser un effet magnétocalorique.The present invention relates to a method for manufacturing a monoblock magnetocaloric element, in which at least one support piece (S1) made in at least one mechanically resistant material is manufactured, and at least partially said support (S1) by at least one magnetocaloric effect material. The covering step consists in mechanically connecting, or even intimately bonding the magnetocaloric material to the support piece, so as to produce a magnetocaloric element in the form of a single piece. The magnetocaloric element obtained thus has a mechanical core ensuring its mechanical strength and a thermal surface ensuring its ability to achieve a magnetocaloric effect.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D’UN ELEMENT MAGNETOCALORIOUE MONOBLOC. ELEMENT MAGNETOCALORIOUE OBTENU ET APPAREIL THERMIQUE COMPORTANT AU MOINS UN TEL ELEMENT MAGNETOCALORIOUEMETHOD FOR MANUFACTURING A MONOBLOC MAGNETOCALORIATION ELEMENT MAGNETOCALORIODE ELEMENT OBTAINED AND THERMAL APPARATUS COMPRISING AT LEAST ONE MAGNETOCALORIOUE ELEMENT
Domaine technique :Technical area :
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un élément magnétocalorique monobloc. Elle concerne également un élément magnétocalorique ainsi obtenu. L’invention concerne encore l’utilisation d’au moins un élément magnétocalorique dans un appareil thermique et ledit appareil thermique comprenant au moins un tel élément magnétocalorique.The present invention relates to a method for manufacturing a monobloc magnetocaloric element. It also relates to a magnetocaloric element thus obtained. The invention further relates to the use of at least one magnetocaloric element in a thermal apparatus and said thermal apparatus comprising at least one magnetocaloric element.
Technique antérieure :Prior art:
La technologie du froid magnétique repose sur l’effet magnétocalorique (EMC) de certains matériaux, qui consiste en une variation de leur température lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique. Π suffit ainsi de soumettre ces matériaux à une succession de cycles d’aimantation et de désaimantation et de réaliser un échange thermique avec un fluide caloporteur pour parvenir à une variation de température la plus élargie possible. A titre d’exemple, l’efficacité d’un tel cycle de réfrigération magnétique surpasse d’environ 30 % celle d’un cycle de réfrigération classique, ce qui rend cette technologie particulièrement intéressante pour des applications de climatisation ou de réfrigération domestique. Cette technologie est toutefois applicable dans de très nombreux domaines thermiques tels que le chauffage, le tempérage, la congélation, la cryogénie, etc. L’effet magnétocalorique (EMC) est maximum lorsque la température du matériau est proche de sa température de Curie, la température de Curie (Te) étant la température à laquelle le matériau perd son aimantation spontanée. Au-dessus de cette température, le matériau est dans un état désordonné dit paramagnétique.Magnetic cold technology is based on the magnetocaloric effect (EMC) of some materials, which is a change in temperature when subjected to a magnetic field. It is thus enough to subject these materials to a succession of magnetization and demagnetization cycles and to perform a heat exchange with a coolant to achieve the widest possible temperature variation. By way of example, the efficiency of such a magnetic refrigeration cycle is about 30% greater than that of a conventional refrigeration cycle, which makes this technology particularly attractive for air conditioning or domestic refrigeration applications. However, this technology is applicable in many thermal domains such as heating, tempering, freezing, cryogenics, etc. The magnetocaloric effect (EMC) is maximum when the temperature of the material is close to its Curie temperature, the Curie temperature (Te) being the temperature at which the material loses its spontaneous magnetization. Above this temperature, the material is in a disordered state called paramagnetic.
Certains matériaux magnétiques tels le gadolinium, le lanthane ou certains alliages de type manganèse-fer (MnFe) présentent des propriétés magnétocaloriques particulièrement bien adaptées aux applications précitées. Parmi les alliages, et notamment ceux à base de silicium (Si), il est connu, selon les températures de Curie recherchées, d’utiliser des alliages à base de lanthane-fer-silicium-cobalt LaFeSiCo ou à base de lanthane-fer-silicium-cobalt avec de l’hydrogène LafeSi(H), dans lesquels l’insertion d’atomes légers, tels que l’hydrogène ou le cobalt dans les composés LaFeSi, est un moyen efficace d’augmenter et/ou adapter la température de Curie tout en maintenant l’effet EMC du matériau à un niveau élevé. Ces matériaux sont particulièrement intéressants en raison de leurs propriétés magnétocaloriques conjuguées à des coûts de fabrication réduits, permettant des applications de masse plus favorables en termes de coût de matière et d’impact écologique que celles obtenues avec des matériaux connus pour leur effet EMC naturel tels que le gadolinium.Certain magnetic materials such as gadolinium, lanthanum or some manganese-iron alloys (MnFe) have magnetocaloric properties particularly well suited to the aforementioned applications. Among the alloys, and in particular those based on silicon (Si), it is known, according to the desired Curie temperatures, to use alloys based on lanthanum-iron-silicon-cobalt LaFeSiCo or based on lanthanum-iron. silicon-cobalt with hydrogen LafeSi (H), in which the insertion of light atoms, such as hydrogen or cobalt in LaFeSi compounds, is an effective way to increase and / or adjust the temperature of Curie while maintaining the EMC effect of the material at a high level. These materials are particularly interesting because of their magnetocaloric properties combined with reduced manufacturing costs, allowing more favorable mass applications in terms of material cost and ecological impact than those obtained with materials known for their natural EMC effect such as than gadolinium.
De manière générale, pour exploiter les propriétés thermiques des matériaux magnétocaloriques, la technologie du froid magnétique repose sur l’interaction de ces matériaux avec un fluide caloporteur, constitué souvent d’un liquide de préférence aqueux. Ainsi, dans un appareil thermique exploitant l’effet magnétocalorique, l’on utilise un système magnétique apte à faire varier l’intensité du champ magnétique que l’on applique au matériau magnétocalorique. Sous l’effet des changements d’intensité de champ magnétique, le matériau magnétocalorique s’échauffe de manière quasi-instantanée quand il est placé dans le champ magnétique ou quand il subit une intensité de champ croissante et se refroidit suivant une même dynamique thermique quand il est retiré du champ magnétique ou quand il subit une intensité de champ magnétique décroissante. Pendant ces phases magnétiques, le matériau magnétocalorique est parcouru par un fluide appelé caloporteur qui va être déplacé dans un sens lorsque le matériau est magnétisé et dans le sens inverse lorsque le matériau est démagnétisé, pour récupérer dans le fluide caloporteur la chaleur du matériau (pour des applications de chauffage) ou lui apporter de la chaleur (pour des applications de réfrigération) provenant d’un échange thermique en établissant un gradient de température dans ledit matériau magnétocalorique.In general, to exploit the thermal properties of magnetocaloric materials, magnetic cold technology relies on the interaction of these materials with a coolant, often consisting of a preferably aqueous liquid. Thus, in a thermal apparatus exploiting the magnetocaloric effect, a magnetic system is used capable of varying the intensity of the magnetic field that is applied to the magnetocaloric material. Under the effect of changes in magnetic field strength, the magnetocaloric material heats up almost instantaneously when it is placed in the magnetic field or when it undergoes increasing field strength and cools according to the same thermal dynamics when it is removed from the magnetic field or when it undergoes a decreasing magnetic field strength. During these magnetic phases, the magnetocaloric material is traversed by a fluid called coolant which will be moved in one direction when the material is magnetized and in the opposite direction when the material is demagnetized, to recover in heat transfer fluid the heat of the material (for heating applications) or to provide heat (for refrigeration applications) from a heat exchange by establishing a temperature gradient in said magnetocaloric material.
Ainsi, un cycle magnétique comprend : une phase de magnétisation (état magnétique = 1) ; une phase de démagnétisation (état magnétique = 0) qui se traduit par une énergie thermique disponible à chaque phase.Thus, a magnetic cycle comprises: a magnetization phase (magnetic state = 1); a phase of demagnetization (magnetic state = 0) which results in a thermal energy available at each phase.
Ce cycle magnétique est répété jusqu’à des fréquences de plusieurs hertz. Quand la fréquence augmente, la puissance thermique (par exemple : le refroidissement) délivrée par l’appareil thermique magnétocalorique augmente également.This magnetic cycle is repeated up to frequencies of several hertz. As the frequency increases, the thermal power (for example: cooling) delivered by the magnetocaloric heat device also increases.
Pour que cette puissance thermique augmente en proportion de l’augmentation de la fréquence, il est nécessaire de créer des caractéristiques d’échanges thermiques entre le matériau magnétocalorique et le fluide caloporteur qui permettent d’accroître ce flux thermique.In order for this thermal power to increase in proportion to the increase in the frequency, it is necessary to create thermal exchange characteristics between the magnetocaloric material and the heat transfer fluid which make it possible to increase this thermal flux.
La géométrie d’une pièce réalisée dans un ou plusieurs matériaux magnétocaloriques est donc essentielle pour assurer un échange thermique optimal entre ladite pièce et le fluide caloporteur qui circule en contact avec celle-ci. Or, cette géométrie est dictée et limitée par le matériau magnétocalorique. En effet, le matériau magnétocalorique brut ou l’alliage de matériaux magnétocaloriques, selon sa composition, possède des caractéristiques de ductilité, de tenue mécanique, etc. qui lui sont propres et qui limitent sa capacité à être mis sous une forme particulière pour le rendre apte à être exploité dans un appareil thermique magnétocalorique. Ces contraintes expliquent qu’actuellement, l’on trouve sur le marché principalement des plaques réalisées à partir d’un alliage de matériau magnétocalorique susceptible d’être laminé ou fritté. Ces plaques sont alors positionnées de telle sorte à être espacées parallèlement les unes aux autres par l’intermédiaire d’entretoises, par exemple, dans un appareil thermique pour former des canaux rectilignes permettant la circulation d’un fluide caloporteur. L’on trouve également des blocs de matériau magnétocalorique poreux réalisés à partir de poudre, de billes ou de sphères de matériau magnétocalorique, par un procédé d’agglomération ou de frittage. Π existe ainsi un besoin de pouvoir disposer d’éléments magnétiques possédant un effet magnétocalorique et dont la forme peut être librement choisie et aisément adaptée à l’appareil thermique dans lequel ils sont destinés à être disposés, tout en permettant un procédé de fabrication simple à mettre en œuvre et économique, et en garantissant une tenue mécanique et une durabilité pendant tout le cycle de vie d’utilisation des éléments magnétocaloriques.The geometry of a part made in one or more magnetocaloric materials is therefore essential to ensure optimal heat exchange between said part and the coolant circulating in contact therewith. However, this geometry is dictated and limited by the magnetocaloric material. Indeed, the raw magnetocaloric material or the alloy of magnetocaloric materials, according to its composition, has characteristics of ductility, mechanical strength, etc. which are peculiar to it and which limit its capacity to be put in a particular form to render it fit to be exploited in a magnetocaloric thermal apparatus. These constraints explain that currently, there is mainly on the market plates made from an alloy of magnetocaloric material capable of being laminated or sintered. These plates are then positioned so as to be spaced parallel to each other via spacers, for example, in a thermal device to form rectilinear channels for the circulation of a heat transfer fluid. There are also blocks of porous magnetocaloric material made from powder, beads or spheres of magnetocaloric material, by an agglomeration or sintering process. There is thus a need to be able to have magnetic elements having a magnetocaloric effect and whose shape can be freely chosen and easily adapted to the thermal apparatus in which they are intended to be arranged, while allowing a simple manufacturing process to be carried out. implement and economical, and guaranteeing a mechanical strength and durability throughout the life cycle of use of the magnetocaloric elements.
Exposé de l'invention :Presentation of the invention
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de répondre aux contraintes précitées et de proposer un procédé de fabrication d’un élément thermique magnétocalorique permettant de lui donner aisément et à moindre coût une forme adaptée aux besoins, sans que cette forme ne soit dictée, ni limitée par les contraintes physiques et mécaniques du matériau à effet magnétocalorique qu’il comporte.In this context, the present invention aims to meet the aforementioned constraints and to provide a manufacturing method of a magnetocaloric thermal element to give it easily and inexpensively a form adapted to the needs, without this form being dictated nor limited by the physical and mechanical constraints of the magnetocaloric effect material which it comprises.
Dans ce but, l’invention concerne un procédé de fabrication du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes consistant à : i) fabriquer au moins une pièce de support dans un matériau résistant mécaniquement, et à ii) recouvrir au moins partiellement ladite pièce de support par au moins un matériau à effet magnétocalorique. L’étape de recouvrement consiste à relier mécaniquement, voire même lier intimement le matériau magnétocalorique à la pièce de support, de manière à fabriquer un élément magnétocalorique sous la forme d’une pièce monobloc. Avantageusement, cet élément magnétocalorique monobloc comporte ainsi une âme mécanique lui assurant sa tenue mécanique et une surface thermique lui assurant sa capacité à réaliser l’EMC.For this purpose, the invention relates to a manufacturing method of the kind indicated in the preamble, characterized in that it comprises at least the steps of: i) fabricating at least one support part in a mechanically resistant material, and ii ) at least partially cover said support member with at least one magnetocaloric effect material. The covering step consists in mechanically connecting, or even intimately bonding the magnetocaloric material to the support piece, so as to produce a magnetocaloric element in the form of a single piece. Advantageously, this monobloc magnetocaloric element thus comprises a mechanical core ensuring its mechanical strength and a thermal surface assuring its ability to achieve the EMC.
Dans le présent exposé, l’expression matériau magnétocalorique désigne les matériaux à effet magnétocalorique.In the present description, the term magnetocaloric material refers to magnetocaloric effect materials.
Le procédé peut consister à fabriquer la pièce de support dans une des configurations suivantes : filaire, bidimensionnelle, tridimensionnelle, et selon l’une des formes suivantes : une plaque pleine, un treillis, une grille, une plaque ajourée, un tissage, une toile, un enchevêtrement de fils, une bande de matière, un réseau, un cylindre.The method may consist in manufacturing the support piece in one of the following configurations: wired, two-dimensional, three-dimensional, and in one of the following forms: a solid plate, a lattice, a grid, a perforated plate, a weave, a fabric , an entanglement of threads, a web of material, a network, a cylinder.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à fabriquer plusieurs pièces de support recouvertes de matériau magnétocalorique en ménageant entre elles au moins un passage pour un fluide caloporteur, et former ainsi un élément thermique prêt à être monté dans un appareil thermique.The method may further comprise a step of manufacturing several support pieces covered with magnetocaloric material by providing at least one passage for a heat transfer fluid between them, and thus forming a thermal element ready to be mounted in a thermal device.
En variante, le procédé peut comporter en outre une étape consistant à plier ladite pièce de support recouverte de matériau magnétocalorique de manière à former dans chaque pli au moins un passage pour un fluide caloporteur.Alternatively, the method may further comprise a step of folding said support piece covered with magnetocaloric material so as to form in each bend at least one passage for a coolant.
Le procédé selon l’invention peut consister à réaliser l’étape ii) par l’un des procédés choisis parmi l’électrolyse, la catalyse, la cuisson, l’électrostatisme, la sérigraphie, l’impression bi ou tridimensionnelle. Cela permet de réaliser une liaison intime entre la pièce de support et le matériau magnétocalorique qui est appliqué sur ladite pièce de support pour former un élément magnétocalorique monobloc.The process according to the invention may consist in carrying out step ii) by one of the processes chosen from electrolysis, catalysis, firing, electrostatism, screen printing, two-dimensional or three-dimensional printing. This allows for an intimate connection between the support piece and the magnetocaloric material which is applied to said support piece to form a monobloc magnetocaloric element.
En variante, il peut consister à réaliser l’étape ii) par pulvérisation d’une poudre de matériau magnétocalorique sur ladite pièce de support ou par immersion de ladite pièce de support dans un bain de poudre de matériau magnétocalorique.Alternatively, it may be to perform step ii) by spraying a powder of magnetocaloric material on said support piece or by immersing said support piece in a powder bath of magnetocaloric material.
Le procédé peut comporter une étape réalisée avant la pulvérisation ou l’immersion et consistant à déposer au moins partiellement sur la pièce de support une couche d’un liant choisi parmi une colle, une résine, un adhésif. L’étape ii) peut consister à déposer un mélange de liant et de poudre de matériau à effet magnétocalorique.The method may comprise a step carried out before the spraying or immersion and consisting of depositing at least partially on the support part a layer of a binder selected from an adhesive, a resin, an adhesive. Step ii) may consist in depositing a mixture of binder and powder of magnetocaloric effect material.
La pièce de support peut être réalisée parmi l’un des procédés suivants : le frittage, le laminage, l’emboutissage, l’extrusion, le moulage, l’injection, le soufflage, le thermoformage, le calandrage, le profilage, l’usinage, le découpage, le poinçonnage, l’impression bi ou tridimensionnelle.The support part can be made from one of the following processes: sintering, rolling, stamping, extrusion, molding, injection, blowing, thermoforming, calendering, profiling, machining, cutting, punching, bi or three-dimensional printing.
Selon l’invention, la pièce de support peut être réalisée dans une matière sélectionnée parmi : une matière synthétique, un matériau composite, une céramique, de la fibre de verre, du carbone, de l’aluminium, de l’acier, un alliage métallique. L’invention concerne également un élément magnétocalorique monobloc pour un appareil thermique, caractérisé en ce qu’il est réalisé selon le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus et en ce qu’il comporte au moins une pièce de support ayant des propriétés de résistance mécanique recouverte en partie ou en totalité par au moins un matériau à effet magnétocalorique. L’invention concerne l’utilisation d’au moins un élément magnétocalorique monobloc tel que défini ci-dessus dans un appareil thermique.According to the invention, the support piece may be made of a material selected from: a synthetic material, a composite material, a ceramic, fiberglass, carbon, aluminum, steel, an alloy metallic. The invention also relates to a monobloc magnetocaloric element for a thermal apparatus, characterized in that it is produced according to the manufacturing method as defined above and in that it comprises at least one support member having mechanical resistance partially or totally covered by at least one magnetocaloric effect material. The invention relates to the use of at least one monobloc magnetocaloric element as defined above in a thermal apparatus.
La présente invention propose enfin un appareil thermique comprenant au moins un élément magnétocalorique monobloc tel que défini ci-dessus, destiné à être parcouru par un fluide caloporteur mis en circulation, ledit appareil comprenant un arrangement magnétique agencé pour soumettre ledit élément magnétocalorique à une variation de champ magnétique et créer alternativement dans ledit élément magnétocalorique un cycle d’échauffement et un cycle de refroidissement.The present invention finally proposes a thermal apparatus comprising at least one monobloc magnetocaloric element as defined above, intended to be traversed by a heat transfer fluid circulating, said apparatus comprising a magnetic arrangement arranged to subject said magnetocaloric element to a variation of magnetic field and alternatively create in said magnetocaloric element a heating cycle and a cooling cycle.
Description sommaire des dessins :Brief description of the drawings:
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente une pièce de support en forme de plaque sur laquelle est pulvérisé un matériau magnétocalorique en poudre, la figure 2 est une vue d’un élément magnétocalorique constitué de plusieurs plaques réalisées selon le procédé illustré dans la figure 1, la figure 3 représente un élément magnétocalorique réalisé par pliage d’une plaque déjà recouverte d’un matériau magnétocalorique, la figure 4 représente un élément magnétocalorique réalisé selon une autre variante, la figure 5 représente deux éléments magnétocaloriques de la figure 4 encastrés tête-bêche, et la figure 6 représente un élément magnétocalorique sous la forme d’un treillis ou d’un enchevêtrement de pièces de support sous forme de fils recouverts d’un matériau magnétocalorique.The present invention and its advantages will appear better in the following description of several embodiments given by way of non-limiting example, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 represents a plate-shaped support piece on which is sprayed a magnetocaloric powder material, Figure 2 is a view of a magnetocaloric element consisting of several plates made according to the method illustrated in Figure 1, Figure 3 shows a magnetocaloric element made by folding a plate already covered with a magnetocaloric material, FIG. 4 represents a magnetocaloric element made according to another variant, FIG. 5 represents two magnetocaloric elements of FIG. 4 recessed upside down, and FIG. 6 represents a magnetocaloric element in the form of a trellis or an entanglement of support pieces in the form of reco uverts of a magnetocaloric material.
Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser : L’invention concerne un procédé de fabrication permettant de réaliser un élément magnétocalorique El, E2, E3, E4. Ce procédé consiste essentiellement à fabriquer une pièce de support et à la recouvrir d’un matériau magnétocalorique permettant ainsi de désolidariser la fonction thermique magnétocalorique de la fonction mécanique structurelle d’un élément magnétocalorique. La fonction de la pièce de support est donc d’assurer la tenue mécanique dans le temps de l’élément magnétocalorique El, E2, E3, E4, et en d’autres termes, de former son âme mécanique. Le matériau dans lequel est réalisée cette pièce de support est apte à assurer un maintien mécanique dans le temps et n’a pas besoin d’avoir une fonction ou un effet magnétocalorique. Il peut être un isolant thermique, tel que par exemple une matière synthétique, une matière composite renforcée ou non par des charges, de la fibre de verre, une céramique, ou un conducteur thermique, tel que par exemple du carbone, de l’acier, de l’aluminium, des alliages métalliques. Π peut aussi avoir un effet magnétocalorique s’il est réalisé dans un matériau composite comportant des particules de matériau magnétocalorique. Ces exemples de matériaux ne sont bien entendu pas limitatifs, l’essentiel réside dans les propriétés mécaniques de la pièce de support fabriquée qui doit présenter une certaine rigidité pour porter le matériau magnétocalorique et servir de guide pour un fluide caloporteur mis en circulation de part en part dudit élément magnétocalorique obtenu.Illustrations of the invention and various ways of producing it: The invention relates to a manufacturing method for producing a magnetocaloric element El, E2, E3, E4. This method essentially consists in manufacturing a support piece and covering it with a magnetocaloric material thus making it possible to separate the magnetocaloric thermal function from the structural mechanical function of a magnetocaloric element. The function of the support piece is thus to ensure the mechanical strength in time of the magnetocaloric element El, E2, E3, E4, and in other words, to form its mechanical core. The material in which this support piece is made is capable of ensuring mechanical retention over time and does not need to have a magnetocaloric function or effect. It can be a thermal insulator, such as for example a synthetic material, a composite material reinforced or not by fillers, glass fiber, a ceramic, or a thermal conductor, such as for example carbon, steel , aluminum, metal alloys. Π can also have a magnetocaloric effect if it is made of a composite material comprising particles of magnetocaloric material. These examples of materials are of course not limiting, the essential lies in the mechanical properties of the manufactured support part which must have a certain rigidity to carry the magnetocaloric material and serve as a guide for a heat transfer fluid circulated from side to side. part of said magnetocaloric element obtained.
Avantageusement, étant donné que le choix du matériau constituant la pièce de support est essentiellement déterminé par sa résistance mécanique, les possibilités en termes de forme sont beaucoup plus importantes que dans le cas actuel où c’est la matière magnétocalorique elle-même qui est travaillée, usinée, mise en forme, etc. pour former l’élément magnétocalorique. En effet, dans l’état de l’art, cette matière magnétocalorique assure actuellement à la fois la fonction mécanique de résistance aux sollicitations mécaniques et la fonction thermique magnétocalorique, c'est-à-dire la capacité à produire un effet magnétocalorique sous une sollicitation magnétique.Advantageously, since the choice of the material constituting the support piece is essentially determined by its mechanical strength, the possibilities in terms of shape are much greater than in the present case where it is the magnetocaloric material itself which is worked. , machined, shaped, etc. to form the magnetocaloric element. Indeed, in the state of the art, this magnetocaloric material currently provides both the mechanical function of resistance to mechanical stresses and the magnetocaloric thermal function, that is to say the ability to produce a magnetocaloric effect under a magnetocaloric effect. magnetic solicitation.
La figure 1 représente à cet effet, une pièce de support S1 en forme de plaque réalisée par exemple en matière synthétique, tel qu’un thermoplastique, qui n’a aucun effet magnétocalorique. Cette pièce de support SI peut être obtenue par exemple par un procédé d’extrusion, de moulage, d’injection, de soufflage, de thermoformage, de laminage, de calandrage, de profilage, de frittage, d’usinage, d’impression bi ou tridimensionnelle, ou similaire. Bien entendu, cette pièce de support SI peut être réalisée en toute autre matière compatible pour ses fonctions mécaniques, présentant ou non un effet magnétocalorique. Dans l’exemple de la figure 1, un mélange d’un liant avec de la poudre de matériau magnétocalorique 1 est vaporisé sur la surface de ladite pièce de support SI. L’on obtient ainsi très aisément un élément magnétocalorique El formé de la combinaison de la pièce de support SI et de la poudre de matériau magnétocalorique 1. Avantageusement, l’élément magnétocalorique El présente simultanément une stabilité et une rigidité mécanique et un effet magnétocalorique. En variante, la pièce de support S1 peut être immergée dans un bain de poudre de matériau magnétocalorique, cette poudre pouvant être rendue fluide par l’intermédiaire d’un gaz, tel que de l’air, par exemple. Le liant associé à la poudre de matériau magnétocalorique peut être une colle, un adhésif, une résine, ou similaire. L’objectif est de lier intimement le matériau magnétocalorique 1 avec le matériau constituant la pièce de support SI afin de former un élément magnétocalorique El monobloc dans lequel la pièce de support et le matériau magnétocalorique sont indissociables. Une étape de cuisson peut éventuellement être nécessaire pour atteindre cet objectif. Dans d’autres exemples non représentés, l’assemblage intime entre le matériau magnétocalorique et le matériau constituant la pièce de support peut également être obtenu par d’autres procédés tels que l’électrolyse, la catalyse, la cuisson, l’électrostatisme, la sérigraphie, l’impression bi ou tridimensionnelle.FIG. 1 represents for this purpose a plate-like support piece S1 made for example of synthetic material, such as a thermoplastic, which has no magnetocaloric effect. This support piece SI can be obtained for example by a process of extrusion, molding, injection, blowing, thermoforming, rolling, calendering, profiling, sintering, machining, bi-printing. or three-dimensional, or the like. Of course, this support piece SI can be made of any other material compatible for its mechanical functions, with or without a magnetocaloric effect. In the example of FIG. 1, a mixture of a binder with magnetocaloric material powder 1 is vaporized on the surface of said support piece S1. Thus, a magnetocaloric element E1 formed by the combination of the support piece S1 and the powder of magnetocaloric material 1 is very easily obtained. Advantageously, the magnetocaloric element E1 simultaneously exhibits a stability and a mechanical rigidity and a magnetocaloric effect. As a variant, the support piece S1 can be immersed in a bath of powder of magnetocaloric material, this powder being able to be made fluid by means of a gas, such as air, for example. The binder associated with the magnetocaloric material powder may be a glue, an adhesive, a resin, or the like. The objective is to intimately bond the magnetocaloric material 1 with the material constituting the support piece S1 in order to form a single-piece magnetocaloric element El in which the support piece and the magnetocaloric material are indissociable. A cooking step may be necessary to achieve this goal. In other examples not shown, the intimate connection between the magnetocaloric material and the material constituting the support part can also be obtained by other processes such as electrolysis, catalysis, firing, electrostatism, silkscreen, bi or three-dimensional printing.
Le matériau magnétocalorique ne se présente pas nécessaire sous une forme de poudre, mais peut se présenter sous une forme de particules, paillettes, pastilles, plaquettes, feuilles, etc. en fonction à la fois du matériau constituant la pièce de support et du procédé de fabrication.The magnetocaloric material is not required in a powder form, but may be in the form of particles, flakes, pellets, wafers, sheets, etc. according to both the material constituting the support part and the manufacturing process.
Un élément thermique 10 peut alors comporter plusieurs de tels éléments magnétocaloriques El sous forme de plaques qui sont par exemple disposées parallèles les unes aux autres et espacées par l’intermédiaire d’entretoises 2, de manière à réaliser des canaux rectilignes permettant le passage d’un fluide caloporteur. Un tel élément thermique 10 est représenté dans la figure 2. Cet élément thermique 10 peut être obtenu à partir d’un élément magnétocalorique El tridimensionnel ou de plusieurs éléments magnétocaloriques El plans assemblés par des entretoises.A thermal element 10 may then comprise several such magnetocaloric elements E1 in the form of plates which are, for example, arranged parallel to each other and spaced apart by means of spacers 2, so as to produce rectilinear channels allowing the passage of a heat transfer fluid. Such a thermal element 10 is shown in FIG. 2. This thermal element 10 can be obtained from a three-dimensional magnetocaloric element E1 or from several magnetocaloric elements E1 planes assembled by spacers.
Cette pièce de support SI sous forme de plaque peut également être pliée en différents endroits le long de plis parallèles entre eux, afin de délimiter entre les différents plis des passages pour un fluide caloporteur. L’élément magnétocalorique E2 monobloc ainsi obtenu est représenté dans la figure 3. L’élément magnétocalorique E3 tridimensionnel peut également être réalisé à partir d’une pièce de support comportant une embase 3 de laquelle s’étendent des lames 4 parallèles les unes aux autres et définissant des passages pour un fluide caloporteur. Pour une telle pièce de support, le recouvrement est idéalement réalisé par immersion de ladite pièce de support dans un bain de poudre de matériau magnétocalorique. L’on obtient alors un élément magnétocalorique E3 monobloc tel que celui représenté dans la figure 4. Lorsque l’on assemble deux éléments magnétocaloriques E3 selon la figure 4, par un encastrement tête-bêche, l’on obtient un nouvel élément thermique 20, selon la figure 5. Dans cette configuration particulière, l’espace libre entre les lames 4 peut être réduit jusqu’à 0,1 mm, alors que cela est irréalisable actuellement avec les techniques de fabrication connues.This support piece SI in plate form can also be folded in different places along folds parallel to each other, in order to delimit between the different folds passages for a heat transfer fluid. The magnetocaloric element E2 monoblock thus obtained is shown in Figure 3. The magnetocaloric element E3 three-dimensional can also be made from a support member having a base 3 which extend the blades 4 parallel to each other and defining passages for a coolant. For such a support piece, the covering is ideally made by immersing said support piece in a powder bath of magnetocaloric material. We then obtain a mono-bloc magnetocaloric element E3 such as that represented in FIG. 4. When two magnetocaloric elements E3 according to FIG. 4 are assembled by a head-to-tail installation, a new thermal element 20 is obtained. according to Figure 5. In this particular configuration, the free space between the blades 4 can be reduced to 0.1 mm, while this is currently unachievable with known manufacturing techniques.
Enfin, la figure 6 représente un élément magnétocalorique E4 monobloc réalisé à partir de plusieurs fils semi-rigides formant une pièce de support, recouverts d’un matériau magnétocalorique et enchevêtrés les uns dans les autres au travers desquels peut circuler un fluide caloporteur.Finally, FIG. 6 represents a single-piece magnetocaloric element E4 made from several semi-rigid wires forming a support piece, covered with a magnetocaloric material and entangled in each other through which a heat transfer fluid can circulate.
Les figures annexées montrent la variété de formes rendues possibles à réaliser pour fabriquer un élément magnétocalorique El, E2, E3, E4 selon le procédé de l’invention. Bien entendu, la forme de plaque rectangulaire illustrée dans les figures n’est qu’un exemple et n’est pas limitative. Cette forme peut être constituée d’une autre forme géométrique, ou d’une forme quelconque grâce à la dissociation de la partie mécanique de la partie magnétocalorique dans l’élément magnétocalorique. De cette manière, la forme de la pièce de support peut être obtenue par emboutissage, poinçonnage, découpage par tout moyen tel que par laser, jet d’eau, etc., Elle peut notamment être filaire, bidimensionnelle ou encore tridimensionnelle, telle qu’un cylindre, par exemple. Ces exemples ne sont bien entendus pas limitatifs.The attached figures show the variety of forms made possible to achieve to manufacture a magnetocaloric element El, E2, E3, E4 according to the method of the invention. Of course, the rectangular plate shape illustrated in the figures is only an example and is not limiting. This shape may be formed of another geometric shape, or of any shape by virtue of the dissociation of the mechanical part of the magnetocaloric part in the magnetocaloric element. In this way, the shape of the support piece can be obtained by stamping, punching, cutting by any means such as laser, water jet, etc. It can in particular be wired, two-dimensional or three-dimensional, such as a cylinder, for example. These examples are not meant to be limiting.
Possibilités d'application industrielle : Π ressort clairement de cette description que l’invention permet d’atteindre les buts fixés, à savoir désolidariser la fonction thermique magnétocalorique de la fonction de résistance mécanique et de structure d’un élément magnétocalorique El, E2, E3, E4 destiné à générer un effet magnétocalorique lorsqu’il est soumis à une induction magnétique d’intensité variable. Grâce au procédé de fabrication selon l’invention, il est possible de réaliser un élément magnétocalorique dont la forme est indépendante des caractéristiques mécaniques du matériau magnétocalorique qu’il comporte ou dont il est constitué, offrant ainsi des nouvelles possibilités d’améliorer le rendement thermique d’un appareil thermique magnétocalorique.Possibilities of Industrial Application: It is clear from this description that the invention makes it possible to achieve the goals set, namely to separate the magnetocaloric thermal function from the mechanical strength and structure function of a magnetocaloric element E1, E2, E3. , E4 for generating a magnetocaloric effect when subjected to a magnetic induction of variable intensity. With the manufacturing method according to the invention, it is possible to produce a magnetocaloric element whose shape is independent of the mechanical characteristics of the magnetocaloric material that it comprises or of which it is constituted, thus offering new possibilities for improving the thermal efficiency. of a magnetocaloric thermal apparatus.
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.The present invention is not limited to the embodiments described but extends to any modification and variation obvious to a person skilled in the art.
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