KR100577716B1

KR100577716B1 - 왕복 능동 자기 축열기 냉동장치

Info

Publication number: KR100577716B1
Application number: KR1020007008405A
Authority: KR
Inventors: 로턴루이스엠.주니어; 짐칼비.; 재스트랩알렉산더지.
Original assignee: 애스트로노틱스 코포레이션 오브 아메리카
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2006-05-10
Also published as: DE69921965T2; WO1999040378A1; ATE282803T1; EP1053437A1; EP1053437B1; KR20010040540A; EP1053437A4; DE69921965D1; US5934078A; JP2002502949A; JP4283994B2

Abstract

능동 자기 축열기 냉동장치는 하나 이상의 왕복 축열기층(45,46) 및 층이 자석(34)의 자기장 안에 있는 위치와 자석의 자기장 밖에 있는 위치 사이를 이동함에 따라 작동되는 열 전달 유체 분배 밸브(42)를 포함한다. 분배 밸브(42)는 상호 슬라이딩 연동되는 제 1 밸브 부재(43)와 이동 제 2 밸브 부재(44)를 구비하며, 각각은 열 전달 유체가 제공될 수 있고 밸브 부재(42)로부터 수용될 수 있는 포트를 갖는다. 층은 이동 제 2 밸브 부재(44)에 마운팅되어 열 전달 유체는 밸브로 및 이를 통해 단일 방향으로 축열기층으로 운반된다. 층의 물질은 자기열량 효과를 보인다.

자기 축열기, 자기열량 효과, 냉동장치, 열전달 유체,

Description

왕복 능동 자기 축열기 냉동장치{RECIPROCATING ACTIVE MAGNETIC REGENERATOR REFRIGERATION APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 자기 냉각 분야, 구체적으로는 능동 자기 축열식 냉각 장치에 관한 것이다.

능동 자기 축열기는 자기열량 효과로 작동하는 장치와 축열기를 결합시킨 것이다. 능동 자기 축열기의 작동에 관해서는 Barclay 등의 미국 특허 4,332,135에 기재되어있다. 능동 자기 축열기의 실험용 모델이 구축되어 시험되고 있으며 이에 관해서는 문헌[참조: A. J. DeGregoria, et al., "Test Results of An Active Magnetic Regenerative Refrigerator", Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 37B, 1991]에 기재되어 있다. 능동 자기 축열기의 상세한 모델은 문헌[참조: A.J. DeGregoria, Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 37B, 1991]에 제공되고 있다.

능동 자기 축열기는 자기열량 효과를 이용하는 냉각기 또는 열 펌프의 일종이다. 자기열량 효과를 나타내는 물질은 자화(magnetization)시에 데워지고 탈자화(demagnetization)시에 냉각되거나, 이와는 반대로 행해질 수 있다. 기본적인 능동 자기 축열기(AMR) 장치에서, 열 전달 유체가 통과하는 자기 물질층은 두 열 교환기 사이에 위치하며, 유체가 자기 물질층을 통해 일(1) 열 교환기에서 나머지 열 교환기로 왕복해서 흐르도록 하는 메카니즘이 제공된다. 층을 자화 및 탈자화시키는 메카니즘도 제공된다. AMR 사이클은 네(4) 파트로 구성된다: 자기열량 효과에 의해 층내의 자기 물질과 유체를 데우는 층 자화; 고온부 열 교환기를 통해 열을 방출하면서 층을 통해 저온부에서 고온부로의 유체 유동; 층내의 자기 물질과 유체를 냉각시키는 층 탈자화; 및 냉각된 유체가 저온부 열 교환기에서 열을 흡수하면서, 고온부에서 저온부로의 유체 유동.

AMR 장치는 축열기 개념의 확장이다. 축열기는 상이한 온도의 두 저장소 간에 왕복 형식으로 유체가 교환될 때 열을 만회하는 데 사용된다. 축열 사이클은 두 파트로 구성된다: 층을 통해 저온 저장소에서 고온 저장소로 흐른 다음, 층을 통해 고온 저장소에서 저온 저장소로 유동.

축열기 장치에서, 셔틀 유체는 역전 이전에 한 방향으로 흐르는 총 유체 매스이다. 층을 통해 셔틀 유체가 수회 왕복해서 흐른 후, 층 물질은 저온 유체가 진입하는 측면(저온부)에서 고온 유체가 진입하는 측면(고온부)으로 증가하는 온도 분포를 만든다. 저온부에서 고온부로 흐르는 동안, 유체는 저온부 저장소에서 유체의 온도, T_c에서 진입한다. 셔틀 유체는 층을 통과해 고온부 저장소의 온도, T_h 이하의 온도에서 층을 빠져 나올 때 층에 의해 데워진다. 고온부에서 저온부로 흐르는 동안, 유체는 온도 T_h에서 층으로 진입하고, T_c 이상의 온도에서 층을 통과한 다음 벗어날 때 층에 의해 냉각된다. 전체 사이클을 통틀어, 층은 이론적으로는 네트 열이 0이다. 이는 고온 유체로부터 열을 흡수하고 이를 저온 유체로 내보내는 중간 열 저장소 역할을 담당한다. 셔틀 유체가 저온 저장소로 진입하는 온도와 저온 저장소 유체의 온도 T_c간의 온도 차, Δt는 고온 저장소에서 저온 저장소로의 열 유동을 나타낸다. 최악의 경우라도, 이 온도차는 T_h - T_c이며, 이는 축열기가 존재하지 않는 경우이다. Δt:(Th - Tc)의 비는 축열기의 비효율을 의미한다.

AMR 장치는 저온부에서 고온부로 유체가 흐르기 이전에 층을 자화시키고 데운 다음, 고온부에서 저온부로 흐르기 이전에 층을 탈자화 및 냉각시킨다. 자화된 층에 자기장을 적용하면 한 쌍의 온도 분포와 층내의 상대적 위치가 만들어지는데, 하나는 층이 자화된 경우이고 나머지는 층이 탈자화된 경우이다. 임의 위치에서 두 층 분포 간의 차는 자기장의 변화가 거듭될 때 자기 물질의 단열식 온도 변화이다. 단열식 온도 변화가 충분하면, 층의 저온부에서 나온 유체는 저온 저장소의 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있어, 보통의 축열기를 이용한 경우에서와 같이 고온 저장소에서 저온 저장소로의 열 누출이 아니라, 저온 저장소의 유효 냉각을 일으킨다. 물론, 열역학 법칙에 따라, 작업은 이러한 과정으로 행해져야 하는데 이는 열이 저온 저장소에서 고온 저장소로 흐르기 때문이다. AMR의 경우, 작업은 자석 및/또는 층을 서로에 대해 상대적으로 이동시키는 구동 메카니즘에 의하거나, 회전 영구 자석 또는 전기적으로 스위치된 자석을 사용함으로써 수행된다. 고온부와 저온부 모두에서 열 교환기를 이용하면, 열이 AMR을 통해 저온부 열 교환기로부터 나와 고온부 열 교환기를 통해 방출될 수 있다. 이러한 전달을 달성하는 구조에 관해서는 앞 서 언급된 미국 특허 4,332,135에 기재되어 있다.

앞서 기재된 AMR 사이클은 사이클의 자화 및 탈자화 (work input) 파트가 일정한 엔트로피, 즉, 유체 유동 및 열 전달 없이 행해진다는 점에서 가스 냉각기용 브레이튼(Brayton) 사이클과 유사하다. 에릭슨(Ericsson) 사이클의 자기 유사체에서, 자기장의 변화는 자화 및 탈자화 공정 동안 열 전달을 필요로 하는 일정한 층 물질 온도에서 수행된다. 브레이튼과 에릭슨의 중간 사이클도 수행될 수 있으며, 이는 자화 도중 열 전달 양이 브레이튼과 에릭슨 사이클에 의해 요구된 양의 중간 정도인 것이 특징적이다. 에릭슨과 중간 사이클과 유사한 AMR 사이클은 자화 및 탈자화 공정 동안 층 물질에서 약간의 유체가 흐르도록 하여 수행될 수 있다.

능동 자기 축열기의 추가 확대는 DeGregoria 등의 미국 특허 5,249,424에 나타나 있으며, 여기서 층을 통한 열 전달 유체의 유동은 층을 통해 층의 저온부에서 고온부로보다 고온부에서 저온부로 좀더 많은 양의 유체가 흐르게끔 하기 위해 평형이 이루어지지 않는다. 과량의 열 전달 유체는 층의 고온부로 역전환되고, 능동 자기 축열기의 복수 스테이지가 사용될 수 있다. 이 특허에 기재된 바와 같이, 축열기층은 왕복 양식으로 자기장 내부 및 외부로 이동되거나 층이 회전 바퀴에 마운팅될 수 있다.

능동 자기 축열기의 단점 중 하나는 왕복 능동 자기 축열기에서 열 전달 유체가 축열기층(들)과 각각의 고온 및 냉열 교환기 사이에서 앞뒤로 왕복하여 생긴 비효율성이다. 유체의 유동이 층과 열 교환기 사이에서 한 방향으로 진행되는 것이 아니기 때문에, 약간의 열 전달 유체가 항상 층과 열 교환기 사이의 연결 라인에 존재하고 층과 열 교환기를 통해 순환하지 않는다. 보통 "무용 부피(dead volume)"로 불리는 이러한 유동이 차단된 열 전달 유체는 이전의 능동 자기 축열기의 비효율성의 중대한 원인이다.

통상적인 가스 사이클 냉각기에서, 다량의 가장 일반적이면서 경제적으로 적당한 냉각제, 예를 들어 클로로플루오로탄소는 환경에 유해하다. 능동 자기 축열기를 포함한 자기 냉각기에서, 작업 물질은 고체이고, 열 교환기쪽으로 및 열 교환기로부터 열을 운반하는 데 별도의 유체가 사용된다. 열 전달 유체는 압축과 팽창을 겪을 필요가 없기 때문에, 냉각기의 온도 범위보다 허용가능한 열용량과 유동성을 지닌 임의 유체가 사용될 수 있다.

발명의 요약

본 발명에 따르면, 능동 자기 축열기 냉각 장치에는 왕복 축열기층과, 축열기층이 자석의 자기장내에 놓인 위치에서 자석의 자기장 바깥에 놓인 위치로 이동될 때 작동되는 열 전달 유체 분배 밸브가 갖춰진다. 분배 밸브는 보통 서로 미끄러지듯 맞물린 정지 제 1 밸브와 이동 제 2 밸브를 가지며, 각각은 열 전달 유체가 밸브로 제공되고 밸브로부터 받아들여질 수 있는 포트를 가진다. 층은 이동 제 2 밸브내의 포트와 통하는 이동 제 2 밸브에 마운팅되어 열 전달 유체가 밸브로 및 밸브를 통해 한 방향으로 운반되고 밸브를 벗어나 이동 제 2 밸브내의 포트를 통해 직접 축열기층으로 들어간다. 밸브로, 밸브에서 및 밸브를 통한 유체의 유동 방향은 층의 두 위치 모두에서 동일하고, 밸브는 층의 자화된 위치 및 비자화된 위치에서 층을 통해 유체의 유동 방향을 바꾼다. 본질적으로 열 전달 유체의 무용 부피가 존재하지 않기 때문에 본 발명의 축열기 장치의 효율은 굉장히 증가된다.

본 발명의 능동 자기 축열기 냉각 장치는 바람직하게는 고온 및 냉열 교환기, 축열기층이 마운팅된 분배 밸브로 고온 및 냉열 교환기를 연결하는 도관, 및 열 교환기를 통해 밸브로 및 밸브로부터 열 전달 유체를 추진시키는 펌프를 포함한다. 피스톤 에어 실린더와 같은 왕복 드라이브는 분배 밸브에 연결되어 두 위치 사이의 밸브를 구동시키고 두 위치 사이의 축열기층을 이동시킨다. 바람직하게는, 두 축열기층은 분배 밸브에 마운팅되어, 한 층은 밸브의 각 말단 위치에서 자기장내에 존재하지만 나머지 층은 자기장 밖에 존재한다. 원한다면, 장치는 수행원이 냉각력을 증가시킴에 따라 함께 이동하는 보다 많은 층, 예를 들면 네 개의 층과 두 개의 자석(자석당 두 개의 층)을 포함할 수 있다. 분배 밸브가 층 또는 층들을 통과하는 유체의 유동 방향을 바꾸면 자기장내에 존재하는 층을 통해 흐르는 열 전달 유체는 우선 고열 교환기를 통과한 다음 자기장 외부에 놓인 층으로 흐른다. 자기장 밖에 놓인 층을 통과하는 유체는 분배 밸브에 의해 냉열 교환기로 향하고 자기장 내부에 놓인 층으로 되돌려진다. 펌프는 도관에 연결되어 있어 장치의 각종 요소들을 통한 연속 루프식으로 유동을 유지한다. 층이 이들의 두 위치 사이에서 이동될 때, 펌프는 바람직하게는 가동이 중단되거나 우회되어 층이 말단 위치(브레이튼-형 사이클의 경우)로 진입될 때까지 유체의 유동이 없는데, 이 시점에서 분배 밸브는 열 전달 유체의 무용 부피를 최소화 하기 위해 층 외부의 모든 장소에서 열 전달 유체의 유동을 한 방향으로 유지하면서 각 층을 통해 유체의 유동 방향을 변화시킨다. 몇몇 경우에는 층 탈자화 또는 자화 공정의 초기 또는 최종 파트 동안 열 전달 유체 유동을 요구하는 브레이튼과 에릭슨 사이클의 중간 사이클을 수행함이 바람직하다. 이는 제 1 밸브가 한정된 거리 동안 제 2 밸브의 메카니즘을 따르도록 배치된 보통 정지 제 1 밸브와 이동 제 2 밸브에 포트를 유지함으로써 달성될 수 있다.

자가-작동식 분배 밸브는 두 축열기층이 서로 일정하게 떨어진 위치에서 마운팅된 외부 튜브로 이루어진 이동 제 2 밸브, 및 외부 튜브보다 작지만 외부 튜브의 내경을 밀접하게 매치시키는 외경을 지닌 내부 튜브로 이루어진 제 1 밸브를 포함할 수 있다. 왕복 드라이브는 외부 튜브에 연결되어 이를 왕복으로 이동시킨다. 내부 튜브는 벽에 의해 네 개의 사분면 도관(두 층의 경우; 2½개 도관이 하나의 층에 사용될 수 있음), 및 제 1 밸브의 네 개 포트와 통하는 네 개의 사분면 도관으로 구분된 중공 루멘을 가진다. 열 교환기와 펌프에 이르는 외부 도관은 이들 포트에 연결되어 열 전달 유체를 내부 튜브의 네 개의 사분면 도관 각각으로 공급하거나 이들로부터 열 전달 유체를 제공받는다. 내부 튜브의 원통형 벽에는 내부 튜브의 루멘으로 구분된 네 개의 사분면 도관 각각과 통하는 개구부 쌍들이 일정하게 간격을 두고 있다. 두 층의 경우 내부 튜브에 동일하게 간격을 둔 세 쌍의 개구부가 존재하며, 세 쌍의 개구부는 층의 체류 위치에 위치한다. 쌍을 이룬 개구부 중 둘은 자석의 자기장 외부에 놓이고, 나머지 한 쌍의 개구부는 자석의 자기장의 내부에 위치한다. 외부 튜브는 튜브의 벽을 통해, 바람직하게는 외브 튜브에 마운팅된 원통형 케이싱 형태로 형성된 층까지 뻗은 포트쌍을 가진다. 케이싱은 자기열량 효과를 나타내는 물질로 채워지고, 외부 튜브내의 포트는 층을 위한 원통형 케이싱의 두 말단 부근의 위치에 있는 축열기층까지 뻗어있다. 시일은 내부와 외부 튜브 사이에 맞물려 있어 외부 튜브의 개구부가 내부 튜브의 개구부와 일렬로 세워질 때를 제외하고는 열 전달 액체가 층에서부터 또는 층으로 흐르는 것을 막는다. 이들 시일은 내부와 외부 튜브 사이에서 뻗은 고리 형태로 형성되어, 단순하면서도, 내구성이 있고 확실한 슬라이딩 시일이 될 수 있다.

바람직하게는, 자석의 자기장 외부에 놓인 보통 정지 내부 튜브의 두 쌍의 개구부는 루멘의 동일한 두 사분면 도관으로 열려있다. 이들 두 도관은 제 1 밸브의 두 포트까지 뻗어있다. 도관은 이들 포트 중 하나에서 냉열 교환기까지 뻗어있어 층에서 도관을 통해 냉열 교환기로 열 전달 유체를 제공하지만, 이들 포트 중 나머지는 도관에 의해 고열 교환기까지 연결되어 있어 고열 교환기로부터 도관과 사분면 도관을 통해 층까지 유체를 공급한다. 자기장 내부에 놓인 내부 튜브의 나머지 두 쌍의 개구부는 나머지 두 사분면 도관 안으로 개방되어 있으며, 사분면 도관 중 하나는 자기장의 내부에 존재할 때, 도관에 의해 연결된 포트까지 뻗어있어 층으로부터 고열 교환기까지 열 전달 유체를 제공하며, 나머지 사분면 도관은 도관까지 연결된 포트까지 뻗어있어 냉열 교환기로부터 유체를 받아들인다. 이러한 방법으로, 자기장 내부에 위치된 층은 냉열 교환기로부터 열 전달 유체를 받아 들일 것이고, 이 유체는 한 방향으로 층을 통과하고, 외부 튜브에 있는 나머지 개구부를 통해 빠져나와, 사분면 도관을 통해, 제 1 밸브의 포트 밖으로, 외부 도관을 경유하여, 고열 교환기로 나아간다.

축열기층 물질은 자기열량 효과를 나타낸다. 따라서, 층 물질은 자기장에 진입할 때 온도가 올라간다. 자기장내에 존재하는 층을 통과하는 열 전달 유체는 축 열기층 물질로부터 열을 받아들이고, 이 열은 열 전달 유체에 의해 고열 교환기로 전달되며, 고열 교환기는 이 유체로부터 열을 내보내기 때문에 고열 교환기를 벗어나는 유체는 저온 상태이다. 자기장 외부에 놓인 층의 자기열량 물질은 자기장 밖으로 이동할 때 온도가 감소한다. 이는 동시에 축열기층의 온도보다 높은 온도에서 고열 교환기로부터 열 전달 유체를 받아들인다. 축열기층은 열 전달 유체로부터 열을 흡수하고, 층을 벗어나는 유체는 층으로 진입하는 유체보다 낮은 온도상태이다. 이 유체는 분배 밸브에서 벗어나 냉열 교환기로 향하는데 여기서 열 전달 유체는 물질이 냉각되도록 열을 빼앗아(예, 저온 저장 냉각기의 내부), 온도를 증가시킨다. 냉열 교환기를 벗어나는 열 전달 유체는 도관상에서 역으로 분배 밸브의 포트로 향하는데, 여기서 이는 분배 밸브내의 사분면 도관에 의해 자기장 내부에 놓인 냉각기층으로 향하며, 이 열 전달 유체는 층을 통과할 때 냉각기층으로부터 열을 빼앗는다.

열 전달 유체가 두 층을 통과할 때, 자기장내에 놓인 층내의 자기열량 물질의 온도는 온도를 감소시킬 것이고(온도 구배를 유지하면서: 층의 유입부에서 배출부로 가면서 증가함), 자기장 외부의 층내의 자기열량 물질의 온도는 온도를 증가시킬 것이다(온도 구배를 유지하면서: 층의 유입부에서 층의 배출부로 가면서 감소됨).

냉각을 달성하는 데 필요한 작업을 함에 있어, 말단 위치에서 정해진 체류 시간 후, 왕복 드라이브는 분배 밸브와 층을 맞은편 말단 위치로 이동시켜 자기장내의 한 층이 자기장 외부에 존재하고 자기장 외부의 나머지 층이 자기장 내부에 존재하게끔 해준다. 분배 밸브는 이전 위치에서 층을 통해 유체 유동 방향과는 반대인 유체 유동 방향으로 또다시 두 축열기층으로 유체를 공급하여, 층 내부의 온도 구배를 유지하고 축열 작용을 달성한다. 자기장내에 놓인 층의 자기열량 물질은 자기장 외부로 이동할 때 온도가 감소한다. 이 층은 고열 교환기로부터 열 전달 유체를 받아들이고; 이 유체는 가장 고온인 층의 측면으로 들어가 가장 낮은 온도의 층의 측면을 벗어난다. 층이 자기장 내부에서 자기장 외부로 이동될 때 층의 한쪽 말단에서 나머지 말단까지의 온도 구배는 유지되지만, 층의 모든 위치에서 자기열량 물질의 온도는 감소한다. 마찬가지로, 자기장 외부에서 자기장 내부로 이동된 층의 경우, 층의 두 말단 간의 온도 구배는 유지되지만 층의 모든 위치의 물질에서의 온도는 증가한다.

자석은 바람직하게는 분배 밸브의 제 1 밸브 및 이동 제 2 밸브와 축으로 일렬로 늘어선 원통형 내부를 지닌 솔레노이드 자석이다. 자석은 전원에 연결된 전자기, 듀어병 및 액체 냉각조에 유지된 초전도 자석, 또는 필요하다면 강한 영구 자석일 수 있다.

실온 또는 실온 부근에서 본 발명의 작동을 위해 --- 예를 들어, 동결 온도 부근에서 냉각기의 내부를 유지하면서 냉각기를 작동시키기 위해, 열 전달 유체는 물 또는 물/동결 방지 혼합물일 수 있다. 열 전달 유체로서 물, 완충 수용액, 또는 물/동결 방지 물질의 사용이 매우 바람직한데 이는 이러한 물질이 값이 싸고, 쉽게 입수 가능하면서, 환경 유해성이 적기 때문이다.

본 발명의 추가 목적, 특성 및 이점은 첨부된 도면과 함께 하기의 상세한 설 명으로부터 분명해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 능동 자기 축열기 냉각 장치의 간단한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 냉각 장치가 갖춰진 냉각 시스템을 위한 유체 흐름도이다.

도 2a는 유체를 냉각시키기 위해 고온에서 저온으로 변형시키는 것을 제외하고는, 도 2의 것과 유사한 냉각 시스템의 유체 흐름도이다.

도 3은 분배 밸브의 제 1 말단 위치와 축열기층을 도시한 고온 및 냉열 교환기와 함께 분배 밸브의 작동을 설명하는 예시도이다.

도 4는 분배 밸브의 제 2 말단 위치와 축열기층을 도시한 도 3에서와 같은 예시도이다.

도 5는 분배 밸브의 이동 제 2 밸브와 이곳에 마운팅된 자기 축열기층의 단면도이다.

도 6은 분배 밸브의 제 1 밸브의 외부도이다.

도 7-14는 분배 밸브의 제 1 밸브의 구분된 루멘 내부 튜브 구성의 바람직한 방식을 도시한 단순도이다.

도면을 참조로, 본 발명에 따른 능동 자기 축열기 냉각 장치는 일반적으로 도 1에서 (20)으로 도시된다. 장치(20)는 고열 교환기(23), 냉열 교환기(24) 및 펌프(25)와 연결된 능동 자기 축열기(21)를 포함한다. 장치(20)는 냉각 로드, 예를 들면, 유체 또는 밀폐된 공간으로부터 냉열 교환기(24)의 방법으로 열을 제거하고, 고열 교환기(23)의 방법으로 장치로부터 열을 거부한다. 열 전달 유체는 고온의 능동 축열기(21)로부터 고열 교환기(23)로 도관(26), 예를 들면 금속 파이프를 통해 유동하고; 이어서 유체는 고열 교환기(23)(후에 온도가 감소한다)를 통해 통과하며, 도관(27)을 통해 펌프(25)로 통과한 다음, 펌프로부터 도관(28)을 통해 능동 축열기(21)로 돌아간다. 유사하게, 저온의 열 전달 유체는 도관(30)을 통해 능동 축열기(21)로부터 냉열 교환기(24)로 통과하고; 냉열 교환기를 통과한 열 전달 유체(따라서 도관(30)의 유체보다 더 고온이다)는 도관(31)을 통해 축열기(21)로 돌아간다. 도관(26,27,28)의 열 전달 유체의 온도는 일반적으로 주위온도보다 높아서 이러한 도관을 위한 절연체가 필요없을 것이다. 그러나, 도관(30,31)의 열 전달 유체의 온도는 일반적으로 주위온도보다 낮아서, 이러한 도관 주위에 단열이 장치의 총효율을 향상시키는 데 이용될 수 있을 것이다.

능동 자기 축열기(21)를 위한 자기장은 예를 들면, 니오븀-티타늄 또는 니오븀-주석과 같은 휘어진 초전도체의 통상적인 방법으로 형성된 초전도 솔레노이드 자석 코일(34)에 의해 제공된다. 솔레노이드 코일(34)을 초전도 상태로 유지하기 위해, 코일을 통상적인 방법으로 듀어병(37) 내 유지된 액체 헬륨조 또는 액체 수소조(36)에 함침한다. 코일(34)은 또한 적당한 극저온 냉각기를 사용하여 냉각된다. 이러한 초전도 자석과 이들과 관련된 듀어병은 익히 공지되어 있고 자기 공명 영상 장치와 같은 다양한 산업장치에서 사용되고 있다. 듀어병(37)은 원통형의 절연된 내벽(39)에 의해 한정되는, 듀어병의 중심으로 확장되는 중심 원통형 개구부(38)를 가진다. 솔레노이드 코일(34)은 벽(39) 주위로 확장되고 벽(39)에 매 우 근접하다. 따라서 코일(34)은 솔레노이드 코일의 내부를 통해, 이어서 듀어병의 중공 중심 개구부(38) 내 일반적으로 40으로 표시되는 부분을 통해 확장하는 강력한 자기장을 제공한다.

분배 밸브(42) 부분은 중심 개구부(38) 내에 위치한다. 밸브(42)는 서로 매끄럽게 연결된 제 1 밸브 부재(43)와 이동 제 2 밸브 부재(44)를 가지고 있다. 제 1 밸브 부재(43)는 통상적으로 위치에 고정되어 있고 브레이튼 냉각 사이클을 위해 정체되어 있지만, 브레이튼 사이클과 에릭슨 사이클 간의 사이클 중간체가 바람직한 슬라이딩 운동의 짧은 범위에 위치할 수 있다. 제 1 축열기층(45)과 제 2 축열기층(46)은 이동 제 2 밸브 부재(44)에 위치한다. 유압 실린더, 전기 모터 등과 같은 적당한 드라이브가 이용될 수 있지만, 분배 밸브(42)의 이동 제 2 밸브 부재(44)는 축(47)에 의해 에어 실린더와 같은 드라이브(48)와 연결된다. 드라이브(48)는 분배 밸브(42)의 위치를 왕복하고 스위칭하면서 작동하고 두 최종 위치 사이의 층(45,46)을 움직이며 작동한다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 첫번째 최종 위치에서, 제 1 또는 상층(45)은 솔레노이드(34)로부터 자기장의 공간(40) 내에 있고 반면 제 2 또는 하층(46)은 솔레노이드로부터 자기장의 외부에 있다. 두번째 위치에서, 이동 제 2 밸브 부재(44)와 층(45,46)은 드라이브(48)에 의해 위로 향하여 제 2 층(46)은 솔레노이드(34)로부터 자기장의 공간(40)에 있고, 반면 제 1 층(45)은 솔레노이드(34) 위로 상승하여 이의 자기장 외부에 있다. 분배 밸브(42)의 제 1 밸브 부재(43)는 이의 하부에서 도관(26,28,30,31)에 연결된 매니폴드(49)와 연결된다. 설명의 목적으로, 이를 지지하고 있는 듀어병(37)과 드라이브(48)는 휠 이동 플랫폼(52)에 부착된 레그(51)에 위치하는 것으로 보여진다. 매니폴드(49)는 플랫폼(52)에 고정되어 있다. 그러나, 능동 축열기(21)가 직접 고체 바닥 또는 다른 적당한 표면에 위치할 수 있고, 바람직하다면 분배 밸브(42)와 드라이브(48)가 수직이 아닌, 예를 들면 수평으로 밸브를 위한 적당한 슬라이딩 마운트 및 지지체를 향할 수 있음이 확실하다.

자기장을 제공하기 위해 사용되는 초전도 솔레노이드(34)는 다만 예시의 목적으로 도시되었고, 본 발명의 장치는 다른 자석, 예를 들면 전기력이 제공된 전자석 또는 영구 자석으로 이용될 수 있고, 실용적인 고온 초전도 솔레노이드가 이용가능함에 따라 적당한 고온 초전도 솔레노이드 또한 이용될 수 있음이 이해된다. 초전도 솔레노이드의 사용은 공간(40) 내의 매우 높은 자기장, 예를 들면 1 테슬라 내지 5 테슬라 또는 그 이상의 범위로 생산하는 데 바람직한데, 이는 솔레노이드가 충진된 후에 솔레노이드의 전류 흐름을 유지하여 그 결과 자기장을 유지하기 위해 매우 소량의 에너지 주입이 필요하기 때문이다. 극저온 냉각제(36), 예를 들면 저온 초전도체용 액체 헬륨 또는 수소 또는 고온 초전도체용 액체 질소의 공급비용은 총효율을 다소 감소시키는 반면 강력한 자기장을 가지는 능동 축열기(21)를 이용하는 축열방법의 고효율에 의해 상쇄된다. 비-상업 적용에서, 초전도 솔레노이드(34)보다는, 영구 자석이 자기장을 제공하는 데 매우 적당한데, 이는 자기장 내부층 및 외부층(45,46)의 사이클마다 냉각효과를 다소 감소시키는데, 즉 약한 자기장으로 동일한 축열효과를 달성하기 위해서는 강력한 자기장으로 필요한 것보다도 더 많은 자기장 내부층 및 외부층의 사이클이 필요하기 때문이다.

능동 자기 축열기 냉각 장치(20)가 사용될 수 있는 냉각 시스템의 예는 도 2의 개략도에 도시되어 있다. 또한 장치를 통과하는 열 교환 유체의 작동순서를 제어하고 분배 밸브(42)를 스위칭하기 위한 컨트롤러(54)의 예가 도 2에 도시되어 있다. 컨트롤러(54)는, 예를 들면 분배 밸브(42)의 상부 및 하부 최종 위치에서 이동 제 2 밸브 부재(44)에 의해 스위칭되는 리밋 스위치(55,56)으로부터 신호를 받을 것이다. 컨트롤러는 펌프(25)로부터 이르는 라인(28)에서 통상적으로 근접 밸브(58)를 작동하는 솔레노이드와 전기 라인(57)에 의해 연결되고 펌프(25) 주위에 연결된 바이패스 밸브(60)를 작동하는 솔레노이드와 전기 공급 라인(59)에 의해 연결된다. 컨트롤러는 또한 드라이브 실린더(48)로 공기의 공급을 제어하는 밸브(63)와 전기 신호 라인(62)에 의해 연결된다.

표준으로 프로그래밍된 컨트롤러, 릴레이 세트 등일 수 있는, 컨트롤러(54)는 리밋 스위치(55,56)로부터 수신되는 신호에 의해 분배 밸브(42)의 위치를 결정한다. 밸브(42)가 최종 위치 중 한 곳에 이르면, 컨트롤러는 밸브(58)를 열고 바이패스 밸브(60)를 닫으라는 신호를 보내서, 열 교환 유체가 펌프(25)로부터 밸브(42)를 통한 압력하에서 제공되고 이어서 냉열 교환기(24)를 통해 순환 통로상에서 고열 교환기(23)에 이르고 펌프(25)로 돌아간다. 분배 밸브(42)가 최종 위치에서 선택된 시간 동안 정체된 후에, 컨트롤러는 밸브(58,60)에 밸브(58)를 닫고 밸브(60)를 열라는 신호를 보내, 분배 밸브(42)로의 열 교환 유체 유동을 차단한다. 이어서 컨트롤러는 또한 라인(62) 상에서 밸브(63)에 드라이브 실린더(48)가 다른 최종 위치까지 분배 밸브(42)를 스위칭하도록 신호를 보낸다. 밸브(42)가 다른 위치에 이르면, 리밋 스위치(55,56) 중 적당한 하나가 최종 위치에 도달했음을 나타내는 신호를 컨트롤러에 보내고, 이어서 컨트롤러는 밸브(58,60)에 밸브(58)를 열고 밸브(60)를 닫으라는 신호를 보내며, 다시 분배 밸브(42)를 통해 냉열 교환기 및 고열 교환기로 열 교환 유체를 제공한다. 이어서 밸브(42) 스위칭의 이러한 사이클은 계속해서(또는 냉각되어야 하는 로드의 목적한 온도에 이를때까지) 반복된다. 드라이브(48)의 작동방법에 따라, 컨트롤러는 밸브(63)에 밸브(48)로의 공기를 차단하라는 신호를 보낼 수 있다. 대체적으로, 드라이브 실린더(48)는 실린더가 드라이브 실린더(48)의 피스톤 로드 이동의 확실한 한계와 분배 밸브(42)의 목적한 최종 위치와 일치하는 실린더의 이동 한계 사이에서 작동하도록 선택된다. 후자의 경우에, 컨트롤러는 스위칭된 밸브(63)가 드라이브 실린더(48)로 압력하의 공기를 한 방향으로 계속 제공하도록 유지하여 밸브(42)가 스위칭될 때까지 한계 위치에서 실린더를 유지할 수 있고, 컨트롤러는 실린더(48)로의 공기의 공급을 스위칭하여 실린더를 다른 한계로 그리고 분배 밸브(42)를 분배 밸브(42)의 반대 최종 위치로 유도할 수 있다.

분배 밸브(42)와 펌프 바이패스 밸브(60)는 브레이튼 사이클의 경우에 사용되어 자기장이 사이클의 일부를 변화시키는 동안에는 유동하지 않음을 보장한다. 브레이튼 사이클과 에릭슨 사이클 간의 사이클 중간체가 바람직하다면, 분배 밸브와 바이패스 밸브 타이밍은 층 운동의 초기 및/또는 최종 부분 동안 유동을 허용하도록 제어될 수 있다. 이러한 유동을 허용하도록 사용될 수 있는 두가지 제어는 첫째, 분배 밸브의 내부 제 1 밸브 부재(43)에 개구부 슬롯을 연장하거나, 둘째, 밸 브의 외부 제 2 밸브 부재(44)가 움직이기 시작할 때 내부 제 1 밸브 부재(43)가 한계 거리를 운동하도록 하는 것이다. 이 운동은 내부 및 외부 밸브 부재 간의 시일에서의 마찰에 의해 유도될 수 있고; 이 운동은 기계적인 정지에 의해 대체되어 제한될 수 있다.

사용되는 냉각물질은 선택된 냉각 사이클에 가장 적당한 것으로 선택할 수 있다. 예를 들면 C.R. Cross 등의 "Optimal Temperature-Entropy Curves For Magnetic Refrigeration" Adv. Cryogenic Engineering, R.W. Fast, Ed., Vol. 33, Plenum Press, 1988, pp. 767-776을 참조한다.

능동 자기 축열기 냉각 장치(20)는 통상적인 산업 냉각적용, 예를 들면, 저온 저장장치의 냉장, 식품 냉동 저장고 등에서 이용될 수 있고, 이 경우에 고열 교환기(23)는 열을 주위 공기로 버리는 데 적당한 통상적인 라디에이터 형태의 열 교환기일 수 있다. 냉열 교환기(24)는 식품 냉동 저장고와 같은 냉각공간의 내벽에 고정된 파이프를 포함할 수 있거나, 냉각공간 내 주위 공기로부터 열을 흡수하기 위한 통상적인 라디에이터로서 형성될 수 있다.

도 2의 냉각 시스템은 냉열 교환기(24)의 저온에서 열을 제거하고 고열 교환기(23)의 고온에서 열을 배출하도록 표시된다. 도 2의 시스템은 도 2a에서 도시된 바와 같이 변형되어서 고온의 유체를 저온으로 냉각시킬 수 있다. 도 2a의 배열에서, 도관(30)의 저온 유체는 유체의 유동을 분리하는 Tee 연결기(65)로 향하여 유동 일부가 도관(31) 상의 분배 밸브(42)로 돌아가고 다른 일부는 유체 냉각 열 교환기(24)(예를 들면, 냉열 교환기(24)는 이를 통해 유동하는 물을 냉각시키는 데 사용될 것이다)를 통해 유동하도록 한다. 냉열 교환기(24)를 통해 유동하는 유체는 도관(66) 상 유량 제어밸브(67)를 통해 유체가 도관(66)으로부터 펌프(25)의 입구까지 유동하도록 하는 도관(27)에 연결된 연결기(69)로 유동한다. 이어서 도관(66)으로부터의 유체는 펌프(25)에 의해 분배 밸브(42)로 돌아간다. 이러한 배열은, 유체에서 제거된 대부분의 열이 냉각되는 유체에 의해 받게되는 전체 온도의 이동을 통해 갖지 않기 때문에, 필요한 유체의 냉각을 위한 자화 및 탈자화를 감소하는 유체를 냉각하는데 유익하다. 이러한 불균형 유동의 장점은 본원에 참조로 인용된, 전술한 미국 특허 5,249,424에 설명되어 있다.

자가-작동식 분배 밸브(42)의 작동은 밸브(42)의 두 최종 위치에 축열기층(45, 46)의 위치를 도시하는, 도 3과 4에서 설명된다. 도 3에서 도시된 밸브(42)의 위치는 도 1의 밸브의 위치에 상응한다. 밸브(42)는 설명의 목적으로 도 3과 4에 개략적으로 도시되어 있고 하기에서 더 상세히 설명된다. 분배 밸브(42)의 제 1 밸브 부재(43)는 정체되고 매니폴드(49)를 통해 도관(26,28,30,31)과 연결된 내부 실린더 튜브(75)를 가지고, 이동 제 2 밸브 부재(44)는 내부 튜브(75) 주위에 고정된 외부 튜브(76)와 내부 튜브(75)의 외경보다 약간 큰 내경을 가진다. 따라서, 외부 튜브(76)는 내부 튜브(75)와 관련된 동축으로 슬라이딩할 수 있다. 이동 부재(44)의 외부 튜브(76)는 도 1에서 설명된 바와 같이, 드라이브(48)에 의해 왕복 운동하는 축(47)과 연결되고, 바람직하게는 이것이 내부 튜브(75)상으로 자유롭게 슬라이딩하는 데 필요할 수 있는 외부 튜브(76)의 유사한 수용체에 보편적인 조인트(78)의 삽입을 통해 연결된다.

제 1 밸브 부재의 내부 튜브(75)는 바람직하게는 벽(79,80)에 의해 도 3과 4에서 A, B, C 및 D로 표시되는, 4 사분면으로 나누어진 중공 루멘을 가지고, 각 사분면은 제 1 밸브 부재의 장축 내 도관으로 이루어진다. 내부 튜브(75)는 그 외벽에서 형성된 3쌍의 개구부를 가지고, 자석(34) 내 자기장(40)의 외부에서 A와 C 사분면 각각으로 개방되는 제 1 쌍(81,82); 또한 자기장(40)의 외부에서 A와 C 사분면으로 개방되는 제 2 쌍 개구부(83,84); 자석(34)의 자기장(40) 내에서 B와 D 사분면으로 개방되는 개구부(86,87)의 제 3 쌍을 가진다. 각 쌍의 두 개구부 간의 공간은 각 쌍에서 동일하다. 도 3과 4에 도시하지는 않았지만, 이동 부재 외부 튜브(76)는 외부 튜브의 벽을 따라 확장하고 층의 말단 가까이에 있는 축열기층(45,46)으로 개방되는 포트쌍을 가진다. 외벽의 포트는 개구부(81-82,83-84,86-87) 쌍 사이의 공간과 동일한 거리로 떨어져 있다. 도 3에서 도시된 밸브의 위치에서, 축열기층(45)의 포트는 개구부(86,87)를 따라 배열되고 축열기층(46)의 포트는 개구부(81,82)를 따라 배열된다. 이러한 위치에서, 열 교환 유체는 내부 튜브의 분리된 루멘으로부터 축열기층까지 이러한 개구부를 통해 자유롭게 유동하고 다시 개구부를 통해 돌아간다. 유사하게, 밸브(42)가 도 4에서 도시된 위치에 있다면, 개구부(83,84)는 축열기층(45)의 포트를 따라 배열되고 개구부(86,87)는 축열기층(46)의 포트를 따라 배열되며, 이는 열 교환 유체가 이러한 개구부를 통한 층에서 층으로의 자유로운 유동을 허용한다.

도 3에서 도시된 밸브(42)의 첫번째 위치에서, 열 교환 유체는 폄프(25)에 의해 도관(28)을 통해 분배 밸브의 사분면 C 도관으로 움직이고 이어서 개구부(82) 에서 축열기층(46)으로 이동한다. 축열기층(46)을 통과한 후에, 열 교환 유체는 개구부(81)를 통해 사분면 A 도관으로 유동하고 도관(30)을 통해 내부 튜브(75)에서 냉열 교환기(24)로 이동한다. 도 3에서 축열기층(46)이 자석(34)의 자기장 외부에 있기 때문에, 온도가 감소하고 층(46)으로부터 개구부(81)를 통해 배출되는 유체는 저온 T₁이다. T₁의 열 교환 유체는 냉열 교환기(24)를 통해 유동하면서, 열을 수집하고 도관(31)에서 고온 T₂로 배출된다. 유체는 도관(31)에 의해 제 1 밸브 부재의 사분면 B 도관으로 향하고 축열기층(45)으로 개구부(86)를 통해 배출된다. 층(45)을 통과한 후, 열 교환 유체는 개구부(87)를 통해 사분면 D 도관으로 배출되고 도관 (26)을 통해 고열 교환기(23)으로 제 1 밸브 부재(43)에서 배출된다. 축열기층(45)이 자석(34)의 자기장 내에 있기 때문에, 층(45) 내의 자기열량 물질은 온도가 증가하고, 층(45)을 통해 유동하는 열 교환 유체는 열을 수집한다. 따라서, 개구부(87)를 통해 층(45)을 나온 유체의 온도 T₃는 유체가 개구부(86)를 통해 층으로 들어가는 온도 T₂보다 더 높다. T₃온도의 열 교환 유체는 고열 교환기(23)를 통과하고, 열을 잃게 되며, 저온 T₁으로 배출된다. T₄온도의 유체는 펌프(25)를 통해 도관(27)을 지나고 도관(28)을 통해 사분면 C 도관으로 돌아가고 유체는 다시 개구부(82)를 통해 축열기층(46)으로 배출된다.

도 4에서 도시된 바와 같이, 밸브(42)의 두번째 위치에서, 열 교환 유체는 펌프(25)에 의해 도관(28)을 통해 사분면 C 도관으로 향하고 동시에 개구부(84)를 통해 자기장 외부의 축열기층(45)으로 통과해 층(45) 내의 자기열량 물질의 온도가 감소되도록 한다. 층(45)을 통과하는 열 교환 유체는 층의 자기열량 물질로 열을 잃고, 온도가 감소하며, 개구부(83)를 통해 T₁의 온도에서 사분면 A 도관으로 배출된다. 유체는 사분면 A 도관을 나와서 도관(30)을 통해, 유체가 열을 수집하는 냉열 교환기(24)로 통과하고 제 1 밸브 부재(43)의 사분면 B 도관으로 들어가는 것으로부터 도관(31)을 통해 T₂의 온도에서 열 교환기를 나온다. 유체는 축열기층(46)의 자기열량 물질로 개구부(86)를 통해 사분면 B 도관으로부터 배출되고, 이는 자석(34)의 자기장에서 온도가 증가하기 때문이다. 층(46)을 통과하는 열 교환 유체는 따라서 자기열량 물질로부터 열을 받아, 온도가 증가하며, 주입온도 T₂보다 더 높은 T₃자기열량 온도로 개구부(87)를 통해 배출된다. 개구부(87)를 통해 사분면 D 도관으로 배출되는 유체는 도관(26)을 통해 열을 잃고 T₃보다 낮은 T₄온도로 배출되는 고열 교환기(23)를 통과한다. 이어서 이 유체는 도관(27)을 통해 도관(28)으로 향하는 펌프(25)로 통과하고 제 1 밸브 부재(43)의 사분면 C 도관으로 돌아간다.

제 1 밸브 부재 내부 튜브(75)와 이동 제 2 밸브 부재 외부 튜브(76) 내부 사이의 시일은 도 3에서 도시된 밸브의 위치에서 개구부(83,84)를 밀봉하고, 도 4에서 도시된 밸브(42)의 위치에서 개구부(81,82)를 밀봉한다. 이러한 시일은 또한 내부 튜브의 개구부로부터 축열기층(45,46)의 포트로 통과하는 유체가, 내부 튜브(75)와 외부 튜브(76) 사이의 공간으로 누출되는 것을 방지한다. 전술한 바와 같이, 밸브(42)의 스위칭 동안, 솔레노이드는 바람직하게는 밸브(58)가 닫히고 밸브(60)가 개방되도록 제어하여 열 교환 유체가 밸브(42)를 통과하여 유동하지 않도록 하여, 열 교환 유체의 누출 가능성을 추가로 최소로 한다.

이동 제 2 밸브 부재(44)와 축열기층(45,46)은 도 5에서 도시된 더 상세한 측면도에 도시되어 있다. 상기 도면에서 설명된 바와 같이, 이동 제 2 밸브 부재(44)의 외부 튜브(76)는, 예를 들면 폴리비닐 클로라이드 또는 다른 플라스틱, 또는 에폭시-섬유유리 등의 얇은-벽 튜브로서 형성된다. 튜브(76)는 바람직하게는 매끄러운 원통형 내면(90)을 가지고, 바람직하게는 정체 내부 튜브(75)의 외면과 부드럽게 슬라이딩 연동에 적당한, 벽으로 혼입되는 흑연과 같은 고체 윤활유를 가진다. 축열기층(45,46)은 유사하게 구성되고, 이동 제 2 밸브 부재(44)의 외부 튜브(76)에 서로 적당한 공간을 두고 고정된다. 각 축열기층(45,46)은 외부 튜브(76)의 외면과 연결되고, 거기에 예를 들면 접착력을 가지고 부착되는 원통형 외벽(92)과 말단벽(93)으로 이루어진다. 벽(92,93)은 또한 예를 들면, 플라스틱 또는 에폭시-유리섬유로 형성될 수 있다. 일반적으로, 자기장에서 움직이게 되는 부분은 최소 역류 유동 손실을 갖는 물질로 형성되어야 한다. 원통형 외벽(92)과 말단벽(93)은 다공성 자기열량 물질(95)로 팩킹된 환상 용적으로 외부 튜브(76)의 표면(94)에 의해 한정된다. 다공성 자기열량 물질(95)은, 열 교환 유체가 통과하고 자기열량 물질의 각 입자 주위에서 유동할 수 있는 공극을 가지는, 함께 팩킹된 작은 입제 형태일 수 있지만 물질(95)은 물리적으로 물질의 공간 시트와 같은 다른 방법으로 형성될 수 있다. 바람직하다면, 입자 물질은 더 큰 구조적 안정성을 위해 소결될 수 있다. 선택된 입자 자기열량 물질은 축열장치의 작동 온도범위와 자석 코일(34)의 이용가능한 자기장에 따라 좌우될 것이다. 극저온에서 사용하기에 특히 적당한 이러한 물질의 예는 전술한 미국 특허 5,249,424에서 제시된다. 실온에서 또는 실온 근처에서 작동하기 위해, 적당한 자기열량 물질의 한 형태는 가돌리늄이고, 적당한 열 교환 유체는 물 또는 부동제와 혼합된 물이다. 바람직하게는, 완충된 수용액이 자기열량 물질과 열 교환 유체 간의 화학반응을 제거하기 위해 사용된다.

이동 부재의 외부 튜브(76)의 포트(97)는 말단벽(93)에 인접한 위치의 층(45,46)의 말단에서 형성된다. 이러한 포트는 바람직하게는 도 6에서 설명한 바와 같이, 외부 튜브(76)의 벽에서 연속된 공간 슬롯으로서 형성되고, 바람직하게는 스크린(98)에 의해 덮여서 느슨한 자기열량 물질(95)이 포트(97)를 형성하는 슬롯을 통해 이동하거나 슬롯이 막히는 것을 방지한다. 바람직하게는, 이동 제 2 밸브 부재(44)는 층(45,46) 간의 외부 튜브(76) 주위에 고정된 원통형 튜브(99)를 포함하고 이러한 두 층의 말단벽(93) 각각에 고정되어 층(45,46)의 양의 공간을 제공하고 층이 외부 튜브(76)의 위치에 더 단단히 유지되도록 한다.

제 1 밸브 부재(43)의 구조의 더 상세한 외부도는 도 6에 도시되어 있다. 내부 튜브(75)의 각 개구부(81,82,83,84,86,87)는 바람직하게는 고무 O-링 105와 같은, 시일에 고정된 튜브 벽에 형성된 그루브(102)의 양 면에서 내부 튜브의 벽으로 함입된 중심 부위(100)로서 형성된다. 개구부(81,82,83,84,86,87)는 바람직하게는 제 1 밸브 부재의 적당한 사분면 도관으로 확장하는 관(75)의 벽에서 슬롯(103)으로서 형성된다. 슬롯(103)을 통해 사분면 도관 중 하나로부터 바깥으로 유동하는 열 교환 유체는 함입된 슬롯(100)의 원주 주위에서 완전히 유동할 수 있지만, O-링 시일(105)에 의해 내부 튜브 및 외부 튜브(75,76) 사이의 공간으로 유동하는 것은 차단될 것이다. 따라서 유체는 외부 튜브의 전체 원주 주위 위치에서 외부 튜브의 포트(97)로 유동할 수 있다. 유사하게, 축열기층(44,45)으로부터 포트(97)를 통해 돌아오는 유동하는 열 교환 유체는 유체가 슬롯(103)의 위치로 유동할 때까지 내부 튜브의 전체 원주 주위에서 함입(100)에 의해 한정되는 공간으로 유동한 다음 제 1 밸브 부재(43) 내 적당한 사분면 도관으로 슬롯을 통해 유동할 수 있다.

내부 튜브(75) 내 제 1 밸브 부재 내부 도관을 형성하기 위한 바람직한 방법은 도 7-14의 도면을 참조로 설명된다. 도 7의 측면도와 도 8의 끝면도에서 도시된 바와 같이, 수직내벽(79,80)은 초기에 플랫 물질의 스트라입, 예를 들면, 에폭시 섬유유리 또는 폴리비닐 클로라이드와 적당한 접착제(예를 들면, Hysol^R 에폭시)를 접착시킴으로써 형성될 수 있다. 도 9의 측면도와 도 10의 끝면도에서 도시된 바와 같이, 적절한 외부 특성을 가지는 얇은-벽 튜브(106)는 대각선으로 반대 절단 위치(107)에서 이의 길이의 반으로 절단된다. 이어서 그루브(108)를 각각 절반이 되는 중간 위치에서 벽을 절단한다. 벽(79,80)의 너비는 도 11의 측면도와 도 12의 끝면도에서 도시된 바와 같이 벽(80)이 그루브(108)에 맞고, 반면 벽(79)의 말단이 절단위치(107)에 의해 남겨진 공간을 채우도록 선택된다. 수직벽(79,80)은 제자리에서, 예를 들면, 에폭시와 접착된 다음 완전한 튜브(75)의 외부가 매끄럽고 강한 구조를 형성하도록 예를 들면, 튜브의 외부를 Hysol^R 에폭시로 겔-코팅함으로써 코팅할 수 있다. 이어서 튜브의 한쪽 말단을 도 11에서 설명한 바와 같이 벽(79,80)에 의해 한정되는 사분면을 밀봉하기 위해 튜브(75)의 개구부로 말단 플러그(109) 를 접착함으로써 캡핑할 수 있다. 중심이 없는 연마와 기계적 작동은 이어서 O-링 그루브(102), 함입된 부위(100) 및 슬롯(103)을 형성하도록 실행된다(도 11과 13에서 도시하지 않음). 이어서 튜브(75)의 다른 말단은 도 13의 측면도와 도 14의 끝면도에서 도시된 바와 같이 거기에 고정된 매니폴드(49)를 가진다. 매니폴드(49)는 예를 들면, 내벽에 의해 4개의 챔버로 분리되는 원통형 밀폐공간, 내부 튜브(75) 내의 4 사분면 도관과 연결되는 각 챔버 상부의 개구부 및 매니폴드(49)의 외벽의 4 포트(110)로 형성될 수 있고, 제 1 밸브 부재(43)의 투입 및 배출 포트와 매니폴드의 챔버로의 각 개구부는 도관(26,28,30,31)과 연결된다.

본 발명이 본원에서 설명되고 도시된 부분의 특정 구조와 배열로 한정되지 않지만, 이의 모든 변형된 형태를 하기의 청구범위의 범위에 포함한다고 이해된다.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
(a)자기장 생성 자석;

(b)상호 슬라이드 가능하게 연동되는 제 1 밸브 부재 및 이동 제 2 밸브 부재를 구비한 분배 밸브(제 1 밸브 부재와 이동 제 2 밸브 부재는 각각 열 전달 유체가 제공될 수 있고 밸브 부재로부터 수용되는 포트를 구비한다);

(c)자기열량 효과를 보이고, 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 포함하는 자기 축열기층(층은 이와 이동하도록 분배 밸브의 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 층의 자기열량 물질을 통해 유동한다); 및

(d)이동 제 2 밸브 부재 및 여기에 마운팅된 축열기층을 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 1 위치와 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 제 2 위치 사이를 슬라이딩하도록 이동 제 2 밸브 부재에 연결된 왕복 드라이브를 포함하는 능동 자기 축열기.
(a)자기장 생성 자석;

(b)상호 슬라이드 가능하게 연동되는 제 1 밸브 부재 및 이동 제 2 밸브 부재를 구비한 분배 밸브(제 1 밸브 부재와 이동 제 2 밸브 부재는 각각 열 전달 유체가 제공될 수 있고 밸브 부재로부터 수용되는 포트를 구비한다);

(c)자기열량 효과를 보이고, 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 각각 포함하는 제 1 축열기층 및 제 2 축열기층(제 1 및 제 2 축열기층은 두 축열기층이 상호 이격되도록 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 제 1 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 제 1 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 제 1 층의 자기열량 물질을 통해 유동하고, 이동 제 2 밸브 부재는 또한 제 2 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 제 2 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 제 2 축열기층의 자기열량 물질을 통해 유동한다); 및

(d)이동 제 2 밸브 부재 및 여기에 마운팅된 축열기층을 제 1 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있고 제 2 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 제 1 위치와 제 1 축열기층이 자석의 자기장 안에 있고 제 2 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 2 위치 사이를 슬라이딩하도록 이동 제 2 밸브 부재에 연결된 왕복 드라이브를 포함하는 능동 자기 축열기.
제 58 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 외측면이 있는 세장형 중공 내부 튜브로서 형성되고 이동 제 2 밸브 부재가 내부 튜브의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는 세장형 중공 튜브로서 형성되며 내부 튜브 상에 축방향으로 슬라이딩되도록 마운팅되며, 내부 튜브는 4개의 사분면 도관을 규정하도록 4개의 사분면으로 분할되는 내부 루멘을 가지며 내부 튜브의 벽에 세 쌍의 개구부를 포함하며, 동등하게 이격된 두 쌍의 개구부는 4개의 사분면 도관 중 둘과 소통하며 자석의 자기장 밖의 위치에 위치하며 세 번째 쌍의 개구부는 다른 두 사분면 도관과 소통하는 다른 두 쌍 사이에 위치하며 자석의 자기장 안의 위치에 위치하며, 축열기층은 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 주위에 마운팅되며 층과 소통하는 이동 제 2 밸브 부재내의 포트는 분배 밸브의 제 1 위치에서 제 1 층 중으로 개방되는 이동 제 2 밸브 부재내 포트가 내부 튜브의 사분면 도관의 처음 둘과 소통하도록 내부 튜브내 개구부 쌍 사이의 공간에 해당하는 거리만큼 이격되며 제 2 층 중으로 개방되는 이동 제 2 밸브 부재내 포트는 내부 튜브의 다른 두 사분면 도관과 소통하며, 이동 제 2 밸브 부재의 제 2 위치에서 두 층 중으로 개방되는 포트는 제 1 위치에서 소통되지 않은 사분면 도관과 소통되는 능동 자기 축열기.
(a)자기장 생성 자석;

(b)상호 슬라이드 가능하게 연동되는 제 1 밸브 부재 및 이동 제 2 밸브 부재를 구비한 분배 밸브(제 1 밸브 부재와 이동 제 2 밸브 부재는 각각 열 전달 유체가 제공될 수 있고 밸브 부재로부터 수용되는 포트를 구비한다);

(c)자기열량 효과를 보이고, 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 포함하는 자기 축열기층(층은 이와 이동하도록 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 층의 자기열량 물질을 통해 유동한다);

(d)이동 제 2 밸브 부재 및 여기에 마운팅된 축열기층을 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 1 위치와 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 제 2 위치 사이를 슬라이딩하도록 이동 제 2 밸브 부재에 연결된 왕복 드라이브;

(e)고열 교환기;

(f)냉열 교환기;

(g)제 1 밸브 부재의 포트와 고열 및 냉열 교환기에 연결된 도관(도관은 회로 안의 열 전달 유체를 분배 밸브를 통해 자기장 밖에 있는 층으로부터 냉열 교환기, 이어서 다시 분배 밸브를 통해 자기장 안에 있는 층으로, 이어서 분배 밸브를 통해 고열 교환기로, 이어서 다시 분배 밸브를 통해 자기장 밖에 있는 층으로 지시하며, 분배 밸브는 이들 통해서 유동을 지시하여 도관을 통한 유동 회로가 분배 밸브의 두 위치 모두에서 동일 방향으로 유지되고 각각의 층을 통한 유동 방향은 밸브의 각 위치에서 역전된다); 및

(h)고열 및 냉열 교환기, 도관 및 분배 밸브를 통해 열 전달 유체를 추진하기 위해 도관에 연결된 펌프를 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
(a)상호 슬라이드 가능하게 연동되는 제 1 밸브 부재 및 이동 제 2 밸브 부재를 구비한 분배 밸브(제 1 밸브 부재와 이동 제 2 밸브 부재는 각각 열 전달 유체가 제공될 수 있고 밸브 부재로부터 수용되는 포트를 구비한다);

(b)자기열량 효과를 보이고, 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 각각 포함하는 제 1 축열기층 및 제 2 축열기층(제 1 및 제 2 축열기층은 두 축열기층이 상호 이격되도록 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 제 1 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 제 1 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 제 1 층의 자기열량 물질을 통해 유동하고, 이동 제 2 밸브 부재는 또한 제 2 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 제 2 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 제 2 축열기층의 자기열량 물질을 통해 유동한다)를 포함하고; 제 1 밸브 부재가 외측면이 있는 세장형 중공 내부 튜브로서 형성되고 이동 제 2 밸브 부재가 내부 튜브의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는 세장형 중공 튜브로서 형성되며 내부 튜브 상에 축방향으로 슬라이딩되도록 마운팅되며, 내부 튜브는 4개의 사분면 도관을 규정하도록 4개의 사분면으로 분할되는 내부 루멘을 가지며 내부 튜브의 벽에 세 쌍의 개구부를 포함하며, 동등하게 이격된 두 쌍의 개구부는 4개의 사분면 도관 중 둘과 소통하며 자석의 자기장 밖의 위치에 위치하며 세 번째 쌍의 개구부는 다른 두 사분면 도관과 소통하는 다른 두 쌍 사이에 위치하며 자석의 자기장 안의 위치에 위치하며, 축열기층은 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 주위에 마운팅되며 층과 소통하는 이동 제 2 밸브 부재내의 포트는 분배 밸브의 제 1 위치에서 제 1 층 중으로 개방되는 이동 제 2 밸브 부재내 포트가 내부 튜브의 사분면 도관의 처음 둘과 소통하도록 내부 튜브내 개구부 쌍 사이의 공간에 해당하는 거리만큼 이격되며 제 2 층 중으로 개방되는 이동 제 2 밸브 부재내 포트가 내부 튜브의 다른 두 사분면 도관과 소통하며, 이동 제 2 밸브 부재의 제 2 위치에서 두 층 중으로 개방되는 포트가 제 1 위치에서 소통되지 않은 사분면 도관과 소통되는 능동 자기 축열기 장치.
제 61 항에 있어서, 축열기층이 외측 원통형 케이싱과 말단벽을 포함하여 케이싱 벽, 말단벽, 및 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 간의 환상 밀폐공간을 규정하고, 다공성 자기열량 물질이 환상 밀폐공간을 채우는 능동 자기 축열기 냉동장치.
(a)자기장 생성 자석;

(b)상호 슬라이드 가능하게 연동되는 제 1 밸브 부재 및 이동 제 2 밸브 부재를 구비한 분배 밸브(제 1 밸브 부재와 이동 제 2 밸브 부재는 각각 열 전달 유체가 제공될 수 있고 밸브 부재로부터 수용되는 포트를 구비한다);

(c) 자기열량 효과를 보이고, 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 포함하는 자기 축열기층(층은 이와 이동하도록 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 구비하여 포트 사이를 유동하는 유체는 층의 자기열량 물질을 통해 유동한다);

(d)이동 제 2 밸브 부재 및 여기에 마운팅된 축열기층을 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 1 위치와 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 제 2 위치 사이를 슬라이딩하도록 이동 제 2 밸브 부재에 연결된 왕복 드라이브;

(e)고열 교환기;

(f)유체 냉각을 위한 냉열 교환기;

(g)펌프;

(h)제 1 밸브 부재의 포트, 펌프와 고열 및 냉열 교환기에 연결된 도관을 포함하고 도관은 회로 안의 열 전달 유체의 일부를 자기장 밖에 있는 층으로부터 분배 밸브를 통해, 이어서 분배 밸브 밖으로, 다시 분배 밸브로 및 이를 통해서 자기장 안에 있는 층으로, 이어서 분배 밸브를 통해 고열 교환기로, 이어서 다시 분배 밸브를 통해 자기장 밖에 있는 층으로 지시하며, 도관은 또한 유체의 일부를 자기장 밖에 있는 층으로부터 분배 밸브를 통해, 이어서 냉열 교환기를 통해 펌프의 입구로, 이어서 분배 밸브로 지시하며, 분배 밸브는 이들 통해서 유동을 지시하여 도관을 통한 유동 회로가 분배 밸브의 두 위치 모두에서 동일 방향으로 유지되고 각각의 층을 통한 유동 방향은 밸브의 각 위치에서 역전되며, 펌프는 고열 및 냉열 교환기, 도관 및 분배 밸브를 통해 열 전달 유체를 추진하기 위해 도관에 연결되는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 60 항 또는 제 63 항에 있어서, 펌프로부터 인도하는 도관에 연결된 솔레노이드 작동 밸브 및 설정시간에서 분배 밸브를 스위칭하도록 드라이브를 제어하고 분배 밸브를 설정시간 동안 제 1 및 제 2 위치에서 체류하도록 하고, 분배 밸브가 두 위치 사이에서 스위칭될 때 펌프로부터의 열 전달 유체의 유동을 차단하도록 솔레노이드 밸브를 제어하고 분배 밸브가 두 위치에서 체류할 때 펌프로부터의 유동을 허용하도록 솔레노이드 밸브를 개방하기 위하여 드라이브와 솔레노이드 밸브에 연결된 컨트롤러를 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 64 항에 있어서, 펌프 주위에 연결되고 분배 밸브가 두 위치에 있을 때는 닫혀지고 분배 밸브가 두 위치 사이에서 스위칭될 때는 열려지게 제어되도록 컨트롤러에 연결된 솔레노이드 밸브를 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 60 항 또는 제 63 항에 있어서, 축열기층이 제 1 축열기층이고, 자기열량 효과를 보이고 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 포함하는 제 2 축열기층을 포함하며, 제 2 축열기층은 두 축열기층이 상호 이격되도록 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 포트 사이를 유동하는 유체가 제 2 축열기층의 자기열량 물질을 통해 유동하도록 제 2 축열기층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 제 2 축열기층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 가지며, 드라이브가 제 1 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있고 제 2 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 제 1 위치와 제 1 축열기층이 자석의 자기장 안에 있고 제 2 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 2 위치 사이에서 이동 제 2 밸브 부재를 운동시키는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 60 항 또는 제 63 항에 있어서, 자석이 초전도체의 솔레노이드 권선으로 형성되고, 솔레노이드 초전도 권선이 권선부를 냉각하도록 유지되는 듀어병, 및 솔레노이드 초전도 권선, 분배 밸브 및 여기에 마운팅되어 축열기층이 솔레노이드 권선부 안에 생성된 자기장 밖에 있는 위치에서 축열기층이 솔레노이드 권선부의 자기장 안에 있는 위치로의 구동에 의해 이동 제 2 밸브 부재의 운동을 위한 듀어병내 개구부 안에 위치된 축열기층에 걸쳐 연장하는 듀어병내 중앙 개구부를 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 60 항 또는 제 63 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 외측면이 있는 세장형 중공 내부 튜브로서 형성되고 이동 제 2 밸브 부재가 내부 튜브의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는 세장형 중공 튜브로서 형성되며 내부 튜브 상에 축방향으로 슬라이딩되도록 마운팅되며, 내부 튜브는 4개의 사분면 도관을 규정하도록 4개의 사분면으로 분할되는 내부 루멘을 가지고 내부 튜브의 벽에 두 쌍의 개구부를 포함하며, 한 쌍의 개구부는 4개의 사분면 도관 중 둘과 소통하며 자석의 자기장 밖의 위치에 위치하며 두 번째 쌍의 개구부는 다른 두 사분면 도관과 소통하며 자석의 자기장 안의 위치에 위치하며, 축열기층은 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 주위에 마운팅되며 이동 제 2 밸브 부재내의 포트는 밸브가 자기장 밖 축열기층과의 위치에 있을 때 이동 제 2 밸브 부재내 두 포트가 내부 튜브의 사분면 도관의 처음 둘과 소통하도록 내부 튜브내 개구부 쌍 사이의 공간에 해당하는 거리만큼 이격되며 이동 제 2 밸브 부재내 포트는 밸브가 자석의 자기장 안 축열기층과의 위치에 있을 때 내부 튜브의 다른 두 사분면 도관과 소통되는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 68 항에 있어서, 축열기층이 외측 원통형 케이싱과 말단벽을 포함하여 케이싱 벽, 말단벽 및 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 간의 환상 밀폐공간을 형상하고, 다공성 자기열량 물질이 환상 밀폐공간을 채우는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 69 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재내 두 포트가 축열기층의 케이싱 말단벽에 인접한 위치에서 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 벽을 통해 형성된 슬롯을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 69 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 상의 이격된 위치에 마운팅된 동일 구조의 두 축열기층이 존재하고, 드라이브가 첫 번째 층이 자기장 안에 있고 두 번째 층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 1 위치와 첫 번째 층이 자기장 밖에 있고 두 번째 층이 자기장 안에 있는 제 2 위치 사이로 이동 제 2 밸브 부재를 운동시키고, 자기장 밖 위치에 위치하고 또한 자석의 자기장 밖 위치에서 내부 튜브에 위치되는 다른 쌍의 개구부로서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브의 분할된 루멘의 동일 사분면으로 개방되는 제 1 밸브 부재의 내부 튜브 내 세 번째 쌍의 개구부를 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 71 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브가 이동 제 2 밸브 부재의 모든 위치에서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브내 모든 개구부 쌍을 덮고, 내부 튜브내 개구부로부터 내외 튜브 간의 공간으로의 열 전달 유체 유동을 저지하도록 내부 튜브내 개구부에 인접한 내외 튜브 사이에 시일을 포함하며, 내부 튜브내 개구부 중 어느 한쪽 상의 위치에 내부 튜브의 외면에 그루브가 형성되고, 내외 튜브를 상호간에 슬라이딩되도록 허용하면서 유체가 개구부에서 내외 튜브 사이의 공간 중으로 유동하는 것을 막도록 각각의 개구부 주위에 시일을 제공하기 위하여 외부 튜브의 내면에 대해 밀봉하는 그루브에 마운팅된 O-링을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 71 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브가 이동 제 2 밸브 부재의 모든 위치에서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브내 모든 개구부 쌍을 덮고, 내부 튜브내 개구부로부터 내외 튜브 간의 공간으로의 열 전달 유체 유동을 저지하도록 내부 튜브내 개구부에 인접한 내외 튜브 사이에 시일을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 73 항에 있어서, 내부 튜브내 개구부 중 어느 한쪽 상의 위치에 내부 튜브의 외면에 그루브가 형성되고, 내외 튜브를 상호간에 슬라이딩되도록 허용하면서 유체가 개구부에서 내외 튜브 사이의 공간 중으로 유동하는 것을 막도록 각각의 개구부 주위에 시일을 제공하기 위하여 외부 튜브의 내면에 대해 밀봉하는 그루브에 마운팅된 O-링을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 74 항에 있어서, 유체가 만입부내 내부 튜브의 전 원주 주위의 개구부로 또는 이로부터 유동할 수 있도록 내부 튜브내 각 개구부의 위치에서 내부 튜브의 원주 주위에 만입부가 형성되는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 59 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브가 이동 제 2 밸브 부재의 모든 위치에서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브내 모든 개구부 쌍을 덮고, 내부 튜브내 개구부로부터 내외 튜브 간의 공간으로의 열 전달 유체 유동을 저지하도록 내부 튜브내 개구부에 인접한 내외 튜브 사이에 시일을 포함하는 능동 자기 축열기.
제 76 항에 있어서, 내부 튜브내 개구부 중 어느 한쪽 상의 위치에 내부 튜브의 외면에 그루브가 형성되고, 내외 튜브를 상호간에 슬라이딩되도록 허용하면서 유체가 개구부에서 내외 튜브 사이의 공간 중으로 유동하는 것을 막도록 각각의 개구부 주위에 시일을 제공하기 위하여 외부 튜브의 내면에 대해 밀봉하는 그루브에 마운팅된 O-링을 포함하는 능동 자기 축열기.
제 77 항에 있어서, 유체가 만입부내 내부 튜브의 전 원주 주위의 개구부로 또는 이로부터 유동할 수 있도록 내부 튜브내 각 개구부의 위치에서 내부 튜브의 원주 주위에 만입부가 형성되는 능동 자기 축열기.
제 68 항에 있어서, 내부 튜브의 루멘이 내부 튜브를 통해 축방향으로 연장하는 직교벽에 의해 4개의 사분면 도관으로 분할되고 내부 튜브의 원통형 벽과 연동되는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 79 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 내부 튜브의 말단에 마운팅된 매니폴드를 포함하고 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 4개의 사분면 도관 중 하나와 소통하는 4개의 챔버를 가지며, 제 1 밸브 부재의 포트가 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 사분면 도관 중 하나와 소통되는 매니폴드내 4개의 챔버로 인도하는 매니폴드내 개구부로서 형성되는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 59 항에 있어서, 내부 튜브의 루멘이 내부 튜브를 통해 축방향으로 연장하는 직교벽에 의해 4개의 사분면 도관으로 분할되고 내부 튜브의 원통형 벽과 연동되는 능동 자기 축열기.
제 81 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 내부 튜브의 말단에 마운팅된 매니폴드를 포함하고 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 4개의 사분면 도관 중 하나와 소통하는 4개의 챔버를 가지며, 제 1 밸브 부재의 포트가 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 사분면 도관 중 하나와 소통되는 매니폴드내 4개의 챔버로 인도하는 매니폴드내 개구부로서 형성되는 능동 자기 축열기.
제 68 항에 있어서, 드라이브가 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브에 연결되는 연장축이 있는 에어 실린더, 이의 축을 운동시키도록 작동되는 에어 실린더 드라이브 및 두 위치 (축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 하나의 위치와 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 다른 하나의 위치) 사이에 연결된 외부 튜브를 포함하는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 59 항에 있어서, 축열기층이 외측 원통형 케이싱과 말단벽을 포함하여 케이싱 벽, 말단벽 및 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 간의 환상 밀폐공간을 규정하고, 다공성 자기열량 물질이 환상 밀폐공간을 채우는 능동 자기 축열기.
제 62 항에 있어서, 각각의 층으로 개방되는 이동 제 2 밸브 부재내 두 포트가 축열기층의 케이싱 말단벽에 인접한 위치에서 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 벽을 통해 형성된 슬롯을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동 장치.
제 59 항에 있어서, 드라이브가 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브에 연결되는 연장축이 있는 에어 실린더, 이의 축을 운동시키도록 작동되는 에어 실린더 드라이브 및 두 위치 (제 1 층이 자석의 자기장 밖에 있고 제 2 층이 자기장 안에 있는 제 1 위치와 제 1 층이 자석의 자기장 안에 있고 제 2 층이 자기장 밖에 있는 제 2 위치) 사이에 연결된 외부 튜브를 포함하는 능동 자기 축열기.
제 57 항에 있어서, 축열기층이 제 1 축열기층이고, 자기열량 효과를 보이고 다공성이며 자기열량 물질을 통한 열 전달 유체의 유동을 허용하는 물질을 포함하는 제 2 축열기층을 포함하며, 제 2 축열기층은 두 축열기층이 상호 이격되도록 이동 제 2 밸브 부재에 마운팅되며, 이동 제 2 밸브 부재는 포트 사이를 유동하는 유체가 제 2 축열기층의 자기열량 물질을 통해 유동하도록 제 2 축열기층의 제 1 측부로 개방되는 포트 및 제 2 축열기층의 제 2 측부로 개방되는 포트를 가지며, 드라이브가 제 1 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있고 제 2 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 제 1 위치와 제 1 축열기층이 자석의 자기장 안에 있고 제 2 축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 2 위치 사이에서 이동 제 2 밸브 부재를 운동시키는 능동 자기 축열기.
제 57 항에 있어서, 자석이 초전도체의 솔레노이드 권선으로 형성되고, 솔레노이드 초전도 권선이 권선부를 냉각하도록 유지되는 듀어병, 및 솔레노이드 초전도 권선, 분배 밸브 및 여기에 마운팅되어 축열기층이 솔레노이드 권선부 안에 생성된 자기장 밖에 있는 위치에서 축열기층이 솔레노이드 권선부의 자기장 안에 있는 위치로의 구동에 의해 이동 제 2 밸브 부재의 운동을 위한 듀어병내 개구부 안에 위치된 축열기층에 걸쳐 연장하는 듀어병내 중앙 개구부를 포함하는 능동 자기 축열기.
제 57 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 외측면이 있는 세장형 중공 내부 튜브로서 형성되고 이동 제 2 밸브 부재가 내부 튜브의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는 세장형 중공 튜브로서 형성되며 내부 튜브 상에 축방향으로 슬라이딩되도록 마운팅되며, 내부 튜브는 4개의 사분면 도관을 규정하도록 4개의 사분면으로 분할되는 내부 루멘을 가지고 내부 튜브의 벽에 두 쌍의 개구부를 포함하며, 한 쌍의 개구부는 4개의 사분면 도관 중 둘과 소통하며 자석의 자기장 밖의 위치에 위치하며 두 번째 쌍의 개구부는 다른 두 사분면 도관과 소통하며 자석의 자기장 안의 위치에 위치하며, 축열기층은 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 주위에 마운팅되며 이동 제 2 밸브 부재내의 포트는 밸브가 자기장 밖 축열기층과의 위치에 있을 때 이동 제 2 밸브 부재내 두 포트가 내부 튜브의 사분면 도관의 처음 둘과 소통하도록 내부 튜브내 개구부 쌍 사이의 공간에 해당하는 거리만큼 이격되며 이동 제 2 밸브 부재내 포트는 밸브가 자석의 자기장 안 축열기층과의 위치에 있을 때 내부 튜브의 다른 두 사분면 도관과 소통되는 능동 자기 축열기.
제 89 항에 있어서, 축열기층이 외측 원통형 케이싱과 말단벽을 포함하여 케이싱 벽, 말단벽 및 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 간의 환상 밀폐공간을 형상하고, 다공성 자기열량 물질이 환상 밀폐공간을 채우는 능동 자기 축열기.
제 90 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재내 두 포트가 축열기층의 케이싱 말단벽에 인접한 위치에서 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 벽을 통해 형성된 슬롯을 포함하는 능동 자기 축열기.
제 90 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 상의 이격된 위치에 마운팅된 동일 구조의 두 축열기층이 존재하고, 드라이브가 첫 번째 층이 자기장 안에 있고 두 번째 층이 자석의 자기장 밖에 있는 제 1 위치와 첫 번째 층이 자기장 밖에 있고 두 번째 층이 자기장 안에 있는 제 2 위치 사이로 이동 제 2 밸브 부재를 운동시키고, 자기장 밖 위치에 위치하고 또한 자석의 자기장 밖 위치에서 내부 튜브에 위치되는 다른 쌍의 개구부로서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브의 분할된 루멘의 동일 사분면으로 개방되는 제 1 밸브 부재의 내부 튜브 내 세 번째 쌍의 개구부를 포함하는 능동 자기 축열기.
제 92 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브가 이동 제 2 밸브 부재의 모든 위치에서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브내 모든 개구부 쌍을 덮고, 내부 튜브내 개구부로부터 내외 튜브 간의 공간으로의 열 전달 유체 유동을 저지하도록 내부 튜브내 개구부에 인접한 내외 튜브 사이에 시일을 포함하며, 내부 튜브내 개구부 중 어느 한쪽 상의 위치에 내부 튜브의 외면에 그루브가 형성되고, 내외 튜브를 상호간에 슬라이딩되도록 허용하면서 유체가 개구부에서 내외 튜브 사이의 공간 중으로 유동하는 것을 막도록 각각의 개구부 주위에 시일을 제공하기 위하여 외부 튜브의 내면에 대해 밀봉하는 그루브에 마운팅된 O-링을 포함하는 능동 자기 축열기.
제 92 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브가 이동 제 2 밸브 부재의 모든 위치에서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브내 모든 개구부 쌍을 덮고, 내부 튜브내 개구부로부터 내외 튜브 간의 공간으로의 열 전달 유체 유동을 저지하도록 내부 튜브내 개구부에 인접한 내외 튜브 사이에 시일을 포함하는 능동 자기 축열기.
제 94 항에 있어서, 내부 튜브내 개구부 중 어느 한쪽 상의 위치에 내부 튜브의 외면에 그루브가 형성되고, 내외 튜브를 상호간에 슬라이딩되도록 허용하면서 유체가 개구부에서 내외 튜브 사이의 공간 중으로 유동하는 것을 막도록 각각의 개구부 주위에 시일을 제공하기 위하여 외부 튜브의 내면에 대해 밀봉하는 그루브에 마운팅된 O-링을 포함하는 능동 자기 축열기.
제 95 항에 있어서, 유체가 만입부내 내부 튜브의 전 원주 주위의 개구부로 또는 이로부터 유동할 수 있도록 내부 튜브내 각 개구부의 위치에서 내부 튜브의 원주 주위에 만입부가 형성되는 능동 자기 축열기.
제 61 항에 있어서, 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브가 이동 제 2 밸브 부재의 모든 위치에서 제 1 밸브 부재의 내부 튜브내 모든 개구부 쌍을 덮고, 내부 튜브내 개구부로부터 내외 튜브 간의 공간으로의 열 전달 유체 유동을 저지하도록 내부 튜브내 개구부에 인접한 내외 튜브 사이에 시일을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 97 항에 있어서, 내부 튜브내 개구부 중 어느 한쪽 상의 위치에 내부 튜브의 외면에 그루브가 형성되고, 내외 튜브를 상호간에 슬라이딩되도록 허용하면서 유체가 개구부에서 내외 튜브 사이의 공간 중으로 유동하는 것을 막도록 각각의 개구부 주위에 시일을 제공하기 위하여 외부 튜브의 내면에 대해 밀봉하는 그루브에 마운팅된 O-링을 포함하는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 98 항에 있어서, 유체가 만입부내 내부 튜브의 전 원주 주위의 개구부로 또는 이로부터 유동할 수 있도록 내부 튜브내 각 개구부의 위치에서 내부 튜브의 원주 주위에 만입부가 형성되는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 89 항에 있어서, 내부 튜브의 루멘이 내부 튜브를 통해 축방향으로 연장하는 직교벽에 의해 4개의 사분면 도관으로 분할되고 내부 튜브의 원통형 벽과 연동되는 능동 자기 축열기.
제 100 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 내부 튜브의 말단에 마운팅된 매니폴드를 포함하고 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 4개의 사분면 도관 중 하나와 소통하는 4개의 챔버를 가지며, 제 1 밸브 부재의 포트가 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 사분면 도관 중 하나와 소통되는 매니폴드내 4개의 챔버로 인도하는 매니폴드내 개구부로서 형성되는 능동 자기 축열기.
제 61 항에 있어서, 내부 튜브의 루멘이 내부 튜브를 통해 축방향으로 연장하는 직교벽에 의해 4개의 사분면 도관으로 분할되고 내부 튜브의 원통형 벽과 연동되는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 102 항에 있어서, 제 1 밸브 부재가 내부 튜브의 말단에 마운팅된 매니폴드를 포함하고 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 4개의 사분면 도관 중 하나와 소통하는 4개의 챔버를 가지며, 제 1 밸브 부재의 포트가 각각이 내부 튜브의 분할된 루멘의 사분면 도관 중 하나와 소통되는 매니폴드내 4개의 챔버로 인도하는 매니폴드내 개구부로서 형성되는 능동 자기 축열기 냉동장치.
제 89 항에 있어서, 드라이브가 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브에 연결되는 연장축이 있는 에어 실린더, 이의 축을 운동시키도록 작동되는 에어 실린더 드라이브 및 두 위치 (축열기층이 자석의 자기장 밖에 있는 하나의 위치와 축열기층이 자석의 자기장 안에 있는 다른 하나의 위치) 사이에 연결된 외부 튜브를 포함하는 능동 자기 축열기.
제 84 항에 있어서, 각각의 층으로 개방되는 이동 제 2 밸브 부재내 두 포트가 축열기층의 케이싱 말단벽에 인접한 위치에서 이동 제 2 밸브 부재의 외부 튜브 벽을 통해 형성된 슬롯을 포함하는 능동 자기 축열기.