KR100806716B1

KR100806716B1 - 자석 회전식 자기냉동기

Info

Publication number: KR100806716B1
Application number: KR1020060112431A
Authority: KR
Inventors: 신승훈; 이동관
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-02-27

Abstract

본 발명은 자석 회전식 자기냉동기에 관한 것으로, 특히 90도 간격으로 배치된 4개의 능동자기재생기(Active Magnetic Regenerator: AMR)에 135도 간격으로 배치한 복수의 자석으로 구성한 자석 회전식 자기냉동기에 관한 것이다.

Description

자석 회전식 자기냉동기{magnet rotating magnetic refrigerator}

도 1은 종래 자기냉동기의 개략도.

도 2는 도 1의 자기 재생기 베드의 링을 개략적으로 도시한 평면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전식 자기냉동기를 도시한 사시도.

도 4는 도 3의 주요 부분을 도시한 분리 사시도.

도 5 내지 도 21은 본 발명의 회전식 자기냉동시스템의 사이클 동작도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

140 : 펌프 CHEX : 저온열교환기

160, HHEX : 고온열교환기 100 : 재생기

AMR : 능동자기재생기 111 : AMR베드

114 : 관통공 115 : 장착홈

120A : 인렛노즐 120B : 아웃렛노즐

121A : 인렛포트 121B : 아웃렛포트

123A,123B : 분배챔버 150 : 타워

210A,210B : 자석부재 211 : 자석

233 : 요크 230 : 회전판

M : 메쉬 R : 리브형 격벽

S : 패킹 S1~S8 : 솔레노이드밸브

특허문헌: 미국특허공보 제6,526,759호

종래 베드 회전식 자기냉동기로서, 예컨대 특허문헌의 공보에 개시된 것이 제안되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래 자기냉동기(20)는 자석(29)이 고정되어 있고, 원형 링(21)이 회전한다. 원형 링(21) 안에는 6개(1~6)의 AMR 베드(22)가 도 2와 같이 배열되어 있다. 이 배열 상태에서, 원형 링(21)이 회전하면서 AMR베드(22) 각각이 자석(29) 사이를 지나간다.

즉, 도 2를 보면, AMR베드 1, 2가 자석(29) 사이에 위치함으로써, AMR베드 1, 2 안의 자기열량재료는 자화된다. 한편, AMR베드 4, 5가 자석(29) 밖에 위치함으로써, AMR베드 4, 5 안의 자기열량재료는 자기열량효과에 의해 냉각된다. AMR베드 1, 2가 자화되고 AMR베드 4, 5가 냉각될 때, 저온열교환기(38)를 거친 대기온도의 열전도유체가 외측 도관(39) → 내측 고정 밸브(25) → 외측 회전 밸브(26) → 회전 도관(27) → AMR베드 1, 2 (동시에 흘러 발열시킴) → 회전 도관(27) → 외측 회전 밸브(26) → 내측 고정 밸브(25) → 외측 도관(31) → 펌프(33) → 고온열교환기(34) → 외측 도관(35) → 내측 고정 밸브(25) → 외측 회전 밸브(26) → 회전 도관(27) → AMR베드 4, 5 (동시에 흘러 흡열시킴) → 회전 도관(27) → 외측 회전 밸브(26) → 내측 고정 밸브(25) → 외측 도관(37) → 저온열교환기(38) → 외측 도관(39)의 방향으로 순환한다. AMR베드 3, 6은 자석(29) 사이에 완전히 들어가 있지 않기 때문에, 이때는 열전도유체가 AMR베드 3, 6에 흐르지 않고, AMR베드 1, 2, 4, 5에만 한 방향으로 흐른다. 또한, 일반적으로 자기열량재료가 뜨거워지는 것을 "자기발열", 차가워지는 것을 "자기흡열"이라 부른다.

또한, 원형 링(21)이 중심축(23)을 중심으로 360도 회전하면 외측 회전 밸브(26)도 같이 회전한다. 외측 회전 밸브(26)는 내측 고정 밸브(25)와의 사이로 열전도유체가 유출되는 것을 방지하기 위해, 빡빡하게 맞물려(tight engagement) 회전한다. 빡빡하게 맞물려 회전할 때 밸브(25)와 밸브(26) 간에 저항과 마찰을 줄이려 플라스틱(Nylatron GS, Teflon, 등)재료를 사용하였다.

이러한 시스템을 갖는 종래의 자기냉동기는 다음과 같은 트러블이 있다.

(1)밸브와 밸브가 빡빡하게 맞물려 회전하기 때문에 플라스틱 재질이라 하더라도 밸브 사이에 마찰이 일어날 수밖에 없어, 밸브가 쉽게 마모되고, 마모로 인해 느슨하게 맞물려 회전하게 되면 열전도유체가 방출될 우려가 크다.

(2)밸브와 밸브가 맞물려 회전하는 연결 부위에서 마찰에 의해 열이 발생하여 열전도유체의 온도에 영향을 줄 수 있다.

(3)이 시스템의 열전도유체는 한 방향으로만 흐르기 때문에, 열전도유체가 AMR베드의 회전방향과 반대로 흘러감으로써, 원심력의 반대방향으로 역류할 수 있다.

(4)1단으로만 냉각이 가능하여 다단의 냉각효과를 볼 수 없다.

(5)한 사이클에 3번의 냉각효과를 봄으로 냉각량이 적어 시스템 효율이 낮다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 많은 냉각량과 밸브 간의 마찰 없이 두 방향으로 냉각수를 흘려 현저한 냉각효과를 얻어 시스템의 성능과 효율을 향상시킬 수 있는 회전식 자기냉동기를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전식 자기냉동기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하며, 서로 마주하는 제1AMR(능동자기재생기)와 제3AMR(능동자기재생기); 상기 제1AMR 및 상기 제3AMR과 인접하며, 서로 마주하는 제2AMR와 제4AMR; 제1자석; 제2자석; 상기 제1자석과 상기 제2자석을 회전시키는 자석회전어셈블리; 상기 AMR 각각에 열적으로 접속되는 저온열교환기와 고온열교환기로 이루어지되,

상기 제1자석이 상기 제1AMR에 들어가면서 자장을 인가할 때, 상기 제2자석은 상기 제3AMR에서 빠져나오도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 많은 냉각량과 밸브 간의 마찰 없이 두 방향으로 냉각수 를 흘려 현저한 냉각효과를 얻어 시스템의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.

전술한 구성에서, 상기 AMR 각각은 90°간격으로 배치되고, 상기 제1자석과 상기 제2자석은 135°간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전도유체를 펌핑하는 펌프가 더 설치되되, 상기 펌프의 열적 부하에 따라 상승한 상기 열전도유체의 온도를 냉각시키는 고온열교환기를 더 구비한 것이 바람직하다.

또한, 상기 AMR 각각에는 복수의 저온열교환기, 복수의 고온열교환기 및 복수의 솔레노이드밸브가 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각각의 AMR은 상기 자기열량재료가 충전될 관통공이 길이방향을 따라 형성되는 AMR베드와, 상기 AMR베드의 양측에 결합되고 상기 관통공에 연통되는 인렛/아웃렛 노즐로 구성되되, 적어도 상기 인렛 노즐에는 상기 열전도유체를 상기 관통공의 단면 전체에 골고루 분배하는 분배챔버가 형성되면, 분배챔버를 통해 열전도유체가 관통공 단면 전체로 골고루 분배 유동하기 때문에, 자기열량재료 전체와 골고루 열교환 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전식 자기냉동기를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 AMR의 주요 부분을 도시한 분리 사시도이고, 도 5 내지 도 21은 자기냉동기의 사이클 동작도이다.

도 3 내지 도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 자기냉동기는 재생기(100)와, 상기 재생기(100)와 열적으로 접속되는 저온열교환기(CHEX)와 고온열교 환기(HHEX)를 포함하여 이루어진다.

재생기(100)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 크게 능동자기재생기(Active Magnetic Regenerator: AMR)와, 자석부재(210A,210B)와, 자석부재(210A,210B)를 회전시키는 자석회전어셈블리로 구성하여 있다.

AMR은 제1AMR, 제2AMR, 제3AMR 및 제4AMR 4개로 구성되어 있다. 각각의 AMR은 도 4에 도시한 바와 같이, 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하는 AMR베드(111)와, AMR베드(111)의 양측에 결합되는 인렛/아웃렛노즐(120A/120B)로 구성하여 있다.

상기 AMR베드(111)에는, 자기열량재료가 충전될 관통공(114)이 길이방향을 따라 형성되어 있다. 따라서, 상기 인렛/아웃렛노즐(120A/120B)은 상기 관통공(114)의 양측에 연통 가능하게 결합된다. 상기 관통공(114)은 리브형 격벽(R)에 의해 상측 관통공(UP)과 하측 관통공(LP)으로 구획되는 것이 바람직하다. 격벽(R)은 리브의 기능을 하여, 압력으로 인해 AMR베드(111)의 형상이 변형되지 않도록 잡아주는 기능을 한다. 상기 관통공(114)의 장착홈(115)에는 메쉬(M)와 플라스틱 패킹(S)이 장착되는 것이 자기열량재료와 열전도유체의 유출을 방지한다는 측면에서 바람직하다.

또한, 인렛노즐(120A)의 양단에는 인렛포트(121A)와 분배챔버(123A)가 형성되어 있다. 이 분배챔버(123A)는 열전도유체가 관통공(114)의 유로 단면 전체에 골고루 분배하는 챔버로 기능을 한다. 따라서, 인렛노즐(120A)의 인렛포트(121A)에서 충분한 속도로 진행하다가 분배챔버(123A)에서 확산되어 관통공(114)의 단면 전체 로 골고루 유동하기 때문에, 자기열량재료와의 부분적 접촉과 이에 따른 골의 형성을 최대한 억제하여 열교환효율을 현저히 높일 있다. 또한, AMR 또는 AMR베드(111)가 플라스틱 재질로 성형되는 것이 바람직하다. 플라스틱은 단열효과가 크고 넓은 온도구배를 형성해 준다.

제1AMR과 제3AMR은 서로 마주하는 위치에 설치되고, 제2AMR와 제4AMR도 서로 마주하는 위치에 설치되어 있다. 4개의 AMR은 서로 크로스 되는 배치, 즉 90도 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 자석부재(210A,210B)는 135도 각도를 갖는 제1자석부재(210A)와 제2자석부재(210B) 2개로 구성하는 것이 바람직하다.

자석부재(210A)(210B)는 자석(211)과 이 자석(211)을 지지하는 요크(233)로 구성하여 있다.

자석회전어셈블리는 상기 자석부재(210A)(210B)를 지지하는 회전판(230)과, 이 회전판(230)에 회전동력을 전달하는 회전동력전달부재(미도시)로 구성되어 있다. 회전동력전달부재(미도시)로는 기어, 벨트, 모터 등 다양하게 구현할 수 있다.

상기 자석(211) 사이로 AMR베드(111)가 출입되도록, 수직타워(150)에 직각인 수평방향으로 지지되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인렛/아웃렛노즐(120A/120B)의 인렛/아웃렛포트(121A/121B)는 AMR베드(111)와 같은 평면상에 있도록 상기 수직타워(150)를 향해 'ㄱ'자 형태로 절곡한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 열전도유체가 자기열량재료로 흐르도록 하는 인렛/아웃렛포트(121A/121B)가 절곡되지 않으면, 그 길이가 자석(211) 들 사이의 거리보다 길어서 자석부재(210A,210B)가 회전할 때 인렛/아웃렛포트(121A/121B)에 걸리기 때문이다. 또한, 이것은 자석부재(210A)(210B)의 회전반경을 최소화하여 협소한 공간에서도 사용이 가능하다.

저온열교환기(CHEX)와 고온열교환기(HHEX)는 AMR 각각에 2개씩(총 16개) 배치되어 있다. 또한, 열전도유체의 방향전환은 8개의 솔레노이드밸브(S1~S8)에 의해 행해진다. 이 저온/고온열교환기 각각에는 열전도유체가 유동하는 열전달튜브에 의해 제1AMR 내지 제4AMR에 열적으로 접속되어 있다. 열전도유체의 유동은 펌프(140)에 의해 생성된다. 또한, 펌프(140)의 열적 부하로 인해 열전도유체의 온도가 상승한 경우 별도의 고온열교환기(160)를 설치하는 것이 바람직하다.

이하에서는 전술한 구성에 의한 본 실시예의 회전식 자기냉동기 사이클 동작을 도 5 내지 도 21에 따라 설명한다. 또한, 대기온도는 26℃, 실내온도는 20℃로 가정한다. 또한, 자석부재(210A)(210B)의 회전에 따라 AMR 내부의 자기열량재료는 교대로 자화(magnetization)와 탈자(demagnetization) 상태에 놓이게 되고, 재료가 갖고 있는 자기열량효과에 의해 뜨거워지거나(자기발열) 차가워진다(자기흡열).

도 5는 자석부재(210A)가 AMR 1에 완전히 들어간 상태인 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 2 와 AMR 3 사이의 공간에 정확히 위치하였을 때의 열전도유체의 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 1). 자석부재(210A)와 자석부재(210B)는 135°각도로 위치하여 있다. 스텝 1에서, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S1) → 고온열교환기(HHEX 1)→ AMR 1(자기발열) → 솔레노이드밸브(S8)→ 저온열교환기(CHEX 1') → 솔레노이드밸브(S5)→ AMR 2(자기흡열) → 저 온열교환기(CHEX 2) → 솔레노이드밸브(S2)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다.

즉, 펌프(140)에서 송출되는 열전도유체(26℃)는 펌프(140)에서의 발열과 시스템으로부터 오는 열 부하에 의해 고온(29℃)이지만, 고온열교환기(HHEX)로부터의 방열에 의해 대기온도(26℃)와 같아진다. 물론, 펌프(140)에서 송출되는 열전도유체의 온도에 변화가 없거나, 펌프(140)가 없는 경우에는 고온열교환기(HHEX)가 생략되는 것이 바람직하다. 고온열교환기(HHEX)에서 나온 26℃의 열전도유체는 열평형상태인 고온열교환기(HHEX 1)를 지나 AMR 1을 통과하게 된다. 이때, AMR 1의 자기열량재료는 자화로 인해 자기발열 상태이기 때문에, 열전도유체는 29℃로 가열되는 반면에 자기열량재료는 26℃로 냉각된다. 29℃의 열전도유체는 저온열교환기(CHEX 1')와 열교환하여 26℃로 온도가 하강하게 된다. 이 하강된 26℃의 열전도유체는 자기흡열상태인 AMR 2를 통과하면서, AMR 2의 자기열량재료는 26℃로 상승하고, 열전도유체는 23℃로 냉각된다. 이 냉각된 열전도유체는 저온열교환기(CHEX 2)와 열교환을 한 후, 열전도유체는 26℃의 고온상태로 펌프(140)로 유동하게 된다. 이상의 과정을 통해 시스템 전체적으로는 AMR 2를 지난 후 저온열교환기(CHEX 2)에서의 열교환량 만큼 냉각효과가 일어난다.

도 6은 자석부재(210A)가 AMR 1을 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 2로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 2), 도 7은 자석부재(210A)가 AMR 1 과 AMR 4 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 2에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 3). 도 6 및 도 7에 있어서, AMR 2는 자기발열, AMR 3은 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 2 및 스텝 3에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S2) → 고온열교환기(HHEX 2)→ AMR 2(자기발열) → 솔레노이드밸브(S5)→ 고온열교환기(HHEX 2') → 솔레노이드밸브(S6)→ AMR 3(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 3) → 솔레노이드밸브(S3)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 3을 지난 후에 얻어지게 된다.

도 8은 자석부재(210B)가 AMR 2를 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 4로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 4), 도 9는 자석부재(210B)가 AMR 1 과 AMR 4 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 4에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 5). 도 8 및 도 9에 있어서, AMR 4는 자기발열, AMR 1은 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 4 및 스텝 5에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S4) → 고온열교환기(HHEX 4)→ AMR 4(자기발열) → 솔레노이드밸브(S7)→ 고온열교환기(HHEX 4') → 솔레노이드밸브(S8)→ AMR 1(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 1) → 솔레노이드밸브(S1)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 1을 지난 후에 얻어지게 된다.

도 10은 자석부재(210A)가 AMR 4를 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 1로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 6), 도 11은 자석부재(210A)가 AMR 3 과 AMR 4 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 1에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타 낸 것이다(스텝 7). 도 10 및 도 11에 있어서, AMR 1은 자기발열, AMR 2는 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 6 및 스텝 7에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S1) → 고온열교환기(HHEX 1)→ AMR 1(자기발열) → 솔레노이드밸브(S8)→ 고온열교환기(HHEX 1') → 솔레노이드밸브(S5)→ AMR 2(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 2) → 솔레노이드밸브(S2)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 2를 지난 후에 얻어지게 된다.

도 12는 자석부재(210B)가 AMR 1을 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 3으로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 8), 도 13은 자석부재(210B)가 AMR 1 과 AMR 4 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 3에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 9). 도 12 및 도 13에 있어서, AMR 3은 자기발열, AMR 4는 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 8 및 스텝 9에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S3) → 고온열교환기(HHEX 3)→ AMR 3(자기발열) → 솔레노이드밸브(S6)→ 고온열교환기(HHEX 3') → 솔레노이드밸브(S7)→ AMR 4(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 4) → 솔레노이드밸브(S4)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 4를 지난 후에 얻어지게 된다.

도 14는 자석부재(210A)가 AMR 3을 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 4로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고 (스텝 10), 도 15는 자석부재(210A)가 AMR 2 와 AMR 3 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 4에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 11). 도 14 및 도 15에 있어서, AMR 4는 자기발열, AMR 1은 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 10 및 스텝 11에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S4) → 고온열교환기(HHEX 4)→ AMR 4(자기발열) → 솔레노이드밸브(S7)→ 고온열교환기(HHEX 4') → 솔레노이드밸브(S8)→ AMR 4(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 1) → 솔레노이드밸브(S1)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 1을 지난 후에 얻어지게 된다.

도 16은 자석부재(210B)가 AMR 4를 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 2로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 12), 도 17은 자석부재(210B)가 AMR 3 와 AMR 4 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 2에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 13). 도 16 및 도 17에 있어서, AMR 2는 자기발열, AMR 3은 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 12 및 스텝 13에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S2) → 고온열교환기(HHEX 2)→ AMR 2(자기발열) → 솔레노이드밸브(S5)→ 고온열교환기(HHEX 2') → 솔레노이드밸브(S6)→ AMR 3(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 3) → 솔레노이드밸브(S3)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 3을 지난 후에 얻어지게 된다.

도 18은 자석부재(210A)가 AMR 2를 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 3으로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 14), 도 19는 자석부재(210A)가 AMR 1 과 AMR 2 사이에 배치되어 있는 반면에, 자석부재(210B)는 AMR 3에 완전히 들어간 상태의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이다(스텝 15). 도 18 및 도 19에 있어서, AMR 3은 자기발열, AMR 4는 자기흡열 상태에 놓이게 된다. 따라서, 스텝 14 및 스텝 15에 있어서는, 열전도유체는 펌프(140) → 고온열교환기(160)→ 솔레노이드밸브(S3) → 고온열교환기(HHEX 3)→ AMR 3(자기발열) → 솔레노이드밸브(S6)→ 고온열교환기(HHEX 3') → 솔레노이드밸브(S7)→ AMR 4(자기흡열) → 저온열교환기(CHEX 4) → 솔레노이드밸브(S4)→ 펌프(140)의 순서로 흐르도록 제어된다. 이때 냉각효과는 AMR 4를 지난 후에 얻어지게 된다.

도 20은 자석부재(210B)가 AMR 3을 빠져나가는 과정인 반면에, 자석부재(210A)는 AMR 1로 들어가는 과정에서의 열전도유체 흐름 방향을 나타낸 것이고(스텝 16), 도 21은 전술한 도 5와 같다(스텝 17).

이와 같이, 제1자석부재(210A)와 제2자석부재(210B)가 한바퀴 도는 과정에 총 4개의 저온열교환기(CHEX 1, 1'~CHEX 4, 4')에서 각각 2번씩 냉각효과를 얻을 수 있다는 것을 확인했다. 즉, 복수의 자석이 한바퀴 도는 과정을 1사이클 이라고 볼 때, 8번의 냉각효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 회전식 자기냉동기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명의 회전식 자기냉동기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 90도 간격마다 설치된 4개의 AMR에 135도 간격의 자석을 배치함으로써, 8번의 냉각효과를 볼 수 있어 냉각량이 많아 시스템 효율을 높일 수 있다.

둘째, AMR의 수를 늘려 2 ~ 3단까지도 냉각이 가능함으로, 시스템의 냉각능력을 원하는 만큼 조절할 수 있다.

셋째, 한 번의 냉각효과를 볼 때, 기존 4개의 AMR에서 2개의 AMR만 이용되기 때문에, 운전주기가 기존보다 빨라져 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

넷째, 솔레노이드밸브를 통해 서로 연결된 4개의 AMR을 통해 급속도로 저온을 얻을 수 있다.

다섯째, AMR은 고정되어 있기 때문에, 열전도유체가 원심력의 반대 방향으로 역류하지 않아 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

여섯째, 고정 AMR에서 회전 자석을 이용하여 자화 또는 탈자를 행하기 때문에, 종래와 같은 밸브 간의 마찰로 인한 열 발생, 마모되는 현상이 없어 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

일곱째, AMR의 인렛노즐에 분배챔버가 형성되어 있어, 열전도유체가 자기열량재료 전체로 골고루 유동하기 때문에, 부분적으로 유동하여 형성되는 골이 거의 억제되어 열교환효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

Claims

열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하며, 서로 마주하는 제1AMR(능동자기재생기)와 제3AMR(능동자기재생기);

상기 제1AMR 및 상기 제3AMR과 인접하며, 서로 마주하는 제2AMR와 제4AMR;

제1자석;

제2자석;

상기 제1자석과 상기 제2자석을 회전시키는 자석회전어셈블리;

상기 AMR 각각에 열적으로 접속되는 저온열교환기와 고온열교환기로 이루어지되,

상기 제1자석이 상기 제1AMR에 들어가면서 자장을 인가할 때, 상기 제2자석은 상기 제3AMR에서 빠져나오도록 배치되고,

상기 AMR 각각은 90°간격으로 배치되고,

상기 제1자석과 상기 제2자석은 135°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전식 자기냉동기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 열전도유체를 펌핑하는 펌프가 더 설치되되,

상기 펌프의 열적 부하에 따라 상승한 상기 열전도유체의 온도를 냉각시키는 고온열교환기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 회전식 자기냉동기.
제3항에 있어서,

상기 AMR 각각에는 복수의 저온열교환기, 복수의 고온열교환기 및 복수의 솔레노이드밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 회전식 자기냉동기.
제4항에 있어서,

상기 각각의 AMR은 상기 자기열량재료가 충전될 관통공이 길이방향을 따라 형성되는 AMR베드와, 상기 AMR베드의 양측에 결합되고 상기 관통공에 연통되는 인렛/아웃렛 노즐로 구성되되,

적어도 상기 인렛 노즐에는 상기 열전도유체를 상기 관통공의 단면 전체에 골고루 분배하는 분배챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 자기냉동기.