KR100716007B1 - Active magnetic refrigerator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간격이 형성되게 자기재료열량편을 배치한 복수의 자기열교환유닛과 열교환하는 열전도유체가 솔레노이드밸브를 통해 별도로 순환하는 분리된 고온열교환부와 저온열교환부로 구성된 능동자기냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to an active magnetic refrigerator comprising a separated high temperature heat exchanger and a low temperature heat exchanger in which a heat conduction fluid for exchanging heat with a plurality of magnetic heat exchange units in which magnetic material calorific pieces are arranged to form a gap is circulated separately through a solenoid valve.
Description
도 1은 능동자기냉동기 개념도. 1 is a conceptual diagram of an active magnetic refrigerator.
도 2는 종래 회전 자석식 자기냉동기 내의 열전도유체 구성요소의 평면도. 2 is a plan view of a thermally conductive fluid component in a conventional rotating magnetic magnetic refrigerator.
도 3은 도 2의 파우더형 자기열량재료를 포함하는 예시적인 자기열교환실의 평면도. 3 is a plan view of an exemplary magnetic heat exchange chamber comprising the powdered magnetocaloric material of FIG.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동자기냉동기에서 자석의 위치에 따른 열전도유체의 사이클을 도시한 평면도. 4A and 4B are plan views illustrating a cycle of a thermally conductive fluid according to a position of a magnet in an active magnetic refrigerator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 사이클을 하나로 표시한 평면도. 4C is a plan view showing one cycle of FIGS. 4A and 4B.
도 4d는 자석회전어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도. Figure 4d is a cross-sectional view schematically showing a magnet rotation assembly.
도 5a 및 도 5b는 유동통로가 형성된 테이블을 도시한 사시도 및 부분 확대도. 5A and 5B are a perspective view and a partially enlarged view showing a table on which a flow passage is formed.
도 6은 본 발명의 능동자기냉동기에 채택한 자기열교환유닛을 도시한 외관 사시도. Figure 6 is an external perspective view showing a magnetic heat exchange unit adopted in the active magnetic refrigerator of the present invention.
도 7a는 도 6의 B-B선을 취하여 본 단면도. FIG. 7A is a sectional view taken on line B-B in FIG. 6; FIG.
도 7b 내지 도 7d는 도 6의 B-B선을 취하여 본 다른 실시예의 단면도. 7B-7D are cross-sectional views of another embodiment taken on line B-B in FIG. 6;
도 8은 길이방향의 홈이 형성된 로드형상의 자기열량재료편을 도시한 사시도. Fig. 8 is a perspective view showing a rod-shaped magnetocaloric material piece in which a longitudinal groove is formed.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
5,160,161 : 펌프 6,162 : 고온열교환기(실외기부)5,160,161: Pump 6,162: High temperature heat exchanger (outdoor unit)
12,163 : 저온열교환기(실내기부) 13 : 자기열교환실12,163: low temperature heat exchanger (indoor part) 13: magnetic heat exchange room
17aa,17ab : 제1열전도유체 17bb,17bc : 제2열전도유체17aa, 17ab: first heat conducting fluid 17bb, 17bc: second heat conducting fluid
112,212,312,412a,412b : 자기열량재료편(Gd)112,212,312,412a, 412b: Magnetocaloric material piece (Gd)
113,213,313,413 : 자기열교환유닛 114,214,314,414 : 간격(공극)113,213,313,413: Magnetic heat exchange unit 114,214,314,414: Interval (void)
115 : 케이스 115a,116a : 유입포트115:
115b,116b : 유출포트 130a,131a;130b,131b : 고온측 튜브115b, 116b:
132a,133a;132b,132b : 저온측 튜브 140 : 자석회전어셈블리132a, 133a; 132b, 132b: Low temperature side tube 140: Magnet rotating assembly
141 : 자석 143: 요크141: magnet 143: yoke
147 : 회전받침대 148 : 모터147: rotating support 148: motor
149 : 모터회전축 150 : 테이블149: motor shaft 150: table
150a : 상판 150b : 다리150a:
153A,153B : 장착부 155 : 브리지153A, 153B: mounting portion 155: bridge
157 : 터널157: tunnel
한국공개특허공보 제2004-0062989호Korean Unexamined Patent Publication No. 204-00604
미국특허공보 제6,668,560호U.S. Patent Publication Nos. 6,66,6,600
일본공표특허공보 특표2005-513393호Japanese Patent Publication No. 205-551333
본 발명은 간격이 형성되게 자기재료열량편을 배치한 복수의 자기열교환유닛과 열교환하는 열전도유체가 솔레노이드밸브를 통해 별도로 순환하는 분리된 고온열교환부와 저온열교환부로 구성된 능동자기냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to an active magnetic refrigerator comprising a separated high temperature heat exchanger and a low temperature heat exchanger in which a heat conduction fluid for exchanging heat with a plurality of magnetic heat exchange units in which magnetic material calorific pieces are arranged to form a gap is circulated separately through a solenoid valve.
능동자기냉동기의 개념을 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, (a) 자석이 오른쪽으로 이동함에 따라 자장에 걸리게 되는 자기냉매층의 온도가 점선으로부터 실선으로 상승한다. (b) 저온부의 열전도유체가 고온부 방향으로 이동함으로써 자기냉매층은 점선에서 실선의 온도로 냉각되며, 이때 유체는 점차 가열되어 오른쪽 출구에서는 고온이 되어 고온부와의 열교환에 의해 열을 방출하게 된다. (c) 자석이 왼쪽으로 이동함에 따라 자장이 제거되는 자기냉매층의 온도는 점선에서 실선으로 더 떨어지게 된다. (d) 고온부로부터 저온부로의 유체의 이동에 의해 자기냉매층은 점선에서 실선의 온도로 가열되며, 상대적으로 유체는 냉각되어 외쪽 출구에서는 저온이 되어 저온부로부터 열을 흡수함으로써 저온부의 냉각이 이루어진다. Referring to the concept of an active magnetic refrigerator, as shown in Fig. 1, (a) As the magnet moves to the right, the temperature of the magnetic refrigerant layer, which is caught by the magnetic field, rises from the dotted line to the solid line. (b) As the heat-conducting fluid of the low temperature part moves toward the high temperature part, the magnetic refrigerant layer is cooled to the solid line temperature at the dotted line. At this time, the fluid is gradually heated to a high temperature at the right outlet to release heat by heat exchange with the high temperature part. (c) As the magnet moves to the left, the temperature of the magnetic refrigerant layer from which the magnetic field is removed is further dropped from the dotted line to the solid line. (d) The magnetic refrigerant layer is heated to the solid line temperature in the dotted line by the movement of the fluid from the high temperature portion to the low temperature portion, and the fluid is relatively cooled, and the low temperature is absorbed from the low temperature portion by absorbing heat from the low temperature portion.
이와 같은 사이클을 하는 종래의 능동자기냉동기로서, 예컨대 위에서 기술된 공보들이 제안되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 능동자기냉동기는 1번으로 투입된 열전도유체는 2번으로 흐르는 동안, 자장이 인가된 자기열량재료가 가진 자기발열효과에 의해 가열된 열을 열전도유체가 흡수하여 2번 출구를 통해 파이프로 빠져나가므로 자기열량재료를 냉각시킨다. 고온부는 3번 파이프를 지나 분배기(4)를 통해 펌프(5)를 거쳐 실외기부(고온열교환기)(6)를 통과한 후 자 기열교환실(7)로 투입된다. 7번 파이프에서 고온부는 8번 파이프와 9번 파이프로 나뉘어 이동하며 10번에서 저온부로 만나 분배기(11)로 진행한다. 고온부가 7번에서 8번, 또한 9번에서 10번으로 이동할 때는 이미 고온부에 의해 차가워진 자기열량재료를 지나면서 냉각된다. 분배기(11)를 통과한 저온부는 실내기부(저온열교환기)(12)를 지나 13, 14, 15번 파이프로 이동하면서 똑같은 사이클이 지속된다. As a conventional active magnetic refrigerator having such a cycle, the publications described above are proposed, for example. As shown in FIGS. 2 and 3, a conventional active magnetic refrigerator has a heat conducting fluid which is heated by a self-heating effect of a magnetocaloric material to which a magnetic field is applied while a heat conducting fluid introduced into a first flows in a second flow. Absorbs and exits the pipe through
이와 같이, 종래의 자기냉동기는 12개의 자기열교환실과 4개의 분배기, 또한 24개 이상의 파이프 등을 사용함으로써 복잡하여 제조화 하기에 어려움이 있다. As described above, the conventional magnetic refrigerator is difficult to manufacture because it is complicated by using 12 magnetic heat exchange chambers, 4 distributors, and 24 or more pipes.
또한, 하나의 열전도유체가 순환하여 고온부와 저온부의 역할을 병행하므로 도 1을 보면 7번(고온부 입구)에서 고온부가 들어가, 냉각되어 있는 자기열량재료를 거치면서(도 3 참조) 저온부로 냉각되어 8번 출구로 나가기 때문에, 열교환의 효율이 떨어진다. 이때, 만약 7번에 투입되는 고온부의 온도보다 낮은 온도의 열전도유체가 7번으로 들어가서, 냉각되어 있는 자기열량재료를 지나면 8번 출구에서는 더욱 낮은 온도의 열전도유체를 흘려 보낼 수 있으므로 열교환의 효율을 높일 수 있음을 알 수 있다. In addition, since one thermal conductive fluid circulates to play a role of a high temperature part and a low temperature part, as shown in FIG. 1, a high temperature part enters at No. 7 (inlet of a high temperature part), and is cooled to a low temperature part while passing through a cooled magnetocaloric material (see FIG. 3). Since exiting to exit 8, the efficiency of heat exchange is reduced. At this time, if the heat conduction fluid at a temperature lower than the temperature of the high temperature portion introduced at 7 enters the 7, and passes through the cooled magnetocaloric material, the heat conduction fluid at a lower temperature can flow from the exit 8, so that the efficiency of heat exchange is improved. It can be seen that the increase.
또한, 하나의 열전도유체로 고온측과 저온측 모두 사용함으로써, 고온부를 통과하는 열전도유체의 양을 컨트롤할 수 없어 자기열량재료의 열을 빠른 시간 안에 최대한 냉각시킬 수 없어, 열교환의 효율이 떨어진다. In addition, by using both the high temperature side and the low temperature side as one heat conductive fluid, it is not possible to control the amount of the heat conductive fluid passing through the high temperature portion, and thus the heat of the magnetocaloric material cannot be cooled as quickly as possible, resulting in poor heat exchange efficiency.
한편, 파우더형의 자기열량재료가 열전도유체(냉각수)에 휩쓸려 유실되는 문제점을 방지하기 위해 매우 미세한 메쉬를 출입구에 사용해야 하므로 냉각수의 원활한 순환을 방해하는 문제점이 있다. On the other hand, in order to prevent the problem that the powder-type magnetocaloric material is swept away by the heat conducting fluid (cooling water), a very fine mesh must be used at the entrance and thus there is a problem of preventing the smooth circulation of the cooling water.
또한, 열전도유체가 자기열량재료를 한번 뚫고 지나간 자리만 계속 지나가기 때문에 원만한 열교환이 어렵다. In addition, smooth heat exchange is difficult because the heat-conducting fluid continues to pass only once passed through the magnetocaloric material.
또한, 열전도유체가 자기열교환유닛으로 흘러들어가거나 나갈 때 미세한 크기의 가돌리늄 재료가 유실될 수 있다. In addition, finely sized gadolinium materials can be lost when the heat conducting fluid flows into or out of the magnetic heat exchange unit.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고온부와 저온부를 분리 순환시켜 높은 열교환 효율 및 열전도유체의 양을 컨트롤할 수 있는 능동자기냉동기를 제공하는데 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and to provide an active magnetic refrigerator capable of controlling the high heat exchange efficiency and the amount of heat conducting fluid by separating and circulating the hot and cold parts.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동자기냉동기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하는 제1자기열교환유닛과 제2자기열교환유닛; 자석; 상기 자석을 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2자기열교환유닛에 배치하여 자장을 인가하거나 소거하는 자석회전어셈블리; 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛에 순환 가능하게 접속되는 고온열교환기; 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛에 순환 가능하게 접속되는 저온열교환기; 상기 고온열교환기로부터 나오는 제1열전도유체를 자장이 인가된 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2자기열교환유닛으로 방향 전환시키는 제1솔레노이드밸브; 상기 저온열교환기로부터 나오는 제2열전도유체를 자장이 소거된 상기 제2자기열교환유닛 또는 상기 제1자기열교환유닛으로 방향 전환시키는 제2솔레노이드밸브; 를 포함하여 이루어진다. Active magnetic refrigerator of the present invention for achieving the above object is a first magnetic heat exchange unit and a second magnetic heat exchange unit comprising a magnetocaloric material for passing the flow of the heat conducting fluid; magnet; A magnet rotating assembly for disposing or applying the magnetic field to the first magnetic heat exchange unit or the second magnetic heat exchange unit; A high temperature heat exchanger circulatingly connected to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit; A low temperature heat exchanger circulatingly connected to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit; A first solenoid valve for redirecting a first heat conducting fluid from the high temperature heat exchanger to the first magnetic heat exchange unit or the second magnetic heat exchange unit to which a magnetic field is applied; A second solenoid valve for diverting a second heat conducting fluid from the low temperature heat exchanger to the second magnetic heat exchange unit or the first magnetic heat exchange unit whose magnetic field is erased; It is made, including.
이 구성에 의하여, 고온부와 저온부를 분리 순환시켜 높은 열교환 효율 및 열전도유체의 양을 컨트롤할 수 있다. By this configuration, it is possible to control the high heat exchange efficiency and the amount of heat conductive fluid by separating and circulating the high temperature portion and the low temperature portion.
전술한 구성에서, 상기 자석의 회전 평면상에 형성되어 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛이 장착되는 복수의 장착부와, 중심에 상기 자석회전어셈블리가 배치되는 관통부와, 상기 열교환기들과 상기 자기열교환유닛들을 접속하는 접속통로; 를 구성하는 테이블을 포함하여 구성하여도 좋다. In the above-described configuration, a plurality of mounting portions formed on the plane of rotation of the magnet and the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit are mounted, a through portion in which the magnet rotation assembly is disposed at the center, and the heat exchanger. Connecting passages for connecting the devices and the magnetic heat exchange units; It may be configured to include a table constituting.
또한, 상기 제1열전도유체와 상기 제2열전도유체가 크로스 되는 부분의 접속통로는 터널과 브리지 형태로 이루어진 것이 바람직하다. In addition, the connection passage of the portion where the first heat conducting fluid and the second heat conducting fluid cross is preferably formed in the form of a tunnel and a bridge.
또한, 상기 자석회전어셈블리는, 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2열교환유닛의 상하측에 배치되는 상기 자석을 지지한 플랜지와, 이 플랜지를 연결하는 웨브로 구성된 요크; 이 요크에 회전동력을 전달하는 회전동력전달부재; 로 구성되는 것이 바람직하다. The magnet rotation assembly may further include a yoke including a flange supporting the magnets disposed above and below the first magnetic heat exchange unit or the second heat exchange unit, and a web connecting the flanges; A rotational power transmission member for transmitting rotational power to the yoke; It is preferable that it consists of.
상기 제1자기열교환유닛은, 상기 자기열량재료를 포함하는 제1케이스와, 상기 제1케이스의 상면에 형성되는 상면유입포트 및 상면유출포드와, 상기 제1케이스의 하면에 형성되는 하면유입포트 및 하면유출포드로 구성되고; 상기 제2자기열교환유닛은 상기 자기열량재료를 포함하는 제2케이스와, 상기 제2케이스의 상면에 형성되는 상면유입포트 및 상면유출포드와, 상기 제2케이스의 하면에 형성되는 하면유입포트 및 하면유출포드로 구성되면, 저온부와 고온부를 완전 분리함으로 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. The first magnetic heat exchange unit includes a first case including the magnetocaloric material, an upper surface inlet port and an upper surface outlet port formed on an upper surface of the first case, and a lower surface inlet port formed on a lower surface of the first case. And a lower surface discharge pod; The second magnetic heat exchange unit includes a second case including the magnetocaloric material, an upper surface inlet port and an upper surface outlet pod formed on an upper surface of the second case, a lower surface inlet port formed on a lower surface of the second case, and When the lower surface outflow pod is configured, heat exchange efficiency can be increased by completely separating the low temperature portion and the high temperature portion.
이때, 상기 자기열량재료는 간격이 형성되게 상기 제1케이스 또는 제2케이스 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편으로 구현하는 것이, 메쉬를 사용하지 않아 열전도유체의 흐름을 원활히 행할 수 있다. In this case, the magnetocaloric material is implemented by a plurality of magnetocaloric material pieces disposed in the first case or the second case so that a gap is formed, and thus the heat conducting fluid can be smoothly flown without using a mesh.
상기 각각의 자기열량재료편은 서로 접촉하지 않는 간격을 두고 배치되는 판형상 또는 길이방향을 따라 원형단면이 일정한 로드형상의 가돌리늄(Gd) 재료로 구현하는 것이 바람직하다. Each of the magnetocaloric material pieces is preferably formed of a rod-shaped gadolinium (Gd) material having a circular cross section in a plate shape or a longitudinal direction disposed at intervals that do not contact each other.
상기 로드형상의 자기열량재료편에는 길이방향을 따라 홈이 형성되면, 접촉면적이 더욱더 넓어져 열교환효율을 향상시킬 수 있다. When the grooves are formed in the rod-shaped magnetocaloric material piece in the longitudinal direction, the contact area becomes wider, thereby improving heat exchange efficiency.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동자기냉동기에서 자석의 위치에 따른 열전도유체의 사이클을 도시한 평면도이고, 도 4c는 도 4a 및 도 4b의 사이클을 하나로 표시한 평면도이고, 도 4d는 자석회전어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 유동통로가 형성된 테이블을 도시한 사시도 및 부분 확대도이고, 도 6은 본 발명의 능동자기냉동기에 채택한 자기열교환유닛을 도시한 외관 사시도이다. 4A and 4B are plan views illustrating cycles of a thermally conductive fluid according to a position of a magnet in an active magnetic refrigerator according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4C is a plan view showing one cycle of FIGS. 4A and 4B. Figure 4d is a schematic cross-sectional view showing a magnet rotating assembly, Figures 5a and 5b is a perspective view and a partial enlarged view showing a table formed with a flow passage, Figure 6 is a magnetic heat exchange unit adopted in the active magnetic refrigerator of the present invention It is an external appearance perspective view.
도 4a 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 능동자기냉동기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하는 제1자기열교환유닛(113A) 및 제2자기열교환유닛(113B)과, 이들 자기열교환유닛(113A)(113B)에 배치되는 자석(141)과, 이 자석(11)을 회전시켜 자장을 인가하거나 소거하는 자석회전어셈블리(140)와, 고온열교환기(162)와, 저온열교환기(163)와, 제1솔레노이드밸브(120a) 및 제2솔레노이드밸브(120b)로 구성되어 있다. As shown in Figs. 4A to 6, the active magnetic refrigerator of the present embodiment includes a first magnetic
상기 열전도유체는 상기 고온열교환기(162)를 순환하는 제1열전도유체(17aa)(17ab)와, 상기 저온열교환기(163)를 순환하는 제2열전도유체(17bb)(17bc)로 분리되어 사이클을 형성하게 된다. The heat conducting fluid is separated into a first heat conducting fluid 17aa and 17ab circulating through the high
상기 제1자기열교환유닛(113A)은 평면상에서 볼 때, 좌우에, 상기 제2자기열교환유닛(113B)은 상하에 복수개 배치되는 것이 바람직하다. When the first magnetic
상기 제1솔레노이드밸브(120a)는 상기 고온열교환기(162)에서 나오는 고온측 제1열전도유체(17aa)를, 튜브(130a)를 통해 상기 제1자기열교환유닛(113A)으로, 또는 튜브(130b)를 통해 제2자기열교환유닛(113B)으로 방향을 전환 유동시켜 열교환한 제2열전도유체(17ab)를 고온열교환기(162)로 유입시키는 3포트 2웨이 솔레노이드밸브이다. The
즉, 제1솔레노이드밸브(120a)는 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)에 접속되는 튜브(130a) 또는 튜브(130b)의 분기점에 설치되어 있다. That is, the
마찬가지로, 상기 제2솔레노이드밸브(120b)는 상기 저온열교환기(163)에서 나오는 저온측 제2열전도유체(17bb)를, 튜브(132a)를 통해 상기 제2자기열교환유닛(113B)d으로, 또는 튜브(132b)를 통해 제1자기열교환유닛(113A)으로 방향을 전환 유동시켜 열교환한 제2열전도유체(17bc)를 저온열교환기(163)로 유입시키는 3포트 2웨이 솔레노이드밸브이다. Similarly, the
즉, 제2솔레노이드밸브(120b)는 제2자기열교환유닛(113B) 또는 제1자기열교환유닛(113A)에 접속되는 튜브(132a)(132b)로 분기되는 분기점에 설치되어 있다. That is, the
이와 같이, 고온측의 제1열전도유체(17aa)(17ab)와 저온측의 제2열전유체 (17bb)(17bc)가 2개의 사이클로 분리 순환함으로써, 열교환의 효율이 향상될 뿐 아니라, 열전도유체의 양을 조절 특히 고온부에 많은 양의 열전도유체를 흘려보낼 수 있는 컨트롤이 가능하여 열교환의 효율을 더욱더 상승시킬 수 있다. In this way, the first heat conducting fluid 17aa and 17ab on the high temperature side and the second heat conducting fluid 17bb and 17bc on the low temperature side are separated and circulated in two cycles, so that the efficiency of heat exchange is improved and the heat conduction fluid is The amount can be controlled, in particular, a control capable of flowing a large amount of heat-conducting fluid to a high temperature part can further increase the efficiency of heat exchange.
또한, 제1열전도유체(17aa)(17ab)와 제2열전유체(17bb)(17bc)의 유동은 펌프(160)(161)에 의해 발생되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the flow of the first heat conducting fluids 17aa and 17ab and the second heat conducting fluids 17bb and 17bc is generated by the
즉, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 고온/저온열교환순환부재는 하나의 폐회로와 같은 클로즈 사이클을 구현한다. 따라서, 대기압이 직접적으로 열전도유체에 가하지 않기 때문에, 펌프(160)(161)의 압력에 걸리는 저항이 거의 없어, 열전도유체의 순환이 활발히 행해져 열교환 시간 단축 및 효율 상승을 얻을 수 있다. That is, as shown in Figures 4a to 4c, the high temperature / low temperature heat exchange circulation member implements a closed cycle as one closed circuit. Therefore, since the atmospheric pressure is not directly applied to the thermally conductive fluid, there is almost no resistance applied to the pressure of the
상기 자기열교환유닛(113A)(113B)은 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료(112)를 포함하는 구성이다. 이 자기열량재료(112)는 자장이 인가될 때 온도가 변화는 특성을 가지는데, 이러한 특성이 우수한 재료로는 미세한 크기의 분말인 가돌리늄(Gd)이 있다. 이 가돌리늄은 열전도유체의 흐름에 대해 침투성이 우수한 공극을 가지고 있고, 열의 흡수 및 방출이 우수하다. The magnetic
제1실시예 : 자기열교환유닛(113)First Embodiment: Magnetic
도 6 및 도 7a에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 자기열교환유닛(113)은 상하로 관통하는 케이스(115)와, 간격(114)이 형성되게 상기 케이스(115) 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편(112)으로 구성되어 있다. 6 and 7A, the magnetic
상기 케이스(115)의 상면에는 2개의 포트(115a)(116b)가 형성되고, 상기 케 이스(115)의 하면에는 2개의 포트(115b)(116a)가 형성되어 있다. Two
상기 케이스(115)가 제1자기열교환유닛(113A)인 경우, 포트(115a)(116b)는 튜브(130a)(133b)에 접속되고, 포트(115b)(116a)는 튜브(131a)(132b)에 접속되어 있다. When the
상기 케이스(115)가 제2자기열교환유닛(113B)인 경우, 포트(115a)(116b)는 튜브(130b)(133a)에 접속되고, 포트(115b)(116a)는 튜브(131b)(132a)에 접속되어 있다. When the
이러한 케이스(115)는 두 개로 분할한 상태에서 자기열량재료편(112)을 배열 설치한 후 서로 조립, 접착 또는 용접 등의 방법으로 자기열교환유닛(113)을 제조할 수 있다. The
본 실시예의 케이스(115)는 포트(115a)(116b)와 포트(115b)(116a)에 의해 튜브에 접속되어 지지될 수 있다. 이러한 지지는 자기열교환유닛(113)의 자기열량재료편(112)이 외부로 노출되지 않은 단열상태를 이룰 수 있어 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. The
자기열량재료편(112)은 파우더형 가돌리늄을 판 형상으로 만든 뒤 케이스(115)에, 서로 접촉되지 않는 간격(114)으로 형성되게 병렬로 배치되어 있다. 이 판형상 자기열량재료편(112)은 열전도유체의 유동속도와 열교환율에 따라, 두께가 얇은 포일(foil)로부터 두꺼운 시트(sheet)로 구현될 수 있다. The
이와 같이, 비접촉 간격(114)을 갖는 판형 자기열량재료편(112)은 메쉬를 사용하지 않아도 재료손실이 없고, 열전도유체가 간격(114)을 통해 유동하기 때문에 원활한 흐름을 유도할 뿐 아니라, 복수의 자기열량재료편(112) 전체에 골고루 접촉할 수 있고, 또한 판의 넓은 면적과 접촉하기 때문에 기존의 열교환보다 높은 열교환효율을 얻을 수 있다. As such, the plate-shaped
제2실시예 : 자기열교환유닛(213)Second Embodiment: Magnetic
도 7b에 도시한 바와 같이, 제2실시예의 자기열교환유닛(213)은 제1실시예의 판형 자기열량재료편(112) 대신에 로드형상의 자기열량재료편(212)이 배치되어 있는 것이다. 즉, 원형단면이 길이방향을 따라 일정한 로드 형상이다. As shown in Fig. 7B, in the magnetic
이 같은 로드형상 자기열량재료편(212)은 랜덤하게 배치되더라도, 원형단면이라는 형상으로 인해 접촉 또는 비접촉시 그 사이마다 공극과 같은 간격(214)이 형성되어, 이 간격(214)을 통해 열전도유체를 유동시키면, 전술한 실시예1과 같은 효과를 얻을 수 있다. Even if such rod-shaped
로드형상 자기열량재료편(212)은 줄(도면에서 볼 때 세로)에 배치되는 각각의 로드를 하나로 묶어(batch) 삽입 배치하는 것이 바람직하다. The rod-shaped
한편, 로드형상 자기열량재료편(212)에는 도 8에 도시한 바와 같이, 길이방향을 따라 홈(212a)이 형성되는 것이, 열전도유체와의 접촉면적을 넓힐 수 있어 열교환효율을 더욱더 향상시킬 수 있다. On the other hand, in the rod-shaped
제3실시예 : 자기열교환유닛(313)Third Embodiment: Magnetic
도 7c에 도시한 바와 같이, 제3실시예의 자기열교환유닛(313)은 제2실시예의 로드형 자기열량재료편(212)의 랜덤 배열 대신에, 제1실시예의 판형 자기열량재료편(112)과 같은 형태로 배열하여 간격(314)을 형성한 로드형 자기열량재료편(312) 이 배치되어 있다. As shown in Fig. 7C, the magnetic
이 로드형상 자기열량재료편(312)도 줄(도면에서 볼 때 세로)에 배치되는 각각의 로드를 하나로 묶어(batch) 삽입 배치하는 것이 바람직하다. It is preferable that this rod-shaped
이 로드형상 자기열량재료편(312)에서도, 도 8과 같이 길이방향을 따라 홈(212a)이 형성되는 것이 바람직하다. Also in this rod-shaped
제4실시예 : 자기열교환유닛(413)Fourth Embodiment: Magnetic
도 7d에 도시한 바와 같이, 제4실시예의 자기열교환유닛(413)은 로드형상 자기열량재료편(412a)과 판형 자기열량재료편(412b)을 간격(414)이 형성되게 조합 배치된 상태를 보여주고 있다. As shown in FIG. 7D, the magnetic
위와 같은 자기열교환유닛(113)에는 테이블(150)에 장착되는 것이 바람직하다. The magnetic
테이블(150)은 도 5a에 도시한 바와 같이, 자기열교환유닛(113)의 소정 간격마다 장착되는 장착부(153A)(153B)가 형성된 상판(150a)과, 이 상판(150a)을 지지하면서 튜브(130a;131a)(132a;133a)(130b;131b)(132b;133b)와 상판(150a)의 접속통로와 접속하는 역할을 한다. 장착부(153A)(153B)는 홈 또는 관통공 등으로 구현할 수 있다. As shown in FIG. 5A, the table 150 includes a
특히, 상기 상판(150a)의 내부에 있는 접속통로에서, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1열전도유체와 제2열전도유체가 크로스되는 부분에는 브리지(155)와 터널(157) 방식으로 서로 혼합되는 것을 방지하였다. 브리지(155)는 다른 접속통로에 비해 살두께가 두꺼운 융기된 육교형태로 하여, 터널(157)의 형성을 용이하게 하고 있다. Particularly, in the connection passage inside the
이와 같은 브리지(155)와 터널(157) 방식에 의해, 상판(150a)의 두께를 최소화시킬 수 있다. By the bridge 155 and the
자석(141)을 회전시켜 상기 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)에 자장을 인가하거나 소거하는 자석회전어셈블리(140)가, 상판(150a)의 중심에 천공된 관통공(151) 상에 배치될 수 있다. The
자석회전어셈블리(140)로는, 본 실시예와 같이 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)의 양측에 배치되는 자석(141)을 제2자기열교환유닛(113B) 또는 제1자기열교환유닛(113A)로 회전 이동시키는 구성이다. As the
즉, 자석회전어셈블리(140)는 도 4d에 도시한 바와 같이, 자석(141)이 양측에 배치된 복수의 요크(143)와, 이 복수개의 요크(143)를 받치는 회전받침대(147)와, 이 회전받침대(147)를 회전시키는 회전동력전달부재로 구성하는 것이 바람직하다. That is, as shown in FIG. 4D, the
요크(143)의 역할은 자석(141)의 자장을 자기열교환유닛(113) 방향으로 집중시켜 줌으로 높은 세기의 자장을 자기열교환유닛이 받는다는 측면에서 바람직하다. The role of the
상기 회전동력전달부재로는 모터(148)와, 이 모터(148)의 회전동력을 회전받침대(147)에 전달하는 회전축(149)으로 구현할 수 있다. The rotation power transmission member may be implemented by a
물론, 회전축(149)을 요크(143)에 결합하거나, 벨트로 회전동력을 전달하는 등 다양하며, 이 다양한 실시예들은 전술한 회전동력전달부재로 채택 구현할 수 있음은 당업자라면 자명하다 할 것이다. Of course, the
이하, 본 제1실시예의 자기열교환유닛(113)이 채택된 능동자기냉동기의 사이클을 설명하는데, 실외기부(162)와 열교환하는 대기온도와 실내기부(163)와 열교환하는 실내온도는 26℃로 하고, 자기열량재료의 특성을 실험한 결과, 평상시 자기열량재료가 자화되면 대기온도보다 3℃ 정도 올라가며, 또한 열전도유체로 냉각시키면 대기온도보다 3℃ 정도 내려가는 특징을 가만해서 숫자로 예를 들어 설명한다. Hereinafter, a cycle of an active magnetic refrigerator adopting the magnetic
모든 시스템은 고정상태에 있고 오직 자석(141)만이 자석회전어셈블리(140)에 의해 회전하여 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)의 자기열량재료에 자장을 번갈아 인가한다. All systems are stationary and only the
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 자석(141)이 좌우측의 제1자기열교환유닛(113A)에 위치한 상태를 설명한다. First, as shown in FIG. 4A, a state in which the
자장이 제1자기열교환유닛(113A)의 자기열량재료에 걸리면 제1솔레노이드밸브(120a)가 작동하여, 26℃의 제1열전도유체(17aa)를 압력과 함께 튜브(130a)를 통해 제1자기열교환유닛(113A)에 흘려 보냄으로써 자장에 의해 29℃로 가열된 자기열량재료는 26℃로 냉각하는 반면에, 제1열전도유체(17ab)는 29℃로 열을 흡수하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 29℃의 제1열전도유체(17ab)는 튜브(131a)를 지나 고온열교환기(162)에서 대기와 열교환한 후 26℃의 제1열전도유체(17aa)로 냉각하는 사이클을 행한다(도 4a 및 도 4c의 빨간색 실선 화살표 참조). When the magnetic field is caught by the magnetocaloric material of the first magnetic
자장이 걸리지 않은 제2자기열교환유닛(113B)에 있어서, 제2솔레노이드밸브(120b)가 작동하여, 26℃의 제2열전도유체(17bb)를 압력과 함께 튜브(132a)를 통해 제2자기열교환유닛(113B)에 흘려 보냄으로써 자장이 없는 23℃의 자기열량재료는 26℃로 가열하는 반면에, 제2열전도유체(17bc)는 23℃로 냉각하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 23℃의 제2열전도유체(17bc)는 튜브(133a)를 지나 저온열교환기(163)에서 실내와 열교환한 후 26℃의 제2열전도유체(17bb)를 제2자기열교환유닛(113B)을 통과하는 사이클을 반복한다(도 4a 및 도 4c의 파란색 실선 화살표 참조). In the second magnetic
한편, 도 4b에 도시한 바와 같이, 자석(141)이 회전하여 상하측의 제2자기열교환유닛(113B)에 위치한 상태를 설명한다. On the other hand, as shown in Figure 4b, a state in which the
자장이 제2자기열교환유닛(113B)의 자기열량재료에 걸리면 제1솔레노이드밸브(120a)가 작동하여, 26℃의 제1열전도유체(17aa)를 압력과 함께 튜브(130b)를 통해 제2자기열교환유닛(113B)에 흘려 보냄으로써 자장에 의해 29℃로 가열된 자기열량재료는 26℃로 냉각하는 반면에, 제1열전도유체(17ab)는 29℃로 열을 흡수하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 29℃의 제1열전도유체(17ab)는 튜브(131b)를 지나 고온열교환기(162)에서 대기와 열교환한 후 26℃의 제1열전도유체(17aa)로 냉각하는 사이클을 행한다(도 4a 및 도 4c의 빨간색 점선 화살표 참조). When the magnetic field is caught by the magnetocaloric material of the second magnetic
자장이 걸리지 않은 제1자기열교환유닛(113A)에 있어서, 제2솔레노이드밸브(120b)가 작동하여, 26℃의 제2열전도유체(17bb)를 압력과 함께 튜브(132b)를 통해 제1자기열교환유닛(113A)에 흘려 보냄으로써 자장이 없는 23℃의 자기열량재료는 26℃로 가열하는 반면에, 제2열전도유체(17bc)는 23℃로 냉각하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 23℃의 제2열전도유체(17bc)는 튜브(133b)를 지나 저온열교환기(163)에서 실내와 열교환한 후 26℃의 제2열전도유체(17bb)를 제1자기열교환유 닛(113A)을 통과하는 사이클을 반복한다(도 4a 및 도 4c의 파란색 점선 화살표 참조). In the first magnetic
이와 같이, 제1솔레노이드밸브(120a)는 자장이 걸린 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)으로 제1열전도유체를 유동시켜 열을 흡수한 후 대기로 열 방출할 수 있도록 방향을 전환시키는 밸브인 반면, 제2솔레노이드밸브(120b)는 자장이 걸리지 않은 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)으로 제2열전도유체를 유동시켜 냉각 후 실내의 열을 흡수할 수 있도록 방향을 전환시키는 밸브이다. 이러한 전환기능은 디지털 형식으로 간단한 프로그램으로 가능하다. As such, the
이와 같이, 열전도유체의 순환을 고온열교환부와 저온열교환부로 분리하여 2개의 사이클로 열교환시킴으로써 능동자기냉동사이클의 열교환 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. As described above, the heat exchange efficiency of the active magnetic refrigeration cycle can be remarkably improved by separating the circulation of the thermally conductive fluid into the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger and exchanging the heat in two cycles.
또한, 이러한 시스템에서는 대기온도의 열전도유체가 자기열량재료편에 투입되므로 재료의 상태에 따라 열전도유체가 기존보다 더욱 가열되며 또한 더욱 냉각되기에 열교환의 효율을 높일 수 있다. In addition, in such a system, since the heat conduction fluid at the atmospheric temperature is introduced into the magnetocaloric material piece, the heat conduction fluid is more heated and cooled more than before according to the state of the material, thereby increasing the efficiency of heat exchange.
또한, 고온열교환부와 저온열교환부로 분리되어 있어, 제1열전도유체와 제2열전도유체의 양을 서로 다르게 유동시킬 수 있는 컨트롤이 가능하다. 따라서, 고온측 자기열교환유닛에 많은 양의 제1열전도유체를 흘려 보내 자기열량재료의 열을 빠른 시간 안에 최대한 냉각시킬 수 있다. In addition, since the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger are separated, it is possible to control the flow of the first heat conducting fluid and the second heat conducting fluid differently. Therefore, a large amount of the first heat conducting fluid is flowed into the high temperature side magnetic heat exchange unit to cool the heat of the magnetocaloric material as quickly as possible.
본 발명의 능동자기냉동기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. The active magnetic refrigerator of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.
이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명의 능동자기냉동기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다. As apparent from the above description, the active magnetic refrigerator of the present invention has the following effects.
열전도유체의 순환을 고온열교환부와 저온열교환부로 각각 분리하여 2개의 사이클로 순환함으로써, 열전도유체 간의 혼합이 없어 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. By separating the circulation of the thermally conductive fluid into the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger, respectively, and circulating in two cycles, there is no mixing between the thermally conductive fluids, thereby improving heat exchange efficiency.
또한, 고온열교환부와 저온열교환부로 분리되어 있어, 제1열전도유체와 제2열전도유체의 양을 서로 다르게 유동시킬 수 있는 컨트롤이 가능하다. 따라서, 고온측 자기열교환유닛에 많은 양의 제1열전도유체를 흘려 보내 자기열량재료의 열을 빠른 시간 안에 최대한 냉각시킬 수 있다. In addition, since the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger are separated, it is possible to control the flow of the first heat conducting fluid and the second heat conducting fluid differently. Therefore, a large amount of the first heat conducting fluid is flowed into the high temperature side magnetic heat exchange unit to cool the heat of the magnetocaloric material as quickly as possible.
또한, 자기열량재료편이 외부로 노출되지 않은 단열상태를 이룰 수 있어 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. In addition, the magnetocaloric material piece can achieve an adiabatic state not exposed to the outside, thereby increasing heat exchange efficiency.
또한, 고온/저온열교환순환부재는 하나의 폐회로와 같은 클로즈 사이클을 구성함으로써, 대기압이 직접적으로 열전도유체에 가하지 않기 때문에, 펌프압력에 걸리는 저항이 거의 없어, 열전도유체의 순환이 활발히 행해져 열교환 시간 단축 및 효율 상승을 얻을 수 있다. In addition, since the high-temperature / low-temperature heat exchange circulation member constitutes a closed cycle as one closed circuit, since the atmospheric pressure is not directly applied to the heat conductive fluid, there is little resistance to the pump pressure, and the circulation of the heat conductive fluid is actively performed to shorten the heat exchange time. And an increase in efficiency can be obtained.
또한, 상기 자석의 회전 평면상에 형성되어 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛이 장착되는 복수의 장착부와, 중심에 상기 자석회전어셈블리가 배치되는 관통부와, 상기 열교환기들과 상기 자기열교환유닛들을 접속하는 접속통 로; 를 구성하는 테이블을 포함함으로써, 자기열교환유닛의 설치가 간단하면서, 열교환기간의 접속을 위한 접속통로의 형성이 가능하여, 튜브의 레이 아웃이 우수하다. In addition, a plurality of mounting portions formed on the plane of rotation of the magnet is mounted to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit, a through portion in which the magnetic rotation assembly is disposed in the center, the heat exchangers and the A connection passage connecting the magnetic heat exchange units; By including a table, the installation of the magnetic heat exchange unit is simple, and it is possible to form a connection passage for the connection of the heat exchange period, and the layout of the tube is excellent.
또한, 상기 제1열전도유체와 상기 제2열전도유체가 크로스 되는 부분의 접속통로가 터널과 브리지 형태로 이루어짐으로써, 우수한 튜브의 레이아웃을 유지하면서 유체간의 혼합을 방지할 수 있다. In addition, the connection passage of the portion where the first heat conducting fluid and the second heat conducting fluid cross each other is formed in the form of a tunnel and a bridge, thereby preventing mixing between the fluids while maintaining an excellent tube layout.
또한, 자석회전어셈블리는 요크와 회전동력전달부재로 구성됨으로써, 자기열교환유닛을 고정한 상태에서 자장을 인가하거나 소거할 수 있고, 요크는 자석의 자장을 자기열교환유닛 방향으로 집중시켜줌으로 높은 세기의 자장을 자기열교환유닛이 받도록 할 수 있다. In addition, the magnet rotation assembly is composed of a yoke and a rotational power transmission member, so that the magnetic field can be applied or erased while the magnetic heat exchange unit is fixed, and the yoke concentrates the magnetic field of the magnet in the direction of the magnetic heat exchange unit. Can be received by the magnetic heat exchange unit.
또한, 고온부와 저온부가 각각 자기열교환유닛을 통과할 수 있는 전용 포트(상부 2개, 하부 2개)가 있으므로, 고온과 저온의 열전도유체가 혼합되지 않아 열교환효율을 높일 수 있다. In addition, since there are dedicated ports (two upper and two lower) through which the high and low temperatures can pass through the magnetic heat exchange unit, respectively, the heat conduction fluids of the high temperature and the low temperature are not mixed, thereby improving heat exchange efficiency.
또한, 자기열교환유닛이 케이스와, 간격이 형성되게 상기 케이스 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편으로 구성됨으로써, 간격 사이로 열전도유체가 유동할 수 있어, 한번 지나간 자리로 유동하는 것을 방지하여 전체의 자기열량재료편과 열전도유체 간의 균일한 접촉을 통한 열교환효율을 높이고, 메쉬의 사용이 불필요하여 열전도유체의 흐름이 원활하다. In addition, the magnetic heat exchange unit is composed of a case and a plurality of magnetocaloric material pieces disposed in the case so as to form a gap, so that the heat conducting fluid can flow between the gaps, thereby preventing the flow of the magnetic flux to the seat that has passed once. The heat exchange efficiency is improved through uniform contact between the calorie material and the heat conducting fluid, and the use of the mesh is unnecessary, so the heat conducting fluid flows smoothly.
또한, 상기 자기열량재료편이 판형 또는 로드형상으로 구현됨으로써, 유실 우려가 거의 없다. In addition, since the magnetocaloric material piece is implemented in a plate or rod shape, there is little fear of loss.
또한, 상기 로드형상의 자기열량재료편에는 길이방향을 따라 홈이 형성되면, 접촉면적이 더욱더 넓어져 열교환효율을 향상시킬 수 있다. In addition, when the groove is formed in the rod-shaped magnetocaloric material piece in the longitudinal direction, the contact area is further widened, thereby improving heat exchange efficiency.
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