MX2009000543A

MX2009000543A - Generador termico magnetocalorico.

Info

Publication number: MX2009000543A
Application number: MX2009000543A
Authority: MX
Inventors: Muller Christian; Jean-Louis Dupin; Heitzler Jean-Claude; Nikly Georges
Original assignee: Cooltech Applications Sas
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-01-28
Also published as: DK2044373T3; CA2655887A1; WO2008012411A1; US8596077B2; RU2450220C2; ATE454596T1; RU2009102001A; HK1134949A1; KR101357355B1; CN101495818B; AR062025A1; EP2044373A1; JP2009544927A; KR20090041389A; CN101495818A; DE602007004221D1; JP4887425B2; FR2904098B1; SI2044373T1; PT2044373E

Abstract

La presente invención es concerniente con un generador térmico magnetocalórico compacto y polivalente, de fuerte rendimiento calórico, que tiene un coeficiente de intercambio térmico máximo, siendo fácilmente industrializable y que tiene una configuración modular para poder responder a una amplia gama de aplicaciones tanto industriales como domésticas. El generador térmico (1) está caracterizado porque comprende por lo menos un módulo térmico (10) constituido de una pluralidad de elementos térmicos (40), apilados y provistos para delimitar entre ellos canales de circulación del fluido portador de calor, repartidos en canales calientes, en los cuales circula el fluido portador de calor del circuito colector caliente y en canales fríos, en los cuales circula el fluido portador de calor del circuito colector frío, los canales calientes y fríos son alternados entre los elementos térmicos (40) y porque los elementos térmicos (40) comprenden orificios de entrada y de salida del fluido que se comunican entre sí a manera de repartir el flujo del fluido portador de calor de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales calientes y fríos correspondientes. Aplicaciones: calentamiento, templado, climatización, refrigeración en cualquier instalación industrial o doméstica.

Description

GENERADOR TERMICO MAGNETOCALORICO Campo de la invención La presente invención es concerniente con un generador térmico magnetocalórico que comprende elementos térmicos de material magnetocalórico, medios magnéticos provistos para crear una variación del campo magnético en los elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado «caliente » y un circuito colector denominado « frío », en cada uno de los cuales circula un fluido portador de calor distinto provisto para colectar respectivamenet los calores y fríos emitidos por los elementos térmicos, de acuerdo con su ciclo de funcionamiento y medios de empalme de los circuitos colectores a circuitos exteriores destinados a utilizar los calores y fríos recolectados.

Antecedentes de la invención Los nuevos generadores térmicos que utilizan el efecto magnetocalórico de ciertos materiales ofrecen una alternativa ecológica muy interesante a los generadores clásicos condenados a desaparecer en el contexto del desarrollo durable y de la reducción del efecto de invernadero. No obstante, para ser económicamente rentable y proporcionar un buen rendimiento energético, la concepción de este tipo de generadores y de sus medios de recuperación de calores y fríos emitidos por estos materiales es promordial, teniendo en cuenta los tiempos de ciclo muy cortos, los gradientes de temperatura reducidos generados y de la intensidad magnética limitada. La energía recuperada está estrechamente ligada a la masa de material magnetocalórico, a la intensidad del campo magnético y al tiempo de intercambio con el fluido portador de calor. De manera conocida, el factor de transferencia de un intercambiador térmico está ligado a la superficie de intercambio en relación con el flujo del fluido portador de calor en contacto con esta superficie de intercambio. Debido a esto, mientras más grande es la superficie de intercambio, más se eleva el coeficiente de transferencia. En los generadores conocidos, se utiliza como medio de recuperación un circuito colector único que recorre los elementos térmicos, en el cual circula un solo fluido portador de calor, que alimenta alternativamente un circuito frío y un circuito caliente. Esta solución induce, por consecuencia, una gran inercia térmica que penaliza considerablemente el rendimiento energético del generador. La solicitud de patente francesa No. 05/08963 presentada por el titular de la presente solicitud propone una nueva concepción de generadores, en la cual los elementos térmicos son recorridos por dos circuitos colectores distintos, un circuito colector caliente y un circuito colector frío, en cada uno de los cuales circula un fluido portador de calor distinto. Cada elemento térmico se presenta en forma de un inserto de forma prismática constituido de un apilado de placas con nervaduras realizadas de material magnetocalórico, que delimitan entre ellas pasajes para la circulación del fluido portador de calor a manera de crear los dos circuitos colectores separados. Estos insertos son montados en una platina provista de alojamientos apropiados y de conductos que unen los circuitos colectores correspondientes de diferentes insertos térmicos. Esta solución tiene la ventaja de suprimir la inercia térmica del fluido portador de calor dado que ya tiene un fluido para el circuito caliente y un fluido para el circuito frío y de aumentar la superficie de intercambio y por lo tanto el rendimiento calorífico del generador. No obstante, presenta el inconveniente de ser difícilmente industrializable , de tener un costo muy elevado y una configuración no modular.

Breve descripción de la invención La presente invención tiene como objetivo paliar estos inconvenientes al proponer un generador térmico magnetocalórico compacto, polivalente, de fuerte rendimiento energético, que tiene un coeficiente de transferencia máxima, siendo fácilmente industrializable a costos razonables y que tiene una configuración modular para poder responder a una amplia gama de aplicaciones tanto industriales como domésticas. En este objetivo, la invención es concerniente con un generador térmico del género indicado en el preámbulo, caracterizado porque comprende por lo menos un módulo térmico constituido de una pluralidad de elementos térmicos, apilados y provistos para delimitar entre ellos dos canales de circulación del fluido portador de calor, estos canales están repartidos entre canales calientes en los cuales circula el fluido portador de calor del circuito colector caliente y en canales fríos en los cuales circula el fluido portador de calor del circuito colector frío, los canales calientes y fríos son alternados entre los elementos térmicos y porque los elementos térmicos comprenden orificios de entrada y de salida del fluido que se comunican entre sí con el fin de repartir el flujo del fluido portador de calor de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales calientes y fríos correspondientes. Esta construcción escalonada permite constituir sub-conjuntos térmicos, llamados módulos térmicos, provistos de canales paralelos, estos módulos térmicos pueden estar unidos entre sí en serie y/o en paralelo. Esta construcción permite hacer variar el número de elementos térmicos apilados por módulo térmico en función del flujo de fluido deseado, así como el número de módulos térmicos yuxtapuestos en función del intervalo de temperatura deseado, de donde tiene una gran modularidad.

Breve descripción de las figuras La presente invención y sus ventajas aparecerán mejor en la descripción siguiente de varios modos de realización dados como ejempo no limitante, con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales : La figura 1 es una vista detallada de un generador térmico de acuerdo con la invención, Las figuras 2 y 3 son vistas en perspectiva de dos ejemplos de configuraciones del generador de la figura 1, La figura 4 es una vista en perspectiva de un módulo térmico que entra en la composición del generador de la figura 1, La figura 5 es una vista detallada en corte parcial de un extremo del generador de la figura 1, La figura 6A es una vista frontal del módulo térmico de la figura 4, la figura 6B es una vista ampliada en perspectiva del detalle A de la figura 4 y la figura 6C es una vista en planta del corte de la figura 6B, La figura 7A es una vista parcial de dos elementos térmicos del módulo de la figura 4 que muestra dos sectores térmicos y las figuras 7B y 7C son vistas en corte de acuerdo con las líneas BB y CC de un elemento térmico de la figura 6A, La figura 8A es una vista en corte axial de un sector térmico y la figura 8B es una vista del detalle D, La figura 9A es una vista en corte axial de un sector térmico provisto de un inserto y la figura 9B es una vista del detalle E, Las figuras 10A, 10B y 11A, 11B son vistas frontales y posteriores de dos variantes de realización de un elemento térmico de acuerdo con la invención, Las figuras 12 y 13 son variantes de piezas magnetocalóricas , Las figuras 14 y 15 son variantes de pastillas magnetocalóricas , La figura 16A es una vista en perspectiva de un sector térmico de acuerdo con otra variante de realización y la figura 16B es una vista del detalle F, La figura 17A es una vista en perspectiva de una primera variante de realización de un módulo térmico de acuerdo con la invención y la figura 17B es una vista del detalle G, La figura 18A es una vista en perspectiva de una segunda variante de realización de un módulo térmico de acuerdo con la invención, la figura 18B es una vista de un sub-conjunto de este módulo y la figura 18C es una vista del detalle H de la figura 18B, La figura 19A es una vista en perspectiva de una tercera variante de realización de un módulo térmico de acuerdo con la invención y la figura 19B es una vista del detalle I.

Descripción detallada de la invención Con referencia a la figura 1, el generador térmico 1 de acuerdo con la invención comprende un conjunto de seis módulos térmicos 10 apilados, empalmados por discos repartidores 20 y obturados por bridas de cierre 30. El número y la construcción de los módulos térmicos 10 son variables en función de los desempeños buscados. La brida de cierre 30 mostrada comprende cuatro orificios 31, 32, en donde dos orificios de alimentación 31 y dos orificios de evacuación 32, destinados a ser empalmados a un circuito exterior caliente y a un circuito exterior frío (no mostrados) que utilizan respectivamente los calores y fríos producidos por este generador 1. Como se desee, el empalme se puede efectuar de un solo lado o de los dos lados del generador 1. Los discos repartidores 20 comprenden orificios 21 y ranuras de distribución 22 que permiten empalmar en serie, en paralelo o de acuerdo con una combinación serie/paralelo, los circuitos colectores calientes y fríos de los diferentes módulos térmicos 10 entre sí y con los circuitos exteriores caliente y frío. Estos discos repartidores 20 pueden ser dobles y dedicados cada uno a uno de los circuitos colectores como en las figuras 1 y 4. Pueden asi ser formados de discos simples de doble cara (no mostrados) con una disposición particular de orificios 21 y de ranuras 22 de distribución para realizar la misma función. En el ejemplo de la figura 1, este generador térmico 1 comprende un árbol 2 que gira y/o se traslada axialmente, que porta dos conjuntos magnéticos 3 diametralmente opuestos, este árbol es impulsado por cualquier tipo de accionador conocido (no mostrado) según un movimiento continuo, discontinuo, secuencial o alternativo. El número, la. posición y el tipo de conjuntos magnéticos 3 son modificables y determinados en función de la consturcción de los módulos térmicos 10. Estos conjuntos magnéticos 3 pueden ser formados de imanes permanentes, electroimanesm supraconductores o cualquier otro tipo de imán. Se escogerán de preferencia imanes permanentes por sus ventajas en términos de dimensionamiento, de simplicidad de utilización y de costo reducido. Estos imanes permanentes pueden ser macizos, fritados, pegados u hojaldrados, asociados a uno o varios materiales magnetizables que concentran y dirigen sus líneas de campo magnético. Los módulos térmicos 10 pueden ser alojados entre una camisa interior 4 y una camisa exterior 5 (véase figura 5) , asegurando una hermeticidad complementaria. En este caso, los extremos de estas camisas 4 y 5 son acopladas a la brida de cierre 30 mediante juntas 33. La camisa interior 4 y/o la camisa exterior 5 pueden ser suprimidas si la construcción de los módulos térmicos 10 es tal que permite obtener una hermeticidad suficiente . Los módulos térmicos 10 pueden estar rodeados de una armadura 6 realizada de preferencia de un material ferromagnético que tiene por función principal encerrar el flujo magnético generado por los conjuntos magnéticos 3. En una variante de realización no mostrada, el flujo magnético generado por los conjuntos magnéticos 3 puede ser encerrado por los conjuntos magnéticos complementarios, móviles o estáticos, situados en la periferia exterior. Los módulos térmicos 10 pueden ser montados de acuerdo con un montaje ceñido por cualquier medio conocido, como por ejemplo tirantes 34 (véase figura 5) que se extienden entre las dos bridas de cierre 30 o las bridas de presión o ajuste (no mostradas) montadas en el árbol 2 por medio de cojinetes. Cualquier otro modo de montaje puede ser contemplado, lo esencial es asegurar una conservación mecánica de los módulos térmicos 10 entre sí, así como la hermeticidad de los circuitos colectores caliente y frío al interior del generador. En los diferenfes ejemplos ilustrados, el generador térmico 1 presenta una configuración circular, es decir, que los módulos térmicos 10 son anulares y dispuestos alrededor de un árbol 2 que porta los conjuntos magnéticos 3. La invención se extiende igualmente a un generador térmico que tiene una configuración rectilínea (no mostrado) en el cual los elementos térmicos son lineales y apilados horizontal, verticalmente o de acuerdo con una combinación horizontal y vertical y los medios magnéticos son provistos de un movimiento de traslación alternativo o secuencial .

Los módulos térmicos 10 pueden ser montados en un pedestal 7 como se ilustra en la figura 2 mediante cualquier medio conocido. En este ejemplo, el generador térmico 1 comprende dos conjuntos de cinco módulos térmicos 10 empalmados mediante discos repartidores 20 (no visibles) y obturados por bridas de cierre 30. El pedestal 7 porta un accionador 8 dispuesto en paralelo y acoplado al árbol 2 del generador mediante cualquier tipo de transmisión conocida (no mostrada) . El accionador 8 puede ser dispuesto en línea y acoplado directamente al árbol 2. En la figura 3, el generador térmico 1 comprende cuatro conjuntos de seis módulos térmicos 10 cada uno, montados pies contra cabeza en un pedestal 7. Un accionador 8 único es acoplado a los árboles 2 de cada conjunto mediante cualquier tipo de transmisión mecánica conocida (no mostrada) . Estos ejemplos dan una imagen de diferentes configuraciones posibles. Con respecto a su construcción modular, el generador térmico 1 de acuerdo con la invención es configurable al infinito en función de la potencia calorífica buscada y del flujo de fluido necesario para cada aplicación contemplada. El accionador 8 puede estar constituido por cualquier sistema que genera un par mecánico, por ejemplo una turbina de viento, una turbina hidráulica, un motor térmico, un motor eléctrico, un motor de energía animal o muscular un tornillo giratorio u otro. En el caso de un accionador eléctrico, la energía puede proceder de un captador fotoeléctrico, un captador solar, una turbina de viento, de la red, de un generador u otro. Cada módulo térmico 10 está constituido de un número N de elementos térmicos 40 de geometría idéntica o complementaria que les permite apilarse. Un ejemplo de módulo térmico 10 es mostrado en la figura 4 y comprende diecisiete elementos térmicos 40 en forma de anillos planos apilados axialmente. Estos elementos térmicos 40 son detallados en las figuras 6A-C y 7A-C y tienen como característica delimitar entre ellos canales 50 para la circulación de un fluido portador de calor, es decir canales denominados calientes, en los cuales circula el fluido del circuito colector y canales denominados fríos en los cuales circula el fluido del circuito colector frío. Estos canales 50 calientes y fríos son alternados entre los elementos térmicos 40 de tal manera que cada elemento térmico 40 comprende de un lado un canal 50 caliente y del lado opuesto un canal 50 frío. Estos canales 50 tienen un espesor reducido comprendido por ejemplo entre 0.01 mm y 10 mm y de preferencia entre 0.15 mm y 1.5 mm con el fin de generar un flujo laminar o reducidamente turbulento con o sin vórtice de fluido, de tal manera que entre dos elementos térmicos 40 adyacentes circula una lámina de fluido portador de calor caliente y entre los dos siguientes una lámina de fluido portador de calor frío. Estos elementos térmicos 40 comprenden orificios de entrada 51 y orificios de salida 52 que ponen en comunicación los canales 50 de un mismo circuito colector, de acuerdo con una configuración paralela. Estos elementos térmicos 50 pueden igualmente estar divididos en varios sectores térmicos distintos 53, idénticos o no, cada uno provisto de un canal 50, de un orificio de entrada 51 y de un orificio de salida 52, a manera de crear circuitos paralelos en cada lámina de fluido. Así, el flujo del fluido portador de calor de cada circuito colector es dividido una primera vez por el número S/2 de sectores térmicos 53, luego una segunda vez por el número N/2 de elementos térmicos apilados. Esta repartición apilada del flujo del fluido portador de calor permite reducir considerablemente el flujo y la velocidad de la lámina del fluido en cada canal 50, aumentanto así el coeficiente de transferencia y reduciendo simultáneamente las pérdidas de carga. En una variante no mostrada, se pueden intercalar placas de entretalla entre los elementos térmicos 40 para delimitar los canales 50 y asegurar la hermeticidad, como por ejemplo hojas de Teflon(R) o similares. En el ejemplo de las figuras 4, 6A-C y 7A-C, los elementos térmicos 40 del módulo térmico 10 son divididos en ocho sectores térmicos 53 idénticos que se extienden en aproximadamente 45°. La figura 7A muestra el paso del fluido portador de calor a los sectores térmicos 53 de dos elementos térmicos 40 adyacentes. Cada sector térmico 53 comprende cuatro orificios, es decir un orificio de entrada 51 y un orificio de salida 52 transversal y que comunica con su canal 50 y así un orificio de entrada 51 y un orificio de salida 52 transversales para comunicar con el canal 50 del elemento térmico 40 siguiente. De acuerdo con la posición angular de los conjuntos magnéticos 3 en relación con el módulo térmico 10, el fluido portador de calor que circula a los canales 50 de diferentes sectores térmicos 53 es activo o pasivo. En los sectores térmicos 53 sometidos al campo magnético, el fluido portador de calor del circuito colector caliente está activo y en los otros sectores térmicos 53 no sometidos al campo magnético, el fluido portador de calor del circuito colector frío está activo. Paralelamente, el fluido portador de calor de los circuitos colectores frío y caliente en estos mismos sectores están pasivos. En este ejemplo, cada elemento térmico 40 comprende una pluralidad de pastillas 60 térmicamente conductoras portadas por una pieza de soporte 70, la superficie ocupada por las pastillas 60 es mayoritaria en relación a aquella de la pieza de soporte 70. Las pastillas 60 están en fomra de sector circular y por ejemplo realizadas de placa de material magnetocalorico cortado, fabricado o moldeado. Se entiende por « material magnetocalorico » un material realizado en parte o totalmente de un material magnetocalorico, tal como por ejemplo de gadolinio (Gd) , una aleación de gadolinio que contiene por ejemplo silicio (Si) , germanio (Ge) , una aleación de manganeso que contiene por ejemplo hierro (Fe) , magnesio (Mg) , fósforo (P) , una aleación de lantano, una aleación de níquel (Ni) , cualquier otro material o aleación magnetizable equivalente o de una combinación de diferentes materiales magnetocalóricos, que se presenta en forma de polvo, de partículas, de bloque macizo o poroso, de conjuntos de placas ranuradas superpuestas que forman mini- o micro-canales. La elección entre estos materiales magnetocalóricos se hace en función de las potencias calóricas y frigoríficas buscadas y de los intervalos de temperatura necesarios. La pieza de soporte 70 puede ser flexible o rígida y realizada de materiales naturales o sintéticos, cargados o no, como por ejemplo termoplásticos , elastómeros, resinas o cualquier otro material térmicamenet aislante. Puede ser obtenido mediante fabricación, impresión en 3D mediante estéreo-litografía, grabado, moldeo, inyección o similar. De preferencia, es moldeada alrededor de las pastillas 60 en donde las caras delantera y posterior siguen siendo evidentes. Esta pieza de soporte 70 es provista para combinar varias funciones : una función de mantenimiento de las pastillas 60, una función de entretalla entre los elementos térmicos 40 apilados para garantizar el espesor de los canales 50, una función de hermeticidad entre los elementos térmicos 40 cuando son apilados y se tiene el deseo de una función de regulación y/o de ajuste para facilitar el montaje y la colocación de los elementos térmicos 40 entre sí. En una variante no mostrada, la pieza de soporte 70 puede ser cargada con partículas o fibras de material magnetocalórico para agregarle una función térmica. El elemento térmico 40 de forma anular es mostrado en detalle en la figura 7A y en corte en las figuras 7B y 7C. Presenta una sección sustancialmente rectangular y comprende en la cara delantera zonas huecas que forman el canal 50 para la circulación de un primer fluido portador de calor y en la cara posterior una zona plana que forma en canal 50 del elemento térmico 40 siguiente para la circulación del segundo fluido portador de calor. En este caso, el canal 50 está delimitado al fondo por la cara delantera de las pastillas 60 y en los lados por los bordes de la pieza de soporte 70. La cara posterior plana del elemento térmico 40 está delimitada por la cara posterior de las pastillas 60 y la pieza de soporte 70. La pieza de soporte 70 puede comrpender en la cara delantera una o varias nervaduras centrales 71 discontinuas o continuas que separan el canal 50 en por lo menos dos partes para mejorar la repartición del fluido en toda la superficie de las pastillas 60. De acuerdo con otra variante de realización no mostrada, la pieza de soporte 70 puede comprender zonas huecas que forman los canales 50 para la circulación de fluidos portadores de calor caliente y frío en sus caras delantera y posterior. Las caras delanteras y posterior de la pieza de soporte 70 forman planos de unión que aseguran la hermeticidad de los canales 50 cuando los elementos térmicos 40 son apilados de acuerdo con un montaje apretado. Por supuesto, cualquier otra forma que reemplace las mismas funciones puede convenir. Es igualmente posible hacer variar el espesor en ciertas zonas de la pieza de soporte 70 y/o el espesor de las pastillas 60 para actuar en el espesor de la lámina del fluido y por consecuencia en su velocidad de circulación. Los elementos térmicos 40 pueden tener otras configuraciones. Las figuras 10A y 10B ilustran el elemento térmico 40 respectivamente en vistas frontal y posterior que comprenden seis sectores térmicos distintos 53 idénticos que se extienden en aproximadamente 60°, cada uno compuesto de pastillas 60. En las figuras 11A y 11B, el elemento térmico 40 no comprende más que dos sectores térmicos distintos idénticos 53 que se extienden en aproximadamente 180°, cada uno compuesto de pastillas 60. Estas pastillas 60 en forma de sector circular pueden tener formas geométricas diferentes o cualquiera. Pueden también ser reemplazadas por láminas 61 como en el ejemplo de la figura 12, estas láminas 61 podrían ser utilizadas en el elemento térmico 40 de dos sectores térmicos 53 como aquellos de las figuras 11. Las pastillas 60 pueden aún ser reemplazadas por un anillo 62 hendido para formar pastillas unidas entre sí o cualquier otra forma equivalente. Asimismo, estas piezas diferentes de material magnetocalórico 60, 61, 62 pueden tener superficies planas que favorecen la circulación del fluido sin alteración como la pastilla 60 de la figura 14 o al contrario tener en por lo menos una de las superficies relieves que forman ranuras 63 o similares para aumentar la superficie de intercambio con el fluido portador de calor como la pastilla 60 de la figura 15. De acuerdo con la forma y la orientación de estas ranuras 63 en relación con la circulación del fluido, es posible crear alteraciones para aumentar el coeficiente de transferencia. El elemento térmico 40 ilustrado en la figura 16A comprende pastillas 60 provistas de ranuras oblicuas 64 en sus dos caras, en donde el detalle es dado en la figura 16B. Estas ranuras oblicuas 64 crean en la lámina de fluido remolinos llamados comúnmente vórtice. En un mismmo módulo térmico 10, los orificios de entrada 51 y los orificios de salida 52 de los canales 50 de un mismo circuito colector son alimentados en paralelo. Para uniformizar la repartición del fluido portador de calor a estos diferentes canales 50, por lo menos los orificios de entrada 51 deben tener de manera preferencial una sección decreciente en el sentido de la circulación del fluido. Esta construcción es mostrada en las figuras 8A y 8B y permite que una misma cantidad de fluido circule a una misma velocidad de circulación en cada uno de los canales 50, para obtener una mismo coeficiente de transferencia y reducir así las pérdidas de cargas. No obstante, esta construcción impone una forma diferente para cada elemento térmico 40. Otra solución consiste en crear un inserto 72 provisto de orificios 73 de sección decreciente, este inserto 72 es alojado al interior de los orificios de entrada 51 de misma sección de los elementos térmicos 40, de acuerdo con el ejemplo ilustrado en las figuras 9A y 9B. Esta solución simplifica considerablemente la realización industrial industrial de tal construcción. Además, el inserto 72 permite alinear los elementos térmicos 40 entre sí e impedir cualquier rotación. Por supuesto, estos ejemplos se pueden aplicar a los orificios de salida 52 que tienen en este caso una sección creciente en el sentido de circulación del fluido. En una variante no mostrada, los elementos térmicos 40 de un mismo módulo térmico 10 pueden estar desfasados angularmente entre sí, de tal manera que los orificios de entrada 51 y de salida 52 están alineados, no en el eje sino en una trayectoria helicoidal, facilitando la entrada y la salida del fluido portador de calor a los canales 50. Los módulos térmicos 10 pueden tener igualmente otras construcciones. El módulo térmico 11 ilustrado en las figuras 17A y 17B comprende N elementos térmicos 41 en forma de anillos planos apilados axialmente. Cada elemento térmico 41 comprende pastillas 60 redondas de material magnetocalorico repartidas en seis sectores térmicos 53, el canal 50 que circula en zig zag en estas pastillas 60. La figura 18A ilustra un conjunto de tres módulos térmicos 12, cada uno formado de tres sub-conj untos idénticos, ensamblados axialmente. Uno de los sub-conjuntos es mostrado en la figura 18B y comprende tres elementos térmicos 42 en forma de anillos concéntricos apilados radialmente que delimitan entre ellos los canales 50. Cada elemento térmico 42 comprende pastillas redondas 60 de material magnetocalórico repartidas en seis sectores térmicos 53. Esta variante de realización permite ilustrar la combinación de un apilamiento radial con un apilamiento axial. La figura 19A comprende un conjunto de seis módulos térmicos 13 idénticos ensamblados axialmente. Cada módulo térmico 13 comprende catorce sub-conjuntos idénticos, en forma de sector circular y ensamblados lado a lado para crear un tubo cilindrico. Un sub-conjunto es detallado en la figura 19B y comprende ocho elementos térmicos 43 en forma de láminas superpuestas que delimitan entre ellas los canales 50, cada elemento térmico 43 podría ser realizado totalmente o en parte de un material magnetocalórico . Estos ejemplos no son limitantes y tienen por objeto ilustrar las variedades de construcciones posibles de los módulos térmicos 10-13 que permiten realizar una gama infinita de generadores térmicos magnetocalóricos de acuerdo con la invención . Asimismo, la composición química del fluido portador de calor está adaptada a la gama de temperaturas deseada y escogida para obtener un intercambio térmico máximo. Puede ser líquida, gaseosa o difásica. Si es líquida, se utilizará por ejemplo agua pura para temperaturas positivas y agua adicionada de anti-gel, por ejemplo un producto glicolado, para temperaturas negativas. Este generador térmico 1 permite así liberarse del uso de cualquier fluido corrosivo o nocivo para el hombre y/o su medio ambiente.

Posibilidades de aplicación industrial Todas las piezas que componen en generador térmico 1 de acuerdo con la invención pueden ser realizadas en serie de acuerdo con procesos industriales reproducibles . La concepción modular y compacta de este generador térmico 1 permite realizar elementos térmicos 40-43 y módulos térmicos 10-13 estándar que pueden ser combinados, ensamblados y empalmados en serie, en paralelo o de acuerdo con una combinación serie/paralelo en función de la gama de temperatura deseada o del flujo de fluido para una aplicación dada. Esta concepción permite responder a una amplia gama de apicaciones tanto industriales como domésticas, a costos competitivos, en un volumen reducido, ofreciendo desempeños o igualados a la fecha con este tipo de generadores . En efecto, la estructura escalonada del generador térmico 1 permite dividir varias veces el flujo del fluido portador de calor de cada circuito colector. Esta repartición escalonada del fluido portador de calor permite dividir con el mismo coeficiente el flujo del fluido en cada canal 50, reducir la velocidad de circulación del fluido, reducir las pérdidas de carga y aumentar el coeficiente de intercambio. Este coeficiente de intercambio es tanto más grande mientras más grande es la superficie de intercambio constituida por la multiplicidad de canales 50. Por otra parte, la concepción de los elementos térmicos 10-13 permite reducir considerablemente la masa de material inerte de la pieza de soporte 70 en relación con la masa de material magnetocalórico, lo que mejora aún el rendimiento térmico del generador 1 para un mismo volumen. La presente invención no está limitada a los ejemplos de realización descritos, sino que se extiende a cualquier modificación y variante evidentes para aquel experimentado en el arte, en tanto que se encuentre en la extensión de protección definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un generador térmico magnetocalorico que comprende elementos térmicos de material magnetocalorico, medios magnéticos provistos para crear una variación del campo magnético de los elementos térmicos y hacer variar su temperatura, por lo menos dos circuitos colectores separados, un circuito colector denominado « caliente » y un circuito colector denominado « frío », en cada uno de los cuales circula un fluido portador de calor distinto provisto para colectar respectivamente los calores o los fríos emitidos por los elementos térmicos de acuerdo con su ciclo de funcionamiento y medios de empalme de los circuitos colectores a circuitos exteriores destinados a utilizar los calores y fríos recolectados, caracterizado porque el generador comprende por lo menos un módulo térmico constituido de una pluralidad de elementos térmicos, apilados y provistos para delimitar entre ellos dos canales de circulación del fluido portador de calor, estos canales son repartidos en canales calientes, en los cuales circula el fluido portador de calor del circuito colector caliente y en canales fríos, en los cuales circula el fluido portador de calor del circuito colector frío, los canales calientes y fríos son alternados entre los elementos térmicos y porque los elementos térmicos comprenden orificios de entrada y de salida del fluido que se comunican entre sí con el fin de repartir el flujo del fluido portador de calor de cada circuito colector caliente y frío respectivamente en los canales calientes y fríos correspondientes.
2. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los canales de circulación tienen un espesor comprendido entre 0.01 mm y 10 mm y de preferencia entre 0.15 mm y 1.5 mm.
3. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos térmicos comprenden formas de hueco para delimitar los canales.
4. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo térmico comprende placas de entretalla intercaladas entre los elementos térmicos para delimitar los canales.
5. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los orificios de entradas de los elementos térmicos tienen una sección decreciente en el sentido de circulación del fluido portador de calor para repartirlo uniformemente en los canales concernientes .
6. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los orificios de salida de los elementos térmicos tienen una sección creciente en el sentido de circulación del fluido portador de calor para reagruparlo antes de salir del módulo térmico.
7. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque los orificios de entrada o de salida de sección variable son provistos de un inserto alojado a través de los elementos térmicos.
8. El generador térmico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos térmicos están desfasados entre sí, de tal manera que los orificios de entrada y de salida están alineados en una trayectoria helicoidal.
9. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo térmico tiene una configuración rectilínea y los elementos térmicos son lineales y apilados horizontal, verticalmente o de acuerdo con una combinación horizontal y vertical.
10. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo térmico tiene una configuración circular y los elementos térmicos son anulares y apilados axial, radialmente o de acuerdo con una combinación axial y radial .
11. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos térmicos son formados de piezas de material magnetocalorico.
12. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos térmicos comprenden una o varias piezas de material magnetocalorico portadas por una pieza de soporte.
13. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la pieza de soporte es moldeada alrededor de las piezas de material magnetocalorico.
14. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la pieza de soporte es realizada de un material aislante térmicamente.
15. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el material térmicamente aislante está cargado de partículas de material térmicamente conductor.
16. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las piezas de material magnetocalorico son pastillas de forma geométrica o de sector circular.
17. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque las piezas de material magnetocalorico tienen superficies lisas.
18. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque las piezas magnetocaloricas comprenden relieves en por lo menos una de sus caras .
19. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque por lo menos una de las caras comprende ranuras provistas para crear torbellinos en el fluido portador de calor.
20. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos térmicos son divididos en por lo menos dos sectores térmicos distintitos, que comprenden cada uno un canal alimentado por un orificio de entrada y un orificio de salida.
21. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque los orificios de entrada y de salida de los sectores térmicos de un mismo elemento térmico son empalmados en serie, en paralelo o de acuerdo con una combinación serie/paralelo al circuito colector caliente o frío que le corresponde.
22. El generador térmico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende por lo menos dos módulos térmicos y porque los circuitos colectores calientes o fríos de los módulos térmicos son empalmados en serie, en paralelo o de acuerdo con una combinación serie/paralelo mediante discos repartidores.
23. El generador térmico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende bridas de cierre provistas para cerrar los canales de los elementos térmicos del extremo y para mantener mecánicamente los elementos térmicos entre sí, estas bridas de cierre comprenden orificios de alimentación y de evacuación para empalmar los circuitos colectores caliente y frío a los circuitos exteriores.
24. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una camisa interior y/o una camisa exterior provista para hacer herméticos los módulos térmicos.
25. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende conjuntos magnéticos interiores portados por un árbol impulsado en rotación y/o traslación y una armadura exterior provista para encerrar el flujo magnético generado por los conjuntos magnéticos.
26. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende conjuntos magnéticos interiores y exteriores, por lo menos uno de los conjuntos magnéticos es portado por un árbol impulsado en rotación y/o traslación.
27. El generador térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido portador de calor es líquido, gaseoso o bifásico.