KR20140089508A

KR20140089508A - 자기열량 재료의 성능저하를 반전시키기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140089508A
Application number: KR1020147004162A
Authority: KR
Inventors: 칼 비. 짐; 스티븐 에이. 제콥스
Original assignee: 애스트로노틱스 코포레이션 오브 아메리카
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-07-15
Also published as: MX339024B; RU2014105818A; EP2734796A4; MX2014000602A; BR112014000922A2; CN103748424A; WO2013012908A1; CN103748424B; US20130019610A1; JP2014521050A; EP2734796A1

Abstract

본원의 방법은 자기열량 재료(magnetocaloric material)가 퀴리 온도(Curie temperature)를 갖는 자기 냉각 시스템에서 자기열량 재료의 적어도 부분적인 성능저하(degradation)를 식별하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 회생 온도(regenerating temperature)에서 자기열량 재료를 유지함으로써 자기열량 재료를 회생하는 단계도 포함하며, 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와는 다르다.

Description

자기열량 재료의 성능저하를 반전시키기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REVERSE DEGRADATION OF A MAGNETOCALORIC MATERIAL}

본원은 2011년 7월 19일 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/509,381호를 우선권으로 주장하며, 본원에 그 전체 기술내용이 참고로 포함되어 있다.

본원은 자기열량 재료의 성능저하를 반전시키기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다

아래의 설명은 본원에 대한 이해를 돕기 위해 제공된 것이며, 제공되는 기술정보 또는 인용된 참고 문헌의 어느 것도 선행 기술로 인정되지 않는다.

인가된 자기장과의, 철과 같은 강자성 재료의 강한 상호작용은, 물질 구조에서 원자 회전의 성질로부터 발생하여 인가된 자기장과 응집적으로 재료들이 정렬되게 한다. 자기 재료의 특성으로 "퀴리(Curie) 온도" 라고 칭하는 특정 온도 상에서, 열교란(thermal agitation)은 이런 응집 회전의 정렬을 막고, 인가된 자기장과의 상호작용을 매우 약하게 한다. 퀴리 온도 상에서, 재료는 강자성 물질이기보다는 상자성 물질이 된다. 퀴리 온도의 근방에서, 인가된 자기장에서의 원자 회전의 응집 정렬은 재료의 자기 엔트로피의 감소를 초래한다.

만일 재료가 열적으로 고립되었으면, 그 전체 엔트로피는 보존되며, 재료의 자기 엔트로피의 감소는 재료의 열 엔트로피의 증가에 의해 보상되고, 재료의 온도는 상승한다. 자기장에 노출되었을 때 온도의 이러한 상승은 자기열량 효과(magnetiocaloric effect)로 알려져 있다. 인가된 자기장이 제거되면, 자기 엔트로피는 상승하고, 열 엔트로피는 감소하며, 재료의 온도는 낮아진다.

본원의 방법은 자기 냉각 시스템에서 자기열량 재료의 적어도 부분적인 성능저하(degradation)를 확인하는 단계를 포함하며, 자기열량 재료는 퀴리 온도를 갖는다. 방법은 또한 회생 온도(regenerating temperature)에서 자기열량 재료를 유지하여 자기열량 재료를 회생하는(regenerating) 단계도 포함하며, 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와 다르다.

본원의 다른 방법은 자기 냉각 시스템의 적어도 하나의 베드(bed)를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 적어도 하나의 베드는 자기열량 재료를 구비하고, 상기 자기열량 재료는 퀴리 온도를 갖고, 열전달 유체는 적어도 하나의 베드에서 자기열량 재료로 또는 재료로부터 열을 전달하도록 구성된다. 또한, 이 방법은 자기 냉각 시스템의 적어도 하나의 밸브를 형성하는 단계도 포함하여, 적어도 하나의 베드와 히터 또는 열교환기를 통하는 열전달 유체의 흐름을 제어하며, 적어도 하나의 베드와 히터 사이에서의 열전달 유체의 흐름은 회생 온도에서 자기열량 재료를 유지하여 자기열량 재료를 회생하며, 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와 다르다.

본원의 장치는 열전달 유체와, 퀴리 온도를 가진 자기열량 재료를 구비하는 베드를 포함한다. 베드는 열전달 유체가 자기열량 재료로 또는 재료로부터 열을 전달하게 구성된다. 장치는 또한 많은 시간 동안 회생 온도에서 자기열량 재료를 유지하여 자기열량 재료를 회생하게 구성된 히터도 포함하며, 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와 다르다.

본원의 시스템은 제1서브시스템과 제2서브시스템을 포함한다. 제1서브시스템은 제1열전달 유체 및 제1자기열량 재료를 가진 제1베드를 포함하며, 상기 제1자기열량 재료는 제1퀴리 온도를 갖는다. 제1서브시스템은 또한 제1서브시스템이 재생 모드 또는 냉각 모드에서 작동하는지의 여부를 제어하게 구성된 제1밸브도 포함한다. 제2서브시스템은 제2열전달 유체 및 제2자기열량 재료를 가진 제2베드를 포함하며, 상기 제2자기열량 재료는 제2퀴리 온도를 갖는다. 제2서브시스템은 또한 제2서브시스템이 재생 모드 또는 냉각 모드에서 작동하는지의 여부를 제어하게 구성된 제2밸브도 포함한다.

본 발명의 상기 특징 및 그외 다른 특징은 첨부된 도면과 관련하여 아래에서 설명되는 설명 및 첨부된 청구범위를 통해 명료하게 나타날 것이다. 본원의 도면은 본 발명에 따른 일부 실시예 만을 나타낸 것이며, 따라서, 본원의 첨부 도면은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주 되어서는 안 되며, 본 발명은 첨부 도면의 사용을 통해 추가적인 특정한 기술을 이룰 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 예시된 실시예에 따르는 가돌리늄(Gd)에서 자기열량 효과를 나타낸 도면이다.
도 2는 예시된 실시예에 따르는 능동형 자기 회생 사이클(active magnetic regenerator cycle)의 단계를 나타낸 도면이다.
도 3은 예시된 실시예에 따르는 LaFeSiH 및 Gd의 1.0 테슬라 필드(좌측 패널) 및 열용량(우측 패널)에서의 등온 엔트로피 변화(왼쪽 패널)를 대비하여 나타낸 도면이다.
도 4는 예시된 실시예에 따르는 자기 냉동 베드에서 위치의 함수로서 냉동 사이클에 대한 최소 및 최대 유체온도를 나타낸 도면이다.
도 5는 예시된 실시예에 따르는 단일 층 Gd 베드를 가진 자기 냉동 시제품(prototype)과 대비되는 5-층 LaFeSiH 베드를 가진 자기 냉동 시제품의 성능을 나타낸 도면이다.
도 6은 예시된 실시예에 따르는 LaFeSiH의 원제품(pristine sample)의 시차주사 열량측정(DSC:differential scanning calorimetry) 트레이스(trace)를 나타낸 도면이다.
도 7은 예시된 실시예에 따르는 1년 이상 동안 퀴리 온도에 가깝게 유지된 후의 상태로, 도 6의 동일한 재료의 DSC 트레이스를 나타낸 도면이다.
도 8은 예시된 실시예에 따르는 상승 온도에 노출시켜 나타난 수명-분열(age-split) LaFeSiH의 회복을 나타낸 도면이다.
도 9는 예시된 실시예에 따르는 낮은 온도에 노출시켜 나타난 수명-분열 LaFeSiH의 회복을 나타낸 도면이다.
도 10은 예시된 실시예에 따르는 냉각 모드에서 작동하는 능동형 자기 회생기 타입의 냉장장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 예시된 실시예에 따르는 복구 모드에서 작동하는 능동형 자기 회생기 타입의 냉장장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 제1실시예에 따르는 2개의 듀얼 스테이지 서브시스템을 가진 능동형 자기 회생기 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 13은 제2실시예에 따르는 2개의 듀얼 스테이지 서브시스템을 가진 능동형 자기 회생기 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.

다음에 기술되는 설명은 본원의 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 명세서에서 다르게 기술하지 않는 한, 도면에서 유사한 기호는 일반적으로 유사한 구성요소를 지칭한다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 기재된 예시된 실시예들이 본 발명을 한정하지는 않는다. 즉, 본 발명의 정신 또는 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서, 다른 실시예들이 사용될 수 있고, 다른 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 일반적으로 명세서에 기술된 내용과 도면에 예시된 설명이 다양하게 서로 다른 구조로 배치, 대체, 결합, 및 설계될 수 있는 것이며, 그 모두가 명시적으로 고려될 수 있는 것이므로 본원의 일부인 것으로 이해되어야 한다.

자기 냉장장치(MR: magnetic refrigerator)는 자기열량 효과를 이용하여 냉각 시스템 밖으로 열을 펌핑하며, 그 열은 따뜻한 주위로 방출된다. 자기열량 효과는 자기장에 노출되었을 때 재료의 온도가 상승하는 것을 말한다. 인가된 자기장이 제거되면, 자기 엔트로피는 상승하고, 열 엔트로피는 감소하며, 재료의 온도는 낮아진다. 이 온도 변화를 가돌리늄(Gd)에 대해 도 1에 나타냈으며, 가돌리늄은 약 60℉의 퀴리 온도를 가진 자기열량 재료이다. 상기 재료는 초기에 60℉의 온도를 갖고, 2-테슬라 필드의 인가는 예를 들어 10℉의 온도 상승을 일으킬 것이다. 온도 변화는 인가된 자기장의 세기가 증가 될 때 상승한다.

현대의 상온 MR시스템은 능동형 자기 회복기(AMR: Active Magnetic Regenerator)의 사이클을 사용하여 냉각작용을 이행할 수 있다. AMR 사이클의 초기 구현은 미국 특허 제4,332,135호에서 찾을 수 있으며, 개시된 전체 기술내용이 본원에 참고로 포함되었다. 일례의 실시예에서, AMR 사이클은 도 2에 개략적으로 나타낸 바와 같이 4개의 스테이지를 갖는다. 도 2의 MR시스템은 자기열량 재료(MCM: magnetocaloric material)의 다공성 베드와 열전달 유체를 포함하며, 열전달 유체는 베드를 통해 흘러가서 MCM과 열을 교환한다. 도면에서, 베드의 좌측은 저온(cold) 측이고, 반면에 고온(hot) 측은 우측에 있다. 다른 실시예에서, 저온 측과 고온 측은 반대로 있을 수 있다. 유체 흐름의 타이밍 및 방향('고온에서 저온으로' 또는 '저온에서 고온으로')은 자기장을 적용 및 제거하여 조정된다.

사이클의 제1단계("자화")에서는 베드의 유체가 정체해 있고, 자기장이 MCM에 인가되어 가열된다. 사이클의 제2단계("저온에서 고온으로의 흐름")에서는 베드 상에 자기장이 유지되고, 고정된 온도(T_ci)(저온 입구 온도)에서의 유체가 저온 측으로부터 고온 측으로 베드를 통해 펌핑된다. 이 유체는 베드의 각각의 섹션으로부터 열을 흡수하여, 베드를 냉각하고 베드의 다음 섹션으로 통과하면서 유체를 따뜻하게 한다. 이 유체는 결국에는 온도(T_Ho)(고온 출구 온도)에 도달하며, 유체는 베드를 빠져나간다. 일반적으로, 이 유체는 고온 측 열교환기를 통해 순환되며, 유체의 열은 주위 환경으로 배출된다. 제3단계("소자화")에서, 유체의 흐름은 종료되고, 자기장은 제거된다. 이것은 베드가 추가로 냉각되게 한다. 사이클의 최종 단계("고온에서 저온으로의 흐름")에서, 고정된 온도(Τ_Ηi)(고온 입구 온도)에서의 유체는 자기장이 계속하여 존재하지 않는 저온 측으로 고온 측으로부터 베드를 통해 펌핑된다. 유체는 베드의 각 섹션을 통과함으로써 냉각되며, 사이클에서 유체에 의해 도달되는 가장 냉각된 온도인 온도(T_Co)(저온 출구 온도)에 닿는다. 일반적으로, 이런 더욱 낮은 온도로 냉각된 유체는 저온 측 열교환기를 통해 순환되며, 여기서 냉각된 시스템으로부터 열을 흡수하여 이 시스템이 시스템의 냉각 온도를 유지하게 한다.

AMR 사이클의 4단계의 실행을 완료하는 데 걸리는 시간은 사이클 시간이며, 그 역은 사이클 주파수로 알려져 있다. MR 시스템의 "온도 범위"는 Τ_Ηi-T_Ci로 정의되며, 입구 유체의 온도에서 차이가 있다. AMR 사이클은 간단한 증기압축 사이클과 유사하며, 가스 압축(가스가 가열되게 함)은 자화의 역할(role)을 하며, 가스의 자유팽창(가스 온도를 떨어뜨림(drop))은 소자화의 역할을 한다. 도 2가 단일 베드 MR 시스템의 작동을 예시했어도, 다른 실시예에서, 각각이 동일한 AMR 사이클로 진행하는 다수의 베드는 단일 시스템으로 통합되어 냉각 전력을 증가시키고, 시스템 크기를 감소시키고, 또는 그 밖의 AMR 사이클의 구현동작을 향상시킬 수 있다.

일반적으로, 1-2테슬라의 자기장은 냉장을 위한 자기열량 효과를 효과적으로 이용하는데 사용된다. 이 자기장은 일반적으로 강력한 NdFeB 자석의 조립체에 의해 제공된다. NdFeB 자석의 최고 등급의 잔류 자화(remanent magnetization)는 약 1.5 테슬라이다. 이것보다 강한 자기장의 사용은 MR의 성능을 향상시키지만, 잔류 자화를 초과하는 자기장을 얻기 위해서는 자석의 크기와 무게의 상당한 (그리고 엄청날 수 있는) 증가를 필요로 한다. 따라서, 1.5 테슬라는 MR 시스템의 크기와 성능 사이에서 대체로 최적한 균형을 제공하는 자기장 세기이다. 영구자석의 기술이 발전 됨에 따라, 1.5 테슬라 보다 큰 잔류 자화를 가진 자석을 구할 수 있다. 이 경우, MR 시스템의 최적한 자기장의 세기가 따라서 증가할 것이다.

영구자석 조립체는 일반적으로 MR에서 가장 비싼 구성요소이다. 이런 고가의 자원을 최대한 활용하기 위해서, MR에 사용되는 자기열량 재료는 가능한 가장 강력한 자기열량 효과를 가져야 한다. 이 재료는 또한, 독성, 반응성, 또는 희귀성(그리고 따라서 값이 비싼) 성분의 사용을 피해야 한다. 전술한 고려사항은 예를 들어 비독성, 불활성, 저가이면서 약한 자기열량 효과를 가진, Gd의 상업적 사용을 배제한 것이다. Gd, 또는 유사한 자기열량 세기를 가진 다른 재료를 사용하는 MR 시스템은 상용 유틸리티에서, 너무 큰 것이다. 란탄 철 수소화 규소(LaFeSiH)는 상용 MR 시스템에서 사용할 수 있는 가장 유망한 자기열량 재료 중 하나이다. LaFeSiH의 설명은 후지타 등의 발명의 명칭이 "La(Fe_xSi₁ _-X)₁₃ 화합물과 그들의 혼합물에서 순회-전자 메타마그네틱 트랜지션 및 대형 자기열량 효과" 로 피지칼 리뷰지 B 67(2003)에서 찾아볼 수 있으며, 그 전체 개시된 기술내용은 본원에 참고로 포함되었다. 이 재료는 강한 자기열량 효과가 있는 것이다. 도 3은 예를 들어, 자기열량 세기의 2개의 가장 중요한 측정치를 나타낸 도면이며, LaFeSiH의 1.0 테슬라 필드에서의 등온 엔트로피 변화(왼쪽 패널)와 열용량(오른쪽 패널)을 나타내었다. 대비를 위해, Gd에 대한 동일한 성질도 나타내었다. 크게 향상된 자기열량의 세기 때문에, LaFeSiH을 사용하는 MR 시스템은 Gd를 사용한 시스템보다 훨씬 더 콤팩트하게 할 수 있다. LaFeSiH 가 구성물로서 희토류 금속(La: 란탄)을 가지더라도, La가 이들 요소 중 가장 풍부한 것 중의 하나이어서, 저렴하게 유지된다.

대부분의 냉각 용도에서, 온도 범위는 대체로 약 30℃(54℉) 이상일 것이다. MR 시스템에 의해 지원되는 전체 범위가 대형이더라도, 시스템에서 베드의 실제 축방향 섹션 내의 온도는 냉동 사이클에 걸쳐 비교적 좁은 범위 내에서 유지될 것이다. 도 4는 예를 들어, 가정용 공조기로 설계된 특별한 MR 시스템용 베드에서 축방향 위치의 함수로서 냉동 사이클에 대한 이론적 최소 및 최대치의 유체 온도를 나타낸 것이다. 이 경우에서, 전체 온도 범위가 37℃에 있더라도, 베드에서의 각각의 축방향 위치는 평균값 근방에서 ±2℃ 만의 온도 변화를 한다. 베드가 단일의 자기열량 재료로 구성되는 경우에는, 베드의 일부 영역이 퀴리 온도로부터 벗어난 온도에 있을 것이다. 베드의 이런 영역은 엔트로피 변화를 거의 받지 않을 것이고, 낮은 열 용량을 가질 것이다(도 3을 참조). 이들 지역은 더욱 수동형 회생기(passive regenerators)처럼 작용할 것이고, 시스템의 냉각 전력에는 거의 기여하지 않을 것이다. 이런 베드 볼륨의 비효율적인 사용은 계층화된 베드(layered beds)의 사용을 통해 피할 수 있으며, 계층화된 베드는 MR 시스템의 성능을 크게 향상시킨다. 계층화된 베드에서, 각 층은 사이클에 걸쳐 해당 층의 평균 온도에 필적하는 퀴리 온도를 가진 자기열량 재료를 포함하고 있다. 이러한 방식으로 층 재료의 퀴리 온도를 선택함으로써, 각 층은 사이클 동안 강한 엔트로피 변화와 대형 열 용량을 가질 것이다. 따라서, 모든 층들이 냉동 사이클 동안 능동적으로 동작하여, 시스템의 전체 성능을 크게 향상시킬 것이다. 강한 자기열량 효과를 갖는 것에 더하여, LaFeSiH의 퀴리 온도가 간단히 수소(H)의 함량을 변화시켜 ±60℃ 사이(실온 MR 시스템의 관심 범위)에서 제어될 수 있으며, 이것이 계층화된 베드에서 사용하기에 이상적으로 만든다.

LaFeSiH의 계층화된 베드의 사용과 관련된 장점을 도 5에 나타냈으며, 도 5는 LaFeSiH의 5 층으로 형성된 베드의 온도 범위의 함수로 시제품 MR 시스템의 측정된 냉각 전력을 나타낸 도면이다. 다른 실시예에서는 더 적거나 더 많은 층들을 사용할 수 있다. 대비를 위해, 도면은 동일한 작동 조건 하에서 Gd의 단일 층과 동일한 베드의 성능도 나타내었다. 예를 들어 13℃의 온도 범위에서, 계층화된 LaFeSiH 베드는 Gd 베드의 냉각 전력보다 3배 이상 제공된다.

LaFeSiH가 MR에 사용하기에 이상적인 재료인 것으로 보이더라도, 그 속성은 안정적이지 않다. 이 재료는 재료의 퀴리 점에 매우 근접한 온도에서 저장될 때 재료의 자기열량 세기가 점진적인 성능저하(gradual deterioration)를 갖는 것으로 나타났으며, 이러한 사실은 A. Barcza 등에 의해 명칭이 "소결된 La(Fe,Mn,Si)₁₃Hz 합금의 안정성과 자기열량의 성질"로(이하 "A. Barcza 등.") IEEE 국제마그네틱 회의(대만, 타이베이)(2011년, 세션 ED-07)에서 발표되었으며, 발표된 전체 기술내용은 참고로 본원에 포함되었다. 이런 성능저하는 시차주사 열량측정(DSC: Differential Scanning Calorimetry)으로 쉽게 관찰된다. 도 6은 LaFeSiH의 원제품의 DSC 트레이스를 나타내며, 1개의 급경사(sharp) 피크를 가졌다. 도면은 또한 DSC 트레이스의 피크의 폭을 나타낸다. 대비를 위해, 도 7은 1년 이상 동안 재료의 퀴리 온도에 가깝게 유지한 후에 동일한 재료의 DSC 트레이스를 나타내었다. 재료의 퀴리 온도에 가까운 온도로 유지될 때, DSC 트레이스는 강자성에서 상자성으로의 위상 변화는 폭이 넓어지고, 높이가 감소하여 나타난다. 도 7에 나타내고 "A. Barcza 등."에 기재된 바와 같이, 결국에는, 이 재료의 초기에 높고 급경사진 전환부가 2개의 넓고 얕은 피크로 분열("수명-분열(age-splitting)")할 것이다. 자기측정(magnetometry)에 의해 측정되고 또한 A. Barcza 등. 에 기재된 바와 같이, DSC 트레이스의 수명-분열은 재료의 엔트로피 변화의 감소를 수반한다. 분열이 발생하는 비율은 온도에 따른다. 2℃에서 저장된 2℃의 퀴리 점을 가진 LaFeSiH의 경우, 피크의 상당한 확장에는 약 10 일을 소요하고 그리고 분열 피크에는 약 60 일을 소요하고 형성된다. 20℃에서 저장된 20℃의 퀴리 점을 가진 LaFeSiH 재료의 경우, 분열 피크는 약 10 일에서 일어난다. 32℃에서 32℃의 퀴리 점을 가진 재료의 경우, 분열 피크는 약 5 일에서 일어난다.

LaFeSiH에 대한 수명 프로세스는 수소 함량이 단위 분자식 당 1.5 미만인 동안은 합성 방법에 따르지 않게 나타난다. 수명 분열 프로세스는 아크 용융되고, 다음 1-13 위상을 형성하도록 수주일 동안 어닐링되고, 다음 수소화(hydrided)되는 재료에서 볼 수 있다. 또한, 수명-분열 프로세스는 용융 스피닝 또는 원자화(atomization)에 의해 빠르게 고형화 되고, 다음 1-13 위상을 형성하도록 몇 시간 이하 동안 어닐링되고, 다음 수소화되는 재료에서도 볼 수 있다. 수명 프로세스는 La₁ _.29(Fe₀ _.88Si₀ _.12)₁₃H_y 및 La₁ _.2(Fe₀ _.888Si₀ _.112)₁₃H_y 같은 약간 다른 성분을 가진 LaFeSiH의 다른 제품에서 볼 수 있다. 수명 프로세스는 또한 Pr_0.6La_0.6(Fe_0.888Si_0.112)₁₃H_y의 샘플에서도 볼 수 있으며, Pr은 자기열량 세기를 증가시키기 위해 일부 La를 대체 했다. 따라서, 수명-분열 프로세스는 일반적으로 RE(TM_xSi_1-x)₁₃H_y 재료 형태의 자기열량 재료에서 일어날 것이다(RE는 La, Ce, Pr, 또는 Nd와 같은 희토류 원소를 나타내며, TM은 Fe, Cr, Mn, 또는 Ni와 같은 전이금속을 나타내며, x < 0.15 및 y < 1.5 이다). 예시된 실시예에서, y의 값은 약 0.8과 1.5 사이에 있을 수 있다. 선택적으로, y 값의 다른 범위가 사용될 수 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, y의 다른 값을 사용하여 다른 퀴리 온도를 갖는 자기열량 재료를 생성할 수 있다.

MR 시스템에 사용되는 경우, 자기열량 재료는 필연적으로 재료의 퀴리 온도에 가까운 온도에 노출될 것이다. 실제로, 계층화된 베드에서, 층 재료는 MR 사이클 동안 그 층에 의해 나타난 평균 온도와 동일한 퀴리 온도를 갖게 선택된다. 따라서, 부분적으로 수소화된 LaFeSiH, 또는 더 일반적인 RE(TM_xSi₁ _-x)₁₃H_y가 MR 시스템에 사용되는 경우, 재료의 자기열량 성질은 시간이 지남에 따라 낮아질 것이다. 다른 자기열량 재료를 능가하는 상당한 장점에도 불구하고, 부분적으로 수소화된 RE(TM_xSi_1-x)₁₃H_y 재료의 자기열량 특성의 이러한 저하는 상용 MR 시스템의 사용을 할 수 없게 할 수 있다.

본원의 발명자는 저하된 RE(TM_xSi₁ _-x)₁₃H_y 재료가 순차적으로 재료의 퀴리 점으로부터 멀어지는 온도(예를 들어, 더 높거나 더 낮은 온도)에서 유지될 때, 성능저하 프로세스는 반전되고, 결국에는 재료의 특성이 재료의 초기 상태로 돌아온다는 사실을 발견했다. 또한, 발명자는 도 8에 도시된 바와 같이 재료의 회복은 보다 높은 온도에서 보다 빠르게 진행한다는 사실도 발견했다. 26.7℃의 퀴리 온도를 가진 재료(즉, LaFeSiH)는 DSC로 측정되는 자기전이(magnetic transition)의 폭이 14℃에 도달할 때까지 1년 이상 동안 이 온도에서 저장되어 수명-분열을 할 수 있게 한다. DSC로 측정되는 오리지널 자기전이는 2.1℃ 이다. 다음, 성능 저하된 재료가 도면에 나타낸 바와 같이 다른 온도에(즉, 38.5℃, 44℃, 60℃, 100℃) 노출된다. 약 6 일 동안 44℃에서의 노출은 재료를 그 재료의 초기 상태로 완전히 회복시키기에 충분했고, 약 3 일 동안 60℃에서의 노출은 재료를 그 재료의 초기 상태로 완전히 회복시키기에 충분했다. 하루 미만 동안 100℃에서의 노출은 수명-분열의 완전한 반전을 얻기에 충분했다. 발명자는 또한 Pr₀ _.5La₀ _.5(Fe₁ _- _xSi_x)₁₃H_y의 수명-분열 성능저하도 이런 열처리에 의해 완전히 반전될 수 있다는 것도 발견했다. 도 9에 도시된 바와 같이 프로세스가 더 느리게 진행하더라도, 수명-분열 LaFeSiH의 오리지널 급경사의 자기전이의 회복도 또한 낮아진 온도에 노출시켜 구했다. LaFeSiH 재료는 초기에 1.2℃ 폭의 자기전이를 가졌고, 상기 자기전이는 재료의 37℃ 퀴리 점 근방에서 6 일간 유지한 후 4.4℃까지 확대되었다. 회복은 5℃에서 재료를 유지하여 구해졌다. 회복은 100 일 후에 완료되었다. 예시된 실시예에서, 자기열량 재료를 회복하는 데 사용되는 회생 온도는 수소가 자기열량 재료를 떠나기 시작할 수 있는 최고 온도보다 낮을 수 있다. 최고 온도는 약 180℃ 이다

수명-분열 성능저하가 비교적 간단한 방법으로 완전히 반전될 수 있기 때문에, RE(TM_xSi₁ _-x)₁₃H_y 재료는 본원에 설명된 주제의 기초를 형성하는 적당히 변경된 MR 시스템에 사용될 수 있다. 자기열량 재료의 계층화된 베드를 가진 MR 시스템을 작동하는 사용 모드에서, 재료 층은 각각의 퀴리 온도에 가깝게 유지될 것이고, 그 각각의 퀴리 온도는 자기열량 재료의 품질 저하의 원인일 것이다. 또한, 시스템이 작동하지 않는 경우, 상온 부근의 퀴리 점을 가진 자기열량 재료의 부분도 품질 저하될 것이다. 이와 같이, 발명자는 어떤 일어날 수 있는 수명-분열 성능저하를 반전하고 그리고 재료의 전체 자기열량 효과를 회생하도록 자기열량 재료의 퀴리 온도와는 다른 온도에서 자기열량 재료의 층을 유지하게 형성하여 MR 시스템을 개조하여 개량했다. 자기열량 재료가 유지되며, 자기열량 재료의 퀴리 온도보다 높거나 낮을 수 있는 온도는, 필요한 회복 비율, 시스템 용량 등.에 따라서 10℃, 25℃, 50℃, 100℃ 등. 으로 퀴리 온도와는 다를 수 있다. 예시된 실시예에서, 자기열량 재료를 유지하는 온도는 약 10℃로 퀴리 온도와 다를 수 있다

일례의 실시예에서, MR 시스템은 자기열량 재료로서 RE(TM_xSi₁ _-x)₁₃H_y를 사용하며, 흐름 시스템에 수직으로 있는 가열 요소를 갖는다. MR 시스템이 다르게 아이들 상태(예를 들면, 야간 가정용 공조기)에 있을 때, 가열 요소는 능동형이 될 수 있다. 다음, MR 시스템은 자기열량 재료를 통해 가열된 유체를 순환시킬 것이며, 마지막 고온 처리 이후 발생한 수명-분열동작을 완전하게 반전시킬 것이다.

일반적으로 콜드 열교환기(CHEX: cold heat exchanger)에서 열을 흡수하여 핫 열교환기(HHEX: hot heat exchanger)에서 열을 방출하는 특별한 경우의 MR 시스템에서, 히터는 콜드 열교환기와 평행하게 배관에 연결될 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이 정상 냉각 모드에서, 유체흐름은 CHEX 및 HHEX 를 통과하는 방향으로 향한다. 도 10에 도시된 바와 같이, AMR 타입의 냉장고는 냉각 모드에서 작동하며, 부하(load)와 열적으로 접촉하는 콜드 열교환기로 냉각 작용을 제공하여 냉각시키는 1개 이상의 소자화 베드(demagnetized beds)를 포함한다. 1개 이상의 자화 베드는 핫 열교환기로의 열을 물리친다. 일 실시예에서, 각각의 베드는 대략 Tc로부터 Th까지의 범위에 있는 퀴리 점을 가진 RE(TM_xSi₁ _-x)₁₃H_y의 층을 포함하며, 여기서 Th > Tc 이다.

도 11은 회생 모드에서 작동하는 AMR 타입의 냉장고를 나타낸다. 일 실시예에서, 베드와 직렬로 있는 히터가 베드에서 재료의 최고 높은 퀴리 점 위로 10℃ 이상 베드를 가열하고, 열교환기는 바이패스 된다. 회생 모드가 시작되면, 밸브는 도 11에 도시되었고 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 콜드 열교환기로부터 멀어지는 방향으로 흐름을 절환하여 상기 흐름이 히터로 고쳐 향하게 한다. 제2밸브가 더해져서, 회생 모드에 있을 때(또한 도 11을 참조) 핫 열교환기로부터 멀어지는 방향으로 유체의 흐름을 절환할 수 있다. 상기 2개의 밸브는 비교적 소량의 히터 전력을 사용하여 시스템의 모든 자기열량 재료의 퀴리 점보다 대략 10℃ 정도 더 높은 온도까지 가열될 수 있도록 MR 시스템을 열적으로 격리한다. 자석 동작 또는 유체 흐름의 반전이 회생 모드 동안 일시 중단되는 경우, AMR 사이클의 작동도 일시 중단되며, 회생 모드를 유지하는데 필요한 히터 전력의 양을 감소시킨다. 자석 모션과 유체 흐름의 반전이 추가적인 전력을 사용하기 때문에, 이런 작동을 일시 중단하는 운영은 또한 회생 모드에 있는 동안 시스템에 의해 소비되는 전력의 양을 감소시킨다.

다른 실시예에서, 가열 요소를 갖는 이외에, 냉각 시스템은 2개의 독립된 MR 서브시스템을 포함할 수 있다. 제1 MR 서브시스템은 도 10에서 나타낸 바와 같은 냉각 작용을 제공할 수 있으며, 동시적으로 제2서브시스템의 베드가 도 11에 나타낸 바와 같이 열처리를 받아서, 수명-분열을 반전시킬 수 있다. 이러한 작동 조건(예를 들면, 1시간, 2시간, 4시간, 12시간 등.) 하에서 일정 시간 후에, MR 서브시스템은 냉각작용을 제공하는 제2서브시스템으로 절환될 수 있으며, 제1서브시스템은 열처리를 받는다. 피크 냉각 수요가 있는 기간에서, 양쪽 MR 서브시스템은 냉각 전력을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 일부 서브시스템이 냉각 전력을 제공하고 나머지 서브시스템이 열처리를 받는 2개 이상의 서브시스템을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 냉각 시스템은 계층화된 AMR 베드를 포함하는 각 스테이지를 가진, 2개의 스테이지를 가질 수 있다. 핫 스테이지가 Tm으로부터 Th까지 범위의 퀴리 온도를 가질 수 있는 반면에, 콜드 스테이지는 Tc로부터 Tm까지 범위의 퀴리 온도를 가질 수 있으며, 여기서 상기 범위는 Th > Tm > Tc 이다. 공조기 구현에서, Tc는 10℃의 값을 가질 수 있고, Tm은 25℃의 값을 가질 수 있고, Th는 40℃의 값을 가질 수 있다. 다른 실시예 및/또는 구현에서는 다른 온도 값이 사용될 수 있다. 핫 스테이지 자기열량 재료의 회복이 필요할 때, 콜드 스테이지는 냉각 모드에서 작동하여 Tc 근방의 온도를 가진 냉각 유체 배출 스트림을 발생할 수 있다. 이 냉각 유체는 저온 측 열교환기를 통해 흐르는 대신, Tc 근방의 핫 스테이지 온도로 전해지도록 핫 스테이지를 통과하는 방향으로 향해질 수 있다. Tc는 핫 스테이지에서 모든 퀴리 온도 아래에서는 바람직하기 때문에, 상기 온도에 대한 노출이 핫 스테이지에서의 수명-분열을 반전시킬 것이다. 마찬가지로, 콜드 스테이지 자기열량 재료의 회복을 원하는 경우, 핫 스테이지는 냉각 모드에서 작동할 수 있으며, 따라서 Th 근방의 온도를 가진 고온 유체 배출 스트림을 생성할 수 있다. 이 고온 유체는 고온 측 열교환기를 통해 흐르는 대신, 콜드 스테이지를 통하는 방향으로 향하게 하여 대략 Th 근방의 온도가 전해질 수 있다. 이 온도는 콜드 스테이지에서의 모든 퀴리 온도 위에서 바람직하기 때문에, 이 온도에 대한 노출은 콜드 스테이지 재료의 수명-분열을 반전시킬 것이다.

다른 실시예에서, 시스템은 각각의 서브 시스템이 전술한 실시예에서와 같이 2개의 스테이지인 핫 스테이지와 콜드 스테이지를 갖는, 2개의 독립된 MR 서브시스템을 포함할 수 있다. 최대 냉각 전력을 필요로 할 때, 양측 서브시스템은 도 12에 도시된 바와 같이, 병렬로 운영될 수 있으며, 각각이 냉각작용을 제공한다. 도 12에서, 펌프와 고온 HEX에 연결된 스테이지는 Th로부터 Tm에 이르기까지의 범위에 있는 퀴리 점을 가진 자기열량 재료로써 LaFeSiH를 갖는다. 저온 HEX에 연결된 스테이지는 Tm으로부터 Tc에 이르기까지의 범위에 있는 퀴리 점을 가진 LaFeSiH MCM을 갖는다. 예시된 실시예에서, Tm에서 퀴리 점을 가진 MCM은 다른 베드에 연결된 베드의 단부에 있다. 소량의 냉각 전력을 필요로 할 때, 1개의 서브시스템이 도 13에 도시한 바와 같이 자기열량 재료의 성능을 복원하기 위해 회복 모드에서 운영될 수 있으며 반면, 다른 1개의 서브시스템은 냉각 모드로 실행될 수 있다. 이 도면에서, 상부 서브시스템은 회생 모드에 있고, 반면에 하부 서브시스템은 냉각 전력을 제공하고 있다. 적어도 하부 서브시스템의 소자화되는 베드로부터 나오는 저온 유체 배출 스트림의 일부는 상부 서브시스템의 핫 스테이지 베드로 전환된다. 동시에, 하부 서브시스템의 자화된 베드의 고온 배출 유체 스트림의 일부는 상부 서브시스템의 콜드 스테이지 베드로 전환된다. 이 실시예는 또한 일부 서브시스템이 냉각 전력을 제공하고, 반면에 나머지 서브시스템은 열처리를 받는, 2개 이상의 서브시스템을 포함하도록 변형될 수 있다. 이렇게 생성된 경우의 각각의 서브시스템은 상술한 바와 같이 2개의 스테이지를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 자기 냉동 시스템의 가능한 갯수의 복합 베드를 용이하게 시스템으로부터 제거 및 교체할 수 있게 설계할 수 있다. 다음, 수명-분열로부터 성능 저하된 베드가 제거되며, 원시 베드로 대체될 수 있다. 물리적으로 자기 냉동 시스템으로부터 먼거리에 있을 수 있는 별도의 장치에서, 성능 저하된 베드가 그들이 포함하고 있는 모든 층들의 퀴리 온도로부터 충분히 멀리 떨어진 온도에 노출을 통해 원시 상태로 돌아올 수 있다. 이 장치는, 예를 들어, 성능 저하된 베드를 통해 상승된 온도에서 유체를 순환시킬 수 있는 히터, 또는 상승된 온도에서 베드를 보유하기 위한 오븐을 가진 간단한 유동 루프일 수 있다. 일단 원시 상태로 회복되었으면, 이들 베드는 자기 냉동 시스템에 재-설치될 수 있다.

본 명세서에 기재된 작동들은 프로세서, 메모리, 송신기, 수신기, 디스플레이, 사용자 인터페이스 및/또는 당 기술분야에서 당업자에게 알려진 다른 컴퓨터 부품을 포함하는 컴퓨팅 시스템에 의해 수행될 수 있다. 당업자에게 알려진 컴퓨팅 시스템의 임의적인 타입이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서에 기재된 작동들은 컴퓨터-판독 매체에 저장되는 명령어(instructions)로 부호화될 수 있다. 컴퓨팅 시스템은 작동을 수행하도록 상기 명령어를 실행하는데 이용될 수 있다.

예 :

수명-분열 성능저하의 자기 냉장고 성능에 미치는 영향을 확인하고, 상승된 온도 처리가 상기 성능저하를 반전시키는데 효과가 있는지 확인하기 위해, 자기 냉장고의 베드를 La(Fe₀ _.885Si₀ _.115)H_y 재료의 5개의 층으로 포장했고, 각 층은 y의 다른 값을 갖고, 따라서 다른 퀴리 점을 갖는다. 상기 층의 퀴리 점은 초기 온도가 8℃, 11℃, 15℃, 18℃, 21℃ 이다. 기계는 표준 세트의 작동 조건 하에서 시험했으며, 사이클 주파수는 3.33Hz 였고, 유량은 6 lit/min 이고, 고온 입구 온도는 25℃ 이고, 전기 히터에 의해 제공되는 냉각 부하(load)는 400 watts 이다. MR 로서 작동하기 전에, 베드에서의 LaFeSiH 는 재료를 초기 상태로 가져오는데 80시간 동안 35℃ 온도로 충분했다. 표준 작동 조건 하에서 원재료를 가진 기계의 온도 범위는 13.4℃가 되는 것을 발견했다. 다음, 기계는 10일 동안 22℃의 주변 온도에서 비-작동 상태로 남아 있었다. 이 상태에서, 18℃와 21℃의 퀴리 온도를 가진 재료는 수명-분열 성능저하를 받는 것을 예상할 수 있으며, 실제로, 표준 작동 조건 하에서 10일간의 처리 후에 기계의 온도 범위는 2.9℃ 만 떨어졌다. 다음, LaFeSiH MCM은 19시간 동안 50℃ 수성(aqueous) 유체로 채워져 재료를 초기 상태로 되게 하고, 400 watts 의 냉각 부하 및 25℃의 고온 입구 온도의 표준 조건에서 AMR 모드에서의 기계의 온도 범위는 13.2℃ 가 되는 것으로 측정되었다. 따라서, LeFeSiH MCM 을 19시간 동안 재료의 퀴리 점 위에 10℃ 이상의 온도로 하여, MCM이 10일 동안 퀴리 점에 가깝게 유지될 때 발생하는 성능의 감소 후에 MCM의 성능을 회복시킬 수 있었다.

본원에 기술된 주제는 부분적으로 본원 외의 다른 구성요소 내에 포함되거나 또는 연결되는 다른 구성 요소로 설명된다. 예시된 기술구성은 단지 설명을 위해 예를 들어 나타낸 것이며, 실제로 많은 다른 기술구성이 동일한 기능을 달성하고 구현될 수 있는 것으로 이해한다. 개념적 의미에서, 동일한 기능을 달성하기 위한 구성 요소의 배치는 필요한 기능이 이루어지도록 효과적으로 "관련"하여 이행되었다. 따라서, 본 명세서에서 특별한 기능을 달성하기 위해 임의적인 2개의 부품을 조합한 기술구성은 필요한 기능이 기술구성 또는 상호 매체성 구성요소에 관계없이 이루어지도록 서로 "연관된" 것으로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 이렇게 연관된 임의적인 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 이루기 위해 서로 "작동가능하게 연결된" 또는 "작동가능하게 결합된" 것으로 간주 될 수 있으며, 그렇게 상관될 수 있는 임의적인 2개의 구성요소도 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "작동가능하게 결합될 수 있는" 것으로 간주 될 수 있다. 작동가능하게 결합될 수 있는 구조의 구체적인 예로는 제한적이지 않은 기재로서, 물리적인 정합성(mateable) 및/또는 물리적으로 상호작용하는 구성요소 및/또는 무선적 간섭가능성 및/또는 무선적으로 상호작용하는 구성요소 및/또는 논리적 간섭가능한 구성요소를 포함한다.

본 명세서에서 실질적으로 사용된 다수 및/또는 단수 용어와 관련하여, 당 기술분야의 기술자는 명세서에서 예측할 수 있는 바와 같이 복수로부터 단수까지 및/또는 단수로부터 복수까지를 나타내는 것으로 할 수도 있다. 다양한 단수/복수의 기재는 명시적으로 명확하게 나타내기 위해 기재된 것이다.

또한, 일반적으로 본원에 사용된 용어 및 특히 청구범위에서 사용된 용어의 표현은 넓은 의미로 사용된 것이다(예를 들어, "포함하는"의 표현은 "그것으로 한정되지 않고 포함하는"을 나타낸 것이며, "가지는"의 표현은 "적어도 가지는"을 나타낸 것이며, "구비하는"의 표현은 "그것으로 한정되지 않고 구비하는"을 나타낸 것임). 또한, 명확히 기재된 특정 숫자가 의도된 것이면, 그것을 청구범위에서 명확히 나타냈으며, 따라서 그러한 언급이 없다면 의도된 숫자가 아닌 것으로 이해한다. 예를 들어, 첨부 청구범위에서 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 표현을 가진 문장을 포함할 수 있는데, 그러한 표현의 사용은, 영문에서 부정관사 "a" 또는 "an"과 같이 전형적인 의미로 사용된 것이어서, 특정 청구항의 기술내용을 상기 표현으로 한정하지 않으며, 특정 청구항의 의미를 제한하는 의도도 갖지 않은 것이다. 또한, 청구범위에서 기재된 특정 숫자가 명확히 나타난 경우에도, 당업자는 그런 기재는 통상적으로 기재된 숫자를 의미하는 것으로(예를 들면, 다른 수식어 없이 "2개의 서술"의 단순한 열거는 일반적으로 적어도 2개의 서술 또는 2개 이상의 서술을 의미함) 이해할 수 있을 것이다. 또한, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"와 유사한 표현이 사용되는 경우, 일반적으로 그런 표현은 당업자가 통상적으로 이해할 수 있는 의미로 인식한다(예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나를 가진 시스템"의 표현은 한정적이지 않은 기재로서 A 만을, B 만을, C 만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께, 및/또는 A, B, C를 함께 가진 시스템을 포함하는 것임). 또한, 당업자는 상세한 설명, 청구범위, 또는 도면에서, 2개 또는 그보다 많은 선택적 용어를 제시하는 택일성 단어 및/또는 문구는 용어들 중 1개, 용어들 중 어느 1개, 또는 양쪽 용어를 포함할 수 있는지를 고려하는 것이 이해되어야 하는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다

본 발명을 설명하기 위해 기재한 특정 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명은 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 이루어지는 개조 및 변경을 포함하는 것이다.

Claims

a)자기 냉각 시스템에서 자기열량 재료의 적어도 부분적인 성능저하를 식별하는 단계와;
b)회생 온도에서 자기열량 재료를 유지하여 자기열량 재료를 회생하는 단계를 포함하며;
a')상기 자기열량 재료는 퀴리 온도를 갖고;
b')상기 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와는 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 회생 온도는 퀴리 온도와 적어도 5℃의 온도가 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 회생 온도는 퀴리 온도와 적어도 10℃의 온도가 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 자기열량 재료는 수소를 포함하며, 회생 온도는 최고 온도 미만이며, 상기 최고 온도는 수소의 적어도 일부가 자기열량 재료를 벗어나기 시작할 온도인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
자기열량 재료는 RE(TM_xSi_y)₁₃H_z를 포함하며, 상기 RE는 희토류 원소이고, TM은 전이금속인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 자기열량 재료를 회생 온도에서 유지하면서, 자기 냉각 시스템의 능동형 자기 회생 사이클을 지원하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
자기열량 재료가 자기 냉각 시스템으로부터 먼거리에서 회생 온도로 유지되도록 자기 냉각 시스템으로부터 자기열량 재료를 제거하는 단계와;
회생된 자기열량 재료로 자기열량 재료를 교체하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
회생 단계는 자기열량 재료의 수명-분열동작을 반전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
a)자기 냉각 시스템의 적어도 1개의 베드를 형성하는 단계와;
b)적어도 1개의 베드 및 히터 또는 열교환기 중 어느 하나를 통하는 열전달 유체의 흐름을 제어하도록 자기 냉각 시스템의 적어도 1개의 밸브를 형성하는 단계를 포함하며;
a')적어도 1개의 베드는 자기열량 재료를 포함하고, 자기열량 재료는 퀴리 온도를 갖고, 열전달 유체는 적어도 1개의 베드에서 자기열량 재료로 또는 재료로부터 열을 전달하도록 구성되며;
b')적어도 1개의 베드와 히터 사이에서의 열전달 유체의 흐름은 회생 온도에서 자기열량 재료를 유지하여 자기열량 재료를 회생하고, 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
적어도 1개의 베드와 열교환기 사이에서의 열전달 유체의 흐름은 자기열량 재료를 냉각하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
적어도 1개의 베드는 복수의 층을 포함하며, 적어도 1개의 베드의 각각의 층은 별개의 퀴리 온도를 가진 별개의 자기열량 재료를 포함하고, 주어진 층에서 별개의 자기열량 재료의 별개의 퀴리 온도는 능동형 자기 회생 사이클 동안 제공된 층의 평균 온도인 것을 특징으로 하는 방법.
장치는:
a)열전달 유체와;
b)퀴리 온도를 가진 자기열량 재료를 구비하는 베드; 및
c)자기열량 재료를 회생하도록 많은 시간 동안 회생 온도에서 자기열량 재료를 유지하게 구성된 히터를 포함하며;
b')상기 베드는 열전달 유체가 자기열량 재료에 또는 재료로부터 열을 전달할 수 있게 구성되고;
c')상기 회생 온도는 자기열량 재료의 퀴리 온도와는 다른 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,
히터는 열전달 유체를 통해 베드를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,
회생 온도는 퀴리 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,
베드는 별개의 퀴리 온도를 가진 복수의 자기열량 재료를 포함하며, 상기 회생 온도는 가장 큰 별개의 퀴리 온도보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,
히터는 베드로부터 먼거리에 있고, 베드는 히터에 의한 회생을 위한 장치로부터 일시적으로 제거되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
열전달 시스템은:
제1열전달 유체와, 제1퀴리 온도의 제1자기열량 재료를 가진 제1베드와, 회생 모드 또는 냉각 모드에서의 제1서브시스템의 작동 여부를 제어하게 구성된 제1밸브를 구비하는 제1서브시스템; 및
제2열전달 유체와, 제2퀴리 온도의 제2자기열량 재료를 가진 제2베드와, 회생 모드 또는 냉각 모드에서의 제2서브시스템의 작동 여부를 제어하게 구성된 제2밸브를 구비하는 제2서브시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
제17항에 있어서,
제1밸브는 제1서브시스템을 제어하여 냉각 모드에서 작동하게 형성되고 그리고 제2밸브는 제2서브시스템을 제어하여 제1시간 동안 회생 모드에서 작동하게 형성되고;
제1밸브는 제1서브시스템을 제어하여 회생 모드에서 작동하게 형성되고 그리고 제2밸브는 제2서브시스템을 제어하여 제2시간 동안 냉각 모드에서 작동하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
제17항에 있어서,
제1밸브는 제1서브시스템을 제어하여 냉각 모드에서 작동하게 구성되고, 제2밸브는 제2서브시스템을 제어하여 소정 시간 동안 냉각 모드에서 작동하게 구성되는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
제17항에 있어서,
제1베드는 복수의 제1층을 포함하며, 제1베드의 각각의 층은 별개의 퀴리 온도를 가진 별개의 자기열량 재료를 포함하고, 제1서브시스템은 복수의 제1층의 별개의 자기열량 재료의 별개의 퀴리 온도가 Tc와 Tm 사이의 범위에 있게 하는 콜드 스테이지를 포함하며;
제2베드는 복수의 제2층을 포함하며, 제2베드의 각각의 층은 별개의 퀴리 온도를 가진 별개의 자기열량 재료를 포함하고, 제2서브시스템은 복수의 제2층의 별개의 자기열량 재료의 별개의 퀴리 온도가 Tm과 Th 사이의 범위에 있게 하는 핫 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
제20항에 있어서,
제1열전달 유체는 콜드 스테이지가 냉각 모드에서 작동할 때 Tc의 온도에 있고, 제1밸브와 제2밸브 중 적어도 하나는 핫 스테이지를 회생하도록 Tc의 온도에서 핫 스테이지를 통하는 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
제20항에 있어서,
제2열전달 유체는 핫 스테이지가 냉각 모드에서 작동할 때 Th의 온도에 있고, 제1밸브와 제2밸브 중 적어도 하나는 콜드 스테이지를 회생하도록 Th의 온도에서 콜드 스테이지를 통하는 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.