KR101812183B1 - Magnetic cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기 냉각 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로, 크랭크 조립체에 결합된 피스톤의 왕복운동에 의해 열전달유체를 자기열량재료를 통해 상대적으로 높은 주파수로 왕복 이동시킬 수 있는 자기 냉각 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a self-cooling system, and more particularly, to a self-cooling system capable of reciprocating a heat transfer fluid through a magnetocaloric material at a relatively high frequency by reciprocating motion of a piston coupled to a crank assembly.
일반적으로, 자기 냉각 시스템은 자기열량재료에 자기장을 인가할 때 상기 자기열량재료로부터 발생되는 열량, 및 상기 자기열량재료에 인가된 자기장을 소거할 때 상기 자기열량재료에 의해 흡수되는 열량을 이용하는 시스템을 나타낸다.Generally, a self cooling system includes a system that utilizes the amount of heat generated from the magnetocaloric material when applying a magnetic field to the magnetocaloric material, and the amount of heat absorbed by the magnetocaloric material when the magnetic field applied to the magnetocaloric material is erased .
즉, 자기냉동이란, 특정 자기열량재료(또는 자성체)에 자계를 주면 자기열량재료가 발열하고, 자계를 제거하면 그 온도가 내려가는 현상(즉, 자기열량효과, MCE, Magnetocaloric Effect)을 이용한 것이다. 이러한 자기냉동은 프레온이나 플론을 사용하지 않기 때문에 환경에 유익한 냉동기술로서 주목받고 있다.That is, magnetic refrigeration is a phenomenon in which a magnetic field is applied to a specific magnetic calorie material (or magnetic material) to generate heat, and when the magnetic field is removed, the temperature is lowered (ie, magnetic calorie effect, MCE, Magnetocaloric Effect). Such self-cooling does not use Freon or Flon, so it is attracting attention as an environment-friendly refrigeration technology.
자기열량재료는 상기 자기열량재료를 통과하는 열전달유체와 열교환하도록 형성될 수 있다. The magnetocaloric material may be configured to exchange heat with the heat transfer fluid passing through the magnetocaloric material.
자기열량재료에 자기장이 인가될 때 상기 열전달유체는 상기 자기열량재료로부터 발생되는 열을 통해 가열될 수 있다. 즉, 자기열량재료에 자기장이 인가될 때 상기 자기열량재료를 통과하는 열전달유체는 가열될 수 있다. When a magnetic field is applied to the magnetocaloric material, the heat transfer fluid can be heated through heat generated from the magnetocaloric material. That is, when a magnetic field is applied to the magnetocaloric material, the heat transfer fluid passing through the magnetocaloric material can be heated.
이와 달리, 상기 자기열량재료에 인가된 자기장을 소거할 때 상기 자기열량재료는 상기 열전달유체로부터 열을 흡수할 수 있다. 즉, 상기 자기열량재료에 인가된 자기장을 소거할 때 상기 자기열량재료를 통과하는 열전달유체는 냉각될 수 있다.Alternatively, when the magnetic field applied to the magnetocaloric material is erased, the magnetocaloric material may absorb heat from the heat transfer fluid. That is, when the magnetic field applied to the magnetocaloric material is erased, the heat transfer fluid passing through the magnetocaloric material can be cooled.
종래의 자기 냉각 시스템은 상기 자기열량재료를 통해 상기 열전달유체를 유동시키기 위하여, 펌프와 밸브의 조합을 사용한다.A conventional self-cooling system uses a combination of a pump and a valve to flow the heat transfer fluid through the magnetocaloric material.
도 1은 종래의 자기 냉각 시스템을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 한국공개특허공보 제10-2013-0108765호는 종래의 자기 냉각 시스템을 개시하고 있다.1 shows a conventional self-cooling system. For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0108765 discloses a conventional self-cooling system.
도 1을 참조하면, 마그네트(2)가 자기재생기(1)로 이동하여 자기재생기(1)에 자기장을 인가하면 열전달유체는 유체이송장치(5)에 의해 반시계 방향으로 순환한다. 자기재생기(1)로 유입된 열전달유체는 자기장이 인가된 자기재생기(1)에서 발생된 열을 흡수한 뒤, 고온측열교환기(3)에 도달하여 자기재생기(1)로부터 흡수한 열을 주위로 방출한다. 고온측열교환기(3)에서 주위로 열을 방출한 열전달유체는 저온측열교환기(4)를 거쳐 자기재생기(1)로 유입된다.Referring to FIG. 1, when the
이와 달리, 마그네트(2)가 자기재생기(1)로부터 이탈하여 자기재생기(1)의 자기장이 제거되면 열전달유체는 유체이송장치(5)에 의해 시계 방향으로 순환한다. 자기재생기(1)로 유입된 열전달유체는 자기장이 제거된 자기재생기(1)로 열을 전달하고 냉각된 상태로 저온측열교환기(4)에 도달하여 주위의 열을흡수한다. 저온측열교환기(4)에서 주위의 열을 흡수한 열전달유체는 고온측열교환기(3)를 거쳐 자기재생기(1)로 유입되며, 이와 같은 과정으로 1회의 열교환싸이클이 완성된다. 이와 같은 열교환사이클이 지속적으로 반복되는 과정을 통해 난방 또는 냉방에 필요한 고온 또는 저온을 얻게 된다.On the other hand, when the
열전달유체의 순환 방향을 전환하기 위한 유체이송장치(5)의 종류로는 유량을 발생시키는 펌프와 유량의 방향을 전환시는 밸브를 조합하여 사용할 수 있다.As a kind of the
상기 마그네트(2)에 의한 자기장의 인가 및 자기장의 제거 주기에 기초하여, 유체이송장치(5)의 작동이 제어될 수 있다.The operation of the
예를 들어, 마그네트(2)에 의해 자기장이 인가될 때, 열전달유체가 반시계방향으로 순환하도록 유체이송장치(5)가 제어되고, 자기장이 제거될 때, 열전달유체가 시계방향으로 순환하도록 유체이송장치(5)가 제어될 수 있다.For example, when the magnetic field is applied by the
한편, 열전달유체의 순환방향을 결정하는 상기 유체이송장치(5)의 제어를 위해 펌프와 밸브의 제어가 필요하며, 펌프와 밸브의 제어에는 일정한 시간이 소요된다.On the other hand, it is necessary to control the pump and the valve to control the
즉, 종래의 자기 냉각 시스템에서, 열전달유체의 순환방향의 전한을 위한 유체이송장치(5)의 작동 주파수는 마그네트(2)에 의한 자기장의 인가 및 제거의 주파수를 크게 밑돌게 되는 문제점이 있다.That is, in the conventional self-cooling system, the operating frequency of the
또한, 유체이송장치(5)의 상대적으로 낮은 작동 주파수는 열교환사이클의 주기를 증가시키는 원인이 된다. 열교환사이클의 주기가 증가됨에 따라서, 열교환사이클을 통해 얻을 수 있는 온열 또는 냉열의 용량이 한정되는 문제점이 있다.In addition, the relatively low operating frequency of the
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열전달유체의 순환방향 또는 유동방향 전환의 주파수를 상대적으로 높게 확보할 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a self cooling system capable of securing a relatively high frequency of circulation or flow direction switching of a heat transfer fluid.
또한, 본 발명은 열교환사이클을 통해 상대적으로 큰 용량의 온열 또는 냉열을 얻을 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a self cooling system capable of obtaining a relatively large capacity of heat or cold heat through a heat exchange cycle.
또한, 본 발명은 크랭크 조립체 및 피스톤을 이용한 간단한 구조를 통해 열전달유체를 실린더 내에서 왕복유동시킬 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a magnetic cooling system capable of reciprocating a heat transfer fluid in a cylinder through a simple structure using a crank assembly and a piston.
또한, 본 발명은 피스톤의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템의 공진주파수에 근접하도록 하여 전력 소모를 줄일 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a self cooling system capable of reducing power consumption by making a reciprocating frequency of a piston close to a resonance frequency of a self cooling system.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위한 것으로서, 열전달유체가 수용되는 내부공간이 형성된 실린더; 상기 실린더 내에 배치되고, 열전달유체를 통과시키도록 형성된 자기열량재료; 상기 자기열량재료에 자기장을 선택적으로 인가하도록 형성된 자기장 인가부; 및 상기 실린더 내에서, 상기 자기열량재료와 상기 실린더의 길이방향 제1단부 사이에 구비되는 제1피스톤을 포함하고, 상기 실린더의 길이방향을 따르는 상기 제1피스톤의 왕복운동에 의해, 상기 열전달유체가 상기 자기열량재료를 통과하는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a heat exchanger comprising: a cylinder having an internal space in which a heat transfer fluid is accommodated; A magnetocaloric material disposed in the cylinder and configured to pass a heat transfer fluid; A magnetic field applying unit configured to selectively apply a magnetic field to the magnetocaloric material; And a first piston provided in the cylinder between the magnetocaloric material and a longitudinal first end of the cylinder, wherein by the reciprocating movement of the first piston along the longitudinal direction of the cylinder, the heat transfer fluid Is passed through the magnetocaloric material.
상기 자기 냉각 시스템은 상기 실린더 내에서, 상기 자기열량재료와 상기 실린더의 길이방향 제2단부 사이에 구비되는 제2피스톤을 더 포함하고, 상기 제1피스톤과 상기 제2피스톤 사이에 열전달유체가 수용될 수 있다. The self-cooling system further includes a second piston disposed in the cylinder between the magnetocaloric material and a longitudinal second end of the cylinder, wherein a heat transfer fluid is received between the first piston and the second piston .
상기 제2피스톤은 상기 제1피스톤의 왕복운동 방향과 동일한 방향으로 왕복운동하도록 형성될 수 있다.The second piston may be reciprocated in the same direction as the reciprocating direction of the first piston.
상기 자기 냉각 시스템은 모터의 회전운동을 왕복운동으로 전환하여 상기 실린더의 길이방향을 따라서 상기 제1피스톤을 왕복운동시키는 크랭크 조립체를 더 포함할 수 있다.The self-cooling system may further include a crank assembly for converting the rotational motion of the motor into a reciprocating motion and reciprocating the first piston along the longitudinal direction of the cylinder.
상기 크랭크 조립체는, 모터의 회전력을 전달받는 크랭크축; 상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축과 함께 회전되는 크랭크 암; 및 상기 크랭크 암의 회전운동을 왕복운동으로 전환하는 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.The crank assembly includes a crankshaft receiving the rotational force of the motor; A crank arm connected to the crankshaft and rotated together with the crankshaft; And a connecting rod for converting the rotational motion of the crank arm into a reciprocating motion.
또한, 상기 크랭크 조립체는 상기 크랭크축으로부터 편심되어 상기 크랭크암에 구비되는 크랭크 핀을 더 포함하고, 상기 커넥팅 로드의 제1단부는 상기 크랭크 핀에 연결되고, 상기 커넥팅 로드의 제2단부는 상기 제1피스톤에 연결될 수 있다.Further, the crank assembly further includes a crank pin eccentrically disposed on the crank shaft, the first end of the connecting rod being connected to the crank pin, and the second end of the connecting rod being connected to the crank shaft, 1 piston.
상기 자기 냉각 시스템은 상기 제2피스톤과 상기 실린더의 길이방향 제2단부 사이에 구비되는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.The self-cooling system may further include an elastic member provided between the second piston and the second longitudinal end of the cylinder.
상기 탄성 부재는 상기 제2피스톤에 탄성력을 가하도록 탄성 스프링으로 형성될 수 있다.The elastic member may be formed of an elastic spring to apply an elastic force to the second piston.
상기 자기 냉각 시스템은 상기 제1피스톤과 상기 자기열량재료 사이의 제1공간을 통과하는 제1열교환파이프; 및 상기 제2피스톤과 상기 자기열량재료 사이의 제2공간을 통과하는 제2열교환 파이프를 더 포함할 수 있다.The magnetic cooling system comprising: a first heat exchange pipe passing through a first space between the first piston and the magnetocaloric material; And a second heat exchange pipe passing through a second space between the second piston and the magnetocaloric material.
이때, 상기 제1열교환파이프 및 상기 제2열교환파이프 중 적어도 하나는 히트파이프로 형성될 수 있다.At this time, at least one of the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe may be formed as a heat pipe.
이와 달리, 상기 제1열교환파이프 및 상기 제2열교환파이프 중 적어도 하나는 유체 이송 파이프로 형성될 수 있다.Alternatively, at least one of the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe may be formed as a fluid transfer pipe.
한편, 상기 자기장 인가부를 통해 상기 자기열량재료에 자기장이 인가되는 주파수에 기초하여, 모터의 분당 회전수(rpm)가 결정될 수 있다.On the other hand, the revolution per minute (rpm) of the motor can be determined based on the frequency at which the magnetic field is applied to the magnetocaloric material through the magnetic field application unit.
또한, 상기 모터의 분당 회전수에 기초한 상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템의 공진주파수와 상이하도록, 상기 공진주파수를 산출하기 위한 인자가 결정될 수 있다.In addition, a factor for calculating the resonance frequency may be determined such that the reciprocating frequency of the first piston based on the number of revolutions per minute of the motor is different from the resonance frequency of the self-cooling system.
이때, 상기 공진주파수는 상기 탄성부재의 탄성계수, 상기 열전달유체의 질량, 상기 제1피스톤의 질량 및 상기 제2피스톤의 질량 중 적어도 하나의 함수일 수 있다.Here, the resonance frequency may be a function of at least one of an elastic modulus of the elastic member, a mass of the heat transfer fluid, a mass of the first piston, and a mass of the second piston.
나아가, 상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수에 기초하여, 상기 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수에 근접하도록 상기 공진주파수가 결정될 수 있다.Furthermore, based on the reciprocating frequency of the first piston, the resonant frequency can be determined so that the reciprocating frequency is close to the resonant frequency.
즉, 상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내의 값을 가지도록, 상기 공진주파수가 결정될 수 있다.That is, the resonance frequency may be determined such that the reciprocating frequency of the first piston has a value within a predetermined range from the resonance frequency.
상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내의 값을 가지도록, 상기 탄성부재의 탄성계수 및 상기 열전달유체의 질량 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.At least one of the elastic modulus of the elastic member and the mass of the heat transfer fluid may be determined such that the reciprocating frequency of the first piston has a value within a predetermined range from the resonance frequency.
본 발명에 따르면, 열전달유체의 순환방향 또는 유동방향 전환의 주파수를 상대적으로 높게 확보할 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a self cooling system capable of securing a relatively high frequency of the circulation direction or flow direction switching of the heat transfer fluid.
또한, 본 발명에 따르면, 열교환사이클을 통해 상대적으로 큰 용량의 온열 또는 냉열을 얻을 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to provide a self cooling system capable of obtaining a relatively large capacity of heat or cold heat through a heat exchange cycle.
또한, 본 발명에 따르면, 크랭크 조립체 및 피스톤을 이용한 간단한 구조를 통해 열전달유체를 실린더 내에서 왕복유동시킬 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to provide a self cooling system capable of reciprocating a heat transfer fluid in a cylinder through a simple structure using a crank assembly and a piston.
또한, 본 발명에 따르면, 피스톤의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템의 공진주파수에 근접하도록 하여 전력 소모를 줄일 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.Also, according to the present invention, it is possible to provide a self cooling system capable of reducing power consumption by making the reciprocating frequency of the piston close to the resonance frequency of the self cooling system.
도 1은 종래의 자기 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 자기 냉각 시스템에 구비되는 피스톤이 제1방향으로 움직인 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 자기 냉각 시스템에 구비되는 피스톤이 제2방향으로 움직인 상태를 나타내는 도면이다.1 shows a conventional self-cooling system.
2 is a diagram showing a self cooling system according to the present invention.
3 is a diagram illustrating a self cooling system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a state where the piston provided in the self-cooling system of FIG. 2 moves in a first direction; FIG.
5 is a view showing a state in which the piston provided in the self-cooling system of FIG. 2 moves in a second direction.
이하, 본 발명에 따른 공기조화기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown may be exaggerated or reduced have.
도 2는 본 발명에 따른 자기 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a self cooling system according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자기 냉각 시스템(10)은 열전달유체가 수용되는 실린더(100), 상기 실린더(100) 내에 배치되는 자기열량재료(200), 상기 자기열량재료에 자기장을 선택적으로 인가하도록 형성된 자기장 인가부(300), 및 상기 실린더(100) 내에서 상기 자기열량재료(200)의 일측에 구비되는 제1피스톤(400)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a
이때, 상기 실린더(100)의 길이방향을 따르는 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동에 의해, 실린더(100) 내에 수용된 열전달유체가 상기 자기열량재료(200)를 통과할 수 있다.At this time, the heat transfer fluid stored in the
상기 실린더(100)는 열전달유체를 수용하기 위한 내부공간(S1, S2)을 구비할 수 있다. 즉, 상기 실린더(100) 내에는 열전달유체가 수용되는 내부공간(S1, S2)이 형성될 수 있다.The
상기 내부공간(S1, S2)은 상기 실린더(100)의 내주면과, 상기 제1피스톤(400) 및 후술할 제2피스톤(600)에 의해 구획될 수 있다.The inner spaces S1 and S2 may be defined by the inner circumferential surface of the
자기열량재료(200)는 상기 실린더(100) 내에서 상기 실린더(100)의 길이방향 중앙부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 실린더(100) 내에서 상기 실린더(100)의 길이방향 중앙부에 상기 자기열량재료(200)의 배치를 위한 격벽(201)이 구비될 수 있다. 두 개의 격벽(201)이 기 설정된 거리로 이격되어 상기 실린더(100)의 길이방향 중앙부에 구비될 수 있다. 상기 두 개의 격벽(201) 사이에 상기 자기열량재료(200)가 배치된다. The
따라서, 상기 자기열량재료(200)는 열전달유체가 통과하더라도 상기 격벽(201) 외측으로 이동되지 않고 그 위치가 고정될 수 있다. Therefore, even though the heat transfer fluid passes through the
또한, 상기 격벽(201)은 다공성 부재로 형성되어, 열전달유체는 상기 격벽(201)을 통과할 수 있다.Further, the
상기 자기열량재료(200)는 자기장이 인가되면 열을 방출하고, 자기장이 제거되면 열을 흡수하도록 형성될 수 있다. 이러한 자기열량재료(200)는 자성체라고 나타낼 수도 있다. 자기열량재료(200)에 대해서는 이미 다수 공지되어 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The
자기장 인가부(300)는 자기열량재료(200)에 자기장을 선택적으로 인가하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 자기장 인가부(300)는 열전달유체가 상기 자기열량재료(200)를 제1방향으로 통과할 때 상기 자기열량재료(200)에 자기장을 인가하고, 열전달유체가 상기 자기열량재료(200)를 제2방향으로 통과할 때 상기 자기열량재료(200)에 인가된 자기장을 제거하도록 형성될 수 있다.The magnetic
예를 들어, 상기 자기장 인가부(300)는 전자석으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 자기장 인가부(300)에 전류를 인가 또는 차단하여 상기 자기열량재료(200)에 자기장을 인가 또는 차단할 수 있다.For example, the magnetic
이와 달리, 상기 자기장 인가부(300)는 영구자석으로 형성될 수도 있다. 자기장 인가부(300)가 영구자석으로 형성된 경우, 상기 자기장 인가부(300)를 물리적으로 이동시키는 방법을 통하여 상기 자기열량재료(200)에 자기장을 선택적으로 인가할 수 있다(도 3 참조).Alternatively, the magnetic
제1피스톤(400)은 실린더(100) 내에서 상기 자기열량재료(200)와 상기 실린더(100)의 길이방향 제1단부(101) 사이에 구비될 수 있다. The
상기 제1피스톤(400)은 상기 실린더(100)의 상기 제1단부(101)와 상기 자기열량재료(200) 사이에서 기설정된 거리로 왕복운동하도록 형성될 수 있다. 상기 실린더(100)의 길이방향을 따르는 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동에 의해, 열전달유체가 상기 자기열량재료(200)를 통과할 수 있다. The
예를 들어, 상기 제1피스톤(400)이 자기열량재료(200)를 향해 이동할 때, 자기장 인가부(300)가 상기 자기열량재료(200)에 자기장을 인가할 수 있다. 이 경우, 자기열량재료(200)는 발열반응을 하고, 제1피스톤(400)의 이동방향으로 자기열량재료(200)를 통과하는 열전달유체는 자기열량재료(200)에서 발생되는 열을 흡수할 수 있다. For example, when the
즉, 도시된 실시예에서, 실린더(100) 내에서 자기열량재료(200)의 우측으로 유동하는 열전달유체는 가열되고, 가열된 열전달유체의 온열이 난방 등에 사용될 수 있다.That is, in the illustrated embodiment, the heat transfer fluid flowing to the right side of the
반대로, 상기 제1피스톤(400)이 자기열량재료(200)로부터 멀리 이동할 때, 자기장 인가부(300)는 상기 자기열량재료(200)에 인가된 자기장을 제거할 수 있다. 즉, 상기 제1피스톤(400)이 상기 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 이동할 때, 상기 자기열량재료(200)에 인가된 자기장이 제거될 수 있다. 이 경우, 자기열량재료(200)는 흡열반응을 하고, 제1피스톤(400)의 이동방향으로 자기열량재료를 통과하는 열전달유체의 열은 상기 자기열량재료(200)에 흡수될 수 있다.Conversely, when the
즉, 도시된 실시예에서, 실린더(100) 내에서 자기열량재료(200)의 좌측으로 유동하는 열전달유체는 냉각되고, 냉각된 열전달유체의 냉열이 냉방 또는 냉동 등에 사용될 수 있다.That is, in the illustrated embodiment, the heat transfer fluid flowing to the left side of the
본 발명에 따른 자기 냉각 시스템(10)은 상기 자기열량재료(200)를 기준으로 상기 제1피스톤(400)의 맞은편에 배치되는 제2피스톤(600)을 더 포함할 수 있다.The
상기 제2피스톤(600)은 상기 실린더(100) 내에서, 상기 자기열량재료(200)와 상기 실린더(100)의 길이방향 제2단부(102) 사이에 구비될 수 있다.The
상기 열전달유체는 상기 제1피스톤(400)과 상기 제2피스톤(600) 사이에 수용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 열전달유체가 수용되는 내부공간(S1, S2)은 상기 실린더(100)의 내주면과, 상기 제1피스톤(400) 및 상기 제2피스톤(600)에 의해 구획될 수 있다. 그리고, 상기 자기열량재료(200)는 상기 실린더(100) 내에서 상기 제1피스톤(400)과 상기 제2피스톤(600) 사이에 배치될 수 있다. The heat transfer fluid may be received between the
상기 제1피스톤(400)의 외주면과 상기 실린더(100)의 내주면 사이는 실링될 수 있으며, 상기 제2피스톤(600)의 외주면과 상기 실린더(100)의 내주면 사이는 시링될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1피스톤(400)의 외주면과 상기 실린더(100)의 내주면 사이에, 그리고, 상기 제2피스톤(600)의 외주면과 상기 실린더(100)의 내주면 사이에 실링부재(미도시)가 배치될 수 있다.The outer circumferential surface of the
상기 제2피스톤(600)은 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동에 따라서 상기 실린더(100)의 길이방향으로 왕복운동하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2피스톤(600)은 상기 제1피스톤(400)과 함께 상기 실린더(100)의 길이방향을 따라서 왕복운동하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2피스톤(600)은 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 방향과 동일한 방향으로 왕복운동될 수 있다.The
따라서, 제1피스톤(400) 및 제2피스톤(600)의 왕복운동 방향에 기초하여, 상기 열전달유체가 상기 자기열량재료(200)를 통과할 수 있다.Therefore, the heat transfer fluid can pass through the
본 실시예(즉, 제1실시예)에 따른 자기 냉각 시스템(10)은 제1피스톤(400)을 왕복운동시키는 크랭크 조립체(500)를 더 포함할 수 있다. The self-cooling
상기 크랭크 조립체(500)는 모터(510)의 회전운동을 왕복운동으로 전환하여 상기 제1피스톤(400)을 실린더(100)의 길이방향을 따라서 왕복운동시키도록 형성될 수 있다.The
상기 크랭크 조립체(500)는 모터(510)의 회전력을 전달받는 크랭크축(520), 상기 크랭크축(520)에 연결된 크랭크 암(530), 상기 크랭크 암(530)에 연결된 커넥팅 로드(550)를 포함할 수 있다.The
상기 크랭크 축(520)은 모터(510)에 연결되어, 상기 모터(510)의 회전력을 전달받도록 형성될 수 있다.The
상기 크랭크 암(530)은 상기 크랭크 축(520)에 연결되어, 상기 크랭크 축(520)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.The
상기 커넥팅 로드(550)는 상기 크랭크 암(530)의 회전운동을 왕복운동으로 전환하도록 형성될 수 있다.The connecting
보다 구체적으로, 상기 크랭크 조립체(500)는 크랭크 핀(540)을 더 포함할 수 있다. 상기 크랭크 핀(540)은 상기 크랭크 축(520)으로부터 편심되어 상기 크랭크 암(530)에 구비될 수 있다.More specifically, the
이때, 상기 커넥팅 로드(540)의 제1단부는 상기 크랭크 핀(540)에 연결되고, 상기 커넥팅 로드(540)의 제2단부는 상기 제1피스톤(400)에 연결될 수 있다. At this time, the first end of the connecting
따라서, 상기 크랭크 축(520)이 회전운동은 상기 커넥팅 로드(540)의 왕복운동으로 전환될 수 있다.Therefore, the rotational motion of the
한편, 본 실시예에 따른 자기 냉각 시스템(10)은 상기 제2피스톤(600)과 상기 실린더(100)의 길이방향 제2단부(102) 사이에 구비되는 탄성부재(700)를 더 포함할 수 있다.The
상기 탄성부재(700)의 일 단부는 상기 제2피스톤(600)에 고정되고, 타 단부는 상기 실린더(100)의 제2단부(102)에 고정될 수 있다. 즉, 상기 탄성부재(700)는 상기 제2피스톤(600)에 탄성력을 가하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성부재(700)는 탄성 스프링으로 형성될 수 있다. One end of the
따라서, 상기 제1피스톤(400)이 실린더(100)의 제2단부(102)를 향해 움직이면, 열전달유체가 상기 제2피스톤(600)을 상기 실린더(100)의 제2단부(102)를 향해 밀어서 상기 제2피스톤(600) 역시 실린더(100)의 제2단부(102)를 향해 이동한다.Accordingly, when the
또한, 상기 제1피스톤(400)이 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 움직이면, 상기 탄성부재(700)가 상기 제2피스톤(600)을 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 밀허서 상기 제2피스톤(600) 역시 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 이동한다.When the
상기 자기 냉각 시스템(10)은 제1피스톤(400)과 자기열량재료(200) 사이의 제1공간(S1)을 통과하는 제1열교환파이프(810) 및 상기 제2피스톤(600)과 상기 자기열량재료(200) 사이의 제2공간(S2)을 통과하는 제2열교환파이프(820)를 더 포함할 수 있다.The self-cooling
상기 제1열교환파이프(810)는 상기 제1공간(S1) 내의 열전달유체와 열교환하도록 형성될 수 있고, 상기 제2열교환파이프(820)는 상기 제2공간(S2) 내의 열전달유체와 열교화하도록 형성될 수 있다.The first
상기 제1열교환파이프(810) 및 상기 제2열교환파이프(820) 중 적어도 하나는 히트파이프로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1열교환파이프(810) 및 상기 제2열교환파이프(820)는 모두 히트파이프로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1공간(S1)에 수용된 열전달유체의 냉열은 상기 제1열교환파이프(810)를 통해 외부로 전달될 수 있고, 상기 제2공간(S2)에 수용된 열전달유체의 온열은 상기 제2열교환파이프(820)를 통해 외부로 전달될 수 있다.At least one of the first
이와 달리, 상기 제1열교환파이프(810) 및 상기 제2열교환파이프(820) 중 적어도 하나는 유체 이송 파이프로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1열교환파이프(810) 및 상기 제2열교환파이프(820)는 모두 유체 이송 파이프로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1공간(S1)에 수용된 열전달유체의 냉열은 상기 제1열교환파이프(810)를 유동하는 유체로 전달될 수 있고, 상기 제2공간(S2)에 수용된 열전달유체의 온열은 상기 제2열교환파이프(820)를 유동하는 유체로 전달될 수 있다.Alternatively, at least one of the first
물론, 상기 제1열교환파이프(810) 및 상기 제2열교환파이프(820) 중 적어도 하나는 히트파이프로 형성되고, 다른 하나는 유체 이송 파이프로 형성되는 것도 가능하다.Of course, it is also possible that at least one of the first
한편, 전술한 바와 같이, 제1피스톤(400)은 모터(510)의 회전에 의해 왕복운동할 수 있다. 즉, 상기 모터(510)의 분당 회전수(rpm)에 기초하여 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 결정될 수 있다.Meanwhile, as described above, the
이때, 상기 자기장 인가부(300)를 통해 상기 자기열량재료(200)에 자기장이 인가되는 주파수에 기초하여, 모터(510)의 분당 회전수가 결정될 수 있다. At this time, the number of revolutions per minute of the
즉, 모터(510)의 rpm은 자기장 인가부(300)의 자기장 인가 주파수에 따라서 조절될 수 있다. 여기서 모터(510)의 rpm 조절은 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수의 조절을 의미할 수 있다. 상기 모터(510)의 rpm 및 상기 자기장 인가부(300)에 의한 자기장 인가 주파수는 도시되지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있다.That is, the rpm of the
상기와 같이, 자기장 인가부(300)가 자기열량재료(200)에 자기장을 인가하는 주파수에 맞춰서 모터(510)의 rpm이 조절될 수 있으므로, 일정한 시간 동안 열전달유체로부터 온열 또는 냉열을 확보할 수 있는 횟수가 종래에 비해 증가될 수 있으며, 온열 또는 냉열의 확보 효율이 높아진다.As described above, since the rpm of the
한편, 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수는 자기 냉각 시스템(10)의 공진부파수와 상이한 것이 바람직하다. 이는, 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수 자기 냉각 시스템(10)의 공진주파수와 동일하게 될 경우, 자기 냉각 시스템(10) 자체에 큰 진동이 발생될 수 있기 때문이다.It is preferable that the reciprocating frequency of the
즉, 상기 모터(510)의 rpm에 기초한 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템(10)의 공진주파수와 상이하도록, 상기 공진주파수를 산출하기 위한 인자가 결정될 수 있다.That is, the factor for calculating the resonance frequency may be determined such that the reciprocating frequency of the
여기서 공진주파수를 산출하기 위한 인자에는, 탄성부재(700)의 탄성계수(K), 열전달유체의 질량, 제1피스톤(400)의 질량 및 상기 제2피스톤(600)의 질량 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.Here, factors for calculating the resonance frequency include at least one of the elastic modulus K of the
즉, 상기 공진주파수는 탄성부재(700)의 탄성계수(K), 열전달유체의 질량, 제1피스톤(400)의 질량 및 상기 제2피스톤(600)의 질량 중 적어도 하나의 함수가 될 수 있다.That is, the resonance frequency may be a function of at least one of the elastic modulus K of the
따라서, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템(10)의 공진주파수와 상이하도록, 탄성부재(700)의 탄성계수(K), 열전달유체의 질량, 제1피스톤(400)의 질량 및 상기 제2피스톤(600)의 질량 중 적어도 하나가 조절될 수 있다.Therefore, the elastic modulus K of the
이때, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수는 상기 공진주파수에 근접한 것이 바람직하다. 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수에 근접할수록 상기 모터(510)의 구동 입력이 작아질 수 있다. 즉, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수에 근접할수록 상기 모터(510)에 소요되는 전력이 절감될 수 있다. At this time, the reciprocating frequency of the
한편, 전술한 바와 같이, 자기 냉각 시스템(10)의 공진주파수는 탄성부재(700)의 탄성계수(K), 열전달유체의 질량, 제1피스톤(400)의 질량 및 상기 제2피스톤(600)의 질량 중 적어도 하나의 변경을 통해 조절될 수 있다.The resonance frequency of the
따라서, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수에 기초하여, 상기 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수에 근접하도록 상기 공진주파수가 결정 또는 조정될 수 있다.Thus, based on the reciprocating frequency of the
즉, 자기장 인가부(300)가 자기열량재료(200)에 자기장을 인가하는 주파수에 기초하여 모터(510)의 rpm 및 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 결정되기 때문에, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수에 기초하여 상기 공진주파수를 조절하는 것이 바람직하다.That is, since the rpm of the
상기와 같이, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수는 상기 공진주파수와 상이하되, 상기 공진주파수에 근접한 것이 바람직하다. As described above, it is preferable that the reciprocating frequency of the
구체적으로, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내에 있도록 상기 공진주파수가 결정 또는 조절될 수 있다. 즉, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내의 값을 가지도록 상기 공진주파수가 조절될 수 있다.Specifically, the resonance frequency may be determined or adjusted so that the reciprocating frequency of the
이때, 상기 공진주파수를 결정하는 인자인 탄성부재(700)의 탄성계수(K), 열전달유체의 질량, 제1피스톤(400)의 질량 및 상기 제2피스톤(600)의 질량 중에서 제1피스톤(400)의 질량 및 제2피스톤(600)의 질량은 그 조절이 용이하지 않다.At this time, among the elastic modulus K of the
따라서, 상기 공진주파수의 변경을 위해 탄성부재(700)의 탄성계수(K) 및 열전달유체의 질량 중 적어도 하나를 조절하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to adjust at least one of the elastic modulus K of the
즉, 상기 제1피스톤(400)의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내의 값을 가지도록, 상기 탄성부재(700)의 탄성계수(K) 및 상기 열전달유체의 질량 중 적어도 하나가 결정 또는 조절될 수 있다. That is, at least one of the elastic modulus K of the
여기서, 탄성부재(700)의 탄성계수(K)의 조절은 탄성부재(700) 교체를 의미할 수 있다.Here, the adjustment of the elastic modulus K of the
이하, 다른 도면을 참조하여, 전술한 자기장 인가부(300)를 이동시키기 위한 구조에 대하여 설명한다.Hereinafter, a structure for moving the magnetic
도 3은 본 발명의 다른 실시예(제2실시예에 따른 자기 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.3 is a view showing a self cooling system according to another embodiment of the present invention (a second embodiment).
이하, 본 발발명의 다른 실시예에 따른 자기 냉각 시스템을 설명함에 있어서, 도 2를 참조하여 설명한 제1실시예에 따른 자기 냉각 시스템과 상이한 부분을 중심으로 설명한다.Hereinafter, a description will be made of a self-cooling system according to another embodiment of the present invention, focusing on a different part from the self-cooling system according to the first embodiment described with reference to FIG.
제2실시예에서, 자기장 인가부(300)는 영구자석으로 형성될 수 있다. 따라서, 자기열량재료(200)에 자기장을 선택적으로 인가하기 위하여 자기장 인가부(300)가 기설정된 주파수로 물리적으로 움직일 필요가 있다.In the second embodiment, the magnetic
상기 자기장 인가부(300)의 이동을 위하여, 제2실시예에 따른 자기 냉각 시스템(10)은 제1실시예와 상이한 크랭크 어셈블리(500)를 구비할 수 있다. 자기장 인가부(300)는 상기 크랭크 어셈블리(500)에 의해 실린더(100)의 외측에서 상기 실린더(100)의 길이방향을 따라 왕복운동할 수 있다.In order to move the magnetic
본 실시예에서도 크랭크 어셈블리(500)는 모터(510)에 연결된 크랭크축(520)을 구비한다.In this embodiment, the
이때, 상기 크랭크 축(520)에는 두 개의 크랭크 암(531, 532)이 구비될 수 있다. 즉, 두 개의 크랭크 암(531)은 제1피스톤(400)의 왕복운동을 위한 제1크랭크 암(531) 및 자기장 인가부(300)의 왕복운동을 위한 제2크랭크 암(531)을 포함할 수 있다.At this time, the
상기 제1크랭크 암(531) 및 상기 제2크랭크 암(532) 상기 크랭크 축(520)의 길이방향을 따라서 서로 이격되도록 배치될 수 있다. The
상기 제1크랭크 암(531)에는 제1커넥팅 로드(551)가 연결되고, 상기 제2크랭크 암(532)에는 제2커넥팅 로드(552)가 연결될 수 있다. A first connecting
따라서, 상기 모터(510)의 구동에 따른, 상기 크랭크 축(520)의 회전운동은 상기 제1커넥팅 로드(551) 및 상기 제2커넥팅 로드(552)의 왕복운동으로 전환될 수 있다.Accordingly, the rotational motion of the
상기 제1커넥팅 로드(551)의 왕복운동은 상기 제1피스톤(400)을 상기 실린더(100) 내에서 상기 실린더(100)의 길이방향을 따라 왕복운동시킬 수 있다.The reciprocating motion of the first connecting
또한, 상기 제2커넥팅 로드(552)의 왕복운동은 상기 자기장 인가부(300)를 상기 실린더(100)의 외측에서 상기 실린더(100)의 길이방향을 따라 왕복운동시킬 수 있다. The reciprocating motion of the second connecting
이때, 상기 제1피스톤(400)이 상기 자기열량재료(200)를 향해 이동할 때 상기 자기장 인가부(300)가 상기 자기열량재료(200)에 자기장을 인가하도록, 상기 자기장 인가부(300)가 배치될 수 있다.The magnetic
즉, 상기 크랭크 어셈블리(500)는, 상기 제1피스톤(400)이 상기 자기열량재료(200)를 향해 이동할 때 상기 자기장 인가부(300)를 상기 실린더(100)의 외측에서 상기 자기열량재료(200)에 대응하게 위치시키도록, 형성될 수 있다.That is, the
상기 크랭크 어셈블리(500)는 왕복운동 방향의 전환을 위하여 방향전환로드(561, 562)를 더 포함할 수 있다. 상기 방향전환로드(561, 562)는 상기 제1커넥팅 로드(551) 및 상기 제2커넥팅 로드(552)의 연장방향에 기초하여 필요한 경우에 구비될 수 있다.The
즉, 모터(510)의 배치와, 상기 제1커넥팅 로드(551) 및 상기 제2커넥팅 로드(552)의 연장방향에 의해 상기 제1피스톤(400)과 상기 자기장 인가부(300)가 실린더(100)의 길이방향을 따라서 왕복운동이 불가능한 경우에, 상기 방향전환로드(561, 562)가 사용될 수 있다.That is, the arrangement of the
상기 방향전한로드(561, 562)는 제1커넥팅 로드(551)에 연결되는 제1방향전환로드(561) 및 제2커넥팅 로드(552)에 연결되는 제2방향전환로드(562)를 포함할 수 있다.The
상기 제1방향전환로드(561)는 상기 제1커넥팅 로드(551)와 상기 제1피스톤(400) 사이에 구비되어, 상기 제1커넥팅 로드(551)의 왕복운동 방향을 실린더(100)의 길이방향으로 전환하도록 형성될 수 있다.The first
상기 제2방향전환로드(562)는 상기 제2커넥팅 로드(552)와 상기 자기장 인가부(300) 사이에 구비되어, 상기 제2커넥팅 로드(552)의 왕복운동 방향을 실린더(100)의 길이방향으로 전환하도록 형성될 수 있다.The second
도시된 실시예에서, 하나의 모터(510)에 제1커넥팅 로드(551)와 제2커넥팅 로드(552)가 연동되는 구조를 설명하였으나, 제1커넥팅 로드(551)와 제2커넥팅 로드(552)가 각각 별도의 모터에 연동되는 것도 가능하다.Although the structure in which the first connecting
한편, 상기 실린더(100)를 기준으로 상기 자기장 인가부(300)의 맞은편에는 위치가 고정된 요크(301)가 배치될 수 있다. 상기 요크(301)는 상기 실린더(100)의 외측에서 상기 자기열량재료(200)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. On the other hand, a
상기 요크(301)는 금속으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 자기장 인가부(300)가 자기열량재료(200)에 대응하는 위치로 움직일 때, 상기 자기장 인가부(300)와 상기 요크(301) 사이에 상기 자기열량재료(200)를 가로지르는 자기장이 형성될 수 있다.The
상기 크랭크 어셈블리(500) 이외의 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로, 다른 구성에 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조한 설명으로 갈음한다.Since the configuration other than the
이하, 다른 도면을 참조하여, 실린더(100) 내에서 피스톤이 움직이는 모습에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the manner in which the piston moves in the
도 4는 도 2의 자기 냉각 시스템에 구비되는 피스톤이 제1방향으로 움직인 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2의 자기 냉각 시스템에 구비되는 피스톤이 제2방향으로 움직인 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a view showing a state where a piston provided in the self-cooling system of FIG. 2 moves in a first direction, FIG. 5 is a view showing a state where a piston provided in the self- to be.
설명의 편의를 위하여 도 2에 도시된 제1실시예의 작동상태에 대해서만 도시되어 있으나, 도 4 및 5에 도시된 피스톤의 구동방식이 도 3에 도시된 제2실시예에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.For convenience of explanation, only the operating state of the first embodiment shown in Fig. 2 is shown, but the driving method of the pistons shown in Figs. 4 and 5 can be similarly applied to the second embodiment shown in Fig. 3 It is obvious.
우선, 도 4를 참조하면, 모터(510)에 의한 크랭크 축(520)의 회전운동은 제1피스톤(400)의 왕복운동으로 전환될 수 있고, 상기 제1피스톤(400)은 실린더(100)의 길이방향을 따라서 왕복운동할 수 있다.4, the rotational motion of the
상기 제1피스톤(400)이 자기열량재료(200)를 향해 움직이면, 제1공간(S1) 내의 열전달유체는 자기열량재료(200)를 통과하여 제2공간(S2)으로 유동할 수 있다.When the
상기 제2공간(S2)으로 유동한 열전달유체에 의해 제2피스톤(600)이 실린더(100)의 제2단부(102)를 향해 밀린다. 즉, 기 제1피스톤(400)이 자기열량재료(200)를 향해 움직이면, 상기 제2피스톤(600)은 실린더(100)의 제2단부(102)를 향해 움직인다.The
상기 제2피스톤(600)이 실린더(100)의 제2단부(102)를 향해 움직이면, 상기 제2피스톤(600)과 상기 제2단부(102) 사이에 구비된 탄성부재(700)가 압축된다.When the
한편, 상기 제1피스톤(400)이 자기열량재료(200)를 향해 움직일 때, 자기장 인가부(300)는 자기열량재료(200)를 향해 자기장을 인가할 수 있다. When the
예를 들어, 자기장 인가부(300)가 전자석으로 형성된 경우, 상기 자기장 인가부(300)에 전류가 인가될 수 있다. 이와 달리, 상기 자기장 인가부(300)가 영구자석으로 형성된 경우 상기 자기장 인가부(300)가 상기 자기열량재료(200)에 대응하는 위치로 이동될 수 있다. 여기서, 상기 자기열량재료(200)에 대응하는 위치는 상기 자기장 인가부(300)에서 발생된 자기장이 상기 자기열량재료(200)를 가로지르는 위치를 의미할 수 있다.For example, when the magnetic
이때, 상기 자기열량재료(200)는 발열반응을 하고, 상기 자기열량재료(200)를 통과하는 열전달유체는 상기 자기열량재료(200)와 열교환을 통해 가열될 수 있다.At this time, the
가열된 열전달유체는 상기 제2공간(S2)으로 유동하여, 상기 제2공간(S2)을 통과하는 제2열교환파이프(820)와 열교환할 수 있다. 열전달유체로부터 상기 제2열교환파이프(820)로 전달된 온열은 난방 및 급탕 등에 사용될 수 있다. The heated heat transfer fluid may flow into the second space S2 and exchange heat with the second
이와 달리, 도 5를 참조하면, 상기 제1피스톤(400)이 자기열량재료(200)로부터 멀리 움직이면, 제2공간(S2) 내의 열전달유체는 자기열량재료(200)를 통과하여 제1공간(S1)으로 유동할 수 있다.5, when the
즉, 모터(510)의 회전에 의해 상기 제1피스톤(400)이 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 움직이면, 탄성부재(700)가 제2피스톤(600)을 자기열량재료(200)를 향해 민다. 이때, 제2공간(S2) 내의 열전달유체는 상기 제2피스톤(600)에 의해 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 밀리면서 상기 자기열량재료(200)를 통과한 후 제1공간(S1)으로 유동한다.That is, when the
다시 말해서, 모터(510)의 회전에 의해 상기 제1피스톤(400)이 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 움직이면, 탄성부재(700)가 신장되어 제2피스톤(600)을 실린더(100)의 제1단부(101)를 향해 민다. 그리고, 상기 제2피스톤(600)이 제2공간(S2) 내의 열전달유체를 제1공간(S1)을 향해 밀어서, 제2공간(S2) 내의 열전달유체는 상기 자기열량재료(200)를 통해 상기 제1공간(S1)으로 유동한다.In other words, when the
한편, 상기 제2피스톤(600)이 자기열량재료(200)를 향해 움직일 때, 자기장 인가부(300)는 자기열량재료(200)를 향해 인가된 자기장을 제거할 수 있다. 즉, 열전달유체가 제2공간(S2)으로부터 자기열량재료(200)를 통해 제1공간(S1)으로 유동할때, 상기 자기장 인가부(300)에 의해 상기 자기열량재료(200)에 인가된 자기장이 제거될 수 있다.On the other hand, when the
예를 들어, 자기장 인가부(300)가 전자석으로 형성된 경우, 상기 자기장 인가부(300)에 전류가 차단될 수 있다. For example, when the magnetic
이와 달리, 상기 자기장 인가부(300)가 영구자석으로 형성된 경우, 상기 자기장 인가부(300)가 상기 자기열량재료(200)로부터 멀리 이동할 수 있다. 즉, 영구자석인 자기장 인가부(300)에서 발생된 자기장이 상기 자기열량재료(200)에 영향을 미치지 않도록 상기 자기장 인가부(300)가 상기 자기열량재료(200)로부터 어긋난 위치로 이동될 수 있다. 다시 말해서, 상기 자기장 인가부(300)에서 발생된 자기장이 상기 자기열량재료(200)를 가로지르지 않도록 상기 자기장 인가부(300)의 위치가 이동될 수 있다.Alternatively, when the magnetic
이때, 상기 자기열량재료(200)는 흡열반응을 하고, 상기 자기열량재료(200)를 통과하는 열전달유체는 상기 자기열량재료(200)와 열교환을 통해 냉각될 수 있다.At this time, the
냉각된 열전달유체는 상기 제1공간(S1)으로 유동하여, 상기 제1공간(S1)을 통과하는 제1열교환파이프(810)와 열교환할 수 있다. 열전달유체로부터 상기 제1열교환파이프(810)로 전달된 냉열 냉방 및 냉동 등에 사용될 수 있다. The cooled heat transfer fluid may flow into the first space S1 and exchange heat with the first
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 열전달유체의 유동방향 또는 유동방향 전환을 위한 주파수를 상대적으로 높게 확보할 수 있어서, 상대적으로 큰 용량의 온열 또는 냉열을 얻을 수 있다. As described above, according to the present invention, the frequency for switching the flow direction or flow direction of the heat transfer fluid can be secured relatively high, so that a relatively large capacity of heat or cold can be obtained.
또한, 본 발명에 따르면, 크랭크 조립체 및 피스톤을 이용한 간단한 구조를 통해 열전달유체를 실린더 내에서 왕복유동시킬 수 있으며, 피스톤의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템의 공진주파수에 근접하도록 하여 모터에 소요되는 전력 소모를 줄일 수 있다.According to the present invention, a heat transfer fluid can be reciprocated in a cylinder through a simple structure using a crank assembly and a piston, and the reciprocating frequency of the piston is close to the resonant frequency of the self cooling system, Consumption can be reduced.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The foregoing description of the preferred embodiments of the present invention has been presented for purposes of illustration and various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention, And additions should be considered as falling within the scope of the following claims.
100 실린더 200 자기열량재료
300 자기장 인가부 400 제1피스톤
500 크랭크 조립체 600 제2피스톤
700 탄성부재100
300 magnetic
500 crank
700 elastic member
Claims (17)
상기 실린더 내에 배치되고, 열전달유체를 통과시키도록 형성된 자기열량재료;
상기 자기열량재료에 자기장을 선택적으로 인가하도록 형성된 자기장 인가부;
상기 실린더 내에서, 상기 자기열량재료와 상기 실린더의 길이방향 제1단부 사이에 구비되는 제1피스톤;
상기 실린더 내에서, 상기 자기열량재료와 상기 실린더의 길이방향 제2단부 사이에 구비되는 제2피스톤;
모터의 회전운동을 왕복운동으로 전환하여 상기 실린더의 길이방향을 따라서 상기 제1피스톤을 왕복운동시키는 크랭크 조립체; 및
상기 제2피스톤과 상기 실린더의 길이방향 제2단부 사이에 구비되는 탄성부재를 포함하고,
상기 제1피스톤과 상기 제2피스톤 사이에 열전달유체가 수용되며,
상기 실린더의 길이방향을 따르는 상기 제1피스톤의 왕복운동에 의해, 상기 열전달유체가 상기 자기열량재료를 통과하는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.A cylinder having an inner space in which a heat transfer fluid is accommodated;
A magnetocaloric material disposed in the cylinder and configured to pass a heat transfer fluid;
A magnetic field applying unit configured to selectively apply a magnetic field to the magnetocaloric material;
A first piston disposed in the cylinder between the magnetocaloric material and a longitudinal first end of the cylinder;
A second piston disposed in the cylinder between the magnetocaloric material and a second longitudinal end of the cylinder;
A crank assembly for converting the rotational motion of the motor into a reciprocating motion and reciprocating the first piston along the longitudinal direction of the cylinder; And
And an elastic member provided between the second piston and the second longitudinal end of the cylinder,
A heat transfer fluid is received between the first piston and the second piston,
Wherein the heat transfer fluid passes through the magnetocaloric material by reciprocating movement of the first piston along a longitudinal direction of the cylinder.
상기 제2피스톤은 상기 제1피스톤의 왕복운동 방향과 동일한 방향으로 왕복운동하도록 형성된 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the second piston is formed to reciprocate in the same direction as the reciprocating direction of the first piston.
상기 크랭크 조립체는,
모터의 회전력을 전달받는 크랭크축;
상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축과 함께 회전되는 크랭크 암; 및
상기 크랭크 암의 회전운동을 왕복운동으로 전환하는 커넥팅 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.The method according to claim 1,
The crank assembly includes:
A crankshaft receiving the rotational force of the motor;
A crank arm connected to the crankshaft and rotated together with the crankshaft; And
And a connecting rod for converting the rotational motion of the crank arm into a reciprocating motion.
상기 크랭크 조립체는 상기 크랭크축으로부터 편심되어 상기 크랭크암에 구비되는 크랭크 핀을 더 포함하고,
상기 커넥팅 로드의 제1단부는 상기 크랭크 핀에 연결되고, 상기 커넥팅 로드의 제2단부는 상기 제1피스톤에 연결된 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the crank assembly further comprises a crank pin eccentrically disposed from the crank shaft and provided to the crank arm,
Wherein a first end of the connecting rod is connected to the crank pin and a second end of the connecting rod is connected to the first piston.
상기 탄성 부재는 상기 제2피스톤에 탄성력을 가하도록 탄성 스프링으로 형성된 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the elastic member is formed of an elastic spring so as to apply an elastic force to the second piston.
상기 제1피스톤과 상기 자기열량재료 사이의 제1공간을 통과하는 제1열교환파이프; 및
상기 제2피스톤과 상기 자기열량재료 사이의 제2공간을 통과하는 제2열교환 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.The method according to claim 1,
A first heat exchange pipe passing through a first space between the first piston and the magnetocaloric material; And
And a second heat exchange pipe passing through a second space between the second piston and the magnetocaloric material.
상기 제1열교환파이프 및 상기 제2열교환파이프 중 적어도 하나는 히트파이프로 형성된 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein at least one of the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe is formed of a heat pipe.
상기 제1열교환파이프 및 상기 제2열교환파이프 중 적어도 하나는 유체 이송 파이프로 형성된 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein at least one of the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe is formed as a fluid transfer pipe.
상기 자기장 인가부를 통해 상기 자기열량재료에 자기장이 인가되는 주파수에 기초하여, 모터의 분당 회전수(rpm)가 결정되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.The method according to claim 1,
(Rpm) of the motor is determined based on a frequency at which a magnetic field is applied to the magnetocaloric material through the magnetic field applying unit.
상기 모터의 분당 회전수에 기초한 상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수가 자기 냉각 시스템의 공진주파수와 상이하도록, 상기 공진주파수를 산출하기 위한 인자가 결정되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템. 13. The method of claim 12,
Wherein a factor for calculating the resonant frequency is determined such that the reciprocating frequency of the first piston based on the number of revolutions per minute of the motor is different from the resonant frequency of the self cooling system.
상기 공진주파수는 상기 탄성부재의 탄성계수, 상기 열전달유체의 질량, 상기 제1피스톤의 질량 및 상기 제2피스톤의 질량 중 적어도 하나의 함수인 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the resonant frequency is a function of at least one of an elastic modulus of the elastic member, a mass of the heat transfer fluid, a mass of the first piston, and a mass of the second piston.
상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수에 기초하여, 상기 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수에 근접하도록 상기 공진주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the resonant frequency is determined such that the reciprocating frequency is close to the resonant frequency, based on the reciprocating frequency of the first piston.
상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내의 값을 가지도록, 상기 공진주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the resonance frequency is determined such that the reciprocating frequency of the first piston has a value within a predetermined range from the resonance frequency.
상기 제1피스톤의 왕복운동 주파수가 상기 공진주파수로부터 기설정된 범위 내의 값을 가지도록, 상기 탄성부재의 탄성계수 및 상기 열전달유체의 질량 중 적어도 하나가 결정되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein at least one of the elastic modulus of the elastic member and the mass of the heat transfer fluid is determined such that the reciprocating frequency of the first piston has a value within a predetermined range from the resonance frequency.
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