KR101904947B1 - 자기냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전달유체가 통과하도록 형성되고 상기 열전달유체와 열교환하는 자기열량재료가 내장된 하나 이상의 자기열교환기와, 상기 자기열량재료에 선택적으로 자기장을 인가하거나 제거하는 자기장인가부와, 상기 자기열교환기에 열전달유체를 공급하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프는, 동력부의 회전을 통해 동력을 전달받는 동력전달부 및 상기 동력전달부의 양 끝단에 각각 구비되는 피스톤을 포함하고, 상기 동력부의 회전에 의해 상기 동력전달부는 직선왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템에 관한 것이다.

Description

자기냉각시스템{Magnetic cooling system}

본 발명은 자기 냉각 시스템에 관한 것이며, 냉각 효율을 높이기 위한 펌프의 내부 구조에 특징이 있다.

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.

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.

구체적으로, 자기열량재료에 자계를 인가하거나 소거할 때 발생하는 엔트로피 변화를 이용하는 것이 특징이다. 이러한 자기냉동은 프레온이나 플론을 사용하지 않기 때문에 환경에 유익한 냉동기술로서 주목받고 있다.

자기열량재료는 상기 자기열량재료를 통과하는 열전달유체와 열교환하도록 형성될 수 있다.

자기열량재료에 자기장이 인가될 때 상기 자기열량재료는 발열반응을 하며, 상기 자기열량재료를 통과하는 열전달유체는 가열될 수 있다.

이와 달리, 상기 자기열량재료에 인가된 자기장을 소거할 때 상기 자기열량재료는 흡열반응을 하며, 자기열량재료를 통과하는 열전달유체는 냉각될 수 있다.

구체적으로, 엔트로피가 감소하였을 때(자기장이 인가될 때 자기열량재료의 배열이 고르게 됨) 발열 반응이 일어나며, 엔트로피가 증가하였을 때(자기장이 소거될 때 자기열량재료의 배열이 무질서하게 변함) 흡열 반응이 일어난다.

도 1은 종래의 자기 냉각 시스템(한국공개특허공보 제10-2013-0108765호)을 나타내는 도면이다.

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.

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.

한편, 열전달유체와 자기재생기(1) 내의 자기열량재료 사이의 열교환 효율을 높이기 위하여, 열전달유체가 자기재생기(1)로 균일하게 유입될 필요가 있다.

하지만 종래의 자기 냉각 시스템은 자기재생기(1)가 작동할 때 열전달유체가 유입되는 속도가 가변되어 열교환 효율이 낮은 문제점이 있다.

즉, 종래의 자기 냉각 시스템은 열전달유체의 유동을 균일하게 하여 열전달유체와 자기재생기 내의 자기열량재료 사이의 열교환 효율을 높이기 위한 어떠한 구성도 제시하지 못하고 있는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 왕복 직선 운동이 가능한 펌프를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 자기장의 변화량이 발생하는 시간 동안 열전달유체의 유속을 0에 가깝게 유지하는 자기냉각시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 열전달유체의 유속이 급격하게 변화하는 것을 방지하여 펌프의 누수 방지, 압력 증가 방지 및 소음을 줄일 수 있는 자기냉각시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 열전달유체의 유속 편차를 줄일 수 있는 자기냉각시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 열전달유체가 통과하도록 형성되고, 상기 열전달유체와 열교환하는 자기열량재료가 내장된 하나 이상의 자기열교환기와, 상기 자기열량재료에 선택적으로 자기장을 인가하거나 제거하는 자기장인가부와, 상기 자기열교환기에 열전달유체를 공급하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프는, 동력부의 회전을 통해 동력을 전달받는 동력전달부 및 상기 동력전달부의 양 끝단에 각각 구비되는 피스톤을 포함하고, 상기 동력부의 회전에 의해 상기 동력전달부는 직선왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 펌프의 에너지 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 동력부는, 동력부본체와 상기 동력부본체에 회전 가능하게 구비되는 원형 회전판과 상기 회전판에 구비되고, 상기 회전판의 회전 중심축으로부터 소정거리 이격되어 돌출되는 돌기를 포함하는 자기냉각시스템을 제공하며, 펌프의 에너지 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 동력전달부는 상기 돌기가 삽입되는 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 슬릿은, 상기 두 개의 피스톤을 잇는 가상의 직선과 수직한 두 개의 제1벽면과 상기 두 개의 제1벽면의 양 끝단을 잇는 제2벽면을 포함하는 자기냉각시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 제1벽면의 중앙에는 상기 각각의 제1벽면에서 이웃하는 피스톤을 향하여 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 열전달유체의 유속을 소정시간 멈출 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 홈은, 상기 돌기의 중심점과 상기 회전판의 회전 중심축 사이의 거리(R) 및 상기 돌기의 반경(r)을 합한 직선 거리를 반지름으로 하는 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 홈은, 상기 돌기의 중심점과 상기 회전판의 회전 중심축 사이의 거리(R) 및 상기 돌기의 반경(r)을 합한 직선 거리보다 소정 거리 더 긴 직선을 반지름으로 하는 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 열전달유체의 유속이 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 슬릿의 양 끝단은 상기 슬릿의 중심부에서 멀어질수록 폭이 점점 넓어지는 테이퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 열전달유체의 유속을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 펌프는, 상기 각각의 피스톤이 움직이는 공간을 제공하는 실린더와, 상기 실린더를 고정시키는 실린더지지부와, 상기 실린더지지부에 구비되고 상기 동력전달부의 이동을 가이드하는 가이드바를 더 포함하는 자기냉각시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 가이드바는 상기 각각의 피스톤을 잇는 가상의 직선과 평행하게 구비되고, 적어도 두 개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 안정적인 동력전달부 이동을 가능하게 한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기가 상기 홈과 접촉하는 동안, 상기 자기장인가부에 의해 인가되는 자기장의 크기가 변화되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 멈춰있는 열전달유체에 자기장 변화를 유도함으로써 열전달유체의 온도 변화를 극대화시킨다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기가 상기 테이퍼부와 접촉하는 동안, 상기 자기장인가부에 의해 인가되는 자기장의 크기가 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 자기장의 크기가 변화하지 않을 때에도 유속을 일정하게 조절하여 펌프의 안정적인 구동이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기가 상기 테이퍼부와 접촉하는 동안, 상기 자기장인가부에 의해 인가되는 자기장의 크기가 변화되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템을 제공하며, 유속이 일정할 때 자기장의 크기를 변화시켜 열전달유체의 온도 변화 효율을 높인다.

본 발명의 일 실시예는, 왕복 직선 운동이 가능한 펌프를 제공하며 에너지 효율이 높은 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 자기장의 변화량이 발생하는 시간 동안 열전달유체의 유속을 0에 가깝게 유지하는 자기냉각시스템을 제공하며, 자기장

또한, 본 발명의 일 실시예는, 열전달유체의 유속이 급격하게 변화하는 것을 방지하여 펌프의 누수 방지, 압력 증가 방지 및 소음을 줄일 수 있는 자기냉각시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 열전달유체의 유속 편차를 줄일 수 있는 자기냉각시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

도 1은 종래의 자기냉각시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 제1상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 자기냉각시스템의 제2상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 자기장인가부의 작동 원리를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 구조가 도시된 도면이다.
도 6은 도 5의 펌프에서 회전판이 소정각도 회전된 모습을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전판, 돌기 및 슬릿을 좌표 위에 표시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿에 홈이 더 구비된 것을 도시한 것이다.
도 10은 도 8과 도 9의 구조에 따라 열전달유체의 유속과 동력전달부의 변위를 그래프로 도시한 것이다.
도 11은 도 9의 홈보다 곡률이 더 큰 홈을 도시한 것이다.
도 12는 도 11에 따른 열전달유체의 유속과 동력전달부의 변위를 그래프로 도시한 것이다.
도 13은 슬릿의 끝단부가 테이퍼 처리가 된 것을 도시한 것이다.
도 14는 도 13의 구조에 의해 열전달유체의 유속이 변화된 모습을 나타낸 것이다.

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.

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.

도 2는 본 발명에 따른 자기 냉각 시스템의 제1상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 자기 냉각 시스템의 제2상태를 나타내는 도면이다.

구체적으로, 도 2는 펌프의 구동에 의해 열전달유체가 자기냉각시스템을 특정 방향(시계방향)으로 순환하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 3은 펌프의 구동에 의해 열전달유체가 자기냉각시스템을 도 2와 반대 방향으로(반시계방향)으로 순환하는 모습을 나타내는 도면이다.

설명의 편의를 위하여, 이하에서, 자기장의 인가는 "착자"를 의미하고 자기장의 소거는 "탈자"라고 정의한다.

도 2 및 3을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 자기 냉각 시스템(10)은 자기열량재료를 구비하는 하나 이상의 자기열교환기(110, 120), 상기 자기열량재료에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부(210, 220), 상기 자기열교환기(110, 120)에 열전달유체를 공급하는 펌프(500), 상기 자기열량재료로 열을 방출한 열전달유체가 안내되는 저온열교환부(310, 320), 상기 자기열량재료로부터 열을 흡수한 열전달유체가 안내되는 고온열교환부(410, 420)를 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 자기열교환기(110, 120)는 열전달유체가 통과하도록 형성될 수 있다. 열전달유체가 상기 자기열교환기(110, 120)를 통과하는 과정에서 상기 열전달유체는 상기 자기열교환기 내에 배치되는 자기열량재료와 열교환할 수 있다. 상기 자기열량재료는 자기장의 인가 또는 소거에 따라 발열반응 또는 흡열반응을 하는 강자성체를 나타낼 수 있다.

구체적으로, 상기 하나 이상의 자기열교환기(110, 120)는 제1자기열교환기(110) 및 제2자기열교환기(120)를 포함한다. 상기 제1자기열교환기(110)와 제2자기열교환기(120)는 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서 상기 제1자기열교환기(110)와 제2자기열교환기(120)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1자기열교환기(110)와 상기 제2자기열교환기(120)에는 후술할 자기장 인가부(210, 220)에 의해 자기장이 인가되거나, 자기장이 소거될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1자기열교환기(110)와 상기 제2자기열교환기(120)에 동시에 자기장이 인가되거나 소거될 수 있다. 이와 달리, 도시된 바와 같이, 제1자기열교환기(110)에 자기장이 인가될 때 제2자기열교환기(120)에는 자기장이 소거되고, 제1자기열교환기(110)에 자기장이 소거될 때 상기 제2자기열교환기(120)에는 자기장이 인가될 수도 있다.

상기 자기장인가부(210, 220)는 상기 자기열량재료에 선택적으로 자기장을 인가하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 자기장인가부(210, 220)는 상기 자기열량재료가 내장된 상기 하나 이상의 자기열교환기(110, 120)의 외측에 배치되어 상기 자기열교환기(110, 120)에 자기장을 선택적으로 인가할 수 있다.

상기 자기장인가부(210, 220)에 의해 상기 하나 이상의 자기열교환기(110, 120)에 자기장이 인가되면 상기 자기열교환기(110, 120) 내에 구비되는 자기열량재료에도 자기장이 인가될 수 있다. 마찬가지로, 상기 자기장인가부(210, 220)에 의해 상기 하나 이상의 자기열교환기(110, 120)에 인가된 자기장이 소거되면 상기 자기열교환기(110, 120) 내에 구비되는 자기열량재료에 인가된 자기장도 소거될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 자기장인가부(210, 220)는 상기 제1자기열교환기(110) 둘레에 배치되는 제1자기장인가부(210) 및 상기 제2자기열교환기(120) 둘레에 배치되는 제2자기장인가부(220)를 포함할 수 있다. 상기 제1자기장인가부(210)와 상기 제2자기장인가부(220)는 서로 반대로 작동될 수 있다.

즉, 상기 제1자기장인가부(210)가 상기 제1자기열교환기(110) 내측을 향해 자기장을 인가할 때, 상기 제2자기장인가부(220)는 상기 제2자기열교환기(120) 내측에 인가된 자기장을 소거할 수 있다. 반대로, 상기 제1자기장인가부(210)가 상기 제1자기열교환기(110)에 인가된 자기장을 소거할 때, 상기 제2자기장인가부(220)는 상기 제2자기열교환기(120)에 자기장을 인가할 수 있다.

상기 자기장인가부(210, 220)는 영구자석 또는 전자석으로 형성될 수 있다. 이러한 자기장인가부(210, 220)의 구조에 대해서는 이하 다른 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 펌프(500)는 상기 하나 이상의 자기열교환기(110, 120)를 향해 열전달유체를 공급하도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 펌프(500)는 실린더(560) 및 상기 실린더(560) 내에서 상기 실린더(560)의 길이방향으로 왕복운동하는 피스톤(520)을 포함할 수 있다. 상기 펌프(500)의 작동에 기초하여 열전달유체는 상기 제1자기열교환기(110) 및 상기 제2자기열교환기(120)를 향해 순방향 또는 역방향으로 공급될 수 있다.

예를 들어, 상기 피스톤(520)이 상기 실린더(560)의 길이방향 일측으로 움직일 때, 열전달유체는 상기 제1자기열교환기(110) 및 상기 제2자기열교환기(120)를 순차적으로 통과할 수 있다. 이와 달리, 상기 피스톤(520)이 상기 실린더(560)의 길이방향 타측으로 움직일 때, 열전달유체는 상기 제2자기열교환기(120) 및 상기 제1자기열교환기(110)를 순차적으로 통과할 수 있다.

펌프(500)의 작동과 자기장인가부(210, 220)의 작동은 서로 동기화될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(500)가 상기 펌프(500)의 길이방향 일측으로 열전달유체를 공급할 때, 상기 제1자기장인가부(210)는 제1자기열교환기(110)에 자기장을 인가하고 상기 제2자기장인가부(220)는 상기 제2자기열교환기(120)에 인가된 자기장을 소거할 수 있다.

상기 저온열교환부(310, 320)는 자기열량재료로 열을 방출하여 냉각된 열전달유체가 안내되도록 배치될 수 있다. 상기 저온열교환부(310, 320)는 상기 제1자기열교환기(110) 및 상기 제2자기열교환기(120) 사이에 배치될 수 있다.

구체적으로, 상기 저온열교환부(310, 320)는 제1저온열교환부(310) 및 제2저온열교환부(320)를 포함할 수 있다. 상기 제1저온열교환부(310)와 상기 제2저온열교환부(320)는 서로 병렬로 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(500)의 작동에 기초하여 상기 제1 자기장 인가부(210)가 제1자기열교환기(110)에 인가된 자기장을 소거하면, 상기 제1자기열교환기(110) 내의 자기열량재료는 흡열반응을 한다. 이때, 상기 제1자기열교환기(110)를 통과하는 열전달유체는 상기 자기열량재료와 열교환을 통해 냉각될 수 있다.

제1자기열교환기(110)를 통해 냉각된 열전달유체는 상기 제1저온열교환부(310)로 전달될 수 있다. 상기 제1저온열교환부(310)에서 상기 열전달유체의 냉열은 냉열의 사용처에 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1저온열교환부(310)의 일측에 팬이 구비될 수 있다. 이때, 상기 팬의 구동에 의해 상기 제1저온열교환부(310)를 통과하는 열전달유체와 공기가 열교환할 수 있다. 상기 열전달유체와의 열교환을 통해 냉각된 공기는 냉열의 사용처로 공급될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 펌프(500)의 작동에 기초하여 상기 제2자기장인가부(220)가 제2자기열교환기(120)에 인가된 자기장을 소거하면, 상기 제2자기열교환기(120) 내의 자기열량재료는 흡열반응을 한다. 이때, 상기 제2자기열교환기(120)를 통과하는 열전달유체는 상기 자기열량재료와 열교환을 통해 냉각될 수 있다.

제2자기열교환기(120)를 통해 냉각된 열전달유체는 상기 제1저온열교환부(320)로 전달될 수 있다. 상기 제2저온열교환부(320)에서 상기 열전달유체의 냉열은 냉열의 사용처에 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2저온열교환부(320)의 일측에 팬이 구비될 수 있다. 이때, 상기 팬의 구동에 의해 상기 제2저온열교환부(320)를 통과하는 열전달유체와 공기가 열교환할 수 있다. 상기 열전달유체와의 열교환을 통해 냉각된 공기는 냉열의 사용처로 공급될 수 있다.

상기 고온열교환부(410, 420)는 상기 자기열량재료로부터 열을 흡수하여 가열된 열전달유체가 안내되도록 배치될 수 있다. 상기 고온열교환부(410, 420)는 상기 펌프(500)의 일단부와 상기 제1자기열교환기(110) 사이 및 상기 펌프(500)의 타단부와 상기 제2자기열교환기(120) 사이에 배치될 수 있다.

구체적으로, 상기 고온열교환부(410, 420)는 제1고온열교환부(410) 및 제2고온열교환부(420)를 포함할 수 있다. 상기 제2고온열교환부(420)는 상기 펌프(500)의 일단부와 상기 제1자기열교환기(110) 사이에 배치되고, 상기 제1고온열교환부(410)는 상기 펌프(500)의 타단부와 상기 제1자기열교환기(110) 사이에 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(500)의 작동에 기초하여 상기 제2자기장인가부(220)가 제2자기열교환기(120)에 자기장을 인가하면, 상기 제2자기열교환기(120) 내의 자기열량재료는 발열반응을 한다. 이때, 상기 제2자기열교환기(120)를 통과하는 열전달유체는 상기 자기열량재료와 열교환을 통해 가열될 수 있다.

제2자기열교환기(110)를 통해 가열된 열전달유체는 상기 제1고온열교환부(410)로 전달될 수 있다. 상기 제1고온열교환부(410)에서 상기 열전달유체의 온열은 온열의 사용처에 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1고온열교환부(410)의 일측에 팬이 구비될 수 있다. 이때, 상기 팬의 구동에 의해 상기 제1고온열교환부(410)를 통과하는 열전달유체와 공기가 열교환할 수 있다. 이때, 가열된 공기는 온열의 사용처로 공급될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 펌프(500)의 작동에 기초하여 상기 제1자기장인가부(210)가 제1자기열교환기(110)에 자기장을 인가하면, 상기 제2자기열교환기(110) 내의 자기열량재료는 발열반응을 한다. 이때, 상기 제1자기열교환기(110)를 통과하는 열전달유체는 상기 자기열량재료와 열교환을 통해 가열될 수 있다.

제1자기열교환기(110)를 통해 가열된 열전달유체는 상기 제2고온열교환부(420)로 전달될 수 있다. 상기 제2고온열교환부(420)에서 상기 열전달유체의 온열은 온열의 사용처에 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2거온열교환부(420)의 일측에 팬이 구비될 수 있다. 이때, 상기 팬의 구동에 의해 상기 제2고온열교환부(420)를 통과하는 열전달유체와 공기가 열교환할 수 있다. 이때, 가열된 공기는 온열의 사용처로 공급될 수 있다.

상기 펌프(500)와 상기 제1자기열교환기(110)는 제1유로(L1) 및 제2유로(L2)를 통해 연결될 수 있다. 상기 제1유로(L1) 및 상기 제2유로(L2)는 병렬로 배치될 수 있다.

상기 제1유로(L1)에는 상기 펌프(500)로부터 상기 제1자기열교환기(110)를 향하는 방향으로 형성된 제1체크밸브(601)가 구비될 수 있다. 상기 제2유로(L2)에는 상기 제1자기열교환기(110)로부터 상기 펌프(500)를 향하는 방향으로 형성된 제2체크밸브(602)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2유로(L2)에는 전술한 제2고온열교환부(420)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2유로(L2)는 상기 제2고온열교환부(420)를 통과할 수 있다.

상기 제1자기열교환기(110)와 상기 제2자기열교환기(120)는 제3유로(L3) 및 제4유로(L4)를 통해 연결될 수 있다. 상기 제3유로L3) 및 상기 제4유로(L4)는 병렬로 배치될 수 있다.

상기 제3유로(L3)에는 상기 제1자기열교환기(110)로부터 상기 제2자기열교환기(120)를 향하는 방향으로 형성된 제3체크밸브(603) 및 전술한 제1저온열교환부(310)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 제3유로(L3)는 상기 제1저온열교환부(310)를 통과할 수 있다. 상기 제4유로(L4)에는 상기 제2자기열교환기(120)로부터 상기 제1자기열교환기(110)를 향하는 방향으로 형성된 제4체크밸브(504) 및 전술한 제2저온열교환부(320)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 제4유로(L4)는 상기 제2저온열교환부(320)를 통과할 수 있다.

상기 제2자기열교환기(120)와 상기 펌프(500)는 제5유로(L5) 및 제6유로(L6)를 통해 연결될 수 있다. 상기 제5유로(L5) 및 상기 제6유로(L6)는 서로 병렬로 배치될 수 있다.

상기 제5유로(L5)에는 상기 제2자기열교환기(120)로부터 상기 펌프(500)를 향하는 방향으로 형성된 제5체크밸브(605) 및 전술한 제1고온열교환부(410)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 제5유로(L5)는 상기 제1고온열교환부(410)를 통과할 수 있다. 상기 제6유로(L6)에는 상기 펌프(500)로부터 상기 제2자기열교환기(120)를 향하는 방향으로 형성된 제6체크밸브(606)가 구비될 수 있다.

이하, 펌프(500) 작동에 기초한 열전달유체의 순환 과정에 대하여 설명한다.

우선, 도 2를 참조하면, 펌프(500) 내의 피스톤(560)이 실린더(520)의 일단부로 움직이면, 열전달유체는 제1유로(L1)를 통해 제1자기열교환기(110)로 유동한다. 이때, 상기 제1자기장인가부(210)에 의해 상기 제1자기열교환기(110)에 인가된 자기장은 소거되고, 상기 제1자기열교환기(110)를 통과하는 열전달유체는 냉각된다. 냉각된 열전달유체는 제3유로(L3)를 통해 제1저온열교환부(310)로 유동하여 냉열을 방출한 후에 제2자기열교환기(120)로 안내된다. 이때, 상기 제2자기장인가부(220)에 의해 상기 제2자기열교환기(120)에 자기장이 인가되고, 상기 제2자기열교환기(120)를 통과하는 열전달유체는 가열된다. 가열된 열전달유체는 제5유로(L5)를 통해 제1고온열교환부(410)로 유동하여 온열을 방출한 후에 펌프(500)로 안내될 수 있다.

도 2와 같은 상황에서, 일방향으로만 유체가 흐르도록 하는 체크밸브의 특성상, 제2체크밸브(602), 제4체크밸브(604) 및 제6체크밸브(606)로는 열전달유체가 흐르지 않는다.

한편, 제1자기열교환기(110) 내부에는 제1유로(L1)와 제2유로(L2)가 하나의 유로를 형성할 수 있다. 또한 제2자기열교환기(120) 내부에는 제5유로(L5)와 제6유로(L6)가 하나의 유로를 형성할 수 있다. 불필요한 관을 중복하여 구비될 필요도 없기 때문이다. 또한 제1자기열교환기(110)와 제2자기열교환기(120)를 둘러싸는 제1자기장인가부(210)와 제2자기장인가부(220)로부터 자기장의 변화로 인한 온도 변화를 극대화하기 위해 관이 제1자기열교환기(110)와 제2자기열교환기(120)의 중앙에 위치할 필요가 있다. 따라서 제1유로(L1)와 제2유로(L2), 제5유로(L5)와 제6유로(L6)가 하나의 유로로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 3을 참조하면, 펌프(500) 내의 피스톤(560)이 실린더(520)의 타단부로 움직이면, 열전달유체는 제6유로(L6)를 통해 제2자기열교환기(120)로 유동한다. 이때, 상기 제2자기장인가부(210)에 의해 상기 제2자기열교환기(120)에 인가된 자기장은 소거되고, 상기 제2자기열교환기(120)를 통과하는 열전달유체는 냉각된다. 냉각된 열전달유체는 제4유로(L4)를 통해 제2저온열교환부(320)로 유동하여 냉열을 방출한 후에 제1자기열교환기(110)로 안내된다. 이때, 상기 제1자기장인가부(210)에 의해 상기 제1자기열교환기(110)에 자기장이 인가되고, 상기 제1자기열교환기(110)를 통과하는 열전달유체는 가열된다. 가열된 열전달유체는 제2유로(L2)를 통해 제2고온열교환부(420)로 유동하여 온열을 방출한 후에 펌프(500)로 안내될 수 있다.

도 3의 경우, 일방향으로만 유체가 흐르도록 하는 체크밸브의 특성상, 제1체크밸브(602), 제3체크밸브(604) 및 제5체크밸브(606)로는 열전달유체가 흐르지 않는다.

상기와 같이, 펌프(500)의 작동에 기초하여 열전달유체가 도 2 및 도 3에 도시된 화살표를 따라서 점진적으로 시계방향 및 반시계방향으로 순환할 수 있다. 즉, 실린더(560)의 길이방향 일 단부를 향하는 피스톤(520)의 움직임은 기설정된 길이와 피스톤의 단면적 넓이를 곱한 만큼의 부피에 해당하는 열전달유체를 시계방향으로 유동시킨다. 또한, 실린더(520)의 길이방향 타 단부를 향하는 피스톤(520)의 움직임은 기설정된 길이와 피스톤의 단면적 넓이를 곱한 만큼의 부피에 해당하는 열전달유체를 반시계방향으로 유동시킨다. 이러한 피스톤(500)의 왕복운동에 의해, 열전달유체가 자기 냉각 시스템(10)을 시계방향 및 반시계방향으로 계속적으로 순환할 수 있다.

이하, 다른 도면을 참조하여, 전술한 자기장 인가부(210. 220)의 구조에 대하여 설명한다.

도 4는 자기장 인가부의 작동 원리를 나타내는 도면이다.

전술한 제1자기장인가부(210)와 제2자기장인가부(220)는 서로 동일한 형태로 형성될 수 있다. 다만, 제1자기장인가부(210)가 제1자기열교환기(110)에 자기장을 인가 또는 소거할 때, 상기 제2자기장인가부(220)는 상기 제2자기열교환기(120)에 자기장을 소거 또는 인가할 수 있다.

설명의 편의를 위하여, 제1자기장인가부(210)를 기준으로 설명한다.

제1자기장인가부(210)는 영구자석으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1자기장인가부(210)는 상기 제1자기열교환기(110) 둘레에 배치되는 회전 자석(211) 및 상기 회전 자석(211) 둘레에 배치되는 고정 자석(212)을 포함할 수 있다. 상기 회전 자석(211) 및 상기 고정 자석(212)은 모두 영구자석 어레이로 형성될 수 있다.

상기 회전 자석(211)은 도시되지 않은 모터에 의해 회전될 수 있다. 상기 회전 자석(211)의 회전구동은 전술한 펌프(500)의 작동과 동기화될 수 있다.

도 4에 표시된 화살표는 자기력선의 방향을 나타낸다. 즉, 상기 회전 자석(211)의 자기력선의 방향과 상기 고정 자석(212)의 자기력선의 방향이 일치하면 상기 제1자기열교환기(110)에 자기장이 인가(착자)될 수 있다. 반대로, 상기 회전 자석(211)의 자기력선의 방향과 상기 고정 자석(212)의 자기력선의 방향이 반대로 되면, 상기 제1자기열교환기(110)에 자기장이 소거(탈자)될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 회전 자석(211)의 회전에 기초하여, 제1자기열교환기(110)에 대한 자기장의 인가 및 소거가 반복될 수 있다.

제2자기장인가부(220) 역시 전술한 제1자기장인가부(210)와 동일한 형태로 형성될 수 있다. 다만, 제2자기장인가부(220)에 의한 착자 및 탈자는 상기 제1자기장인가부(210)와 반대로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1자기장 인가부(210)가 착자 또는 탈자될 때 상기 제2자기장인가부(220)는 탈자 또는 착자될 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 14를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(500) 구조를 설명하도록 한다.

도 5는 도 2와 도 3에서 간략하게 도시되었던 펌프(500) 구조를 상세하게 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(500)는 펌프(500)의 중심부에 위치하는 동력전달부(530), 상기 동력전달부(530)의 양단에 구비되는 피스톤(510a, 510b), 상기 동력전달부(530)와 상기 피스톤(510a, 510b)를 연결시키는 연결부(550a, 550b), 상기 피스톤(510a, 510b)이 이동할 수 있는 공간을 제공하는 실린더(560a, 560b), 상기 실린더(560a, 560b)를 지지하는 실린더지지부(570a, 570b), 상기 제1실린더지지부(570a)와 제2실린더지지부(570b)를 연결하고 동력전달부(530)이 이동하는 가이드 역할을 하는 가이드바(580) 및 상기 동력전달부(530)에 동력을 전달하는 동력부(590)로 구성된다.

동력전달부(530)는 동력부(590)의 일부 구성인 돌기(593)가 삽입될 수 있는 슬릿(540)을 포함한다. 동력부(590)는 동력부본체(591)와 동력부본체(591) 상에 회전 가능하게 구비되는 회전판(592)으로 구성된다.

회전판(592)은 원 형태를 가지며, 회전판(592)의 회전 중심축으로부터 소정거리 이격된 위치에 돌기(593)가 돌출되어 구비된다. 즉, 회전판(592)이 회전하면 돌기(593) 또한 회전판(592) 위에서 회전 운동을 한다.

돌기(593)는 슬릿(540)에 삽입된 상태에서 회전하며, 동력부(590)는 고정된 상태에서 회전판(592)만 회전하기 때문에 돌기(593)의 움직임에 따라 동력전달부(530)가 움직인다.

슬릿(540)은 가늘고 긴 막대 형상을 가진다. 구체적으로 슬릿(540)의 가로 길이는 세로 길이보다 짧게 구비된다. 슬릿(540)의 세로 길이는 회전판(592)의 중심부터 돌기(593)와 가장 멀리 떨어진 지점까지의 거리의 두배와 같거나 길게 구비되는 것이 바람직하다. 돌기(593)가 회전판(592)에 의해 영구적인 회전운동을 함과 동시에 슬릿(540) 내부에서 이동할 수 있는 공간을 확보할 수 있는 최소 거리에 해당한다.

슬릿(540)의 세로 길이는 돌기(593)의 지름과 같거나 길게 구비된다. 불필요한 에너지의 낭비를 방지하기 위해 본 발명의 일 실시예의 경우, 돌기(593)의 지름과 슬릿(540)의 세로 길이는 거의 같도록 구비된다. 다만 돌기(593)가 슬릿(540) 내부에서 유연하게 움직일 수 있도록 최소한의 공차가 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예의 경우, 돌기(593)는 원기둥 형상을 가진다. 회전판(592)에 구비되되 회전 가능하도록 구비되는 것이 바람직하다. 돌기(593)가 회전가능하게 구비되지 않으면 돌기(593)와 슬릿(540) 사이에 돌기(593)가 회전 가능할 때보다 더 큰 마찰이 발생하기 때문이다. 이 때 돌기(593)의 옆면은 마찰력이 큰 소재로 구성될 수 있다. 회전판(592)이 회전할 때, 돌기(593)의 옆면과 슬릿(540)의 벽면 사이에 마찰력이 크게 작용하는 것이 좋다. 차 바퀴가 굴러가듯이 돌기(593) 또한 슬릿(540)의 벽면에서 구를 수 있기 때문이다.

회전판(592)의 회전에 의해 돌기(593)와 동력전달부(530)에 구비된 슬릿(540)의 상호작용을 살펴보았다. 돌기(593)와 슬릿(540) 벽면 사이의 마찰 덕분에 동력전달부(530)에 움직임이 전달된다.

하지만 본 발명의 일 실시예는 피스톤(510a, 510b)의 직선 왕복 운동을 구현하여야 하므로, 피스톤과 연결된 동력전달부(530)가 직선 운동만 가능하도록 추가 구성이 더 필요하다.

도 5를 살펴보면, 실린더(560a, 560b)를 고정시키는 실린더지지부(570a, 570b)가 구비되고, 제1실린더지지부(570a)와 제2실린더지지부(570b)는 긴 막대 형상을 가지는 가이드바(580)로 연결되어 있다.

가이드바(580)는 제1피스톤(510a)과 제2피스톤(510b)를 잇는 가상의 직선과 평행하게 구비된다. 동력전달부(530)는 상기 가이드바(580)와 연결되며, 가이드바(580)를 따라서 좌우 직선 운동을 할 수 있다. 즉, 회전판(592)의 회전으로 동력전달부(530)에 에너지가 전달되더라도 가이드바(580)를 따라 좌우 직선 운동만 가능하다.

가이드바(580)는 마찰이 매우 작은 소재로 구비되는 것이 바람직하다.

가이드바(580)는 2개 이상 구비될 수도 있다. 동력전달부(530)의 안정적인 좌우 직선 운동을 위해 동력전달부(530)의 상하방향 끝단에 가이드바(580)가 관통하게 구비될 수 있다.

상기 가이드바(580) 구조를 통해 동력전달부(530)는 직선 범위 내에서만 움직임이 구현된다. 즉, 동력전달부(530)에 연결된 피스톤(510a, 510b) 또한 직선 운동만 가능하다.

한편, 슬릿(540)은 세로 방향 길이로 형성된 두 개의 제1벽면(541, 도 7)과 상기 두 개의 제1벽면들(541)의 양 끝단을 잇는 두 개의 제2벽면(542, 도 7)으로 구성된다. 제1벽면(541)의 길이는 제2벽면(542)의 길이보다 길다.

또한 제1벽면(541)은 상기 제1피스톤(510a)과 제2피스톤(510b)를 잇는 가상의 직선과 수직을 이룬다. 즉, 두 개의 피스톤을 잇는 가상의 선과 슬릿(540)은 십자가 형태를 이룬다.

도 5는 제1피스톤(510a)의 끝단과 제1실린더(560a)의 끝단 사이의 거리가 제2피스톤(510b)의 끝단과 제2실린더(560b)의 끝단 사이의 거리와 동일할 때를 도시한 것이다. 즉, 동력전달부(530)는 동력부본체(591)의 중간 지점에 위치한 상태이다. 또한 회전판(592)의 중심과 돌기(593)를 잇는 직선은 회전판(592)의 중심과 각각의 피스톤(510a, 510b)를 잇는 직선과 수직 관계에 있다.

도 5에서 회전판(592)이 시계 반대 방향으로 90도 더 회전하면 도 6과 같이 동력전달부(530)가 왼쪽으로 소정거리 이동한다. 돌기(593)가 제1벽면(541)을 왼쪽으로 밀어내면서 동력전달부(530)가 왼쪽으로 이동하며, 동력전달부(530)와 연결된 피스톤(510a, 510b)이 전체적으로 왼쪽으로 이동한다.

도 6에 따른 본 발명의 일 실시예의 경우, 제1피스톤(510a)의 중심점, 제2피스톤(510b)의 중심점 및 돌기(593)가 가상의 한 평면상에 구비되는 경우, 제1피스톤(510a)의 끝단과 제1실린더(560a)의 내부 끝단은 서로 가장 가까운 거리를 유지하거나 서로 접촉한다. 이 때 제2피스톤(510b)의 끝단과 제2실린더(560b)의 내부 끝단 사이의 거리는 최대가 된다.

만약 도 6과 같은 상태에서 회전판(592)이 시계 반대방향 또는 시계 방향으로 180도 이동하게 되면, 제1피스톤(510a)의 끝단과 제1실린더(560a)의 내부 끝단 사이의 거리는 최대가 될 것이다.

회전판(592)은 시계 방향 반시계 방향 모두 회전 가능하다. 회전판(592)의 회전을 통해 동력전달부(530) 및 피스톤(510a, 510b)은 직선 왕복운동이 가능하다. 즉, 도 2 및 도 3에서 열전달유체가 시계방향 및 반시계방향을 교번적으로 유동하는 메커니즘을 도 5 및 도 6에서 도시된 펌프(500) 구조를 통해 구현할 수 있다.

자기장인가부(210, 220)에서 발생하는 자기장의 변화가 열전달유체에 가장 효율적으로 미치도록 하는 것이 본 발명의 목적 중 하나이다. 도 7 내지 도 14에서는 상기 목적을 달성하기 위해 동력전달부(530)에 구비된 슬릿(540)의 구조적인 특징에 대하여 상세히 살펴보도록 한다.

도 7은 도 5의 동력전달부(530), 회전판(592), 돌기(593) 및 슬릿(540)을 펌프의 위에서 바라본 도면이다. 추후 소개될 도 8, 도 9, 도 11 및 도 13의 경우, 도 7을 기반으로 상기 구성들을 좌표 평면에 나타낸 것이다.

도 8은 도 7에서 회전판(592)이 시계 방향으로 60도 가량 회전하였을 때를 좌표로 도시한 것이다. (0, 0) 좌표는 회전판(592)의 중심으로 정한다. 회전판(592)의 중심과 돌기(593)의 중심 사이의 거리는 R로 정의하고, 돌기(593)의 반지름은 r로 정의한다. 예를들어, 도 8에서 회전판(592)이 시계 방향으로 30도 가량 더 회전하면, 회전판(592)의 중심과 슬릿(540) 중 오른쪽 제1벽면(541) 사이의 거리는 R+r이 될 것이다.

도 8과 같은 경우, 회전판(592)의 회전에 따라 열전달유체의 유속과 동력전달부(530)의 변위는 사인(sin) 그래프를 그리게 된다. 이는 도 10에 나타나 있으나 추후 도 9와 비교하여 설명하도록 한다.

유속이 사인 그래프 형태를 띄는 것은, 펌프(500)의 압력이 일정하지 않다는 의미이다. 펌프(500)의 압력이 일정하지 않으면 소음이 발생할 수 있으며, 유속이 일정하지 않기 때문에 자기장인가부에 의해 가변되는 자기장의 영향을 열전달유체가 온전히 받을 수 없게 된다.

따라서 자기장인가부에서 인가되는 자기장이 가변될 때, 펌프(500)의 압력이 일정하게 유지되거나 펌프(500)의 압력이 자기장이 가변되는 시간동안 0에 가까워지는 방안이 요구된다.

상기 방안을 충족시키기 위해 제1벽면(541)의 중앙부에는 홈(543)이 구비될 수 있다. 제1벽면(541)에 파인 홈(543) 구조에 돌기(593)가 삽입되므로 인해 동력전달부(530)의 움직임이 멈추는 원리를 이용한다.

도 9에 따른 본 발명의 일 실시예의 경우, 제1벽면(541)의 중앙부는 곡률을 가지는 홈(543)을 구비할 수 있다. 자기장이 가변될 동안 펌프(500)의 압력을 일정하게 유지하거나 펌프의 압력을 0에 가깝게 유지할 수 있다. 도 9의 경우, 홈(543)의 곡률 반지름 값이 R+r에 해당한다. 곡률 반지름 값이 R+r보다 좀 더 크게 구비될 수도 있으나 R+r일 때보다 효율성이 떨어질 것이다.

도 9와 같이 홈(543)의 곡률 반지름이 R+r인 경우, 회전판(592)의 회전 할 때 돌기(593)가 홈(543)과 접촉이 시작되는 순간부터 동력전달부(530)는 이동을 멈추게 된다.

도 9에서 표시된 점선 형태의 돌기(593)의 움직임에서 알 수 있는 것처럼, 회전판(592)의 회전에 따라 돌기(593)가 x축 위에 위치할 때에도(제1피스톤의 중심, 제2피스톤의 중심 및 돌기(593)의 중심이 모두 가상의 한 평면상에 위치하는 지점), 회전판(592)의 중심으로부터 돌기(593)의 가장 먼 지점까지의 거리(R+r)를 수용할 수 있는 범위만큼 홈(543)이 파여 있다.

즉, 돌기(593)가 홈(543)과의 접촉이 끝날 때까지 동력전달부(530)는 이동을 하지 않는다. 실제로 소정의 공차로 인해 돌기(593)가 홈(543)을 밀어내는 경우도 있지만 그 영향이 매우 미미하다.

도 10은 도 8과 도 9로부터 도출될 수 있는 열전달유체의 유속과 동력전달부(530)의 변위를 좌표 평면에 나타낸 것이다. 기존 범위 및 기존 유속을 나타낸 그래프가 도 8의 실시예에 해당하며, New 변위 및 New 유속은 도 9의 실시예에 해당한다.

사인(sin) 곡선을 그리는 도 8의 변위 및 유속과 달리, 도 9를 나타낸 그래프는 가로축과 평행한 직선 구간이 존재한다. New 변위(동력전달부의 변위)에 해당하는 세모를 포함하는 그래프를 살펴보면, 동력전달부(530)의 변위 x가 회전판(592)이 회전함에 따라(가로축 각도 변화) 변화하지 않는 구간이 존재한다. 마찬가지로 New 유속(열전달유체의 유속)에 해당하는 그래프를 살펴보면, 열전달유체의 유속이 0에 가까운 것을 알 수 있다.

열전달유체의 유속이 0에 가깝게 유지될 때, 자기장인가부(210, 220)에서 인가되는 자기장이 가변된다. 자기장이 가변될 때 열전달유체가 흐르는 경우, 자기장이 가변될 때 발생하는 흡열 및 발열 반응의 영향을 덜 받게 된다.

즉, 열전달유체의 유속을 0에 가깝게 소정시간 유지시킴으로써 열전달유체의 냉각 효율이 기존에 비해 높아진다.

도 11은 도 9에 표시된 홈(543)보다 곡률 반지름이 소정거리 더 긴 홈이 도시되어 있다. 도 10에서 도 9의 홈(543)에 의해 발생하는 New 유속 그래프를 살펴보면, 유속이 0인 지점에서 급격히 유속이 변화하는 구간이 존재한다. 유속이 급격하게 변화하면 실린더 내부의 압력이 순간적으로 높아지게 되며, 그에 따라 내부 부품이 손상되거나 소음이 발생하는 문제점이 발생한다.

상기 문제점을 해소하기 위해, 도 11에 따른 실시예의 경우, 홈(543)의 곡률 반지름은 R+r보다 소정거리 더 길게 구비된다. 즉, 도 9의 홈보다 덜 파인 형태라고 할 수 있다. 대신 돌기(593)가 홈(543)가 접촉할 때 동력전달부(530)는 계속해서 움직이게 되므로 유속이 발생한다. 하지만, 홈(543)이 없는 경우에 비해서 유속이 많이 감소한 상태이기 때문에 자기냉동 효율이 더 높은 효과는 여전히 유지된다.

정리하면, 압력의 급격한 변화를 방지하여 소음을 방지하는 효과와 홈(543)이 없을 때에 비해 자기냉동의 효율이 더 높아지는 효과를 모두 가질 수 있다.

도 12는 도 11에서 도출되는 열전달유체의 유속을 나타낸 것이다. 도 12의 그래프에서 기존 유속은 도 8의 유속을 나타내며 New 유속은 도 9의 유속을 나타낸 것이고 화살표가 표시된 점선은 도 11의 유속을 나타낸 것이다. 도 8의 유속에 비해 특정 구간의 유속을 줄임과 동시에 도 9의 그래프에서 발생하는 압력의 급격한 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 10이나 도 12를 살펴보면 사인 곡선의 극대 극소점이 존재한다. 회전판(592)의 특성상 회전판이 동일한 각속도로 회전을 하여도 동력전달부(530)가 움직이는 속도는 일정하지 않다는 의미이다. 이는 피스톤의 압력이 시시각각 변화한다는 의미와 동일하다.

피스톤의 압력이 시시각각 변화하면 펌프(500) 내부 구성의 피로가 증가하여 수명이 짧아지는 단점이 있다 이를 해결하기 위해 압력의 변화를 최소화하는 방안이 요구된다.

도 13의 경우, 슬릿(540)의 양 끝단은 슬릿의 중심부에서 멀어질수록 폭이 점점 넓어진다. 구체적으로, 각각의 제1벽면(541) 양 끝단부는 중심에서 멀어질수록 서로 멀어지도록 구비된다. 폭이 점점 넓어지는 부분을 '테이퍼부'로 정의한다.

도 13과 같은 구조에서 도출되는 열전달유체의 유속 그래프는 도 14와 같다. 점선으로 표시된 것처럼, 극대 극소점이 사라지고 어느정도 속도가 일정한 구간이 나타난다. 즉, 압력이 일정하게 유지되는 구간이 나타난다.

한편, 도 9, 도 11 및 도 13에서 각각 소개된 슬릿(540)의 특징 중 어느 하나만 적용하거나 2개 이상을 조합할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 특징과 도 13의 특징을 결합하거나, 도 11의 특징과 도 13의 특징을 결합할 수도 있을 것이다.

또한 도 8 내지 도 14에서 도시된 홈(543)은 두 개의 제1벽면(541)에 각각 구비될 수 있다.

정리하면, 돌기(593)가 홈(543)과 접촉할 때, 자기장인가부(210, 220)에서 열전달유체를 향해 인가되는 자기장이 가변된다. 열전달유체의 유속이 작거나 0에 가까울 때 자기장인가부로부터 자기장이 가변되도록 설정하여 자기냉각 효율을 더욱 높인 것이 특징이다.

한편, 돌기(593)가 테이퍼부와 접촉할 때 자기장이 가변되도록 제어할 수도 있다. 열전달유체의 유속이 일정할 때 자기장의 영향을 받도록 하는 실시예이다. 반면 돌기(593)가 테이퍼부와 접촉할 때 자기장이 가변되지 않도록 제어할 수도 있다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10: 자기냉각시스템 110: 제1자기열교환기 120: 제2자기열교환기
210: 제1자기장인가부 220: 제2자기장인가부 310: 제1저온열교환부
320: 제2저온열교환부 410: 제1고온열교환부 420: 제2고온열교환부
500: 펌프 520(a, b): 피스톤
530: 동력전달부 540: 슬릿 541: 제1벽면
542: 제2벽면 543: 홈 544: 테이퍼부
550(a, b): 연결부 560(a, b): 실린더
570(a, b): 하우징지지부 580: 가이드바 590: 동력부
591: 동력부본체 592: 회전판 593: 돌기부
601: 제1체크밸브 602: 제2체크밸브 603: 제3체크밸브

Claims (13)

1. 열전달유체가 통과하도록 형성되고, 상기 열전달유체와 열교환하는 자기열량재료가 내장된 하나 이상의 자기열교환기;
   상기 자기열량재료에 선택적으로 자기장을 인가하거나 제거하는 자기장인가부; 및,
   상기 자기열교환기에 열전달유체를 공급하는 펌프;를 포함하고,
   상기 펌프는,
   동력부의 회전을 통해 동력을 전달받는 동력전달부 및 상기 동력전달부의 양 끝단에 각각 구비되는 피스톤을 포함하고, 상기 동력부의 회전에 의해 상기 동력전달부는 직선왕복운동을 하며,
   상기 동력부는 동력부본체, 상기 동력부본체에 회전 가능하게 구비되는 원형 회전판, 및 상기 회전판에 구비되고, 상기 회전판의 회전 중심축으로부터 소정거리 이격되어 돌출되는 돌기를 포함하고,
   상기 동력전달부는 상기 돌기가 삽입되는 슬릿을 포함하며, 상기 슬릿은 상기 두 개의 피스톤을 잇는 가상의 직선과 수직한 두 개의 제1벽면 및 상기 두 개의 제1벽면의 양 끝단을 잇는 제2벽면을 포함하고,
   상기 제1벽면에는, 상기 각각의 제1벽면에서 이웃하는 피스톤을 향하도록 오목하게 형성되며 기설정된 곡률을 가지는 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 홈은 상기 제1벽면의 중앙부에 구비된 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 홈은, 상기 돌기의 중심점과 상기 회전판의 회전 중심축 사이의 거리(R) 및 상기 돌기의 반경(r)을 합한 직선 거리를 반지름으로 하는 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
7. 제5항에 있어서,
   상기 홈은, 상기 돌기의 중심점과 상기 회전판의 회전 중심축 사이의 거리(R) 및 상기 돌기의 반경(r)을 합한 직선 거리보다 소정 거리 더 긴 직선을 반지름으로 하는 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 슬릿의 양 끝단은 상기 슬릿의 중심부에서 멀어질수록 폭이 점점 넓어지는 테이퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프는,
   상기 각각의 피스톤이 움직이는 공간을 제공하는 실린더;
   상기 실린더를 고정시키는 실린더지지부; 및,
   상기 실린더지지부에 구비되고 상기 동력전달부의 이동을 가이드하는 가이드바;를 더 포함하는 자기냉각시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 가이드바는 상기 각각의 피스톤을 잇는 가상의 직선과 평행하게 구비되고, 적어도 두 개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
11. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기가 상기 홈과 접촉하는 동안, 상기 자기장인가부에 의해 인가되는 자기장의 크기가 변화되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
12. 제8항에 있어서,
    상기 돌기가 상기 테이퍼부와 접촉하는 동안, 상기 자기장인가부에 의해 인가되는 자기장의 크기가 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.
13. 제8항에 있어서,
    상기 돌기가 상기 테이퍼부와 접촉하는 동안, 상기 자기장인가부에 의해 인가되는 자기장의 크기가 변화되는 것을 특징으로 하는 자기냉각시스템.

Images