KR20100105563A

KR20100105563A - 자기열 발생기

Info

Publication number: KR20100105563A
Application number: KR1020107012071A
Authority: KR
Inventors: 쟝-클로드 헤이트젤르; 크리스티앙 뮐러
Original assignee: 쿨테크 어플리케이션즈 에스.에이.에스.
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-09-29
Also published as: KR101579328B1; ES2367272T3; CA2706504C; AR069457A1; FR2924489A1; PL2223022T3; JP2011505543A; CA2706504A1; CN101889179B; CN101889179A; TWI438950B; EP2223022A1; JP5449186B2; WO2009098391A1; HK1150652A1; US20100300118A1; EP2223022B1; TW200926468A; FR2924489B1; BRPI0820547A2

Abstract

본 발명은 자기열 재료로 된 액티브 요소들(2)과 결합되며 중앙 축(A) 둘레에 배치된 하나 이상의 열 스테이지(10) 및 액튜에이터에 의해 회전되는 중앙 축(A)과 합쳐진 구동 축(30)에 의해 지지되어 액티브 요소들(2)을 자계의 변화를 받게 하도록 배열된 자기 장치(3)를 포함하는 발생기(1)에 관한 것이다. 상기 발생기(1)는 액티브 요소들(2)을 통해 열전달 유체를 푸시하도록 유체 탱크(74)와 연관된 한 세트의 피스톤들(70)을 열 스테이지(10)의 양측 상에 포함하며, 상기 피스톤들은 구동 축(30)에 대해 회전하도록 결합된 하나 이상의 캠(71)에 의해 쳄버들(73)에서 왕복 병진 운동하도록 구동된다. 상기 발생기(1)는, 중앙 축(A) 둘레에 배열되며, 발생기(1)의 바디(82)에 의해 지지되어 캠(71)과 일체의 내부 크라운 기어(81)와 맞물리는 소형 유성 기어들(80)과 결합된 강제 순환 수단(8a)을 포함하며, 각 기어(80)는 열전달 유체를 혼합하여 탱크들(74) 및 쳄버들(73)에서 강제 순환하도록 배치하는 미니 기어 펌프를 형성한다.

Description

자기열 발생기{MAGNETOCALORIC GENERATOR}

본 발명은 자기열 재료로 된 액티브 요소들과 결합되며 중앙 축 둘레에 배열된 하나 이상의 열 스테이지, 액튜에이터에 의해 상기 중앙 축 둘레에서 회전되는 구동 축에 의해 지지되며, 액티브 요소들을 자계의 변화를 받게 하도록 배열된 자기 장치, 상기 발생기에 포함되며 푸싱 수단에 의해 액티브 요소들을 통해 푸시되는 적어도 하나의 열전달 유체, 외부 활용 회로들에 각각 결합되도록 설계된 하나 이상의 소위 콜드 교환 쳄버 및 소위 핫 교환 쳄버, 및 상기 자기 장치의 것과 동일한 액튜에이터에 의해 구동되도록 상기 구동 축에 결합된 열전달 유체의 강제 순환 수단을 포함하는 자기열 발생기에 관한 것이다.

자기 냉동 기술은 20년 이상 동안 알려져 왔으며 생태학 면에서 제공하는 장점들 및 환경 파괴 없이 지속 가능한 발전이 널리 알려져 있다. 그의 유용한 칼로리의 출력 및 그의 효율에 있어서의 제한들도 잘 알려져 있다. 따라서, 이 분야에서 행해지는 모든 연구는, 자화 파워 등의, 여러 가지 변수들을 조정함에 의해, 상기한 발생기의 성능들, 자기열 재료로 된 액티브 요소들의 성능들, 열전달 유체 및 액티브 요소들 사이의 열 교환면, 열교환기들의 성능, 등을 개선하려는 경향을 나타내고 있다.

동일 출원인에 의해 제출된 종전의 특허 출원 제FR07/97612호에 기재된 자기열 발생기는 하나 이상의 열 스테이지들을 형성하도록 스택된 하나 이상의 열 모듈들을 포함하고, 각 스테이지는 자기열 재료로 형성되며, 중앙 축 둘레에 원형으로 배열되어 그들의 온도를 변화시키도록 자계의 변화를 받게 되는, N개의 인접한 액티브 요소들을 포함한다. 액티브 요소들은 열 모듈에 포함된 열전달 유체를 동시에 두개의 반대 방향들로 푸시하도록 작용 캠에 의해 왕복 병진 운동하도록 된 N개의 피스톤들과 연계되어, 열전달 유체의 제1 부분은 소위 핫 교환 쳄버를 향해 가열 사이클을 겪게 되는 액티브 요소들을 통해 푸시되며, 열전달 유체의 제2 부분은 역으로 콜드 교환 쳄버를 향해 냉각 사이클을 겪게 되는 액티브 요소들을 통해 푸시되도록 되어 있다. 따라서, 동시에 병렬로 작동하는 N개의 미니 또는 마이크로 열 발생기들이 형성되어, 계수 N으로 곱해질 열전달 유체 및 액티브 요소들 사이에 열교환 면이 허용됨으로써, 상기 발생기의 칼로리 파워가 증가하게 된다. 또한, 양쪽 방향들로 순환되는 열전달 유체의 운동이 자계의 증가(가열 사이클)를 받게 되는 액티브 요소들에 의해 생성된 칼로리들 및 자계의 감소(냉각 사이클)를 받게 되는 액티브 요소들에 의해 생성된 프리거리들의 동시적인 회수를 가능하게 하기 때문에 각각의 자기 사이클이 최적으로 이용되며, 유동 시간 또는 사이클 손실이 없게 된다.

또한, 열전달 유체가 열 교환기들을 포함하는 외부 회로들 및 발생기 사이에 삽입된, 외측 더블 펌프 또는 두 개의 외부 펌프들에 의해 강제 순환되는, 다른 자기열 발생기들도 알려져 있다. 상기 예들 중 하나가 동일 출원인에 의해 제출된 WO 2005/0430052호에 기재되어 있다. 이 타입의 발생기에서, 상기 펌프들은 알려진 타입이고 그들을 작동시키도록, 발생기의 전체 에너지 효율을 감소시키는, 파워, 특히 전류를 사용할 수 있어야 한다. 이러한 단점을 피하도록, 공개된 FR 2 875 895호는 열전달 유체의 순환 펌프를 발생기의 구동 수단에 결합하도록 제안하고 있다.

본 발명의 목적은, 산업 부분 및 가정 분야 응용들에서 주어진 사양에 따라 용이하게 구성할 수 있는 그의 모듈러 양태를 보존하면서, 칼로리 파워 및 경제성을 증가시키도록 자기열 발생기의 효율을 개선시키는 것이다.

이 목적으로, 본 발명은 서두에 언급된 종류의 자기열 발생기로서, 상기 발생기의 내부 체적으로 강제 순환 수단이 통합됨을 특징으로 하는 자기열 발생기를 제공한다.

상기한 구성에 의해, 발생기는 강제 순환 수단과 결합되어 유체가 발생기 내에서 혼합됨을 보장하고, 이로써 액티브 요소들을 통해 푸시된 유체의 체계적인 회복이 가능하게 된다. 또한, 강제순환 수단은 단일의 액튜에이터에 의해 작용된다. 이는 그의 에너지 효율을 감소시키지 않고 발생기의 칼로리 파워를 증가시키도록 허용한다.

푸싱 수단이 액티브 요소들을 통해 열전달 유체를 푸시하도록 배열되며 구동 축에 대해 회전하도록 결합된 하나 이상의 캠에 의해 왕복 병진 운동하게 구동되는 하나 이상의 피스톤을 포함하는 경우에, 상기 강제 순환 수단은, 구동 축에 의해 자유로이 지지되며 상기 캠에 의해 왕복 병진 운동하게 구동되는 하나 이상의 중앙 피스톤을 가진 하나 이상의 피스톤 펌프를 포함한다. 이 경우, 상기 캠은 유성 기어 트레인에 의해 구동 축에 대해 회전하도록 결합된 내측 크라운 기어와 결합될 수 있다.

또한, 상기 강제 순환 수단은, 중앙 축 둘레에 배열되며, 상기 발생기의 바디에 의해 지지되어 상기 캠과 일체의 내측 크라운 기어와 맞물리도록 된 소형 유성 기어, 및 유체 통로들을 포함하며, 각각의 소형 유성 기어는 미니 기어 펌프를 형성한다. 상기 강제 순환 수단은 또한 구동 축에 결합된 하나 이상의 터빈을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 강제 순환 수단은, 구동 축과 일체의 구동 기어와 맞물리며 열전달 유체의 순환을 위한 채널들과 결합된 펌프 하우징과 연관된 하나 이상의 유성 기어를 포함하며, 상기 유성 기어는 기어 펌프를 형성하는 펌프 하우징과 연관된다.

다른 대체 실시예에서, 상기 강제 순환 수단은 동시에 푸싱 수단을 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 강제 순환 수단은 열 스테이지의 양측 상에 배열되어 각도 오프셋된 두 개의 조립체들을 포함하며, 각 조립체는, 중앙 축 둘레에 배열되어, 발생기의 바디와 일체의 내측 크라운 기어와 맞물리며, 각각 미니 기어 펌프를 형성하는 기어의 두 개의 톱니 휠들 중 하나에 회전하도록 링크된 유성 기어들을 포함하며, 상기 기어는 구동 축에 의해 회전하도록 구동되는 링에 통합되어 있으며, 상기 조립체들은 관련된 핫 교환 쳄버 또는 콜드 교환 쳄버 및 액티브 요소들 사이에서 유체를 순환시킬 수 있는 크로싱 통로들을 포함한다.

본 발명은, 특허청구의 범위 제1항에 기재된 구성에 의해, 자기열 발생기의 칼로리 파워 및 경제성을 증가시키도록 상기 발생기의 효율을 개선시키게 된다.

첨부 도면들을 참조하여, 비제한적인 예로서 주어진 이하의 두 개의 실시예들의 설명에서 본 발명 및 그의 장점들이 더욱 명확하게 밝혀질 것이다.
도1은 하나의 열 스테이지를 가진 본 발명에 따른 자기열 발생기의 사시도,
도2는 도1의 발생기의 축방향 단면도,
도3은 도1에서의 발생기의 열전달 유체의 강제 순환 수단의 제1 실시예를 나타낸 부분적 사시도,
도4는 도3의 줌 상세도,
도5는 열전달 유체의 강제 순환 수단의 제2 실시예를 나타낸 부분적 사시도,
도6은 도5의 강제 순환 수단의 부분을 형성하는 펌프 하우징의 사시도,
도7은 열전달 유체의 강제 순환 수단의 제3 실시예를 나타낸 부분 단면 사시도,
도8은 도7의 평면도,
도9는 도8의 IX-IX선의 축방향 단면도,
도10은 열전달 유체의 강제 순환 수단의 제4 실시예와 연관된 도1의 발생기의 축방향 단면도,
도11은 도10의 발생기의 간단화된, 부분 단면 사시도, 및
도12는 도10의 발생기의 부분 확대 사시도이다.

도1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자기열 발생기(1), 이하 발생기(1)라 함,는, 중앙 축 A 둘레에 크라운 형태로 배열되어, 카로노 사이클에 따라 그들의 온도를 변화시키고, 액티브 요소들(2)에 가열 사이클 및 냉각 사이클을 교대로 형성하도록 자계의 변화를 받게되는, 자기열 재료로 된 액티브 요소들(2)을 포함하는 하나 이상의 열 스테이지(10)를 포함한다. 열 스테이지들(10)의 개수는 발생기(1)의 사양에 따라, 특히 원하는 온도 구배에 따라 결정되며, 각 열 스테이지(10)는 포개지거나 스택될 수 있는 모듈을 구성할 수 있다. 자계의 변화는, 예컨대, 액티브 요소들(2)의 링 외측에 배열된 필드 폐쇄 장치(4)와 관련되며 액튜에이터에 의해 중앙 축 A 둘레에서 회전되는, 액티브 요소들(2)의 내측에 배열된 자기 장치(3)에 의해 발생된다. 상기 자기 장치(3)는, 중앙 축 A에 의해 다른 도면들에서 심볼화된 구동 축(30)(예컨대, 도3 및 7 내지 9)에 의해 지지되며, 임의의 알려진 타입의 액튜에이터(도시 안됨)에 의해, 연속 또는 불연속으로 회전하도록, 교대로 또는 비교대로, 구동되는, 영구 자석들 또는 그 유사물을 포함할 수 있다.

액티브 요소들(2)은, 다른 열전도 재료들과 연관된 또는 무관한, 여러 가지 자기열 재료들의 조합체 또는 단일의 자기열 재료로부터, 구멍난 또는 미세한 구멍이 난 경질 재료, 다공성 재료, 분말 또는 뭉친 입자들, 축방향 또는 반경방향 라미네이트 등으로 된, 기하학적 섹션들을 갖거나 또는 갖지 않는, 싱글 파트 또는 인접한 파트들의 조립체에 의해 형성된 크라운 등의, 여러 가지 형태들로 될 수 있다.

상기 발생기(1)는 연속적인 가열 및 냉각 사이클 중에 액티브 요소들(2)에 의해 생성된 칼로리들 및 프리거리들을 회수하고, 그들을 상기 발생기의 핫 및 콜드 단부들에 배치되어 커버들(50,60)에 의해 폐쇄된 소위 핫 교환 쳄버(5) 및 소위 콜드 교환 쳄버(6)에 각각 저장하도록 배열된 하나 이상의 열전달 유체를 포함한다. 상기 교환 쳄버들(5,6)은, 예컨대, 단부 접속구들(51,61)에 연결된 열교환기들(도시 안됨)을 통해 외부 활용 회로들로 회수된 칼로리들 및 프리거리들을 교환하도록 설계된다.

더 구체적으로 도2를 참조하면, 상기 발생기(1)는, 열 스테이지(10)의 양측 상에, 자기 장치(3)의 회전을 제어하는 액튜에이터에 의해 중앙 축 A 둘레에서 자체 회전되는, 구동 축과 일체의, 하나 이상의 캠(71)에 의해 왕복 병진(translation) 운동하도록 구동되는, 상기 액티브 요소들(2)에 대향하게 배치된 피스톤들(70)의 형태로서, 액티브 요소들(2)을 통해 상기 열전달 유체를 푸시하는 수단(7)을 포함한다. 상기 발생기(1)가 여러 개의 열 스테이지들(10)을 포함하는 경우, 상기 푸싱 수단(7)은 두 개의 연속적인 열 스테이지들(10)에 대해 공통으로 될 수 있다. 상기 푸싱 수단(7)이, 도1 내지 3의 예에서와 같이, 한편의 필드 폐쇄 장치(4) 및 다른 한편의 커버들(50,60)에 대해, 특히 상보적인 웅형/자형 형상들의 스택을 통해, 자체적으로 조립되도록 배열될 수 있는, 중공 바디(72) 내에 수용된다. 분명하게, 외측 케이싱이 있거나 또는 없는, 임의의 다른 조립 수단도 고려될 수 있다. 도시된 예에서, 발생기(1)의 외주 상에 균일하게 분포된, 타이 로드들(11) 또는 유사물에 의해 조여진 채 유지되는, 이 조립체의 조임을 보장하도록 각 부분 사이에 오링들 또는 유사물(도시 안됨)이 삽입된다. 도2에 도시된 동일한 예에서, 바디(72)는 열전달 유체를 포함하는 탱크(74) 및 피스톤들(70)의 쳄버(73)를 한정하는, 두 개의 반경방향으로 조립된 절반부 셀들로 구성된다. 또한, 이 바디(72)는 캠(71)을 회전하도록 안내하기 위한 베어링들(75)을 포함한다. 상기 캠(71)은, 각 피스톤(70)에 배치된 홈(70a) 내측에서 운동하는, 예컨대 사인 곡선의, 캠 프로파일(71a)을 포함한다.

본 발명의 제1의 3개의 실시예들에 따른 발생기(1)는, 상기 발생기(1)가 하나 이상의 열 스테이지들(10)을 포함하는 지에 따라, 피스톤들(70)의 쳄버들(73) 및 상호 연결되거나 또는 연결되지 않은 유체 탱크들(74)에서 적어도 열전달 유체의 강제 순환을 형성하도록 배열된 통합된 강제 순환 수단(8a,8b,8c)을 포함하는 점에서 현재의 기술과 차별된다.

모든 실시예들에서, 강제 순환 수단(8a,8b,8c,180)은 도2 내지 12에 도시된 실시예들에서와 같이 발생기(1)의 내부 체적으로 통합되도록 설계된다. 이 경우, 그들은 자기 장치(3)의 구동 축 상으로 시프트되어, 콤팩트한 구성 및 단일의 공통 전원을 허용하는, 동일의 액튜에이터에 의해 구동된다.

상기 강제 순환 수단(8a,8b,8c,180)은, 상기 액티브 요소들(2)의 입력 및 출력 사이에 온도 구배를 형성하여 유지하며, 따라서 두 개의 연속적인 열 스테이지들(10) 사이의 온도 구배, 및 발생기(1)의 전체 열 파워를 동시에 증가시키기 위해, 각 탱크(74)의 열전달 유체의 온도를 평형으로 하고, 피스톤들(70)에 의해 액티브 요소들(2)을 통해 푸시되는, 쳄버들(73)의 유체를 연속으로 새로 교체하도록, 액티브 요소들(2) 통과 전후의 열전달 유체의 혼합, 즉 칼로리들을 갖는 유체의 일부 및 프리거리들을 갖는 유체의 일부를 혼합하기 위해, 사용된 수단의 타입에 따라 그 다음의 루프 사이클 또는 교대로 작용하는 사이클에 의해, 각 탱크(74)의 열전달 유체를 혼합하도록 허용한다.

도2 내지 4에 도시된 제1 실시예에서, 상기 강제 순환 수단(8a)은, 중앙 축 A 둘레에 원형으로 배열되어, 바디(72)에 의해 지지되며 상기 바디(2)와 일체로 축 B 둘레에서 자유로이 회전하는, 소형 유성 기어들(80)의 세트를 포함한다. 명료화를 위해, 도2의 우측 부분은 간단화되었고 소형 기어들(80)을 도시하지 않고, 단지 하나의 소형 기어(80)만이 도3에 도시되며 캠(71)은 도4에 상세하게 도시되지 않았다. 상기 기어들(80)은 캠(71)과 일체의 크라운 기어(81)와 맞물리며 중앙 축 A 둘레에서 회전된다. 캠(71)이 회전함에 의해 크라운 기어(81)가 회전되며, 또한 미니 기어 펌프들과 같이 작동하는, 즉 탱크(74)의 열전달 유체를 루프 순환으로 구동하도록, 상기 열전달 유체를 소형 기어들의 톱니들을 통해 피스톤들(70) 및 액티브 요소들(2)을 향해 구동하는, 소형 기어들(80)이 회전하게 된다. 이 목적으로, 상기 바디(72)는 각 소형 기어(80)의 펌프 하우징(84)을 한정하며, 쳄버들(73) 중 하나의 통로가 개방되자마자, 한편으로 탱크(74)와 대응하는 교환 쳄버(5,6) 또는 발생기(1)가 여러 개의 열 스테이지들(10)을 포함하는 경우 인접한 탱크(74)를 연결하고, 다른 한편으로 피스톤들(70)의 쳄버들(73)과 연결하도록, 채널들, 홈들, 구멍들 또는 유사한 형태들의 유체 통로들(82)(도4 참조)이 상기 바디(72) 및 캠(71)에 배치된다. 상기 소형 기어들(80)은 바람직하게 피스톤들(70) 근처에 배치된다. 따라서, 액티브 요소들(2)을 통해 푸시된 열전달 유체의 일부는 일정하게 새로 교체된다. 또한, 상기 강제 순환 수단(8a)은, 탱크(74) 내의 열전달 유체의 혼합을 더욱 증가시키도록 중앙 축 A 둘레에서 회전되며 캠(71)과 일체로 된, 중앙 터빈(83)을 포함한다. 이 목적으로, 상기 캠(71)은, 터빈(83) 및 캠(71)을 통해 열전달 유체가 순환하도록 허용하는, 터빈(83)의 블레이드들 근처에 유체 통로들(82)을 포함한다. 이 실시예에서, 캠(71)을 구성하는 파트는 : 액티브 요소들(2)을 통해 열전달 유체를 푸시하기 위해 왕복으로 병진 운동하도록 피스톤들(70)을 구동하는 기능, 액티브 요소들(2) 및 피스톤들(70)을 향해 열전달 유체를 강제로 순환시키는 미니 기어 펌프들을 형성하도록 소형 기어들(80)을 구동하는 기능, 및 탱크(74)의 열전달 유체를 강제로 혼합하는 기능 등의 여러 가지 기능들을 결합한다. 분명하게 다른 실시예들에 따라, 상기 캠(71)은 터빈(83)이 제공되거나 또는 없을 수 있고, 소형 기어들(80)도 제공되거나 또는 제공되지 않을 수 있다.

도5 및 6에 도시된 제2 실시예에서, 상기 강제 순환 수단(8b)은 하나 이상의 유성 기어(84)를 포함하며, 도시된 예에서 3개의 유성 기어들(84)이 제공되지만, 이 개수로 제한되는 것은 아니며, 상기 기어는 중앙 축 A 둘레에, 등간격 또는 그와 다르게, 배열되어, 바디(72)에 의해 지지되며 상기 바디(2)와 일체로 축 C 둘레에서 자유로이 회전하게 된다. 상기 기어들(84)은 캠(71)과 일체의 구동 기어(85)(도5에 기준선으로 나타냄)와 맞물리며 중앙 축 A 둘레에서 회전된다. 캠(71)의 회전에 의해 구동 기어(85)가 회전되며, 또한 미니 기어 펌프들과 같이 작동하는, 즉 탱크(74) 내의 열전달 유체를 루프 순환으로 구동시키도록, 상기 열전달 유체를 유성 기어들의 톱니들을 통해 피스톤들(70) 및 액티브 요소들(2)을 향해 구동하는, 유성 기어들(84)이 회전하게 된다. 이 목적으로, 상기 기어들(84)은, 전술한 예를 참조하여 캠(71) 및 바디(72)에 배치된 유체 통로들(82)에 연결된, 각 기어(84) 둘레에서의 유체의 순환을 위한 채널들(87)을 가진, 상기 바디(72)에 장착되는 고정된 펌프 하우징(86)과 연계된다. 이 펌프 하우징(86)은 또한 열전달 유체가 상기 펌프 하우징(86) 및 캠(81)을 통해 순환할 수 있도록 통과하는 유체 통로들(88)을 포함한다. 이 실시예에서, 구동 기어(85)는 또한 전술한 예에서의 터빈(83)의 역할, 즉 탱크(74)의 열전달 유체의 혼합을 증가시키도록 작용하게 된다.

도7 내지 9에 도시된 제3 실시예에서, 상기 강제 순환 수단(8c)은 피스톤 펌프와 같이 작동하여 유체의 교대되는 순환을 형성하도록 왕복 병진 운동하게 되는 중앙 피스톤(90)을 포함한다. 상기 중앙 피스톤(90)은 자기 장치(3)의 구동 축(30) 상에서 자유로이 왕복 병진 운동 및 회전하도록 장착된다. 상기 구동 축(30)은, 중앙 축 A 둘레에, 등간격 또는 그와 다르게 원형으로 배열되며, 상기 바디(72)에 의해 지지되어 상기 바디(72)와 일체로 축 D 둘레에서 자유로이 회전하는, 하나 이상의 기어들(92)과 맞물린 톱니 휠(91)을 지지한다. 이 기어들(92)은 중앙 축 A 둘레에서 캠(94)을 회전시키는 내측 크라운 기어(93)와 맞물린다. 상기 캠(94)은 전술한 실시예에서의 캠(71)과 동일한 기능들을 가지며 피스톤들(70)의 홈(70a) 내측에서 이동하여 그들을 왕복 병진 운동하도록 구동하며 액티브 요소들(2)의 열전달 유체를 푸시하도록 된 동일한 타입의 캠 프로파일(71a)을 포함한다. 동시에 이 캠(94)은 중앙 피스톤(90)의 외주에 배치된 캠 경로(96)에서 이동하는 종동 핑거(95)에 의해 중앙 피스톤(90)의 왕복 병진 운동을 보장하며, 상기 캠 경로(96)는 대략 사인 곡선 형태를 가진다(도9 참조). 중앙 피스톤(90)의 축방향 스트로크는 일측에서 상기 바디(72)에 의해 그리고 타측에서 톱니 휠(91)에 의해 제한된다. 전술한 예들에서와 같이, 탱크(74) 및 피스톤들(70)의 쳄버(73) 사이에서 열전달 유체를 순환시킬 수 있도록 상기 바디(72)에 유체 통로들(82)이 배치된다.

도10 내지 12에 도시된 제4 실시예에서, 강제 순환 수단(180)은 동시에 푸싱 수단을 형성한다. 이 실시예에서, 상기 강제 순환 수단은 열 스테이지(10)의 양측 상에 배열된 두 개의 조립체들(181)로 구성된다. 도11 및 12는 각각 하나의 조립체(181)를 나타내고 있다. 다른 조립체(181)도 동일하며 중앙 축 A에 대해 45°의 각도로 오프셋되어 있다. 도시된 조립체(181)는, 중앙 축 A 둘레에 배열되며 구동 축(30)에 의해 회전되는 지지부(186)에 통합되어 있는 4개의 기어들(185)을 포함한다. 각각의 기어(185)는 두 개의 톱니 휠들(184,184')을 포함하며 상기 톱니 휠들 중 하나(184)는 (그의 톱니가 도면들에 도시되지 않은) 내측 크라운 기어(183)와 맞물리는 유성 기어(182)에 대해 회전할 수 있게 고정되어 연결된다. 상기 내측 크라운 기어(183)는, 지지부(186)가 회전함에 의해 고정된 크라운 기어(183)의 톱니와 맞물린 유성 기어들(182)을 회전시키는 동시에, 톱니 휠(184)을 회전시키게 되며 따라서 각 기어(185)의 관련된 톱니 휠(184')의 회전을 유도하도록 발생기(1)의 바디(72)와 일체로 된다. 따라서, 각 기어는 유체를 열 스테이지(10)를 향해 구동하는 펌프를 형성한다.

이 목적으로, 열전달 유체 통로들은 상기 조립체들(181)에 배치된다. 특히, 상기 열전달 유체 통로들은 각 기어(185)에 대해 혼합 쳄버(187)를 포함하며, 상기 혼합 쳄버(187)는 지지부(186)의 두께 내로 되어있고 대응하는 기어(185) 및 관련된 핫 또는 콜드 쳄버(5,6)는 물론이고, 기어들(185)(도11 참조) 사이의, 지지부(186)의 반경방향 면의 레벨에 형성된 만입부들(188)과 유체 소통되게 연결된다. 상기 지지부들(186)은, 그들이 중앙 축 A 둘레에서 회전될 때, 각각의 액티브 요소(2)가 하나의 싱글 기어(185)에 대향하게 배치되도록 45°로 각도 오프셋되게 배열된다. 따라서, 액티브 요소(2)를 통해 핫 교환 쳄버(5)의 레벨에 배치된 기어(185)에 의해 푸시된 열전달 유체는 콜드 교환 쳄버(6)의 측면 상에 배치된 만입부(188)로 유동되며 상기 콜드 교환 쳄버(6)에 이미 존재하는 유체와 혼합되도록 콜드 교환 쳄버(6)에 도달한다. 그 후, 이 열전달 유체의 일부는 기어들(185)에 의해 그들의 혼합 쳄버(187)로 흡인되어, 핫 교환 쳄버(5)를 향해, 액티브 요소들(2)을 향해 푸시 아웃된다. 이러한 제4 대체 실시예에서, 조립체들(181)의 각도 효과는 피스톤들의 사용을 필요하지 않게 하며, 지지부(186)가 회전될 때 열전달 유체는 액티브 요소들(2)의 전방으로 이동하는 기어들(185)에 의해 동시에 푸시되어 혼합된다.

피스톤들(70)을 포함할 때, 발생기(1)의 작동은, 액티브 요소들(2) 내에 가열 및 냉각 사이클들을 형성하기 위한 자기 장치(3)의 회전, 상기 액티브 요소들(2)을 통해 열전달 유체를 푸시하도록 왕복 병진 운동으로 피스톤들(70)을 이동시키기 위한 캠들(71)의 회전, 탱크들(74)의 열전달 유체를 혼합하고 그 유체를 강제 순환되도록 배치하여, 각각의 열 스테이지(10) 사이에서 그의 온도를 동일하게 하기 위한 상기 수단(8a,8b,8c)의 회전을 단일 액튜에이터(도시 안됨)로 구동함에 의해 구성된다. 피스톤들(70)을 포함하지 않을 때, 발생기(1)의 작동은, 액티브 요소들(2) 내에 가열 및 냉각 사이클들을 형성하기 위한 자기 장치(3)의 회전, 및 유체를 혼합 쳄버들(187)에서 혼합하고 각각의 열 스테이지(10) 사이에서 그의 온도를 동일하게 하도록 그 유체를 강제 순환되도록 배치하기 위해, 상기 액티브 요소들(2)을 통해 열전달 유체를 푸시하도록 기어들(185)을 회전하도록 구동하기 위한 각도 오프셋된 지지부들(186)의 회전을 단일 액튜에이터(도시 안됨)로 구동함에 의해 구성된다.

따라서, 여러 개의 열 스테이지들(10)의 스택킹은, 전도체 또는 열 교환기(도시 안됨)를 통해, 회수된 칼로리들 및 프리거리들이 외부 활용 회로들(가열, 에어 컨디셔닝, 템퍼링, 등)로 전달될 수 있도록 설계되어 단부들에 배치된 핫 및 콜드 교환 쳄버들(5,6) 사이의 온도 구배를 크게 증가시키도록 허용한다.

사용되는 열전달 유체는 액체가 바람직하다. 열전달 유체는 최대 열교환을 얻도록 원하는 온도 범위에 적합한 화학적 조성을 갖게 된다. 이 유체는 액체, 기체 또는 이상성(二相性)이다. 만일 액체라면, 예컨대 포지티브 온도들에 대해서는 순수한 물 및 부동액을 넣은 물을 사용하고, 예컨대 네거티브 온도들에 대해서는 글리콜계 제품 또는 소금물을 사용할 것이다.

산업상 응용 가능성

본 발명에 따른 열 발생기(1)를 형성하는 모든 부품들은 재생 가능한 산업적 공정들을 이용하여 양산될 수 있다. 액티브 요소들(2) 및 자기 수단(3,4)을 제외한, 상기 모든 부품들은 열 절연 재료로, 주조, 사출 또는 유사한 공정에서 제조될 수 있다. 열 스테이지들(10)은, 타이 로드들(11)(도1 참조) 등의, 공지된 임의의 적절한 부착 수단 및 임의의 적절한 밀봉 수단에 의해 조립될 수 있다. 표준화될 수 있는, 콤팩트하고 스택 가능한 열 스테이지들(10)을 갖는 발생기(1)의 제조는, 산업 및 가정 모두에서의, 비용 효율적인, 넓은 범위의 응용들, 제한된 공간적 요건들, 및 이러한 타입의 발생기들에 있어서의 발열량 면에서 현재 견줄 바가 없는 성능의 레벨을 만족시킬 수 있게 된다.

본 발명은 설명된 실시예들로 제한되지 않고, 첨부된 특허청구의 범위에 의해 정의된 바와 같은, 보호의 범위에서 벗어나지 않고 당업자에 의한 임의의 명백한 변화 및 변경으로까지 연장되는 것이다.

1: 자기열 발생기
2 : 액티브 요소
3 : 자기 장치
5 : 핫 교환 쳄버
6 : 콜드 교환 쳄버
7 : 푸싱 수단
8a,8b,8c,180 : 강제 순환 수단
10 : 열 스테이지
30 : 구동 축
70 : 피스톤
71 : 캠
72 중공 바디
74 : 탱크
81 : 크라운 기어
86 : 펌프 하우징
88 : 유체 통로

Claims

자기열 재료로 된 액티브 요소들(2)과 결합되며 중앙 축(A) 둘레에 배열된 하나 이상의 열 스테이지(10), 액튜에이터에 의해 상기 중앙 축(A) 둘레에서 회전되는 구동 축(30)에 의해 지지되며, 액티브 요소들(2)이 자계의 변화를 받게 하도록 배열된 자기 장치(3), 상기 발생기(1)에 포함되며 푸싱 수단(7,180)에 의해 액티브 요소들(2)을 통해 푸시되는 적어도 하나의 열전달 유체, 외부 활용 회로들에 각각 결합되도록 설계된 하나 이상의 소위 콜드 교환 쳄버(6) 및 소위 핫 교환 쳄버(5), 및 열전달 유체의 강제 순환 수단(8a,8b,8c,180)을 포함하는 자기열 발생기(1)에 있어서, 상기 강제 순환 수단(8a,8b,8c,180)은 발생기(1)의 내부 체적 내로 통합되며, 상기 자기 장치(3)의 것과 동일한 액튜에이터에 의해 구동되도록 상기 구동 축(30)에 결합되며, 발생기 내측의 유체의 혼합과 동시에 순환을 허용하도록 상기 발생기 내측에 배치된 유체 통로들(82,87,88,187,188)을 포함함을 특징으로 하는 자기열 발생기(1).
제1항에 있어서, 상기 푸싱 수단(7)은 액티브 요소들(2)을 통해 열전달 유체를 푸시하도록 배열되어 구동 축(30)에 대해 회전하도록 결합된 하나 이상의 캠(94)에 의해 왕복 병진 운동하도록 구동되는 하나 이상의 피스톤(70)을 포함하며, 상기 강제 순환 수단(8c)은 구동 축(30)에 의해 자유로이 지지되어 상기 캠(94)에 의해 왕복 병진 운동하도록 구동되는 하나 이상의 중앙 피스톤(90)을 가진 하나 이상의 피스톤 펌프를 포함함을 특징으로 하는 자기열 발생기.
제2항에 있어서, 상기 캠(94)은 유성 기어 트레인(91,92)에 의해 구동 축(30)과 회전하도록 결합된 내측 크라운 기어(93)를 포함함을 특징으로 하는 자기열 발생기.
제1항에 있어서, 상기 강제 순환 수단(8b)은 구동 축(30)과 일체의 구동 기어(85)와 맞물리며 유체(87)의 순환을 위한 채널들과 결합된 펌프 하우징(86)과 연관된 하나 이상의 유성 기어(84)를 포함하며, 상기 유성 기어(84)는 기어 펌프를 형성하는 상기 펌프 하우징(86)과 연관됨을 특징으로 하는 자기열 발생기.
제1항에 있어서, 상기 푸싱 수단(7)은 액티브 요소들(2)을 통해 열전달 유체를 푸시하도록 배열되어 구동 축(30)에 대해 회전하도록 결합된 하나 이상의 캠(71)에 의해 왕복 병진 운동하도록 구동되는 하나 이상의 피스톤(70)을 포함하며, 상기 강제 순환 수단(8a)은, 상기 중앙 축(A) 둘레에 배열되며, 발생기(1)의 바디(72)에 의해 지지되어 상기 캠(71)과 일체의 내측 크라운 기어(81)와 맞물리도록 된 소형 유성 기어(80), 및 유체 통로들(82)을 포함하며, 각각의 소형 유성 기어(80)는 미니 기어 펌프를 형성함을 특징으로 하는 자기열 발생기.
제5항에 있어서, 상기 강제 순환 수단(8a)은 구동 축(30)에 결합된 하나 이상의 터빈(83)을 포함함을 특징으로 하는 자기열 발생기.
제1항에 있어서, 상기 강제 순환 수단(180)은 동시에 푸싱 수단을 형성함을 특징으로 하는 자기열 발생기.
제7항에 있어서, 상기 강제 순환 수단(180)은 열 스테이지(10)의 양측 상에 배열되어 각도 오프셋된 두 개의 조립체들(181)을 포함하며, 각 조립체(181)는, 중앙 축(A) 둘레에 배열되며, 발생기(1)의 바디(72)와 일체의 내측 크라운 기어(183)와 맞물리며, 각각 미니 기어 펌프를 형성하는 기어(185)의 두 개의 톱니 휠들(184,184') 중 하나(184)에 대해 회전하도록 링크된 유성 기어들(182)을 포함하며, 상기 기어(185)는 구동 축(30)에 의해 회전하도록 구동되는 지지부(186)에 통합되어 있으며, 상기 조립체들(181)은 관련된 핫 교환 쳄버(5) 또는 콜드 교환 쳄버(6) 및 액티브 요소들(2) 사이에서 유체가 통과하여 순환할 수 있도록 하는 통로들을 포함함을 특징으로 하는 자기열 발생기.