ES2367214T3 - Generador térmico con material magnetocalórico. - Google Patents

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ES2367214T3 ES08869347T ES08869347T ES2367214T3 ES 2367214 T3 ES2367214 T3 ES 2367214T3 ES 08869347 T ES08869347 T ES 08869347T ES 08869347 T ES08869347 T ES 08869347T ES 2367214 T3 ES2367214 T3 ES 2367214T3
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Jean-Claude Heitzler
Christian Muller
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Abstract

Generador térmico (1, 100) que comprende unos elementos magnetocalóricos (2), unos medios magnéticos (3) dispuestos para someter alternativamente dichos elementos magnetocalóricos (2) a una variación de campo magnético y crear alternativamente en cada elemento magnetocalórico (2) un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, por lo menos un fluido caloportador dispuesto para recoger las calorías y/o las frigorías producidas por dichos elementos magnetocalóricos (2) en el curso de los ciclos de calentamiento y de enfriamiento, por lo menos una cámara de intercambio caliente (5) y una cámara de intercambio fría (6) previstas respectivamente en los extremos caliente y frío de dicho generador (1, 100), y unos medios de circulación (4) del fluido caloportador entre dichos elementos magnetocalóricos (2) y dichas cámaras de intercambio (5, 6), comprendiendo dicho generador por lo menos un módulo térmico (10-13) que comprende por lo menos un juego de N elementos magnetocalóricos (2) dispuestos de manera adyacente, estando dichos medios de circulación (4) sincronizados con la variación del campo magnético y dispuestos para desplazar alternativamente dicho fluido caloportador en el interior de dicho módulo térmico (10-13) simultáneamente en dos direcciones opuestas, entre las cámaras de intercambio caliente (5) y fría (6) a través de dichos elementos magnetocalóricos (2), de modo que una primera fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio caliente (5) a través de dichos elementos magnetocalóricos (2) sometidos a un ciclo de calentamiento, y que una segunda fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio fría (6) a través de dichos elementos magnetocalóricos (2) sometidos a un ciclo de enfriamiento, y a la inversa, caracterizado porque dichos medios de circulación (4) están dispuestos para desplazar dicho fluido caloportador entre dichas cámaras de intercambio caliente (5) y fría (6) según un movimiento de vaivén y comprenden por lo menos un juego de N pistones (40) dispuestos enfrente de dichos elementos magnetocalóricos (2) y animados con un movimiento de traslación alternativo por un mecanismo de accionamiento (7) que comprende por lo menos una leva de control (70) accionada por un accionador.

Description

Campo técnico
La presente invención se refiere a un generador térmico que comprende unos elementos magnetocalóricos, unos medios magnéticos dispuestos para someter alternativamente dichos elementos magnetocalóricos a una variación de campo magnético y crear alternativamente en cada elemento magnetocalórico un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, por lo menos un fluido caloportador dispuesto para recoger las calorías y/o las frigorías producidas por dichos elementos magnetocalóricos en el curso de los ciclos de calentamiento y de enfriamiento, por lo menos una cámara de intercambio caliente y una cámara de intercambio fría previstas respectivamente en los extremos caliente y frío de dicho generador, y unos medios de circulación del fluido caloportador entre dichos elementos magnetocalóricos y dichas cámaras de intercambio, comprendiendo dicho generador por lo menos un módulo térmico que incluye por lo menos un juego de N elementos magnetocalóricos.
Técnica anterior
La tecnología del frío magnético es conocida desde hace más de una veintena de años y se conocen las ventajas que aporta en términos de ecología y de desarrollo duradero. Se conocen asimismo sus límites en cuanto a su potencia calorífica útil y a su rendimiento. Por consiguiente, las investigaciones realizadas en este ámbito tienden todas ellas a mejorar las prestaciones de dicho generador, jugando con los diferentes parámetros, tales como la potencia de imantación, las prestaciones del elemento magnetocalórico, la superficie de intercambio entre el fluido caloportador y los elementos magnetocalóricos, las prestaciones de los intercambiadores de calor, etc.
La publicación US nº 4.829.770 se refiere, en particular, a la composición de los elementos magnetocalóricos y describe un generador térmico que utiliza dichos elementos y funciona según el principio del motor Stirling. Estos elementos magnetocalóricos fijos son atravesados por un gas caloportador, en particular nitrógeno, estando contenido el conjunto en un depósito animado con un movimiento de traslación alternativo, sincronizado con la variación del campo magnético. Unos intercambiadores de calor de helio están conectados a los extremos caliente y frío del depósito para transferir las calorías y las frigorías recogidas por el gas caloportador a unos circuitos exteriores. Los elementos magnetocalóricos se presentan en forma de discos porosos, apilados en el depósito, separados uno de otro para delimitar varias cámaras o adosados uno a otro para delimitar dos únicas cámaras, según la forma de realización elegida. Cada movimiento del depósito corresponde a un ciclo frío o a un ciclo caliente y provoca un solo sentido de circulación del gas caloportador. Por tanto, se alternan los ciclos de producción de calorías y de frigorías y no son simultáneos. Además, el poder caloportador de un gas es netamente menos eficiente que el de un líquido. La superficie de intercambio entre el gas caloportador y los elementos magnetocalóricos es asimismo muy restringida. Teniendo en cuenta las temperaturas de funcionamiento tan bajas, del orden de -200ºC, la utilización de dicho generador térmico está limitada a aplicaciones de laboratorio. En conclusión, el poder calorífico de dicho generador térmico es demasiado pequeño para encontrar una aplicación industrial o doméstica.
La publicación WO 2005/093343 describe el principio de un generador térmico magnetocalórico que utiliza como fluido caloportador el aire a recalentar o a enfriar de un vehículo automóvil. Esta solución prevé que, en una fase de arranque, el sistema de enfriamiento funcione en circuito cerrado, siendo el aire animado con un movimiento de vaivén a través del elemento magnetocalórico entre un depósito caliente y un depósito frío por un sistema de pistones y balancín, hasta alcanzar el gradiente de temperatura deseado. Como en el ejemplo anterior, cada movimiento del pistón corresponde a un ciclo frío o a un ciclo caliente y provoca un solo sentido de circulación del flujo de aire. Por tanto, los ciclos de producción de calorías y de frigorías se alternan y no son simultáneos. Además, la superficie de intercambio entre el aire y el elemento magnetocalórico es muy pequeña y no permite alcanzar un poder calorífico suficiente para una aplicación industrial o doméstica, teniendo en cuenta el hecho de que el fluido caloportador no es un líquido, sino un gas.
La publicación WO 2007/026062, que pertenece al solicitante, describe un generador magnetocalórico que comprende dos circuitos colectores distintos, a saber, un circuito colector caliente y un circuito colector frío, estancos hidráulicamente uno con respecto al otro y acoplados cada uno de ellos a un intercambiador térmico que sirve de medio de evacuación de las calorías o frigorías. El fluido caloportador circula en bucle cerrado en los circuitos colectores, que comprenden una parte exterior al generador y necesitan por lo menos una bomba, unos medios de conmutación sincronizados con la variación del campo magnético, unos conductos y unos racores.
La publicación WO 2007/086638 representa otro ejemplo de generador magnetocalórico con circuitos colectores distintos.
Exposición de la invención
La presente invención pretende resolver este problema proponiendo una solución industrial de un generador térmico con material magnetocalórico económicamente rentable y modular para que sea fácilmente configurable en función de un pliego de condiciones dado en el marco de aplicaciones tanto industriales como domésticas. Pretende asimismo simplificar y racionalizar la circulación del fluido caloportador suprimiendo el recurso a uno o varios circuitos hidráulicos.
Con este fin, la invención se refiere a un generador térmico del tipo indicado en el preámbulo, caracterizado porque dichos medios de circulación están sincronizados con la variación del campo magnético y concebidos para desplazar alternativamente dicho fluido caloportador en el interior de dicho módulo térmico simultáneamente en dos direcciones opuestas, entre las cámaras de intercambio caliente y fría a través de dichos elementos magnetocalóricos, según un movimiento de vaivén, de modo que una primera fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio caliente a través de dichos elementos magnetocalóricos sometidos a un ciclo de calentamiento, y una segunda fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio fría a través de dichos elementos magnetocalóricos sometidos a un ciclo de enfriamiento, y a la inversa, y porque los medios los medios de circulación comprenden por lo menos un juego de N pistones dispuestos enfrente de dichos elementos magnetocalóricos y animados con un movimiento de traslación alternativo por un mecanismo de accionamiento que comprende por lo menos una leva de control activada por un accionador.
Así, se obtiene un número N de minigeneradores térmicos que funcionan simultáneamente y en paralelo, permitiendo multiplicar por el coeficiente N la superficie de intercambio con el fluido caloportador y así el poder calorífico de dicho generador. Además, cada ciclo magnético es utilizado de manera óptima, puesto que el desplazamiento del fluido caloportador en los dos sentidos de circulación permite recoger simultáneamente las calorías producidas por los elementos magnetocalóricos sometidos a un aumento del campo magnético (ciclo de calentamiento) y las frigorías producidas por los elementos magnetocalóricos sometidos a una disminución del campo magnético (ciclo de enfriamiento).
Las cámaras de intercambio caliente y fría forman cámaras de recuperación de la energía térmica producida por el generador y permiten realizar una mezcla del fluido caloportador procedente, por una parte, de un ciclo de calentamiento para la cámara caliente y, por otra parte, de un ciclo de enfriamiento para la cámara fría.
Preferentemente, los elementos magnetocalóricos comprenden unos pasajes de fluido desembocantes, estando formados estos pasajes de fluido por poros, canales, ranuras o una combinación de estos elementos.
En una forma de realización preferida, los medios de circulación comprenden dos juegos de N pistones dispuestos a cada lado de dichos elementos magnetocalóricos para desplazar el fluido caloportador en los dos sentidos de circulación.
La leva de control puede comprender un perfil de leva de forma sustancialmente sinusoidal, cuya amplitud determina la carrera de dichos pistones y cuya fase sinusoide corresponde globalmente a un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento de dichos elementos magnetocalóricos.
Los medios magnéticos pueden comprender, en la proximidad de dichos elementos magnetocalóricos, por lo menos una disposición magnética formada por zonas imantadas y por zonas no imantadas alternadas, estando acoplada dicha disposición magnética a un accionador para que sea móvil con respecto a dichos elementos magnetocalóricos.
Estos medios magnéticos comprenden, preferentemente, un dispositivo de cierre de campo dispuesto enfrente de dicha disposición magnética para cerrar el flujo magnético generado por dichas zonas imantadas a través de dichos elementos magnetocalóricos.
Cada par formado por una zona imantada y una zona no imantada de dicha disposición magnética se extiende ventajosamente en una distancia correspondiente globalmente a una sinusoide de dicho perfil de leva.
En la forma de realización preferida, cada zona imantada comprende por lo menos dos imanes permanentes de polaridad opuesta, ensamblados en un núcleo de fuerte permeabilidad magnética con el fin de concentrar el flujo magnético de dichos imanes en dirección a los elementos magnetocalóricos.
El módulo térmico puede presentar ventajosamente una estructura circular en la que los elementos magnetocalóricos están dispuestos en círculo alrededor de un eje central, y la leva de control así como la disposición magnética son concéntricas a este eje central y son accionadas en rotación alrededor de dicho eje.
Como variante de realización, el módulo térmico puede presentar asimismo una estructura lineal en la que los elementos magnetocalóricos están alineados, y la leva de control así como la disposición magnética son accionadas en traslación alternativa a lo largo de dichos elementos.
El generador térmico puede comprender ventajosamente un número X de módulos térmicos apilados para formar un generador de X etapas térmicas y dichos módulos térmicos pueden ensamblarse de dos en dos por unas cámaras intermedias. En este caso, los pistones de dos módulos térmicos consecutivos son ventajosamente comunes.
Así, apilando varios módulos térmicos, el recalentamiento y el enfriamiento del fluido caloportador se efectúan de manera escalonada, permitiendo aumentar a voluntad el gradiente de temperatura entre los extremos frío y caliente de dicho generador.
Las cámaras intermedias pueden comunicar con dichos pistones y formar unas cámaras de removido de fluido caloportador entre dos módulos térmicos consecutivos.
Asimismo, las cámaras intermedias pueden no comunicar con dichos pistones, pasando el fluido caloportador de un módulo térmico a otro por dichos elementos magnetocalóricos.
La cámara de intercambio caliente y la cámara de intercambio fría pueden unirse cada una de ellas a un circuito exterior equipado con un medio que permite un intercambio de calor únicamente después de que se alcance una temperatura predefinida en dicha cámara de intercambio en cuestión.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención y sus ventajas se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente de dos modos de realización dados a título de ejemplo no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
-la figura 1 es una vista en perspectiva y parcialmente explosionada de un primer modo de realización de un generador térmico según la invención,
-la figura 2 es una vista en perspectiva de una parte del generador de la figura 1,
-la figura 3 es una vista en planta del generador de la figura 1,
-la figura 4 es una vista en sección axial del generador de la figura 3,
-las figuras 5 a 8 son unas secciones radiales del generador de la figura 3, respectivamente según los planos de corte V-V, VI-VI, VII-VII y VIII-VIII,
-la figura 9 es una vista en perspectiva y parcialmente explosionada de un segundo modo de realización de un generador térmico según la invención,
-la figura 10 es una vista ampliada del detalle X de la figura 9, y
-la figura 11 es una vista en sección axial del generador de la figura 9.
Ilustraciones de la invención
Haciendo referencia a las figuras 1 a 8 y, más particularmente, a la figura 4, el generador térmico 1 según la invención comprende un módulo térmico 10 que comprende un número N de elementos magnetocalóricos 2 dispuestos de manera adyacente en círculo alrededor de un eje central A, formando una estructura cilíndrica anular. Este modo de realización es únicamente un ejemplo, sabiendo que el generador térmico 1 puede tener asimismo una estructura lineal.
Este generador térmico 1 comprende unos medios magnéticos 3 aptos para someter alternativamente los elementos magnetocalóricos 2 a una variación de campo magnético para hacer que varíe su temperatura según el ciclo de Carnot y crear alternativamente en cada elemento magnetocalórico 2 un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento. Este generador contiene un fluido caloportador puesto en movimiento en el interior de dicho módulo térmico 10 por unos medios de circulación 4 con el fin de recoger las calorías y las frigorías producidas por los elementos magnetocalóricos 2 en el curso de los ciclos de calentamiento y de enfriamiento sucesivos, y de almacenarlas respectivamente en una cámara de intercambio caliente 5 y una cámara de intercambio fría 6 dispuestas en los extremos caliente y frío de este generador. Cada cámara de intercambio 5, 6 está destinada a intercambiar con un circuito exterior a través de un intercambiador de calor (no representado) para utilizar las calorías y las frigorías producidas por dicho generador. Los medios de circulación 4 se sincronizan con la variación del campo magnético para desplazar el fluido caloportador simultáneamente en dos direcciones opuestas, de modo que una primera fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio caliente 5 a través de los elementos magnetocalóricos 2 sometidos a un ciclo de calentamiento y una segunda fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio fría 6 a través de los elementos magnetocalóricos 2 sometidos a un ciclo de enfriamiento, y a la inversa.
Los elementos magnetocalóricos 2 están, en el ejemplo representado, constituidos por tramos parcialmente cilíndricos cortados, mecanizados y/o moldeados en un material magnetocalórico, alojados en un soporte 20 fijo, provisto de alojamientos 21 de forma complementaria. La forma de los elementos magnetocalóricos 2 no es limitativa y se puede realizar en cualquier otra forma tridimensional. Se entiende por material magnetocalórico un material realizado en parte y en su totalidad en un material magnetocalórico tal como, por ejemplo, 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 imantable equivalente o una combinación de diferentes materiales magnetocalóricos, presentándose en forma de polvo, partículas, bloque macizo, sinterizado o poroso. La elección entre estos materiales magnetocalóricos se realiza en función de las potencias calóricas y frigoríficas buscadas y de los intervalos de temperatura requeridos. Estos elementos magnetocalóricos 2 son permeables al fluido caloportador y comprenden a este efecto unos pasajes de fluido desembocantes, que pueden estar constituidos por los poros de un material poroso, unos mini o microcanales mecanizados en un bloque macizo u obtenidos por el ensamblaje de placas ranuradas superpuestas, y similares.
Los medios de circulación 4 del fluido caloportador comprenden por lo menos uno y preferentemente dos juegos de N pistones 40 animados con un movimiento de vaivén, paralelo al eje central A, por un mecanismo de accionamiento 7, estando dispuesto cada pistón 40 enfrente y en el eje de un elemento magnetocalórico 2 para empujar el fluido caloportador contenido en dicho módulo a través de dicho elemento en un sentido de circulación según que dicho elemento sufra un ciclo de calentamiento o un ciclo de enfriamiento. Por tanto, cada elemento magnetocalórico 2 está asociado a dos pistones 40 alineados en su eje y enfrente de cada extremo, y controlados en sentido opuesto. Para que el fluido caloportador circule de una cámara de intercambio 5, 6 a la otra cámara de intercambio 6, 5, la camisa 42 comprende unos orificios 43 que ponen en comunicación el volumen interior del módulo térmico 10 y el alojamiento 41 de los pistones 40. Haciendo referencia a la estructura circular del generador térmico 1, tal como se ilustra, los pistones 40 están dispuestos de manera adyacente, en círculo alrededor del eje central A, y forman una estructura anular. En el caso de un generador térmico lineal, los pistones estarían alineados. Estos pistones 40 están constituidos por piezas cilíndricas guiadas en unos alojamientos 41 de forma complementaria previstos en una camisa 42. Puede convenir asimismo cualquier otra forma de pistón y ésta puede determinarse para minimizar las pérdidas de cargas hidráulicas. La camisa 42 es una pieza fija, ensamblada en el soporte 20 de los elementos magnetocalóricos 2 por cualquier medio de ensamblaje adaptado. El soporte 20 y la camisa 42 pueden estar formados asimismo por una sola y misma pieza. Estas piezas están realizadas preferentemente en materiales térmicamente aislantes, tales como materiales sintéticos o similares. En el ejemplo representado, el mecanismo de accionamiento 7 comprende por lo menos una y preferentemente dos levas de control 70 acopladas a los pistones 40, activadas por un accionador (no representado). Cada leva de control 70 puede comprender un perfil de leva 71 de forma sustancialmente sinusoidal (véanse las figuras 2 y 3) o similar, cuya amplitud determina la carrera de los pistones 40 y cuya fase sinusoidal corresponde globalmente a un ciclo de calentamiento y a un ciclo de enfriamiento de los elementos magnetocalóricos 2. El perfil de leva 71 forma una nervadura en resalte alojada en una garganta de cada pistón 40, asegurado así un acoplamiento mecánico entre estas piezas. Haciendo referencia a la estructura circular del generador térmico 1 tal como se ilustra, las levas de control 70 son anulares y son accionadas en rotación continua o no alrededor del eje central A por un motor eléctrico o cualquier accionador equivalente. En el caso de un generador térmico lineal, las levas de control son rectilíneas y están animadas con un movimiento de traslación alternativa.
Haciendo referencia más particularmente a la figura 8, los medios magnéticos 3 comprenden, en la proximidad a los elementos magnetocalóricos 2, una disposición magnética 30 formada por zonas imantadas ZA y por zonas no imantadas ZN alternadas. Cada par de zonas imantada ZA y no imantada ZN se extiende en una distancia correspondiente globalmente a una sinusoide del perfil de leva 71, generando la zona imantada ZA el ciclo de calentamiento y la zona no imantada ZN el ciclo de enfriamiento. En el ejemplo representado, la zona imantada ZA comprende por lo menos dos imanes permanentes 32 de polaridad opuesta, ensamblados en un núcleo 33 de fuerte permeabilidad magnética con el fin de concentrar el flujo magnético en dirección a los elementos magnetocalóricos
2. Evidentemente, es posible cualquier otra construcción o disposición. En el ejemplo representado y haciendo referencia a la estructura circular del generador, la disposición magnética 30 es cilíndrica, está dispuesta en el interior del generador 1 y es accionada en rotación continua o no alrededor del eje central A por un motor eléctrico o cualquier accionador equivalente. En este ejemplo, la disposición magnética 30 comprende cuatro pares de zonas imantada ZA y no imantada ZN que se extienden cada una de ellas sobre un sector angular de 90º. En correspondencia, el perfil de leva 71 de las levas de control 70 comprende cuatro sinusoides que se extienden cada una de ellas en un mismo sector angular. El perfil de leva 71 que se ilustra en las figuras únicamente muestra dos sinusoides para simplificar la representación gráfica. Los medios magnéticos 3 comprenden asimismo un dispositivo de cierre de campo 31 dispuesto en la parte opuesta de la disposición magnética 30 y, en este ejemplo, en el exterior del generador 1 para cerrar el flujo magnético generado por las zonas imantadas ZA a través de los elementos magnetocalóricos 2. En el caso de un generador térmico lineal, los medios magnéticos 3 son rectilíneos y están animados con un movimiento de traslación alternativa.
En este ejemplo, los órganos móviles del generador térmico 1 son concéntricos al eje central A y pueden ser accionados por un mismo accionador interior y central o por cualquier medio equivalente. En el caso de un generador térmico de diámetro más pequeño, es posible invertir esta configuración previendo accionar los órganos móviles por el exterior, estando dispuestas las levas de control 70 y la disposición magnética 30 en el exterior de los elementos magnetocalóricos 2. Es posible asimismo escalonar angularmente el desplazamiento de los pistones 40 con respecto al desplazamiento de la disposición magnética 30 con el fin de tener en cuentas las inercias térmicas e hidráulicas.
El funcionamiento del generador térmico 1 consiste en controlar el desplazamiento simultáneo y síncrono de la disposición magnética 30 y las levas de control 70 para generar el desplazamiento alternativo del fluido caloportador en el interior del módulo térmico 10 entre las cámaras de intercambio caliente 5 y fría 6 a través de los elementos magnetocalórico 2, simultáneamente en dos direcciones opuestas según que dichos elementos estén sometidos o no al campo magnético. El desplazamiento alternativo del fluido caloportador en el interior de un mismo módulo térmico 10 permite aumentar el gradiente de temperatura entre las cámaras de intercambio caliente 5 y fría 6 dispuestas en los extremos de dicho generador. Estas cámaras de intercambio 5, 6 están concebidas para que las calorías y las frigorías producidas por el generador puedan vehicularse hacia unos circuitos exteriores de utilización (calefacción, climatización, atemperado, etc.), bien por conducción o bien por intercambiador de calor (no representado). En una variante no representada, la cámara de intercambio caliente y la cámara de intercambio fría están unidas cada una de ellas a un circuito exterior que puede estar equipado con un medio que permite un intercambio de calor únicamente después de que se alcance una temperatura predefinida en dicha cámara de intercambio en cuestión. Este medio puede estar en forma de un obturador termosensible o pilotado. Dicho medio permite que el generador sea eficiente más rápidamente, siendo posible el intercambio térmico únicamente a partir del momento en que el generador ha llegado a un régimen establecido predefinido.
El fluido caloportador utilizado es preferentemente líquido. Se elegirá una composición química del fluido caloportador adaptada al intervalo de temperatura deseada con el fin de obtener un intercambio térmico máximo. Por tanto, este fluido puede ser líquido, gaseoso o difásico. Si es líquido, se utilizará, por ejemplo, agua pura para temperaturas positivas y agua adicionada con anticongelante, por ejemplo un producto glicolado o una salmuera, para temperaturas negativas.
Mejor manera de realizar la invención
Las figuras 9 a 11 ilustran un generador térmico 100 que comprende varios módulos térmicos 10, 11, 12, 13 similares al descrito anteriormente, apilándose estos módulos para formar varias etapas térmicas y pudiendo ser idénticos o no. Los módulos térmicos 10, 11, 12, 13 se ensamblan de dos en dos por medio de unas cámaras intermedias 8. En esta configuración escalonada, los pistones de dos módulos térmicos 10 a 13 adyacentes pueden ser comunes, como se ilustra en las figuras mencionadas anteriormente, lo cual permite simplificar y reducir el precio de coste de dicho generador, así como su volumen total. En consecuencia, las levas de control 70 son asimismo comunes y están dispuestas en las cámaras intermedias 8. Estas cámaras intermedias 8 pueden ser comunicantes, como se ilustra en las figuras, o estancas. Cuando son comunicantes, estas cámaras intermedias 8 permiten un removido del fluido caloportador entre dos etapas térmicas sucesivas, pasando el fluido de un módulo térmico al otro por los orificios 43 previstos en la camisa 42 de los pistones 40. Este removido térmico contribuye a aumentar el gradiente de temperatura de un nivel a otro y, por consiguiente, el gradiente de temperatura entre las cámaras de intercambio caliente 5 y fría 6 previstas en los extremos de dicho generador.
En otra variante no representada, estas cámaras intermedias 8 pueden ser estancas. En este caso, el fluido caloportador pasa de un nivel térmico a otro únicamente por los elementos magnetocalóricos 2.
Evidentemente, la configuración escalonada, tal como se representa, puede extenderse a módulos térmicos 10 a 13 que presentan una estructura lineal. El número de módulos térmicos 10 a 13 no es limitativo y se determina en función de la aplicación dada.
Aplicabilidad industrial
Todas las piezas que componen el generador térmico 1, 100 según la invención pueden realizarse en serie según procesos industriales reproducibles. Todas estas piezas, con la excepción de los elementos magnetocalóricos 2 y los medios magnéticos 3, pueden realizarse en materiales térmicamente aislantes moldeados, inyectados o similares. Los módulos térmicos 10 a 13 y las cámaras de intercambio 5, 6 pueden ensamblarse por cualquier medio de estanqueidad apropiado y cualquier medio de fijación adecuado conocido. La realización del generador térmico 1, 100 por módulos térmicos 10 a 13 compactos y apilables, que pueden estandarizarse, permite responder a una amplia gama de aplicaciones tanto industriales como domésticas, a costes competitivos, con un pequeño volumen, ofreciendo prestaciones de poder calorífico no igualadas hasta la actualidad con este tipo de generadores.
La presente invención no está limitada a los ejemplos de realización descritos, sino que se extiende a cualquier modificación y variante evidentes para un experto en la materia mientras ésta permanezca dentro del ámbito de la protección definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Generador térmico (1, 100) que comprende unos elementos magnetocalóricos (2), unos medios magnéticos (3) dispuestos para someter alternativamente dichos elementos magnetocalóricos (2) a una variación de campo magnético y crear alternativamente en cada elemento magnetocalórico (2) un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento, por lo menos un fluido caloportador dispuesto para recoger las calorías y/o las frigorías producidas por dichos elementos magnetocalóricos (2) en el curso de los ciclos de calentamiento y de enfriamiento, por lo menos una cámara de intercambio caliente (5) y una cámara de intercambio fría (6) previstas respectivamente en los extremos caliente y frío de dicho generador (1, 100), y unos medios de circulación (4) del fluido caloportador entre dichos elementos magnetocalóricos (2) y dichas cámaras de intercambio (5, 6), comprendiendo dicho generador por lo menos un módulo térmico (10-13) que comprende por lo menos un juego de N elementos magnetocalóricos (2) dispuestos de manera adyacente, estando dichos medios de circulación (4) sincronizados con la variación del campo magnético y dispuestos para desplazar alternativamente dicho fluido caloportador en el interior de dicho módulo térmico (10-13) simultáneamente en dos direcciones opuestas, entre las cámaras de intercambio caliente (5) y fría
    (6)
    a través de dichos elementos magnetocalóricos (2), de modo que una primera fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio caliente (5) a través de dichos elementos magnetocalóricos (2) sometidos a un ciclo de calentamiento, y que una segunda fracción de fluido caloportador circule en dirección a la cámara de intercambio fría (6) a través de dichos elementos magnetocalóricos (2) sometidos a un ciclo de enfriamiento, y a la inversa, caracterizado porque dichos medios de circulación (4) están dispuestos para desplazar dicho fluido caloportador entre dichas cámaras de intercambio caliente (5) y fría (6) según un movimiento de vaivén y comprenden por lo menos un juego de N pistones (40) dispuestos enfrente de dichos elementos magnetocalóricos
    (2)
    y animados con un movimiento de traslación alternativo por un mecanismo de accionamiento (7) que comprende por lo menos una leva de control (70) accionada por un accionador.
  2. 2. Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha leva de control (70) comprende un perfil de leva
    (71) de forma sustancialmente sinusoidal, cuya amplitud determina la carrera de dichos pistones (40) y cuya fase sinusoide corresponde globalmente a un ciclo de calentamiento y un ciclo de enfriamiento de dichos elementos magnetocalóricos (2).
  3. 3. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de circulación
    (4) comprenden dos juegos de N pistones (40) dispuestos a cada lado de dichos elementos magnetocalóricos (2).
  4. 4.
    Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos magnetocalóricos (2) comprenden unos pasajes de fluido desembocantes, estando formados estos pasajes de fluido por poros, canales o una combinación de estos elementos.
  5. 5.
    Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios magnéticos (3) comprenden, en la proximidad de dichos elementos magnetocalóricos (2), por lo menos una disposición magnética (30) formada por zonas imantadas (ZA) y por zonas no imantadas (ZN) alternadas, estando acoplada dicha disposición magnética
    (30) a un accionador para que sea móvil con respecto a dichos elementos magnetocalóricos (2).
  6. 6.
    Generador según la reivindicación 5, caracterizado porque dichos medios magnéticos (3) comprenden un dispositivo de cierre de campo (31) dispuesto en la parte opuesta a dicha disposición magnética (30) para cerrar el flujo magnético generado por dichas zonas imantadas (ZA) a través de dichos elementos magnetocalóricos (2).
  7. 7.
    Generador según las reivindicaciones 2 y 5, caracterizado porque cada par formado por una zona imantada (ZA) y una zona no imantada (ZN) se extiende en una distancia correspondiente globalmente a una sinusoide de dicho perfil de leva (71).
  8. 8.
    Generador según la reivindicación 5, caracterizado porque cada zona imantada (ZA) comprende por lo menos dos imanes permanentes (32) de polaridad opuesta, ensamblados en un núcleo (33) de fuerte permeabilidad magnética con el fin de concentrar el flujo magnético de dichos imanes en dirección a los elementos magnetocalóricos (2).
  9. 9.
    Generador según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho módulo térmico (10-13) presenta una estructura circular en la que los elementos magnetocalóricos (2) están dispuestos en círculo alrededor de un eje central (A), y porque la leva de control (70) y la disposición magnética (30) son concéntricas a este eje central (A) y son accionadas en rotación alrededor de dicho eje (A).
  10. 10.
    Generador según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho módulo térmico presenta una estructura lineal en la que están alineados los elementos magnetocalóricos, y porque la leva de control y la disposición magnética son accionadas en traslación alternativa a lo largo de dichos elementos.
  11. 11.
    Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un número X de módulos térmicos (10-13) apilados para formar un generador de X etapas térmicas, y porque dichos módulos térmicos (10-13) están ensamblados de dos en dos por medio de unas cámaras intermedias (8).
  12. 12.
    Generador según la reivindicación 11, caracterizado porque dichas cámaras intermedias (8) comunican con dichos pistones (40) y forman unas cámaras de removido de fluido caloportador entre dos módulos térmicos (10-13) consecutivos.
    5 13. Generador según la reivindicación 11, caracterizado porque dichas cámaras intermedias (8) no comunican con dichos pistones (40), pasando el fluido caloportador de un módulo térmico (10-13) a otro por dichos elementos magnetocalóricos (2).
  13. 14. Generador según la reivindicación 11, caracterizado porque los pistones (40) de dos módulos térmicos (10-13) 10 consecutivos son comunes.
  14. 15. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cámara de intercambio caliente y la cámara de intercambio fría están unidas cada una de ellas a un circuito exterior equipado con un medio que permite un intercambio de calor únicamente después de que se alcance una temperatura predefinida en dicha
    15 cámara de intercambio en cuestión.
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