KR102217279B1 - 자기열 물질을 사용하는 가변 히트 펌프 - Google Patents

Abstract

상이한 퀴리 온도 범위를 갖는 MCM의 복수의 스테이지를 사용하는 히트 펌프 시스템이 제공된다. 조정 가능한 유체 유로가 사용되어, 열전달 유체가 흐르는 스테이지의 수가 예를 들면, 소망의 가열 또는 냉각의 양에 따라 달라질 수 있다. 특정 실시예에 있어서, MCM을 활성시키는데 사용된 자기장은 활성되는 MCM의 스테이지의 수가 또한 조정되도록 조작된다. 이러한 특징부 및 다른 특징부는 히트 펌프의 작동 효율을 개선시킬 수 있다.

Description

자기열 물질을 사용하는 가변 히트 펌프{VARIABLE HEAT PUMP USING MAGNETO CALORIC MATERIALS}

본 개시의 요지는 일반적으로, 요구된 열전달의 양에 기초하여 자기열 물질을 가변적으로 이용할 수 있는 히트 펌프에 관한 것이다.

종래의 냉각 기술은, 소망의 온도 변화를 가져오기 위해서, 또는 열 에너지를 하나의 위치로부터 다른 위치로 전달하기 위해서, 순환 방식으로 열을 수용 및 배출하도록 유체 냉매의 압축 및 팽창에 의존하는 히트 펌프를 전형적으로 이용한다. 이 사이클은 예를 들면, 냉동 격실로부터 열을 수용하고, 이러한 열을 격실의 외부인 환경 또는 위치로 배출하는데 사용될 수 있다. 다른 적용은 주거 건물 또는 상업 건물의 공기 조화(가열 또는 냉각)를 포함한다. 이러한 시스템 내의 히트 펌프와 사용될 수 있는 다양한 상이한 유체 냉매가 개발되어 왔다.

특정 도전이 이러한 종래의 히트 펌프 시스템에 존재한다. 개선이 이루어지고 있지만, 유체 냉매의 압축에 의존하는 히트 펌프 시스템은 기껏해야 최대의 이론적인 카르노 사이클(carnot cycle) 효율성의 약 45퍼센트 미만으로만 작동할 수 밖에 있다. 또한, 일부 유체 냉매는 환경적인 우려로 인해 사용 중단되었다. 이러한 특정 냉매-기반 시스템이 작동될 수 있는 외기 온도의 범위는 특정 위치에 대해 실행 불가능할 수도 있다. 유체 냉매를 사용하는 히트 펌프에 대한 다른 도전이 또한 존재한다.

자기열 물질(MCM)-즉, 자기열 효과를 나타내는 물질은 히트 펌프 적용을 위한 유체 냉매에 대한 잠재적인 대안책을 제공한다. 보통, 정상 MCM의 자기 모멘트는 증가하는 외부에서 인가된 자기장 하에서 보다 정렬되어, MCM이 열을 발생시키게 할 것이다. 반대로, 외부에서 인가된 자기장을 감소시키는 것은 MCM의 자기 모멘트가 보다 무질서되게 하여, MCM이 열을 흡수하게 할 것이다. 일부 MCM은 반대 거동-즉, 자기장이 제거될 때 열을 발생시키고, 자기장 내로 위치될 때 보다 냉각되게 하는 거동-을 나타낸다. 이러한 후자의 유형은 역 또는 준(para) 자기열 물질로 불릴 수 있다. 정상 및 역 MCM 모두는 본 명세서에서 통틀어 자기열 물질 또는 MCM로 불린다. MCM에 기반한 냉각 사이클의 이론적인 카르노 사이클 효율성의 성취 가능한 퍼센티지는 유체 냉매에 기반한 비슷한 냉각 사이클에 대한 것보다 상당히 높을 수 있다. 이와 같이, 효율적으로 MCM을 사용할 수 있는 히트 펌프 시스템은 유용하다.

그러나, MCM의 실현 가능하고 가격 경쟁력이 있는 사용에 대한 도전이 존재한다. 적합한 MCM의 개발 이외에, MCM을 매력적으로 이용할 수 있는 장비가 여전히 요구된다. 예를 들어, 히트 펌프가 요구될 수도 있는 주변 조건은 실질적으로 다양할 수 있다. 예를 들어, 차고(garage)에 위치되거나 비-공기 조화 공간에 위치된 냉동 기기(refrigerator appliance)에 대해서, 주변 온도는 영하 내지 90℉ 이상의 범위 내에 있을 수 있다. 일부 MCM은 이러한 주변 조건에 의해 나타내진 것보다 훨씬 좁은 온도 범위 내에서만 열을 수용 및 발생할 수 있다. 또한, 상이한 MCM은 상이한 온도에서 보다 현저하게 자기열 효과를 나타낼 수도 있다.

이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 예를 들면, 냉동 기기에 요구된 냉각을 제공하기 위한 하나의 접근법은, 상이한 반응 온도를 갖지만, 요구된 전체 온도 변화를 제공하는 방식으로 채용된 복수의 상이한 MCM을 갖는 히트 펌프를 사용하는 것일 수 있다. 그러나, 예를 들면, 냉장고(refrigerator)의 내용물의 온도가 낮아짐에 따라, 모든 이러한 상이한 MCM을 이용하는 것은 비효율적일 수 있다. 예를 들어, 히트 펌프가 열교환을 위해 MCM을 통과하는 유체를 이용하는 경우에는, MCM의 일부만이 히트 펌프의 작동의 상이한 스테이지에서 요구될 때, 모든 MCM을 통해 유체를 흐르게 하는 것과 관련된 압력 강하는 비효율을 나타낸다. 추가의 예시에 의해, 히트 펌프가 작동되는 동안, 모든 상이한 MCM이 항상 자기장을 받게 하는 것은 또한 불필요할 수도 있고, 그러므로, 자기장을 적용하는데 사용된 에너지 때문에 비효율적일 수도 있다.

따라서, 상기 확인된 것과 같은 특정 도전을 처리할 수 있는 히트 펌프 시스템이 유용하다. 예를 들면, 냉동 기기에 또한 사용될 수 있는 이러한 히트 펌프 시스템이 유용하다.

본 발명은 상이한 퀴리 온도 범위를 갖는 MCM의 복수의 스테이지를 사용하는 히트 펌프 시스템을 제공한다. 조정 가능한 유체 유로가 사용되어, 열전달 유체가 통과하는 스테이지의 수는 예를 들면, 소망의 가열 또는 냉각의 양에 따라 달라질 수 있다. 특정 실시예에 있어서, MCM을 활성시키는데 사용된 자기장은 활성화되는 MCM의 스테이지의 수가 또한 조정되도록 조작된다. 이러한 특징부 및 다른 특징부는 히트 펌프의 작동 효율을 개선시킬 수 있다. 본 발명의 추가의 관점 및 이점은 이하의 설명에 부분적으로 기재되거나, 또는 설명으로부터 명확해질 수도 있거나, 또는 본 발명의 실시를 통해 습득될 수도 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 본 발명은 소정 방향을 따라 연속하여 배치된 복수의 스테이지를 포함하는 히트 펌프를 제공한다. 각각의 스테이지는 퀴리 온도 범위를 갖는 자기열 물질을 포함한다. 스테이지는 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위가 소정 방향을 따라 증가하도록 배치된다. 히트 펌프를 통한 조정 가능한 열전달 유체 유로가 제공된다. 유체 유로는 열전달 유체가 통과하는 스테이지의 수가 조정 가능하도록 구성된다. 자기 장치는 복수의 스테이지에 인접하게 위치설정된다. 자기 장치는 복수의 스테이지 중 하나 이상이 자기장을 받도록 구성된다.

다른 예시적인 관점에 있어서, 본 발명은 소정 방향을 따라 연속하여 배치된 복수의 스테이지를 구비하는 히트 펌프를 작동하는 방법을 제공한다. 각각의 스테이지는 퀴리 온도 범위를 갖는 자기열 물질을 포함한다. 스테이지는 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위가 소정 방향을 따라 증가하도록 배치된다. 이 방법은, 복수의 스테이지를 통해 유체의 유동을 지향시키는 단계; 유체의 유로를 변경시킴으로써 유체가 흐르는 스테이지의 수를 조정하는 단계; 및 스테이지 중 하나와 유체 사이에서 열을 교환하기 위해, 스테이지를 자기장의 내부 및 외부로 순환시키는 단계를 포함한다. 조정하는 단계는 스테이지와 유체 사이에서 교환되는 열의 양을 변화시킨다.

또다른 예시적인 실시예에 있어서, 본 발명은 히트 펌프 시스템을 제공한다. 히트 펌프 시스템은 원주 방향을 규정하고 축방향에 대해 회전 가능한 축열기를 포함하고, 축방향은 축열기의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 연장된다. 축열기는 복수의 챔버를 포함하고, 각 챔버는 제 1 단부에서 개구부를 갖고 축방향을 따라 종방향으로 연장되고, 각 챔버의 반경 방향-최외부면을 따라 위치설정된 제 1 개구를 구비한다. 복수의 챔버는 원주 방향을 따라 서로 가깝게 배치된다.

복수의 작동 유닛이 제공되고, 각 작동 유닛은 복수의 챔버 중 하나 내에 위치설정되고, 축방향을 따라 연장된다. 각 작동 유닛은 축방향을 따라 연속하여 배치된 복수의 스테이지를 포함한다. 각 스테이지는 퀴리 온도 범위를 갖는 자기열 물질을 포함한다. 복수의 스테이지는 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위가 축방향을 따라 증가하도록 배치된다.

밸브는 축열기의 제 1 단부에 부착된다. 밸브는 원주 방향을 따라 서로로부터 이격된 복수의 개구를 포함하고, 각 개구는 복수의 챔버 중 하나의 개구부 중 하나에 인접하게 위치설정된다. 하우징은 축열기가 회전 가능하게 수용되는 내부를 형성한다. 하우징 및 축열기는 축방향을 따라 서로에 대해 이동 가능하다. 하우징은 대향 방식으로 위치설정된 한 쌍의 제 2 개구를 형성한다. 축열기가 하우징에 대해 회전될 때, 한 쌍의 제 2 개구는 복수의 챔버의 제 1 개구와 선택적으로 정렬되도록 구성된다.

자기 장치는 축열기에 가깝게 위치설정되고 축방향을 따라 연장된다. 자기 장치는 축열기가 축방향에 대해 회전될 때, 복수의 작동 유닛 중 하나 이상이 자기장의 내부 및 외부로 이동되도록 위치설정된다. 시일은 밸브와 인접하게 위치설정되고, 축열기 및 밸브가 시일에 대해 회전 가능하도록 구성된다. 시일은 서로에 대해 대향 방식으로 위치설정되는 한 쌍의 포트를 포함하고, 또한 한 쌍의 포트는, 축열기가 축방향에 대해 회전될 때, 각 포트가 복수의 챔버의 개구부 중 적어도 하나와 선택적으로 정렬될 수 있도록 위치설정된다.

본 발명의 이러한 특징, 관점 및 이점과, 다른 특징, 관점 및 이점은 이하의 설명 및 첨부 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 합체되고 또한 본 명세서의 일부분을 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 실시예를 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 제시되는 최적의 모드를 포함하는 본 발명의 완전하고 권능 부여된 개시내용은 첨부 도면을 참조하는 본 명세서에 기재되어 있다.

도 1은 본 발명의 냉동 기기의 예시적인 실시예를 제공하는 도면,
도 2는 기계 격실 및 적어도 하나의 냉동 격실을 갖는 예시적인 냉장고 내에 위치된 본 발명의 예시적인 히트 펌프 시스템의 개략도,
도 3은 히트 펌프의 예시적인 실시예의 복수의 스테이지(예를 들면, 작동 유닛)에 사용되는 다양한 단계의 개략도,
도 4는 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 MCM의 몇 개의 스테이지에 대한 특정 데이터의 플롯도,
도 5는 히트 펌프의 다른 예시적인 실시예의 복수의 스테이지(예를 들면, 작동 유닛)에 사용되는 다양한 단계의 개략도,
도 6은 본 발명의 히트 펌프의 예시적인 실시예의 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 히트 펌프의 예시적인 실시예의 분해도,
도 8은 도 6의 예시적인 히트 펌프의 단면도,
도 9는 도 6의 예시적인 히트 펌프의 다른 사시도.

이제 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 예가 도면에 도시된다. 각 예는 본 발명의 한정 방식이 아닌 본 발명의 설명 방식으로 제공된다. 사실상, 다양한 변경 및 변형은 본 발명의 범위 또는 취지로부터 이탈하는 일 없이 본 발명 내에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 부분으로서 도시된 또는 설명된 특징부는 또다른 실시예를 산출하기 위해 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부 도면 및 이 동등물의 범위 내에 있는 이러한 변경 및 변형을 커버하는 것이 의도된다.

이제 도 1을 참조하면, 냉동 기기(10)의 예시적인 실시예가 다수의 내부 저장 격실 또는 냉장 챔버(chilled chamber)를 규정하는 캐비닛 또는 하우징(12)을 구비하는 업라이트 냉장고로서 도시된다. 특히, 냉동 기기(10)는 도어(16)를 구비하는 상부 신선-식품 격실(14)과, 상부 서랍(20) 및 하부 서랍(22)을 구비하는 저부 냉동 격실(18)을 포함한다. 서랍(20, 22)은 적합한 슬라이드 메커니즘 상에서 냉동 격실(18)의 내외로 수동으로 이동될 수 있으므로 "풀-아웃(pull-out)" 유형 서랍이다.

냉장고(10)는 예시로서만 제공된다. 냉동 격실만, 냉장 격실만, 또는 도 1에 도시된 것과 상이한 이들의 조합물을 갖는 기기를 포함하는 냉동 기기를 위한 다른 구성도 사용될 수도 있다. 게다가, 본 발명의 히트 펌프 및 히트 펌프 시스템은 기기에 한정되지 않고, 예를 들면, 공기-조화, 전자 냉각 장치 등과 같은 다른 적용에도 사용될 수도 있다. 따라서, 냉장고 내에서 냉각을 제공하기 위해 히트 펌프의 사용이 본 명세서에 예로서 제공되지만, 본 발명은 또한 가열 및/또는 냉각을 제공하기 위해서도 다른 적용에 사용될 수도 있다.

도 2는 냉각 격실(30) 및 기계 격실(40)을 포함하는 냉동 기기(10)의 다른 예시적인 실시예의 개략도이다. 특히, 기계 격실(40)은 냉각 격실(30)로부터의 열을 제거하기 위해 이 격실 내에 위치된 제 1 열교환기(32)를 구비하는 본 발명의 예시적인 히트 펌프 시스템(52)을 포함한다. 제 1 열교환기(32) 내에 흐르는 예를 들면, 수용액과 같은 열전달 유체는 냉각 격실(30)로부터 열을 수용하고, 그렇게 함으로써 이 격실의 내용물을 냉각시킨다. 팬(38)은 냉각 격실(30)로부터 열전달율을 향상시키기 위해 제 1 열교환기(32)를 가로질러서 공기 유동을 제공하는데 사용될 수도 있다.

열전달 유체는 라인(44)을 따라 제 1 열교환기(32)의 외부로 흘러서, 펌프(100)를 가열한다. 본 명세서에 추가로 도시되는 바와 같이, 열전달 유체는 히트 펌프(100) 내에서 MCM에 의해 제공된 자기열 효과와 관련된 추가의 열을 수용하고, 이 열을 라인(48)을 따라 펌프(42)로, 그리고 그 다음에 제 2 열교환기(34)로 이동시킨다. 열은 제 2 열교환기(34)를 사용하여, 환경, 기계 격실(40), 및/또는 냉각 격실(30)의 외부의 다른 위치로 방출된다. 팬(36)은 제 2 열교환기(34)를 가로질러서 공기 유동을 생성하고, 그렇게 함으로써 환경으로의 열전달율을 향상시키는데 사용될 수도 있다. 라인(48)으로 연결된 펌프(42)는 열전달 유체가 히트 펌프 시스템(52) 내에서 재순환되게 한다. 모터(28)는 추가로 설명되는 바와 같이 히트 펌프(100)와 기계 연통되어 있다.

제 2 열교환기(34)로부터 열전달 유체는 라인(50)을 따라 히트 펌프(100)로 복귀되고, 이 펌프(100)에서, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 자기열 효과로 인해 열전달 유체가 히트 펌프(100) 내의 MCM으로 열을 빼앗긴다. 이제 냉각된 열전달 유체는 라인(46)을 따라 제 1 열교환기(32)로 흘러서, 냉각 격실(30)로부터 열을 수용하고 방금 설명한 바와 같이 사이클을 반복한다.

히트 펌프 시스템(52)은 예시로서만 제공된다. 히트 펌프 시스템(52)의 다른 구성도 사용될 수도 있다. 예를 들어, 라인(44, 46, 48 및 50)은 히트 펌프 시스템(52)의 다양한 구성요소 사이에 유체 연통을 제공하지만, 상이한 라인 및 연결부를 갖는 다른 열전달 유체 재순환 루프가 또한 채용될 수도 있다. 예를 들어, 펌프(42)는 또한 시스템(52) 내에서 다른 위치에 또는 다른 라인 상에 위치될 수 있다. 히트 펌프 시스템(52)의 또다른 구성도 사용될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 예시적인 히트 펌프(100)의 작동 유닛(112)의 사용의 예시적인 방법에서의 다양한 단계의 개략도를 제공한다. 각 작동 유닛(112)에는 소정 방향을 따라-예를 들면, 본 예시적인 실시예에서 축방향(A-A)을 따라-, 연속하여 배치되는 상이한 MCM의 복수의 스테이지(152, 154, 156, 158, 160 및 162)가 제공된다. 소정 방향을 따른 이 복수의 스테이지의 구성체는 이하에 추가로 논의된다.

단계(200) 동안에, 작동 유닛(112)은 자석(130)에 의해 생성된 자기장(M) 내에 완전히 있고, 이러한 자기장(M)은 물질의 자기 모멘트를 지향시키고, MCM이 자기열 효과의 일부로서 (정상 MCM이 사용될 때) 가열되게 한다. 단계(200) 동안에, 열전달 유체는 작동 유닛(112)을 통과하지 않는다. 단계(202)에 있어서, 열전달 유체는 화살표(F)로 지시된 열전달 유체 유로를 따라 작동 유닛(112)의 복수의 스테이지 각각을 통과한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 작동 유닛(112)을 빠져나오는 열전달 유체는 스테이지(152 내지 162) 중 하나 이상에서 MCM에 의해 가열되고, 들어갔을 때(Q_{H -IN}으로 지시됨)보다 작동 유닛(112)으로부터 보다 많은 열에너지를 갖고 빠져나온다(Q_{H -OUT}으로 지시됨).

단계(204)에 있어서, 작동 유닛(112)은 자기장(M)의 외부로 완전히 또는 실질적으로 순환된다. 자기장의 부재 또는 약화는 복수의 스테이지(152 내지 162) 중 하나 이상에 있어서 MCM의 자기 모멘트가 무질서해지고, MCM이 정상 MCM에 대한 자기열 효과의 일부로서 열을 흡수하게 한다. 단계(204) 동안에, 복수의 스테이지를 통과하는 열전달 유체의 유동은 없다. 이제 단계(206)를 참조하면, 열전달 유체는 이제 화살표(F)로 지시된 열전달 유체 유로를 따라 복수의 스테이지(152 내지 162)를 통과하게 된다. 작동 유닛(112)을 빠져나가는 열전달 유체는 스테이지(152 내지 162) 중 하나 이상에서 MCM에 의해 냉각되고, 들어갔을 때(Q_{C -IN}으로 지시됨)보다 작동 유닛(112)으로부터 보다 적은 열에너지를 갖고 빠져나온다(Q_{C -OUT}으로 지시됨).

작동 유닛(112)은 예를 들면, 각 MCM이 자기열 효과를 나타내는 상이한 온도 범위를 갖는 MCM을 포함한다. 예로서, 기기(10)는 주변 온도가 실질적인 범위를 걸쳐서 변화하는 적용에서 사용될 수도 있다. 그러나, 특정 MCM은 훨씬 좁은 온도 범위에 걸쳐서만 자기열 효과를 나타낼 수도 있다. 이와 같이, 기기(10) 및/또는 히트 펌프(100)가 사용될 수도 있는 주변 온도의 넓은 범위를 수용하도록 히트 펌프(100) 내에서 다양한 MCM을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다.

따라서, 도 3에 도시되는 바와 같이, 각 작동 유닛(112)에는 소정 방향을 따라-예를 들면, 본 예시적인 실시예의 축방향(A-A)을 따라, 연속하여 배치되는 상이한 MCM의 복수의 스테이지(152, 154, 156, 158, 160 및 162)가 제공된다. 각 이러한 스테이지는 축방향(A-A)을 따라 인접한 스테이지와 상이한 온도 또는 온도 범위에서 자기열 효과를 나타내는 MCM을 포함한다. 각 스테이지에서의 MCM(정상 또는 역)이 가열 또는 냉각을 제공하는 것에 대응하여 소망의 자기열 효과를 나타내는 온도의 범위는 본 명세서에서 "퀴리 온도 범위"로 불린다.

예를 들어, 스테이지는 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위는 축방향(A-A)과 같은 소정 방향을 따라 증가하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 스테이지(152)는, 스테이지(154)가 자기열 효과를 나타내는 온도보다 낮은 온도에서 자기열 효과를 나타낼 수도 있고, 스테이지(154)가 자기열 효과를 나타내는 온도는 스테이지(156) 등에 대한 이러한 온도보다 낮을 수도 있다. 다른 구성도 사용될 수도 있다. MCM의 스테이지의 적절한 수 및 시퀀스를 구성함으로써, 히트 펌프(100)는 주변 온도의 실질적인 범위에 걸쳐서 작동될 수 있다.

하나의 예시적인 실시예에 있어서, 스테이지(152, 154, 156, 158, 160 및 162)의 퀴리 온도 범위는 또한, 방향을 따른 열전달(HT)을 용이하게 하기 위해, 중첩되도록 선택된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 스테이지(162)는 10℃ 내지 20℃의 퀴리 온도 범위를 가질 수 있고; 스테이지(160)는 7.5℃ 내지 17.5℃의 퀴리 온도 범위를 가질 수 있고; 스테이지(158)는 5℃ 내지 15℃의 퀴리 온도 범위를 가질 수 있고; 스테이지(156)는 2.5℃ 내지 12.5℃의 퀴리 온도 범위를 가질 수 있고; 스테이지(154)는 0℃ 내지 10℃의 퀴리 온도 범위를 가질 수 있고; 및 스테이지(152)는 -2℃ 내지 5℃의 퀴리 온도 범위를 가질 수 있다. 이러한 범위는 예로서 제공되고, 다른 퀴리 온도 범위도 본 발명의 또다른 예시적인 실시예에서 사용될 수도 있다.

기술된 바와 같이, 상이한 유형의 MCM 또는 예를 들면, MCM의 합금은 MCM이 자기열 효과를 실질적으로 나타낼 것인 상이한 퀴리 온도 범위를 가질 수 있다. 게다가, 자기열 효과의 규모는 또한 상이한 MCM과 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 4는 작동 온도(T)의 함수에 따른 상이한 MCM의 물질의 유닛당 온도 변화량(ΔT/MCM)의 플롯을 제공한다. 도시되는 바와 같이, 이러한 특정 MCM에 대해서, MCM의 각 스테이지 상에서의 온도 변화량은 온도 감소에 따라 감소될 수 있다. 또한, 소정의 스테이지로부터 획득될 수 있는 자기열 효과의 양은 또한 MCM에 인가되는 자기장의 강도-즉, 자속의 양-에 따라 달라진다. 소정의 MCM에 의해서, 예를 들어, 자기열 효과의 규모는 자속의 규모가 감소함에 따라 작아질 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이 스테이지(152, 154, 156, 158, 160 및 162)를 구비하는 히트 펌프(100)의 작동 동안에, 높은 퀴리 온도 범위를 갖는 스테이지는 예를 들면, 냉각이 발생하고, 냉장고의 격실이 0℃에 근접함에 따라 보다 덜 중요해진다. 온도가 낮아짐에 따라, 낮은 퀴리 온도 범위를 갖는 스테이지[예를 들면, 스테이지(152 및 154)]는 소망의 온도를 유지하는데 필요로 하는 냉각을 제공한다. 그러나, 도 3의 예시적인 실시예에 대해서, 화살표(F)로 지시된 열전달 유체 유로는 모든 스테이지를 통과하고, 에너지는 열전달 유체가 각 스테이지 내의 MCM을 통해 흐르게 되기 때문에, 압력 강하의 형태로 소모된다. 따라서, 각 스테이지 내의 MCM의 구조에 의존하여, 예를 들어, 오직 소망의 열전달을 제공하는 스테이지보다는 모든 스테이지(152 내지 162)를 통해 열전달 유체를 펌핑하는 것과 관련되는 압력 강하때문에, 이러한 열전달 유체 유로[화살표(F)]는 비효율적일 수 있다. 게다가, 추가의 비효율은, 오직 소망의 열전달을 제공하는 스테이지보다는 자기장(M)을 통해 높은 퀴리 온도 범위를 포함하는 모든 스테이지(152 내지 162)(예를 들면, 160 및 162)를 순환하는 것과 관련되는 파워 손실로부터 발생한다.

따라서, 히트 펌프(100)에는, 열전달 유체가 흐르는 스테이지의 수가 예를 들면, 어떤 스테이지가 히트 펌프(100)의 사용 동안에 임의의 특정 시간 동안 요구되는지에 기반하여 조정 가능하도록 구성되는 조정 가능한 유체 유로가 제공된다. 도 5는 도 3에서 발견한 것과 같이 단계(200, 202, 204 및 206)에서의 동일한 예시적인 방법을 기재한다. 그러나, 도 5의 예시적인 방법에 있어서, 유체 유로(F)는 열전달 유체가 모든 복수의 스테이지(152 내지 162)보다 적게 통과하도록 조정된다. 본 예에 있어서, 단계(202) 동안에, 열전달 유체는 화살표(F)로 나타낸 조정된 유체 유로를 따라 흘러서, 히트 펌프(100)의 작동 유닛(112)으로부터의 열을 제거한다. 나타낸 바와 같이, 이 조정 가능한 유체 유로는 스테이지(152, 154, 156 및 158)만을 포함한다. 유사하게, 단계(206) 동안에, 열전달 유체는 화살표(F)로 나타낸 조정된 유체 유로를 따라 흘러서, 열전달 유체로부터 열을 제거하고, 이러한 열을 스테이지(152, 154, 156 및 158)로 전달한다.

스테이지(152. 154, 156 및 158)는, 예를 들면, 열전달 유체를 위해 소망의 전체 온도 변화, 주변 온도 조건, 각 스테이지에서 사용된 MCM의 효율, 및/또는 히트 펌프(100)의 사용 동안에 다양한 스테이지에서의 작동 유닛(112)으로 들어가고 나오는 열전달 유체의 온도에 따라 달라지는 복수의 스테이지로부터 선택될 수도 있다. 스테이지(152, 154, 156 및 158)는 예로서만 사용된다. 추가의 예에 의해, 유체 유로는 스테이지(152 내지 162) 중 단 하나, 이러한 스테이지의 연속적인 부분집합, 또는 전부를 포함할 수도 있다. 스테이지의 수는 자기장(M)의 외부에서 순환될 때, 히트 펌프(100)의 작동 동안에 지속적으로 조정될 수도 있다.

또한, 도 5에 도시되는 바와 같이, 자기장(M)은 이러한 자기장을 받는 스테이지의 수를 변화시키기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 단계(200 및 202)에 있어서, 자석(130)은 자기장(M)에 대해 스테이지(152, 154, 156 및 158)를 순환시키기 위해 이동되고, 스테이지(160 및 162)에 대해 자기장(M)을 감소 또는 제거한다.

도 6, 도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 예시적인 히트 펌프(100)의 다양한 도면을 도시한다. 히트 펌프(100)는 제 1 단부(118)와 제 2 단부(120) 사이의 축방향(A-A)을 따라 종방향으로 연장되는 축열기(102)를 포함한다. 축방향은 축열기(102)가 회전하는 축(A-A)에 의해 규정된다. 반경 방향(R)은 회전축(A-A)(도 8)으로부터 수직으로 연장되는 반경에 의해 규정된다. 원주 방향은 화살표(C)로 지시된다.

축열기(102)는 축(A-A)에 의해 규정된 축방향을 따라 종방향으로 연장되는 복수의 챔버(104)를 규정한다. 챔버(104)는 원주 방향(C)을 따라 서로 가깝게 또는 인접하게 위치된다. 각 챔버(104)는 축열기(102)의 제 1 단부(118)에서 개구부(106)를 포함한다. 제 1 개구(108)는 반경 방향으로 최외부면(109)(도 6)을 따라 각 챔버(104)의 소정 방향 또는 축방향(A-A)을 따라 연장된다. 본 예시적인 실시예를 위해, 제 1 개구(108)는 슬롯으로 구성된다.

또한, 히트 펌프(100)는 도 3의 예시적인 실시예와 유사한 방식으로 축방향(A-A)을 따라 연속적으로 배치된 MCM의 복수의 스테이지를 각각 포함하는 복수의 작동 유닛(112)을 포함한다. 각 작동 유닛(112)은 챔버(104) 중 하나에 위치되고, 축방향(A-A)을 따라 연장된다. 도면에 도시된 예시적인 실시예를 위해, 히트 펌프(100)는 도시된 바와 같이 원주 방향(C)을 따라 서로 인접하게 위치되고, 축방향(A-A)을 따라 종방향으로 연장되는 8개의 작동 유닛(112)을 포함한다. 본 명세서에 개시된 개시내용을 사용하는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 8개와 다른 상이한 수의 작동 유닛(112)도 사용될 수도 있다.

밸브(114)는 축열기(102)에 부착되고, 원주 방향(C)을 따라 축열기(102)와 함께 회전한다. 특히, 밸브(114)는 제 1 단부(118)에 부착되고, 원주 방향(C)을 따라 이격되는 원주 방향으로-연장되는 슬롯(122)으로서, 본 예시적인 실시예에 대해 구성되는 복수의 개구(122)를 포함한다.

각 개구(122)는 챔버(104)의 개별 개구부(106)에 인접하게 위치된다. 따라서, 열전달 유체는, 작동 유닛(112) 내의 MCM의 스테이지 중 하나 이상을 통과하기 위해, 이 유체가 개별 개구(122) 또는 개구부(106)를 통해 챔버(104) 내로 흐르는 유체 유로를 따를 수도 있다. 유체 유로를 계속 따르면, 개별 제 1 개구(108)가 하우징(146)에 의해 규정된 제 2 개구(144 또는 145) 중 하나와 정렬되기 때문에, 유체는 그 다음에 이 제 1 개구(108)를 통해 빠져나간다. 제 2 개구(144 및 145)의 쌍은 도시된 바와 같이 하우징(146) 상에서 대향 방식으로 위치된다.

축열기(102)는 하우징(146)에 의해 규정된 내부(116) 내로 수용된다. 축열기(102)는 하우징(146) 내에서 회전 가능하다. 게다가, 하우징(146) 및 축열기(102)는 축방향(A-A)을 따라 이동 가능하다. 축열기(102)는 예를 들면, 모터(28)(도 2)의 작동에 의해 하우징(146)에 대해 회전되게 되고, 제 2 개구(144 및 145)는 제 1 개구(108)의 쌍과 정렬될 수 있다. 회전이 계속 됨에 따라, 상이한 쌍의 제 1 개구(108)는 제 2 개구(144 및 145) 등과 정렬될 것이다.

축방향(A-A)을 따라 한 쌍의 제 1 개구(108)에 대한 제 2 개구(144 및 145)의 쌍의 위치는, 열전달 유체 유로를 조정하고, 이에 의해 열전달 유체가 흐르는 각 작동 유닛(112) 내의 MCM의 스테이지의 수를 조정하기 위해, 선택적으로 결정될 수 있다. 특히, 제 1 개구(108)와 제 2 개구(144 및 145)의 정렬을 조정함으로써, 열전달 유체가 유체 유로를 따라 이동하는 스테이지의 수는 변경될 수 있다. 예를 들어, 화살표(I)의 방향을 따라 하우징(146)을 슬라이딩시킴으로써, 각 작동 유닛(112) 내의 MCM의 보다 소수의 스테이지가 자기장(M)의 내부 및 외부를 순환하기 때문에 이러한 스테이지가 열전달을 위해 선택될 수 있도록, 유체 유로는 조정된다. 축방향(A)을 따라 화살표(I)의 방향으로 하우징(146)을 이동시키는 것은 개구부(106)와 제 2 개구(144 및 145) 사이의 거리를 단축시키고-이에 의해, 유체 유로를 단축시킨다. 반대로, 화살표(O)의 방향을 따라 하우징을 슬라이딩시킴으로써, 각 작동 유닛(11) 내의 MCM의 보다 많은 수의 스테이지는 열전달을 위해 선택될 수 있다. 화살표(O)의 방향으로 하우징(146)을 이동시키는 것은 개구부(106)와 제 2 개구(144 및 145) 사이의 거리를 연장시키고-이에 의해, 유체 유로를 연장시킨다. 역 유체 유로는 추가로 설명되는 바와 같이 소정의 챔버(104)의 작동 유닛(112)을 통해 반대 방향으로 열전달 유체의 유동을 위해 사용될 수 있다.

축열기(102)는 복수의 챔버(104)의 반경 방향 내측에 위치되고 제 1 단부(118)와 제 2 단부(120) 사이에서 축방향(A-A)으로 연장되는 공동(128)을 규정한다. 자기 장치(126)는 공동(128) 내에 위치되고, 본 예시적인 실시예에 대해, 제 1 단부(118)와 제 2 단부(120) 사이에서 축방향(A-A)을 따라 연장된다. 자기 장치(126)는 도 8에서 화살표(M)로 지시되는 바와 같이 반경 방향 외측으로 지향되는 자기장(M)을 제공한다.

자기 장치(126)의 위치설정 및 구성은, 축열기(102)가 하우징(146) 내에서 회전될 때, 복수의 작동 유닛(112)의 부분집합(예를 들면, 1개, 2개 또는 그 이상)만이 임의의 시간에 자기장(M) 내에 있거나 또는 자기장(M)을 받게 한다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 작동 유닛(112a 및 112e)은 자기장 내에 부분적으로 존재하지만, 유닛(112b, 112c 및 112d)은 자기 장치(126)에 의해 생성된 자기장(M) 내에 완전히 존재한다. 반대로, 자기 장치(126)는, 작동 유닛(112f, 112g 및 112h)이 자기 장치(126)에 의해 생성된 자기장의 외부에 완전히 또는 실질적으로 존재하도록 구성 및 위치설정된다. 그러나, 축열기(102)가 화살표(W)로 도시되는 바와 같이 원주 방향(C)을 따라 지속적으로 회전되기 때문에, 일부 작동 유닛(112)이 자기장(M) 내로 들어가고 나머지는 빠져나오므로 자기장 내의 작동 유닛(112)의 부분집합은 지속적으로 변화할 것이다.

도 7을 참조하면, 시일(136)은 축열기(102)의 제 1 단부(118)에 제공 및 위치설정된다. 시일(136)은 입구 포트(140) 및 출구 포트(142)를 구비하고, 밸브(114)에 근접하게 위치설정된다. 도시되는 바와 같이, 포트(140 및 142)는 제 1 시일(114)의 원주 방향(C)에 대해 180도로 이격되어 위치설정된다. 그러나, 다른 구성이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 포트(140 및 142)는 원주 방향(C)에 대해 약 170도 내지 약 190도의 범위 내에서도 위치설정될 수도 있다. 밸브(114) 및 축열기(102)는 시일(136)에 대해 회전 가능하다. 포트(140 및 142)는 각각 라인(44 및 46)과 연결된다(도 1). 이와 같이, 회전축(A-A)에 대한 축열기(102)의 회전은 추가로 설명되는 바와 같이, 임의의 시간에 MCM의 적어도 2개의 작동 유닛(112)과 유체 연통하는 라인(44 및 46)을 연속하여 위치시킨다.

제 2 개구(144 및 145)는 라인(50 및 48)과 각각 유체 연통한다. 이와 같이, 축(A-A)에 대한 축열기(102)의 회전은 추가로 설명되는 바와 같이, 임의의 시간에 MCM의 적어도 2개의 작동 유닛(112)과 유체 연통하는 라인(48 및 50)을 연속하여 위치시킨다. 특히, 임의의 시간에 축열기(102)의 회전 동안에, 라인(46 및 50)은 적어도 하나의 작동 유닛(112)과 각각 유체 연통하고, 라인(44 및 48)은 원주 방향을 따라서 약 180도로 이격되어 위치된 적어도 하나의 다른 작동 유닛(112)과 각각 유체 연통될 것이다.

도 3을 참조하면, 도 6 내지 도 9의 히트 펌프(100)를 사용하는 예시적인 방법이 이제 설명된다. 도 3은 축열기(2)가 도 9에 도시된 바와 같이 위치(1 내지 8) 사이에서 화살표(W)의 방향으로 회전될 때, 축열기(102) 내의 MCM의 작동 유닛(112)의 개략도를 도시한다. 단계(200) 동안에, 작동 유닛(112)은 자기장(M) 내에 완전히 있고, 이 자기장(M)은 물질의 자기 모멘트가 배향되게 하고, MCM이 자기열 효과의 일부로서 (정상 MCM이 사용될 때) 가열되게 한다. 축열기(102)가 화살표(W)의 방향으로 회전될 때, 작동 유닛(112)이 위치(2, 3 및 그 다음에 4)를 통해 연속하여 회전되기 때문에 자기장이 배치 및 유지된다. 위치(2, 3 및 4)에 있는 동안에, 열전달 유체는 작동 유닛(112)의 MCM 내에 머무르고, 그러므로 가열된다. 특히, 위치(2, 3 및 4)에서 작동 유닛(112)에 대응하는 개구부(106, 108, 122 및 124)는 임의의 포트(140, 142, 144 또는 146)와 정렬되지 않기 때문에, 열전달 유체는 작동 유닛(112)을 통해 흐르지 않는다.

단계(202)에 있어서, 축열기(102)는 화살표(W)의 방향으로 계속해서 회전하고, 작동 유닛(112)은 결국 위치(5)에 도달할 것이다. 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 위치(5)에서, 입구 포트(140)가 이제 밸브(114) 내의 개구부(122) 및 작동 유닛(112)의 제 1 단부(118)에서의 개구부(106)와 정렬되고-제 2 개구(145)가 동일한 작동 유닛(112)의 제 1 개구(108)와 정렬되기 때문에, 열전달 유체는 작동 유닛(112) 내의 MCM의 스테이지 중 하나 이상[스테이지의 수는 축방향(A-A)을 따라 하우징(146)의 위치에 따라 달라질 것이다]를 통해 유체 유로[화살표(F)]를 따라 흐를 수 있다.

도 3에서 화살표(Q_{H -OUT})로 지시된 바와 같이, 이제 MCM에 의해 가열되는 작동 유닛(112) 내의 열전달 유체는 제 2 개구(145)로부터 축열기(102)의 외부로, 라인(48)을 따라서 제 2 열교환기(34)로 이동할 수 있다. 동시에, 그리고 화살표(Q_{H -IN})로 지시된 바와 같이, 작동 유닛(112)이 위치(5)에 있을 때, 제 1 열교환기(32)로부터의 열전달 유체는 라인(44)으로부터 작동 유닛(112) 내로 흐른다. 제 1 열교환기(32)로부터의 열전달 유체가 작동 유닛(112) 내의 MCM보다 비교적 차갑기 때문에, MCM은 열전달 유체로 열을 빼앗길 것이다.

다시 도 3 및 단계(204)를 참조하면, 축열기(102)가 화살표(W)의 방향으로 계속해서 회전하기 때문에, 작동 유닛(112)은 이 작동 유닛(112)이 자기장(M)의 외부에 완전히 또는 실질적으로 존재하는 위치(6, 7 및 8)를 통해 연속하여 이동된다. 자기장의 부재 또는 약화는 MCM의 자기 모멘트가 무질서해지고, MCM이 정상 MCM에 대한 자기열 효과의 일부로서 열을 흡수하게 한다. 위치(6, 7 및 8)에 있는 동안에, 열전달 유체는 작동 유닛(112)의 MCM 내에 머무르고, 그러므로 자기 모멘트가 무질서해지기 때문에 열을 MCM에 빼앗김으로써 냉각된다. 특히, 위치(6, 7 및 8)에 있을 때, 작동 유닛(112)에 대응하는 개구부(106, 108, 122 및 124)는 임의의 포트(140, 142, 144 또는 146)와 정렬되지 않기 때문에, 열전달 유체는 작동 유닛(112)을 통해 흐르지 않는다.

도 3의 단계(206)를 참조하면, 축열기(102)가 화살표(W)의 방향으로 계속해서 회전하기 때문에, 작동 유닛(112)은 결국 위치(1)에 도달할 것이다. 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 개구(144)는 이제 제 1 개구(108)와 정렬되고, 출구 포트(142)는 제 1 밸브(114) 내의 개구부(122) 및 제 1 단부(118)에서의 개구부(106)와 정렬되기 때문에, 위치(1)에서, 작동 유닛(112) 내의 열전달 유체는 MCM을 통해 흐를 수 있다. 도 3 및 도 6 내에서 화살표(Q_{C -OUT})로 지시된 바와 같이, MCM에 의해 이제 냉각된 작동 유닛(112) 내의 열전달 유체는 축열기(102)의 외부로 그리고 라인(46)을 따라 제 1 열교환기(22)로 이동될 수 있다. 동시에, 그리고 화살표(Q_{C -IN})로 지시되는 바와 같이, 작동 유닛(112)이 위치(1)에 있을 때, 제 2 열교환기(34)로부터의 열전달 유체는 제 2 개구(144)를 통해, 그리고 라인(50)으로부터 작동 유닛(112) 내로 흐른다. 제 2 열교환기(34)로부터의 열전달 유체는 제 2 열교환기(34)로부터의 열전달 유체가 위치(1)에서 작동 유닛(112) 내의 MCM보다 비교적 따뜻하기 때문에, MCM은 MCM의 열의 일부를 열전달 유체에 빼앗길 것이다. 이제, 열전달 유체는 라인(46)을 따라 제 1 열교환기(32)로 이동하여, 냉각 격실(30)을 가열 및 냉각시킨다.

축열기(102)가 지속적으로 회전하기 때문에, 자기장(M)의 내부 및 외부에 각 작동 유닛(112)을 순환 또는 위치시키는 상술된 공정이 반복된다. 게다가, 자기장(M) 및 축열기(102)의 크기는, 복수의 작동 유닛(112)의 부분집합이 회전 동안 임의의 소정 시간에 자기장 내에 있게 한다. 유사하게, 복수의 작동 유닛(112)의 부분집합은 회전 동안 임의의 소정 시간에 자기장의 외측(또는 실질적으로 외측)에 있다. 임의의 소정 시간에, 열전달 유체가 흐르는 적어도 2개의 작동 유닛(112)이 존재하고, 다른 작동 유닛(112)은 잔류 모드로 유지된다. 특히, 하나의 작동 유닛(112)이 위치(5)에서 열전달 유체의 유동을 통해 열을 빼앗기고, 다른 작동 유닛(112)이 위치(1)에서 열전달 유체로부터 열을 수용하며, 모든 나머지 작동 유닛(112)이 잔류 모드에 있다. 이와 같이, 작동 유닛(112)이 위치(1 내지 8)를 통해 각각 연속하여 회전되기 때문에, 시스템은 히트 펌프 시스템(52) 내의 열전달 유체의 지속적인 재순환을 제공하도록 지속적으로 작동될 수 있다.

본 명세서에 개시된 개시 내용을 사용하는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 하우징(102)에 대한 작동 유닛의 수, 밸브(114) 내의 포트의 수, 및/또는 다른 파라미터는 여전히 지속적인 작동을 제공하면서, 히트 펌프(100)의 상이한 구성을 제공하도록 달라질 수 있다. 예를 들어, 밸브(114)가 2개의 입구 포트 및 2개의 출구 포트 내에 제공될 수 있어서, 열전달 유체는 임의의 특정 시간에 적어도 4개의 작동 유닛(112)을 통해 흐른다. 대안적으로, 축열기(102), 밸브(114) 및/또는 시일(136)은 예를 들면, 적어도 2개의 작동 유닛이 임의의 시간에 입구 포트 및 출구 포트와 유체 연통하도록 구성될 수 있다. 다른 구성도 사용될 수도 있다.

자기장(M)을 생성하기 위해 자석(130)이 일부 도면에 도시되었지만, 예를 들면, 전자석을 포함하는 다른 자기 장치가 또한 사용될 수도 있다. 또한, 제 1 개구(108)가 슬롯으로 도시되고, 제 2 개구(144 및 145)가 구멍으로 도시된다. 제 1 개구, 제 2 개구 및/또는 이들의 조합이 구멍 또는 슬롯으로 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 기재된 명세서는 예를 사용하여, 최적의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 당업자가 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되고, 당업자에 의해 이루어지는 다른 예를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예가 특허청구범위의 축어적인 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 포함하는 경우에, 또는 특허청구범위와 작은 차이를 갖는 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우에, 특허청구범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (19)

1. 히트 펌프에 있어서,
   축방향을 따라 연속하여 배치된 복수의 스테이지로서, 각각의 상기 스테이지가 퀴리 온도 범위를 갖는 자기열 물질을 포함하고, 상기 스테이지는 상기 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위가 상기 축방향을 따라 증가하도록 배치되는, 상기 복수의 스테이지와,
   상기 히트 펌프를 통한 조정 가능한 열전달 유체 유로로서, 상기 유체 유로는 열전달 유체가 통과하는 스테이지의 수가 조정 가능하도록 구성되는, 상기 열전달 유체 유로와,
   상기 복수의 스테이지에 인접하게 위치설정되고, 상기 복수의 스테이지 중 하나 이상이 자기장을 받도록 구성되는 자기 장치와,
   상기 축방향을 따라 연장되는 축열기로서, 상기 스테이지를 상기 자기장을 통해 순환시키기 위해 상기 축열기 및 자기 장치가 상기 축방향에 대해 서로 상대적으로 회전 가능하고, 상기 축열기는 상기 복수의 스테이지를 포함하고, 상기 축열기는 상기 유체 유로를 따라 제 1 개구를 형성하고, 상기 제 1 개구는 상기 축방향을 따라 연장되는 슬롯으로서 구성되는 상기 축열기와,
   상기 복수의 스테이지 및 상기 축열기를 포함하고, 상기 제 1 개구보다 작으며 상기 제 1 개구와 정렬되는 제 2 개구를 형성하는 하우징으로서, 상기 제 1 개구와 제 2 개구 사이의 정렬을 조정하고, 유체가 통과하는 스테이지의 수를 변경하기 위해, 상기 축열기 및 하우징이 상기 축방향을 따라 서로에 대해 이동 가능한, 상기 하우징을 포함하는
   히트 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기 장치는 상기 자기장을 받는 스테이지의 수가 조정 가능하도록 구성되는
   히트 펌프.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 자기 장치는 상기 자기장을 받는 상기 스테이지의 수가 조정 가능하도록 상기 축방향을 따라 이동 가능한
   히트 펌프.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 스테이지는 상기 축방향을 따라 서로 인접하게 정렬되는
   히트 펌프.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 개구, 상기 제 2 개구 또는 양자는 상기 축방향을 따라 종방향으로 연장되는 슬롯으로 구성되는
   히트 펌프.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위는 상기 축방향을 따라 인접한 스테이지 사이에서 중첩되는
   히트 펌프.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기 장치, 상기 복수의 스테이지, 또는 양자는 상기 히트 펌프의 작동 동안에 상기 자기장의 내부 및 외부로 상기 복수의 스테이지를 순환시키도록 구성되는
   히트 펌프.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기 장치는 전자석을 포함하는
   히트 펌프.
9. 제 1 항에 기재된 히트 펌프를 포함하는
   냉동 기기.
10. 축방향을 따라 연속하여 배치된 복수의 스테이지를 구비하는 히트 펌프를 작동하는 방법으로서, 각각의 상기 스테이지는 퀴리 온도 범위를 갖는 자기열 물질을 포함하고, 상기 스테이지는 상기 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위가 상기 축방향을 따라 증가하도록 배치되는, 상기 히트 펌프 작동 방법에 있어서,
    상기 복수의 스테이지를 통해 유체의 유동을 지향시키는 단계와,
    상기 유체의 유로를 변경시킴으로써 상기 유체가 흐르는 스테이지의 수를 조정하는 단계로서, 상기 조정하는 것은 상기 유체의 유로를 감소 또는 증가시키기 위해, 상기 축방향에 평행하게 개구를 이동시키는 것을 포함하는 상기 조정하는 단계와,
    상기 스테이지를 자기장의 내부 및 외부로 순환시키고, 상기 스테이지 중 하나 이상과 상기 유체 사이에서 열교환하기 위해, 상기 스테이지를 상기 축방향에 대해 회전시키는 단계를 포함하고,
    상기 조정하는 단계는 상기 스테이지와 상기 유체 사이에서 교환되는 열의 양을 변화시키는
    히트 펌프 작동 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는 열전달 유체가 흐르는 스테이지의 수를 증가시키는 단계를 포함하는
    히트 펌프 작동 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는 열전달 유체가 흐르는 스테이지의 수를 감소시키는 단계를 포함하는
    히트 펌프 작동 방법.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 자기장을 받는 스테이지의 수를 변화시키는 단계를 더 포함하는
    히트 펌프 작동 방법.
14. 히트 펌프 시스템에 있어서,
    원주 방향을 규정하고 축방향에 대해 회전 가능한 축열기로서, 상기 축방향은 상기 축열기의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 연장되고, 상기 축열기는 복수의 챔버를 포함하고, 각 챔버는 상기 제 1 단부에서 개구부를 갖고 상기 축방향을 따라 종방향으로 연장되고, 각 챔버의 반경 방향-최외부면을 따라 위치설정된 제 1 개구를 구비하며, 상기 복수의 챔버는 상기 원주 방향을 따라 서로 가깝게 배치되는, 상기 축열기와,
    복수의 작동 유닛으로서, 각 작동 유닛은 상기 복수의 챔버 중 하나 내에 위치설정되고, 상기 축방향을 따라 연장되고, 각 작동 유닛은 상기 축방향을 따라 연속하여 배치된 복수의 스테이지를 포함하고, 각 스테이지는 퀴리 온도 범위를 갖는 자기열 물질을 포함하며, 상기 복수의 스테이지는 상기 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위가 상기 축방향을 따라 증가하도록 배치되는, 상기 복수의 작동 유닛과,
    상기 축열기의 제 1 단부에 부착된 밸브로서, 상기 밸브는 상기 원주 방향을 따라 서로로부터 이격된 복수의 개구를 포함하고, 각 개구는 상기 복수의 챔버 중 하나의 상기 개구부 중 하나에 인접하게 위치설정되는, 상기 밸브와,
    상기 축열기가 회전 가능하게 수용되는 챔버를 형성하는 하우징으로서, 상기 하우징 및 축열기는 상기 축방향을 따라 서로에 대해 이동 가능하고, 상기 하우징은 대향 방식으로 위치설정된 한 쌍의 제 2 개구를 형성하며, 상기 축열기가 상기 하우징에 대해 회전될 때, 상기 한 쌍의 제 2 개구는 상기 복수의 챔버의 제 1 개구와 선택적으로 정렬되도록 구성되는, 상기 하우징과,
    상기 축열기에 가깝게 위치설정되고 상기 축방향을 따라 연장되는 자기 장치로서, 상기 자기 장치는 상기 축열기가 상기 축방향에 대해 회전될 때, 상기 복수의 작동 유닛 중 하나 이상이 상기 자기장의 내부 및 외부로 이동되도록 위치설정되는, 상기 자기 장치와,
    상기 밸브와 인접하게 위치설정되는 시일로서, 상기 시일은 상기 축열기 및 상기 밸브가 상기 시일에 대해 회전 가능하도록 구성되고, 상기 시일은 서로에 대해 대향 방식으로 위치설정되는 한 쌍의 포트를 포함하고, 또한 상기 한 쌍의 포트는, 상기 축열기가 상기 축방향에 대해 회전될 때, 각 포트가 상기 복수의 챔버의 개구부 중 적어도 하나와 선택적으로 정렬될 수 있도록 위치설정되는, 상기 시일을 포함하는
    히트 펌프 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 축열기는 반경 방향을 규정하고, 상기 복수의 챔버의 반경 방향-내측에 위치설정된 공동을 더 포함하며, 상기 자기 장치는 상기 축열기의 공동 내에 위치설정되는
    히트 펌프 시스템.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 자기 장치는 아크의 형태로 배치되고, 실질적으로 반경 방향-내측 방향을 따라 자기장을 투사하도록 구성된 복수의 자석을 포함하는
    히트 펌프 시스템.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 스테이지의 퀴리 온도 범위는 상기 축방향을 따라 인접한 스테이지 사이에서 중첩되는
    히트 펌프 시스템.
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 자기 장치는 전자석을 포함하는
    히트 펌프 시스템.
19. 제 14 항의 히트 펌프 시스템을 포함하는
    냉동 기기.

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