KR101814399B1 - 자기 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기열량효과를 이용하는 자기냉각시스템을 개시한다. 본 발명은 자기장을 발생시키도록 구성되는 자기 발생기: 자기열량효과를 갖는 자기물질을 포함하며, 상기 자기물질을 자화에 의해 가열되며 비자화에 의해 냉각되도록 상기 자기장 내부 및 외부로 이동시키도록 구성되는 에너지 발생기: 및 상기 자기물질과 열교환하며, 열교환하는 동안 상기 자기물질과 직접적으로 접촉하도록 구성되는 열교환기로 이루어지는 자기냉각시스템을 제공한다.

Description

자기 냉각 시스템{MAGNETIC COOLING SYSTEM}

본 발명은 대상물을 냉각시키는 냉각 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 대상물을 냉각시키기 위해 자기열량효과를 이용하는 자기냉각시스템에 관한 것이다.

특정물질 또는 재료는 자기장이 부여되면, 자화되면서(magnetize) 가열되며, 자기장이 제거되면 비자화되면서(demagnetize) 냉각되는 성질을 갖는다. 이러한 성질은 일반적으로 자기열량효과(MCE:, Magnetocaloric Effect)라고 불리며, 자기열량효과를 갖는 물질(재료)은 자기물질(magnetic material) 또는 자기열량물질(magnetocaloric material)이라고 불린다. 또한, 자기냉동(magnetic refrigeration) 또는 자기냉각(magnetic cooling)(이하, 자기냉각)은 자기열량효과를 이용하여 저온을 형성시키는 방법을 의미하며, 자기냉동 또는 자기냉각시스템(이하, 자기냉각시스템)은 대상물의 냉동을 위해 자기냉각을 구현하는 장치를 의미한다.

즉, 자기냉각시스템은 자기물질에 자기장을 인가할 때 상기 자기물질로부터 발생되는 열량 및 상기 자기물질에 인가된 자기장을 소거할 때 상기 자기물질에 의해 흡수되는 열량을 이용하는 시스템을 나타낸다. 통상적인 가스압축 냉동방식과 달리, 이와 같은 자기냉각시스템은 인체에 유해하고 고압으로 압축되는 가스냉매를 사용하지 않으므로, 안전하고, 조용하며, 환경친화적인 냉각기술로써 주목받고 있다. 예를 들어, 한국공개특허공보 제10-2013-0108765호는 앞서 설명된 바와 같은 종래의 자기냉각시스템을 개시하고 있다.

상기 자기 냉각시스템에서 자기물질의 발열 및 흡열을 이용하기 위해서는 상기 자기물질과의 열교환 및 교환된 열을 이송하는 장치가 요구된다. 이러한 열교환장치는 일반적으로 작업유체를 이용하는 배관들로 이루어지며 복잡한 구조를 갖게 된다. 또한, 자기물질이 고체이므로, 열교환 장치의 배관을 자기물질과 연결되도록 설계하는 것은 매우 어려울 수 있다. 더 나아가, 같은 이유로, 열교환장치의 배관과 자기물질의 연결부에서 작업유체의 누출이 발생될 수 있으며, 시스템의 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 문제점들을 고려하여, 자기냉각시스템이 설계될 필요가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 단순한 자기물질과의 열교환 장치를 포함하는 자기냉동시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 보다 신뢰성있는 자기물질과의 열교환 장치를 포함하는 자기냉동시스템을 제공하는 것이다.

상술된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자기장을 발생시키도록 구성되는 자기 발생기: 자기열량효과를 갖는 자기물질을 포함하며, 상기 자기물질을 자화에 의해 가열되며 비자화에 의해 냉각되도록 상기 자기장 내부 및 외부로 이동시키도록 구성되는 에너지 발생기: 및 상기 자기물질과 열교환하며, 열교환하는 동안 상기 자기물질과 직접적으로 접촉하도록 구성되는 열교환기로 이루어지는 자기냉각시스템을 제공할 수 있다.

상기 자기 발생기는 영구자석 또는 전자석으로 이루어질 수 있다.

상기 에너지 발생기는 상기 자기물질을 반복적으로 상기 자기장 내부 및 외부로 이동시키도록 회전가능하게 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 에너지 발생기는: 상기 자기물질이 제공되며 상기 자기물질과 함께 상기 자기장을 통과하면서 회전하는 몸체; 및 상기 몸체를 회전시키는 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 또한, 상기 몸체는 전체적으로 또는 부분적으로 상기 자기물질로 형성되거나, 상기 자기물질로 만들어지며 상기 몸체의 표면에 부착되는 소정크기의 세그먼트를 포함할 수 있다.

상기 열교환기는: 상기 자기장내에서 가열된 자기물질과 열교환하도록 구성된 제 1 열교환기; 및 상기 자기장 외부에서 냉각된 상기 자기물질과 열교환하도록 구성되는 제 2 열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 각각의 제 1 및 제 2 열교환기는: 상기 자기물질과 직접적으로 접촉하며, 상기 열교환을 위한 작업유체를 수용하도록 구성되는 컨테이너: 및 상기 컨테이너와 연결되며 열교환을 위한 열을 이송하도록 구성되는 열전달 장치를 포함할 수 있다. 상기 컨테이너는 상기 자기물질과 면 접촉하도록 구성되며, 플렉서블 (flexible)한 몸체로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 컨테이너는 상기 몸체외면에 도포되는 금속코팅을 더 포함할 수 있다.

상기 열전달장치는 밀봉된 양단을 가지며 작업유체로 충진된 히트 파이프 또는 작업유체의 순환을 위해 개방된 양단을 갖는 배관으로 이루어질 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 컨테이너는 상기 열전달장치를 감싸도록 구성될 수 있다. 다른 한편, 상기 열전달장치는 상기 컨테이너내부의 작업유체와 직접적으로 접촉하도록 상기 컨테이너 내로 삽입될 수 있으며, 상기 컨테이너 내부와 연통하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 자기냉각시스템에서, 열교환기는 유연성을 가지며 자기물질과 직접 접촉하는 컨테이너 및 이의 내부에 채워진 작업유체만으로 구성될 수 있다. 이러한 열교환기는 단순한 구조를 가지면서도 이동하는 자성물질과 열적 및 물리적으로 안정된 연결을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 구조는 단순해질 수 있으며, 이에 따라 생산성 및 생산 단가가 감소될 수 있다.

또한, 유연한 열교환기, 즉 이의 컨테이너가 자성물질과 직접 접촉되므로, 배관을 자성물질과 직접 접촉시킬 때 발생될 수 있는 배관의 파손 및 이에 의한 작업유체의 누출이 예방될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 신뢰성이 크게 향상되며, 성능도 개선될 수 있다.

더 나아가, 상기 열교환기는 자성물질이 이동하는 동안에도 안정적으로 그와 같은 자성물질과 접촉을 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자기냉각시스템은 자석이나 이에 동등한 자기장 발생장치 대신에 자성물질을 높은 속도로 이동시킬 수 있다. 이러한 이유로 본 발명의 자기냉각시스템은 높은 작동주파수 및 성능을 확보할 수 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 자기냉각시스템의 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 에너지 발생기에 포함된 자기물질을 보다 상세하게 나타내는 사시도이다.
도 5는 히트파이프와 연결되는 열교환기를 나타내는 단면도이다.
도 6은 통상적인 배관과 연결되는 열교환기를 나타내는 단면도이다.
도 7은 히트 파이프와 연결되는 열교환기의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 통상적인 배관과 연결되는 열교환기의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 열교환기의 컨테이너의 변형예를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예가 상세히 설명된다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 자기냉각시스템은 통상적인 냉장고, 공기조화기 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 이러한 통상적인 장치들뿐만 아니라 냉각을 구현하고 이를 이용하는 모든 장치에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 또한, 이러한 자기냉각시스템은 다음에서 설명되는 바와 같이 자기물질의 가역적인 반응, 즉 자기열량효과를 이용하므로, 통상적인 난방장치도 포함할 수 있으며 가열을 이용하는 모든 장치에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 자기냉각시스템은 자기물질을 수용하며 에너지를 발생시키는 발생기(generator)(1)와 자기장을 발생시키기 위한 자석(magnet)(2)을 포함할 수 있다. 또한, 자기장을 선택적으로 부여함으로써 자기발열효과에 의한 열을 선택적으로 발생시키기 위해, 자석(2)이 고정된 발생기(1)에 가까워지게 또는 멀어지게 이동될 수 있다.

먼저, 자석(2)이 발생기(1)로 이동하여 발생기(1)에 자기장을 인가하면, 열전달유체(또는 작업유체)는 펌프(5)에 의해 반시계 방향으로 순환한다. 발생기(1)로 유입된 작업유체는 자기장이 인가된 발생기(1)내의 자기물질에서 발생된 열을 흡수한 뒤, 고온 열교환기(3)에 도달하여 발생기(1)로부터 흡수한 열을 주위로 방출한다. 고온 열교환기(3)에서 주위로 열을 방출한 작업유체는 저온 열교환기(4)를 거쳐 발생기(1)로 유입된다.

반대로, 자석(2)이 발생기(1)로부터 이탈하여 발생기(1)의 자기장이 제거되면 작업유체는 펌프(5)에 의해 반대방향, 즉 시계 방향으로 순환한다. 발생기(1)로 유입된 작업유체는 자기장이 제거된 발생기(1)내에서 냉각된 자기물질로 열을 방출하고 냉각된 상태로 저온 열교환기(4)에 도달하여 주위의 열을 흡수한다. 저온 열교환기(4)에서 주위의 열을 흡수한 작업유체는 고온 열교환기(3)를 거쳐 발생기(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.

한편, 일반적으로 의도된 자기물질의 가열 및 냉각을 효과적으로 얻기 위해서는 충분한 강도(intensity) 및 범위의 자기장이 형성되어야 한다. 따라서, 자석(2)은 큰 크기 및 무게를 갖게 되며, 빠르게 이동되기 어렵다. 이러한 이유로, 상술된 바와 같은 1회의 열교환 사이클은 상대적으로 많은 시간을 소요하게 되며, 이에 따라 도 1의 자기냉동시스템은 낮은 운전주파수로 작동된다. 반면, 발생기(1)내의 자기물질은 자석(2)에 비해 상대적으로 적은 크기로도 의도된 성능을 낼 수 있다. 따라서, 자석 대신에 자기물질을 포함하는 컴팩트한 발생기가 이동하도록 구성되면, 자기냉동시스템은 보다 높은 주파수로 운전될 수 있으며, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 이유로, 도 2의 자기냉각시스템의 다른 실시예는 이동가능한 자기물질 및 이를 포함하는 발생기를 포함하며, 관련된 도면을 참조하여 다음에서 보다 상세하게 설명된다.

도 2는 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 다른 실시예를 나타내는 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 자기냉각시스템의 변형예를 나타내는 개략도이다. 또한, 도 4는 에너지 발생기에 포함된 자기물질을 보다 상세하게 나타내는 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 자기냉각시스템은 자기장을 발생시키도록 구성되는 자기 발생기(100)을 포함할 수 있다. 자기 발생기(100)는 자기장을 발생시킬 수 있는 다양한 메커니즘으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 자기 발생기(100)는 영구자석 또는 전자석으로 이루어질 수 있으며, 이러한 영구자석 및 전자석은 단순한 구조를 가지면서도 원하는 강도 및 범위의 자기장을 형성할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 자기 발생기(100)는 소정 간격으로 이격되며 서로 대향되는 두 개의 면들 또는 끝단들(100a,100b)을 포함할 수 있으며, 이들 면들 또는 끝단들(100a,100b)사이에 자기장이 형성될 수 있다.

또한, 발생된 자기장과 연동하도록, 자기냉각시스템은 자기 발생기(100)에 인접하게 배치되는 에너지 발생기(200)를 포함할 수 있다. 에너지 발생기(200)는 자기열량효과에 의한 발열 및 흡열을 얻기위해 자기물질(또는 자기열량물질)(240)을 포함할 수 있다. 자기물질(240)은 이미 앞서 간략하게 설명된 바와 같이, 자기열량효과를 갖는 물질을 의미한다. 보다 상세하게는, 상기 자기열량효과에 있어서, 자기장이 큐리온도(Curie temperature) 부근의 자기물질(240)에 가해지면, 상기 자기물질(240)은 자화(magnetize)되며, 전자들이 자기장에 평행하기 배열된다. 자기적 질서의 증가로 인해 엔트로피가 감소되며, 이러한 손실을 보상하기 위해 자기물질(240)의 온도는 증가된다. 반면, 자기장이 자기물질(240)로부터 제거되면, 상기 자기물질(240)은 비자화되며(demagnetize), 전자들이 다시 불규칙하게 배열된다. 따라서, 다시 엔트로피가 증가되며, 상대적으로 자기물질(240)의 온도는 감소된다. 이러한 자기열량효과로 인해, 자기장의 존재여부에 따라 자기물질(240)은 열을 발산하거나 열을 흡수할 있으며, 에너지 발생기(200)는 이러한 발열 및 흡열에 의해 원하는 대상물의 가열 및 냉각을 위한 에너지를 생성할 수 있다.

이와 같은 발열 및 흡열은 자기물질(240)로의 자기장의 부여 및 자기물질(240)로부터 자기장 제거에 의해 이루어지며, 자기장의 부여는 및 제거는 자기장과 자기물질(240)의 상대적인 운동에 의해 수행될 수 있다. 보다 상세하게는, 자기장의 부여 및 제거를 위해, 자기장, 즉 자기 발생기(100)(자석)가 자기물질(240)에 상대적으로 이동가능하게 구성되거나, 자기물질(240)이 자기발생기(100)에 상대적으로 이동가능하게 구성될 수 있다. 이미 앞서 설명된 바와 같이, 상대적으로 적은 크기 및 무게로 인해, 자기물질(240)을 이동시키는 것이 높은 운전주파수 및 성능에 유리할 수 있다. 따라서, 에너지 발생기(200)는 자기물질(240)을 자기 발생기(100) 및 이의 자기장에 상대적으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 반면, 자기 발생기(100) 및 이의 자기장은 고정 또는 정지(stationary or fixed)될 수 있다. 보다 상세하게는, 에너지 발생기(200)는 자기물질(240)을 정지된 자기 발생기(100)의 자기장을 향해 이동시켜 상기 자기장내에 배치할 수 있으며, 앞서 설명된 바와 같이 자기물질(240)의 자화에 의한 발열을 유도할 수 있다. 이 후, 에너지 발생기(200)는 자기장내의 자기물질(240)을 자기장으로부터 이동시켜 상기 자기장 외부에 배치할 수 있으며, 자기물질(240)의 비자화에 의한 냉각을 유도할 수 있다.

또한, 의도한 높은 운전주파수를 위해서는, 짧은 시간내에 자기물질(240)을 자기장내로 이동시키고 다시 자기장 외부로 이동시킬 필요가 있다. 이러한 자기물질(240)의 짧은 이동주기를 위해 다양한 메커니즘이 적용될 수 있다. 예를 들어, 왕복동 운동 메커니즘 또는 회전 운동 메커니즘이 에너지발생기(200)에 적용될 수 있다. 이러한 다양한 메커니즘들중 회전운동 메커니즘은 단순한 구조로 의도된 운동을 안정적으로 수행할 수 있다. 따라서, 에너지 발생기(200)는 회전가능하게 구성될 수 있으며, 자기물질(240)을 회전(pivot)시키면서 반복적으로 자기장을 통과시킬 수 있다. 즉, 에너지 발생기(200)는 자기물질(240)을 회전시키면서 자기물질(240)이 자기장 내부로 이동하고 다시 외부로 이동하는 과정들을 반복적이고 연속적으로 수행할 수 있다.

보다 상세하게는, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 에너지 발생기(200)는 소정크기의 몸체(210)를 포함할 수 있다. 몸체(210)를 회전시키기 위해 에너지 발생기(200)는 구동 메커니즘(230)을 포함할 수 있다. 이러한 구동 메커니즘(230)은 회전력을 발생시키는 모터로 이루어질 수 있다. 몸체(210)는 회전축(220)을 가질 수 있으며, 구동 메커니즘(230)에 회전축(220)을 이용하여 연결될 수 있다. 몸체(210)는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 도시된 바와 같이, 회전운동중 주변장치들과의 간섭을 최소화할 수 있도록 얇은 디스크로 이루어질 수 있다.

자기물질(240)은 몸체(210)와 함께 회전할 수 있도록 상기 몸체(210)에 제공된다. 보다 상세하게는, 몸체(210)는 전체적으로 자기물질(240)로 이루어질 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(210)은 부분적으로 자기물질(240)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 소정크기의 자기물질(240)의 세그먼트(segment)가 몸체(210)내에 이식(embed)될 수 있다. 더 나아가, 자기물질(240)의 세그먼트는 별도의 부재로서 상기 몸체(210)의 표면상에 부착될 수도 있다. 따라서, 이러한 구성에 따라 몸체(210)는 회전하면서 자기물질(240)과 함께 자기 발생기(100)에서 형성된 자기장, 즉 자기 발생기(100)의 대향되는 면들(100a,100b) 사이의 공간을 통과할 수 있으며, 의도된 자기물질(240)의 발열 및 냉각을 발생시킬 수 있다. 또한, 이러한 작동은 높은 운전 주파수를 얻도록 몸체(210)가 회전하는 동안 계속적으로 반복될 수 있다. 더 나아가, 자기물질(240)의 갯수가 증가되면, 보다 짧은 시간내에 발열 및 흡열의 사이클이 수행될 수 있으며, 이에 따라 작동 주파수 및 성능도 향상될 수 있다. 따라서, 몸체(210)에는 다수개의 자기물질(240), 즉 이의 세그먼트들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 자기물질(240)은 서로 대향되게 배치되는, 즉 180도의 위상각을 갖는 한 쌍의 제 1 및 제 2 자기물질(240a.240b)을 포함할 수 있다. 만일 도 2 및 도 3의 예에서 도시된 바와 같이, 제 1 자기물질(240a)이 자기장내에 배치되면, 제 2 자기물질(240b)는 자기장 외부에 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 자기물질(240a)이 가열되는 동안, 제 2 자기물질(240b)는 냉각될 수 있다. 또한, 몸체(210)가 회전하는 동안, 제 1 및 제 2 자기물질(240a,240b)는 번갈아 가며 반복적으로 자기장내에 또는 외부에 배치될 수 있으며, 반복적으로 가열되거나 냉각될 수 있다. 이러한 한 쌍의 자기물질(240a,240b)은 대상물의 가열 및 냉각을 동시에 수행할 수 있으므로, 자기냉각시스템의 설계에 기본적인 구성으로써 고려될 수 있다. 또한, 필요하다면, 더 많은 갯수의 자기물질(240)이 몸체(210)에 제공될 수 있으며, 이에 따라 더 높은 주파수 및 성능이 가능하게 된다.

에너지 발생기(200)에서 발생된 에너지, 즉 자기물질(240)의 발열 및 흡열을 에너지 발생기(200) 외부의 대상물(subject)의 가열 및 냉각에 이용하기 위해서는, 자기물질(240)과 에너지를 일차적으로 교환할 수 있는 장치가 자기냉각시스템에 요구될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 에너지 발생기(200)는 에너지를 열 형태로 발생시키므로, 자기냉각시스템은 상기 자기물질(240)과 열교환하도록 구성되는 열교환기(300)를 포함할 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 자기물질(240)은 고체 상태를 가지므로, 열교환을 하기 위해서는 열교환기(300)는 이러한 자기물질(240)과 물리적으로 직접 접촉해야 한다. 그러나, 자기물질(240)은 자기냉각시스템의 작동중에 계속적으로 운동, 즉 회전하므로, 열교환기(300)를 운동하는 자기물질(240)과 물리적으로 직접 접촉하도록 구성하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 열교환기(300)는 열교환하는 동안 이동하는 자기물질(240)과도 직접적으로 접촉할 수 있도록 구성된다. 이와 같은 열교환기(300)가 관련된 도면들을 참조하여 다음에 상세하게 설명된다.

도 5는 히트파이프와 연결되는 열교환기를 나타내는 단면도이며, 도 6은 통상적인 배관과 연결되는 열교환기를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7은 히트 파이프와 연결되는 열교환기의 변형예를 나타내는 단면도이며, 도 8은 통상적인 배관과 연결되는 열교환기의 변형예를 나타내는 단면도이다. 끝으로, 도 9는 열교환기의 컨테이너의 변형예를 나타내는 단면도이다.

열교환기(300)는 먼저 자기물질(240)과 직접적으로 접촉하도록 배치된 컨테이너(container)(310)를 포함할 수 있다. 컨테이터(310)는 도 5-도 9에 도시된 바와 같이, 소정의 내부공간을 형성하며 이러한 내부공간을 밀폐하도록 구성될 수 있다. 컨테이너(310)는 이러한 내부공간내에 열교환을 하도록 구성된 작업유체(320)를 수용할 수 있다. 또한, 컨테이너(310)는 플렉서블한 재질의 몸체를 가질 수 있다. 예를 들어, 컨테이너(310)는 폴리에틸렌, 실리콘 고무등과 같은 소정의 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 더 향상된 유연성 또는 탄성을 위해 컨테이너(310)는 얇은 두께를 가질 수 있다. 즉, 컨테이너(310)는 유연성을 가지며 작업유체(320)를 수용하는 얇은 백(bag)으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 재질 및 형상으로 인해, 컨테이너(310)는 일차적으로 자기물질(240)과 원활하게(smoothly) 직접적인 접촉을 형성할 수 있으며, 의도된 열교환을 수행할 수 있다. 더 나아가, 컨테이너(310)는 자기물질(240)과 접촉시, 접촉된 자기물질(240)의 표면의 형상에 일치하게 변형될 수 있다. 즉, 컨테이너(310)는 실질적으로 자기물질(240)과 면접촉을 가질 수 있다. 따라서, 컨테이너(310)는 보다 넓은 열교환 면적으로 인해 보다 효과적인 열교환을 수행할 수 있다. 더 나아가, 도 9에 도시된 바와 같이, 컨테이너(310)는 이의 몸체외면에 도포되는 코팅(340)를 더 포함할 수 있다. 코팅(340)는 금속재질로 이루어지며, 예를 들어 높은 열 전도성을 갖는 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 상기 코팅(340)는 다양한 방식으로 컨테이너(310)의 몸체상에 형성될 수 있으며, 예를 들어 금속분말을 컨테이너(310)의 외면에 도포함으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 금속코팅(340)으로 인해 컨테이너(310)에서 보다 효과적인 열교환이 이루어질 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 열교환기(300)는 유연성을 갖는 컨테이너(310) 및 이의 내부에 채워진 작업유체(320)만을 이용하므로, 단순한 구조를 가지면서도 의도된 열교환을 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 열교환기(300)는 상기 컨테이너(310)와 연결되는 열전달장치(330)를 포함할 수 있다. 열전달장치(330)는 열교환을 위해 열을 열교환기(300), 정확하게 컨테이너(310)로 이송하거나 상기 컨테이너(310)로부터 열을 이송하도록 구성될 수 있으며, 이러한 열의 이송에 의해 외부의 대상물이 가열 또는 냉각될 수 있다.

열전달장치(330)는 여러 가지 메커니즘으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 도 3, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 통상적인 배관(332a) 및 상기 배관(332a)을 따라 유동하는 작업유체(332b)로 이루어질 수 있다. 상기 배관(332a)은 외부 대상물의 가열 및 냉각을 위해 이러한 대상물과 열교환을 하도록 구성되는 이차적인 열교환기들(즉, 고온 열교환기(500) 및 저온 열교환기(700), 도 3 참조)들과 열교환기(300)를 연결할 수 있다. 배관(332a)을 이용한 연결에 의해, 열교환기(300), 고온 열교환기(500), 저온 열교환기(700)는 하나의 폐쇄된 회로를 형성할 수 있으며, 작업유체(332b)는 열의 이송을 위해 배관(332a)을 통해 상기 장치들(300,500,700)을 거쳐 펌프(600: 도 3참조)를 이용하여 순환될 수 있다. 도 6 및 도 8의 예에 도시된 바와 같이, 작업유체(332b)의 순환은 배관(332a)의 끝단들을 통한 계속적인 작업유체(332b)의 유입 및 유출을 요구하며, 이에 따라 배관(332a)은 개방된 끝단들을 포함할 수 있다.

다른 한편, 열전달장치(330)는 히트파이프(heat pipe)로 이루어질 수 있다. 히트 파이프는 작업유체의 상변화와 이러한 상변화시에 발생되는 압력차이를 이용하여 열의 이송을 위해 작업유체를 이동시킨다. 작업유체의 유동을 위한 압력차를 유지하기 위해, 도 2, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 히트파이프는 밀봉된(sealed) 중공 몸체(331a), 즉 밀봉된 양 끝단을 가지며, 그와같이 밀봉된 몸체(331a)내에 충진된 작업유체(331b)를 포함할 수 있다. 앞서 설명된 작업유체(332b) 순환을 위한 통상적인 배관(332a)과 마찬가지로, 히트파이프에 의한 열전달장치(330)도 열의 이송을 위해 이차적인 열교환기, 즉 고온 열고환기(500) 및 저온 열교환기(700)(도 2참조)와 열교환기(300)를 연결할 수 있다. 그러나, 상이한 작동방식, 즉 밀폐된 몸체(331a)내에서 발생된 압력차의 이용에 의해, 히트파이프를 열전달장치(330)로써 이용하는 시스템은 도 3의 작업유체의 순환을 이용하는 시스템과는 다른 회로를 가질 수 있으며, 이는 도 2를 참조하여 나중에 보다 상세하게 설명된다.

상술된 열전달장치(330)는 열전달에 효과적인 다양한 방식으로 컨테이너(310)와 연결될 수 있다. 먼저, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 컨테이너(310)는 열전달장치(330)를 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 컨테이너(310)는 열전달장치(330)의 끝단부를 감싸며, 이에 따라 열전달장치(330)의 표면은 컨테이너(310)의 표면과 균일하게 접촉하게 된다. 보다 상세하게는, 컨테이너(310)에는 소정크기의 포켓(pocket)(310a)이 형성되며 열전달장치(330)의 끝단부는 포켓(310a)의 개방된 입구를 통해 상기 포켓(310a)내로 삽입될 수 있다. 또한, 포켓(310a)은 열전달장치(330)가 이의 내부로 압입되도록 열전달장치(330)보다 약간 작은 크기를 가질 수 있으며, 이에 따라 열전달장치(330)의 표면과 컨테이너(310)의 표면사이의 균일한 면접촉이 형성될 수 있다. 따라서, 이와 같은 구성에 따라 열전달장치(330)는 컨테이너(310)와 견고하게 연결되며 동시에 높은 열전달 효율이 얻어질 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 통상적인 배관(332a)은 시스템내의 장치들을 통한 작업유체(332b)의 순환을 이용하므로, 작업유체(332b)는 이와 같은 순환을 위해 열교환기(300), 즉 컨테이너(310)을 통해 유동할 수 있어야 한다. 따라서, 열전달장치(330)가 통상적인 배관(332a)으로 이루어지는 경우, 열전달장치(330), 즉 배관(332a)은 작업유체(332b)의 유동을 위해 컨테이너(310)의 내부와 연통(communicate with)하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 컨테이너(310)를 통한 작업유체(332b)의 유입 및 유출을 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 열전달장치(330)는 컨테이너(310)와 연통하는 한쌍의 배관들(332a)을 포함할 수 있다. 배관들(332a)중 어느 하나를 통해 도 6에 화살표로 도시된 바와 같이, 작업유체(332b)는 컨테이너(310)로 유입될 수 있으며, 배관들중 다른 하나를 통해 컨테이너(310)로부터 유출될 수 있다. 배관들(332a)과 컨테이너(310)의 연통을 위해, 컨테이너(310)의 몸체, 정확하게는 포켓(310a)의 폐쇄된 끝단에는 관통공(310c)이 형성될 수 있다. 관통공(310c)과 배관(332a)의 개방된 끝단은 서로 연결되며, 이에 따라 열전달장치(330)은 컨테이너(310)의 내부와 연통할 수 있다. 이와 같은 연통에 의해 컨테이너(310) 및 배관(332a)내의 작업유체들(320,332b)은 서로 혼합되어 자기냉각시스템내의 여러 장치들을 거쳐 순환하며, 이에 따라 이들은 서로 실질적으로 동일하며 특별하게 구별되지 않는다. 반면, 히트 파이프는 밀폐된 몸체(331a)내에서만 압력차에 의해 작업유체(331b)를 순환시키므로, 열교환을 위해서는 단순히 컨테이너(310)와의 접촉만을 요구한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 열전달장치(330)가 히트파이프로 이루어지는 경우, 열전달장치(330), 즉 히트파이프의 몸체(331a)는 컨테이너(310)의 내부와 연통되지 않으며, 다만 서로 접촉만을 유지할 수 있다. 또한, 자기냉각시스템의 장치들을 통한 작업유체(331b)의 순환이 요구되지 않으므로, 열전달장치(330)는 한쌍의 몸체(331a)를 요구하지 않으며, 도시된 바와 같이 단일의 몸체(331a)만으로도 의도된 열의 이송을 수행할 수 있다. 같은 이유로, 몸체(331a)내의 작업유체(331b)와 컨테이너(310)내의 작업유체(320)도 서로 혼합되지 않으며 물리적으로 분리될 수 있다.

다른 한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 열전달장치(330)는 컨테이너(310)의 내부로 삽입될 수 있다. 보다 상세하게는, 컨테이너(310)에는 관통공(310b)이 형성될 수 있으며, 열전달장치(330)의 끝단부가 상기 관통공(310b)을 통해 컨테이너(310)내부로 진입될 수 있다. 따라서, 열전달장치(330)의 끝단부는 컨테이너(310)내의 작업유체(320)와 직접적으로 접촉할 수 있으며, 이에 따라 열전달 효율이 증가될 수 있다. 이미 앞서 설명된 바와 같이, 열전달장치(330)가 통상적인 배관(332a)으로 이루어지는 경우, 열전달장치(330), 즉 배관(332a)은 컨테이너(310)의 내부와 연통하도록 구성될 필요가 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 컨테이너(310)와 연통하는 한쌍의 배관들(332a)을 포함할 수 있다. 배관들(332a)중 어느 하나를 통해 도 8에 화살표로 도시된 바와 같이, 작업유체(332b)는 컨테이너(310)로 유입될 수 있으며, 배관들중 다른 하나를 통해 컨테이너(310)로부터 유출될 수 있다. 반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 열전달장치(330)가 히트파이프로 이루어지는 경우, 열전달장치(330), 즉 히트파이프의 몸체(331a)는 컨테이너(310)의 내부와 연통되지 않는다. 또한, 같은 이유로, 열전달장치(330)는 한쌍의 몸체(331a) 대신에 도시된 바와 같이 단일의 몸체(331a)만으로도 의도된 열의 이송을 수행할 수 있다.

상기 자기냉각시스템에서, 자기물질(240)은 자기장내에 또는 자기장 외부에 배치될 때 각각 가열 및 냉각될 수 있다. 따라서, 효과적인 대상물의 가열 및 냉각을 수행하기 위해서 자기냉각시스템은 가열된 자기물질(240) 및 냉각된 자기물질(240)과 각각 열교환을 수행할 수 있는 별도의 열교환기들(300)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환기(300)는 상기 자기장내에서 가열된 자기물질(240)과 열교환하도록 구성된 제 1 열교환기(300a)를 포함할 수 있다. 자기물질(240)은 자기장내에서 열을 발산하므로, 제 1 열교환기(300a)는 실제적으로 상기 자기물질(240)로부터 열을 전달받을 수 있다. 가열된 자기물질(240)과 열교환을 하기 위해 제 1 열교환기(310)는 앞서 설명된 바와 같이, 이러한 가열된 자기물질(240)에 직접적으로 접촉하도록 배치될 수 있다. 자기물질(240)은 자기장내에서 가열되므로, 제 1 열교환기(300a)는 도 2 및 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 자기장 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 열교환기(300a)는 자기 발생기(100)의 서로 대향되는 면들(100a,100b) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제 1 열교환기(300a)는 상기 자기 발생기(100)의 대향되는 면들 사이에서 자기물질(240)의 표면들중 어느 하나, 예를 들어, 자기물질(240)의 상면 및 하면중 어느 하나와 접촉할 수 있다. 더 나아가, 보다 높은 열교환 효율을 위해 다수개의 제 1 열교환기들(300a)이 자기물질(240)의 표면들, 예를 들어, 이의 상면 및 하면과 각각 접촉할 수 있다.

열교환기(300)는 또한, 상기 자기장 외부에서 냉각된 자기물질(240)과 열교환하도록 구성된 제 2 열교환기(300b)를 포함할 수 있다. 자기물질(240)은 자기장외부에서 냉각되어 열을 흡수할 수 있으므로, 제 2 열교환기(300b)는 실제적으로 상기 자기물질(240)로 열을 전달할 수 있다. 냉각된 자기물질(240)과 열교환을 하기 위해 제 2 열교환기(300b)는 이러한 냉각된 자기물질(240)에 직접적으로 접촉하도록 배치될 수 있다. 자기물질(240)은 자기장외부에서 냉각되므로, 제 2 열교환기(320)는 도 2 및 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 자기장 외부에 배치될 수 있다. 또한, 제 2 열교환기(300b)는 자기장 외부에서 자기물질(240)의 표면들중 어느 하나, 예를 들어, 이의 상면 및 하면중 어느 하나와 접촉할 수 있다. 더 나아가, 보다 높은 열교환 효율을 위해 다수개의 제 2 열교환기들(300b)이 자기물질(240)의 표면들, 예를 들어, 상면 및 하면과 각각 접촉할 수 있다.

도 3을 다시 참조하면, 자기냉각시스템은 열전달장치(330)로서 통상적인 배관(332a) 및 이를 따라 순환하는 작업유체(332b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 도 3의 자기냉각시스템은 제 1 열교환기(300a)와 연결되는 고온 열교환기(hot heat exchnager)(500)를 포함할 수 있다. 고온 열교환기(500)는 배관(332a)을 통해 제 1 열교환기(300a)와 연결되며, 제 1 열교환기(300a)에서 자기물질(240)에 의해 가열된 작업유체(332b)가 배관(332a)을 통해 고온 열교환기(500)에 공급될 수 있다. 따라서, 고온 열교환기(500)는 가열된 작업유체(332b)로부터 열을 외부의 대상물, 즉 외기 또는 외부물체로 전달시키며, 이에 따라 외부 대상물을 가열할 수 있다. 즉, 외부 대상물을 가열하기 위해 자기물질(240)에서 발생된 열은 제 1 열교환기(300a) 및 고온 열교환기(500)를 거쳐 외부 대상물에 전달될 수 있다. 예를 들어, 고온 열교환기(500)는 응축기로 이루어질 수 있으며, 이러한 응축기는 고온의 기체로 가열된 작업유체(332b)를 액체로 상변화시킴으로써 보다 많을 열을 효과적으로 외부 대상물에 전달할 수 있다.

또한, 도 3의 자기냉각시스템은 제 2 열교환기(300b)와 연결되는 저온 열교환기(hot heat exchnager)(700)를 포함할 수 있다. 저온 열교환기(700)는 배관(332a)을 통해 제 2 열교환기(300b)와 연결되며, 제 2 열교환기(300b)에서 자기물질(240)에 의해 냉각된 작업유체(332b)가 배관(332a)을 통해 저온 열교환기(700)에 공급될 수 있다. 따라서, 저온 열교환기(700)는 외부의 대상물로부터 냉각된 작업유체(332b)로 열을 전달, 즉 냉각된 작업유체(332b)를 이용하여 외부 대상물로부터 열을 흡수하며, 이에 따라 외부 대상물을 냉각시킬 수 있다. 즉, 외부 대상물을 냉각시키기 위해 외부 대상물의 열은 저온 열교환기(700) 및 제 2 열교환기(300b)를 거쳐 자기물질(240)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 저온 열교환기(700)는 증발기로 이루어질 수 있으며, 이러한 응축기는 저온의 액체인 작업유체(332b)를 고온의 기체로 상변화시킴으로써 보다 많을 열을 효과적으로 외부 대상물로부터 전달받을 수 있다. 더 나아가, 도 3의 자기냉각시스템은 배관(332a)상에 설치된 펌프(600)을 포함할 수 있다. 상기 펌프(600)는 앞서 설명된 일련의 열전달과정을 위해 작업유체(332b)를 배관(332a)을 따라 순환시키는 역할을 수행할 수 있다.

다른 한편, 도 2을 다시 참조하면, 자기냉각시스템은 열전달장치(330)로서 히트파이프를 포함하도록 구성될 수 있다. 히트파이프는 밀봉된 몸체(331a)내에서 압력차에 의해 유동하는 작업유체(331b)를 포함하므로, 시스템 전체에 걸쳐 작업유체(331b)를 순환시킬 필요가 없으며, 이에 따라 도 2의 자기냉각시스템은 도 3의 펌프(600)와 같은 장치를 포함하지 않는다. 같은 이유로, 도 2의 자기냉각시스템은 모든 장치들, 즉 제 1 및 제 2 열교환기(300a,300b), 고온 열교환기(500), 저온 열교환기(700)을 히트파이프를 이용하는 열전달장치(330) 즉, 몸체(331a) 및 작업유체(331b)를 이용하여 연결할 필요가 없다. 대신에, 도시된 바와 같이, 열교환기(300a,300b)는 대상물의 가열 및 냉각을 위해 요구되는 해당 열교환기(500,700)와만 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 제 1 열교환기(300a)는 대상물의 가열을 위해 고온 열교환기(500)와만 히트 파이프를 이용하여 연결될 수 있다. 또한, 제 2 열교환기(300b)는 대상물의 냉각을 위해 저온 열교환기(700)와만 히트 파이프를 이용하여 연결될 수 있다. 즉, 제 1 열교환기(300a)/고온 열교환기(500) 및 제 2 열교환기(300b)/저온 열교환기(700)은 자기냉각시스템내에서 서로 독립적인 회로들을 구성할 수 있다. 한편, 열전달장치(330)인 히트 파이프에서의 열의 이송 및 고온/저온 열교환기(500,700)에서의 열교환은 앞서 도 3을 참조하여 설명된 것과 동일하므로 이에 대한 추가적인 설명은 다음에서 생략된다.

상술된 본 발명의 자기냉각시스템의 구성에 뒤이어, 관련된 도면을 참조하여 상기 자기냉각시스템의 작동이 본 발명의 보다 나은 이해를 위해 다음에서 상세하게 설명된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 자기냉각시스템이 작동을 시작하면, 에너지 발생기(200)의 구동장치(230)는 회전축(220)에 연결된 몸체(210)를 회전시킬 수 있다. 몸체(210)가 회전함에 따라 상기 몸체(210)에 제공된 자기물질(240:240a,240b)도 함께 회전할 수 있다. 구동장치(230)의 작동과 더불어 자기 발생기(100)도 작동되면서 자기장을 발생시킬 수 있다. 따라서, 자기물질(240:240a,240b)들은 회전하면서 순차적으로 자기장내에 이동하고, 이후 다시 자기장 외부로 이동할 수 있으며, 이러한 이동 및 배치는 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 복수개의 자기물질(240a,240b)이 몸체(210)에 제공되는 경우, 일부의 자기물질은 자기장 내부에 배치되며, 다른 자기물질은 자기장 외부에 배치될 수 있다.

자기물질(240)(도 2 및 도 3의 제 1 자기물질(240a))이 자기장내에 배치되면, 열교환기(300)(도 2 및 도 3의 제 1 열교환기(300a))는 자기물질(240)과 직접 접촉할 수 있다. 따라서, 자기장내에서 제 1 열교환기(300a)는 자기물질(240)과 물리적 및 열적으로 연결되며, 상기 자기물질(240)과 열교환을 수행할 수 있다. 이와 같은 열교환과정중, 자기물질(240)의 열은 컨테이너(310)를 거쳐 작업유체(320)에 이의 가열을 위해 전달될 수 있다. 다른 한편, 자기물질(240)(도 2 및 도 3의 제 2 자기물질(240b))이 자기장외부에 배치되면, 열교환기(300)(도 2 및 도 3의 제 2 열교환기(300b))는 자기물질(240)과 직접 접촉할 수 있다. 따라서, 제 2 열교환기(300b)는 자기물질(240)과 물리적 및 열적으로 연결되며, 상기 자기물질(240)과 열교환을 수행할 수 있다. 이와 같은 열교환과정중, 작업유체(320)의 열은 컨테이너(310)를 거쳐 자기물질(240)에 이의 냉각을 위해 전달될 수 있다.

만일 도 3에 도시된 바와 같이, 자기냉각시스템이 열전달장치(330)로서 통상적인 배관(332a) 및 작업유체(332b)를 사용하는 경우, 자기장내에서 가열된 자기물질(240)의 열은 제 1 열교환기(300a)로 전달되며, 제 1 열교환기(300a)내부의 작업유체(320,332b)를 가열할 수 있다. 가열된 작업유체(332b)는 배관(332a)을 따라 유동하여 고온 열교환기(500)으로 공급될 수 있다. 가열된 작업유체(332b)는 고온 열 교환기(500)에서 외부 대상물에 열을 전달하며 이에 따라 외부 대상물은 가열될 수 있다. 이와 같은 열 전달에 의해 냉각된 저온의 작업유체(332b)는 배관(332a)을 따라 계속해서 제 2 열고환기(300b)로 공급될 수 있다. 제 2 열교환기(300b)내의 작업유체(320,332b)는 자기장 외부에서 냉각된 자기물질(240)로 추가적으로 열을 전달하며, 이에 따라 추가적으로 냉각될 수 있다. 냉각된 작업유체(332b)는 배관(332a)을 따라 저온 열교환기(700)로 공급될 수 있다. 저온 열교환기(700)에서 냉각된 작업유체(332a)로 외부 대상물의 열은 전달되며, 즉 외부 대상물로부터 냉각된 작업유체(332b)는 열을 흡수하며, 이에 따라 외부 대상물은 냉각될 수 있다. 저온 열 교환기(700)에서 가열된 작업유체(332b)는 다시 제 1 열교환기(310)로 공급될 수 있으며, 앞서 설명된 일련의 사이클이 반복될 수 있다. 따라서, 이러한 사이클의 반복에 의해 자기냉동시스템은 원하는 대상물을 가열 및 냉각시킬 수 있다.

다른 한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 자기냉각시스템은 열전달장치(330)로서 히트 파이프를 이용할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 도 2의 자기냉각시스템에서 대상물 가열을 위한 회로(즉, 제 1 열교환기(300a), 열전달장치(330) 및 고온 열교환기(500)) 및 대상물 냉각을 위한 회로(즉, 제 2 열교환기(300b), 열전달장치(330) 및 저온 열교환기(700))가 서로 독립적으로 형성되므로, 이들의 작동들도 서로 구별되게 설명된다. 먼저 가열회로에서, 자기물질(240)의 열은 제 1 열교환기(300a)로 전달된다. 보다 상세하게는, 제 1 열교환기(300a)의 컨테이터(310)로 전달된 열은 그 내부의 작업유체(320)를 거쳐 다시 열전달장치(330), 즉 히트파이프의 몸체(331a)의 한쪽 끝단, 즉 제 1 끝단으로 전달될 수 있다. 밀봉된 몸체(331a)의 제 1 끝단에서 작업유체(331b)는 전달된 열에 의해 기체로 변화되며, 몸체(331a)의 다른쪽 끝단, 즉 제 2 끝단으로 유동할 수 있다. 고온 열교환기(500)에 연결된 제 2 끝단에서 작업유체(331b)는 액체로 변화하면서 외부 대상물에 열을 전달할 수 있으며, 밀봉된 몸체(331a)내에서 발생된 압력차, 즉 모세관 현상으로 인해 다시 제 1 열교환기(300a)과 연결된 제 1 끝단으로 되돌아 갈 수 있다. 이러한 과정들은 자기물질(240)로부터 몸체(331a)의 제 1 끝단으로 열전달이 수행되는 동안 대상물의 가열을 위해 계속적으로 반복될 수 있다. 이와는 반대로, 냉각회로에 있어서, 제 2 열교환기(300b)의 컨테이너(310)에 연결된 몸체(331a)의 제 1 끝단에서, 작업유체(331b)는 이들 컨테이너(310) 및 그 내부의 작업유체(320)을 통해 냉각된 자기물질(240)로 열을 전달하고 이에 따라 액체로 변화할 수 있다. 액체인 작업유체(331b)는 몸체(331a)내에서 발생되는 압력차에 의해 제 1 끝단에 대향되며 저온 열교환기(700)에 연결된 제 2 끝단으로 유동할 수 있다. 상기 제 2 끝단, 즉 저온 열교환기(500)에서 액체인 작업유체(332b)는 대상물로부터 열을 흡수하여 기체로 변화하며, 다시 제 1 끝단을 향해 유동할 수 있다. 이와 과정들은 몸체(331a)의 제 1 끝단으로부터 자기물질(240)로 열전달이 수행되는 동안 대상물의 냉각을 위해 계속적으로 반복될 수 있다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 자기발생기 200: 에너지 발생기
300: 열교환기 310: 컨테이너
320: 작업유체 330: 열전달장치
500: 고온 열교환기 600: 펌프
700: 저온 열교환기

Claims (14)

1. 자기장을 발생시키도록 구성되는 자기 발생기:
   자기열량효과를 갖는 자기물질을 포함하며, 상기 자기물질을 자화에 의해 가열되며 비자화에 의해 냉각되도록 상기 자기장 내부 및 외부로 이동시키도록 구성되는 에너지 발생기: 및
   상기 자기물질과 열교환하며, 열교환하는 동안 상기 자기물질과 직접적으로 접촉하도록 구성되는 열교환기로 이루어지며,
   상기 열교환기는:
   상기 자기물질과 직접적으로 접촉하며, 상기 열교환을 위한 작업유체를 수용하도록 구성되는 컨테이너: 및
   상기 컨테이너와 연결되며 열교환을 위한 열을 이송하도록 구성되는 열전달 장치를 포함하며,
   상기 컨테이너는 상기 열전달 장치를 감싸는 포켓을 포함하며, 상기 열전달 장치내의 작업유체와 상기 컨테이너내의 작업유체가 서로 혼합되도록 상기 열전달 장치는 상기 컨테이너의 내부와 상기 포켓에 형성된 관통공을 통해 연통되며,
   상기 컨테이너는 이의 몸체외면에 도포되며, 상기 자기물질과 직접 접촉하는 금속코팅을 포함하는 자기냉각시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기 발생기는 영구자석 또는 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 냉각시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 에너지 발생기는 상기 자기물질을 반복적으로 상기 자기장 내부 및 외부로 이동시키도록 회전가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 에너지 발생기는:
   상기 자기물질이 제공되며 상기 자기물질과 함께 상기 자기장을 통과하면서 회전하는 몸체; 및
   상기 몸체를 회전시키는 구동 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 몸체는 전체적으로 또는 부분적으로 상기 자기물질로 형성되거나, 상기 자기물질로 만들어지며 상기 몸체의 표면에 부착되는 소정크기의 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환기는:
   상기 자기장내에서 가열된 자기물질과 열교환하도록 구성되는 제 1 열교환기; 및
   상기 자기장 외부에서 냉각된 상기 자기물질과 열교환하도록 구성되는 제 2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 냉각 시스템.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨테이너는 상기 자기물질과 면 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨테이너는 플렉서블 (flexible)한 몸체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달장치는 밀봉된 양단을 가지며 작업유체로 충진된 히트 파이프 또는 작업유체의 순환을 위해 개방된 양단을 갖는 배관으로 이루어지는 것을 특징으로 자기냉각시스템.
12. 삭제
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달장치는 상기 컨테이너내부의 작업유체와 직접적으로 접촉하도록 상기 컨테이너 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
    
14. 삭제

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