KR20170092150A - 개선된 동축 밸브를 구비하는 자기 냉장 시스템 - Google Patents

Abstract

자기 냉장 시스템은 밸브 표면들을 밀봉하기에 필요 시 되는 힘의 균형을 맞추는 회전식 밸브 디자인을 제공하고, 누출 시 손상의 영향을 줄이며, 더 쉽게 밸브의 조정과 조립을 수행하고 우회 유동을 위한 잠재력을 줄이며, 구동 샤프트의 부식과 스트레스를 저감하고, 더 소형 시스템을 제공한다.

Description

개선된 동축 밸브를 구비하는 자기 냉장 시스템{MAGNETIC REFRIGERATION SYSTEM WITH IMPROVED COAXIAL VALVE}

본 출원은 2014년 12월 15일자로 출원된 미국 가출원 출원번호 제 62/091,849호에 개시되어 있으며, 이는 본원의 참조로써 인용되고, 2014년 12월 1일에 출원된 미국 비-가출원 번호 제 14/556,424의 연장이며, 이는 본 원의 참조로써 인용되고, 이는 2013년 12월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/917,025호에 개시되어 있으며, 또한 참조로써 인용된다.

자기 냉장(Magnetic refrigeration; MR)은 자기 열량(magnetocaloric) 효과를 기반으로 하는 최신 냉각 기술(emerging cooling technology)이며; 이는 자기장(magnetic field)에 놓이면 가열되고 장이 제거되면 냉각되는 특정 물질에 의해 나타나는 특성이다. 자기 냉장은 증기 압축(vapor compression)에 비해 많은 다른 장점들을 제공하며, 이는 냉각을 위한 방법으로 현재 가장 널리 이용된다. 먼저, MR은 하이드로플루오르카본(hydrofluorocarbons; HFCs), 클로로플루오르카본(chlorofluorocarbons; CFCs), 또는 다른 가스 물질들을 사용하지 않고, MR 시스템에서 냉매(refrigerant)는 다공성 고체(porous solid)의 형태이다. 어떠한 가스의 부재는 증기 압축 시스템 내에 일반적인 문제인, 누출(leaks)의 가능성을 크게 저감시킨다. 그 결과로, MR시스템은 유지(maintenance) 및 정지시간(downtime)을 줄여 더 큰 신뢰성(reliability)을 가질 수 있다. HFCs와 HFCs의 제거는 이러한 가스가 지구 온난화에 기어하고 오존을 파괴함으로써, 환경에 이익을 준다. 마지막으로, 이론적인 연구(theoretical studies)는 MR시스템들이 증기 압축 시스템보다, 특히 오프-피크 로드 상태(off-peak load conditions) 하에서, 에너지 효율이 높을 수 있음을 보여준다.

자기 냉장의 일반적인 배경은 K. Gschneidner와 V. Pecharsky의 "삼십년에 가까운 실온 자기 냉각 : 우리의 현재와 미래 과제", Refrig. 31의 Int. J. : 945 - 961, 2008과 K. Engelbrecht, G. Nellis, S. Klein, 그리고 C. Zimm의 "실내 온도 활성 자기 재생 냉장에서의 최근 개발", HVAC&R 보고서, 13(4): 525 - 542, 2007에 서 발견될 수 있고, 이러한 둘 모두는 여기서 참조로써 인용된다. 현대 실내-온도(Modern room-temperature) MR 시스템들은, 여기에서 참조로써 인용되는, 미국 특허 출원 번호 제 4, 332, 135에 개시된 바와 같이, 냉각을 수행하기 위한 소위 활성 자기 냉장고(AMR; Active Magnetic Regenerator) 사이클을 구현한다. 이러한 사이클은 도 1a, 1b, 1c 및 1d에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 네 단계로 이루어져 있다. 이들 도면들에서 MR 시스템은 자기 열량 물질(MCM)의 다공성 베드와, 베드(190)를 통해 흐르는 것과 같이, MCM과 열 교환하는 열 전달 유체로 구성된다. 베드(190)의 좌측은 저온 측인 반면에, 고온 측은 우측에 있다. 유체 흐름의 타이밍과 방향(고온에서 저온 또는 저온에서 고온으로)은 자기장(192)의 제거 및 적용과 정합(coordinated)된다. 도 1a인, 사이클의 제1 단계에서("자기화"), 베드(190) 내의 유체가 흐르지 않는(stagnant) 동안, 자기장(192)은 MCM에 적용되어 열을 야기한다. 도 1b인 다음 단계에서("고온 분출(hot blow)") 베드(190) 상의 자기장(192)이 유지되는 동안, 온도 TCi(저온 유입 온도)에서 유체는 저온 측으로부터 저온 유입구(cold inlet)를 통해 고온 측으로 베드를 통해 펌핑된다. 이러한 유체는 MCM으로부터 베드(190)로 열을 끌어당기고 베드(190)를 통과할 때 온도가 상승한다. 고온의 분출(blow) 동안, 유체는 고온 배출구(hot outlet; 186)을 통해 온도 T_Ho로 베드(190)를 나가고 고온-측 열 교환기를 통해 순환되며, 여기서 주위 환경으로 열을 전달하고 온도 T_Hi < T_Ho로 돌아간다. 도 1c인 다음 단계에서("탈자기(demagnetization)")유체 유동은 끝나고, 자기장은 제거된다. 이는 베드(190)를 더욱 냉각시킨다. 도 1d인 마지막 단계("저온 분출")에서, 온도 T_Hi에서 유체는 자기장의 연속적인 부재에서 고온 측으로부터 고온 유입구(188)를 통해 저온 측으로 베드(190)를 통해 펌핑된다. 유체는 온도 T_Co(저온 배출 온도) < T_Ci를 향해서, 베드(190) 내의 MCM을 통과하면서 냉각된다. 저온 방출 동안 저온 배출구(184)를 통해 베드(190)에서 나가는 저온 유체(colder fluid)는 냉장 환경으로부터 열을 받는 저온 측 열 교환기(cold-side heat exchanger; 196)을 통해 순환된다. 유체는 온도 T_Ci에서 저온 측 열 교환기(196)를 나가고 AMR 사이클을 완성한다. 열 방출 동안 저온-측 열 교환기(196)에서 저온 유체에 의해 흡수된(absorbed) 열은 그것의 더 낮은 온도를 유지하도록 냉장 환경을 허용한다.

도 1a, 1b, 1c 및 1d가 단일-베드 MR시스템의 작동을 도시하지만, 당업자는, 각각 같은 AMR 사이클을 견디는, 다중 베드들이 냉각 동력을 증가시키고, 시스템의 크기를 줄이며, 또는 그렇지 않으면 사이클의 성능을 개선하도록 단일 시스템에 조합될 수 있다는 것을 알 것이다.

AMR 사이클을 구현하기 위해, 자기 냉장고는, 자기 열량 물질의 하나 이상의 다공성 베드들, 열 전달 유체, 베드들을 통해 유체를 구동하는 펌프, 베드들에 자기장을 제거하고 적용하기 위한 수단들, 베드 위의 자기장의 제거 및 적용과 베드를 통해 유체 유동의 방향과 타이밍을 조정하는 유동 제어 시스템(flow control system)을 필요로 한다. 자기 냉장고에서 AMR 사이클의 일 실시예에서, 본원에서 참조로써 인용된, 미국 출원 제 7,148,777에서 개시된 바와 같은, 갭을 구비하는 자석 어셈블리는 자기 열량 물질의 고정된 베드 상에서 회전한다. 고정된 베드들은 자석 어셈블리의 갭 내로 끼워지며 자기장은 자석 어셈블리 갭이 그 위에서 회전할 때 주어진 베드 적용된다. 장은 자석 갭 내부에 남아있으므로 베드 위에서 유지된다. 자석이 주어진 베드로부터 멀어지게 회전하면(rotates away), 자기장은 제거된다. "회전 자석" 자기 냉장고 도는 RMMR로 표현되는, 이러한 실시예는 본원에서 참조로써 인용된, 미국 출원 제 6,668,560에 개시된다.

RMMR에서 각 베드들은, 도 1a, 도1b, 도 1c, 및 도 1d에서 도시된 바와 같은, 네 개의 유체 포트들(four fluid ports)을 가진다. 이러한 포트들 중 두 개인, 고온 유입 포트(hot inlet port; 188)과 고온 배출 포트(hot outlet port; 186)은 베드(190)의 고온 측에 위치되는 반면에, 두 개의 다른 포트들인, 저온 유입 포트(cold inlet port; 182)와 저온 배출 포트(cold outlet port; 184)는 베드(190)의 저온 측에 위치된다. 유입 포트들(188, 182)은 베드(190) 내의 자기 열량물질로 유체를 이송하는 반면에, 배출 포트들(186, 184)은 자기 열량 유체로부터 생겨나는(emerging) 유체를 수집한다. 별도의 유입과 배출 포트들을 이용함으로써, 일반적으로 다른 온도들에서, 유입 및 배출 유체 스트림(streams)의 혼합(mixing)은 최소화된다. 이는 혼합과 관련된 열 손실(thermal loss)을 방지함으로써 MR 시스템의 성능을 개선한다.

유체 유동을 제어하기 위해, RMMR은 일반적으로, 고온 유입(Hi) 밸브, 고온 배출(Ho) 밸브, 저온 유입(Ci) 밸브, 및 저온 배출(Co) 밸브로써 참조되는, 네 가지 밸브들을 이용한다. 베드가 회전 자석 어셈블리(rotating magnet assembly)의 갭(gap) 내에 있을 때, 저온 유입 밸브는 베드의 저온 유입 포트로 유동을 이송시키고; 동시에, 고온 배출 밸브는 베드의 고온 배출 포트로부터 유체를 수집한다. 고온 유입 밸브는 베드의 고온 유입 포트로의 유동을 막는 반면에 저온 배출 밸브는 저온 배출 포트로부터의 유동을 막는다. 이러한 방법으로, 유동은 AMR 사이클의 고온 방출 단계를 거치는 자기화된 베드를 위한 바람직한 유동 경로인, 베드를 통해서만 저온 유입 포트로부터 고온 배출 포트로 진행될 수 있다. 자석이 베드로부터 떨어져 회전할 때, 베드가 이제 탈자화 되도록, 저온 유입 밸브는 저온 유입 포트로 들어가는 것으로부터 유동을 막는 반면, 고온 배출 밸브는 고온 배출 포트를 통해 나오는 것으로부터 유동을 막는다. 저온 배출 밸브가 열린 동안, 고온 유입 밸브는 열리고 베드의 고온 유입 포트로 고온 유입 유체를 유도하며, 유체가 저온 배출 포트를 통해 베드에서 나가도록 한다. 이러한 방법으로, 유동은 고온 유입 포트로부터 저온 배출 포트로 베드를 통해서만 진행될 수 있는데, 이는 AMR 사이클의 냉각 방출 단계를 거치는 탈 자화 베드를 위한 바람직한 유동 경로이다. MR 시스템의 적절한 기능을 위해, 밸브들이 열리거나 닫히는 것이 베드에 대하여 자석 어셈블리의 각 위치(angular position)로 정합(coordinated)되어야 함은 명백하다.

본원의 참조로써 이용되는, 미국 특허 번호 제 6,668, 560호에서 개시된 바와 같은, 회전 밸브들은 위에서 언급된 유동 제어를 구현시키기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로 회전 밸브들은 특정 각도 거리(certain angular distance)를 넘어서 연장하는, 슬롯을 수용하는 로터(rotor)와 홀들(holes)의 각 배열(annular arrangement)을 수용하는 스테이터인, 두 요소들을 사용한다. 로터 슬롯은 스테이터 내의 홀들과 같이 동일 경로 상에 중심 맞춰져서, 로터의 슬롯은 스테이터 내에서 하나 이상의 홀들과 겹친다. 로터 슬롯이 스테이터 홀과 겹칠 때, 연속적인 유체 경로(continuous fluid path)는 밸브를 통해 정립되고, 로터 슬롯이 스테이터 홀에 겹치지 않을 때, 유동은 밸브를 통해서 진행할 수 없으며 유동을 막는다. 로터와 스테이터의 접촉면들(contact faces)은 일반적으로 높게 연마되어서(polished), 그곳들 사이로 유체가 누출될 수 없다. 밸브에서, 스테이터는 복수 개의 포트들을 가진다. 이러한 밸브 포트들 각각은 유체 도관(예를 들어, 파이프)에 연결되고, 이것의 다른 단부는 베드 포트(bed port)에 연결된다. 스테이터 내의 각 홀은 이러한 밸브 포트들 중 하나에 연결된다. 챔버(chamber)의 다른 단부는 열 교환기에 연결된다. 로터는 스테이터에 대하여 로터를 회전시키는 회전 샤프트(rotary shaft)에 부착된다. 로터가 그것의 슬롯이 스테이터 홀과 겹치도록 위치될 때, 그 후 연속적인 유체 경로는 밸브의 일 측 상의 베드 포트 및 다른 측 상의 열 교환기 사이에 제공되며; 그렇지 않으면, 베드 포트로의 또는 베드포트에서부터의 유동은 막힌다. 로터가 회전함에 따라, 슬롯은 베드 포트에서 또는 베드 포트로 유동을 교대로 허용하고 막힌다. 저온 유입 밸브로 로터의 위치는 설정(set)되어서 베드가 자석 어셈블리의 갭 내에 있을 때, 로터 슬롯은 (관련된 저온 유입 밸브 포트를 통해) 베드의 저온 유입 포트에 연결되는 홀과 겹친다. 고온 배출 밸브 내의 로터의 위치는 설정되어서 동시에, 그것의 로터 슬롯은 (관련된 고온 배출 밸브 포트를 통해) 고온 배출 베드 포트에 연결되는 홀과 겹친다. 이러한 방법으로, 저온-측 열 교환기로부터, 그것의 저온 유입 포트로부터 그것의 고온 배출 포트로의 베드를 통해, 고온-측 열 교환기로의 연속적인 유체 경로는 정립된다. 로터 슬롯들의 각도 범위(extent)는 저온 유입과 고온 배출 밸브들 내의 홀들이 자석 어셈블리의 갭 내부에 베드가 남아있는 한 언커버된 채로 남도록 선택된다. 고온 유입 및 저온 배출 밸브들 내의 로터들의 위치들은 탈 자화된 베드의 고온 유입과 저운 배출 포트들에 연결하는 홀들이 막도록 설정된다.

밸브들과 자석 어셈블리는 동일한 모터에서 구동됨으로써, 로터들은 자석 어셈블리와 정확하게 정합으로 회전할 것이다. 특히, 자석 어셈블리가 주어진 배드로부터 멀어져 회전하여서 베드는 탈자화가 됨으로써, 저온 유입 및 고온 배출 밸브들 내의 로터들은 베드의 저온 유입 및 고온 배출 포트들에 연결되는 홀들을 이제 막을 것이다. 고온 유입 및 저온 배출 밸브들 내의 로터들은 회전되어서 로터 슬롯들은 이제 탈자화되는 베드의 고온 유입 및 저온 배출 포트들에 연결된 홀들을 언 커버(uncover)시킨다. 따라서, 유동은 고온-측 열 교환기로부터, 그것의 고온 유입구로부터 그것의 저온 배출로 탈자화되는 베드를 통해서, 저온-측 열 교환기로 정립된다.

과거의 RMMR들에서, 및 본 원의 참조로써 인용되는, 미국 특허 제 6,668,560에서 개시된 바와 같이, 네 가지 밸브들은 자석 어셈블리의 스윕(sweep)의 외측 네 위치에 배치되고, 밸브 샤프트들은 자석 어셈블리 샤프트로 밸브 샤프트들을 연결하는 벨트들 및 풀리들을 통해 자석 어셈블리에 의해 구동되며, 이는 모터에 의해 구동된다.

대조적으로, 본 발명에서, 밸브들은 자석 어셈블리의 각 측면들 상에 자석 어셈블리 샤프트와 동축으로 위치되어서, 밸브들은 자석 어셈블리 샤프트에 의해 즉시 구동될 수 있다.

본 발명자들은 장치의 복잡한 회로들 내부에 유체를 전도(conduct) 하도록 이용되는 상호-연통 관로들(inter-communicating conduits)의 길이, 구성 및 구조에서 변화의 결과로써 종래의 자기 냉장 시스템에서 실질적인 비효율이 발생할 수 있다고 판단하였다. 이러한 변화들은 효율을 줄이는 자기열량 베드들을 충분하게 이용하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 다중 도관들이 활성화될 때 또는 도관 활성화의 연속하는 간격을 초과할 때 밸브 시스템과 자기 열량 베드들 사이의 도관들이 유동에 대하여 균형 잡히는, 자기 냉장 시스템을 제공한다. 밸브들의 동심의 위치(concentric positioning)를 구비하는 회전식 디자인은 유동에 정적-상태 저항(steady-state resistance)뿐만 아니라 도관의 부피 및/또는 탄성에서의 변화에 의해 야기되는 동적 효과(dynamic effects)를 고려하는 이러한 균형을 용이하게 한다. 개선된 밸브 디자인은 밸브 표면들에 필요한 힘들의 균형을 맞추고, 누출 상의 손상의 영향을 줄이며, 밸브의 조립과 조정을 더 쉽게 하며, 우회 유동(bypass flows)을 위한 가능성을 줄이고, 구동 샤프트의 부식과 스트레스를 줄이며, 더 소형인 시스템을 허용할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명은 활성 자기재생 냉장고(active magnetic regenerative refrigerator; AMR) 장치를 제공하며, 이는 제1 단부 및 제2 단부를 구비하는 제1 AMR 베드; 유입구와 배출구를 구비하는 제1 열 교환기(HEX); 샤프트의 회전에 따라 제1 AMR 베드에 시변 자기장(time-varying magnetic field)을 적용하는 샤프트에 부착되는 자석; 제1 AMR 베드 상의 필드가 자석으로부터 상대적으로 제거되는 낮은 상태에 있을 때 사이에 유체 유동을 위한 AMR 베드의 제1 단부에 제1 HEX의 배출구를 전환 가능하게(switchably) 연결하는 제1 밸브; 제1 AMR 베드 상의 필드가 자석에 상대적으로 가까운 높은 상태에 있을 때 사이에 유체 유동을 위해 AMR 베드의 제1 단부로 제1 HEX의 유입구를 전환 가능하게 연결하는 제2 밸브를 포함한다. 제1 및 제2 밸브들은 : (a) 샤프트를 중심으로 동축 방향으로 위치되고 회전식 슬라이딩 연통하는 적어도 한 쌍의 밸브 플레이트들(valve plates) - 제1 밸브 플레이트는 제2 밸브 플레이트에 대하여 샤프트와 함께 회전하도록 부착되고, 밸브 플레이트들은 정렬 상태에 있을 때 밸브 포트들을 통해서 유체 유동을 허용하고 정렬 상태 외에 있을 때 밸브 포트들을 통한 유체 유동을 막도록 정렬 상태 외로 및 정렬 상태 내로 이동하는 밸브 포트들을 포함하며, 적어도 하나의 밸브 플레이트들은 다른 밸브 플레이트들에 대하여 샤프트의 축을 따라서 이동을 위해 장착됨; 및 (b) 축 방향으로 서로 접촉하도록 밸브 플레이트들을 강제하는(urging) 스프링을 포함한다.

스프링(spring)은 밸브 플레이트들의 접촉된 밸브 플레이트와 스프링 지지체(spring support) 사이에 위치되는 압축 스프링(compression spring)일 수 있으며 스프링 지지체의 위치는 접촉된 밸브 플레이트 상에 스프링의 힘들 제어하도록 조정할 수 있다.

밸브 플레이트들은 밸브에 의해 제어되는 유체를 수용하는 플레넘(plenum) 내부에서 유지될 수 있고 스프링 지지체는 샤프트에 대하여 동축인 나사산 요소(threaded element) 상에 회전에 의해 조정 가능할 수 있으며 플레넘은 샤프트를 따라서 축 방향으로 스프링 지지체를 이동시키는 나사산 요소에 대하여 스프링 지지체의 회전을 위해 스프링 지지체에 접근을 허용하는 밀봉 가능한 개구(sealable opening)를 포함한다.

제1 밸브 플레이트는 제1 밸브 플레이트의 축 방향 이동에 추가하여 제1 밸브 플레이트의 각 형성(angulation)을 허용하는 조인트(joint)를 통해 샤프트에 부착할 수 있고, 샤프트의 축에 대하여 회전으로 샤프트 및 밸브 플레이트의 상대적인 움직임을 방지할 수 있다.

조인트는 상호 결합하는(interengaging) 축 슬롯(axial slot)과 방사상 핀(radial pin)를 제공할 수 있다.

샤프트는 키(key)가 샤프트의 제1 단부로부터 제1 방향으로 키의 연장을 허용하는 샤프트의 단부로 연장하고 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 샤프트를 인출하는 밸브 플레이트 및 샤프트 상의 키 시트(key seat)와 키 웨이(key way)를 결합하는 키에 의해 제1 밸브 플레이트와 연통할 수 있다.

샤프트는 밸브로부터 유체를 수용하는 플레넘을 통과할 수 있고 슬리브 어셈블리(sleeve assembly)에 의해 플레넘으로부터 분리될 수 있다.

슬리브 어셈블리는 샤프트의 다른 축 부분들 위에 제1 및 제2 슬리브부(first and second sleeve portion)를 포함할 수 있고 각 부분들은 축에 대하여 제2 슬리브부에 관해 제1 슬리브부의 상대적인 회전 이동을 허용하는 슬라이딩 씰과 연통하는 다른 부분의 대응하는 슬라이딩 씰을 포함한다.

슬라이딩 씰은 그 사이의 누출을 방지하도록 맞물림(engagement)으로 제1 및 제2 씰부(first and second seal portion)를 편향(biasing)시키는 스프링을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 밸브들은 회전적으로 슬라이딩 연통하는 한 쌍의 밸브 플레이트들을 포함할 수 있고 회전 가능한 샤프트 상에 동축으로 위치될 수 있다.

밸브 플레이트는 적어도 하나의 밸브 플레이트의 외주 연(outer periphery)과 연통하는 제1 플레넘에 유체의 통로를 제공하는 제1 위치에서 및 적어도 하나의 밸브 플레이트의 내주 연(inner periphery)과 연통하는 제1 플레넘으로부터 분리되는 제2 플레넘과 유체에 유체 통로를 제공하는 제2 위치에서 협동(cooperate)할 수 있다.

AMR 장치는 유입구 및 배출구를 구비하는 제2 열 교환기(HEX)를 더 포함할 수 있고; 이는 제1 AMR 베드 상의 장이 낮은 상태에 있을 때 AMR 베드의 제2 단부에 제2 HEX의 유입구를 유동적으로 연결하는 제3 밸브; 제1 AMR 베드 상의 장이 높은 상태에 있을 때 AMR의 제2 단부에 제2 HEX의 배출구를 유동적으로 연결하는 제4 밸브를 포함한다.

제3 및 제4 밸브들은 체크 밸브(check valves)들일 수 있다.

적어도 하나의 밸브 플레이트는 카본 재료일 수 있다.

다른 실시예에서, 본 발명은 적어도 자기열량 물질의 적어도 제1 및 제2 베드를 가지는 자기 냉장 시스템을 제공하고, 각각의 베드는 사이에 유체가 흐를 수 있는 제1 및 제2 반대되는 측을 가진다. 적어도 하나의 매니폴드(manifold)는 각 베드의 제1 측으로 고온 배출 도관과 고온 유입 도관을 연통시키고 각 베드의 제2 측으로 저온 배출 도관과 저온 유입 도관을 연통시킨다. 자석 어셈블리는 제1 상태에서 제2 베드보다 제1 베드로 더큰 자기장을 적용하고 제2 상태에서 제1 베드보다 제2 베드로 더 큰 자기 장을 적용시키도록 기동 가능하고, 밸브 시스템은 도관들과 연통하고 적어도 하나의 제1 도관 쌍(각 쌍은 직렬로 연결된 저온 유입 도관과 고온 배출 도관임)을 통해 유동을 제공함으로써 제1 베드로부터 열을 제거하고 적어도 하나의 제2 도관 쌍(각 쌍은 직렬로 연결된 고온 유입도관과 저온 배출 도관임)을 통하는 유동을 제공함으로써 제1 상태에서 제2 베드에 열을 추가하는 제1 및 제2 베드들을 통해 유체의 순환(circulation)을 허락하도록 자석 어셈블리로 동기화한다(synchronizes). 각각의 제1 및 제2 도관 쌍들은 밸브 시스템에 의한 유동을 위해 연결될 때 각각의 제1 도관 쌍을 통해 실질적으로 동일한 유체 유동을 제공하도록 구성된다.

따라서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징은 상대적으로 작은 유동 불균형(imbalances)으로부터 초래될 수 있는 냉각 비효율을 다루는 것이다.

각 제1 도관 쌍은 실질적으로 동일한 유동 저항을 가질 수 있고, 각 제2 도관 쌍은 실질적으로 동일한 유동 저항을 가진다. 이러한 점에서, 각 제1 및 제2 도관 쌍은 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 하나 실시예의 특징은 정적-상태 유동에 영향을 미치는 것과 같은 도관에서 유동 저항들을 균형을 맞추는 것이다.

더 큰 유동을 운송하는 도관 쌍들은 더 작은 유동을 운송하는 도관 쌍들 보다 더 짧을 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 고온 및 저온 사이클부들에서 동일 유동을 허락하도록 더 잘 맞춰질(tailored) 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

대안적으로 또는 추가로, 각 제1 및 제2 도관 쌍은 실질적으로 동일 내부 부피를 가질 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 도관 쌍들에서 유동 물질의 관성 질량(inertial mass)과 관련된 동적 "유도성(inductive)" 효과들에 의해 야기되는 유동 불균형을 다루는 것이다.

대안적으로 또는 추가로, 각 도관 쌍은 압력 변화의 기능과 같이 내부 부피에서 실질적으로 동일한 변화를 가지는 것이다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 도관의 탄성에 관하여 동적 "용량성(capacitive)" 효과들에 의해 야기되는 유동 불균형을 위한 보상(compensate)을 하는 것이다.

자기 냉장 시스템의 작동 동안 최소로부터 최대 유체 압력(fluid pressure)으로 증가되도록 영향을 받을 때, 자기 열량 물질의 베드로 각 도관 쌍의 내부 부피에서의 변화는 도관 쌍이 베드로 유동을 이용하는 AMR 사이클에서 시간 간격(time interval) 동안 단일 베드에 이송되는 전체 유체 부피의 5% 미만일 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 가능한 탄성 도관들에서 저장된 압력에 의해 야기되는 잠재적인 역류(backflow)와 비효율을 제한하는 것이다.

각각의 고온 유입 도관들, 고온 배출 도관들, 저온 유입 도관들, 및 저온 배출 도관들은 유체 유동으로 실질적으로 동일한 저항을 제공하기에 적합할 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 도관의 기능에 따라서 균형 잡힌 저항을 제공하는 것이다.

밸브 시스템은 고온 배출 밸브, 고온 유입 밸브, 저온 배출 밸브, 및 저온 유입 밸브를 포함하는 네 가지 밸브들을 제공할 수 있고, 제1 상태에서, 고온 배출 밸브는 고온 열 교환기의 유입구로 제1 베드의 고온 배출 도관을 연결하고 저온 유입 밸브는 저온 열 교환기의 배출구로 제1 베드의 저온 유입 도관을 연결하며 고온 유입 밸브는 고온 열 교환기의 배출구로 제2 베드의 고온 유입 도관을 연결하고 저온 배출 밸브는 저온 열 교환기의 유입구로 제2 베드의 저온 배출 도관을 연결한다. 그리고, 제2 상태에서, 고온 배출 밸브는 고온 열 교환기의 유입구로 제2 베드의 고온 배출 도관을 연결하고 저온 유입 밸브는 저온 열 교환기의 배출구로 제2 베드의 저온 유입 도관을 연결하며 고온 유입 밸브는 고온 열 교환기의 배출구로 제1 베드의 고온 유입 도관을 연결하고 저온 배출 밸브는 저온 열 교환기의 유입구로 제1 베드의 저온 배출 도관을 연결한다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 역류로부터 손실을 제거하는 각 도관을 통해 단일 방향(unidirectional) 유동을 보호하는 시스템에서 균형 잡힌 유동을 위해 제공된다.

고온 배출 밸브 및 고온 유입 밸브는 자석 어셈블리와 기계적으로 연통하고 밸브를 개방하고 폐쇄하는 이동 가능한 요소들을 포함할 수 있고, 여기서 저온 유입 밸브 및 저온 배출 밸브는 유체 유동에 의해 활성화되는 일-방향 밸브이다. 또는, 저온 배출 밸브 및 저온 유입 밸브는 밸브들을 개방하고 폐쇄하는 이동 가능한 요소들을 포함할 수 있고 자석 어셈블리와 기계적으로 연통하며, 여기서 고온 유입 밸브 및 고온 배출 밸브는 유체 유동에 의해 활성화되는 일-방향 밸브들일 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 같은 일-방향 타입 밸브들을 이용함으로써 밸브 구조들을 간단화하는 것이다.

제1 및 제2 베드는 중심 축(central axis) 주위에 배열될 수 있고 자석 어셈블리는 중심 축을 따르는 제1 및 제2 베드에 관하여 회전 가능한 샤프트에 부착될 수 있으며 고온 배출 밸브 및 고온 유입 밸브는 샤프트에 대하여 동축으로 위치되는 정적인 스테이터부들(stationary stator portions)에 대하여 이동하도록 샤프트에 대하여 동축으로 부착되는 로터부들을 가지는 디스크일 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 도관 구조의 균형 잡음을 용이하게 하는 축 방향으로 균형 잡힌 회전식 건축물(axially balanced rotating architecture)을 채용하는 것이다.

고온 배출 밸브 및 고온 유입 밸브는 자석에 대하여 고정되는 로터부들과 베드들에 대하여 고정되는 스테이터부들을 가질 수 있고 스테이터부들은 로터부들 사이에 장착된다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 스테이터들로 로터들을 밀봉하는 데 필요한 힘들을 균형을 맞추도록 밸브 로터와 스테이터 사이의 고유 밀봉 및 밸브 방향을 채택하는 것이다.

자기 냉장 시스템은 중심 축을 중심으로 배열되는 복수 개의 자기 베드들을 포함할 수 있고, 각각은 각 베드의 제1 측으로 고온 배출 도관 및 고온 유입 도관을 연통하고 각 베드의 제2 측으로 저온 유입 도관 및 저온 배출 도관을 연통하는 메니폴드를 가지며 밸브 어셈블리는 유입 도관들 또는 배출 도관들 중 하나와 연결하는 샤프트에 부착되는 밸브들을 제공한다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 불균형 유동으로부터의 비효율이 악화될 수 있는 다중-베드 시스템 내에서 균형 잡힌 유동을 제공하는 것이다.

밸브들은 샤프트의 하나 이상의 위치들에서 다중의 유입 도관들 또는 배출 도관들과 실질적으로 방해 받지 않는 연통을 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예의 특징은 다중 도관들이 병렬식(parallel)으로 작동될 때 도관들 사이에서 공유하는 동일 유동을 보장하는 것이다.

자기 냉장 시스템은 유입 및 배출 도관들과 밸브 시스템을 통해 유체를 순환시키는 양변위 펌프(positive displacement pump)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예는 다중 베드들 사이에서 전환하기 위해 필요한 유속(flow rate)으로 빠른 변화를 처리할 수 있는 펌프를 제공하고 이러한 신속한 전환과 호환 가능한(compatible) 도관 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 특정 목적들 및 이점들은 청구범위 내에 들어가는 몇몇 실시예들에서만 적용될 수 있고 따라서 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.

본 명세서에 개시되어 있음.

도 1a 내지 도 1d는 냉각을 수행하는 활성 자기 냉장고(AMR) 사이클을 개략적으로 도시한다.
도 2는 네 개의 디스크 밸브들과 본 발명의 제1 실시예의 구성요소 배열의 개요(overview)를 도시한다.
도 3은 간단한 조정과 줄어든 손상 효과를 제공하는 개선된 밸브 어셈블리의 제1 실시예를 도시한다.
도 4는 공통 어셈블리(common assembly)에 장착된 고온 유입 밸브와 고온 배출 밸브를 위한 스테이터들을 구비하는 본 발명의 제2 실시예의 구성요소 배열의 개요를 도시한다.
도 5는 더 큰 반지름의 자석을 구비하는 본 발명의 제3 실시예의 구성요소 배열의 개요를 도시한다.
도 6은 균형 잡힌 밀봉력과 간단한 조립 및 유지를 제공하는 개선된 밸브 어셈블리의 제2 실시예를 도시한다.
도 7은 공통 어셈블리에 장착되는 고온 유입 및 저온 유입 밸브들의 스테이터들을 구비하는 본 발명의 제4 실시예의 구성요소 배열의 개요를 도시한다.
도 8은 저온 측 상에 체크 밸브들을 구비하는 본 발명의 제5 실시예의 구성요소 배열의 개요를 도시한다.
도 9는 베드의 일 측에서의 유동 연결의 확대도이다.
도 10은 도 4에서 도시된 제2 실시예의 여덟 베드 형상의 단면도이다.
도 11은 유입 및 배출 기능이 단일 밸브 어셈블리에서 조합되는 개선된 밸브 어셈블리의 제3 실시예를 도시한다.
도 12a 내지 도 12b는 도 11의 개선된 밸브 어셈블리에서 이용될 수 있는 로터 디스크들의 단면도이다.
도 13a 내지 도 13b는 도 11의 개선된 밸브 어셈블리에서 이용될 수 있는 밸브 스테이터들의 단면도이다.
도 14는 어떻게 도 11의 개선된 밸브 어셈블리에서 로터 및 스테이터 디스크들이 적층될(stacked) 수 있는 지의 평면도이다.
도 15는 도 11의 개선된 밸브 어셈블리에서 이용될 수 있는 밸브 컵과 부싱(bushing)의 상세도이다.
도 16은 도 3 도는 11의 개선된 밸브 어셈블리에서 이용될 수 있는 밸브 인장 어셈블리(valve tensioning ass)의 분해도이다.
도 17은 균형 잡힌 밀봉력, 간단화된 조립과 유지, 및 열 전달 유체로부터 보호되는 구동 샤프트를 제공하는 개선된 내부 및 외부 밸브 어셈블리의 제5 실시예를 도시한다.
도 18은 도 6 또는 도 17의 개선된 밸브 어셈블리에서 이용될 수 있는 회전면 씰을 도시한다.

본 발명은 베드들로부터 및 베드들로의 유동을 제어하는 회전식 디스크 밸브를 이용하는 "회전 자석" 자기 냉장고(RMMR)을 포함하고 이러한 밸브들은 자석 어셈블리를 회전시키는 샤프트와 동축으로 위치되며, 밸브 디스크 상의 압축 메커니즘이 밸브들의 조립 후에 조정 가능하고, 디스크의 손상으로부터 밀봉을 유지한다. 이러한 발명의 제1 실시예의 구성요소들의 배열의 개요는 도 2에서 도시된다. 도2는 두-베드 시스템(two-bed system; 1)의 단면도이며, 제1 베드(자화된; 2)는 자석 어셈블리(6)의 갭(8) 내부에 있는 반면에 제2 베드(탈자화된; 4)은 어셈블리의 갭(8) 외측에 있다. (전기 모터일 수 있는) 모터(10)는 중심 샤프트(12)를 회전시키고, 이는 베어링들(bearings; 102, 104, 106 및 108)에 장착되며, 회전식 씰들(122, 124, 126, 128)을 통과한다. 또한, 이러한 중심 샤프트(12)는 각각의 동축 밸브들(22, 24, 26, 28)의 로터들(14, 16, 18, 20)을 구동한다. 펌프(30)는 시스템(1)을 통해 유체 유동을 구동한다.

도 2에서 도시된 구성에서, 고온 유입(Hi) 밸브(22) 내의 로터(14)는 탈 자화된 (하부) 베드(4)의 고온 유입 포트(42)에 연결되는 홀(32)을 언 커버 시킨다. 동시에, 저온 배출(Co) 밸브(24) 내의 로터(16)는 베드(4)의 저온 배출 포트(44)에 연결되는 홀(34)을 언 커버 시킨다. 따라서, 온도 T_Hi에서 고온-측 열 교환기(HHEX; 40)로부터 생기는 가압된 유체는, 고온 유입 밸브(22)의 스테이터(88) 내의 언커버된 홀(32)를 통해, 고온 유입 밸브(22)의 일 단부에서 챔버(52) 내로 파이프(62)에 의해 운송되고 고온 유입 파이프(64b) 내로 및 베드(4)를 통해 그것의 고온 유입 포트(42)로부터 그것의 저온배출 포트(44)로 구동된다. 저온 (탈 자화된 베드) (4)을 통과한 후에, 이제 T_Co에서, 이러한 유체는 저온 배출 파이프(cold outlet pipe; 66b)에 의해 운송되고 스테이터(90) 내의 홀(34)을 통해서 개방 저온 배출 밸브에 의해 수집되며, 챔버(54)를 통해 밸브(24)의 일 단부에서 파이프(92)를 통과하여 저온-측 열 교환기(CHEX; 60)으로 유도되고(directed), 유체는 냉장된 환경으로부터 열을 흡수하고 T_Ci로 온도가 상승한다. 탈 자화된 베드(4)의 저온 유입 파이프(72b)와 저온 유입 포트(68)는 홀(38b)를 덮는 저온 유입(Ci) 밸브(26)에서 로터(16) 위치에 의해 막히고, 탈 자화된 베드(4)의 고온 배출 파이프(82b)와 고온 배출 포트(70)는 홀(94b)를 덮는 고온 배출(Ho) 밸브(280 내에서 로터(20) 위치에 의해 막힌다.저온-열 교환기(60)의 다른 단부로부터 생기는 온도 T_Ci에서 유체는 저온 유입 밸브(26)의 일 단부에서 챔버(56) 내의 단일 포트(36)로 들어간다. 유체는 자화된 (상부) 베드(2)의 저온 유입 포트(74)로 및 저온 유입 파이프(72a) 내로 스테이터(86) 내에서 홀(38a)을 통하게 및 저온 유입 로터(18)를 통하게 유도된다. 유체는 저온 유입 포트(74)로부터 고온 배출 포트(78)로 자화된 베드(2)를 통과하고 T_Ho로 온도가 상승한다. 베드(2)의 저온 배출 파이프(66a)와 저온 배출 포트(76)을 통한 유동은 저온 배출 밸브(24)에 의해 막힌다. 베드(2)의 고온 유입 파이프(64a) 및 고온 유입 포트(80)을 통한 유동은 고온 유입 밸브(22)에 의해 막힌다. 베드(2)의 포트(78)로부터 온도 T_Ho에서의 고온 배출 유체는 고온 배출 밸브(28) 내로 스테이터(96) 내의 홀(94a)을 통하여 고온 배출 파이프(82a)에 의해 운송되고, 챔버(58)를 통해 밸브(28)를 나가며 펌프(30)로 파이프(84)를 통해 되 돌아가고, 이는 HHEX(40)의 다른 단부를 통해 유도되며, 유동 회로를 완료한다.

도면들이 본 발명의 구성요소들 사이의 유체 유동을 운송하는 파이프들을 도시하지만, 구성요소들 사이에서 유체를 운송하는 임의의 적절한 도관은 이용될 수 있다. 예를 들어, 도관들은 사출-성형 어셈블리(injection-molded assembly) 내의 유체 통로일 수 있고, 또는 도관들은 첨가제 제조(additive manufacturing)에 의해 만들어지는 어셈블리 내의 유체 통로들일 수 있으며, 또는 도관들은 도면에 도시된 바와 같은 파이프들일 수 있다.

본 발명의 제1 실시예의 밸브들에 대한 개성들은 도 3에서 고온 측 밸브들의 상세도에서 도시된다. 고온 유입 밸브(22)와 고온 배출 밸브(28) 둘 모두는 유사한 구조를 가진다. 고온 배출 밸브(28)는 밸브 하우징(valve housing; 210)에 대하여 밀봉되고 고정된 위치에 있는 스테이터(96)를 수용한다. 또한, 고온 배출 밸브는 샤프트(12)의 축을 중심으로 자석(6)과 회전하는 로터(20)를 수용한다. 로터(20)는 그것의 내부 직경(ID)과 부싱 사이의 오-링(o-ring; 228)에 의해 중심 잡히고, 단단한 밸브 컵(rigid valve cup; 212)에 장착된다. 부싱(214)은 구동 샤프트(12) 상에 개별적으로 조립되고, 단단한 컵(212) 내의 슬롯(213) 내로 및 부싱(214), 샤프트(12)를 통해 연장하는 핀(216)에 의해 제 자리에 유지된다. 핀(216)은 부싱(214)의 정확한 축 위치를 제공하고, 또한 샤프트(12)로부터 밸브의 회전식 구성요소들로 회전 토크(rotary torque)를 전달한다. 나사산 너트(threaded nut; 218)는 단단한 컵(212)에 대하여 압축력을 적용하는 스프링들(220)을 지지한다. 단단한 컵은 샤프트(12)의 축을 따라서 이동할 수 있고 핀(216)과 같은 부싱(214)은 슬롯(213) 내에서 미끄러지며 따라서 로터(20)의 압축력은 전해지지만, 샤프트(12) 내 및 슬롯(213) 내의 핀(216)의 맞물림은 회전식 토크가 샤프트(12)로부터 로터(20)와 단단한 컵(212)으로 전해지는 것을 보장한다. 외부 접근 포트(external access port; 222)는 밸브의 해체(disassembly) 없이 압축의 조정을 나사산 너트(218) 내의 슬롯들(221)과 외부 접근 포트들(222)은 밸브들의 해체 없이 압축의 조정을 허용한다. 조정은 샤프트(12)의 회전에 의해 완수되는 방법 접근 포트(222)를 통해 인입되는 툴(tool)에 의한 고정을 유지한다. 베어링들(102, 104)은 밸브 하우징들 내로 합쳐진다. 이는 소형 설계를 허용하고, 회부 베어링(102)에 대한 외부 너트(223)의 압축 하중을 허용하며 밸브 바디들(valve bodies)에서 정렬을 보장한다. 내부 베어링(inner bearing; 104)은 샤프트(12)로 부착되는 유지 링(retaining ring; 226)에 대하여 안착된다.

밸브의 작동 동안 밸브(28)의 밸브 로터(20)와 밸브(96) 스테이터가 손상함에 따라, 이들의 조합된 두께는 줄어들 것이다. 그러나, 스프링들(220)은 이러한 두께의 변화를 수용할 것이고 외부 조정을 위한 필요 없이 밸브 디스크들의 밀봉을 유지할 것이다.

본 발명의 제2 실시예의 구성요소들의 배열의 개요는 도 4에서 도시된다. 밸브들은 제1 실시예와 같이 같은 도관들 사이에 같은 시간-경과 흐름 할당(time-sequenced flow allocation)을 수행한다. 차이는 저온 유입 밸브(26)의 스테이터(86)와 로터(18)가 왼 쪽에서 오른 쪽으로 반전되고, 고온 유입 밸브(22)의 스테이터(88)와 로터(14)가 왼 쪽에서 오른쪽으로 반전되는 것이고, 공통 어셈블리(98)에 장착되는 고온 배출 밸브(28)를 위한 스테이터와 고온 유입 밸브(22)를 위한 스테이터(88)를 허용하는 것이며; 또한 저온 배출 밸브(24)를 위한 스테이터(90)와 저온 유입 밸브(26)를 위한 스테이터(86)는 공통 어셈블리(100)에 장착될 수 있다. 자석 어셈블리(6), 베드들(2, 4). 및 펌프(30)는 제1 및 제2 실시예들에서 유사한 위치들에 있을 수 있다.

대항하는 별들 상에 스테이터들(88, 96)이 장착됨으로써, 그 스테이터들(88, 96)로 로터들(14, 20)을 가압하는데 필요한 힘은 반작용(counter-acting)이며, 그 스테이터들(90, 96)에 로터들(16, 18)을 가압하는데 필요한 힘은 반작용이고, 따라서 샤프트(12) 상의 하중은 감소하고 디자인은 간단화된다.

본 발명의 다른 실시예의 구성요소 배치의 개요는 도 5에서 도시된다. 제3 실시예는 제2 실시예와 같은 구성요소들, 및 제2 실시예와 같은 방법으로 같은 기능들을 수행하는 모터(10)와 같은 구성요소들을 가진다. 차이는 제1 및 제2 실시예에서 자석 어셈블리(6)와 베드들(2, 4)이 유사한 각도에서 저온 유입 밸브(26)와 고온 유입 밸브(22) 사이에 위치되는 반면에, 제3 실시예의 자석 어셈블리(6)와 베드들(2, 4)이, 어셈블리(1)의 길이가 줄어들도록 허용하는, 더 큰 각도에서 밸브들(22, 26) 외측으로 위치되는 것이다. 도 5에서 알려진 바와 같이, 고온 배출 파이프들(82a, 82b)은 각각 동일한 길이와 모양이고, 또한 저온 유입 파이프들(72a, 72b)은 각각 동일한 길이와 모양이며, 고온 파이프(82a)는 저온 유입 파이프(72a)로부터와 다른 길이 및 모양을 가진다.

도 2, 도 4 및 도 5에서, 고온 배출구와 같이, 동일 기능의 모든 파이프들은, 고온 배출구 및 저온 유입구와 같이, 다른 기능의 파이프들이 다른 길이일 수 있더라도, 동일한 길이이다. 더 일반적으로, 고온 배출 파이프(82a)와 직렬로 연결된(in series) 저온 유입 파이프(72a) 및 고온 유입 파이프(82b)와 직렬로 연결된 저온 유입 파이프(72b)(제1 도관 쌍들)와 같은, 또는 저온 배출 파이프(66a)와 직렬로 연결된 고온 유입 파이프(64a) 및 저온 배출 파이프(66b)와 직렬로 연결된 고온 유입 파이프(64b)(제2 도관 쌍들)인, 도관 쌍들은 모든 유사한 도관 쌍들 사이에서 동일 또는 균형 잡힌 유동을 위해 형성된다. 이는 도관 쌍들이 동일한 정적-상태 유동 저항을 제공하는 것을 보장함으로써, 하지만 또한 도관 쌍들의 전체 내부 부피와 동일하게 설정함으로써 유동 인덕턴스(flow inductance)와 같은 동적 인자들(dynamic factors), 및 압력의 변화와 내부 부피의 변화가 도관 쌍에 대해 동일한 것을 보장하는 유동 용량을 다룸으로써 제공된다. 또한, 이러한 밸브들은 동일하지만 제1 도관 쌍들이 제2 도관 쌍들과 비교될 때, 동일할 필요는 없다.

본 발명의 제2 실시예의 밸브들의 개선점들은 도 6의 고온 측 밸브들의 상세도에서 도시된다. 고온 유입 밸브(22)와 고온 배출 밸브(28) 둘 모두는 유사한 구조이다. 고온 배출 밸브(28)는 밸브 하우징(210)에 대하여 밀봉되고 제 위치에 고정되는 스테이터(96)를 수용한다. 스테이터 내의 각 포트는 밸브 하우징의 층(floor)으로부터 돌출하는 스터브-튜브(stub-tube; 205)와 매칭(mated)된다. 각 스터브 튜브는 스테이터에 대한 오-링 씰(204)을 가진다. 또한, 고온 배출 밸브는 샤프트(12)의 축을 중심으로 자석(6)과 회전하는 로터(20)를 수용한다. 로터(20)는 그것의 ID와 내부 회전 어셈블리(201) 사이의 오-링(228)에 의해 중심 잡히고, 단단한 밸브 컵(212)에 장착된다. 구동 샤프트(12)는 로터(20)에 연결되는 내부 어셈블리(201)와 압축 어셈블리(230)를 동 축 방향으로 통과한다. 압축 어셈블리(230)는 로터(20)와 단단한 컵(212)에 대하여 압축력을 적용하는 스프링들(220)을 지지하는 나사산 너트(218)로 구성된다. 단단한 컵(212)은 탄소 복합 물질(carbon composite material)일 수 있다. 외부 접근 포트들(222)은 밸브들의 해체 없이 압축의 조정을 허용한다. 내부 회전 가능한 어셈블리(201)는 밸브 하우징(210)과 단부 플레이트(310)로 구성된 밸브 바디 내측에 유체를 밀봉하고 구동 샤프트(12)에 도달하는 것을 방지하기 위해 각각의 단부에 장착되는 상용 세라믹(commercial ceramic; 또는 다른 물질) 회전면 씰들(202)을 가진다. 이런 방식으로 구동 샤프트는 '건조한' 상태로 남아있고 바디들의 씰을 깸 없이 밸브로부터 분리될 수 있다. 이러한 특징은 자석 어셈블리와 베드 또는 저온 유입 및 배출 밸브들을 방해함 없이 조립되거나 제거되고 대체되도록 고온 유입 및 배출 밸브들을 허용한다.

내부 회전 어셈블리는 오-링(232)에 의한 중심에 밀봉되고 나사산 스크류들(203)에 의해 제자리에 유지되는, 두 조각들로 구성된다. 특수 키(special key; 208)는 구동 샤프트의 슬롯 내로 끼워지고 내부 회전 가능한 어셈블리(201)의 내부 보어(inner bore) 내의 슬롯과 매칭된다. 키(208)는 구동 샤프트(12)로부터 내부 회전 가능 어셈블리(201)로 토크 전달을 제공한다. 또한, 키(208)은 구동 샤프트(12)에 관하여 내부 회전 가능 어셈블리(201)의 정확한 축 위치 제어를 제공한다. 키(208)의 생크(shank)는 그것이 그것의 슬롯 내에 수평으로(flush) 끼워지도록 (샤프트(12)의 직경 내에서) 설계된다. 이는 방해 없이 키(208)에 인접하게 진행하는 씰들(202)을 허용한다. 키(208)는 구동 샤프트(12)와 나사-결합되어서, 그것의 축 위치는 외부 너트(209)가 조립될 때 단단하게 잠긴다. 키(208)는 구동 샤프트(12)로 내부 회전 가능 어셈블리(201)를 단단하게 결합시킨다. 이는 내부 회전 가능 어셈블리(201) 위치가 정확하게 결정되도록 허용한다. 또한, 이는 올바른 축 위치들을 유지하는 동안 대항하는 밸브 표면 상에 불 균일한 압축력을 허용한다.

베어링(102, 104)은 밸브 하우징들 내로 합쳐진다. 이는 소형 디자인을 허용하고, 외부 베어링(102)에 대한 외부 너트(209)의 압축 하중을 허용하며 밸브 바디들에서의 배열을 보증한다. 내부 베어링(104)은 샤프트(12)에 부착된 유지 링(226)에 안착된다.

밸브의 작동 동안 밸브(28)의 밸브 로터(20) 및 밸브 스테이터(96)가 손상됨에 따라, 그 조합된 두께는 줄어들 것이다. 그러나, 스프링들(220)은 이러한 두께의 변화를 수용할 것이고 외부 조정을 위한 필요 없이 밸브 디스크들의 밀봉을 유지한다. 밸브가 마모되고 잠재적으로 데미지(damage)를 축적하더라도, 도 6에서 도시된 바와 같이, 열 교환기(40)를 우회하는 누출은 밸브들(22, 28)과 선택적인 보조 씰들(234) 모두가 누출되도록 요구할 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 도 7에서 도시된다. 제4 실시예는 제3 실시예와 같이 같은 구성요소들을 가지고, 모터(10)와 같은 구성요소들을 제3 실시예와 같이 같은 방법으로 같은 기능들을 수행한다. 차이점은 고온 유입(22)과 저온 유입(26) 밸브들의 스테이터들(88, 86)이 공통 어셈블리(101)에 장착되어서, 베드들(2, 4)로 더 짧은 고온 유입 파이프(64a, 64b)와 저온 유입 파이프(72a, 72b)가 제1 세 개의 실시예들을 가능하게 하도록 허용한다.

위의 실시예들을 위한 추가적인 변형은 일-방향 밸브들에 의해 저온 측 유입 및 배출 밸브들을 대체함으로써 생성될 수 있다. 본 발명에서 이용될 수 있는 일-방향 밸브들의 예시들은 체크 밸브들과 리드 밸브들(reed valves)이다. 또한, 체크 밸브로 알려진, 일-방향 밸브는, 오직 일 방향으로 유체 유동을 허용하고 반대 방향으로 유체 유동을 막는다. 예를 들어 볼 체크 밸브는 일 방향으로 유체의 유동을 막기 위해 구형 볼을 이용한다. 원뿔모양으로 좁아지는 시트(conically tapered seat)는 일 방향으로의 유동을 방지하는 밸브 개구 내부에 볼을 위치시키지만, 볼이 그것의 시트로부터 벗어나면 반대 방향으로의 유동을 허용한다. 시트 내부에서 볼의 벗어남은 스프링에 의해 도움을 받을 수 있다. 일-방향 밸브들의 다른 타입은 다이어프램 체크 밸브(diaphragm check valves), 스윙 체크 밸브(swing check valves), 틸팅 디스크 체크 밸브(tilting disc check valves), 스톱-체크 밸브(stop-check valves), 리프트-체크 밸브(lift-check valves), 인-라인 체크 밸브(in-line check valves), 덕빌 밸브(duckbill valves), 공압 역류-방지 밸브(pneumatic non-return valves) 등을 포함한다. 일-방향 밸브들은 회전식 디스크 밸브들보다 덜 비싸고 더 작을 수 있다.

일-방향 밸브들을 이용하는 다른 실시예의 예시는 도8에서 도시되며, 도 4의 실시예 2의 저온 측 밸브들(24, 26)은 도 8의 체크 밸브들(120, 121, 125, 127)에 의해 대체되었다.

도 9는 어떻게 연결이 밸브로부터 나오는 유입구 및 배출구 파이프들과 베드의 일 단부 사이에서 발생하는 지를 상세히 도시한다. 저온 유입 파이프(72b)와 저온 배출 파이프(66b)는 도면의 상부로부터 들어가고 베드 플레넘 어셈블리(110)로 들어간다. 도 2의 베드(4)와 같은, 베드의 일 측에 부착될 수 있는 직사각형 개구(rectangular opening; 112)에서 연결하는, 저온 배출 포트에서 저온 배출 파이프(66b)는 끝나고 저온 유입 포트(68)에서 저온 유입 파이프(72b)는 끝난다. 베드는 도 9에서 도시되지 않는다.

두-베드 실시예들이 도 2 내지 도 8에 도시되어 있지만, 이는 일반적으로 자석 갭에 의한 휩쓰는(swept) 경로에 추가 베드를 끼우는 것이 유리하다. 추가적인 베드들은 냉각 동력을 증가시키고 자석 어셈블리의 보다 효율적인 이용을 이룰 수 있다. 밸브들은 같은 시간에 다중 베드들에 주어진 방향으로 유동을 허용하도록 디자인될 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예의 여덟-베드 버전은 도 10에서 저온 단부로부터 단면도로 도시된다. 저온 유입 파이프들, 고온 유입 및 배출 파이프들, 밸브 하우징들과 씰들, HEX들, 펌프, 모터, 및 베어링들은 도시되지 않았다. 자석 어셈블리(6)와 저온 배출 밸브 로터(16)는 샤프트(12)에 연결되고 그것과 회전한다. 자석 어셈블리는 두 개의 자화된 베드들(2a, 2b) 위에 도시되고, 이는 그것들의 저온 단부로부터 그것들의 고온 단부로 함께 흐른다. 두 탈자화된 베드들(4a, 4b)는 가장 작인 장 영역에 있고, 둘 모두는 그것의 고온 단부들로부터 그것의 저온 단부들로 흐르며, 중간 장에서 네 개의 남은 베드들(3a, 3b, 3c, 3d; remaining beds)은 흐르지 않는다. 각 베드는 저온 측 플레넘 어셈블리(cold side plenum assembly; 110)와 고온 측 플레넘 어셈블리(hot side plenum assembly; 111)에 부착된다. 함께 이러한 플레넘들은 베드에 대한 메니폴드를 생성한다. 저온 배출 밸브 포터(16)는 저온 배출 밸브 스테이터(90) 내의 두 홀들(34a, 34b)을 노출시키게 도시하고, 저온 측 플레넘 어셈블리들(110a, 110b)에 부착되는 저온 배출 파이프들(66a, 66b)와 저온 배출 포트(44a, 44b)를 통해 탈자화된 베드들(4a, 4b)을 떠나는 유동을 허용한다. 한편, 저온 배출 밸브 로터(16)는 홀들(34c, 34d, 34e, 34f, 34g, 34h)을 막고, 이에 의해 베드들(2a, 2b, 3a, 3b, 3c, 3d)의 저온 배출 포트들로부터 유동을 막는다.

도 10의 유동 상황은 저온 유입, 저온 배출, 고온 유입 및 고온 배출 밸브 포터들을 이용하여 구현될 수 있고 한 번에 그것들의 매칭되는 스테이터에서 두 개의 홀들을 노출시키는 것을 유의해야 한다.

비록 도 10이 두 베드들이 동시에 저온에서 고온으로의 유동 하에 있고 두 베드들이 고온에서 저온으로의 유동 하에 있는 상황을 도시하지만, 유동 하에 있지 않고 따라서 장치의 냉각에 기여하지 않는 네 개의 베드들이 있다. 저온 배출 및 고온 유입 밸브 로터들이 저온 유입 및 고온 배출 밸브들보다 그것들의 매칭하는 스테이터들로 더 많은 홀들을 노출시키면, 더 많은 베드들은 고온에서 저온으로의 유동에 영향을 받는 것 보다 저온에서 고온으로의 유동에 영향을 받을 것이다.

도 3 및 도 6은 개선된 밸브 어셈블리들을 도시하고, 고온 유입 및 고온 배출 유동 제어 기능들은 단일 샤프트에 의해 구동되는 두 별개의 밸브 어셈블리들(two distinct valve assemblies)에 의해 제어된다. 고온 유입 및 배출 유동들을 위한 별도의 밸브 어셈블리들의 이용은 고온 열 교환기를 우회하는 유체 누출 또는 열 적인 열 누출의 가능성을 최소화 한다. 그러나, 두 개의 별도 밸브 어셈블리들의 이용은 부품 수(parts count)를 두 배로 하고 제작 비용을 증가시키며, 또한 샤프트 축을 따라 시스템의 길이를 증가시킨다. 도 11은 단일 고온 유입/배출 밸브 어셈블리(270) 내의 고온 유입 및 고온 배출 유동의 전환을 조합하는 개성된 밸브 구조를 도시한다. 고온 밸브(28)는 밸브 하우징(210)에 대하여 밀봉되고 제 자리에 고정되는 스테이터(96)를 수용한다. 도한 고온 밸브는 샤프트(12)의 축을 중심으로 자석(6)과 회전하는 로터(20)를 수용한다. 로터(20)는 그것의 ID 및 부싱(214) 사이의 오-링(228)에 의해 중심 잡히고, 단단한 밸브 컵(212)에 장착된다. 부싱(214)은 구동 샤프트(12) 상에 조립되고, 단단한 컵(212) 내의 슬롯(213) 내로 및 부싱(214), 샤프트(12)를 통과하여 연장하는 핀(216)에 의해 제자리에 유지된다. 핀(216)은 부싱(214)의 정확한 축 위치를 제공하고, 또한 샤프트(12)로부터 밸브의 회전하는 구성요소들로 회전 토크를 전달한다. 나사산 너트(218)는 단단한 컵(212)에 대하여 압축력을 적용하는 스프링들(220)을 지지한다. 단단한 컵은 샤프트(12)의 축을 따라 이동할 수 있고 핀(216)과 같은 부싱(214)은 슬롯(213) 내에서 미끄러지며 따라서 로터(20)의 압축력을 전하지만, 샤프트(12) 내 및 슬롯(213) 내에서의 핀(216)의 맞물림은 회전 토크를 샤프트(12)로부터 로터(20)와 단단한 컵(212)으로 전달하는 것을 보장한다. 외부 접근 포트(222)는 밸브의 해체 없이 압축의 조정을 허용한다. 베어링(102, 104)은 밸브 하우징 내로 합쳐진다. 이는 소형 디자인을 허용하고 외부 베어링(102)에 대하여 외부 너트(224)의 압축 하중을 허용하며 밸브 바디에서의 정렬을 보장한다. 내부 베어링(104)은 샤프트(12)에 부착된 유지 링(226)에 안착된다.

밸브(28)의 밸브 스테이터(96)와 밸브 로터(20)가 밸브의 작동 동안 손상함에 따라, 그 조합된 두께는 줄어들 것이다. 그러나, 스프링들(220)은 이러한 두께의 변화를 수용할 것이며 회부 조정을 위한 필요 없이 밸브 디스크들의 밀봉을 유지한다.

(미 도시된) 모터는 중심 샤프트(12)를 회전 시킨다. 도 11에 도시된 위치에서, 자석(6) 내측에 있는 베드(2)의 포트(78)로부터 온도 T_Ho에서의 고온 배출 유체는 고온 배출 밸브(28) 내로 스테이터(96) 내의 홀(94a)를 통해 중간 반지름(intermediate radius)에서 고온 배출 파이프(82a)에 의해 운송되고, 스테이터(96)의 내부 반지름 내의 홀(266)로 로터(20) 내의 슬롯(264)을 통해 흐르며, 내부 플레넘(272) 내로 샤프트(12)의 외측으로만 흐른다. 유체는 펌프(30)의 유입구로 파이프(84)를 통해 내부 플레넘(272)을 나가고, 이는 밸브(28)의 외부 플레넘(52)으로 파이프(62)를 통해 및 고온 HEX(40)을 통해 유체를 펌핑한다. 외부 플레넘(52) 내의 유체는 로터(20) 내의 슬롯(262)을 들어갈 수 있고 자석(6) 외측에 있는 베드(4)의 고온 유입구(42)로 파이프(254)를 통해 및 스테이터 디스크(96) 내의 외부 반지름에서 홀(32)을 통해 진행된다.

도 11에서 도시된 회전적인 위치에서, 자화된 베드(2)의 고온 유입 파이프(64a)와 고온 유입 포트(80)을 통하는 유동은 홀(32b)을 덮는 고온 밸브 로터(20)에 의해 막힌다. 또한, 탈자화된 베드(4)의 고온 배출 파이프(82b)와 고온 배출 포트(70)는 홀(94b)를 덮는 로터(20) 위치에 의해 막힌다.

도 12a 및 도 13a는, 도 11에서 도시된 고온 유입/배출 밸브 어셈블리(270)에서 이용될 수 있는, 각각의, 스테이터 디스트(96)와 로터 디스크(20)의 평면도를 도시한다. 로터 디스크 내의 슬롯들(264, 266)은 도시된다. 또한, 스테이터 디스크 내의 홀들(32a, 94b, 266)은 도시된다. 도 12b는 도 12a에서 도시된 라인 A-A에서 취해진 로터 디스크(20)의 단면을 도시하고, 도 13b는 도13a에서 도시된 라인 B-B에서 취해진 스테이터 디스크(96)의 단면을 도시한다. 로터 디스크 내의 슬롯들(264, 266)은 도 12b에서 도시된다. 또한, 스테이터 디스크 내의 홀들(32a, 94b, 266)은 도 13b에서 도시된다. 도 14는 어떻게 로터 디스크(20)와 스테이터 디스크(96)가 그 표면들이 접촉하여 적층 될 수 있는지 단면도를 도시하며, 로터(20)가 스테이터(96)에 대하여 회전함에 따라 슬롯들 및 다른 홀들 사이에서 유도되도록 유동을 허용한다.

도 15는 도 3 도는 도 11의 개선된 밸브 어셈블리들에서 이용될 수 있는 부싱, 핀, 및 밸브 컵의 상세도를 도시한다. 부싱(214)은 (도 15에서 미 도시된) 구동 샤프트(120 상에 조립되고, 단단한 컵(212) 내의 슬롯(213) 내로 및 샤프트(12), 부싱(214)를 통해 연장하는 핀(216)에 의해 제 자리로 유지된다. 핀(216)은 샤프트(12)에 대하여 부싱(214)의 정확한 축 위치를 제공하고, 또한 샤프트(12)로부터 밸브 컵(212)과 밸브의 다른 회전하는 구성요소들로 회전식 토크를 전달한다.

도 16은 도 3 도는 도 11의 개선된 밸브 어셈블리들에서 이용될 수 있는 압축 어셈블리의 분해도를 도시한다. 밸브 압축 어셈블리(230)에는 (미 도시된) 로터(20)에 연결되는 단단한 컵(212; 또는 접촉된 밸브 플레이트)에 대하여 압축력을 적용하는 스프링들(220)을 지지하는 나사산 너트(218; 또는 스프링 지지체)가 포함된다. 스프링들(220)은 단단한 컵(212) 상의 림(rim; 211) 내측에 끼우는 링(215)에 의해 제 자리로 유지된다. 링(2015)이 유사한 기능을 수행하면서 스프링들(220)의 반대 측으로 이동될 수 있음은 이해된다. 또한, 도 17을 참고로 하여, 압축 스프링들일 수 있는, 스프링들(220)은 일 측 상의 링(215)과 반대 측 상의 나사산 너트(218) 사이에 위치되고, 나사산 너트(218)의 위치는 링(215)을 통해 적용되는 단단한 컵(212) 상의 스프링들(220)의 힘을 제어하도록 조정 될 수 있다. 스프링들(220)이 당 업계에 공지된 바와 같은 기계적인 에너지를 저장하기에 이용되는 임의의 탄성 대상물(any elastic object)로 대체될 수 있음은 이해된다.

단단한 컵(212)은 밸브에 의해 제어되는 유체를 수용하는 플레넘 내부에서 유지될 수 있고, 스프링들(220)은 샤프트(12)를 중심으로 동 축 방향으로 나사산 요소 상의 회전에 의해 조정될 수 있다. 플레넘은 샤프트(12)를 따라 축 방향으로 나사산 너트(218)를 이동시키도록 나사선 요소에 대하여 나사산 너트(218)의 회전을 위해 나사산 너트(218)로 접근을 허용하는 밀봉 가능한 개구를 포함할 수 있다. 단단한 컵(212)은 제1 위치에서 적어도 하나의 단단한 컵(212)의 외주면과 연통하는 제1 플레넘에 유체의 통로를 제공하고 제2 위치에서 적어도 하나의 단단한 컵(212)의 내주면과 연통하는 제1 플레넘으로부터 분리되는 제2 플레넘 및 유체의 유체 통로를 제공하도록 협력할 수 있다.

또한 도 15를 참조하여, 구동 샤프트(12)와 단단한 컵(212) 사이의 조인트는 상호 연계(interengaging)하는 축 슬롯(213)과 방사상 핀(216)을 제공할 수 있다. 부싱(214)은 구동 샤프트(12) 상에 개별적으로 조립되고, 부싱(214) 내의 홀(217)로 인입되는 핀(216)에 의해 제 자리로 유지된다. 핀은 단단한 컵(212) 내의 슬롯(213) 내로 및 부싱(214), 샤프트(12)를 통해 연장한다. 핀(216)은 부싱(214)의 정확한 축 위치를 제공하고, 또한 밸브의 회전하는 구성요소들에 샤프트(12)로부터 회전 토크를 전달한다. 단단한 컵(212)은 핀이 슬롯(213) 내에서 미끄러짐에 따라 부싱(214)과 샤프트(12)의 축을 따라서 이동할 수 있고 즉 로터(20)에 압축력을 전달하지만 샤프트(12) 내의 및 슬롯(213) 내의 핀의 맞물림은 회전 토크가 샤프트(12)로부터 단단한 컵(212)과 로터(20)로 전달되는 것을 보장한다. (미 도시된) 외부 접촉 포트(222)는 밸브의 해체 없이 압축의 조정을 허용한다. 나사산 너트(218) 내의 슬롯들(221)은 밸브들의 해체 없이 압축의 조정을 허용한다. 나사산 너트(218)가 접촉 포트(222)를 통해 인입되는 툴에 의해 고정되게 유지되는 동안 조정은 샤프트(12)의 회전에 의해 완료된다. 단단한 컵(212)은 단단한 샤프트(12)의 축을 중심으로 회전하는 샤프트(12)와 단단한 컵(212)의 산대적인 움직임을 방지하면서 단단한 컵(212)의 축 방향 이동에 추가하여 단단한 컵(212)의 모서리 형성을 허용하는 조인트를 통해 구동 샤프트(12)에 부착될 수 있다. 또한, 구동 샤프트가 '드라이'로 유지되도록, 단일 고온 밸브에서 고온 유입 및 고온 배출 유동들의 전환과 단일 저온 밸브에서 저온 유입 및 저온 배출 유동들을 전환을 조합하는 개선된 밸브 어셈블리를 구성하는 것은 가능하다. 유입 및 배출 밸브 어셈블리(280)가 조합되는 이러한 개선된 드라이 샤프트의 상세도는 도 17에서 도시된다. 고온 밸브(28) 및 저온 밸브(24) 둘 모두는 유사한 구조를 가진다. 고온 밸브(28)는 밸브 하우징(210)에 대하여 밀봉되고 제 자리에 고정되는 스테이터(96)를 수용한다. 스테이터 내의 각 외부 서클 포트(outer circle port; 32)는 밸브 하우징의 층으로부터 돌출하는 튜브(205)와 매칭된다. 스테이터 내의 각 내부 서클 포트(inner circle port; 94)는 밸브 하우징의 층으로부터 돌출하는 튜브와 매칭된다. 각 튜브는 하우징(210)에 오-링 씰(284)과 스테이터에 오-링 씰(204)을 가진다. 또한, 고온 밸브는 샤프트(12)의 축을 중심으로 자석(6)과 회전하는 로터(20)를 수용한다. 로터(20)는 내부 회전 어셈블리(201)의 OD와 로터(20)의 ID 사이의 여유(clearance; 223) 내로 오-링(228)에 의해 중심 잡힐 수 있고, 단단한 밸브 컵(212)에 장착된다. 구동 샤프트(12)는 압축 어셈블리(230)와 로터(20)에 연결되는 내부 어셈블리(201)를 동축으로 통과한다. 압축 어셈블리(230)에는 로터(20)와 단단한 컵(212)에 대하여 압축력을 적용하는 스프링들(220)을 지지하는 나사산 너트(218)가 포함된다. 나사산 너트(218) 내의 슬롯(221)과 외부 접촉 포트들(222)은 밸브들의 해체 없이 압축의 조정을 허용한다. 나사산 너트(218)가 접촉 포트(222)를 통해 인입되는 툴에 의해 고정되게 유지되면 조정은 샤프트(12)의 회전에 의해 완료된다. 간극(223)에서 오-링(228)의 센터링 작용(centering action)과 스프링들(220)에 의한 축 힘의 적용은 밸브 구성요소들이 작동 동안 손상 또는 편심(eccentricities)으로 구성되더라도 스테이터(96)에 대해 밀봉되는 로터(20)를 유지한다. 내부 회전 가능한 어셈블리(201)는 구동 샤프트(12)로 도달하는 것으로부터 그것을 방지하고 밸브 바디 내측에 유체를 밀봉하기 위해 각 단부에 장착되는 두 개의 상업용 세라믹 회전 면 씰들(202, 282)를 가진다. 이러한 방법으로, 구동 샤프트는 '드라이'로 남아있고 바디들 내에 씰을 파손하지 않고 밸브로부터 분리될 수 있다. 이러한 특징은 베드와 자석 어셈블리, 또는 저온 유입 및 배출 밸브들을 방해함 없이 조립되거나, 제거되고 대체되는 고온 유입 및 배출 밸브들을 허용한다.

샤프트(12) 단단한 컵(212)과 샤프트(12) 상의 키 시트(key seat)와 키 웨이(key way)를 결합시키는 특정 키(208)에 의해 단단한 컵(212)과 연통할 수 있다. 특정 키(208)는 구동 샤프트의 슬롯 내로 끼워지고 내부 회전 가능 어셈블리(201)의 내부 보어에서 슬롯과 매칭된다. 키(208)는 구동 샤프트(12)로부터 내부 회전 가능 어셈블리(201)로 토크 전달을 제공한다. 또한, 키(208)는 구동 샤프트(12)에 대하여 내부 회전 가능 어셈블리(201)의 정확한 축 위치 제어를 제공한다. 키(208)의 생크는 (샤프트(12)의 직경 내부에서) 그것의 슬롯 내로 수평하게 끼워지도록 디자인된다. 이는 방해 없이 키(208)에 인접하게 진행하는 씰(202)을 허용한다. 키(208)는 구동 샤프트(12)와 나사-결합되어서 그것의 축 위치는 외부 너트(209)가 조립될 때 단단하게 잠긴다. 이는 내부 회전 가능 어셈블리(201)의 위치가 정확하게 결정되도록 허용한다. 또한, 이는 정확한 축 위치들을 유지하면서 반대 밸브 표면들 상의 불 균형 압축력들을 허용한다. 샤프트(12)로부터 밸브 어셈블리(28)의 제거는 샤프트(12)로부터 너트(224)를 나사빼기(by unscrewing)하고, 그 후 오-링들(286, 296)의 밖으로 미끄러지는 튜브들(205, 295)을 구비하는, 유지 링(226)으로부터 멀어지는 방향으로 샤프트(12)를 따라 밸브 내부 구성요소들과 키(208)를 구비하는 하우징(210)을 슬라이딩함으로써 달성될 수 있다. 키(208)는 샤프트(12)의 제1 단부로부터 제1 방향으로 키(208)의 추출(extraction)과 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 샤프트(12)의 추출을 허용하도록 샤프트(12)의 단부로 연장한다.

베어링들(102, 104)은 고온 밸브 하우징 내로 합쳐진다. 이는 소형 디자인을 허용하고, 외부 베어링(102)에 대하여 외부 너트(209)의 압축 하중을 허용하며 밸브 바디 내의 정렬을 보장한다. 내부 베어링(104)은 샤프트(12)에 부착되는 유지 링(226)에 안착된다.

튜브들의 외부 서클(205)은 베드들의 유입 포트들(288)에 연결되고, 오-링들(286)에 의해 밀봉된다. 튜브들의 내부 서클(295)은 베드들의 배출 포트들(298)에 연결되고, 오-링들(296)에 의해 밀봉된다.

저온 밸브(24)은 도 17에서 도시된 바와 같이, 고온 밸브와 같은 구조의 방법을 이용할 수 있다. 모터(10)는 샤프트(12)의 회전을 구동시키고, 이는 고온 밸브(29)의 로터(20)와 저온 밸브(24)의 로터(18) 둘 모두의 회전을 구동시킨다. 또한, 모터는 자석(6)의 회전을 구동시킨다. 또는, 저온 유동들은 도 8에서 도시된 것과 유사한 방식으로 일-방향 밸브들에 의해 제어될 수 있다.

도 17에서 도시된 유동 구성의 이점은 밸브들로부터 개별적인 베드들로의 유동을 운송하는 모든 튜브들(205)이 짧고 동일한 길이 및 모양일 수 있는 것이다. 튜브들의 이러한 특징은 압력 강하(pressure drop)를 줄이고 베드들 사이의 균일한 유동 타이밍과 분포를 달성하는 것에 도움을 준다. 단일 동축 어셈블리에서 유입 및 배출 밸브 기능들을 조합하는 도 17의 디자인 형태는 동축 어셈블리에서 개별 유입 및 배출 밸브들을 구비하여 달성할 수 있는 것보다 더 짧은 전체 길이를 구비하는 냉각 유닛들(cooling units)의 구조를 허용할 수 있다. 같은 이점은 도 11에서 도시된 디자인 형태에서도 적용된다. 더 짧은 길이의 냉각 유닛은 제한된 공간을 구비하는 위치에 끼워지기에 필요한 제품들과 더욱 쉽게 합쳐진다.

도 6, 도 17 및 도 18을 참조하여, 샤프트(12)는 밸브로부터 유체를 수용하는 플레넘을 통과할 수 있고 슬리브 어셈블리 또는 회전식 씰(202)에 의해 플레넘으로부터 분리될 수 있다. 회전식 씰(202)은 샤프트의 다른 축 부분들 위에 제1 및 제2 슬리브부(first and second sleeve portion)를 포함할 수 있고 각 부분들은 축에 대하여 제2 슬리브부에 관해 제1 슬리브부의 상대적인 회전 이동을 허용하는 슬라이딩 씰과 연통하는 다른 부분의 대응하는 슬라이딩 씰을 포함한다. 슬라이딩 씰은 제1 및 제2 씰부를 엇갈리게 하여 그것들 사이에서 누출을 방지하도록 맞물리는 스프링(306)을 포함할 수 있다.

도 18은 도 6 또는 도17의 밸브 어셈블리들이 개선된 드라이 샤프트로 이용될 수 있는 회전식 씰(202)의 상세도를 도시한다. 씰(202)은 밸브의 고정된 단부 플레이트(310; 도 6)에 글루잉되는(glued) 고정된 컵(302)을 수용한다. 또한, 고정된 컵(302)은 고정된 씰 링(fixed seal ring; 304)으로 스프링(306)과 벨로우즈 씰(bellows seal; 307)에 의해 연결된다. 고정된 씰 링(304)은 밸브의 회전 어셈블리(201; 도 6)에 대하여 밀봉하는 회전식 밀봉 가스켓(rotary seal gasket; 312)에 밀봉되는 회전 씰 링(308)을 구비하여 맞물리고 밀봉시킨다. 이러한 밀봉 배열은 밸브의 드라이 샤프트(12; 도 6)에 도달하거나 밸브 바디의 내부로부터 누출하는 것으로부터 밸브의 내측의 유체를 유지한다. 도 17의 씰(282)은 씰(202)과 동일한 구조이다.

위의 실시예들에서 도시되는 자석 어셈블리들은 하나의 높은 장 영역과, 반대의 낮은 장 영역을 구비하는, 단일 로브 디자인(single lobe design)이다. 그러나, 다중의 높은 장 영역과 다중의 낮은 장 영역들을 구비하는 자석 어셈블리들을 채용하는 것은 이점이 있을 수 있다. 이러한 경우, 동-축 디스크 밸브(co-axial disk valves)는 다중의 높은 장 영역들에서 동시에 베드들로 유동을 저온에서 고온으로 유도하고, 다중의 낮은 장 영역들에서 동시에 베드들로 유동을 고온에서 저온으로 유도하는 추가적인 슬롯들로 구현될 수 있다.

밸브들을 주요 구동 샤프트와 동축으로 회전식으로 슬라이딩 연통하게 배치함으로써, 이러한 샤프트와 밸브 샤프트 사이의 벨트들(belts)과 풀리들(pulleys)을 연결하기 위한 필요는 제거된다. 이러한 벨트들 및 풀리들은 모터에 의해 제공되는 에너지를 낭비해서, 그것들의 제거는 MR 시스템의 에너지 효율을 개선한다. 벨트들 및 풀리들은 공간을 차지하므로, 또한 그것들의 제거는 더 작고 더 소형인 시스템을 야기한다.

또한, 동축 밸브 배치는 밸브들과 고정된 베드들을 연결하는 유체 도관들(일반적으로 파이프들로 불리는)의 길이를 줄인다. 이러한 발명은 각 베드를 위한 저온 및 고온 측들 둘 모두의 상에서 개별 유입 및 배출 파이프들의 이용을 허용함을 유의해야 한다. 각각의 파이프 내에서 단일 방향 유동을 구비하는 개별 유입 배출 파이프들을 이용함으로써, 파이프로 들어가는 모든 유체는 결국 목적지인 베드 또는 복적지인 열 교환기를 향할 것이다. 다라서 파이프들 내에 수용되는 유체는 AMR 사이클의 작동에 기여할 것이며 "죽인 부피(dead volume)"를 나타내지 않는다. 그러나, 별도의 유입 및 배출 파이프들을 구비하는 경우에도, 동축 밸브들을 구비할 수 있는 더 짧은 파이프 길이들은 여전히 두 가지 이점을 제공한다. 첫 번째로, 더 짧은 길이는 도관을 통해 파이프를 통해 흐를 시의 유체가 겪게 되는 압력 강하는 줄이고, 즉, 정적 유동으로 파이프의 유체 저항은 줄어든다. 이는 펌프 상의 하중을 감소시키고 시스템의 에너지 효율을 더욱 개선한다. 두 번째로, 짧은 파이프 길이는 유체가 베드들을 우회하고 고온 유입 밸브로부터 고온 배출 밸브로 직접 진행하는 현상(phenomenon)인, 우회 유동의 크기(magnitude)를 줄인다. 우회 유동은 냉장에 기여하지 않고 따라서 펌프에 의해 제공되는 에너지를 낭비하며; 즉 그것의 축소는 MR 시스템의 에너지 효율을 개선한다.

우회 유동은, 부분적으로, 감압 하에서 유체 방출에 따라서, 가압 하에서 변형 가능한 배관설비(plumbing) 요소의 주기적인 팽창에 의해 배관설비 요소를 위한 유체 용량(capacitance)의 형성을 야기한다. 이러한 우회 유동 메커니즘을 설명하기 위해 우리는 도 2를 참조한다. 고온 유입 유체는 유체 회로 내에서 가장 높은 압력에 있다. 이러한 압력 하에서, 탈자화된 베드(4)의 고온 유입 포트(42)로 고온 유입 밸브(22)를 연결하는 파이프(64b)는 그렇지 않으면 베드(4)를 통과하는 몇몇 유체를 저장하면서, 약간 팽창할 것이다. 저온 분출이 완료된 후에, Hi와 Co 밸브(22, 24)는 이러한 베드(2)의 고온 유입 파이프(64b)를 밀봉하여, 저장된 유체를 고온 유입 파이프(64b)를 떠나는 것으로부터 방지한다. 고온 분출을 위해 밸브들이 회전할 때, 베드(4)에 연결되는 고온 배출 파이프(82b)는 이제 유동을 운송할 수 있어서, 고온 유입 파이프(64b) 내에 저장된 가압된 유체는 그것의 원해 모양으로 돌리도록 고온 유입 파이프(64b)를 허용하는, 고온 배출 밸브(28) 내로 및 고온 배출 파이프(82b)를 통해 방출된다. 저온 분출 동안, 가압, 팽창 및 유체 저장의 이러한 주기적인 프로세스(cyclical process)는 다음의 고온 분출 동안 감압과 유체 방출에 이어서, 우회 유동을 생성한다. 저온 분출(cold blow) 동안 저장될 수 있는 유체의 양은 베드의 고온 유입 포트로 고온 유입 밸브를 연결하는 파이프의 길이와 함께 증가한다. 동축 밸브 배치는 이러한 도관 길이를 최소화하고, 가압 동안 유체 부피의 증가를 최소화하며, 따라서 우회 유동을 최소화하고 시스템 성능을 개선한다. AMR 시스템의 최적의 작동을 위해, AMR 사이클 동안 최소로부터 최대로 유체 압력의 증가에 영향을 받을 때 베드로 도관의 내부 유체 부피의 변화는 도관 쌍이 베드로 유체를 전달하는 일 AMR 사이클에서 시간 간격 동안 단일 베드에 전달되는 전체 유체 부피의 5%보다 적을 것이다.

동축 밸브 배열의 추가적인 이점은 샤프트 축 주위로 대칭적으로 배치되도록 및 동일한 모양 및 길이를 가지도록 밸브들에 베드들을 연결하는 유사한 유동 기능의 도관들을 허용하는 것이다. 베드들을 연결하는 도관들을 위한 네 가지 유동 기능들이 있으며 : 이는 고온 유입, 고온 배출, 저온 유입, 저온 배출이다. 고온 유입 유동을 각각 수행하는 두 개의 파이프들 모두는, 그것들이 다른 베드들에 연결될 수 있지만, 유사한 기능을 가진다. 도 2에서 대칭적인 배치와 동일한 모양의 예를 들어, 도면에서 도시된 두 베드들(2, 4)이 샤프트(12)의 축 주위에서 서로 180도 회전각도에 위치되고, 또한 저온 유입 밸브 내에서 포트들(38a, 38b)이 동일한 축 주위로 서로 180도 각도에 위치된다면, 두 저온 유입 파이프들(72a, 72b)는 동일한 모양과 길이의 동일한 구성요소들일 수 있지만, 샤프트(12)의 축 주위에 서로 180도로 장착될 수 있다. 제조 비용을 절약하는 것뿐만 아니라, 유사한 유동 기능의 도관들의 동일 모양 및 길이는 정적 유동에 대한 도관들의 저항이 동일하다는 것을 보장한다. 또한, 유사한 유동 기능의 도관들이 동일한 모양 및 길이 그리고 벽 두께를 가질 수 있다면, 유사한 기능의 도관들은 AMR 사이클 동안 최소로부터 최대로 유체 압력의 증가에 영향을 줄 때 내부 유체 부피의 동일 변화를 가질 것이다. 마지막으로, 유사한 유동 기능의 도관들이 동일한 모양 및 길이뿐만 아니라 같은 내부 단면을 가지면, 도관들은 동일한 내부 유체 부피를 가질 것이고 도관들 내에 저장되는 유체의 질량(mass)는 동일할 것이며, 따라서 유체 분출의 시작에서 유체 흐름을 가속시키는데 필요한 동적 압력 강하는 동일할 것이다. 따라서, 유사한 유동 기능의 도관들의 동일한 특징들은 유동 마찰(flow friction)에 의한 압력 강하를 보장하고, 도관 팽창과 유체 관성(fluid inertia)에 의한 과도 유동 효과(flow transient effects)는 모든 베드들에서 동일할 것이다. 이는 AMR 사이클 동안 모든 베드들이 유사한 유량 대 시간(flow versus time profiles) 프로파일(profiles)을 가지는 것을 보장하도록 돕고, 이는 효율과 온도 범위(temperature span)를 향상시킬 수 있다.

제1의 세 개 실시예들(도 2, 도 4 및 도 5)에서 고온 배출 밸브로부터 펌프로의 유동은 오직, 밸브로부터 펌프로의, 일 방향에서 발생하고, 따라서 단방향 유동이다.

본 발명은 동일 길이를 가지는 유사한 유동 기능의 도관들을 허락할 수 있지만, 고온 배출과 고온 유입과 같은, 유사하지 않은 유동 기능의 도관들은 다른 길이를 가질 수 있다.

위에서 개시된 실시예들에서의 배출 밸브로부터 펌프로의 유동은 오직, 밸브로부터 펌프로의, 일 방향에서 발생하고, 따라서 단 방향성 유동이다. 이는 유체가 도 2에서 펌프(30)와 고온 배출 밸브(28) 사이의 파이프(84) 내에 수용되는 것, 예를 들어, 죽은 부피 손실(dead volume losses)에 기여하지 않는 것을 의미하며, 따라서 펌프(30)는 동축 밸브 및 베드 어셈블리 외측에 위치될 수 있다. 이는 임의의 편리한 타입의 펌프의 이용을 허용한다. 특히, 기어 펌프들, 스크류 펌프들(screw pumps), 피스톤 펌프들, 다이아프램 펌프들, 회전식 베인 펌프들(rotary vane pumps)과 스크롤 펌프들(scroll pumps)과 같은 양변위 펌프들이 이용될 수 있다. 양변위 펌프들은 작동 압력의 넓은 범위에서 거의 일정한 유동을 생성한다. 양변위 펌프의 이용은 유동이 다른 AMR 베드들 사이에서 전환됨으로써 유속이 의도된 수준에 발리 도달하는 것을 허용한다. 또한, 효율적인 양변위 펌프들은 유동 용량과 압력 용량의 넓은 범위에서 이루어질 수 있지만, 비-양변위 펌프(non-positive displacement pump)의 일반적인 형태인, 원심 펌프(centrifugal pumps)는 상대적으로 높은 유동 용량 또는 낮은 압력 용량에서 효율적이다. AMR 베드들에서 효율적인 열 전달은 큰 내부 열 전달 구역을 필요로 하며, 이는 높은 작동 압력으로 이어지는 경향이 있고, 이는 중소 규모 시스템들(small to medium scale systems)을 위한 원심 펌프들의 효율적인 작동에는 적합하지 않다.

고온에서 저온 유동 또는 저온에서 고온 유동이 한 번에 오직 하나의 베드에서 발생한다면, 양변위 펌프의 이용은 일정한 시간 동안 유동이 막히는 것을 보장하기 위한 정확한 밸브 타이밍 또는 대안적으로, 펌프 배출구에서 유체 축열기(accumulator)의 이용 중 하나를 요구할 수 있다.

위의 본 발명의 설명이 회전식 디스크 밸브들의 이용을 기반으로 하였지만, 바람직한 유체 통로들을 열고 닫도록 회전 움직임에 또한 의존하는 다른 밸브 타입들이 이용될 수 있고 본 발명의 범위 내에 들어갈 수 있음은 명백하다.

특정 술어는 본 원에서 오직 참조의 취지로 이용되고, 따라서 제한을 하려는 의도는 아니다. 예를 들어, "상부", "하부", "위에" 및 "아래에"와 같은 용어들은 참조로 만들어진 도면에서 방향을 지시한다. "앞에", "뒤에", "뒤", "바닥" 및 "측"과 같은 용어들은 일관된 내부의 구성요소의 부분들의 배향을 설명하지만, 임의의 프레임 부호는 논의 하에서 구성요소를 설명하는 연관된 도면들 및 텍스트에 참조로써 명확하게 만들어진다. 이러한 술어는 유사한 뜻의 단어들 및, 그것에서 파생된, 특별하게 위에서 언급된 단어들을 포함한다. 유사하게, 단어 "제1", "제2" 및 구조들을 참조하는 다른 이러한 수의 단어들은 문맥에 따라서 명확하게 의도됨이 아닌 한 순서와 연속을 의미하는 것인 아니다.

본 발명의 요소들 또는 특징들 및 예시적인 실시예들을 소개할 때, 관사 "a", "an", "the" 및 "상기"는 하나 이상의 이러한 요소들 또는 특징들인 의미로 의도된다. 단어 "포함하는", "포함한다" 및 "가지는"은 포함하도록 의도되고 그것이 특별히 언급되는 것 보다 다른 추가적인 요소들 또는 특징들일 수 있는 것을 의미한다. 본 원에서 기술된 방법 단계들, 과정들 및 공정들이 성능의 순서로 특별하게 확인되지 않는 한, 논의되거나 도시된 특정한 순서들에서 그것들을 성능을 반드시 요구하는 것으로 해석되지 않는 것은 더욱 이해되어야 한다. 또한, 추가적이거나 대안적인 단계들이 이용될 수 있음은 이해되어야 한다.

본 발명은 특히 본 원에 첨부된 도면들 및 실시예들로 제한되지 않고 청구범위가 다음의 청구범위의 범위 내에 들어가는 것과 같은 다른 실시예들의 요소들의 결합 및 실시예들의 부분들을 포함하는 이러한 실시예들의 변형된 형상을 포함하도록 이해 되도록 의도된다. 특허 및 비 특허 문서를 포함하는, 본 원에서 기술된 모든 문서들은 모두 그 전체가 참조 문서로 본원에서 합쳐진다.

1 : 베드 시스템
2 : 제1 베드
4 : 제2 베드
6 : 자석 어셈블리
8 : 갭
10 : 모터
12 : 샤프트
14, 16, 18, 20 : 로터
22, 24, 26, 28 : 동출 밸브
30 : 펌프
32, 34 : 홀
40 : 열 교환기
42 : 고온 유입 포트
44 : 저온 배출 포트
52, 54, 56 : 챔버
60 : 열 교환기
62 : 파이프
68 : 저온 유입 포트
70 : 고온 배출 포트
74 : 저온 유입 포트
76 : 저온 배출 포트
78 : 고온 배출 포트
80 : 고온 유입 포트
86, 88, 90 : 스테이터
92 : 파이프
96 : 스테이터
100 : 공통 어셈블리
102, 104, 106, 108 : 베어링
110, 111 : 플레넘 어셈블리
120, 121, 125, 127 : 체크 밸브
122, 124, 126, 128 : 회전식 씰
201 : 회전 어셈블리
202 : 회전면 씰
203 : 나사산 스크류
204 : 오-링 씰
208 : 키
209 : 너트
210 : 밸브 하우징
212 : 밸브 컵
213 : 슬롯
214 : 부싱
216 : 핀
218 : 너트
220 : 스프링
221 : 슬롯
222 : 외부 접근 포트
223 : 너트
226 : 유지 링
228 : 오-링
230 : 압축 어셈블리
232 : 오-링
234 : 보조 씰
310 : 단부 플레이트

Claims (14)

1. 활성 자기 냉장고(AMR) 장치에 있어서,
   제1 단부와 제2 단부를 구비하는 제1 AMR 베드;
   유입구와 배출구를 구비하는 제1 열 교환기(HEX);
   축을 따라 회전 가능한 샤프트;
   상기 샤프트의 회전을 구비하여 상기 제1 AMR 베드에 시변 자기 장을 적용하는 상기 샤프트에 부착되는 자석;
   상기 제1 AMR 베드 상의 장이 상기 자석으로부터 상대적으로 제거된 낮은 상태에 있을 때 사이에서의 유체 유동을 위해 상기 제2 HEX의 상기 배출구를 상기 AMR 베드의 상기 제1 단부로 전환 가능하게 연결하는 제1 밸브; 및
   상기 제1 AMR 베드 상의 장이 상기 자석에 상대적으로 가까운 높은 상태에 있을 때 사이에서의 유체 유동을 위해 상기 제1 HEX의 유입구를 상기 AMR 베드의 상기 제1 단부로 전환 가능하게 연결하는 제2 밸브;
   를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 밸브들은 :
   (a) 상기 샤프트에 대하여 동축 방향으로 위치되고 회전적으로 슬라이딩 연통하는 적어도 한 쌍의 밸브 플레이트들; 및
   (b) 서로 접촉시키도록 축 방향으로 상기 밸브 플레이트들을 강제하는 스프링-형 물체;
   를 포함하고
   제1 밸브 플레이트는 제2 밸브 플레이트에 대하여 상기 샤프트와 회전하도록 부착되고, 상기 밸브 플레이트들은 정렬 상태에 있을 때 밸브 포트들을 통한 유체 유동을 허용하고 정렬 상태 외에 있을 때 상기 밸브 포트들을 통한 유체 유동을 막도록 정렬 상태 밖으로 및 정렬 상태 내로 이동하는 상기 밸브 포트들을 포함하며, 상기 밸브 플레이트들 중 적어도 하나는 상기 밸브 플레이트들 중 다른 것에 대하여 상기 샤프트의 축을 따라 이동하도록 장착되는, 활성 자기 재생 냉장고(AMR) 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 스프링-형 물체는 상기 밸브 플레이트들의 접촉된 밸브 플레이트와 스프링 지지체 사이에 위치된 압축 스프링이며 상기 스프링 지지체의 위치는 상기 접촉된 밸브 플레이트 상의 상기 스프링의 힘을 제어하도록 조정 가능한, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 밸브 플레이트들은 상기 밸브에 의해 제어되는 유체를 수용하는 플레넘 내부에서 유지되고 상기 스프링 지지체는 상기 샤프트에 대하여 동축으로 나사산 요소 상에서 회전에 의해 조정 가능하며 상기 플레넘은 상기 샤프트를 따라 축 방향으로 상기 스프링 지지체를 이동시키는 상기 나사산 요소에 대하여 상기 스프링 지지체의 회전 동안 상기 스프링 지지체에 접촉을 허용하는 밀봉 가능 개구를 포함하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제1 밸브 플레이트는 상기 샤프트의 축에 대한 회전으로 상기 밸브 플레이트 및 상기 샤프트의 상대적인 움직임을 방지하면서 상기 제1 밸브 플레이트의 축 이동에 추가하여 상기 제1 밸브 플레이트의 각 형성을 허용하는 조인트를 통해 상기 샤프트에 부착되는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 조인트는 상호 연계하는 축 슬롯과 방사상 핀을 제공하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 샤프트는 상기 샤프트와 상기 밸브 플레이트 상에 키 시트와 키 웨이를 결합하는 키에 의한 상기 제1 밸브 플레이트와 연통하고 상기 키는 상기 샤프트의 제1 단부로부터 제1 방향으로 상기 키의 추출과 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 샤프트의 추출을 허용하도록 상기 샤프트의 단부로 연장하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 샤프트는 밸브로부터 유체를 수용하는 플레넘을 통과하며 슬리브 어셈블리에 의해 상기 플레넘으로부터 분리되는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 슬리브 어셈블리는 상기 샤프트의 다른 축 부분들 위에 제1 및 제2 슬리브부를 포함하고 각 부분들은 상기 축에 대하여 상기 제2 슬리브부에 관해 상기 제1 슬리브부의 상대적인 회전 이동을 허용하는 슬라이딩 씰과 연통하는 다른 부분의 대응하는 슬라이딩 씰을 포함하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 슬라이딩 씰은 사이의 누출을 방지하도록 맞물리는 상기 제1 및 상기 제2 씰부를 편향시키는 스프링을 포함하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 밸브들은 상기 회전 가능 샤프트 상에서 동축 방향으로 위치되고 회전적으로 슬라이딩 연통하는 한 쌍의 밸브 플레이트를 포함하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 밸브 플레이트들은 제1 위치에서 적어도 하나의 밸브 플레이트의 외주 면과 연통하는 제1 플레넘에 유체의 통로를 제공하고 제2 위치에서 적어도 하나의 밸브 플레이트의 외주 면과 연통하는 상기 제1 플레넘으로부터 분리되는 제2 플레넘과 유체로 유체 통로를 제공하도록 합쳐지는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
    
12. 제 1항에 있어서,
    유입구 및 배출구를 구비하는 제2 열 교환기(HEX)를 더 포함하고;
    - 상기 제1 AMR 베드 상의 장이 낮은 상태에 있을 때 상기 AMR 베드의 상기 제2 단부로 상기 제2 HEX의 상기 유입구를 유동적으로 연결하는 제3 밸브; 및
    - 상기 제1 AMR 베드 상의 장이 높은 상태에 있을 때 상기 AMR 베드의 상기 제2 단부 로 상기 제2 HEX의 상기 배출구를 유동적으로 연결하는 제4 밸브;
    를 포함하는, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 밸브들은 체크 밸브들인, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
    
14. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 밸브 플레이트는 카본 물질인, 활성 자기 재생 냉장고 장치.
    

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