KR101961122B1

KR101961122B1 - 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치

Info

Publication number: KR101961122B1
Application number: KR1020170112803A
Authority: KR
Inventors: 신승현
Original assignee: 신승현
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2019-03-25
Also published as: KR20190004626A

Abstract

본 발명은 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치에 관한 것으로서, 원통형 본체 상부에 구비되는 모터(10); 모터(10) 하부에 구비된 프로펠러(20); 원통형 중심부가 프로펠러(20) 중심축에 수용되는 마그네트 기어(30); 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형으로 구성된 자기열량 소자(40); 및 자기열량 소자(40)의 일측면 상부 및 하부와 소정거리 이격되도록 수용하고, 그 하부면을 제외한 상부면 및 측면의 관통홀(51)에 의한 통기성 구조로 구성되는 자기열량 열 발생기 유닛(50);을 포함하되, 자기열량 열 발생기 유닛(50)은, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부로 진입하여 자기장이 발생하고, 자기장 발생에 따른 자기열량 효과에 의해 발생한 열이 열 통로(52)를 경유해 HEAT LOAD(53)로 이동하게 하고, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부를 통과하여 자기장이 없어지고, 자기장이 없어짐에 따른 자기열량 효과에 의해 냉각된 열이 통기성 구조의 관통홀(51)을 통해 COLD LOAD(54)로 이동하도록 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 자기열량 열 발생기 유닛에서 발생된 열은 모두 HEAT LOAD로 보내지고, 자기열량 효과로 얻은 냉각된 열은 모두 COLD LOAD로 보내는 구조를 통해 간단하면서도 에너지 효율을 최적화하고, 단일 모터에 프로펠러 및 마그네트 기어를 결합하여 자기열량 소자 회전판을 저속 회전하도록 구성함으로써, 에너지 사용을 최소화하는 효과가 있다.

Description

자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치{COOLING APPARATUS FOR USING A MAGNETO CALORIC EFFECT COOLING FAN}

본 발명은 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 자냉식 쿨링팬을 이용하여 자기열량 열 발생기 유닛에서 발생된 열과 냉각된 열 각각의 통로를 분리하는 구조를 통해 간단하면서도 에너지 효율을 최적화하는 기술에 관한 것이다.

자기 냉각 시스템은 자기장 내에서 자화가 되면 발열을 하고, 자기장 밖으로 이동하여 탈 자화되면 흡열을 하는 자기열량 재료의 특성을 이용한 냉각 시스템으로, 생태학적 및 지속가능한 개발 측면에서 이것이 제공하는 장점들은 널리 알려져 있어, 기존의 공기 또는 냉매 압축 사이클을 이용한 냉각 장치를 대체할 수 있는 새로운 냉각 시스템이다.

일반적인 자기 냉각 장치는 자기열량 재료로 이루어진 자기열량 소자와, 자기열량 재료로부터 자기열량 효과(magneto caloric effect)를 얻기 위한 자기열량열 발생장치와, 자기열량 효과로부터 온도 구배를 형성하기 위한 유체 공급장치와, 형성된 온도 구배를 이용하여 외기의 열을 흡열하거나, 외기로 열을 방열하는 열교환기 등을 포함하여 장치가 매우 복잡하다.

이러한 종래의 자기 냉각 장치는 자성 물질을 포함하는 하나 이상의 자기 재생기가 자석의 내부와 외부를 왕복 운동하거나 회전 운동함으로써, 자기 재생기에 포함된 자성 물질의 온도 변화를 유발하는 방식으로 냉각 기능을 제공하고 있다.

그러나, 종래의 자기 냉각 장치에서는 자성 물질을 포함하는 자기 재생기의 발열을 제거하기 위해 액체 헬륨, 액체 질소, 물 등과 같은 냉매를 이용하여 냉각시키는 압축기, 기화기 등을 구비해야만 하기 때문에, 다양한 제품(예를 들면, 생활가전, 제한된 공간내의 냉각장치, 자동차, 비행기, 우주선 등)에 적용하기 위해 자기 냉각장치의 크기를 소형화시키기 어렵고, 냉매 사용으로 인한 부식이 발생하는 문제점이 있다.

전술한바와 같은 문제점을 개선하기 위해 그 크기를 소형화한 냉각장치 등이 출시된바 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1634293호(2016.07.01.공고), "MCE 소재 및 IMCE 소재를 이용한 자기 냉각 장치" 외에 다수의 기술들 개시된 바 있다.

도 1을 참조하여 선행특허의 냉각 장치에 대해 살피면, 자기장 인가 시 냉각되고 자기장 인가 중단 시 발열되는 IMCE(Inverse-Magnetocaloric Effect) 소재를 포함하는 IMCE 유닛 과, 자기장 인가 시 발열되고 자기장 인가 중단 시 냉각되는 MCE(Magnetocaloric Effect) 소재를 포함하는 MCE 유닛 과, IMCE 유닛 및 MCE 유닛에 자기장을 인가하거나 자기장의 인가를 중단하는 자기장 유닛 과, IMCE 유닛 또는 MCE 유닛에 결합되어 자기장이 인가될 경우 또는 자기장의 인가가 중단될 경우에 따라 MCE 유닛 및 IMCE 유닛을 접촉 또는 분리시키는 구동 유닛 을 포함하여 구성된다.

그러나, 이러한 종래의 냉각 장치의 경우, 자기장 인가 유무에 따라 발열 또는 냉각하는 소재를 별도로 구성해야 하는바, 냉각 장치 구성을 위한 설치비용이 증가하는 문제점이 있다.

등록특허 제10-1634293호

본 발명의 목적은, 자기열량 열 발생기 유닛에서 발생된 열은 모두 HEAT LOAD로 보내지고, 자기열량 효과로 얻은 냉각된 열은 모두 COLD LOAD로 보내는 구조를 통해 간단하면서도 에너지 효율을 최적화하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 목적은, 단일 모터에 프로펠러 및 마그네트 기어를 결합하여 자기열량 소자 회전판을 저속 회전하도록 구성함으로써, 에너지 사용을 최소화하는데 그 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치는, 원통형 본체 상부에 구비되는 모터(10); 모터(10) 하부에 구비된 프로펠러(20); 원통형 중심부가 프로펠러(20) 중심축에 수용되는 마그네트 기어(30); 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형으로 구성된 자기열량 소자(40); 및 자기열량 소자(40)의 일측면 상부 및 하부와 소정거리 이격되도록 수용하고, 그 하부면을 제외한 상부면 및 측면의 관통홀(51)에 의한 통기성 구조로 구성되는 자기열량 열 발생기 유닛(50);을 포함하되, 자기열량 열 발생기 유닛(50)은, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부로 진입하여 자기열량 효과에 의해 발생한 열이 열 통로(52)를 경유해 HEAT LOAD(53)로 이동하게 하고, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부를 통과하여 자기열량 효과에 의해 냉각된 열이 통기성 구조의 관통홀(51)을 통해 COLD LOAD(54)로 이동하도록 구성된다.

또한, 프로펠러(20)는, 모터(10)로부터 인가받은 전원에 의해 구동되어 내부 공기 또는 가스를 순환시키되, 모터(10)와 직접 결합된 제1 회전부(21); 및 제1 회전부(21)의 중심부와 대향되는 날개 외측과 결합되는 제2 회전부(22);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 마그네트 기어(30)는, 원통형 중심부가 상기 프로펠러(20) 중심축에 수용되도록 결합되되, 모터(10) 구동에 따른 회전력을 그 외측에 에둘러져 구성된 자기열량 소자(40)로 전가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 자기열량 소자(40)는, 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형 회전판으로 구성되어 마그네트 기어(30)에 의해 회전하도록 구성되되, 하나 이상의 관통홈(41)에 의한 통기성 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 자기열량 열 발생기 유닛(50)은, 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 관통홀(51)은, 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 자기열량 열 발생기 유닛에서 발생된 열은 모두 HEAT LOAD로 보내지고, 자기열량 효과로 얻은 냉각된 열은 모두 COLD LOAD로 보내는 구조를 통해 간단하면서도 에너지 효율을 최적화하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 단일 모터에 프로펠러 및 마그네트 기어를 결합하여 자기열량 소자 회전판을 저속 회전하도록 구성함으로써, 에너지 사용을 최소화하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 MCE 소재 및 IMCE 소재를 이용한 자기 냉각 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치의 통기성 구조를 갖는 자기열량 소자 및 자지열량 열 발생기 유닛을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치의 자기열량 효과에 따라 발생한 열의 이동 경로를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치의 작동양태를 도시한 순서도.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치(A)는 원통형 본체 상부에 구비되는 모터(10), 모터(10) 하부에 구비된 프로펠러(20), 원통형 중심부가 프로펠러(20) 중심축에 수용되는 마그네트 기어(30), 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형으로 구성된 자기열량 소자(40), 및 자기열량 소자(40)의 일측면 상부 및 하부와 소정거리 이격되도록 수용하는 자기열량 열 발생기 유닛(50)을 포함하여 구성된다.

이하, 도 3의 분해사시도를 참조하여 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치(A)의 세부구성에 대해 살피면 아래와 같다.

구체적으로, 모터(10)는 인가받은 전원에 비례하도록 그 하부에 구비된 프로펠러(20)를 구동시킨다.

또한, 프로펠러(20)는 모터(10)로부터 인가받은 전원에 의해 구동되어 내부 공기 또는 가스를 순환시키되, 모터(10)와 직접 결합된 제1 회전부(21) 및 제1 회전부(21)의 중심부와 대향되는 날개 외측과 결합되는 제2 회전부(22)로 구성된다.

이때, 프로펠러(20)의 제1 회전부(21) 및 제2 회전부(22)는 일체화 되어 구성될 수 있다.

또한, 마그네트 기어(30)는 원통형 중심부가 프로펠러(20) 중심축에 수용되도록 결합되되, 모터(10) 구동에 따른 회전력을 그 외측에 에둘러져 구성된 자기열량 소자(40)로 전가하도록 구성된다.

또한, 자기열량 소자(40)는 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형 회전판으로 구성되어 마그네트 기어(30)에 의해 회전하도록 구성되되, 복수개의 관통홈(41)에 의한 통기성 구조로 구성된다.

그리고, 자기열량 열 발생기 유닛(50)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자기열량 소자(40)의 일측면 상부 및 하부와 소정거리 이격되도록 수용하고, 그 하부면을 제외한 상부면 및 측면이 복수개의 관통홀(51)에 의한 통기성 구조로 구성되되, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부로 진입하여 자기장이 발생하고, 자기장 발생에 따른 자기열량 효과(magneto caloric effect)에 의해 발생한 열이 열 통로(52)를 경유해 HEAT LOAD(53)로 이동하게 하고, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부를 통과하여 자기장이 없어지고, 자기장이 없어짐에 따른 자기열량 효과에 의해 냉각된 열이 통기성 구조의 관통홀(51)을 통해 COLD LOAD(54)로 이동하도록 구성된다.

이때, 자기열량 열 발생기 유닛(50)은 복수개로 구성될 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치(A)는 그 내부 또는 자기열량 열 발생기 유닛(50)의 일측에 온도센서를 구성하여 자기열량 효과에 의해 변화하는 열의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.

정리하면, 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치(A)는 단일개의 모터(10)를 통해 프로펠러(20)를 구동시키고, 그 중심축에 마그네트 기어(30)를 연결하여 자기열량 소자(40)를 저속 회전시킴으로써, 하나 이상의 자기열량 열 발생기 유닛(50)을 통과하여 자기열량 효과(magneto caloric effect)를 얻도록 구성되는 저에너지 고효율 회전형 자기냉각 장치이다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치(A)의 작동양태에 대해 살피면 아래와 같다.

먼저, 모터(10)가 그 하부에 구비된 프로펠러(20)를 구동시킨다(S1).

이어서, 프로펠러(20)가 회전하여 내부 공기 또는 가스를 순환시킨다(S2).

뒤이어, 마그네트 기어(30)가 모터(10) 구동에 따른 회전력을 그 외측에 에둘러져 구성된 자기열량 소자(40)로 전가시킨다(S3).

이어서, 자기열량 소자(40)가 마그네트 기어(30)에 의해 회전한다(S4).

뒤이어, 자기열량 열 발생기 유닛(50)이 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부로 진입하여 자기장이 발생하고, 자기장 발생에 따른 자기열량 효과에 의해 발생한 열이 열 통로(52)를 경유해 HEAT LOAD(53)로 이동하게 한다(S5).

그리고, 자기열량 열 발생기 유닛(50)이 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부를 통과하여 자기장이 없어지고, 자기장이 없어짐에 따른 자기열량 효과에 의해 냉각된 열이 통기성 구조의 관통홀(51)을 통해 COLD LOAD(54)로 이동하게 한다(S6).

전술한 바와 같이 본 발명은, 자기열량 열 발생기 유닛에서 발생된 열은 모두 HEAT LOAD로 보내지고, 자기열량 효과로 얻은 냉각된 열은 모두 COLD LOAD로 보내는 구조를 통해 간단하면서도 에너지 효율을 최적화하는 장점이 있다.

이처럼 간단한 구조를 갖는 본 발명에 따른 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치(A)는 IoT 기술과 접목하여 친환경 고효율 스마트 신선물류 솔루션에 적용될 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

A: 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치
10: 모터
20: 프로펠러 21: 제1 회전부
22: 제2 회전부 30: 마그네트 기어
40: 자기열량 소자 41: 관통홈
50: 자기열량 열 발생기 유닛 51: 관통홀
52: 열 통로 53: HEAT LOAD
54: COLD LOAD

Claims

냉각 장치에 있어서,
원통형 본체 상부에 구비되는 모터(10);
상기 모터(10) 하부에 구비된 프로펠러(20);
원통형 중심부가 상기 프로펠러(20) 중심축에 수용되는 마그네트 기어(30);
상기 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형으로 구성된 자기열량 소자(40); 및
상기 자기열량 소자(40)의 일측면 상부 및 하부와 소정거리 이격되도록 수용하고, 그 하부면을 제외한 상부면 및 측면의 관통홀(51)에 의한 통기성 구조로 구성되는 자기열량 열 발생기 유닛(50);및
상기 자기열량 열 발생기 유닛(50)의 일측에 구비되어 자기열량 효과에 의해 변화하는 열의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하되,
상기 마그네트 기어(30)는,
원통형 중심부가 상기 프로펠러(20) 중심축에 수용되도록 결합되되, 상기 모터(10) 구동에 따른 회전력을 그 외측에 에둘러져 구성된 상기 자기열량 소자(40)로 전가하고,
상기 자기열량 소자(40)는,
상기 마그네트 기어(30)를 에두르도록 원통형 회전판으로 구성되어 마그네트 기어(30)에 의해 회전하도록 구성되되, 하나 이상의 관통홈(41)에 의한 통기성 구조로 구성되며,
상기 자기열량 열 발생기 유닛(50)은,
회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부로 진입하여 자기장이 발생하고, 자기장 발생에 따른 자기열량 효과에 의해 발생한 열이 열 통로(52)를 경유해 HEAT LOAD(53)로 이동하게 하고, 회전중인 자기열량 소자(40)가 수용부를 통과하여 자기장이 없어지고, 자기장이 없어짐에 따른 자기열량 효과에 의해 냉각된 열이 통기성 구조의 관통홀(51)을 통해 COLD LOAD(54)로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로펠러(20)는,
상기 모터(10)로부터 인가받은 전원에 의해 구동되어 내부 공기 또는 가스를 순환시키되,
상기 모터(10)와 직접 결합된 제1 회전부(21); 및
상기 제1 회전부(21)의 중심부와 대향되는 날개 외측과 결합되는 제2 회전
제1항에 있어서,
상기 마그네트 기어(30)는,
원통형 중심부가 상기 프로펠러(20) 중심축에 수용되도록 결합되되,
상기 모터(10) 구동에 따른 회전력을 그 외측에 에둘러져 구성된 상기 자기열량 소자(40)로 전가하는 것을 특징으로 하는 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치.
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제1항에 있어서,
상기 자기열량 열 발생기 유닛(50)은,
하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 관통홀(51)은,
하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자냉식 쿨링팬을 이용한 냉각 장치.