ES2284683T3 - Aparato de refrigeracion magnetica de sustrato rotativo. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para proporcionar enfriamiento regenerativo de un fluido de transferencia de calor, que comprende las operaciones de: (a) proporcionar un anillo (21) de un número par de sustratos (22) regenerativos magnéticos, incluyendo cada sustrato material que presenta el efecto magnetocalórico, que es poroso y permite el flujo de fluido de transferencia de calor a través de tal material magnetocalórico, teniendo cada sustrato un extremo caliente y un extremo frío, estando dispuestos los sustratos según un anillo circular con el extremo frío de cada sustrato adyacente al extremo frío de un sustrato adyacente y el extremo caliente de cada sustrato adyacente al extremo caliente de un sustrato adyacente; (b) hacer rotar el anillo de sustratos regenerativos a través de un campo magnético para aplicar alternativamente un campo magnético y para quitar el campo magnético de cada uno de los sustratos regenerativos cuando el anillo de sustratos rota; (c) hacer pasar fluido de transferencia de calor a través de un sustrato regenerativo desde el extremo caliente del sustrato hacia el extremo frío cuando el sustrato no está en el campo magnético, de forma que el fluido de transferencia de calor sigue un flujo circunferencial con respecto al eje (23) central alrededor del cual se hace rotar el sustrato, y hacer pasar fluido de transferencia de calor a través del sustrato regenerativo desde el extremo frío hacia el extremo caliente del sustrato según un flujo circunferencial cuando el anillo de sustratos es hecho rotar de manera que el sustrato está en el campo magnético.

Description

Aparato de refrigeración magnética de sustrato rotativo.

Esta invención pertenece en general al campo de la refrigeración magnética y a un aparato de refrigeración regenerativa magnética activa.

La regeneración magnética activa combina un regenerador con un dispositivo que funciona basándose en el efecto magnetocalórico. El funcionamiento de los regeneradores magnéticos activos se describe en la patente U.S. Nº 4,332,135 de Barclay, et al. Se ha construido y probado un modelo experimental de un regenerador magnético activo y se describe en un artículo de A.J. DeGregoria, et al., "Resultados de pruebas de un refrigerador regenerativo magnético activo", Avances en la ingeniería criogénica, Vol. 37B, 1991. Se describe un modelo detallado del regenerador magnético activo en un artículo de A.J. DeGregoria, Avances en la ingeniería criogénica, Vol. 37B, 1991. Un regenerador magnético activo es un tipo de enfriador o bomba de calor que utiliza el efecto magnetocalórico. Los materiales que presentan el efecto magnetocalórico se calientan al magnetizarse y se enfrían al desmagnetizarse. En un dispositivo regenerador magnético activo (AMR) básico, un sustrato de material magnetocalórico que es poroso a un fluido de transferencia de calor se conecta a dos intercambiadores de calor, con un mecanismo para conseguir un flujo de fluido alternativo a través del sustrato de material magnetocalórico desde un intercambiador de calor al otro. También se proporciona un mecanismo para magnetizar y desmagnetizar el sustrato. Hay cuatro partes en un ciclo AMR: magnetización del sustrato, que calienta el material magnetocalórico y el fluido en el sustrato mediante el efecto magnetocalórico; flujo de fluido desde el lado frío al lado caliente a través del sustrato con liberación de calor a través de un intercambiador de lado caliente; desmagnetización del sustrato, que enfría el material magnetocalórico y el fluido en el sustrato; y flujo de fluido desde el lado caliente al lado frío a través del sustrato, absorbiendo el fluido enfriado calor en el lado frío del intercambiador de calor.

La patente US Nº 4,727,721 de Peschka et al., describe un mecanismo de refrigeración magnetocalórica en el que el material ferromagnético se dispone alrededor de un rotor para entrar y salir alternativamente de un campo magnético estacionario cuando el rotor gira. Un conducto de enfriamiento que incluye un medio de refrigeración que fluye a través de él se sitúa en un eje de rodamientos hueco del rotor, para que entre en contacto térmico con un gas de trabajo. El gas de trabajo está en un circuito que entra sucesivamente en contacto de intercambio térmico con el material ferromagnético.

Un dispositivo AMR magnetiza y calienta el sustrato antes de que el fluido fluya del lado frío al lado caliente, y luego desmagnetiza y enfría el sustrato antes de que fluya desde el lado caliente al lado frío. La aplicación del campo magnético al sustrato magnetizado crea un par de perfiles de temperatura y posición relativa en el sustrato, una cuando el sustrato es magnetizado y la otra cuando el sustrato es desmagnetizado. La diferencia entre los dos perfiles de sustrato en cualquier posición es el cambio de temperatura adiabática del material magnetocalórico cuando sufre el cambio en el campo magnético. Si el cambio de temperatura adiabática es lo suficientemente grande, el fluido que emerge del lado frío del sustrato puede tener una temperatura que es menor que la temperatura del depósito frío, dando como resultado un enfriamiento neto del depósito frío, en lugar de una fuga de calor desde el depósito caliente hacia el depósito frío, que sería el caso con un regenerador ordinario. Por supuesto, de acuerdo con las leyes de la termodinámica, se debe realizar trabajo en un proceso como este, ya que el calor fluye desde un depósito frío hacia un depósito caliente. En el caso de un AMR, el trabajo es efectuado por el mecanismo de accionamiento que mueve el imán y/o el sustrato uno con relación al otro o por un imán eléctricamente conmutado. Al utilizar los intercambiadores de calor tanto en el lado caliente como en el lado frío, se puede extraer calor del intercambiador de calor de lado frío a través del AMR y liberarlo mediante el intercambiador de calor de lado caliente. En la patente US 4,332,135 mencionada anteriormente se describe una estructura para conseguir esta transferencia.

Otra extensión de un regenerador magnético activo se muestra en la Patente US Nº 5,249,424 de DeGregoria, et al., en la que el flujo de fluido de transferencia de calor a través del sustrato no está equilibrado, de manera que fluye más fluido a través del sustrato desde el lado caliente hacia el lado frío del sustrato que desde el lado frío hacia el lado caliente. El exceso de fluido de transferencia de calor es desviado de vuelta hacia el lado caliente del sustrato, y se pueden utilizar múltiples etapas de regeneradores magnéticos activos. Según se describe en esta patente, los sustratos del regenerador se pueden mover entrando o saliendo del campo magnético bien de manera alternativa o bien los sustratos pueden montarse sobre una rueda giratoria.

Una de las desventajas de los regeneradores magnéticos activos es la ineficiencia que se produce debido a que el fluido de transferencia de calor en los regeneradores magnéticos activos alternativos va y viene entre lo(s) sustrato(s) del regenerador y los respectivos intercambiadores de calor caliente y frío. Debido a que el flujo de fluido no se produce en un único sentido entre los sustratos y los intercambiadores de calor, cierta cantidad del fluido de transferencia de calor está siempre en las líneas de conexión entre los sustratos y los intercambiadores de calor y nunca recorre el ciclo a través de los sustratos y los intercambiadores de calor. Este fluido de transferencia de calor atrapado, al que comúnmente se hace referencia como el "volumen muerto", es una fuente significativa de ineficiencia en regeneradores magnéticos activos previos. La patente US 5,934,078 de Lawton, Jr., et al. describe un aparato de refrigeración regenerativa magnética activa que reduce en gran medida el volumen muerto del fluido de transferencia de calor.

La invención está definida por las reivindicaciones.

De acuerdo con la presente invención, un aparato de refrigeración magnética de sustrato rotativo tiene sustratos regenerativos magnéticos dispuestos en un anillo que está montado de forma que rota alrededor de un eje central, de manera que cada sustrato entra y sale de un campo magnético creado por un imán al rotar el anillo. Cada sustrato tiene un extremo caliente y un extremo frío. El fluido de transferencia de calor es dirigido hacia y desde los sustratos regenerativos por una válvula de distribución que está conectada por medio de conductos a los extremos caliente y frío de los sustratos y que rota con el anillo de sustratos. La válvula de distribución tiene un miembro de válvula estacionario que está conectado a través de conductos a un intercambiador de calor caliente y a un intercambiador de calor frío. Una bomba conectada a los conductos impulsa el fluido de transferencia de calor para que circule por los conductos a través de los intercambiadores de calor caliente y frío, la válvula de distribución y los sustratos regenerativos magnéticos. Cada uno de los sustratos incluye material magnetocalórico que es poroso y que permite que el fluido de transferencia de calor fluya a través de ellos. La válvula de distribución dirige el fluido de transferencia de calor hacia el extremo caliente de un sustrato que está fuera del campo magnético, de forma que el fluido de transferencia de calor fluye circularmente a través del sustrato hacia su extremo frío, desde donde es dirigido de nuevo a la válvula de distribución. Cuando un sustrato está en el campo magnético, la válvula de distribución dirige el fluido hacia el extremo frío del sustrato para que fluya a través del mismo circularmente hacia el extremo caliente, donde el fluido es dirigido de nuevo a la válvula de distribución, completando un ciclo completo de un regenerador magnético activo. Durante cada revolución completa del anillo de sustratos regenerativos, el fluido que fluye a través de cada conducto fluye sólo en un único sentido o permanece estacionario durante una porción del ciclo, minimizando el volumen muerto en los conductos y mejorando así la eficiencia.

Se puede utilizar una válvula de distribución que comprende un miembro de válvula estacionario interno y un miembro de válvula rotativo externo que está montada para girar alrededor de un eje central acoplado al miembro de válvula estacionario. En una válvula de distribución rotativa preferida, el miembro de válvula estacionario tiene dos cámaras de fluido frío y dos cámaras de fluido caliente, y el miembro de válvula rotativo tiene primeros orificios de fluido frío en el mismo que, al rotar el miembro de válvula rotativo, entran sucesivamente en comunicación con la primera cámara de fluido frío, y segundos orificios de fluido frío que, al rotar el miembro de válvula rotativo, entran sucesivamente en comunicación con la segunda cámara de fluido frío. El miembro de válvula rotativo incluye además primeros orificios de fluido caliente que, al rotar el miembro de válvula rotativo, entran sucesivamente en comunicación con la primera cámara de fluido caliente, y segundos orificios de fluido caliente que, al rotar el miembro de válvula rotativo, entran sucesivamente en comunicación con la segunda cámara de fluido caliente. Se forman canales en el miembro de válvula estacionario que se extienden desde dos aberturas de fluido caliente hasta las primera y segunda cámaras de fluido caliente, y desde dos aberturas de fluido frío hasta las primera y segunda cámaras de fluido frío. Se extienden entonces conductos desde los orificios de entrada fría de los sustratos en los extremos fríos de los mismos hasta los orificios en el miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la primera de las cámaras de fluido frío. También se extienden conductos desde los orificios de salida fría de los sustratos hasta los orificios en el miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la segunda de las cámaras de fluido frío. También se extienden conductos desde los orificios de salida caliente de los sustratos en los extremos calientes de los sustratos hasta los orificios en el miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación la primera de las cámaras de fluido caliente así como se extienden conductos desde los orificios de entrada caliente de los sustratos hasta los orificios del miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la segunda de las cámaras de fluido caliente. El miembro de válvula rotativo está conectado mediante los conductos a los sustratos en el anillo de sustratos y rota con el anillo. Por tanto, toda la conmutación del flujo de fluido se produce en la válvula de distribución rotativa central en lugar de en válvulas acopladas al anillo. Las juntas requeridas para la válvula de distribución rotativa central son eficientes y mucho más simples que las juntas que se requerirían para acoplarse a los orificios en los sustratos, permitiendo un diseño de las juntas simplificado, un menor desgaste de las juntas y unas pérdidas mecánicas minimizadas en la válvula de distribución.

La válvula de distribución también se puede formar con dos discos con caras planas que se acoplan fuertemente uno al otro. Uno de los discos es un miembro de válvula estacionario y el otro es un miembro de válvula rotativo montado para rotar. Los dos discos tienen orificios que sucesivamente se comunican y dejan de comunicarse para dirigir el flujo de fluido hacia los conductos apropiados que se extienden desde el disco rotativo hasta el extremo caliente y el extremo frío de cada sustrato de refrigeración magnética. El disco estacionario de la válvula de distribución está conectado mediante conductos al intercambiador de calor caliente y al intercambiador de calor frío, y se distribuye el flujo de fluido por medio de los discos de la válvula de distribución del mismo modo que se ha descrito anteriormente para la válvula de distribución que tiene un miembro de válvula estacionario interno y un miembro de válvula rotativo externo.

Debido a que se puede accionar el anillo a una velocidad constante en un movimiento circular, se puede obtener una mayor eficiencia mecánica que en sistemas de movimiento alternativo. Además, se pueden minimizar los efectos inerciales reduciendo la masa de los componentes rotativos. Preferiblemente, los múltiples sustratos que forman el anillo se disponen de manera que los extremos calientes de sustratos adyacentes son adyacentes entre sí, y los extremos fríos de sustratos adyacentes son adyacentes entre sí, para minimizar las diferencias de temperatura entre sustratos adyacentes y minimizar de este modo las fugas térmicas entre sustratos. Preferiblemente, los extremos calientes de sustratos adyacentes están separados por un separador impermeable al flujo. También se pueden usar separadores en los extremos fríos de sustratos adyacentes, pero no son necesarios, y en un diseño preferido los extremos fríos de sustratos adyacentes están abiertos y se comunican unos con otros.

\newpage

Otros objetivos, características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es una vista esquemática simplificada del aparato de refrigeración magnética de la presente invención.

La Fig. 2 es una vista superior simplificada del anillo de sustratos regenerativos magnéticos de acuerdo con la invención que muestra, de forma simplificada, la disposición de los conductos que se extienden desde la válvula de distribución hasta los orificios en los extremos calientes y los extremos fríos de los sustratos regenerativos.

La Fig. 3 es una vista esquemática que ilustra el patrón de flujo de fluido de transferencia de calor a través de los componentes del aparato en una primera posición del anillo de sustratos regenerativos.

La Fig. 4 es una vista esquemática como la de la Fig. 3 que muestra el flujo de fluido con el anillo de sustratos en una segunda posición desplazada.

La Fig. 5 es una vista esquemática como la de la Fig. 3 que muestra el flujo de fluido con el anillo de sustratos en otra posición desplazada.

La Fig. 6 es una vista de una sección transversal parcial de una implementación preferida de un aparato de refrigeración magnética de sustrato rotativo de acuerdo con la invención.

La Fig. 7 es una vista en sección transversal a través de la válvula de distribución de la Fig. 6.

La Fig. 8 es una vista en sección transversal a través de la válvula de distribución tomada generalmente a lo largo de las líneas 8-8 de la Fig. 7.

La Fig. 9 es una vista en sección transversal a través de la válvula de distribución tomada generalmente a lo largo de las líneas 9-9 de la Fig. 7.

La Fig. 10 es una vista en sección transversal a través de la válvula de distribución tomada generalmente a lo largo de las líneas 10-10 de la Fig. 7.

La Fig. 11 es una vista en sección transversal a través de la válvula de distribución tomada generalmente a lo largo de las líneas 11-11 de la Fig. 7.

La Fig. 12 es una vista de unos discos que se pueden utilizar en otra disposición de la válvula de distribución.

Las Figs. 13 y 14 son vistas de discos alternativos para su uso en una válvula de distribución.

La Fig. 15 es una vista de alzado de un conjunto de montaje para una válvula de distribución utilizando los discos de la Fig. 12.

La Fig. 16 es una vista en sección transversal a través del conjunto de montaje de la Fig. 15.

La Fig. 17 es una vista en sección transversal de un imán en forma de C preferido.

El aparato de refrigeración magnética de sustrato rotativo de acuerdo con la invención lleva a cabo el movimiento mecánico de las partes móviles del aparato con un movimiento circular continuo, proporcionando una excelente eficiencia mecánica. Las fuerzas sobre las partes del aparato están bien equilibradas, y la fuerza de accionamiento neta es principalmente la necesaria para accionar el proceso de refrigeración. El funcionamiento regenerativo es proporcionado por un flujo alternativo de fluido de transferencia de calor a los sustratos de material magnetocalórico. Se obtiene un flujo unidireccional de fluido de transferencia de calor a través de intercambiadores de calor y conductos, minimizando así los efectos de volumen muerto en los intercambiadores de calor o en los conductos entre los materiales activos y los intercambiadores de calor. La válvula puede tener un diseño simple, está expuesta a un desgaste mínimo, y genera una mínima carga de fricción sobre la máquina. Además, se pueden minimizar los efectos inerciales reduciendo la masa de los componentes rotativos del sustrato regenerativo, y se reduce las fugas térmicas agrupando juntos sustratos que tienen temperaturas similares y proporcionando una separación espacial entre sustratos a temperaturas claramente diferentes. La invención también proporciona un flujo simultáneo de fluido de transferencia de calor a través de múltiples sustratos regenerativos.

Con el objetivo de ilustrar los principios de la invención, se muestra un aparato de refrigeración magnética de sustrato rotativo de acuerdo con la invención en general como 20 en la Fig. 1 de una forma esquemática simplificada. El aparato 20 incluye un anillo 21 circular formado por una pluralidad de sustratos 22 regenerativos, incluyendo cada uno material que presenta el efecto magnetocalórico y que es poroso para permitir el flujo de fluido de transferencia de calor a través del material. El anillo 21 se monta de modo que puede rotar alrededor de un eje 23 central. Se sitúa una válvula 24 de distribución central en el eje 23 central e incluye un miembro 25 de válvula estacionario interno y un miembro 26 de válvula rotativo externo. Un conjunto de conductos 27 rotativos para el fluido de transferencia de calor se extiende desde el miembro 26 de válvula externo hasta la conexión con el anillo 21 de sustratos 22 regenerativos. El conjunto de conductos 27 se muestran extendiéndose desde la válvula 24 de distribución rotativa hasta el anillo 21 por motivos ilustrativos, aunque se entiende que pueden estar dirigidos de otros modos (como también se describe más abajo), y pueden o no utilizarse para proporcionar apoyo físico al anillo 21 por el cual está montado para la rotar alrededor del eje 23.

Se forma un imán 29 para que tenga una sección entre las placas 30 de extremo en la que un campo magnético se extiende a través de una porción, pero no toda, de la circunferencia del anillo 21, situando así algunos de los sustratos individuales dentro del anillo 21 dentro del campo magnético del imán 29, mientras que otros sustratos 22 están fuera del campo magnético. Al girar el anillo 21 alrededor del eje 23, los sustratos 22 individuales dentro del anillo 21 se moverán progresivamente entrando, pasando, y luego saliendo del campo magnético creado por el imán 29. Cuando los sustratos 22 están en el campo magnético del imán 29, el material magnetocalórico de los sustratos aumentará su temperatura, y se podrá hacer pasar fluido de transferencia de calor más frío a través ellos para extraer calor del material magnetocalórico. Cuando los sustratos 22 salen del campo magnético, disminuye su temperatura, y se podrá hacer pasar fluido de transferencia de calor más caliente a través de los sustratos para extraer calor del fluido de transferencia de calor hacia el material magnetocalórico de los sustratos. Los sustratos 22 se disponen preferiblemente de forma que se mantiene un gradiente térmico a través del material magnetocalórico poroso circunferencialmente a través de los sustratos, desde un extremo "caliente" hasta un extremo "frío", haciendo que el fluido de transferencia de calor más frío fluya desde el extremo frío al extremo caliente de cada sustrato cuando los sustratos están dentro del campo magnético del imán 29, y haciendo que el fluido de transferencia de calor más caliente fluya desde el extremo caliente del sustrato al extremo frío del sustrato cuando los sustratos están fuera del campo magnético del imán 29. Los conductos 27 se conectan desde la válvula 24 de distribución rotativa a los extremos caliente y frío de cada sustrato para permitir que se produzca dicho flujo.

La válvula 24 funciona recibiendo el fluido de transferencia de calor caliente que sale a través de uno o más de los sustratos que están dentro del campo magnético a través de uno o más de los conductos en el conjunto 27, y dirigiendo el fluido desde el miembro 25 de válvula estacionario en un conducto 31 a través de una bomba 33 hasta un intercambiador 34 de calor caliente que transfiere el calor en el fluido al ambiente o a otro sumidero de calor. El fluido enfriado que sale del intercambiador 34 de calor caliente pasa a través de un conducto 35 de vuelta a un orificio en el miembro 25 de válvula estacionario. Este fluido es entonces dirigido a través de uno o más de los conductos 27 al extremo frío de uno o más de los sustratos 22 que se encuentran fuera del campo magnético, donde el fluido disminuye su temperatura al pasar a través del sustrato enfriado. El fluido enfriado es dirigido entonces de vuelta al miembro 26 de válvula rotativo de la válvula 24 a través de los conductos 27, y el fluido enfriado sale del miembro 25 de válvula estacionario a través de un conducto 37 hacia un intercambiador 38 de calor frío que transfiere calor desde el volumen a enfriar (por ejemplo, el interior de un refrigerador) al fluido de transferencia de calor. El fluido de transferencia de calor calentado sale entonces del intercambiador 38 de calor frío a través de un conducto 39 de vuelta a la válvula 24, que lo dirige a través de uno o más de los conductos 27 al extremo frío de uno o más de los sustratos 22 que se encuentran dentro del campo magnético impuesto por el imán 29. El fluido calentado sale del extremo caliente del sustrato a través de uno de los conductos 27, que dirige el fluido de vuelta a la válvula 24 de distribución, de la cual pasa a través del conducto 31 a la bomba 33 para completar el ciclo. A medida que gira el anillo 21, la válvula 24 de distribución rotativa conmuta el flujo a los conductos 27 para mantener el sentido de flujo apropiado hacia los sustratos 22 regenerativos mientras se mueven entrando y saliendo del campo magnético del imán 29.

Aunque el diagrama de la Fig. 1 está simplificado por motivos de ilustración, se puede observar que los conductos del conjunto de conductos 27 están fijados a los sustratos 22 regenerativos y rotan con el anillo 21 de sustratos regenerativos. Por tanto, se observa que no es necesario contacto deslizante entre los conductos 27 y los sustratos regenerativos en la posición del anillo 21. Además, el conjunto de conductos 27 también está conectado de manera fija al miembro 26 de válvula rotativo, que rota con el anillo 21. Además, el flujo por los conductos 27 es unidireccional; es decir, el fluido está bien fluyendo en un único sentido a través de cada uno de los conductos del conjunto 27 cuando ese conducto es conectado para transmitir el fluido de transferencia de calor a través de un sustrato regenerativo, o bien no se produce ningún flujo a través del conducto 27, de manera que el fluido de transferencia de calor en el conducto permanece ahí hasta que el sustrato al cual es conectado alcanza una posición diferente. Además, el flujo de fluido de transferencia de calor a través de los conductos 31 y 35 externos, la bomba 33, y el intercambiador 34 de calor caliente, es en un único sentido, y el flujo de fluido de transferencia de calor a través de los conductos 37 y 39 externos y el intercambiador 38 de calor frío también es en un único sentido, y el fluido fluye continuamente a través de estos elementos. Por tanto, se minimiza el volumen muerto de fluido de transferencia de calor.

La Fig. 2 ilustra esquemáticamente el modo en que se pueden conectar los conductos 27 de transferencia de calor a los extremos calientes y a los extremos fríos de los sustratos 22. El anillo 21 de la Fig. 2 incluye, para este ejemplo, seis sustratos 22, que están marcados como 1-6. Se podrían utilizar otros números de sustratos con un conducto análogo. Cada sustrato tiene un extremo caliente, designado con la letra "h" y un extremo frío, designado por la letra "c". Como se ilustra en la Fig. 2, cada uno de los sustratos 22 tiene dos orificios de extremo caliente, es decir, los orificios h1 para el sustrato 1, h2 para el sustrato 2, h3 para el sustrato 3, h4 para el sustrato 4, h5 para el sustrato 5, y h6 para el sustrato 6. Uno de los orificios sirve como un orificio de entrada de extremo caliente y está conectado a uno de los conductos del conjunto 27 que se designa como 27hi. El otro de los orificios en el extremo caliente funciona como un orificio de salida y está conectado a uno de los conductos designado como 27ho en la Fig. 2. Preferiblemente, hay un número par de sustratos, teniendo cada uno de los sustratos 22 un extremo caliente que es adyacente al extremo caliente del sustrato adyacente. Es más fácil montar el soporte estructural para el anillo 21 de sustratos y la sección caliente de la válvula a los extremos calientes de los sustratos. Los extremos calientes de cada sustrato están separados por separadores 40, de forma que no fluye ningún fluido de transferencia de calor entre sustratos adyacentes en sus extremos calientes. Los extremos fríos de los sustratos son, por tanto, adyacentes también unos a otros, y podrían tener disposiciones de orificios similares a las de los lados de los sustratos. Sin embargo, las conexiones de los conductos se pueden simplificar, como se muestra en la Fig. 2, si tienen un único orificio de entrada y un único orificio de salida en la posición en la que se encuentran los extremos fríos de sustratos 22 adyacentes. Se conecta un único conducto, marcado como 27ci, al orificio de entrada en los extremos fríos de sustratos adyacentes, y se conecta un conducto, designado como 27co en la Fig. 2, al orificio de salida de extremo frío en una posición entre los extremos fríos de los sustratos 22 adyacentes. Para permitir una distribución uniforme del fluido de transferencia de calor a través de los sustratos en los extremos fríos, se puede formar entre sustratos adyacentes un espacio de distribución definido por las líneas de puntos marcadas como 41 en la Fig. 2. Es mejor montar el soporte estructural para la sección fría de la válvula a los extremos fríos de los sustratos.

Se puede añadir material de manejo de fluidos convencional a las secciones externas del circuito de fluido para mejorar la fiabilidad. Por ejemplo, se podrían añadir un acumulador de fluido y un filtro al circuito de flujo después de la bomba 33 para proteger la válvula y los sustratos magnetocalóricos contra picos de presión y contaminación.

Los pares de conductos 27 de entrada y salida que emergen de la válvula se pueden unir a un único pasaje que termina en el anillo 21 de sustratos. La unión se puede realizar mediante un conector en Y. Por ejemplo, haciendo referencia a la Fig. 2, los pares de conductos 27ho, 27hi de entrada y salida se pueden unir mediante un conector en Y y terminar en un único orificio de entrada/salida en cada sustrato, y similarmente para los conductos 27co, 27ci. El flujo en el pasaje entre el conector en Y y el sustrato es bidireccional, y por tanto tiene la desventaja de convertirse en volumen muerto de flujo. Sin embargo, orificios de entrada/salida combinados en el sustrato tienen las ventajas de ocupar menos espacio, y son menos susceptibles de obstruirse y pueden tener menores fugas de calor.

Las Figs. 3-5 ilustran los patrones de flujo a través de los conductos rotativos y estacionarios, la válvula 24 de distribución rotativa y los sustratos 22 regenerativos al rotar el anillo 21 de sustratos. Por motivos de ilustración, se muestra la posición del imán 29 con líneas discontinuas en varias posiciones en estas figuras con respecto del anillo 21, aunque se entiende que es el anillo el que se mueve en el sentido opuesto a las agujas del reloj con respecto del imán, en lugar de moverse el imán en el sentido de las agujas del reloj con respecto del anillo. En cada una de estas figuras, los conductos a través de los cuales está fluyendo el fluido se muestran con líneas gruesas y los conductos a través de los cuales el fluido no está fluyendo se muestran con líneas finas. De modo similar, las conexiones en la válvula 24 que permiten el flujo de fluido entre conductos se ilustran mediante las áreas sombreadas de oscuro, mientras que las áreas claras de la válvula indican que el flujo de fluido hacia o desde los conductos conectados a tales áreas está bloqueado por la válvula. Hay cuatro secciones de la válvula 24, que se designan 24ho, 24hi, 24ci, y 24co en las
Figs. 3-5.

En el instante ilustrado en la Fig. 3, todo el sustrato 1 y la mayoría del sustrato 6 están dentro del campo magnético del imán 29. El fluido de transferencia de calor fluye desde el extremo caliente del intercambiador 38 de calor a través del conducto 39, de ahí a una cámara de fluido frío de la sección 24ci de válvula, y de ahí a través de los dos conductos 27ci que conectan los orificios ci de entrada de extremo frío del sustrato 1 y del sustrato 6. El fluido de transferencia de calor fluye a través del sustrato 1 circunferencialmente desde el extremo frío del sustrato hacia el extremo caliente del sustrato y sale por el orificio ho de extremo caliente hacia el conducto 27ho, que lleva de vuelta a la sección 24ho de válvula de salida caliente de la válvula 24 en un orificio H1. La cámara de salida caliente de la sección 24ho de válvula dentro de la cual fluye el fluido también recibe fluido de transferencia de calor a través de un conducto 27ho desde el orificio ho de salida caliente del sustrato 6, que se está moviendo, saliendo del campo magnético del imán 29. El fluido de transferencia de calor caliente de las líneas 27ho, que es recibido por la sección 24ho de válvula de salida caliente, es entonces transferido al conducto 31 de salida (estacionario) y de ahí a través de la bomba 33 hacia el intercambiador 34 de calor caliente, donde se descarga calor del fluido, enfriándolo. El fluido enfriado entonces fluye a través del conducto 35 hasta una sección 24hi de válvula de entrada caliente de la válvula 24, donde es distribuido entrando en una cámara de fluido caliente que se muestra como una sección oscurecida en la Fig. 3. El fluido enfriado fluye, saliendo de la válvula 24 y entrando en los dos conductos 27hi que llevan al orificio hi de entrada de extremo caliente del sustrato 3 y el orificio hi de entrada de extremo caliente del sustrato 4. Los sustratos 3 y 4 están ambos fuera del campo magnético, y por tanto están fríos. El fluido de transferencia de calor fluye desde los orificios hi de entrada en el extremo caliente de estos dos sustratos a través del material magnetocalórico en los sustratos hasta los extremos fríos de los sustratos, de donde sale a través del orificio co de salida al conducto 27co. El fluido fluye entonces a través de la sección 24co de válvula de salida fría hacia el conducto 31 estacionario y por tanto hacia el intercambiador 38 de calor frío.

La Fig. 4 muestra los patrones de flujo donde la posición relativa del imán 29 con respecto del anillo 21 ha cambiado, de manera que el campo magnético del imán 29 está completamente sobre los sustratos 1 y 2, y el sustrato 6 está fuera del campo magnético. La sección 24ho de válvula se ha movido de manera que ahora bloquea el flujo en el conducto 27ho que lleva desde el orificio ho de salida del sustrato 6, y la sección 24ci de válvula se ha movido de forma que ahora bloquea el flujo en el conducto 27ci que lleva al orificio ci de entrada de extremo frío del sustrato 6. Además, la sección 24hi de válvula se ha movido para bloquear ahora el flujo en el conducto 27hi que lleva al orificio hi de entrada del sustrato 3 de manera que ahora no fluye ningún fluido a través del sustrato 3. Por tanto, los sustratos 3 y 6, que no están completamente dentro o completamente fuera del campo magnético, no tienen ningún flujo a través de ellos, mientras que los sustratos 1 y 2, que están dentro del campo magnético, tienen fluido que fluye a través de ellos que va hacia el intercambiador 34 de calor caliente y los sustratos 4 y 5, que están completamente fuera del campo magnético (y por tanto a una temperatura menor), tienen fluido que fluye a través de ellos que va hacia el intercambiador 38 de calor frío.

La Fig. 5 muestra la otra posición relativa desplazada del anillo 21 con respecto del imán 29, en la que todo el sustrato 2 y la mayoría del sustrato 3 están en el campo magnético. La sección 24ci de válvula se ha movido ahora a una posición en la que los conductos 27ci que llevan a los orificios de entrada de extremo frío de los sustratos 2 y 3 suministran fluido a esos sustratos, y la sección 24ho de válvula se ha movido para proporcionar flujo desde los orificios ho de salida de los sustratos 2 y 3 a través del conducto 27ho. El fluido que fluye a través de los sustratos 2 y 3 fluye entonces a través de la sección 24ho de válvula hacia el conducto 31 de salida, la bomba 33, y de ahí al intercambiador 34 de calor caliente. La sección 24hi de válvula se ha movido ahora para proporcionar flujo de fluido a través del conducto 27hi a los orificios hi de entrada de extremo caliente de los sustratos 5 y 6 (que están ahora completamente fuera del campo magnético y por tanto enfriados), y la sección 24co de válvula se ha movido a una posición en la que proporciona flujo a través del conducto 27co desde el orificio co de salida de extremo frío de los sustratos 5 y 6, a través de la sección 24co de válvula al conducto 37 y por tanto al intercambiador 38 de calor frío.

El patrón anterior de flujo de fluido de transferencia de calor se repite al completar la posición relativa del anillo 21 de sustratos con respecto del campo magnético del imán 29 una revolución completa del anillo 21. Se observa que el flujo de fluido a través de cada uno de los sustratos se produce desde el extremo frío hacia el extremo caliente del sustrato cuando el sustrato está dentro del campo magnético del imán 29, y el flujo se produce desde el extremo caliente hacia el extremo frío del sustrato cuando el sustrato está fuera del campo magnético. Por tanto, el gradiente de temperatura del material magnetocalórico dentro de los sustratos se mantendrá cuando los sustratos rotan entrando y saliendo del campo magnético. El sentido del flujo en cada uno de los conductos 27 permanece unidireccional, de manera que no hay flujo de retorno de fluido de transferencia de calor en ningún momento. En ciertas posiciones de la válvula 24, en algunos de los conductos (como se muestra mediante las líneas finas de las Figs. 3-5) el fluido de transferencia de calor permanecerá estacionario (pero no se invertirá el sentido del flujo) hasta una posición posterior de la válvula 24.

La Fig. 6 ilustra una estructura mecánica ejemplar para la implementación del aparato 20 de refrigeración. Para el ejemplo, el imán 29 puede estar formado con el anillo 21 extendiéndose a través de una abertura 50 en medio del imán 29 en la que se concentra el flujo. Una ranura 51 en el imán 29 que lleva a la abertura 50 permite el paso a través de ella de un miembro 53 de soporte que también se puede formar hueco para que funcione como parte de un conducto 27. Los soportes 53 se extienden hasta una plataforma 55 de montaje, que está montada mediante un rodamiento 56 que permite la rotación a un núcleo 57. Los conductos 27 se extienden hasta la porción 26 rotativa externa de la válvula 24 de distribución. La porción 25 estacionaria de la válvula 24 está montada al núcleo 57, mientras que la porción 26 rotativa está montada para rotar mediante los rodamientos 59 al núcleo 57. Como se ilustra en la Fig. 6, los conductos 31A, 35A, 37A y 39A estacionarios están conectados al miembro 25 de válvula estacionario. Un motor 60 está conectado mediante el engranaje 61 a la bomba 33 de forma que acciona la bomba, y también está conectado de forma que acciona la plataforma 55 de montaje y el miembro 26 de válvula rotativo conectado a la misma de manera que puede rotar. Como se ilustra en la Fig. 6, el intercambiador 34 de calor caliente puede incluir un ventilador 62 conectado para inyectar aire a través de los elementos de intercambio de calor para mejorar la eficiencia del intercambio de calor.

La Fig. 7 ilustra con mayor detalle la sección transversal axial a través de la válvula 24, y las Figs. 8-11 son secciones transversales perpendiculares al eje a los niveles de varias secciones 24ho, 24hi, 24ci, 24co de la válvula. Como se ilustra en la Fig. 7, la porción 25 estacionaria de la válvula se forma preferiblemente con una forma que se va estrechando y es recibida en un hueco interior de la sección 26 de válvula rotativa, que también se estrecha para ajustarse al estrechamiento del miembro estacionario, permitiendo que el miembro 26 rotativo encaje cómodamente sobre el miembro 25 estacionario. Un muelle 65 aplica presión entre el miembro 26 de válvula externo y el miembro 25 estacionario a través de los rodamientos 66 con el casquillo 67. Los miembros 25 y 26 de válvula pueden estar formados de un material adecuado, como varios plásticos, incluyendo los productos comerciales Nylatron GS y Teflón, que proporcionan un ajuste estrecho entre los miembros de válvula interno y externo para bloquear el flujo de fluido, pero con una resistencia y pérdidas por fricción relativamente bajas cuando el miembro 26 de válvula externo rota con respecto del miembro 25 de válvula estacionario.

La sección 24ho (Fig. 8) de válvula de salida caliente tiene una cámara 71 de fluido caliente formada en la misma que está en comunicación con un canal 31A formado en el miembro de válvula estacionario que conecta, a través de una abertura de fluido caliente, con el conducto 31. La sección 24hi de válvula de entrada caliente tiene una cámara 70 de fluido caliente formada en la misma con la cual está en comunicación un canal 35A en el miembro 25 de válvula, a través de una abertura de fluido caliente en la sección de válvula estacionaria, para conectar al conducto 35 (Fig. 9). La sección 24ci de válvula de entrada fría tiene una cámara 75 de fluido frío formada en la misma que está en comunicación con un canal 39A formado en el miembro 25 de válvula estacionario que tiene una abertura de fluido frío a la cual se puede conectar (Fig. 10) el conducto 39, y la sección 24co de válvula de salida fría tiene una cámara 74 de fluido frío en la misma que está en comunicación con un canal 37A en el miembro 25 de válvula estacionario que tiene una abertura de fluido frío a la cual se puede conectar (Fig. 11) el conducto 37. Como se muestra en la Fig. 6, las aberturas de fluido frío miran axialmente hacia un extremo (el extremo superior según se muestra) de la válvula, y las aberturas de fluido caliente miran axialmente hacia el otro extremo (el extremo inferior según se muestra).

\newpage

Al rotar el miembro 26 de válvula externo con respecto del miembro 25 estacionario interno, los seis orificios (H1-H6) en cada una de las secciones 24ho y 24hi de válvula que están conectados a los conductos 27hi y 27ho, respectivamente, se comunican y dejan de comunicarse con las cámaras 70 y 71 de fluido caliente. De modo similar, al rotar la válvula, los orificios C1-2, C3-4 y C5-6 de fluido frío de cada una de las secciones 24ci y 24co de válvula, a las que están conectados los conductos 27ci y 27co, respectivamente, se comunican con las cámaras 75 y 74 de fluido frío, respectivamente.

La válvula 24 se puede dividir en múltiples secciones que efectúan las mismas funciones que la válvula combinada ya descrita. Por ejemplo, se pueden reducir las fugas de calor de la parte caliente a la fría dividiendo la válvula en una sección caliente que incluye las funciones de las secciones 24ho y 24hi, y una sección fría que incluye las funciones de las secciones 24co y 24ci.

Una configuración alternativa de la válvula 24 es una válvula de disco. La válvula de disco, una vez más, sirve para dos propósitos. Transfiere cuatro corrientes de flujo unidireccional diferentes entre las porciones estacionaria y rotativa del aparato. También lleva a cabo la función de conmutación, dirigiendo el flujo apropiado hacia/desde los sustratos apropiados en los momentos correctos.

La Fig. 12 ilustra una realización de una válvula de disco, que tiene dos discos 80, 81 planos y suaves. El primer disco 80 tiene formados orificios con forma de ranuras 82, 83, 84, 85 arqueadas en diferentes radios y está fijado a la porción estacionaria del aparato con su eje central coaxial con el eje 23 de rotación del aparato. Cada una de las ranuras corresponde a un flujo diferente que debe ser transferido hacia/desde la porción estacionaria hacia/desde la porción rotativa del aparato, y el orificio de cada ranura está conectado a uno de los conductos 31, 35, 37 y 39. En una configuración de seis sustratos y un imán preferida, las ranuras 82 y 83 son opuestas una a la otra y se extienden 180 grados en arco y llevan el flujo hacia/desde el intercambiador de calor frío, y las ranuras 84 y 85 son opuestas una a la otra y se extienden 120 grados en arco y transportan el flujo hacia/desde el intercambiador de calor caliente. El segundo disco 81 tiene conjuntos de orificios formados como aberturas 87, 88 circulares en diferentes radios que se comunican y dejan de comunicarse con las ranuras 82, 83, 84, 85 de los orificios en el disco 80 estacionario cuando los dos discos rotan uno con respecto al otro. Los orificios 87, 88 están conectados a los conductos 27 rotativos. En una configuración de seis sustratos de un imán preferida, los orificios están uniformemente separados alrededor del círculo, y los orificios 87 están desplazados 30 grados con respecto de los orificios 88. El segundo disco 81 está unido a la porción rotativa del aparato, una vez más con su eje central coaxial con el eje 23 de rotación del aparato. La superficie 90 plana del disco 80 y la cara 91 plana del disco 81 encajan y están fuertemente acopladas para formar una junta dinámica. Los dos discos 80 y 81 se pueden apretar uno contra otro por medio de un muelle, como se describe más abajo, para asegurar la presión de contacto correcta y corregir cualquier desalineación.

Las Figs. 15 y 16 ilustran un conjunto 105 de montaje para el disco 80 de válvula estacionaria. El conjunto 105 de montaje aplica una fuerza de sellado para mantener los discos 80 y 81 uno contra el otro, evita que el disco 80 estacionario gire, y acomoda las desalineaciones entre los discos 80 y 81 estacionario y rotativo. Un muelle 107 helicoidal combinado con tubos 108 y 109 telescópicos fuerza el disco 80 estacionario contra el disco 81 rotativo, resistiendo la presión interna del fluido que tiende a separar los discos. Un pasador 111 que está fijado al tubo 109 interno y desliza en una ranura 113 orientada axialmente en el tubo 108 externo resiste el par de fricción aplicado por el disco rotativo y evita que el disco 80 estacionario gire. El disco 80 está montado con un placa 115 de apoyo, un elemento 116 elástico (por ejemplo, un anillo de goma o plástico) y un asiento 117 de válvula, sirviendo el elemento 116 elástico para acomodar ligeras desalineaciones o "excentricidades" entre los dos discos, manteniendo las dos superficies complementarias completamente en contacto. También se pueden usar otras implementaciones de una unión en U para conseguir el propósito arriba mencionado. Se introducen cuatro corrientes de fluido a través de los conductos 31, 35, 37 y 39 que pasan a través del tubo interno y del muelle. El montaje 105 se fija a una placa 119 de montaje, y el muelle 107 se mantiene en un tubo 121 roscado mediante una pieza 120 de ajuste roscada. El disco 81 de válvula rotativo está montado de manera rígida a la porción rotativa (no mostrada) del aparato.

Las Figs. 13 y 14 ilustran una variación donde se utilizan dos válvulas de disco diferentes compuestas por un par de discos 93 y 94 y un par de discos 95 y 96. Los discos tienen ranuras 101 y 102 de orificio y orificios 103 que funcionan del mismo modo descrito arriba con respecto a los discos 80 y 81. El primer par 93 y 94 de válvula de disco está situado en un extremo axial del aparato entre las porciones rotativa y estacionaria, mientras que el segundo par 95 y 96 de válvula está situado en el extremo opuesto entre las porciones rotativa y estacionaria. Los cuatro discos individuales están situados de manera que el eje de rotación es normal a sus superficies y pasa a través de sus centros, de manera que los discos rotan coaxialmente con el eje 23 de rotación del aparato. Los pares 93, 94 de válvula y los pares 95, 96 de válvula transfieren cada uno dos corrientes de flujo diferentes entre las porciones estacionaria y rotativa del aparato. La ventaja de utilizar dos válvulas de disco diferentes es permitir la separación térmica entre las porciones caliente y fría del aparato, y una posible reducción de los costes de producción para las superficies de la cara del disco pequeño plano.

Los discos 80, 81, 93, 94, 95, 96 pueden estar hechos de varios materiales, incluyendo cerámica o compuesto de carbono-grafito. No es necesario que los pares complementarios estén hechos de los mismos materiales.

El material magnetocalórico particular elegido para llenar los sustratos 22 dependerá del rango de temperaturas de funcionamiento del aparato y del campo magnético del imán 29. El material puede estar formado como pequeños gránulos compactados juntos que dejan intersticios a través de los cuales puede pasar el fluido de transferencia de calor. Para funcionar a una temperatura ambiente o cercana a ella, un tipo de material magnetocalórico adecuado es el gadolinio, y un fluido de transferencia de calor adecuado es el agua o agua mezclada con anticongelante. La construcción de los sustratos y los materiales para los diferentes componentes se pueden utilizar según se describe en la patente anteriormente mencionada US 5,934,078, cuya descripción se incorpora al presente documento como referencia. Se puede añadir aislamiento térmico a la pared del sustrato, y en una realización preferida, un aislante de espuma rígida forma la pared interna del sustrato. El imán 29 puede comprender un imán permanente como un anillo dipolar magnético con una ranura cortada en el imán. Se puede utilizar un imán 29 con una sección transversal en forma de C con una pieza 125 de imán permanente y dos piezas 131 y 132 de polo concentradoras del flujo, como se muestra en la Fig. 17. En una configuración de seis sustratos y un imán, el imán se extiende a lo largo de un arco de 120 grados. Además, se pueden utilizar otros tipos de imanes, incluyendo electroimanes e imanes superconductores criogénicamente refrigerados. Ejemplos de éstos se describen en la patente anteriormente mencionada 5,934,078 y en la patente 5,249,424, la descripción de la cual también se incorpora al presente documento como referencia.

Se entiende que la invención no está confinada a las realizaciones particulares descritas en el presente documento como ilustrativas, sino que abarca cualquier forma de las mismas que esté dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.

Claims (23)

1. Un procedimiento para proporcionar enfriamiento regenerativo de un fluido de transferencia de calor, que comprende las operaciones de:

(a)

proporcionar un anillo (21) de un número par de sustratos (22) regenerativos magnéticos, incluyendo cada sustrato material que presenta el efecto magnetocalórico, que es poroso y permite el flujo de fluido de transferencia de calor a través de tal material magnetocalórico, teniendo cada sustrato un extremo caliente y un extremo frío, estando dispuestos los sustratos según un anillo circular con el extremo frío de cada sustrato adyacente al extremo frío de un sustrato adyacente y el extremo caliente de cada sustrato adyacente al extremo caliente de un sustrato adyacente;

(b)

hacer rotar el anillo de sustratos regenerativos a través de un campo magnético para aplicar alternativamente un campo magnético y para quitar el campo magnético de cada uno de los sustratos regenerativos cuando el anillo de sustratos rota;

(c)

hacer pasar fluido de transferencia de calor a través de un sustrato regenerativo desde el extremo caliente del sustrato hacia el extremo frío cuando el sustrato no está en el campo magnético, de forma que el fluido de transferencia de calor sigue un flujo circunferencial con respecto al eje (23) central alrededor del cual se hace rotar el sustrato, y hacer pasar fluido de transferencia de calor a través del sustrato regenerativo desde el extremo frío hacia el extremo caliente del sustrato según un flujo circunferencial cuando el anillo de sustratos es hecho rotar de manera que el sustrato está en el campo magnético.

2. El método de la reivindicación 1, que incluye extraer calor del fluido de transferencia de calor que ha pasado a través del sustrato regenerativo desde el extremo frío hacia el extremo caliente del sustrato cuando el sustrato está en el campo magnético.

3. El método de la reivindicación 2, que además incluye la operación de transferir calor al fluido de transferencia de calor que luego es hecho pasar hacia y a través de un sustrato regenerativo desde el extremo frío hacia el extremo caliente del sustrato cuando el sustrato está en el campo magnético.

4. Aparato de bomba de calor de refrigeración magnética regenerativa, que comprende:

(a)

un anillo (21) de sustratos (22) magnéticos regenerativos montado para rotar alrededor de un eje (23) central y un mecanismo de accionamiento para accionar la rotación del anillo de sustratos magnéticos regenerativos alrededor del eje central, incluyendo cada sustrato material que presenta el efecto magnetocalórico, que es poroso y que permite el flujo de fluido de transferencia de calor a través de tal material magnetocalórico según un flujo circunferencial, teniendo cada sustrato un extremo caliente y un extremo frío;

(b)

un imán (29) que proporciona un campo magnético que pasa a través de al menos uno, pero no todos, los sustratos regenerativos del anillo, de manera que al menos un sustrato está en el campo magnético y al menos un sustrato está fuera del campo magnético;

(c)

un intercambiador (34) de calor caliente;

(d)

un intercambiador (38) de calor frío;

(e)

una válvula (24) de distribución conectada mediante los conductos (31, 35, 37, 39) al intercambiador de calor caliente y al intercambiador de calor frío y por los conductos (27) al extremo caliente y al extremo frío de cada sustrato regenerativo magnético, conmutando la válvula de distribución cuando el anillo de sustratos regenerativos rota para dirigir el fluido de transferencia de calor en un circuito desde un sustrato que está fuera del campo magnético a través de la válvula de distribución hacia el intercambiador de calor frío y de vuelta a través de la válvula de distribución hacia el sustrato que está en el campo magnético y luego a través de la válvula de distribución hacia el intercambiador de calor caliente y luego de vuelta a través de la válvula de distribución hacia el sustrato que está fuera del campo magnético, dirigiendo la válvula de distribución el flujo a través de los mismos de forma que el flujo a través de los conductos se mantiene en la misma dirección y con el sentido del flujo a través de cada sustrato cuando el sustrato está fuera del campo magnético invertido respecto al sentido del flujo cuando el sustrato está en el campo magnético;

(f)

y una bomba (33) conectada en los conductos para impulsar fluido de transferencia de calor a través de los intercambiadores de calor caliente y frío, los conductos y la válvula de distribución.

5. El aparato refrigerador de la reivindicación 4, donde los conductos (27ho, 27hi, 27co, 27ci) de entrada y salida correspondientes entre la válvula de distribución y los sustratos se unen por medio de un conector en Y en un único orificio de entrada/salida en los sustratos.

6. El aparato de refrigeración de la reivindicación 4, donde hay un número par de sustratos regeneradores magnéticos, estando dispuestos los sustratos en el anillo circular con el extremo frío de cada sustrato adyacente al extremo frío de un sustrato adyacente y el extremo caliente de cada sustrato adyacente al extremo caliente de un sustrato adyacente, estando los extremos fríos adyacentes de los sustratos abiertos uno al otro para el flujo de fluido y teniendo un orificio (27ci) de entrada de extremo frío común y un orificio (27co) de salida de extremo frío común, estando los extremos calientes adyacentes de los sustratos separados por separadores impermeables al flujo y teniendo un orificio (27hi) de entrada y un orificio (27ho) de salida para el extremo caliente de cada sustrato.

7. El aparato de refrigeración de la reivindicación 4, donde la válvula de distribución incluye un miembro (25) de válvula estacionario y un miembro (26) de válvula rotativo que está montado para rotar acoplado al miembro de válvula estacionario alrededor del eje central, y donde se extienden conductos desde el miembro de válvula rotativo hacia los extremos calientes y los extremos fríos de cada sustrato para distribuir el fluido entre la válvula de distribución y los sustratos, rotando el miembro de válvula rotativo con el anillo de sustratos regenerativos.

8. El aparato de refrigeración de la reivindicación 7, donde la válvula de distribución comprende un miembro (25) de válvula estacionario interno y un miembro (26) de válvula rotativo externo que está montado para rotar acoplado al miembro de válvula estacionario alrededor del eje central, teniendo el miembro de válvula estacionario dos cámaras de fluido frío y dos cámaras de fluido caliente, teniendo el miembro de válvula rotativo primeros orificios de fluido frío en el mismo que están sucesivamente en comunicación con la primera cámara de fluido frío cuando rota el miembro de válvula rotativo, segundos orificios de fluido frío en el mismo que están sucesivamente en comunicación con la segunda cámara de fluido frío cuando rota el miembro de válvula rotativo, teniendo además el miembro de válvula rotativo primeros orificios de fluido caliente que están sucesivamente en comunicación con la primera cámara de fluido caliente cuando rota el miembro de válvula rotativo y segundos orificios de fluido caliente que están sucesivamente en comunicación con la segunda cámara de fluido caliente cuando rota el miembro de válvula rotativo, y extendiéndose canales en el miembro de válvula estacionario desde dos aberturas de fluido caliente hasta las primera y segunda cámaras de fluido caliente y desde dos aberturas de fluido frío hasta las primeras y segunda cámaras de fluido frío, y donde se extienden conductos desde los orificios de entrada fría de los sustratos hacia los orificios en el miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la primera de las cámaras de fluido frío, se extienden conductos desde los orificios de salida fríos de los sustratos hacia los orificios en el miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la segunda de las cámaras de fluido frío, se extienden conductos desde los orificios de salida calientes de los sustratos hacia los orificios en el miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la primera de las cámaras de fluido caliente, y se extienden conductos desde los orificios de entrada caliente de los sustratos hacia los orificios del miembro de válvula rotativo que entran sucesivamente en comunicación con la segunda de las cámaras de fluido caliente y, además, se extienden conductos desde la salida del intercambiador de calor frío hasta una abertura de fluido frío del miembro de válvula estacionario que está en comunicación con la primera cámara de fluido frío, se extienden conductos desde la entrada del intercambiador de calor frío hacia una abertura de fluido frío del miembro de válvula estacionario que está en comunicación con la segunda cámara de fluido frío, se extienden conductos desde una abertura de fluido caliente del miembro de válvula estacionario en comunicación con la primera cámara de fluido caliente hacia la entrada del intercambiador de fluido caliente a través de una bomba, y se extienden conductos desde la salida del intercambiador de calor caliente hacia una abertura de fluido caliente en el miembro de válvula estacionario en comunicación con la segunda cámara de fluido caliente en el miembro de válvula estacionario.

9. El aparato de refrigeración de la reivindicación 8, donde el miembro de válvula estacionario tiene un extremo superior y un extremo inferior y donde las aberturas de fluido frío en el miembro de válvula estacionario miran axialmente hacia uno de los extremos y las aberturas de fluido caliente en la válvula estacionaria miran axialmente hacia el otro extremo.

10. El aparato de refrigeración de la reivindicación 7, donde el imán comprende un imán permanente.

11. El aparato de refrigeración de la reivindicación 10, donde el imán tiene forma de C.

12. El aparato de refrigeración de la reivindicación 7, que además incluye una plataforma (55) de montaje montada para rotar alrededor del eje central, teniendo los conductos que se extienden desde el miembro de válvula rotativo hasta los sustratos secciones que se extienden desde la plataforma de montaje hacia el anillo de sustratos, estando soportado el anillo de sustratos por la plataforma de montaje para su rotación alrededor del eje central.

13. El aparato de refrigeración de la reivindicación 12, donde las secciones de conducto se extienden desde la plataforma de montaje hacia los sustratos y proporcionan apoyo físico para el anillo de sustratos.

14. El aparato de refrigeración de la reivindicación 12, donde el miembro de válvula rotativo y la plataforma de montaje están conectados juntos para rotar juntos alrededor del eje central.

15. El aparato de refrigeración de la reivindicación 7, donde el miembro de válvula estacionario y el miembro de válvula rotativo están formados como discos con caras planas acoplados uno al otro, estando montado el miembro de válvula rotativo para rotar alrededor del eje central con su cara normal al eje central, teniendo los miembros de válvula estacionario y rotativo orificios en los mismos que entran y salen de comunicación cuando el miembro de válvula rotativo rota.

16. El aparato de refrigeración de la reivindicación 15, que incluye un conjunto de montaje de muelle para montar el disco del miembro de válvula estacionario y acoplarlo al disco del miembro de válvula rotativo.

17. El aparato de refrigeración de la reivindicación 8, que además comprende:

(a)

un número par de sustratos regenerativos magnéticos, teniendo cada sustrato un extremo caliente y un extremo frío, orificios de entrada y salida de extremo caliente en el extremo caliente de cada sustrato, y orificios de entrada y salida de extremo frío en el extremo frío de cada sustrato, siendo el extremo frío de cada sustrato adyacente al extremo frío de un sustrato adyacente y el extremo caliente de cada sustrato adyacente al extremo caliente de un sustrato adyacente, estando los extremos fríos adyacentes de los sustratos abiertos unos a otros para permitir el flujo de fluido y teniendo un orificio de entrada de extremo frío común y un orificio de salida de extremo frío común, estando separados los extremos calientes adyacentes de los sustratos por separadores impermeables al flujo y teniendo un orificio de entrada y un orificio de salida para el extremo caliente de cada sustrato, donde el fluido de transferencia de calor que fluye desde un orificio de entrada hacia un orificio de salida de un sustrato fluye circunferencialmente con respecto del eje central;

18. El aparato de refrigeración de la reivindicación 17, donde el miembro de válvula estacionario tiene un extremo superior y un extremo inferior y donde las aberturas de fluido frío en el miembro de válvula estacionario miran axialmente hacia uno de los extremos y las aberturas de extremo caliente en el miembro de válvula estacionario miran axialmente hacia el otro extremo.

19. El aparato de refrigeración de la reivindicación 17, donde el imán comprende un imán permanente.

20. El aparato de refrigeración de la reivindicación 19, donde el imán tiene forma de C.

21. El aparato de refrigeración de la reivindicación 17, que además incluye una plataforma de montaje montada para rotar alrededor del eje central, teniendo los conductos que se extienden desde el miembro de válvula rotativo hacia los sustratos secciones que se extienden desde la plataforma de montaje hacia el anillo de sustratos, estando soportado el anillo de sustratos por la plataforma de montaje para rotar alrededor del eje central.

22. El aparato de refrigeración de la reivindicación 21, donde las secciones de conducto que se extienden desde la plataforma de montaje hacia los sustratos proporcionan apoyo físico para el anillo de sustratos.

23. El aparato de refrigeración de la reivindicación 21, donde el miembro de válvula rotativo externo y la plataforma de montaje están conectados juntos para rotar juntos alrededor del eje central.