KR101639544B1 - 자기 냉각 시스템들의 단방향 흐름 모드들의 사용 - Google Patents

Abstract

이중-모드 자기 냉동 장치는 자기열량 재료의 베드들, 베드들에 시변(time-varying) 자기장을 인가하기 위한 자석, 열 전달 유체(HTF), HTF를 순환시키기 위한 펌프, 고온 측 열 교환기(HHEX), 저온 측 열 교환기(CHEX), HTF의 흐름을 통제하기 위한 밸브들, 및 장치가 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 밸브들의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제 1 모드는 CHEX에서 HHEX로 열을 전달한다. 동작의 제 2 모드에서, 밸브들의 주기적 스위칭은 열이 HHEX에서 CHEX로 전달되도록 HHEX, 베드들 및 CHEX를 통해 HTF의 단방향 흐름을 허용하기 위해 중단된다.

Description

자기 냉각 시스템들의 단방향 흐름 모드들의 사용{USE OF UNIDIRECTIONAL FLOW MODES OF MAGNETIC COOLING SYSTEMS}

관련 출원들에 대한 상호-참조

본 출원은 2012년 12월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 제61/738,230호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 개시는 여기에 참조로서 통합된다.

현대의 실온 자기 냉동(magnetic refrigeration; MR) 시스템들은 냉각을 수행하기 위해 능동형 자기 재생기(AMR) 사이클을 이용할 수 있다. AMR 사이클의 초기 구현은 미국 특허 번호 제4,332,135호에서 발견될 수 있으며, 그 전체 개시는 여기에 참조로서 통합된다. AMR 사이클은 도 1a 내지 도 1d에 개략적으로 도시된 바와 같이, 4개의 단계들을 가진다. 도 1a 내지 도 1d에서의 MR 시스템은 자기열량 재료(MCM)의 다공성 베드(190) 및 그것이 MCM 베드(190)를 통해 흐를 때 MCM과 열을 교환하는 열 전달 유체를 포함한다. 도 1a 내지 도 1d에서, 베드의 좌측 측면은 저온 측인 반면, 고온 측은 우측 상에 있다. 대안적인 실시예들에서, 고온 및 저온 측들은 역전될 수 있다. 유체 흐름의 타이밍 및 방향(고온에서 저온 또는 저온에서 고온)은 자기장의 인가 및 제거를 갖고 조정될 수 있다. 자기장은 영구 자석, 전자석, 또는 초전도 자석에 의해 제공될 수 있다.

AMR 사이클의 예시적인 예에서, 도 1a, 사이클의 제 1 단계인, "자화"가 발생한다. MCM 베드(190)에서의 유체가 흐르지 않는 동안, 자기장(192)은 MCM 베드(190)에 인가되어, 그것이 가열되게 한다. 도 1a에 도시된 자화 단계에서, 도시된 4개의 밸브들은 모두 폐쇄되어, MCM 베드(190)를 통한 유체 흐름을 방지한다. 4개의 밸브들은 저온 입구 밸브(182), 저온 출구 밸브(184), 고온 출구 밸브(186), 및 고온 입구 밸브(188)를 포함한다. 도 1b에서, 사이클의 제 2 단계인, "저온에서 고온 흐름"이 발생한다. MCM 베드(190)를 통한 자기장(192)이 유지되며, 온도(T_Ci)(저온 입구 온도)에서의 유체는 저온 측에서 고온 측으로 MCM 베드(190)를 통해 펌핑된다. 저온 입구 밸브(182) 및 고온 출구 밸브(186)는 MCM 베드(190)를 통해 유체의 움직임을 용이하게 하기 위해 이 단계 동안 개방된다. 저온 출구 밸브(184) 및 고온 입구 밸브(188)는 이 단계 동안 폐쇄된다. 유체는 MCM 베드(190)의 각각의 섹션으로부터의 열을 제거하여, 그것이 MCM 베드(190)의 다음 섹션으로 넘어감에 따라 MCM 베드(190)를 냉각시키고 유체를 따뜻하게 하며, 여기에서 프로세스는 보다 높은 온도에서 계속된다. 유체는 결국 온도(T_Ho)(고온 출구 온도)에 도달하며, 여기에서 그것은 고온 출구 밸브(186)를 통해 MCM 베드(190)를 빠져나온다. 통상적으로, 이 유체는 고온 측 열 교환기(HHEX)(194)를 통해 순환되며, 여기에서 그것은 주변 환경으로 그것의 열을 배출한다. 도 1c에서, 제 3 단계인, "자기 소거(demagnetization)"가 발생한다. 유체 흐름은 저온 입구 밸브(182) 및 고온 출구 밸브(186)가 폐쇄되며 자기장(192)이 제거될 때 종료된다. 저온 출구 밸브(184) 및 고온 입구 밸브(188)가 또한 이 단계 동안 폐쇄된다. 이것은 MCM 베드(190)가 추가로 냉각되게 한다. 도 1d에서, 사이클의 최종 단계인, "고온에서 저온 흐름"이 발생한다. 여기에서, 온도(T_Hi)(고온 입구 온도)에서의 유체는 자기장(192)의 계속된 부재로 고온 측에서 저온 측으로 MCM 베드(190)를 통해 펌핑된다. 이 단계에서, 저온 출구 밸브(194) 및 고온 입구 밸브(188)가 개방되는 반면, 저온 입구 밸브(182) 및 고온 출구 밸브(186)는 폐쇄된다. 유체는 MCM 베드(190)의 각각의 섹션에 열을 부가하여, 그것이 MCM 베드(190)의 다음 섹션으로 넘어갈 때 MCM 베드(190)를 따뜻하게 하고 유체를 냉각시키며, 여기에서 프로세스는 보다 낮은 온도에서 계속된다. 유체는 결국 사이클에서 유체에 의해 도달된 가장 낮은 온도인 온도(T_Co)(저온 출구 온도)에 도달한다. 통상적으로, 이러한 보다 낮은 유체는 저온 측 열 교환기(CHEX)(196)를 통해 순환되며, 여기에서 그것은 냉장된 시스템으로부터 열을 받아서, 이러한 시스템으로 하여금 그것의 낮은 온도를 유지하도록 허용한다.

AMR 사이클의 주요 이점은 HVAC&R 리서치, 13(2007) 페이지 525 내지 542, K.L. Engelbrecht, G.F Nellis, S.A Klein, 및 C. B. Zimm의, 실온 능동형 자기 재생 냉동에서의 최근 개발들(이후 "Engelbrecht 외")에 주지되며, 그 전체 개시는 여기에 참조로서 통합된다. 이점은 스팬(열이 배출되는 온도 빼기 열이 흡수되는 온도)이 자기장이 인가될 때(단열 온도 변화, 델타-T_ad) 자기열량 재료의 온도 변화의 절대 값보다 훨씬 더 클 수 있다는 것이다.

AMR 사이클의 4개의 단계들의 실행을 완료하는데 걸리는 시간은 사이클 시간으로 불리우며, 그것의 역은 사이클 빈도로서 알려져 있다. MR 시스템의 "온도 스팬"은 T_Hi-T_Ci로서 정의되며, 이것은 입구 유체 온도들에서의 차이다. AMR 사이클은 증기 압축 사이클과 유사하며, 여기에서 가스 압축(가스가 가열되게 하는)은 자화의 역할을 하고, 여기에서 가스의 자유 팽창(가스 온도를 떨어뜨리는)은 자기 소거의 역할을 한다. 증기 압축 사이클에서, 열 전달 유체는 열 전달을 돕기 위해 CHEX 및 HHEX에서의 상을 변화시킨다. 어떤 이러한 상 변화도 AMR 사이클의 CHEX 및 HHEX에서 발생할 필요가 없지만, 물과 같은 높은 단상 열 전달 계수를 가진 유체가 사용될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d는 단일-베드 MR 시스템의 동작을 예시하지만, 대안적인 실시예들에서, 각각 동일한 AMR 사이클을 겪는, 다수의 베드들은 냉각력을 증가시키고, 시스템 크기를 감소시키거나, 또는 그 외 AMR 사이클의 구현을 개선하기 위해 단일 시스템으로 조합될 수 있다.

이중-모드 자기 냉동 장치는 자기열량 재료의 하나 이상의 베드, 상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드로 시변(time-varying) 자기장을 인가하기 위한 자석, 열 전달 유체, 상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프, 고온 측 열 교환기(이하 HHEX), 저온 측 열 교환기(이하 CHEX), 상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브, 및 상기 장치로 하여금 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제 1 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 CHEX에서 상기 HHEX로 열을 전달하기 위해, 상기 열 전달 유체를, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX를 통과하고, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하고 상기 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 CHEX를 통과 하게 한다. 동작의 상기 제 2 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브의 상기 주기적 스위칭은 열이 상기 HHEX에서 상기 CHEX로 전달되도록 상기 HHEX, 상기 하나 이상의 베드 및 상기 CHEX를 통해 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 중단된다.

이중-모드 자기 냉동 장치는 자기열량 재료의 하나 이상의 베드, 상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드에 시변 자기장을 인가하기 위한 자석, 열 전달 유체, 상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프, 고온 측 열 교환기(HHEX), 저온 측 열 교환기(CHEX), 상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브, 및 상기 장치로 하여금 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제 1 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 HHEX의 환경이 상기 CHEX의 환경과 유사하거나 또는 그보다 더 높은 온도에 있을 때 열을 상기 CHEX에서 상기 HHEX로 전달하기 위해, 상기 열 전달 유체를, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX를 통과하게 하고, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 CHEX를 통과하게 한다. 상기 동작의 제 2 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브의 상기 주기적 스위칭은 상기 HHEX의 환경이 상기 CHEX의 환경보다 낮은 온도에 있을 때 열이 상기 CHEX에서 상기 HHEX로 전달되도록 상기 HHEX, 상기 하나 이상의 베드 및 상기 CHEX를 통해 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 중단된다.

바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치는 자기열량 재료의 하나 이상의 베드, 상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드에 시변 자기장을 인가하기 위한 자석, 열 전달 유체, 상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프, 고온 측 열 교환기(HHEX), 저온 측 열 교환기(CHEX), 상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브, 상기 장치로 하여금 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제 1 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 CHEX에서 상기 HHEX로 열을 전달하기 위해, 상기 열 전달 유체를, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX를 통과하고, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하고 상기 CHEX를 통과하고. 동작의 상기 제 2 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는 열이 상기 HHEX에서 상기 CHEX로 전달되도록 상기 HHEX 및 상기 CHEX를 통해 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 바이패스 배열로 유지되며, 상기 열 전달 유체는 상기 하나 이상의 밸브가 바이패스 배열에 있는 동안 상기 하나 이상의 베드를 바이패스한다.

바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치는 자기열량 재료의 하나 이상의 베드, 상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드에 시변 자기장을 인가하기 위한 자석; 열 전달 유체, 상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프; 고온 측 열 교환기(HHEX), 저온 측 열 교환기(CHEX), 상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브, 및 상기 장치로 하여금 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제 1 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 HHEX의 환경이 상기 CHEX의 환경과 유사하거나 또는 그보다 높은 온도에 있을 때 열을 상기 CHEX에서 상기 HHEX로 전달하기 위해, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX를 통과하고, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 CHEX를 통과한다. 동작의 상기 제 2 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는 상기 HHEX의 환경이 상기 CHEX의 환경보다 낮은 온도에 있을 때 열이 상기 CHEX에서 상기 HHEX로 전달되도록 상기 HHEX 및 상기 CHEX를 통해 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 바이패스 배열로 유지되며, 여기에서 상기 열 전달 유체는 상기 하나 이상의 밸브가 상기 바이패스 배열에 있는 동안 상기 하나 이상의 베드를 바이패스한다.

자기 냉장고-냉동고 조합 장치는 섭씨 0도 이상에서 유지되는 냉장고 칸, 섭씨 0도 이하로 유지되는 냉동고 칸, 제어기, 및 하나 이상의 시변 자기장들을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 자석들을 포함한다. 상기 장치는 또한 자기열량 재료의 제 1 세트의 하나 이상의 베드, 제 1 열 전달 유체(HTF), 상기 제 1 열 전달 유체의 흐름을 이끌기 위한 제 1 펌프, 고온 측 열 교환기(HHEX), 제 1 저온 측 열 교환기(CHEX), 단계-간 열 교환기(IHEX)의 제 1 섹션, 및 상기 제 1 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 제 1 밸브를 포함하는 상기 냉장고 칸을 위한 제 1 자기 냉동 시스템을 포함한다. 상기 제어기는, 상기 제 1 CHEX 및 상기 IHEX의 상기 제 1 섹션으로부터 상기 HHEX로 열을 전달하기 위해 상기 제 1 HTF를, 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX를 통과하고, 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드의 고온 단부에서 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드의 저온 단부로 향하며 상기 제 1 CHEX 및 상기 IHEX의 상기 제 1 섹션을 통과하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된다. 상기 장치는 또한 자기열량 재료의 제 2 세트의 하나 이상의 베드, 제 2 열 전달 유체, 상기 제 2 열 전달 유체의 흐름을 이끌기 위한 제 2 펌프, 제 2 CHEX, 상기 IHEX의 제 2 섹션, 및 상기 제 2 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 제 2 밸브를 포함하는 상기 냉동고 칸을 위한 제 2 자기 냉동 시스템을 포함한다. 상기 제어기는 상기 제 2 CHEX로부터 상기 IHEX의 상기 제 2 섹션을 통해 상기 IHEX의 상기 제 1 섹션으로 열을 전달하기 위해 상기 제 2 HTF를, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 IHEX의 상기 제 2 섹션을 통과하고, 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 고온 단부에서 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 저온 단부로 향하며 상기 제 2 CHEX를 통해 하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된다.

예시적인 실시예들은 이후 첨부한 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따라 능동형 자기 재생기(AMR) 사이클의 "자화" 단계를 예시한 다이어그램이다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따라 능동형 자기 재생기(AMR) 사이클의 "저온에서 고온 흐름" 단계를 예시한 다이어그램이다.
도 1c는 예시적인 실시예에 따라 능동형 자기 재생기(AMR) 사이클의 "자기 소거" 단계를 예시한 다이어그램이다.
도 1d는 예시적인 실시예에 따라 능동형 자기 재생기(AMR) 사이클의 "고온에서 저온 흐름" 단계를 예시한 다이어그램이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따라 유체 흐름이 베드 휠의 회전에 의해 활성화된 밸브들에 의해 제어되는 회전 베드 능동형 자기 재생기 냉장고를 예시한 다이어그램이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 유체 흐름이 자석의 회전에 의해 활성화된 밸브들에 의해 제어되는 회전 자석 능동형 자기 재생기 냉장고를 예시한 다이어그램이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 유체 흐름이 자석의 회전에 의해 활성화된 밸브들에 의해 제어되는 회전 자석 능동형 자기 재생기 냉장고의 흐름 회로를 예시한 다이어그램이다.
도 5a는 예시적인 실시예에 따라 주기 운동을 하고 있으며 제 1 위치에 있는 자석을 가진 자기 냉동 시스템에서의 AMR 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 5b는 예시적인 실시예에 따라 주기 운동을 하고 있으며 제 2 위치에 있는 자석을 가진 자기 냉동 시스템에서의 AMR 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라 정지되어 있는 자석 및 고정된 위치에 남아있는 밸브들을 가진 자기 냉동 시스템에서의 단방향 흐름(UDF) 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 7a는 예시적인 실시예에 따라 바이패스된 AMR 베드들을 가진 자기 냉동 시스템에서의 단방향 흐름(UDF) 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 7b는 예시적인 실시예에 따라 주기 운동을 하고 있으며 제 1 위치에 있는 자석을 가진 AMR 베드 바이패스를 가진 자기 냉동 시스템에서의 단방향 흐름(UDF) 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 7c는 예시적인 실시예에 따라 주기 운동을 하고 있으며 제 2 위치에 있는 자석을 가진 AMR 베드 바이패스를 가진 자기 냉동 시스템에서의 단방향 흐름(UDF) 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 8a는 예시적인 실시예에 따라 주기 운동을 하고 있으며 제 1 위치에 있는 자석을 가진 자기 냉동 시스템에 의해 제공된 냉각을 갖는 2칸 냉장고-냉동고를 예시한 다이어그램이다.
도 8b는 예시적인 실시예에 따라 주기 운동을 하고 있으며 제 2 위치에 있는 자석을 가진 자기 냉동 시스템에 의해 제공된 냉각을 가진 2칸 냉장고-냉동고를 예시한 다이어그램이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라 정지된 냉동고 회로를 위한 자석을 갖고, 자기 냉동 시스템에 의해 제공된 냉각을 가진 2칸 냉장고-냉동고의 냉동고 회로에서의 단방향 흐름(UDF) 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라 정지된 자석들을 갖고, 자기 냉동 시스템에 의해 제공된 냉각을 가진 2칸 냉장고-냉동고의 양쪽 회로들 모두에서의 단방향 흐름(UDF) 모드 동작을 예시한 다이어그램이다.

개선된 제상기와 같은 애플리케이션들에서의 사용을 위한 예시적인 자기 냉동 시스템들이 여기에서 설명된다. 냉동 시스템들에서, 주변 환경으로부터 열을 제거하거나 또는 흡수하는 냉각 소자는 종종 얼음을 갖고 그 위에 성에로 뒤덮이게 될 수 있다. 이것은 주변 환경이 냉각 소자 상에서 어는 수증기를 포함할 때 발생할 수 있으며, 그에 의해 그것의 효율성을 낮추며 환경을 냉각시키기 위해 보다 많은 에너지를 요구한다. 그 결과, 제상 방법들은 냉각 소자 상에서 축적한 임의의 얼음을 녹이기 위해 사용될 수 있으며 냉각 소자의 효율성을 회복시킨다. 제상 시스템의 예시적인 실시예는 고온 측 열 교환기(HHEX)로부터 저온 측 열 교환기(CHEX)로 열 전달 유체(HTF)의 단방향 흐름(UDF)을 허용하기 위해 시스템에서의 밸브들의 주기적 스위칭을 중단시키는 것을 포함할 수 있으며, 따라서 열은 HHEX로부터 CHEX로 전달된다.

예시적인 실시예에서, AMR 사이클을 구현하기 위한 하나의 방법은 휠 어셈블리에 자기열량 재료의 섹터-형 베드들을 배열하며, 섹터-형 자석을 사용하여 휠의 섹터-형 섹션에 자기장을 인가하는 것이다. 자기열량 재료 베드들은 유체 흐름에 다공성이다. 예시적인 실시예에서, 밸브들의 세트 및 펌프는 흐름이 어느 하나의 방향으로 베드들을 통해 전송될 수 있도록 셋 업된다. 대안적인 실시예들에서, 다른 배열들이 사용될 수 있다. AMR 동작을 위해, 휠이 회전되거나 또는 자석이 회전되어, 베드들 상에서 변화하는 자기장을 생성하며, 흐름은 휠 또는 자석의 위치와 동조하여 밸브들에 의해 스위칭된 흐름 방향을 갖고, 베드들을 통해 통제된다.

예시적인 예에서, 도 2는 MCM 재료의 베드들이 자기장을 통해 회전되는 휠 어셈블리에 배열되는 AMR 동작을 도시한다. 휠(230)은 3개의 휠 세그먼트들(205)로 구성된다. 각각의 휠 세그먼트(205)는 두 개의 베드들의 저온 단부들이 휠 세그먼트의 중심에서 서로 향하는 MCM의 두 개의 베드들을 포함한다. 휠 세그먼트 파티션(210)은 인접한 휠 세그먼트들(205)을 분리하며 또한 두 개의 인접한 베드들의 고온 단부들을 분리한다.

유체는 펌프(240)에 의해 휠 세그먼트(205) 내에 포함된 MCM 베드를 통해 흘려 보내진다. 고정된 밸브 디스크들(200 및 215)은 언제 및 어떤 방향으로 유체가 휠 세그먼트(205) 내에 포함된 MCM 베드를 통해 펌핑되는지를 제어하기 위해 사용된다. 고정된 밸브 디스크들(200 및 215)은 또한 고온 측 열 교환기(HHEX)(225) 및 저온 측 열 교환기(CHEX)(220)로 넘어가는 유체를 제어하기 위해 사용된다. 펌프(240)는 또한 HEEX(225) 및 CHEX(220) 및 고정된 밸브 디스크들(200 및 215)을 통해 유체를 흘려 보낸다. 마지막으로, 휠(230)은 휠 세그먼트(205) 내에 포함된 MCM 베드를 가열하기 위해 자석(235)에 의해 야기된 자기장을 통해 회전될 수 있다.

또 다른 예시적인 예에서, 도 3은 자석이 MCM 베드들 대신에 회전되는 경우를 제외하고 도 2와 유사한 AMR 동작을 보여준다. 도 3은 고정된 위치에 있는 MCM 베드(300)를 도시한다. 자석(305)은 AMR 사이클의 단계에 의존하여 MCM 베드를 가열하며 냉각시키기 위해 MCM 베드(300) 위에서 회전한다. MCM 베드(300)를 통한 유체 흐름은 회전 밸브(310)에 의해 제어된다. 도 4는 어떻게 밸브들 및 열 교환기들이 도 3과 같이 디바이스에서의 다양한 MCM 베드들과 상호 연결될 수 있는지를 보여준다.

자기 냉장고로의 주요 작업 입력은 그것들이 AMR 사이클 동안 겪게 되는 자기력들에 대한 자석 또는 MCM 베드들의 움직임이다. 상기 논의된 회전 자기 냉장고들에 대해, 주요 작업 입력은 휠 또는 자석을 회전시키기 위해 이용된다. 부가적인 작업 입력은 유체 흐름을 이끌기 위해 이용된다.

자기장에서의 변화와 동조하여 베드들을 통한 흐름의 주기적 역전은 AMR 사이클의 열 펌핑 능력을 가능하게 하는 것이다. 상기 자기장의 존재시 베드의 저온 측에서 고온 측으로의 흐름은 열을 HHEX로 이끄는 반면, 자기장의 부재시 베드의 고온 측에서 저온 측으로의 흐름은 CHEX로부터 열을 제거한다. 예를 들면, 도 1a 내지 도 1d, 도 5a, 및 도 5b를 참조하자. AMR 사이클의 순수 효과는 작업을 소모하며 CHEX로부터 HHEX로 열을 이끄는 것이다.

도 5a 및 도 5b는 AMR 사이클의 예시적인 실시예를 도시한다. 실제 디바이스에서, 열 전달 유체(HTF)는 디바이스의 기능 구성요소들을 연결하는 파이핑을 통해 흐르는 동안 작은 양들의 열을 흡수하거나 또는 잃을 것이다. 도 5a 내지 도 8b의 예시적인 실시예들에서, 파이핑(piping)은 파이핑에서 흡수되거나 또는 잃은 작은 양들의 열이 유체의 온도를 상당히 변화시키지 않도록 충분히 잘-절연된다. 또한, 밸브들은 잘 절연되고 낮은 마찰을 가지며, 따라서 밸브들을 통과하는 유체는 온도가 상당히 변하지 않는다. 도 5a 내지 도 8b에서 MCM의 온도가 상자성 대 강자성 전이에 가까우며, 그 경우에 MCM은 자기장이 인가될 때 따뜻해지며 자기장이 제거될 때 냉각된다고 또한 가정된다. 반강자성 전이에 가까운 온도에서 MCM을 사용하는 것이 또한 가능하며, 그 경우에 AMR 사이클은 유사한 방식으로 동작할 것이지만, MCM은 자기장이 인가될 때 냉각되며 자기장이 제거될 때 따뜻해질 것이다.

도 5a에서, 펌프(1)는 고온 출구 온도(T_ho)에서 고온 측 열 교환기(HHEX)(2)를 통해 열 전달 유체(HTF)를 흘려 보내며, 여기에서 HTF는 환경으로 열을 방출하며 고온 입구 온도(T_hi)로 냉각시킨다. HTF는 고온 입구 밸브(3)에 들어간다. 고온 입구 밸브(3)는 HTF를 자석(9) 밖의 위치(11) 바로 옆에서 자기 소거된 상태에 있는 자기열량 재료(MCM)(4)의 다공성 베드의 고온 단부로 향하게 한다. HTF는 그것이 MCM 베드(4)를 통해 저온 출구 온도(T_co)로 흐를 때 냉각되며 저온 출구 밸브(5)로 향해진다. 저온 출구 밸브(5)는 HTF가 로드로부터 열을 흡수하는 저온 측 열 교환기(CHEX)(6)를 통해 HTF를 보내어, 그것을 저온 입구 온도(T_ci)로 따뜻하게 한다. 유체는 저온 입구 밸브(7)에 들어가며 자화 상태에서 자석(9) 내에 있는 MCM(8)의 다공성 베드의 저온 단부로 향해진다. MCM 베드(8)는 위치(30) 바로 옆에서 자화 상태에 있으며, 이것은 현재 자석(9)에 의해 점유된다. HTF는 그것이 MCM 베드(8)를 통해 온도(T_ho)로 흐를 때 따뜻하게 되며 고온 출구 밸브(10)로 향해져서, 유체 사이클을 완료한다. 시간의 기간(T_b) 후, 자석(9)은 MCM 베드(8) 및 위치(30)로부터 제거되며 MCM 베드(4) 옆으로 및 위치(11)로 이동되고, 밸브들(10, 3, 5, 및 7)은 스위칭되어, 도 5b에 도시된 상황을 생성한다. 다시, 펌프(1)는 온도(T_ho)에서 HHEX(2)를 통해 열 전달 유체(HTF)를 보내며, 여기에서 HTF는 환경으로 열을 방출하며 온도(T_hi)로 냉각시킨다. HTF는 고온 입구 밸브(3)에 들어간다. 고온 입구 밸브(3)는 HTF를 자석(9)의 밖에 있는 위치(30) 바로 옆에서 자기 소거 상태에 있는 MCM 베드(8)의 고온 단부로 향하게 한다. HTF는 그것이 MCM 베드(8)를 통해 온도(T_co)로 흐를 때 냉각되며 저온 출구 밸브(5)로 향해진다. 저온 출구 밸브(5)는 HTF가 로드로부터 열을 흡수하는 CHEX(6)를 통해 HTF를 보내어, 그것을 온도(T_ci)로 따뜻하게 한다. HTF는 저온 입구 밸브(7)에 들어가며 현재 위치(11)를 차지하는, 자석(9) 안쪽에서 자화 상태에 있는 MCM 베드(4)의 저온 단부로 향하게 된다. HTF는 그것이 MCM 베드(4)를 통해 온도(T_ho)로 흐를 때 따뜻하게 되며 고온 출구 밸브(10)로 향하게 되어, 유체 사이클을 완료한다. 시간 기간(Tb) 후, 자석(8)은 위치(11) 및 MCM 베드(4)로부터 다시 제거되며 위치(30) 및 MCM 베드(8)로 복귀되고, 밸브들(10, 3, 5, 및 7)은 스위칭되어, 다시 도 5a에 도시된 상황을 생성한다.

도 5a 및 도 5b에 묘사된 두 개의 흐름 기간들은, 밸브들의 스위칭 및 MCM 베드(8)에서 MCM 베드(4)로, 및 다시 MCM 베드(8)로의 움직임과 함께, 하나의 AMR 사이클을 구성한다. 예시적인 실시예에서, MCM에 대한 조건들, 및 시간(T_b)이 부여된다. MCM에 대한 조건은 MCM 베드들(4 및 8)이 저온 단부에서의 MCM이 온도(T_co)에서 상당한 자기열량 효과를 가지며 베드의 고온 단부에서의 MCM이 T_ho에서 상당한 자기열량 효과를 갖도록 구성될 수 있으며, 베드들에서의 MCM의 중간 층들은 중간 온도들에서 상당한 자기열량 효과를 가질 수 있다. 흐름 시간(T_b)에 대한 조건은 그것이 충분히 짧아서 시간(T_b)에서 MCM 베드(4) 또는 MCM 베드(8)를 통과하는 HTF의 총 열 용량이 어느 하나의 베드에서 MCM의 열 용량보다 상당히 더 적다는 것이다. 예를 들면, 그 전체 개시가 여기에 참조로서 통합되는, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.09.025, ISSN 0140-7007, 2013년 9월 22일 온라인으로 이용 가능한, 냉동에 대한 국제 저널, S. Jacobs, J. Auringer, A. Boeder, J. Chell, L. Komorowski, J. Leonard, S. Russek, C. Zimm의, 대규모 회전 자기 냉장고의 성능에 설명된 자기 냉동 기계에 대해, 그 후 T_b는 0.2 초들 미만이어야 한다.

원하는 온도 차(T_hi 및 T_ci)가 MCM의 성능 능력들 및 디바이스 설계 내에 있을 때, MCM 베드들(4 및 8)에서의 재생 및 자기열량 효과의 동작은 T_co가 T_ci보다 작도록 및 T_ho를 T_hi보다 더 크도록 허용하여, CHEX(6)에서 냉각 로드(Q_c)의 흡수 및 HHEX(2)에서의 열 로드(Q_h)의 거절을 허용한다. 온도 차(T_hi-T_ci)는 통상적으로 Engelbrecht 등이 설명한 바와 같이, 델타-T_ad보다 수배 더 크다. 델타-T_ad는 자기장이 인가될 때 자기열량 재료의 온도 변화의 절대 값이다.

흐름의 주기적 역전이 중단되지만, 흐름이 대신에 베드들을 통해 단일 방향으로(단방향 흐름, UDF) 유지된다면, 베드들의 AMR 사이클 동작은 중단될 것이며 고온 유체는 고온 내지 저온 흐름을 겪는 베드를 통해 HHEX(2)에서 CHEX(6)로 전달될 것이며, 저온 유체는 저온 내지 고온 흐름을 겪는 베드를 통해 CHEX(6)로부터 HHEX(2)로 전달될 것이다. 이것은 도 5a 및 도 5b에 보여지는 열의 전달의 반대이다. 도 5a 및 도 5b에서, 열은 CHEX(6)에서 HHEX(2)로 전달되며, 이것은 CHEX(6) 주위에서의 환경을 냉각시킨다. 반대로, 흐름의 주기적 역전이 중단된다면(UDF 모드), 열은 HHEX(2)에서 CHEX(6)로 전달될 것이다. 이것은 냉동고 또는 냉장고 애플리케이션에서 CHEX(6)로부터 얼음을 제상하는 것과 같은 애플리케이션들에 유용할 수 있다. 이러한 UDF 모드에서, 주기적 밸브 스위칭이 중단되어, HTF의 흐름 역전이 중단되게 하고, AMR 사이클과 비교하여 UDF 모드를 유발하기 위해 요구된 작업을 감소시킨다.

도 6은 UDF 모드의 동작의 예시적인 실시예를 도시한다. 도시된 구성요소들은 도 5a 및 도 5b에서의 AMR 사이클의 예시적인 실시예에서 사용된 것들과 동일하지만, 도 5a 및 도 5b에 도시된 밸브들의 주기적 스위칭은 중단되며, 밸브들은 대신에 고정된 위치들에 남겨진다. 펌프(1)는 고온 측 열 교환기(HHEX)(2)를 통해 고온 입구 밸브(3)로 열 전달 유체(HTF)를 흘려보낸다. 이 실시예에서, HTF는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 열을 배출하는 대신에 HHEX(2)에서 열을 흡수한다. 도시된 고정된 위치에 남겨진, 고온 입구 밸브(3)는 HTF를 위치(11) 바로 옆에서 자기 소거 상태에 있는 자석(9) 밖에 있는 MCM 베드(4)의 단부로 향하게 한다. HTF는 MCM 베드(4)를 통해 흐르며 저온 출구 밸브(5)로 향하게 된다. 도시된 고정된 위치에 남겨진, 저온 출구 밸브(5)는 CHEX(6)를 통해 HTF를 보낸다. 이 실시예에서, HTF 유체는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 열을 흡수하는 대신에 CHEX(6)에서 열을 배출한다. 이러한 배출된 열은 UDF 모드의 제상 가능성을 유발한다. 유체는 도시된 고정된 위치에 남겨진, 저온 입구 밸브(7)에 들어가며, 자석이 MCM 베드(8) 바깥쪽의 위치(30)를 점유하기 때문에, 자화 상태에 있는 자석(9) 내부에 있는 MCM 베드(8)의 단부로 향하게 된다. HTF는 MCM 베드(8)를 통해 흐르며 도시된 고정된 위치에 남겨진, 고온 출구 밸브(10)로 향하게 되어, 유체 사이클을 완료한다. AMR 사이클로부터의 차이는 흐름이 도 5a 및 도 5b를 참조하여 논의된 바와 같이 시간(T_b) 내에서 주기적으로 역전되지 않는다는 것이다. 상기 논의된 최대 시간(T_b)보다 몇 배 더 긴, 짧은 과도 주기 후, AMR 사이클을 갖고 가능한 재생 동작은 중단될 것이며, MCM 베드(4)의 단부들 사이에서의 임의의 온도 차들은 감쇠할 것이며, MCM 베드(8)의 단부들 사이에서의 임의의 온도 차들이 또한 감쇠할 것이다. 예를 들면, 그 전체 개시가 여기에 참조로서 통합되는, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.09.025, ISSN 0140-7007, 2013년 9월 22일 온라인으로 이용 가능한, 냉동에 대한 국제 저널, S. Jacobs, J. Auringer, A. Boeder, J. Chell, L. Komorowski, J. Leonard, S. Russek, C. Zimm의, 대규모 회전 자기 냉장고의 성능에 설명된 자기 냉동 기계에 대해, 짧은 과도(transient) 주기는 대략 2초일 수 있다. 도 6에서, MCM 베드(4)의 입구 및 출구 라인들에서의 HTF가 동일한 온도(T_hi)를 갖기 때문에, MCM 베드(4)에 걸쳐 온도 차의 부재가 있다. MCM 베드(8)의 입구 및 출구 라인들에서의 HTF가 동일한 온도(T_ci)를 갖기 때문에, MCM 베드(8)에 걸친 온도 차의 부재가 또한 있다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, MCM 베드들(4 및 8)에서의 온도는 완전히 감쇠하지 않을 수 있다. 전체 감쇠가 발생하지 않은 이러한 상황에서, MCM 베드(4)의 입구 및 출구 라인들에서의 HTF는 동일한 온도에 도달하지 않을 수 있다. 유사하게, MCM 베드(8)의 입구 및 출구 라인들에서의 HTF는 동일한 온도에 도달하지 않을 수 있다. HHEX(2)에서 CHEX(6)로의 열의 흐름은 HHEX(2) 및 CHEX(6)가 각각 다른 온도들(T_h 및 T_c)에서 중요한 열 저장소들에 연결된다면 상당하게 될 것이다(여기에서 T_h 및 T_c는 각각 HHEX(2)의 보다 뜨거운 상대 온도 및 CHEX(6)의 보다 차가운 상대 온도를 나타낸다). m_dot이 유체 질량 유량이고, C_f는 유체 열 용량이고, T_c는 CHEX(6)의 온도이고, T_h는 HHEX(2)의 온도이면, UDF 모드에 있는 동안 전달된 열(Q_udf)은 대략:

Q_udf = m_dot×C_f×(T_h-T_c)이다. (1)

이러한 UDF 모드 열 전달율은 정상 냉각 모드에서 AMR 냉장고에 의해 운반된 것보다 더 크다. 예를 들면, 14 켈빈(K) 스팬(span)에서 AMR 냉각력은 그 전체 개시가 여기에 참조로서 통합되는, 2010년 8월 23-28일, 중국, 바오터우, 실온에서의 자기 냉동에 대한 제 4 회 IIF-IIR 국제 컨퍼런스의 의사록에 공개된, S. Russek, J. Auringer, A. Boeder, J. Chell, S. Jacobs, C. Zimm의 "계층화된 베드들을 가진 회전 자석 자기 냉장고의 성능"에 보고된 바와 같이 분당 8리터들(LPM)의 유체 유량에서 380 와트였다. 동일한 스팬 및 유량에서 식 1로부터의 UDF 열 전달율은 7800 와트이다.

냉동에 대한 많은 실질적인 애플리케이션들에서, 시간의 부분 동안 CHEX에서 HHEX로 열의 수송을 중단하며, 대신에 HHEX에서 CHEX로 열을 전달하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 음식 저장 냉장고에서의 CHEX는 보통 물의 어는 점인, 섭씨 0도 아래에서 동작할 수 있으며, 그 경우 성에가 CHEX 상에 축적되어, 결국 그것의 동작을 방해할 것이다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 제상 사이클을 구동하는 것이며, 그동안 CHEX는 축적된 성에를 녹이기 위해 섭씨 0도 위에서 가열된다. 가정용 냉장고들에 대한 종래의 제상 사이클은 냉동 사이클의 동작을 중단하며 CHEX를 전기적으로 가열한다. 이러한 접근법의 단점은 X 줄(joule)의 에너지가 축적된 얼음을 녹이기 위해 사용된다면, 적어도 X 줄의 전기 에너지가 공급되어야 한다는 것이다. 보다 효율적인 대안은 소비된 전력이 유체를 펌핑하기 위해 사용된 것일 것이기 때문에, UDF 모드를 사용하여 HHEX에서 CHEX로 열을 전달하는 것이다. 이전 단락에서 논의된 Russek 외의 예시적인 경우에서, 8 LPM에서 유체 경로에서의 압력 강하는 380 킬로파스칼(kPa)이었으며, 40% 펌프 효율을 가정하면, 흐름을 이끌기 위해 소비된 전력은 130 와트였다. CHEX에 제공된 열인, 7800 와트의 상기 주지된 UDF 열 전달율은 흐름을 이끌기 위해 사용된 작업 입력보다 60배 더 크다.

몇몇 냉장고들에서, 팬은 정상 냉동 사이클 동안 CHEX로부터 냉동 칸으로 열 전달을 돕기 위해 CHEX를 통해 공기를 불어넣는다. 다시 말해서, CHEX가 그것의 환경으로부터 열을 냉각시키거나 또는 흡수할 때, 팬은 프로세스를 보다 효율적이거나 또는 균일하게 만들기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우들에서, UDF 제상 모드 동안, 팬의 동작은 제상 모드 동안 냉동 칸으로 전달된 열의 양을 최소화하기 위해 중단될 수 있는 반면, 그것 상에 축적되어 온 얼음을 녹이기 위해 CHEX 자체로의 상당한 열 전달을 여전히 이용한다.

제상 모드의 타이밍은 다수의 방법들을 사용하여 제어될 수 있다. 종래의 냉장고들은 종종 냉동 공간 온도를 유지하기 위해 하루마다 다수 회 스위치 온 및 오프한다. 냉장고가 온인 시간의 비율은 냉장고의 듀티 사이클로 불리운다. 제상 모드를 제어하기 위한 하나의 방법은 듀티 사이클 시간의 고정된 비율 동안 제상 모드로 냉장고를 주기적으로 스위칭하기 위한 것일 것이며, 이것은 타이밍 메커니즘을 갖고 달성될 것이다. 예를 들면, 제상 모드는 하루마다 1회 수행될 수 있으며, 제상 동안 시간의 고정된 비율은 상기 하루 동안 자기 냉동 시스템의 총 동작 시간의 3 내지 10%일 수 있다. 도 6의 배열을 사용한, 또 다른 접근법은 측정된 온도들을 사용하여 AMR 및 제상 모드 사이에서 스위칭하는 것일 것이다. CHEX(6)에서 나오는 HTF의 온도(T_ci), 및 CHEX(6) 주위에서의 냉동 공간의 온도(T_r)가 모니터링될 것이다. 차(T_r-T_ci)가, 열이 냉동 공간으로부터 CHEX(6)에 들어가는 것을 막는 과도한 얼음의 존재를 나타내는, 제 1 임계 값에 도달할 때, 제상 모드는 턴 온된다. 온도(T_ci)가, 얼음의 대부분이 CHEX(6) 녹았음을 나타내는, 물의 어는 점 이상의 제 2 임계 값에 도달할 때, 제상 모드는 턴 오프된다. 제 1 임계 값은 섭씨 7도일 수 있으며, 제 2 임계 값은 섭씨 3도일 수 있다.

UDF 모드가 유용할 수 있는 또 다른 예는 실외 온도가 매우 가변적일 때 건물 냉각에 있다. 건물들은 전기 설비와 같은 큰 내부 열 발생 소스들을 가질 수 있으며, 따라서 항상 옥외로 열의 수송을 요구한다. 실외 온도가 원하는 내부 건물 온도(세트 포인트) 이상일 때, AMR 냉각은 건물의 안쪽에 있는 하나 이상의 HEX들로부터 건물의 외부에 있는 하나의 HEX들로 유체 흐름을 통해 열을 수송하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 밤에 또는 겨울 동안 일어날 수 있는, 실외 온도가 실질적으로 세트 포인트 아래로 떨어질 때, AMR 사이클이 사용되지 않을 수 있다. UDF 모드는, 크게 감소된 작업 입력을 갖고, 유체 흐름에 의해 내부 HEX들로부터 외부 HEX들로 열을 수송하기 위한 바람직한 방식이다. 어떤 상 변화도 AMR 사이클 동안 열 전달 유체에서 발생하지 않기 때문에, 동일한 열 교환기들 및 유체 루프가 정상 냉각 및 UDF 모드 양쪽 모두를 위해 사용될 수 있다. 종래의 증기 사이클 시스템을 갖고, 보조 유체 루프 및 단일 상 열 교환기들은 정상 냉각 모드에서 발생하는 상 변화들이 실외 온도가 낮을 때 정확한 온도들에서 발생하지 않을 수 있기 때문에 요구될 수 있다.

상기 설명된 바와 같이 UDF 모드는 AMR 베드들 자체를 통해 및 CHEX 및 HHEX를 통해 단방향 흐름을 수반한다. 유사한 열 전달을 갖고 기능할 대안은 CHEX를 HHEX에 연결하며, 베드들을 바이패스하는 단방향 흐름을 사용하는 것일 것이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같은, AMR 베드들을 바이패스하는 직접 연결은, 다공성 베드들을 통한 흐름으로부터 어떤 압력 강하도 없을 것이기 때문에, 요구된 흐름 작업을 감소시킬 것이다. 몇몇 경우들에서, AMR 베드들을 바이패스하기 위한 배열들은 보다 큰 흐름 회로 복잡도의 단점을 가질 수 있다. 예를 들면, 베드들(4 및 8)을 통한 UDF 흐름을 사용한 구성을 위한 도 6에서의 밸브들(3, 5, 7, 및 10)은 2-방향 밸브들이지만, 베드들(4 및 8)을 바이패스하는 흐름을 사용한 구성을 위한 도 7에서의 밸브들(40, 45, 50, 및 55)은 보다 복잡한 3-방향 밸브들이다.

도 7a 및 도 7b에서, 바이패스 모드, 및 AMR 모드를 가진 UDF가 예시적인 실시예에 도시된다. 도 7a 및 도 7b에서의 구성요소들은 밸브들을 제외하고, 도 5a 및 도 5b에서의 AMR 사이클의 예시적인 실시예에 사용된 것들과 동일하다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 밸브들의 각각은 도 5a 및 도 5b에 도시된 밸브들에 대한 두 개의 가능한 흐름 설정들 대신에 3개의 가능한 흐름 설정들을 가진다. 또 다른 실시예는, 여기에 도시되지 않지만, 도 7a 및 도 7b의 유사한 양상들을 달성하기 위해 3개의 가능한 흐름 설정들을 갖고 각각의 밸브를 대신하기 위해 각각이 두 개의 가능한 설정들을 갖는 다수의 밸브들의 세트를 사용할 수 있다. 도 7a에서, 바이패스 배열에서의 밸브들을 가진 UDF 모드가 도시된다. 펌프(1)로부터의 열 전달 유체(HTF)는 고온 측 열 교환기(HHEX)(2)를 통해 흐르며, 고온 입구 밸브(40)에 들어가고 바이패스 파이프(35)를 통해 저온 출구 밸브(45)로 향하게 된다. HTF는 CHEX(6)를 통해 및 저온 입구 밸브(50)로 흐르며, 여기에서 HTF는 바이패스 파이프(12)를 통해 고온 출구 밸브(55)로 및 펌프(1)로 향하게 된다. HTF는 UDF 바이패스 모드 동안 MCM 베드들(4 및 8)을 통해 흐르지 않는다. 자석(9)은 고정된 위치에 남겨질 수 있거나, 또는 MCM 베드들(4 및 8) 사이에서 왕복될 수 있다. AMR 동작이 UDF 모드 대신에 요구될 때, 도 7b 및 도 7c, 밸브들(40, 45, 50, 및 55)은 바이패스 파이프들(35 및 12)로의 HTF 흐름들이 차단되도록 스위칭하며, 흐름은 대신에 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 동일한 방식으로 향하게 된다. 도 7b 및 도 7c에 도시된 AMR 모드에서, 자석(9)은 MCM 베드들(4 및 8) 사이에서 왕복된다. 하나의 자석 위치는 도 7b 및 도 7c의 각각에 도시되며, 여기에서 자석은 위치(30)(도 7b에서처럼) 또는 위치(11)(도 7c에서처럼)를 차지한다.

AMR 사이클 동안 사용된 변화하는 자기장은 UDF 모드 동안 사용되지 않는다. 따라서 시변 자기장을 중단하는 것이 도움이 될 수 있다. 자기장이 영구 자석으로부터 온 것이라면, 시변 자기장의 중단은 자석과 베드들 사이에서의 상대 운동을 중단함으로써 행해질 수 있다. 자기장이 전자석으로부터 온 것이라면, 시변 자기장의 중단은 자석과 베드들 사이에서의 상대 운동을 중단함으로써, 또는 전자석의 활성화를 중단함으로써 행해질 수 있다. AMR 사이클 동안 변화하는 자기장은 자석 및 자기열량 베드들 사이에서의 상대 운동에 의해 생성될 수 있다. 고온에서 저온으로 UDF의 대상이 되는 베드들은 주로 고온일 수 있고, 따라서 투자율이 매우 낮을 수 있으며, 저온에서 고온으로 UDF의 대상이 되는 베드들은 주로 저온일 수 있고 따라서 투자율이 상대적으로 높을 수 있기 때문에, 큰 온도 스팬이 있을 때 자석과 베드들 사이에서의 상대 운동은 가변적인 자기력들에 대한 움직임을 수반할 것이며, 이것은 에너지 입력을 요구할 수 있다. 따라서, 자석과 베드들 사이에서 상대 운동을 중단하는 것은 유리할 수 있다. 도 2, 도 3, 및 도 4에 도시된 실시예들과 같은, 베드 휠 또는 자석이 회전하는 자기 냉장고들에 대해, 흐름의 역전은 자석과 베드들 사이에서 상대 운동을 생성하는 회전에 결합된 회전 밸브를 갖고 행해질 수 있다. 이들 경우들에서, 펌프가 별개의 구동 메커니즘을 갖는다면, AMR에서 UDF 모드로의 변화는 자기장의 변화, 및 흐름의 역 양쪽 모두를 정지시키는, 휠 또는 자석의 회전을 정지시킴으로써 성취될 수 있다. 유체 흐름은 UDF의 강화된 열 전달이 달성된다면, 단지 단일 방향으로, 유지된다.

UDF 모드는 또한 다-단계 냉각 애플리케이션들에서 유용할 수 있다. 일 예는 조합 냉장고-냉동고일 것이며, 이것은 섭씨 0도 약간 위에서 유지되는 신선한 음식을 위한 하나의 냉장고 칸, 및 섭씨 0도 아래에서 유지되는 얼린 음식을 위한 또 다른 냉동고 칸을 가진다. 이러한 기기의 정상 냉각 동작은 냉동고 칸을 직접 냉각시키는 단일 단계 AMR을 사용하여 획득될 수 있으며, 냉장고 칸으로부터 저온 공기를 선택적으로 도입함으로써 냉장고 칸의 온도를 유지한다. 이러한 일 단계 디바이스는 상기 설명된 UDF 모드를 사용하여 CHEX를 제상할 수 있다. 그러나, 도 8a 및 도 8b에서 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 두 개의 AMR 유체 회로들, 즉 AMR 회로(120) 및 AMR 회로(185), 저온 측 열 교환기(CHEX)(95), 저온 측 열 교환기(CHEX)(155), 고온 측 열 교환기(HHEX)(65), 유체 대 유체 단계간 열 교환기(HEX)(90), 펌프(60), 및 펌프(130)의 사용은 AMR 회로(185)의 서브 섭씨 0도 냉동고 루프를 위해 사용된 점성이 있는 부동액 혼합물을 갖고, AMR 회로(120)의 냉동 부분 상에서 거의 순수한 물 혼합물의 사용을 허용하여, 펌프 작업을 감소시킬 것이다. 예를 들면, 냉장고 부분(120)은 섭씨 0도에서 약 2.5×10^-3 kg/(m-s)의 점성을 갖고, 물에 10% 에틸렌 글리콜의 용액을 사용할 수 있으며, 냉동고 부분(185)은 섭씨 0도에서 5.3×10^-3 kg/(m-s)의 점성을 갖고, 물에 40% 에틸렌 글리콜의 용액을 사용할 수 있다. 냉동고 회로는 약 섭씨 -20도에서 저온 측 상에서 공기-유체 CHEX(155)를, 및 섭씨 0도 약간 위에서 따뜻한 단부에서 유체 대 유체 단계간 HEX(90)를 가질 수 있다. 신선 식품 AMR 회로(120)는 신선 식품 칸을 냉각시키기 위해 약 섭씨 0도에서 AMR 회로(120)의 저온 출구에서 공기-유체 CHEX(95)를 가질 수 있으며, 또한 냉동고 AMR 회로(185)로부터 열을 내기 위해 유체-유체 HEX(90)에 연결할 수 있다. 신선 식품 AMR 회로(120)는 HHEX(65)를 통해 기기 바깥쪽에서 주변 공기로 열을 배출한다. AMR 회로의 동작 동안, 자석(115)은 신선 식품 AMR 회로(120)의 다공성 MCM 베드들(105)(위치(110) 옆에서) 및 75(위치(80) 옆에서) 사이에서 순환하며, 자석(175)은 냉동고 루프 AMR 회로(185)(도 8a 및 도 8b에 보여지는 바와 같이)의 다공성 MCM 베드들(165(위치(170) 옆에서) 및 140(위치(150) 옆에서) 사이에서 순환한다. AMR 사이클의 동작 동안, 밸브들(125, 70, 85, 100, 135, 180, 145, 및 160)은 또한 도 8a 및 도 8b에 도시된 흐름들을 생성하기 위해 주기적으로 스위칭한다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 예시적인 실시예는 상이한 UDF 모드들에서 또한 사용될 수 있다. UDF 모드를 사용한 도 8a 및 도 8b에서의 시스템의 일 예는 도 9에 보여진다. 냉동고 AMR 회로(185)를 위한 제상 사이클 동안, 신선 식품 단계 AMR 회로(120)는 MCM 베드들(75 및 105)에서 유체 흐름 방향의 역전을 생성하기 위해 밸브들(70, 85, 100 및 125)의 주기적 스위칭, 및 MCM 베드(105) 바로 옆의 위치(110) 및 MCM 베드(75) 바로 옆의 위치(80) 사이에서의 자석(115)의 계속된 움직임을 갖고 계속해서 정상적으로 구동할 수 있다. 밸브들(135, 145, 160 및 180)의 스위칭은 중단되어, 냉동고 AMR 회로(185)에서의 유체 흐름을 UDF 모드로 변경하고, 냉동고 AMR 사이클을 쇼트 아웃시키며, 따라서 열은 신선 식품 루프 AMR 회로(120)로부터의 열 더하기 냉동고 단계 펌프(130)로부터의 흐름 작업을 사용하여, 성에를 녹이기 위해 신선 식품 유체 루프 AMR 회로(120)에 결합된 유체-유체 단계간 HEX(90)에서 냉동고 CHEX(155)로 이동된다. 신선 식품 루프 AMR 자화된 MCM 베드(105)의 저온 측으로 리턴한 유체의 온도는 신선 식품 자기 소거된 MCM 베드(75)의 저온 측을 떠나는 유체보다 약간 더 차가우며, 따라서 신선 식품 단계 AMR 회로(120)로의 작업 입력은 AMR 회로(185)의 제상 모드 동안 매우 작아진다.

보다 큰 가열율이 냉동고 CHEX(155)를 제상하기 위해 요구되거나 또는 신선 식품 CHEX(95)가 제상된다면, 신선 식품 AMR 회로(120)는 또한 UDF 모드에 넣어질 수 있다. 양쪽 모두가 UDF 모드에 있는 AMR 회로(185) 및 AMR 회로(120)를 보여주는 실시예가 도 10에 도시된다. UDF 모드를 사용하는 전체 이득은 종래의 전기 열 제상을 위해 사용된 것보다 제상 시간 동안 전력 소비가 훨씬 더 낮을 것이다.

유체 흐름을 턴 오프하는 것에 의한 AMR 동작의 중단은 HHEX에서 CHEX로 열을 전달하기에 충분할 수 있다. 이 경우에, 정적 전도는 HHEX 및 CHEX 사이에서 열을 전달하기 위해 이용 가능할 것이다. 그러나, 자기열량 재료의 다공성 베드들을 통한 이러한 정적 전도 열 전달은 매우 작을 수 있다. 따라서, 유체 흐름이 열 교환기들 사이에서 상당한 양들을 수송하기 위해 이용될 수 있다. 이것의 일 실시예는 UDF의 사용을 통한 것이다.

예를 들면, 휠 또는 자석 움직임을 중단함으로써, AMR의 자기장의 주기적 사이클링이 중단되지만, 주기적 역전을 갖고 베드들에서의 유체 흐름이 계속된다면, CHEX에서 HHEX로 열을 수송하는 냉동 효과는 중단될 것이며, 열은 대신에 HHEX에서 CHEX로 흐를 것이다. AMR이 동작되는 통상적인 조건들인, 역전이 종종 반 사이클 동안 각각의 베드를 통해 흐르는 유체의 열 용량이 베드 팩킹 재료의 열 용량보다 적도록 충분하며, 흐름이 유체 및 베드 팩킹 재료 사이에서의 효율적인 열 전달을 허용하기에 충분히 느리다면, 베드들은 종래의 열 재생기들(McGraw-Hill Inc., Frank W. Schmidt 및 A. John Willmott의, 열 에너지 저장 및 재생 (1981))(여기에 전체적으로 참조로서 통합되는)로서 동작할 것이며, 열을 교번하여 저장하며 방출한다. 다시, 이들 조건들 하에서 AMR의 고온 측에서 저온 측으로 전달된 열의 양은 비교적 작을 것이다. 따라서, 상당한 양의 열을 전달하기 위해, 흐름이 이용될 뿐만 아니라, 정상 AMR 동작의 흐름 역전이 또한 중단된다. 동작의 이러한 단방향 흐름 모드는 보통 HHEX인 것으로부터 보통 AMR 자기 냉장고의 CHEX인 것으로 상당한 양들의 열의 수송을 허용한다.

거꾸로 자기 냉장고를 구동하는 것은, HHEX로부터 자화된 베드(들)를 통해 CHEX로, 및 CHEX로부터 자기 소거된 베드(들)를 통해 HHEX로의 흐름을 갖고, 또한 CHEX를 효율적으로 제상할 수 있다. 그러나, AMR 냉장고에 적용될 때, 전달된 열 레이트는 냉장고의 냉각력과 대략 동일할 것이며, 이것은 UDF 모드를 통해 전달될 수 있는 것보다 훨씬 더 적다. 이것은 반대로 자기 냉장고를 구동하는 것이 왕복 흐름 및 재생을 유지하기 때문이며, 따라서 CHEX에 인가된 열은:

Q_rev <= m_dot×C_f×델타-T_ad인 반면, (2)

UDF 모드를 통해 인가된 열은:

Q_udf = m_dot×C_f×(T_h-T_c)이다. (3)

통상적인 AMR 자기 냉장고에 대해:

T_h - T_c >> 델타-T_ad (4)

여기에서 델타-T_ad는 자기장이 인가될 때 자기열량 재료의 온도 변화의 절대 값이고, m_dot는 유체 질량 유량이고, C_f는 유체 열 용량이고, T_c는 CHEX의 온도이고, T_h는 HHEX의 온도이고, Q_rev는 반대로 냉장고를 구동할 때 전달된 열이며, Q_udf는 UDF 모드에서 전달된 열이다.

예시적인 실시예에서, 앞서 언급한 실시예들 및 모드들의 모두는 제어기의 사용을 통해 성취될 수 있다. 이러한 제어기는 밸브들을 턴 온 및 오프하기 위해 및 냉동 시스템의 구성 및 교정에 기초하여 타이밍된 시퀀스로 자석들 또는 MCM 베드들을 이동시키기 위해 구성되는 전기-기계 디바이스일 수 있다. 제어기의 또 다른 변형은 전자 디바이스를 포함할 수 있으며, 이것은 다양한 전기적으로 제어된 밸브들, 펌프들, 모터들, 및 자석들을 제어하는 집적 회로들 및/또는 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 지시들을 사용하여, 컴퓨팅 디바이스는 여기에 논의된 다양한 실시예들의 기능들을 실행하기 위해 냉동 디바이스의 구성요소들에 제어 신호들을 제공할 수 있다. 이러한 제어기는 밸브들을 턴 온 및 오프하고, 다양한 펌프들, 모터들, 및 자석들을 턴 온하고, 다양한 펌프들, 모터들, 및 자석들을 턴 오프하거나 또는 다양한 펌프들, 모터들 및 자석들의 속도들 또는 설정들을 조정하기 위해 전기 신호들을 전송할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 여기에 설명된 동작들 중 임의의 것은 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독 가능한 매체 또는 메모리 상에 저장된 컴퓨터-판독 가능한 지시들로서 구현될 수 있다. 프로세서에 의한 컴퓨터-판독 가능한 지시들의 실행 시, 컴퓨터-판독 가능한 지시들은 컴퓨팅 디바이스가 동작들을 수행하게 할 수 있다.

예시적인 실시예들의 앞서 말한 설명은 예시의 및 설명의 목적들을 위해 제공되어 왔다. 개시된 정확한 형태에 대하여 철저하거나 또는 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 수정들 및 변형들은 상기 교시들을 고려하여 가능하거나 또는 개시된 실시예들의 실시로부터 획득될 수 있다. 본 발명의 범위는 여기에 첨부된 청구항들 및 그것들의 등가물들에 의해 정의된다는 것이 의도된다.

Claims (40)

1. 이중-모드 자기 냉동 장치에 있어서,
   자기열량 재료의 하나 이상의 베드(4, 8);
   상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드에 시변(time-varying) 자기장을 인가하기 위한 자석(9);
   열 전달 유체;
   상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프(1);
   고온 측 열 교환기(이하 HHEX) (2);
   저온 측 열 교환기(이하 CHEX)(6);
   상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브(3, 5, 7, 10); 및
   상기 장치가 제 1 모드 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하는 상기 하나 이상의 밸브(3, 5, 7, 10)의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기로서,
   상기 제1 모드에서, 상기 CHEX(6)에서 상기 HHEX(2)로 열을 전달하기 위해 상기 하나 이상의 밸브는(3, 5, 7, 10), 상기 하나 이상의 베드(4, 8)에 인가된 상기 시변(time-varing) 자기장이 높을 때 상기 열 전달 유체를 상기 하나 이상의 베드(4, 8)의 저온 단부에서 상기 하나이상의 베드를 통과하여 하나 이상의 베드(4, 8)의 고온 단부로 향하며 HHEX(2)를 통과하도록 하고, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드(4, 8)의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 저온 단부로 향하며 상기 CHEX(6)를 통과하도록 하고,
   동작의 상기 제 2 모드에서, 열이 상기 HHEX(2)로부터 상기 CHEX(6)로 전달되도록, 상기 하나 이상의 밸브(3, 5, 7, 10)의 상기 주기적 스위칭은 중단되어 상기 HHEX(2), 상기 하나 이상의 베드(4,8) 및 상기 CHEX(6)를 통과하는 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름이 허용하는, 상기 제어기를 포함하는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 시변 자기장의 사이클 시간은 상기 제 1 모드에서보다 상기 제 2 모드에서 더 긴, 이중-모드 자기 냉동 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장은 상기 제 2 모드 동안 중단되는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 CHEX(6)를 통해 공기를 보내도록 구성되는 팬을 더 포함하며,
   상기 제어기는 상기 제 1 모드 동안 상기 CHEX를 통해 공기를 보내도록 상기 팬을 제어하기 위해 구성되며,
   상기 제어기는 상기 제 2 모드 동안 상기 CHEX를 통해 공기를 보내지 않도록 상기 팬을 제어하기 위해 구성되는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 자석(9)은 상기 시변 자기장을 유발하기 위해 상기 하나 이상의 베드(4, 8)에 관하여 이동하도록 구성되며,
   상기 제어기는 상기 제 2 모드를 유발하기 위해 상기 하나 이상의 베드(4, 8)에 관하여 상기 자석의 움직임을 중단하도록 구성되는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 베드는 상기 시변 자기장을 유발하기 위해 상기 자석에 관하여 이동하도록 구성되며,
   상기 제어기는 상기 제 2 모드를 유발하기 위해 상기 자석에 관하여 상기 하나 이상의 베드의 움직임을 중단하도록 구성되는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는 상기 CHEX에 의해 냉각된 제 1 칸으로부터 제 2 칸으로 저온 공기를 도입하도록 구성되되, 상기 제 1 칸은 섭씨 0도 아래에서의 온도에서 상기 제어기에 의해 유지되고, 상기 제 2 칸은 섭씨 0도 위에서의 온도에서 상기 제어기에 의해 유지되는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
8. 이중-모드 자기 냉동 장치에 있어서,
   자기열량 재료의 하나 이상의 베드;
   상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드(4, 8)에 시변(time-varying) 자기장을 인가하기 위한 자석;
   열 전달 유체;
   상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프(1);
   고온 측 열 교환기(이하 HHEX)(2);
   저온 측 열 교환기(이하 CHEX)(6);
   상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브(3, 5, 7,10); 및
   상기 장치가 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기로서, 상기 제 1 모드에서 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 HHEX의 환경이 상기 CHEX의 환경과 유사하거나 또는 그보다 높은 온도에 있을 때 상기 CHEX(6)로부터 상기 HHEX(2)로 열을 전달하기 위해, 상기 열 전달 유체를, 상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 하나 이상의 베드(4, 8)의 저온 단부에서 상기 하나 이상의 베드(4, 8)를 통과하여 상기 하나 이상의 베드(4, 8)의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX(2)를 통과하도록 하고, 상기 하나 이상의 베드(4, 8)에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 CHEX를 통과하도록 하고;
   동작의 상기 제 2 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브의 상기 주기적 스위칭은 상기 HHEX의 환경이 상기 CHEX의 환경보다 낮은 온도에 있을 때 열이 상기 CHEX로부터 상기 HHEX로 전달되도록 상기 HHEX(2), 상기 하나 이상의 베드(4, 8) 및 상기 CHEX(6)를 통해 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 중단되는, 상기 제어기를 포함하는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 시변 자기장의 사이클 시간은 상기 제 1 모드에서보다 상기 제 2 모드에서 더 길고,
   상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장은 상기 제 2 모드 동안 중단되는, 이중-모드 자기 냉동 장치.
10. 바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치에 있어서,
    자기열량 재료의 하나 이상의 베드;
    상기 자기열량 재료의 하나 이상의 베드에 시변(time-varying) 자기장을 인가하기 위한 자석;
    열 전달 유체;
    상기 열 전달 유체를 순환시키기 위한 펌프(1);
    고온 측 열 교환기(이하 HHEX)(2);
    저온 측 열 교환기(이하 CHEX)(6);
    상기 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 밸브(40, 45, 50, 55); 및
    상기 장치가 제 1 모드에서 및 제 2 모드에서 동작하도록 허용하기 위해 상기 하나 이상의 밸브의 주기적 스위칭을 제어하도록 구성된 제어기로서, 상기 제 1 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 CHEX(6)에서 상기 HHEX(2)로 열을 전달하기 위해, 상기 열 전달 유체를, 상기 하나 이상의 베드(4, 8)에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 하나 이상의 베드의 저온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX(2)를 통과하고, 상기 하나 이상의 베드(4, 8)에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 하나 이상의 베드를 통해 상기 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 CHEX(6)를 통과하도록 하고;
    동작의 상기 제 2 모드에서, 상기 하나 이상의 밸브는 열이 상기 HHEX에서 상기 CHEX로 전달되도록 상기 HHEX 및 상기 CHEX를 통해 상기 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 바이패스 배열로 유지되며, 상기 열 전달 유체는 상기 하나 이상의 밸브가 상기 바이패스 배열에 있는 동안 상기 하나 이상의 베드를 바이패스하는, 상기 제어기를 포함하는, 바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장은 상기 제 2 모드 동안 중단되는, 바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 CHEX를 통해 공기를 보내도록 구성되는 팬을 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 제 1모드 동안 상기 CHEX를 통해 공기를 보내도록 상기 팬을 제어하기 위해 구성되며,
    상기 제어기는 상기 제 2 모드 동안 상기 CHEX를 통해 공기를 보내지 않도록 상기 팬을 제어하기 위해 구성되는, 바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어기는 상기 CHEX가 특정한 온도에 도달할 때 상기 제 2 모드에서 동작하도록 상기 장치를 제어하기 위해 구성되는, 바이패스를 가진 이중-모드 자기 냉동 장치.
14. 자기 냉장고-냉동고 조합 장치에 있어서,
    섭씨 0도 위로 유지되는 냉장고 칸;
    섭씨 0도 아래로 유지되는 냉동고 칸;
    제어기;
    하나 이상의 시변(time-varying) 자기장들을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 자석들(115, 175);
    상기 냉장고 칸을 위한 제 1 자기 냉동 시스템으로서,
    자기열량 재료의 제 1 세트의 하나 이상의 베드(75, 105);
    제 1 열 전달 유체(이하 제 1 HTF);
    상기 제 1 열 전달 유체의 흐름을 이끌기 위한 제 1 펌프(60);
    고온 측 열 교환기(이하 HHEX)(65);
    제 1 저온 측 열 교환기(이하 제 1 CHEX)(95);
    단계-간 열 교환기(이하 IHEX)(90)의 제 1 섹션;
    상기 제 1 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 제 1 밸브(70, 85, 100, 125)를 포함하며,
    상기 제어기가, 상기 제 1 CHEX 및 상기 IHEX의 제 1 섹션으로부터 상기 HHEX로 열을 전달하기 위해, 상기 제 1 HTF를, 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드(75, 105)의 저온 단부에서 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드(75, 105)를 통과하여 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 HHEX를 통과하고, 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드(75, 105)의 상기 고온 단부에서 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 제 1 세트의 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 제 1 CHEX를 통과하게 하도록 상기 하나 이상의 밸브(70, 85, 100, 125)의 주기적 스위칭을 제어하기 위해 구성되는, 상기 제 1 자기 냉동 시스템; 및
    상기 냉동고 칸을 위한 제 2 자기 냉동 시스템으로서,
    자기열량 재료의 하나 이상의 베드(140, 165)의 제 2 세트;
    제 2 열 전달 유체;
    상기 제 2 열 전달 유체의 흐름을 이끌기 위한 제 2 펌프(130);
    제 2 CHEX(155);
    상기 IHEX의 제 2 섹션(90);
    상기 제 2 열 전달 유체의 흐름을 통제하기 위한 하나 이상의 제 2 밸브(135, 145, 160, 180)를 포함하며,
    상기 제어기가, 상기 제 2 CHEX로부터 상기 IHEX의 제 2 섹션을 통해 상기 IHEX의 제 1 섹션으로 열을 전달하기 위해, 상기 제 2 HTF를, 상기 하나 이상의 베드(140, 165)에 인가된 상기 시변 자기장이 높을 때 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드(140, 165)의 저온 단부에서 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 고온 단부로 향하며 상기 IHEX의 제 2 섹션을 통과하고, 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드(140, 165)에 인가된 상기 시변 자기장이 낮을 때 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 상기 고온 단부에서 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드를 통과하여 제 2 세트의 하나 이상의 베드의 상기 저온 단부로 향하며 상기 제 2 CHEX를 통과하게 하는 상기 하나 이상의 밸브(135, 145, 160, 180)의 주기적 스위칭을 제어하기 위해 구성되는, 상기 제 2 자기 냉동 시스템을 포함하며,
    상기 제 2 열 전달 유체는 상기 제 1 열 전달 유체보다 낮은 어는 점을 갖는, 자기 냉장고-냉동고 조합 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어기는 열이 상기 제 1 CHEX로부터 상기 제 2 CHEX로 전달되도록 상기 제 2 세트의 하나 이상의 베드(135, 145, 160, 180), 상기 제 2 CHEX, 및 상기 IHEX의 제 2 섹션을 통해 상기 제 2 열 전달 유체의 단방향 흐름을 허용하기 위해 하나의 위치에 유지되도록 상기 하나 이상의 제 2 밸브를 제어하는, 자기 냉장고-냉동고 조합 장치.
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