KR101866840B1 - 자기냉각장치 - Google Patents

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KR101866840B1 KR1020120030455A KR20120030455A KR101866840B1 KR 101866840 B1 KR101866840 B1 KR 101866840B1 KR 1020120030455 A KR1020120030455 A KR 1020120030455A KR 20120030455 A KR20120030455 A KR 20120030455A KR 101866840 B1 KR101866840 B1 KR 101866840B1
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Abstract

열전달유체가 유효하게 열교환할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 자기냉각장치를 개시한다.
이러한 자기냉각장치는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 적어도 하나의 자기재생기와, 자기재생기에 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트와, 마그네트에 의해 자기장이 인가된 상태의 적어도 하나의 자기재생기로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 적어도 하나의 고온측열교환기와, 마그네트에 의해 자기장이 제거된 상태의 적어도 하나의 자기재생기로 열을 전달한 열전달유체가 흡열하는 적어도 하나의 저온측열교환기와, 열전달유체가 적어도 하나의 자기재생기, 고온측열교환기, 저온측열교환기를 따라 순환 이송될 수 있도록 자기재생기, 고온측열교환기, 저온측열교환기를 연결하는 이송관과, 열전달유체를 이송관을 따라 순환시키거나 왕복시키는 유체이송장치를 포함한다.
마그네트에 의한 자기장이 제거된 적어도 하나의 자기재생기로 열을 전달한 열전달유체가 저온측열교환기에 도달하여 유효하게 흡열할 수 있도록, 저온측열교환기는 마그네트에 의한 자기장이 제거된 적어도 하나의 자기재생기의 출구단과 저온측열교환기의 출구단 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧은 위치에 배치된다.

Description

자기냉각장치{MAGNETIC COOLING APPARATUS}
본 발명은 냉각장치에 관한 것으로, 특히 자기(磁氣)열재료의 특성을 이용한 냉각장치에 관한 것이다.
자기냉각장치는 자기장이 인가되면 온도가 상승하고 자기장이 제거되면 온도가 하강하는 자기(磁氣)열재료의 특성을 이용한 냉각장치로, 기존의 공기압축 사이클을 이용한 냉각장치를 대체할 수 있는 새로운 냉각장치이다.
일반적인 자기냉각장치는 자기열재료를 포함하는 자기재생기와, 자기재생기에 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트와, 자기재생기를 통과한 열전달유체가 외기의 열을 흡열하거나 외기로 열을 방열하는 열교환유닛과, 자기재생기, 열교환유닛을 연결하는 이송관을 포함한다.
열전달유체는 마그네트가 자기재생기에 자기장을 인가하거나 제거함에 따라 이송관을 제1방향 및 제1방향과 반대되는 제2방향으로 교대로 왕복 순환하면서 열교환하므로, 자기재생기를 통과한 열전달유체는 반드시 제1방향 또는 제2 방향으로 1회의 사이클 내에 열교환유닛에 도달해야 하며, 따라서 열교환유닛은 자기재생기로부터 일정한 거리 이내에 배치되어야 하는데, 이는 열교환유닛을 설치하는 데 있어 제약 조건이 된다.
이러한 자기냉각장치에 관한 종래 기술은 한국 등록특허공보 10-0684521 (2007.02.13. 등록)을 참조할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 열전달유체가 유효하게 열교환할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 자기냉각장치를 개시한다.
본 발명의 사상에 따른 자기냉각장치는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 적어도 하나의 자기재생기;와, 상기 자기재생기에 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트;와, 상기 마그네트에 의해 자기장이 인가된 상태의 상기 적어도 하나의 자기재생기로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 방열하는 적어도 하나의 고온측열교환기;와, 상기 마그네트에 의해 자기장이 제거된 상태의 상기 적어도 하나의 자기재생기로 열을 전달한 상기 열전달유체가 흡열하는 적어도 하나의 저온측열교환기;와, 상기 열전달유체가 상기 적어도 하나의 자기재생기, 상기 고온측열교환기, 상기 저온측열교환기를 따라 순환 이송될 수 있도록 상기 자기재생기, 상기 고온측열교환기, 상기 저온측열교환기를 연결하는 이송관;과, 상기 열전달유체를 상기 이송관을 따라 순환시키거나 왕복시키는 유체이송장치를 포함하고, 상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 상기 적어도 하나의 자기재생기로 열을 전달한 상기 열전달유체가 상기 저온측열교환기에 도달하여 유효하게 흡열할 수 있도록, 상기 저온측열교환기는 상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 상기 적어도 하나의 자기재생기의 출구단과 상기 저온측열교환기의 출구단 사이의 상기 열전달유체가 흐르는 거리가 하기와 같이 결정되는 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧은 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
S = (U x mMCM x cp_MCM)/(ρ x A x cp_fluid)
U = (m'flow x cp_fluid x tflow)/(mMCM x cp_MCM)
0 < U < 2
A = D2π/4
tflow = 1/2fHz
m'flow : 열전달유체의 단위시간당 유량(g/sec)
cp_fluid : 열전달유체의 비열(J/KgㆍK)
tflow : 유체공급시간(sec)
mMCM : 자기열재료의 질량(g)
cp_MCM : 자기열재료의 비열(J/KgㆍK)
A : 이송관의 단면적(㎠)
D : 이송관의 지름(㎝)
ρ : 열전달유체의 밀도(g/㎤)
fHz : 마그네트의 구동주파수(Hz)
상기 유체이송장치는, 상기 마그네트가 상기 적어도 하나의 자기재생기에 자기장을 인가하는 경우, 상기 열전달유체를 제1방향으로 순환시키고, 상기 마그네트가 상기 적어도 하나의 자기재생기의 자기장을 제거하는 경우, 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 순환시킬 수 있다.
상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 상기 적어도 하나의 자기재생기의 출구단과 상기 저온측열교환기의 출구단 사이의 상기 열전달유체가 흐르는 거리는, 상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 상기 적어도 하나의 자기재생기의 출구단과 상기 저온측열교환기의 입구단을 연결하는 상기 이송관의 길이와, 상기 저온측열교환기 내부에서 상기 저온측열교환기의 입구단과 상기 저온측열교환기의 출구단 사이의 상기 열전달유체가 흐르는 길이의 합일 수 있다.
또한 본 발명의 사상에 따른 자기냉각장치는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 제1자기재생기 및 제2자기재생기;와, 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기에 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트;와, 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 방열하는 적어도 하나의 고온측열교환기;와, 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 상기 열전달유체가 흡열하는 적어도 하나의 저온측열교환기;와, 상기 열전달유체가 상기 제1자기재생기, 상기 제2자기재생기, 상기 고온측열교환기, 상기 저온측열교환기를 따라 순환 이송될 수 있도록 상기 제1자기재생기, 상기 제2자기재생기, 상기 고온측열교환기, 상기 저온측열교환기를 연결하는 이송관;과, 상기 열전달유체를 상기 이송관을 따라 순환시키거나 왕복시키는 유체이송장치;와, 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기와 상기 저온측열교환기 사이에 마련되어 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 상기 열전달유체를 상기 저온측열교환기로 흘려보내는 적어도 하나의 밸브유닛;을 포함하고, 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 상기 열전달유체가 상기 저온측열교환기에 도달하여 유효하게 흡열할 수 있도록, 상기 밸브유닛은 상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 상기 어느 하나의 자기재생기의 출구단과 상기 밸브유닛의 출구단 사이의 상기 열전달유체가 흐르는 거리가 하기와 같이 결정되는 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧은 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
S = (U x mMCM x cp_MCM)/(ρ x A x cp_fluid)
U = (m'flow x cp_fluid x tflow)/(mMCM x cp_MCM)
0 < U < 2
A = D2π/4
tflow = 1/2fHz
m'flow : 열전달유체의 단위시간당 유량(g/sec)
cp_fluid : 열전달유체의 비열(J/KgㆍK)
tflow : 유체공급시간(sec)
mMCM : 자기열재료의 질량(g)
cp_MCM : 자기열재료의 비열(J/KgㆍK)
A : 이송관의 단면적(㎠)
D : 이송관의 지름(㎝)
ρ : 열전달유체의 밀도(g/㎤)
fHz : 마그네트의 구동주파수(Hz)
상기 밸브유닛은, 상기 제1자기재생기와 상기 저온측열교환기 사이에 마련되며, 상기 제2자기재생기에 자기장이 인가된 경우, 상기 제1자기재생기에 열을 전달한 상기 열전달유체를 상기 저온측열교환기로 흘려보내는 제1밸브와, 상기 제2자기재생기와 상기 저온측열교환기 사이에 마련되며, 상기 제1자기재생기에 자기장이 인가된 경우, 상기 제2자기재생기에 열을 전달한 상기 열전달유체를 상기 저온측열교환기로 흘려보내는 제2밸브를 포함할 수 있다.
상기 저온측열교환기는, 상기 제1밸브를 통과한 열전달유체가 유입되는 제1저온측열교환기와, 상기 제2밸브를 통과한 열전달유체가 유입되는 제2저온측열교환기를 포함할 수 있다.
상기 열전달유체는 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브에 의해 선택적으로 상기 제1저온측열교환기 또는 상기 제2저온측열교환기로 유입될 수 있다.
상기 유체이송장치는, 상기 마그네트가 상기 제1자기재생기에 자기장을 인가하는 경우, 상기 열전달유체를 제1방향으로 순환시키고, 상기 마그네트가 상기 제2자기재생기의 자기장을 인가하는 경우, 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 순환시킬 수 있다.
상기 고온측열교환기와 상기 저온측열교환기는 상기 제1자기재생기 및 상기 제2자기재생기를 사이에 두고 서로 반대되는 열전달유체의 순환 경로 상에 배치될 수 있다.
상기 밸브유닛은 삼방밸브(3-way valve)일 수 있다.
상기 제1자기재생기로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 유입되는 제1고온측열교환기와, 상기 제2자기재생기로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 유입되는 제2고온측열교환기를 포함할 수 있다.
상기 제1자기재생기 및 상기 제2자기재생기와 상기 고온측열교환기 사이에 마련되어 상기 제1자기재생기 및 상기 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체를 상기 고온측열교환기로 흘려보내는 적어도 하나의 제3밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 열교환유닛을 자기재생기로부터 열을 전달받거나, 자기재생기로 열을 전달한 열전달유체가 열교환유닛에 도달하여 유효하게 열교환할 수 있는 유효열교환거리 내에 배치할 수 있으므로, 자기냉각장치의 성능을 항상 일정 수준 이상으로 유지시킬 수 있다.
또한, 유효열교환거리 내에 밸브유닛을 배치시킴으로써, 열교환유닛을 유효열교환거리보다 먼 위치에 배치시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기냉각장치를 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예 따른 자기냉각장치를 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예 따른 자기냉각장치를 도시한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제4실시예 따른 자기냉각장치를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예들에 사용되는 자기재생기를 개략적으로 도시한 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기냉각장치를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예들에 사용되는 자기재생기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2, 도 9에 도시된 바와 같이, 자기냉각장치(10)는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 자기재생기(110)와, 자기재생기(110)에 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트(130)와, 마그네트(130)에 의해 자기장이 인가된 상태의 자기재생기(110)로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 고온측열교환기(140)와, 마그네트(130)에 의해 자기장이 제거된 상태의 자기재생기(110)로 열을 전달한 열전달유체가 흡열하는 저온측열교환기(150)와, 열전달유체가 자기재생기(110), 고온측열교환기(140), 저온측열교환기(150)를 따라 왕복 순환 이송될 수 있도록 자기재생기(110), 고온측열교환기(140), 저온측열교환기(150)를 연결하는 이송관(160)과, 열전달유체를 이송관(160)을 따라 순환시키거나 왕복시키는 유체이송장치(170)를 포함하여 구성된다.
자기냉각장치(10)에 사용되는 열전달유체 종류로는 물, 알코올, 에틸렌글리콜 등의 부동액, 헬륨기체 등이 있으며, 또한 이들을 섞어서 사용할 수도 있다.
자기재생기(110)는 도 9에 도시된 바와 같이, 몸체(112)와, 몸체(112)의 길이 방향을 따라 형성되는 관통공(114)을 포함한다. 몸체(112)는 단열 효과가 큰 플라스틱 등의 재질로 마련될 수 있다. 관통공(114)에는 자기(磁氣)열재료가 충전된다.
자기(磁氣)열재료는 자기장이 인가되거나 제거됨에 따라 온도가 변화되는 특성(자기열량효과)을 가지는데, 이러한 특성이 우수한 재료로는 미세한 크기의 분말인 가돌리늄(Gd), 망간철계 화합물 (MnFe), 란타늄철계 화합물 (LaFe) 등이 있다. 이러한 자기(磁氣)열재료들은 열전달유체의 흐름에 대해 침투성이 우수한 공극을 가지고 있고, 열의 흡수 및 방출 특성이 우수하다. 관통공(114)의 양단에는 커넥터(114a, 114b)가 결합된다. 커넥터(114a, 114b)는 자기재생기(110)가 이송관(160)을 통해 각각 고온측열교환기(140) 및 저온측열교환기(150)와 연결되도록 하여 자기재생기(110)를 통과한 열전달유체가 고온측열교환기(140) 및 저온측열교환기(150)로 흐를 수 있도록 한다. 열전달유체는 관통공(114)으로 유입되어 흐르는 과정에서 자기(磁氣)열재료와 접촉하면서 자기(磁氣)열재료에 의해 생성된 열을 흡수하거나, 자기(磁氣)열재료로 열을 빼앗긴다. 자기재생기(110)에 자기장이 인가된 상태에서 자기(磁氣)열재료에 의해 생성된 열을 흡수한 열전달유체는 고온측열교환기(140)로 유입되어 방열하고, 자기재생기(110)에 자기장이 제거된 상태에서 자기(磁氣)열재료로 열을 빼앗긴 열전달유체는 저온측열교환기(150)로 유입되어 흡열한다.
마그네트(130)는 N극과 S극이 적어도 한 쌍을 이루며, 자기재생기(110)에 자기장을 인가하거나 제거할 수 있도록 이동 가능하게 마련된다.
도시하지는 않았지만, 마그네트(130)를 고정시키고, 자기재생기(110)가 마그네트(130)가 형성한 자기장에 진입하거나 이탈하도록 설계할 수도 있을 것이다. 이러한 구조를 구현하는 방법으로는 자기재생기(110)를 왕복 이동시키는 방법과, 회전시키는 방법 등이 있다.
저온측열교환기(150)는 자기재생기(110)를 사이에 두고 고온측열교환기(140)와 반대되는 열전달유체의 순환 경로 상에 배치된다.
이와 같이 고온측열교환기(140)의 방열효과를 이용하여 난방 등의 용도로 사용할 수 있고, 저온측열교환기(150)의 흡열효과를 이용하여 냉방 등의 용도로 사용할 수 있다.
유체이송장치(170)는 열전달유체의 순환 경로 상에 배치되어 열전달유체를 왕복 순환시킨다. 구체적으로 마그네트(130)가 자기재생기(110)로 이동하여 자기재생기(110)에 자기장을 인가하면 유체이송장치(170)는 도 1에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 열전달유체가 순환하도록 하여 자기재생기(110)에서 열을 전달받은 열전달유체가 고온측열교환기(140)로 바로 흐를 수 있도록 한다. 이와 반대로 마그네트(130)가 자기재생기(110)로부터 이탈하여 자기재생기(110)의 자기장이 제거되면 유체이송장치(170)는 도 2에 도시된 바와 같이 시계 방향으로 열전달유체가 순환하도록 하여 자기재생기(110)로 열을 전달한 열전달유체가 저온측열교환기(150)로 바로 흐를 수 있도록 한다.
도시하지는 않았지만 열전달유체의 순환 방향을 전환하기 위한 유체이송장치(170)의 종류로는 디스플레이서(displacer) 또는 유량을 발생시키는 펌프와 유량의 방향을 전환시는 밸브를 조합하여 사용할 수도 있으며, 특히 펌프 및 밸브의 조합에 대해서는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기냉각장치(40)를 설명할 때 자세히 설명한다.
이하에서는 열전달유체가 자기재생기(110), 고온측열교환기(140) 및 저온측열교환기(150)를 순환하면서 주위로 열을 방출하거나 주위의 열을 흡수하는 과정에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마그네트(130)가 자기재생기(110)로 이동하여 자기재생기(110)에 자기장을 인가하면 열전달유체는 유체이송장치(170)에 의해 반시계 방향으로 순환한다. 자기재생기(110)로 유입된 열전달유체는 자기장이 인가된 자기재생기(110)에서 발생된 열을 흡수한 뒤, 고온측열교환기(140)에 도달하여 자기재생기(110)로부터 흡수한 열을 주위로 방출한다. 고온측열교환기(140)에서 주위로 열을 방출한 열전달유체는 저온측열교환기(150)를 거쳐 자기재생기(110)로 유입된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마그네트(130)가 자기재생기(110)로부터 이탈하여 자기재생기(110)의 자기장이 제거되면 열전달유체는 유체이송장치(170)에 의해 시계 방향으로 순환한다. 자기재생기(110)로 유입된 열전달유체는 자기장이 제거된 자기재생기(110)로 열을 전달하고 냉각된 상태로 저온측열교환기(150)에 도달하여 주위의 열을 흡수한다. 저온측열교환기(150)에서 주위의 열을 흡수한 열전달유체는 고온측열교환기(140)를 거쳐 자기재생기(110)로 유입되며, 이와 같은 과정으로 1회의 열교환싸이클이 완성된다. 이와 같은 열교환사이클이 지속적으로 반복되는 과정을 통해 난방 또는 냉방에 필요한 고온 또는 저온을 얻게 된다.
이 때, 자기재생기(110)의 양단(116, 118)에는 각각 상대적으로 고온의 열전달유체가 유입되거나 유출되는 고온부(hot-side)와, 상대적으로 저온의 열전달유체가 유입되거나 유출되는 저온부(cold-side)가 형성된다.
열전달유체는 마그네트(130)가 자기재생기(110)에 자기장을 인가하거나 제거함에 따라 반시계 방향 및 시계 방향으로 교대로 왕복 순환하면서 열교환하므로, 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)에서 유효한 열교환이 일어나기 위해서는 자기재생기(110)를 통과한 열전달유체가 반드시 1회의 열교환사이클의 1/2에 해당하는 시간 내에 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)에 도달해야 한다. 이를 위해서는 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)가 자기재생기(110)로부터 일정한 거리 이내에 배치되어야 하며, 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)에서 유효한 열교환이 일어나기 위한 자기재생기(110)와 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150) 사이의 열전달유체의 흐름거리를 유효열교환거리(S)로 정의할 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 고온측열교환기(140)에서 유효한 열교환이 일어나도록 하기 위해서는 마그네트(130)에 의해 자기장이 인가된 자기재생기(110)의 출구단(112)과 고온측열교환기(140)의 출구단(144) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧아야 한다. 이 때, 마그네트(130)에 의해 자기장이 인가된 자기재생기(110)의 출구단(112)과 고온측열교환기(140)의 출구단(144) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 자기재생기(110)의 출구단(112)과 고온측열교환기(140)의 입구단(142) 사이를 연결하는 이송관(160)의 길이(S1)와, 고온측열교환기(140) 내부에서 고온측열교환기(140)의 입구단(142)과 고온측열교환기(140)의 출구단(144) 사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 동일하다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 저온측열교환기(150)에서 유효한 열교환이 일어나도록 하기 위해서는 마그네트(130)에 의해 자기장이 제거된 자기재생기(110)의 출구단(114)과 저온측열교환기(150)의 출구단(154) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧아야 한다. 이 때, 마그네트(130)에 의해 자기장이 제거된 자기재생기(110)의 출구단(114)과 저온측열교환기(150)의 출구단(154) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 자기재생기(110)의 출구단(114)과 저온측열교환기(150)의 입구단(152) 사이를 연결하는 이송관(160)의 길이(S1)와, 저온측열교환기(150) 내부에서 저온측열교환기(150)의 입구단(152)과 저온측열교환기(150)의 출구단(154) 사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 동일하다.
본 발명의 실시예들에서 유효열교환거리(S)는 다음과 같이 정의된다.
S = (U*mMCM*cp_MCM)/(ρ*A*cp_fluid)
U(자기냉각장치의 성능계수) = (m'flow*cp_fluid*tflow)/(mMCM*cp_MCM)
0 < U < 2
A = D2π/4
tflow = 1/2fHz
m'flow : 열전달유체의 단위시간당 유량(g/sec)
cp_fluid : 열전달유체의 비열(J/KgㆍK)
tflow : 유체공급시간(sec)
mMCM : 자기열재료의 질량(g)
cp_MCM : 자기열재료의 비열(J/KgㆍK)
A : 이송관의 단면적(㎠)
D : 이송관의 지름(㎝)
ρ : 열전달유체의 밀도(g/㎤)
fHz : 마그네트(130)의 구동주파수(Hz)
여기서 열전달유체의 비열(cp_fluid)은 열전달유체의 특성이고, 자기열재료의 질량(mMCM) 및 비열(cp_MCM)은 자기열재료의 특성이며, 유체공급시간(tflow)은 정해진 마그네트(130)의 구동주파수(fHz)에 의해 결정되는 값이고, 이송관(160)의 단면적(A) 역시 고정된 값을 가지므로, 열전달유체의 단위시간당 유량(m'flow)을 조절함으로써, 유효열교환거리(S)를 결정할 수 있다.
이와 같이, 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)를 유효열교환거리(S) 내에 배치시킴으로써, 항상 자기냉각장치(10)의 전체적인 열교환성능을 일정 수준 이상으로 유지시킬 수 있다.
이상에서는 설명의 편의상 자기재생기(110)가 하나인 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 자기재생기(110)의 개수에는 제한이 없다. 즉, 자기냉각을 위한 자기재생기(110)의 개수는 적어도 하나 이상이면 된다. 또한, 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환(150)의 개수 및 유체이송장치(170)의 개수도 제한되지 않으며 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
한 편, 설치 환경에 따라서 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)를 유효열교환거리(S)보다 더 먼 곳에 배치해야 하는 경우가 있을 수 있는데, 이하에서는 고온측열교환기(140) 또는 저온측열교환기(150)를 유효열교환거리(S)보다 더 먼 곳에 배치할 수 있는 다른 실시예들에 대해 자세히 설명한다. 편의상 본 발명의 제1실시예에 따른 자기냉각장치(10)와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예 따른 자기냉각장치를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자기냉각장치(20)는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 제1자기재생기(210) 및 제2자기재생기(220)와, 제1자기재생기(210) 및 제2자기재생기(220)에 선택적으로 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트(230)와, 제1자기재생기(210) 및 제2자기재생기(220) 중 마그네트(230)에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 고온측열교환기(240)와, 제1자기재생기(210) 및 제2자기재생기(220) 중 마그네트(230)에 의한 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 열전달유체가 흡열하는 저온측열교환기(250)와, 열전달유체가 제1자기재생기(210), 제2자기재생기(220), 고온측열교환기(240), 저온측열교환기(250)를 따라 왕복 순환 이송될 수 있도록 제1자기재생기(210), 제2자기재생기(220), 고온측열교환기(240), 저온측열교환기(250)를 연결하는 이송관(260)과, 열전달유체의 순환 방향을 전환시키는 유체이송장치(270)와, 제1자기재생기(210) 및 제2자기재생기(220)와, 저온측열교환기(250) 사이에 마련되어 제1자기재생기(210) 및 제2자기재생기(220) 중 마그네트(230)에 의한 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 열전달유체를 저온측열교환기(250)로 흘려보내는 밸브유닛(280) 포함하여 구성된다.
고온측열교환기(240)는 제1자기재생기(210)로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 제1고온측열교환기(241)와, 제2자기재생기(220)로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 제2고온측열교환기(242)를 포함한다.
저온측열교환기(250)는 제1밸브(281)를 통과한 열전달유체가 유입되는 제1저온측열교환기(251)과, 제2밸브(282)를 통과한 열전달유체가 유입되는 제2저온측열교환기(252)를 포함한다.
밸브유닛(280)은 열전달유체를 선택적으로 제1저온측열교환기(251) 또는 제2저온측열교환기(252)로 유입되도록 하는 구성으로, 제2자기재생기(220)에 자기장이 인가된 경우, 제1자기재생기(210)를 통과하면서 열을 빼앗긴 열전달유체를 제2저온측열교환기(252)로 흘려보내는 제1밸브(281)와, 제1자기재생기(210)에 자기장이 인가된 경우, 제2자기재생기(220)에 열을 전달한 열전달유체를 제1저온측열교환기(251)로 흘려보내는 제2밸브(282)를 포함한다. 제1밸브(281) 및 제2밸브(282)는 삼방밸브(3-way valve)로 마련될 수 있다.
마그네트(230)가 제1자기재생기(210)에 자기장을 인가한 경우, 제2자기재생기(220)를 지나면서 냉각된 열전달유체는 제2밸브(282)를 통해 제1저온측열교환기(251)로 유입되어 주위의 열을 흡수한 후, 제1밸브(281)를 통해 제1자기재생기(210)로 유입된다. 이 때 제2저온측열교환기(252)로는 열전달유체가 흐르지 않는다. 이와 반대로 마그네트(230)가 제2자기재생기(220)에 자기장을 인가한 경우, 제1자기재생기(210)를 지나면서 냉각된 열전달유체는 제1밸브(281)를 통해 제2저온측열교환기(252)로 유입되어 주위의 열을 흡수한 후, 제2밸브(282)를 통해 제2자기재생기(220)로 유입된다. 이 때 제1저온측열교환기(251)로는 열전달유체가 흐르지 않는다. 따라서 제1밸브(281) 및 제2밸브(282)에 의해 열전달유체는 제1저온측열교환기(251) 및 제2저온측열교환기(252) 중 선택적으로 어느 하나에만 일정한 방향으로 흐르게 된다.
즉, 열전달유체가 제1밸브(281) 및 제2밸브(282)를 지나 제1저온측열교환기(251) 및 제2저온측열교환기(252)를 흐르는 과정에서 동일한 경로를 다시 왕복 순환하지 않게 되므로, 제1밸브(281) 및 제2밸브(282)만 유효열교환거리(S) 내에 배치하면, 제1저온측열교환기(251) 및 제2저온측열교환기(252)는 유효열교환거리(S) 내에 배치하지 않아도 유효한 열교환이 이루어질 수 있다. 이 때 제1밸브(281)를 유효열교환거리(S) 내에 배치한다 함은 본 발명의 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 마그네트(230)에 의해 자기장이 제거된 제1자기재생기(210)의 출구단(214)과 제1밸브(281)의 출구단(281b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧아야 함을 의미한다. 이 때, 마그네트(130)에 의해 자기장이 제거된 제1자기재생기(210)의 출구단(214)과 제1밸브(281)의 출구단(281b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 제1자기재생기(210)의 출구단(214)과 제1밸브(281)의 입구단(281a) 사이를 연결하는 이송관(260)의 길이(S1)와, 제1밸브(281) 내부에서 제1밸브(281)의 입구단(281a)과 제1밸브(281)의 출구단(281b)사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 같다.
제2밸브(282) 역시 제1밸브(281)의 경우와 동일하게 마그네트(230)에 의해 자기장이 제거된 제2자기재생기(220)의 출구단(224)과 제2밸브(282)의 출구단(282b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧아야 한다. 마그네트(230)에 의해 자기장이 제거된 제2자기재생기(220)의 출구단(224)과 제2밸브(282)의 출구단(282b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 제2자기재생기(220)의 출구단(224)과 제2밸브(282)의 입구단(282a) 사이를 연결하는 이송관(260)의 길이(S1)와, 제2밸브(282) 내부에서 제1밸브(282)의 입구단(282a)과 제1밸브(282)의 출구단(282b)사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 같다.
설명의 편의상 자기재생기(210, 220)가 둘인 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 자기재생기(210, 220)의 개수에는 제한이 없다. 즉, 자기냉각을 위한 자기재생기(210, 220)의 개수는 적어도 하나 이상이면 된다. 또한, 고온측열교환기(240)의 개수 및 유체이송장치(270), 밸브유닛(280)의 개수도 제한되지 않으며 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
이와 같이, 제1저온측열교환기(251) 및 제2저온측열교환기(252)를 유효열교환거리(S)에 관계 없이 설치할 수 있으므로, 설치성 및 편의성이 향상된다.
한 편, 하나의 저온측열교환기(250)를 사용하면서도 저온측열교환기(250)를 유효열교환거리(S)에 관계 없이 설치할 수 있는 구조를 구현할 수도 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예 따른 자기냉각장치를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 자기냉각장치(30)는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 제1자기재생기(310) 및 제2자기재생기(320)와, 제1자기재생기(310) 및 제2자기재생기(320)에 선택적으로 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트(330)와, 제1자기재생기(310) 및 제2자기재생기(320) 중 마그네트(330)에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 고온측열교환기(340)와, 제1자기재생기(310) 및 제2자기재생기(320) 중 마그네트(330)에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 열전달유체가 흡열하는 저온측열교환기(350)와, 열전달유체가 제1자기재생기(310), 제2자기재생기(320), 고온측열교환기(340), 저온측열교환기(350)를 따라 순환 이송될 수 있도록 제1자기재생기(310), 제2자기재생기(320), 고온측열교환기(340), 저온측열교환기(350)를 연결하는 이송관(360)과, 열전달유체의 순환 방향을 전환시키는 유체이송장치(370)와, 제1자기재생기(310) 및 제2자기재생기(320)와 저온측열교환기(350) 사이에 마련되어 제1자기재생기(310) 및 제2자기재생기(320) 중 마그네트(330)에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 열전달유체를 저온측열교환기(350)로 흘려보내는 밸브유닛(380) 포함하여 구성된다.
고온측열교환기(340)는 제1자기재생기(310)로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 제1고온측열교환기(341)와, 제2자기재생기(320)로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 제2고온측열교환기(342)를 포함한다.
밸브유닛(380)은 제1자기재생기(310) 또는 제2자기재생기(320)를 지난 열전달유체가 항상 일정한 방향으로 저온측열교환기(350)를 흐를 수 있도록 '4port-2position valve'로 마련될 수 있다. 마그네트(330)가 제1자기재생기(310) 또는 제2자기재생기(320) 중 어느 쪽에 자기장을 인가하는 것과는 관계 없이, 밸브유닛(380)을 지난 열전달유체는 항상 반시계 방향으로 흐르면서 저온측열교환기(350)를 통과하게 된다.
열전달유체가 밸브유닛(380)을 지나 저온측열교환기(350)를 흐르는 과정에서 동일한 경로를 다시 왕복 순환하지 않게 되므로, 밸브유닛(380)만 유효열교환거리(S) 내에 배치하면, 저온측열교환기(350)는 유효열교환거리(S) 내에 배치하지 않아도 유효한 열교환이 이루어질 수 있다. 이 때 밸브유닛(380)을 유효열교환거리(S) 내에 배치한다 함은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서 설명한 바와 같이, 제1자기재생기(310)의 출구단(314)과 밸브유닛(380)의 출구단(380b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧고, 제2자기재생기(320)의 출구단(324)과 밸브유닛(380)의 출구단(380b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧아야 함을 의미한다. 이 때, 제1자기재생기(310)의 출구단(314)과 밸브유닛(380)의 출구단(380b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 제1자기재생기(310)의 출구단(314)과 밸브유닛(380)의 입구단(380a) 사이를 연결하는 이송관(360)의 길이(S1)와, 밸브유닛(380) 내부에서 밸브유닛(380)의 입구단(380a)과 밸브유닛(380)의 출구단(380b)사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 같으며, 제2자기재생기(320)의 출구단(324)과 밸브유닛(380)의 출구단(380b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 제2자기재생기(320)의 출구단(324)과 밸브유닛(380)의 입구단(380a) 사이를 연결하는 이송관(360)의 길이(S1)와, 밸브유닛(380) 내부에서 밸브유닛(380)의 입구단(380a)과 밸브유닛(380)의 출구단(380b)사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 같다.
설명의 편의상 자기재생기(310, 320)가 둘인 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 자기재생기(310, 320)의 개수에는 제한이 없다. 즉, 자기냉각을 위한 자기재생기(310, 320)의 개수는 적어도 하나 이상이면 된다. 또한, 고온측열교환기(340)의 개수 및 유체이송장치(370), 밸브유닛(380)의 개수도 제한되지 않으며 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
이와 같이, 저온측열교환기(350)를 유효열교환거리(S)에 관계 없이 설치할 수 있으므로, 설치성 및 편의성이 향상된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제4실시예 따른 자기냉각장치를 도시한 도면.이다
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 자기냉각장치(40)는 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420)와, 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420)에 선택적으로 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트(430)와, 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420) 중 마그네트(430)에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 열전달유체가 방열하는 고온측열교환기(440)와, 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420) 중 마그네트(430)에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 열전달유체가 흡열하는 저온측열교환기(450)와, 열전달유체가 제1자기재생기(410), 제2자기재생기(420), 고온측열교환기(440), 저온측열교환기(450)를 따라 순환 이송될 수 있도록 제1자기재생기(410), 제2자기재생기(420), 고온측열교환기(440), 저온측열교환기(450)를 연결하는 이송관(460)과, 열전달유체의 흐름을 발생시키는 펌프(470)와, 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420)와 저온측열교환기(450) 사이에 마련되어 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420) 중 마그네트(430)에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 열전달유체를 저온측열교환기(450)로 흘려보내는 밸브유닛(480)과, 제1자기재생기(410) 및 제2자기재생기(420)와 고온측열교환기(440) 사이에 마련되어 제1자기재생기(410)및 제2자기재생기(420) 중 마그네트(430)에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 열전달유체를 고온측열교환기(440)로 흘려보내는 제3밸브(475)를 포함하여 구성된다.
제3밸브(475)는 '4port-2position valve'로 마련되어, 펌프(470)에 의해 발생된 열전달유체가 흐르는 방향을 전환시킨다. 제1자기재생기(410)에 자기장이 인가된 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1자기재생기(410)를 지난 열전달유체가 고온측열교환기(440)로 유입될 수 있도록 하고, 제2자기재생기(420)에 자기장이 인가된 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2자기재생기(420)를 지난 열전달유체가 고온측열교환기(440)로 유입될 수 있도록 한다.
밸브유닛(480)은 제1자기재생기(410) 또는 제2자기재생기(420)를 지난 열전달유체가 항상 일정한 방향으로 저온측열교환기(450)를 흐를 수 있도록 '4port-2position valve'로 마련된다. 마그네트(430)가 제1자기재생기(410) 또는 제2자기재생기(420) 중 어느 쪽에 자기장을 인가하는 것과는 관계 없이, 밸브유닛(480)을 지난 열전달유체는 항상 반시계 방향으로 흐르면서 저온측열교환기(450)를 통과하게 된다.
열전달유체가 밸브유닛(480)을 지나 저온측열교환기(450)를 흐르는 과정에서 동일한 경로를 다시 왕복 순환하지 않게 되므로, 밸브유닛(480)만 유효열교환거리(S) 내에 배치하면, 저온측열교환기(450)는 유효열교환거리(S) 내에 배치하지 않아도 유효한 열교환이 이루어질 수 있다. 이 때 밸브유닛(480)을 유효열교환거리(S) 내에 배치한다 함은 본 발명의 제1실시예, 제2실시예, 제3실시예에서 설명한 바와 같이, 제1자기재생기(410)의 출구단(414)과 밸브유닛(480)의 출구단(480b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧고, 제2자기재생기(420)의 출구단(424)과 밸브유닛(480)의 출구단(480b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리가 유효열교환거리(S)와 같거나 유효열교환거리(S)보다 짧아야 함을 의미한다. 이 때, 제1자기재생기(410)의 출구단(414)과 밸브유닛(480)의 출구단(480b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 제1자기재생기(410)의 출구단(414)과 밸브유닛(480)의 입구단(480a) 사이를 연결하는 이송관(460)의 길이(S1)와, 밸브유닛(480) 내부에서 밸브유닛(480)의 입구단(480a)과 밸브유닛(480)의 출구단(480b)사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 같으며, 제2자기재생기(420)의 출구단(424)과 밸브유닛(480)의 출구단(480b) 사이의 열전달유체가 흐르는 거리는 제2자기재생기(420)의 출구단(424)과 밸브유닛(480)의 입구단(480a) 사이를 연결하는 이송관(460)의 길이(S1)와, 밸브유닛(480) 내부에서 밸브유닛(480)의 입구단(480a)과 밸브유닛(480)의 출구단(480b)사이의 열전달유체가 흐르는 길이(S2)의 합과 같다.
설명의 편의상 자기재생기(410, 420)가 둘인 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 자기재생기(410, 420)의 개수에는 제한이 없다. 즉, 자기냉각을 위한 자기재생기(410, 420)의 개수는 적어도 하나 이상이면 된다. 또한, 고온측열교환기(440)의 개수 및 밸브유닛(480)의 개수도 제한되지 않으며 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
이와 같이, 저온측열교환기(450)를 유효열교환거리(S)에 관계 없이 설치할 수 있으므로, 설치성 및 편의성이 향상된다.
10, 20 30 ,40: 자기냉각장치
110 : 자기재생기
210, 310, 410: 제1자기재생기
220, 320, 420: 제2자기재생기
130, 230, 330, 430: 마그네트
140, 240, 340, 440: 고온측열교환유닛
150, 250, 350, 450: 저온측열교환유닛
160, 260, 360, 460: 이송관
170, 270, 370: 유체이송장치
280, 380, 480: 밸브유닛
470: 펌프
475: 제3밸브

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 열전달유체를 통과시키며, 자기(磁氣)열재료를 포함하는 제1자기재생기 및 제2자기재생기;와,
    상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기에 자기장을 인가하거나 제거하는 마그네트;와,
    상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 방열하는 적어도 하나의 고온측열교환기;와,
    상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 상기 열전달유체가 흡열하는 적어도 하나의 저온측열교환기;와,
    상기 열전달유체가 상기 제1자기재생기, 상기 제2자기재생기, 상기 고온측열교환기, 상기 저온측열교환기를 따라 순환 이송될 수 있도록 상기 제1자기재생기, 상기 제2자기재생기, 상기 고온측열교환기, 상기 저온측열교환기를 연결하는 이송관;과,
    상기 열전달유체를 상기 이송관을 따라 순환시키거나 왕복시키는 유체이송장치;와,
    상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기와 상기 저온측열교환기 사이에 마련되어, 상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 상기 열전달유체를 상기 저온측열교환기로 흘려보내는 적어도 하나의 밸브유닛;을 포함하고,
    상기 제1자기재생기 및 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의한 자기장이 제거된 어느 하나로 열을 전달한 상기 열전달유체가 상기 저온측열교환기에 도달하여 유효하게 흡열할 수 있도록, 배치되며,
    상기 밸브유닛은,
    상기 제1자기재생기와 상기 저온측열교환기 사이에 마련되며, 상기 제2자기재생기에 자기장이 인가된 경우, 상기 제1자기재생기에 열을 전달한 상기 열전달유체를 상기 저온측열교환기로 흘려보내는 제1밸브와,
    상기 제2자기재생기와 상기 저온측열교환기 사이에 마련되며, 상기 제1자기재생기에 자기장이 인가된 경우, 상기 제2자기재생기에 열을 전달한 상기 열전달유체를 상기 저온측열교환기로 흘려보내는 제2밸브를 포함하고,
    상기 저온측열교환기는,
    상기 제1밸브를 통과한 열전달유체가 유입되는 제1저온측열교환기와,
    상기 제2밸브를 통과한 열전달유체가 유입되는 제2저온측열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 열전달유체는 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브에 의해 선택적으로 상기 제1저온측열교환기 또는 상기 제2저온측열교환기로 유입되는 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유체이송장치는,
    상기 마그네트가 상기 제1자기재생기에 자기장을 인가하는 경우, 상기 열전달유체를 제1방향으로 순환시키고,
    상기 마그네트가 상기 제2자기재생기의 자기장을 인가하는 경우, 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 순환시키는 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 고온측열교환기와 상기 저온측열교환기는 상기 제1자기재생기 및 상기 제2자기재생기를 사이에 두고 서로 반대되는 열전달유체의 순환 경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 밸브유닛은 삼방밸브(3-way valve)인 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 제1자기재생기로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 유입되는 제1고온측열교환기와,
    상기 제2자기재생기로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체가 유입되는 제2고온측열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 제1자기재생기 및 상기 제2자기재생기와 상기 고온측열교환기 사이에 마련되어 상기 제1자기재생기 및 상기 제2자기재생기 중 상기 마그네트에 의해 자기장이 인가된 어느 하나로부터 열을 전달받은 상기 열전달유체를 상기 고온측열교환기로 흘려보내는 적어도 하나의 제3밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9995511B2 (en) * 2013-12-17 2018-06-12 Astronautics Corporation Of America Magnetic refrigeration system with improved flow efficiency
FR3016026B1 (fr) * 2013-12-27 2016-01-22 Cooltech Applications Generateur thermique magnetocalorique
KR102147433B1 (ko) 2014-01-28 2020-08-24 삼성전자주식회사 자기 냉각기 및 이를 포함하는 장치
KR101893164B1 (ko) * 2017-01-16 2018-08-30 엘지전자 주식회사 자기 냉각 시스템

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0370944A (ja) * 1989-08-08 1991-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気冷凍機を使用した空気調和装置
JP2002195683A (ja) * 2000-12-20 2002-07-10 Denso Corp 磁気温調装置
US6467274B2 (en) * 2000-05-05 2002-10-22 University Of Victoria Innovations & Development Corp. Apparatus and methods for cooling and liquefying a fluid using magnetic refrigeration
US6526759B2 (en) * 2000-08-09 2003-03-04 Astronautics Corporation Of America Rotating bed magnetic refrigeration apparatus
US6668560B2 (en) * 2001-12-12 2003-12-30 Astronautics Corporation Of America Rotating magnet magnetic refrigerator
JP3670659B2 (ja) * 1992-06-05 2005-07-13 アストロノーティックス コーポレイション オブ アメリカ 能動型磁気再生式熱交換器装置
KR100647854B1 (ko) * 2005-11-10 2006-11-23 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기
KR100647852B1 (ko) * 2005-11-10 2006-11-23 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기
KR100684527B1 (ko) * 2005-11-10 2007-02-20 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기용 자기열교환유닛
KR100684521B1 (ko) * 2005-12-21 2007-02-20 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기
KR100716007B1 (ko) * 2006-03-06 2007-05-08 주식회사 대우일렉트로닉스 능동자기냉동기
KR100728495B1 (ko) * 2005-11-10 2007-06-14 주식회사 대우일렉트로닉스 자기열교환유닛 및 이를 채택한 자기냉동기
KR100761666B1 (ko) * 2006-01-27 2007-10-01 주식회사 대우일렉트로닉스 능동자기냉동기
KR100768006B1 (ko) * 2005-12-21 2007-10-18 주식회사 대우일렉트로닉스 자기열교환유닛 및 이를 채택한 자기냉동기
KR100806716B1 (ko) * 2006-11-14 2008-02-27 주식회사 대우일렉트로닉스 자석 회전식 자기냉동기
US20080236172A1 (en) * 2005-09-01 2008-10-02 Cooltech Applications Thermal Generator Having a Magneto-Caloric Material
US7536866B2 (en) * 2005-03-31 2009-05-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic refrigerator

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602004019594D1 (de) * 2003-03-28 2009-04-09 Toshiba Kk Magnetischer Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
JP2009524796A (ja) 2006-01-27 2009-07-02 株式会社大宇エレクトロニクス 能動磁気冷凍機
KR100737781B1 (ko) 2006-07-10 2007-07-10 주식회사 대우일렉트로닉스 회전식 재생기 및 이를 이용한 자기냉동기
EP2038591A4 (en) 2006-07-10 2013-05-01 Daewoo Electronics Corp MAGNETIC REFRIGERATOR TYPE SHUTTLE
FR2943407B1 (fr) * 2009-03-20 2013-04-12 Cooltech Applications Generateur thermique magnetocalorique et son procede d'echange thermique
JP2011001048A (ja) * 2009-05-19 2011-01-06 Toyota Industries Corp 車両用空調システム

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0370944A (ja) * 1989-08-08 1991-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気冷凍機を使用した空気調和装置
JP3670659B2 (ja) * 1992-06-05 2005-07-13 アストロノーティックス コーポレイション オブ アメリカ 能動型磁気再生式熱交換器装置
US6467274B2 (en) * 2000-05-05 2002-10-22 University Of Victoria Innovations & Development Corp. Apparatus and methods for cooling and liquefying a fluid using magnetic refrigeration
KR100797681B1 (ko) * 2000-08-09 2008-01-23 애스트로노틱스 코포레이션 오브 아메리카 회전형 베드 자기 냉장장치
US6526759B2 (en) * 2000-08-09 2003-03-04 Astronautics Corporation Of America Rotating bed magnetic refrigeration apparatus
JP2002195683A (ja) * 2000-12-20 2002-07-10 Denso Corp 磁気温調装置
US6668560B2 (en) * 2001-12-12 2003-12-30 Astronautics Corporation Of America Rotating magnet magnetic refrigerator
KR101016125B1 (ko) * 2001-12-12 2011-02-17 애스트로노틱스 코포레이션 오브 아메리카 회전하는 자석 자기냉각장치
US7536866B2 (en) * 2005-03-31 2009-05-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic refrigerator
US20080236172A1 (en) * 2005-09-01 2008-10-02 Cooltech Applications Thermal Generator Having a Magneto-Caloric Material
KR100684527B1 (ko) * 2005-11-10 2007-02-20 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기용 자기열교환유닛
KR100728495B1 (ko) * 2005-11-10 2007-06-14 주식회사 대우일렉트로닉스 자기열교환유닛 및 이를 채택한 자기냉동기
KR100647852B1 (ko) * 2005-11-10 2006-11-23 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기
KR100647854B1 (ko) * 2005-11-10 2006-11-23 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기
KR100768006B1 (ko) * 2005-12-21 2007-10-18 주식회사 대우일렉트로닉스 자기열교환유닛 및 이를 채택한 자기냉동기
KR100684521B1 (ko) * 2005-12-21 2007-02-20 주식회사 대우일렉트로닉스 자기냉동기
KR100761666B1 (ko) * 2006-01-27 2007-10-01 주식회사 대우일렉트로닉스 능동자기냉동기
KR100716007B1 (ko) * 2006-03-06 2007-05-08 주식회사 대우일렉트로닉스 능동자기냉동기
KR100806716B1 (ko) * 2006-11-14 2008-02-27 주식회사 대우일렉트로닉스 자석 회전식 자기냉동기

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