KR100761666B1 - active magnetic refrigerator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간격이 형성되게 자기재료열량편을 배치한 복수의 자기열교환유닛과 열교환하는 열전도유체가 솔레노이드밸브를 통해 별도로 순환하는 분리된 고온열교환부와 저온열교환부로 구성된 능동자기냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to an active magnetic refrigerator comprising a separated high temperature heat exchanger and a low temperature heat exchanger in which a heat conduction fluid for exchanging heat with a plurality of magnetic heat exchange units in which magnetic material calorific pieces are arranged to form a gap is circulated separately through a solenoid valve.

Description

능동자기냉동기{active magnetic refrigerator}Active magnetic refrigerator

도 1은 능동자기냉동기 개념도. 1 is a conceptual diagram of an active magnetic refrigerator.

도 2는 종래 능동자기냉동기의 구성도. 2 is a block diagram of a conventional active magnetic refrigerator.

도 3은 도 2의 능동자기냉동기용 자기열교환유닛을 도시한 단면도. 3 is a cross-sectional view showing a magnetic heat exchange unit for an active magnetic refrigerator of FIG.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동자기냉동기를 도시한 구성도. Figure 4 is a block diagram showing an active magnetic refrigerator in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 능동자기냉동기용 마그넷부재의 일실시예를 도시한 평면도. 5 is a plan view showing an embodiment of the magnet member for the active magnetic refrigerator of FIG.

도 6은 도 4의 능동자기냉동기용 자기열교환유닛을 도시한 외관 사시도. FIG. 6 is an external perspective view illustrating the magnetic heat exchange unit for the active magnetic refrigerator of FIG. 4; FIG.

도 7a는 도 6의 B-B선을 취하여 본 단면도. FIG. 7A is a sectional view taken on line B-B in FIG. 6; FIG.

도 7b 내지 도 7d는 도 6의 B-B선을 취하여 본 다른 실시예의 단면도. 7B-7D are cross-sectional views of another embodiment taken on line B-B in FIG. 6;

도 8은 길이방향의 홈이 형성된 로드형상의 자기열량재료편을 도시한 사시도. Fig. 8 is a perspective view showing a rod-shaped magnetocaloric material piece in which a longitudinal groove is formed.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

40,160,161 : 펌프 70,162 : 고온열교환기(실외부기)40,160,161 Pump 70,162 High temperature heat exchanger

60,163 : 저온열교환기(실내부기) 17aa,17ab : 제1열전도유체60,163: low temperature heat exchanger (indoor) 17aa, 17ab: 1st heat conduction fluid

17bb,17bc : 제2열전도유체 17bb, 17bc: second heat conducting fluid

112,212,312,412a,412b : 자기열량재료편(Gd)112,212,312,412a, 412b: Magnetocaloric material piece (Gd)

113,213,313,413 : 자기열교환유닛 114,214,314,414 : 간격(공극)113,213,313,413: Magnetic heat exchange unit 114,214,314,414: Interval (void)

115 : 케이스 115a,115b' : 유출포트115: Case 115a, 115b ': Outflow port

115a',115b : 유입포트 130,131,132,133 : 튜브115a ', 115b: Inlet port 130,131,132,133: Tube

140 : 마그넷부재 141 : 영구자석140: magnet member 141: permanent magnet

143: 요크 145 : 랙143: York 145: rack

147 : 피니언 149 : 모터회전축147: pinion 149: motor rotation shaft

미국특허공보 제6,826,915호U.S. Patent No. 6,826,915

본 발명은 간격이 형성되게 자기재료열량편을 배치한 복수의 자기열교환유닛과 열교환하는 열전도유체가 솔레노이드밸브를 통해 별도로 순환하는 분리된 고온열교환부와 저온열교환부로 구성된 능동자기냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to an active magnetic refrigerator comprising a separated high temperature heat exchanger and a low temperature heat exchanger in which a heat conduction fluid for exchanging heat with a plurality of magnetic heat exchange units in which magnetic material calorific pieces are arranged to form a gap is circulated separately through a solenoid valve.

능동자기냉동기의 개념을 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, (a) 자석이 오른쪽으로 이동함에 따라 자장에 걸리게 되는 자기냉매층의 온도가 점선으로부터 실선으로 상승한다. (b) 저온부의 열전도유체가 고온부 방향으로 이동함으로서 자기냉매층은 점선에서 실선의 온도로 냉각되며, 이때 유체는 점차 가열되어 오른쪽 출구에서는 고온이 되어 고온부와의 열교환에 의해 열을 방출하게 된다. (c) 자석이 왼쪽으로 이동함에 따라 자장이 제거되는 자기냉매층의 온도는 점선에서 실선으로 더 떨어지게 된다. (d) 고온부로부터 저온부로의 유체의 이동에 의해 자기냉매 층은 점선에서 실선의 온도로 가열되며, 상대적으로 유체는 냉각되어 외쪽 출구에서는 저온이 되어 저온부로부터 열을 흡수함으로써 저온부의 냉각이 이루어진다. Referring to the concept of an active magnetic refrigerator, as shown in Fig. 1, (a) As the magnet moves to the right, the temperature of the magnetic refrigerant layer, which is caught by the magnetic field, rises from the dotted line to the solid line. (b) As the heat-conducting fluid of the low temperature portion moves toward the high temperature portion, the magnetic refrigerant layer is cooled to the solid line temperature at the dotted line. At this time, the fluid is gradually heated to a high temperature at the right outlet to release heat by heat exchange with the high temperature portion. (c) As the magnet moves to the left, the temperature of the magnetic refrigerant layer from which the magnetic field is removed is further dropped from the dotted line to the solid line. (d) The movement of the fluid from the hot portion to the cold portion causes the magnetic refrigerant layer to be heated to the solid line temperature in the dashed line, and the fluid is relatively cooled and cooled to the outer outlet so as to absorb heat from the cold portion, thereby cooling the cold portion.

이러한 사이클을 하는 종래의 능동자기냉동기(100)로서, 예컨대 위에서 기술된 공보들이 제안되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 능동자기냉동기는 제1자기열교환유닛(10A)이 자기장 안에서 시작으로 볼 때, 제1자기열교환유닛(10A)에서 가열된 열전도유체가 고온열교환기(70)를 통해 대기온도로 낮아진 후 제2자기열교환유닛(10B)을 통과한다. 이때 제2자기열교환유닛(10B)은 자기장 밖에 있으며 자기열량재료(16)의 온도는 저온이므로 열전도유체가 지나가면서 열전도유체의 온도가 낮아진다. 온도가 낮아진 열전도유체는 저온열교환기(60)를 통과하여 다시 제1자기열교환유닛(10A)으로 투입되어서 가열된 후 고온열교환기(70)와 제2자기열교환유닛(10B) 및 저온열교환기(60)로 가면서 한 사이클이 된다. As a conventional active magnetic refrigerator 100 which performs this cycle, for example, the publications described above have been proposed. As shown in FIGS. 2 and 3, in the conventional active magnetic refrigerator, when the first magnetic heat exchange unit 10A starts in the magnetic field, the heat conducting fluid heated in the first magnetic heat exchange unit 10A is a high temperature heat exchanger. After the low temperature to 70 through the second pass through the second magnetic heat exchange unit (10B). At this time, since the second magnetic heat exchange unit 10B is outside the magnetic field and the temperature of the magnetocaloric material 16 is low, the temperature of the heat conducting fluid is lowered as the heat conducting fluid passes. The heat-conducting fluid whose temperature is lowered is passed through the low temperature heat exchanger 60 and then introduced into the first magnetic heat exchange unit 10A and heated, and then heated, and then the high temperature heat exchanger 70 and the second magnetic heat exchange unit 10B and the low temperature heat exchanger ( Going to 60) is one cycle.

반대로, 마그넷 서키트(22)가 이동기구(24)에 의해 제2자기열교환유닛(10B)으로 가면 채널스위치(30)가 열전도유체의 흐름을 정반대로 바꾸어서 역회전하는 사이클이 된다.On the contrary, when the magnet circuit 22 goes to the second magnetic heat exchange unit 10B by the moving mechanism 24, the channel switch 30 reverses the flow of the heat conducting fluid by reverse.

이 시스템의 문제점은 하나의 열전도유체가 두개의 자기열교환유닛(10A)(10B)을 순환하며 고온부와 저온부의 역할을 병행하므로 열교환의 효율이 떨어진다. 예를 들어 마그넷 서키트(22)가 제1자기열교환기(10A)에서 제2열교환유닛(10B)으로 옮겨가면 채널스위치(30)가 작동하는데, 이때 제1자기열교환유닛(10A)이 자기장 밖으로 나오므로 자기열량재료(16)의 온도는 급속히 내려간다. 온도가 내려갔을 때 고온열교환기(70)를 거친 대기온도의 냉각수가 제1자기열교환유닛(10A)을 지나가야 급속히 냉각된 온도를 받으므로 높은 냉각효과를 볼 수 있는데, 그렇지 못하고 아직 고온열교환기(70)를 거치지 못한 고온의 열전도유체가 채널스위치(30)에 의해 역순환 하여 제1자기열교환유닛(10A)으로 다시 들어가므로 냉각효과를 크게 얻을 수 없게 된다. The problem with this system is that one heat conduction fluid circulates through two magnetic heat exchange units (10A) (10B) and serves as a high temperature section and a low temperature section, thereby reducing the efficiency of heat exchange. For example, when the magnet circuit 22 is moved from the first magnetic heat exchanger 10A to the second heat exchange unit 10B, the channel switch 30 is operated. At this time, the first magnetic heat exchange unit 10A comes out of the magnetic field. Therefore, the temperature of the magnetocaloric material 16 drops rapidly. When the temperature decreases, the cooling water at the atmospheric temperature passing through the high temperature heat exchanger 70 passes through the first magnetic heat exchange unit 10A to receive a rapidly cooled temperature, so that a high cooling effect can be obtained. Since the high temperature heat conducting fluid which has not passed through 70 is reversely circulated by the channel switch 30 and reenters the first magnetic heat exchange unit 10A, the cooling effect cannot be largely obtained.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 자기열교환유닛(10)에 열전도유체의 인렛/아웃렛 포트(18a/18b)가 하나씩 있으므로 채널스위치(30)가 작동하면 자기열교환유닛에 있던 고온의 열전도유체가 밖으로 나오지 못한 채 역순환 하므로 열교환 효율을 저하시킨다. In addition, as shown in FIG. 3, since the magnetic heat exchange unit 10 has one inlet / outlet port 18a / 18b of the heat conduction fluid, when the channel switch 30 is operated, the high temperature heat conduction fluid in the self heat exchange unit is lost. Reverse circulation without coming out reduces heat exchange efficiency.

또한, 하나의 열전도유체를 사용함으로써, 고온부를 통과하는 열전도유체의 양을 컨트롤할 수 없어 자기열량재료(16)의 열을 빠른 시간 안에 최대한 냉각시킬 수 없어, 열교환의 효율이 떨어진다. In addition, by using one heat conducting fluid, the amount of heat conducting fluid passing through the high temperature portion cannot be controlled and the heat of the magnetocaloric material 16 cannot be cooled as quickly as possible, resulting in poor heat exchange efficiency.

한편, 파우더형의 자기열량재료(16)가 열전도유체(냉각수)에 휩쓸려 유실되는 문제점을 방지하기 위해 매우 미세한 메쉬(14)를 출입구에 사용해야 하므로 냉각수의 원활한 순환을 방해하는 문제점이 있다. On the other hand, in order to prevent the problem that the powder-type magnetocaloric material 16 is swept away by the heat conducting fluid (cooling water), a very fine mesh 14 must be used at the entrance and thus there is a problem of preventing the smooth circulation of the cooling water.

또한, 열전도유체가 자기열량재료(16)를 한번 뚫고 지나간 자리만 계속 지나가기 때문에 원만한 열교환이 어렵다. In addition, smooth heat exchange is difficult because the heat conducting fluid continues to pass only the position passed through the magnetocaloric material 16 once.

또한, 열전도유체가 자기열교환유닛(10)으로 흘러들어가거나 나갈 때 미세한 크기의 자기열량재료(16)가 유실될 수 있다. In addition, when the heat conducting fluid flows into or exits the magnetic heat exchange unit 10, the magnetocaloric material 16 having a fine size may be lost.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고온부와 저온부 를 분리 순환시켜 높은 열교환 효율 및 열전도유체의 양을 컨트롤할 수 있는 능동자기냉동기를 제공하는데 있다. The present invention has been made to solve the above-described problem, and to provide an active magnetic refrigerator capable of controlling the high heat exchange efficiency and the amount of heat conductive fluid by separating and circulating the hot and cold parts.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동자기냉동기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하는 제1자기열교환유닛과 제2자기열교환유닛; 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2자기열교환유닛에 자장을 인가하거나 소거하는 마그넷부재; 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛에 순환 가능하게 접속되는 고온열교환기; 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛에 순환 가능하게 접속되는 저온열교환기; 상기 고온열교환기로부터 나오는 제1열전도유체를 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2자기열교환유닛으로 방향 전환시키는 제1솔레노이드밸브; 상기 저온열교환기로부터 나오는 제2열전도유체를 상기 제2자기열교환유닛 또는 상기 제1자기열교환유닛으로 방향 전환시키는 제2솔레노이드밸브; 를 포함하여 이루어진다. Active magnetic refrigerator of the present invention for achieving the above object is a first magnetic heat exchange unit and a second magnetic heat exchange unit comprising a magnetocaloric material for passing the flow of the heat conducting fluid; A magnet member for applying or erasing a magnetic field to the first magnetic heat exchange unit or the second magnetic heat exchange unit; A high temperature heat exchanger circulatingly connected to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit; A low temperature heat exchanger circulatingly connected to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit; A first solenoid valve for redirecting a first heat conducting fluid from the high temperature heat exchanger to the first magnetic heat exchange unit or the second magnetic heat exchange unit; A second solenoid valve for redirecting a second heat conductive fluid from the low temperature heat exchanger to the second magnetic heat exchange unit or the first magnetic heat exchange unit; It is made, including.

이 구성에 의하여, 고온부와 저온부를 분리 순환시켜 높은 열교환 효율 및 열전도유체의 양을 컨트롤할 수 있다. By this configuration, it is possible to control the high heat exchange efficiency and the amount of heat conductive fluid by separating and circulating the high temperature portion and the low temperature portion.

전술한 구성에서, 상기 마그넷부재는, 상기 제1자기열교환유닛에 배치되는 제1전자석과, 상기 제2자기열교환유닛에 배치되는 제2전자석으로 구현하는 것이 바람직하다. In the above configuration, it is preferable that the magnet member is implemented by a first electromagnet disposed in the first magnetic heat exchange unit and a second electromagnet disposed in the second magnetic heat exchange unit.

또한, 상기 마그넷부재는 영구자석과, 상기 영구자석을 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2열교환유닛으로 이동시키는 영구자석이동부재로 구성되면, 하나 의 마그넷부재로 복수의 자기열교환유닛에 사용이 가능하다. In addition, when the magnet member is composed of a permanent magnet and a permanent magnet moving member for moving the permanent magnet to the first magnetic heat exchange unit or the second heat exchange unit, it is possible to use a plurality of magnetic heat exchange units as one magnet member. It is possible.

이때, 상기 영구자석이동부재는 상기 영구자석이 양측에 배치된 요크와, 이 요크를 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛으로 왕복운동시키는 왕복운동전달부재로 구성되되, 상기 왕복운동전달부재는 상기 요크에 배치되는 랙과, 상기 랙과 맞물리는 피니언과, 상기 피니언에 회전동력을 전달하는 모터로 구성되는 것이 바람직하다. At this time, the permanent magnet moving member is composed of a yoke in which the permanent magnet is disposed on both sides, and a reciprocating motion transfer member for reciprocating the yoke to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit, the reciprocating motion The transmission member is preferably composed of a rack disposed on the yoke, a pinion engaged with the rack, and a motor for transmitting rotational power to the pinion.

상기 제1자기열교환유닛은, 상기 자기열량재료를 포함하는 제1케이스와, 상기 제1케이스의 상면에 형성되는 상면유입포트 및 상면유출포드와, 상기 제1케이스의 하면에 형성되는 하면유입포트 및 하면유출포드로 구성되고; 상기 제2자기열교환유닛은 상기 자기열량재료를 포함하는 제2케이스와, 상기 제2케이스의 상면에 형성되는 상면유입포트 및 상면유출포드와, 상기 제2케이스의 하면에 형성되는 하면유입포트 및 하면유출포드로 구성되면, 저온부와 고온부를 완전 분리함으로 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. The first magnetic heat exchange unit includes a first case including the magnetocaloric material, an upper surface inlet port and an upper surface outlet port formed on an upper surface of the first case, and a lower surface inlet port formed on a lower surface of the first case. And a lower surface discharge pod; The second magnetic heat exchange unit includes a second case including the magnetocaloric material, an upper surface inlet port and an upper surface outlet pod formed on an upper surface of the second case, a lower surface inlet port formed on a lower surface of the second case, and When the lower surface outflow pod is configured, heat exchange efficiency can be increased by completely separating the low temperature portion and the high temperature portion.

이때, 상기 자기열량재료는 간격이 형성되게 상기 제1케이스 또는 제2케이스 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편으로 구현하는 것이, 메쉬를 사용하지 않아 열전도유체의 흐름을 원활히 행할 수 있다. In this case, the magnetocaloric material is implemented by a plurality of magnetocaloric material pieces disposed in the first case or the second case so that a gap is formed, and thus the heat conducting fluid can be smoothly flown without using a mesh.

상기 각각의 자기열량재료편은 서로 접촉하지 않는 간격을 두고 배치되는 판형상 또는 길이방향을 따라 원형단면이 일정한 로드형상의 가돌리늄(Gd) 재료로 구현하는 것이 바람직하다. Each of the magnetocaloric material pieces is preferably formed of a rod-shaped gadolinium (Gd) material having a circular cross section in a plate shape or a longitudinal direction disposed at intervals that do not contact each other.

상기 로드형상의 자기열량재료편에는 길이방향을 따라 홈이 형성되면, 접촉 면적이 더욱더 넓어져 열교환효율을 향상시킬 수 있다. When the grooves are formed in the rod-shaped magnetocaloric material piece along the longitudinal direction, the contact area becomes wider, thereby improving heat exchange efficiency.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동자기냉동기를 도시한 구성도이고, 도 5는 도 4의 능동자기냉동기용 마그넷부재의 일실시예를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 4의 능동자기냉동기용 자기열교환유닛을 도시한 외관 사시도이다. Figure 4 is a block diagram showing an active magnetic refrigerator in accordance with a preferred embodiment of the present invention, Figure 5 is a plan view showing an embodiment of the magnet member for the active magnetic refrigerator of Figure 4, Figure 6 is an active of Figure 4 An external perspective view showing a magnetic heat exchange unit for a magnetic refrigerator.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 능동자기냉동기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하는 제1자기열교환유닛(113A) 및 제2자기열교환유닛(113B)과, 이들 자기열교환유닛(113A)(113B)에 자장을 인가하거나 소거하는 마그넷부재(140)와, 고온열교환기(162)와, 저온열교환기(163)와, 제1솔레노이드밸브(120a) 및 제2솔레노이드밸브(120b)로 구성되어 있다. As shown in Figs. 4 to 6, the active magnetic refrigerator of the present embodiment includes a first magnetic heat exchange unit 113A and a second magnetic heat exchange unit 113B including a magnetocaloric material for passing a flow of the heat conductive fluid, The magnet member 140 for applying or eliminating a magnetic field to these magnetic heat exchange units 113A and 113B, the high temperature heat exchanger 162, the low temperature heat exchanger 163, the first solenoid valve 120a and the second The solenoid valve 120b is comprised.

상기 열전도유체는 상기 고온열교환기(162)를 순환하는 제1열전도유체(17aa)(17ab)와, 상기 저온열교환기(163)를 순환하는 제2열전도유체(17bb)(17bc)로 분리되어 사이클을 형성하게 된다. The heat conducting fluid is separated into a first heat conducting fluid 17aa and 17ab circulating through the high temperature heat exchanger 162 and a second heat conducting fluid 17bb and 17bc circulating through the low temperature heat exchanger 163. Will form.

상기 제1솔레노이드밸브(120a)는 상기 고온열교환기(162)의 튜브(130)에서 유동하는 저온측 제1열전도유체(17aa)를, 상기 제1자기열교환유닛(113A)을 통해 튜브(131a)로 또는 제2자기열교환유닛(113B)을 통해 튜브(131b)로 방향을 전환시켜 튜브(131)로 유동시키는 3포트 2웨이 솔레노이드밸브이다. The first solenoid valve 120a receives the low temperature side first heat conducting fluid 17aa flowing in the tube 130 of the high temperature heat exchanger 162 through the first magnetic heat exchange unit 113A. It is a three-port two-way solenoid valve which changes the direction to the tube 131b through the furnace or the second magnetic heat exchange unit 113B and flows to the tube 131.

즉, 제1솔레노이드밸브(120a)는 튜브(130)에서 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)에 접속되는 튜브(130a)(130b)로 분기되는 분기점에 설치되어 있다. That is, the first solenoid valve 120a is provided at a branch point branched from the tube 130 to the tubes 130a and 130b connected to the first magnetic heat exchange unit 113A or the second magnetic heat exchange unit 113B. .

마찬가지로, 상기 제2솔레노이드밸브(120b)는 상기 저온열교환기(163)의 튜브(132)에서 유동하는 고온측 제2열전도유체(17bc)를, 상기 제2자기열교환유닛(113B)을 통해 튜브(133a)로 또는 제1자기열교환유닛(113A)을 통해 튜브(133b)로 방향을 전환시켜 튜브(133)로 유동시키는 3포트 2웨이 솔레노이드밸브이다. Similarly, the second solenoid valve 120b receives the high temperature side second heat conducting fluid 17bc flowing in the tube 132 of the low temperature heat exchanger 163 through the second magnetic heat exchange unit 113B. It is a three-port two-way solenoid valve which flows to the tube 133 by changing the direction to 133a or through the first magnetic heat exchange unit 113A to the tube 133b.

즉, 제2솔레노이드밸브(120b)는 튜브(132)에서 제2자기열교환유닛(113B) 또는 제1자기열교환유닛(113A)에 접속되는 튜브(132a)(132b)로 분기되는 분기점에 설치되어 있다. That is, the second solenoid valve 120b is provided at a branch point branched from the tube 132 to the tubes 132a and 132b connected to the second magnetic heat exchange unit 113B or the first magnetic heat exchange unit 113A. .

이와 같이, 고온측의 제1열전도유체(17aa)(17ab)와 저온측의 제2열전유체(17bb)(17bc)가 2개의 사이클로 분리 순환함으로써, 열교환의 효율이 향상될 뿐 아니라, 열전도유체의 양을 조절 특히 고온부에 많은 양의 열전도유체를 흘려보낼 수 있는 컨트롤이 가능하여 열교환의 효율을 더욱더 상승시킬 수 있다. In this way, the first heat conducting fluid 17aa and 17ab on the high temperature side and the second heat conducting fluid 17bb and 17bc on the low temperature side are separated and circulated in two cycles, so that the efficiency of heat exchange is improved and the heat conduction fluid is The amount can be controlled, in particular, a control capable of flowing a large amount of heat-conducting fluid to a high temperature part can further increase the efficiency of heat exchange.

또한, 제1열전도유체(17aa)(17ab)와 제2열전유체(17bb)(17bc)의 유동은 펌프(160)(161)에 의해 발생되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the flow of the first heat conducting fluids 17aa and 17ab and the second heat conducting fluids 17bb and 17bc is generated by the pumps 160 and 161.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 고온/저온열교환순환부재는 하나의 폐회로와 같은 클로즈 사이클을 구현한다. 따라서, 대기압이 직접적으로 열전도유체에 가하지 않기 때문에, 펌프(160)(161)의 압력에 걸리는 저항이 거의 없어, 열전도유체의 순환이 활발히 행해져 열교환 시간 단축 및 효율 상승을 얻을 수 있다. That is, as shown in Figure 4, the high temperature / low temperature heat exchange circulation member implements a close cycle as one closed circuit. Therefore, since the atmospheric pressure is not directly applied to the thermally conductive fluid, there is almost no resistance applied to the pressure of the pumps 160 and 161, and the circulation of the thermally conductive fluid is actively performed, thereby shortening the heat exchange time and increasing the efficiency.

상기 자기열교환유닛(113A)(113B)은 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료(112)를 포함하는 구성이다. 이 자기열량재료(112)는 자장이 인가될 때 온도가 변화는 특성을 가지는데, 이러한 특성이 우수한 재료로는 미세한 크기의 분말인 가돌리늄(Gd)이 있다. 이 가돌리늄은 열전도유체의 흐름에 대해 침투성이 우수한 공극을 가지고 있고, 열의 흡수 및 방출이 우수하다. The magnetic heat exchange units 113A and 113B include a magnetocaloric material 112 for passing the flow of the heat conducting fluid. The magnetocaloric material 112 has a characteristic of changing temperature when a magnetic field is applied, and a material having excellent characteristics is gadolinium (Gd) having a fine size of powder. This gadolinium has pores that are excellent in permeability to the flow of heat conducting fluid, and has excellent heat absorption and release.

제1실시예 : 자기열교환유닛(113)First Embodiment: Magnetic Heat Exchange Unit 113

도 6 및 도 7a에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 자기열교환유닛(113)은 상하로 관통하는 케이스(115)와, 간격(114)이 형성되게 상기 케이스(115) 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편(112)으로 구성되어 있다. 6 and 7A, the magnetic heat exchange unit 113 of the first embodiment includes a case 115 penetrating up and down and a plurality of magnets disposed in the case 115 to form a gap 114. It is comprised from the calorie material piece 112.

상기 케이스(115)의 상면에는 2개의 포트(115a)(116b)가 형성되고, 상기 케이스(115)의 하면에는 2개의 포트(115b)(116a)가 형성되어 있다. Two ports 115a and 116b are formed on the upper surface of the case 115, and two ports 115b and 116a are formed on the lower surface of the case 115.

상기 케이스(115)가 제1자기열교환유닛(113A)인 경우, 포트(115a)(116b)는 튜브(130a)(133b)에 접속되고, 포트(115b)(116a)는 튜브(131a)(132b)에 접속되어 있다. When the case 115 is the first magnetic heat exchange unit 113A, the ports 115a and 116b are connected to the tubes 130a and 133b, and the ports 115b and 116a are the tubes 131a and 132b. )

상기 케이스(115)가 제2자기열교환유닛(113B)인 경우, 포트(115a)(116b)는 튜브(130b)(133a)에 접속되고, 포트(115b)(116a)는 튜브(131b)(132a)에 접속되어 있다. When the case 115 is the second magnetic heat exchange unit 113B, the ports 115a and 116b are connected to the tubes 130b and 133a, and the ports 115b and 116a are the tubes 131b and 132a. )

이러한 케이스(115)는 두 개로 분할한 상태에서 자기열량재료편(112)을 배열 설치한 후 서로 조립, 접착 또는 용접 등의 방법으로 자기열교환유닛(113)을 제조할 수 있다. The case 115 may be prepared by arranging the magnetocaloric material pieces 112 in a divided state into two and then manufacturing the magnetic heat exchange unit 113 by assembling, gluing, or welding each other.

본 실시예의 케이스(115)는 포트(115a)(116b)와 포트(115b)(116a)에 의해 튜브에 접속되어 지지될 수 있다. 이러한 지지는 자기열교환유닛(113)의 자기열량재료편(112)이 외부로 노출되지 않은 단열상태를 이룰 수 있어 열교환 효율을 상승시 킬 수 있다. The case 115 of the present embodiment may be connected to and supported by the tube by the ports 115a and 116b and the ports 115b and 116a. This support can achieve an adiabatic state in which the magnetocaloric material piece 112 of the magnetic heat exchange unit 113 is not exposed to the outside, thereby increasing heat exchange efficiency.

자기열량재료편(112)은 파우더형 가돌리늄을 판 형상으로 만든 뒤 케이스(115)에, 서로 접촉되지 않는 간격(114)으로 형성되게 병렬로 배치되어 있다. 이 판형상 자기열량재료편(112)은 열전도유체의 유동속도와 열교환율에 따라, 두께가 얇은 포일(foil)로부터 두꺼운 시트(sheet)로 구현될 수 있다. The magnetocaloric material pieces 112 are arranged in parallel so as to form powder-type gadolinium in a plate shape and then to the case 115 at intervals 114 which are not in contact with each other. The plate-shaped magnetocaloric material piece 112 may be embodied as a thick sheet from a thin foil, depending on the flow rate and heat exchange rate of the thermally conductive fluid.

이와 같이, 비접촉 간격(114)을 갖는 판형 자기열량재료편(112)은 메쉬를 사용하지 않아도 재료손실이 없고, 열전도유체가 간격(114)을 통해 유동하기 때문에 원활한 흐름을 유도할 뿐 아니라, 복수의 자기열량재료편(112) 전체에 골고루 접촉할 수 있고, 또한 판의 넓은 면적과 접촉하기 때문에 기존의 열교환보다 높은 열교환효율을 얻을 수 있다. As such, the plate-shaped magnetocaloric material piece 112 having the non-contact gap 114 has no material loss even without using a mesh, and since the heat conducting fluid flows through the gap 114, it not only induces a smooth flow, but also a plurality of It is possible to evenly contact the entire magnetocaloric material piece 112, and because it is in contact with a large area of the plate can obtain a higher heat exchange efficiency than the conventional heat exchange.

제2실시예 : 자기열교환유닛(213)Second Embodiment: Magnetic Heat Exchange Unit 213

도 7b에 도시한 바와 같이, 제2실시예의 자기열교환유닛(213)은 제1실시예의 판형 자기열량재료편(112) 대신에 로드형상의 자기열량재료편(212)이 배치되어 있는 것이다. 즉, 원형단면이 길이방향을 따라 일정한 로드 형상이다. As shown in Fig. 7B, in the magnetic heat exchange unit 213 of the second embodiment, a rod-shaped magnetocaloric material piece 212 is disposed instead of the plate-shaped magnetocaloric material piece 112 of the first embodiment. That is, the circular cross section has a constant rod shape along the longitudinal direction.

이같은 로드형상 자기열량재료편(212)은 랜덤하게 배치되더라도, 원형단면이라는 형상으로 인해 접촉 또는 비접촉시 그 사이마다 공극과 같은 간격(214)이 형성되어, 이 간격(214)을 통해 열전도유체를 유동시키면, 전술한 실시예1과 같은 효과를 얻을 수 있다. Although the rod-shaped magnetocaloric material piece 212 is randomly arranged, due to the shape of the circular cross section, a gap-like gap 214 is formed between the contacting and non-contacting periods so that a thermally conductive fluid is formed through the gap 214. When it flows, the same effect as Example 1 mentioned above can be obtained.

로드형상 자기열량재료편(212)은 줄(도면에서 볼 때 세로)에 배치되는 각각의 로드를 하나로 묶어(batch) 삽입 배치하는 것이 바람직하다. The rod-shaped magnetocaloric material piece 212 is preferably placed in a batch by inserting each rod placed in a string (vertical in view).

한편, 로드형상 자기열량재료편(212)에는 도 8에 도시한 바와 같이, 길이방향을 따라 홈(212a)이 형성되는 것이, 열전도유체와의 접촉면적을 넓힐 수 있어 열교환효율을 더욱더 향상시킬 수 있다. On the other hand, in the rod-shaped magnetocaloric material piece 212, as shown in Figure 8, the groove 212a is formed along the longitudinal direction, it is possible to widen the contact area with the thermal conductive fluid can further improve the heat exchange efficiency have.

제3실시예 : 자기열교환유닛(313)Third Embodiment: Magnetic Heat Exchange Unit 313

도 7c에 도시한 바와 같이, 제3실시예의 자기열교환유닛(313)은 제2실시예의 로드형 자기열량재료편(212)의 랜덤 배열 대신에, 제1실시예의 판형 자기열량재료편(112)과 같은 형태로 배열하여 간격(314)을 형성한 로드형 자기열량재료편(312)이 배치되어 있다. As shown in Fig. 7C, the magnetic heat exchange unit 313 of the third embodiment replaces the random arrangement of the rod-type magnetocaloric material pieces 212 of the second embodiment, instead of the plate magnetocaloric material pieces 112 of the first embodiment. The rod-type magnetocaloric material piece 312 which arrange | positioned in the form like this and formed the space | interval 314 is arrange | positioned.

이 로드형상 자기열량재료편(312)도 줄(도면에서 볼 때 세로)에 배치되는 각각의 로드를 하나로 묶어(batch) 삽입 배치하는 것이 바람직하다. It is preferable that this rod-shaped magnetocaloric material piece 312 is also placed in a batch by inserting each rod arranged in a row (vertical in view).

이 로드형상 자기열량재료편(312)에서도, 도 8와 같이 길이방향을 따라 홈(212a)이 형성되는 것이 바람직하다. Also in this rod-shaped magnetocaloric material piece 312, it is preferable that grooves 212a are formed along the longitudinal direction as shown in FIG. 8.

제4실시예 : 자기열교환유닛(413)Fourth Embodiment: Magnetic Heat Exchange Unit 413

도 7d에 도시한 바와 같이, 제4실시예의 자기열교환유닛(413)은 로드형상 자기열량재료편(412a)과 판형 자기열량재료편(412b)을 간격(414)이 형성되게 조합 배치된 상태를 보여주고 있다. As shown in FIG. 7D, the magnetic heat exchange unit 413 of the fourth embodiment has a state in which the rod-shaped magnetocaloric material piece 412a and the plate-shaped magnetocaloric material piece 412b are arranged so as to form a gap 414. Is showing.

위와 같은 자기열교환유닛(113)에는 마그넷부재(140)가 배치될 수 있다. The magnet member 140 may be disposed in the magnetic heat exchange unit 113 as described above.

마그넷부재(140)로는, 본 실시예와 같이 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)의 양측에 배치되는 영구자석(141)과, 이 영구자석(141)을 제1자기열교환유닛(113A)과 제2자기열교환유닛(113B) 사이로 이동시키는 영구자석이 동부재로 구성되거나, 제1자기열교환유닛(113A)과 제2자기열교환유닛(113B)에 전자석(미도시)을 각각 배치하여 자장을 인가하거나 소거할 수 있다. 또한, 제1자기열교환유닛(113A)과 제2자기열교환유닛(113B) 각각에 대해 접근 후퇴(도 5의 지면에 대해 수직한 방향)시키는 마그넷부재를 구현할 수도 있다. As the magnet member 140, the permanent magnets 141 disposed on both sides of the first magnetic heat exchange unit 113A or the second magnetic heat exchange unit 113B as in the present embodiment, and the permanent magnets 141 are provided as the first magnets. The permanent magnet moving between the magnetic heat exchange unit 113A and the second magnetic heat exchange unit 113B is composed of an eastern member, or an electromagnet (not shown) in the first magnetic heat exchange unit 113A and the second magnetic heat exchange unit 113B. Each can be placed to apply or erase the magnetic field. In addition, it is also possible to implement a magnet member for approaching retreat (orthogonal to the ground of FIG. 5) for each of the first magnetic heat exchange unit 113A and the second magnetic heat exchange unit 113B.

영구자석이동부재는 도 5에 도시한 바와 같이, 영구자석(141)이 양측에 배치된 요크(143)와, 이 요크(143)를 왕복운동시키는 왕복운동전달부재로 구성하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 5, the permanent magnet moving member is preferably composed of a yoke 143 having permanent magnets 141 disposed on both sides thereof, and a reciprocating motion transfer member for reciprocating the yoke 143.

요크(143)의 역할은 영구자석(141)의 자장을 자기열교환유닛(113) 방향으로 집중시켜 줌으로 높은 세기의 자장을 자기열교환유닛이 받는다는 측면에서 바람직하다. The role of the yoke 143 is preferable in that the magnetic heat exchange unit receives a high intensity magnetic field by concentrating the magnetic field of the permanent magnet 141 toward the magnetic heat exchange unit 113.

상기 왕복운동전달부재로는 요크(143)에 배치되는 랙(145)과, 랙(145)과 맞물리는 피니언(147)과, 피니언(147)에 회전동력을 전달하는 모터의 회전축(149)으로 구현할 수 있다. 랙(145)의 요크(143) 링크의 봉에 치형을 가공하여 구현하거나 별도의 랙을 봉에 용접 등의 방법으로 고정할 수 있다. The reciprocating motion transfer member includes a rack 145 disposed on the yoke 143, a pinion 147 engaged with the rack 145, and a rotation shaft 149 of a motor that transmits rotational power to the pinion 147. Can be implemented. The teeth of the yoke 143 link of the rack 145 may be processed by teeth, or a separate rack may be fixed to the rod by welding or the like.

물론, 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 왕복운동전달부재는 다양하며, 이 다양한 실시예들은 전술한 왕복운동전달부재로 채택 구현할 수 있음은 당업자라면 자명하다 할 것이다. Of course, there are a variety of reciprocating transmission members for converting the rotational motion into a linear motion, it will be apparent to those skilled in the art that these various embodiments can be implemented by the above-described reciprocating motion transmission member.

또한, 도 4의 자기열교환유닛(113A)(113B)의 위치를 보여주기 위해 약간 평행하게 배치한 것으로, 도 5와 같이 일직선 상에 위치시키는 것이 바람직하다(이것은 튜브의 위치를 변경함으로써 가능하다). In addition, in order to show the position of the magnetic heat exchange unit 113A, 113B of FIG. 4, it is arrange | positioned a little parallel, and it is preferable to arrange in a straight line like FIG. 5 (this is possible by changing the position of a tube). .

한편, 전자석인 경우 각각에 대해 단속적으로 전류를 보내 자장의 인가와 소거를 번갈아 구현할 수 있다. On the other hand, in the case of the electromagnet it can be implemented alternately to apply and erase the magnetic field by sending a current intermittently for each.

이하, 본 제1실시예의 자기열교환유닛(113)이 채택된 능동자기냉동기의 사이클을 설명하는데, 실외기부(162)와 열교환하는 대기온도와 실내기부(163)와 열교환하는 실내온도는 26℃로 하고, 자기열량재료의 특성을 실험한 결과, 평상시 자기열량재료가 자화되면 대기온도보다 3℃ 정도 올라가며, 또한 열전도유체로 냉각시키면 대기온도보다 3℃ 정도 내려가는 특징을 가만해서 숫자로 예를 들어 설명한다. Hereinafter, a cycle of an active magnetic refrigerator adopting the magnetic heat exchange unit 113 of the first embodiment will be described, wherein the atmospheric temperature of heat exchange with the outdoor unit 162 and the indoor temperature of heat exchange with the indoor unit 163 are 26 ° C. As a result of experimenting with the properties of the magnetocaloric material, the magnetocaloric material is usually raised to about 3 ° C. above the atmospheric temperature when magnetized, and further cooled to about 3 ° C. below the ambient temperature when cooled by a heat conducting fluid. do.

모든 시스템은 고정상태에 있고 오직 마그넷부재(140)만이 제1자기열교환유닛(113A)과 제2자기열교환유닛(113B) 사이를 왕복운동하며 자기열량재료에 자장을 번갈아 인가한다. All systems are stationary and only the magnet member 140 reciprocates between the first magnetic heat exchange unit 113A and the second magnetic heat exchange unit 113B and alternately applies magnetic fields to the magnetocaloric material.

먼저, 마그넷부재(140)가 제1자기열교환유닛(113A)에 위치한 상태를 설명한다. First, the state in which the magnet member 140 is located in the first magnetic heat exchange unit 113A will be described.

자장이 제1자기열교환유닛(113A)의 자기열량재료에 걸리면 제1솔레노이드밸브(120a)가 작동하여, 튜브(130)(26℃)의 제1열전도유체(17aa)를 압력과 함께 튜브(130a)을 통해 제1자기열교환유닛(113A)에 흘려 보냄으로써 자장에 의해 가열된 자기열량재료의 열(29℃)을 26℃로 냉각하는 반면에 제1열전도유체(17ab)는 29℃로 열을 흡수하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 29℃의 제1열전도유체(17ab)는 튜브(131a)와 튜브(131)를 지나 고온열교환기(162)에서 대기와 열교환한 후 26℃의 제1열전도유체(17aa)로 냉각하는 사이클을 행한다(도 4의 빨간색 실선 화살표 참조). When the magnetic field is caught by the magnetocaloric material of the first magnetic heat exchange unit 113A, the first solenoid valve 120a is operated to press the first heat conducting fluid 17aa of the tube 130 (26 ° C) together with the pressure of the tube 130a. Cooling the heat (29 ° C.) of the magnetocaloric material heated by the magnetic field to 26 ° C. by flowing it to the first magnetic heat exchange unit (113A) through), while the first heat conducting fluid (17ab) heats up to 29 ° C. Heat-absorbing heat exchange is performed. The first heat conducting fluid 17ab at 29 ° C. after the heat exchange was heat-exchanged with the atmosphere in the high temperature heat exchanger 162 after passing through the tube 131a and the tube 131 and cooled with a first heat conducting fluid 17aa at 26 ° C. Cycle is performed (see the red solid arrow in Fig. 4).

자장이 걸리지 않은 제2자기열교환유닛(113B)에 있어서, 제2솔레노이드밸브(120b)가 작동하여, 튜브(132)(26℃)의 제2열전도유체(17bc)를 압력과 함께 튜브(132a)을 통해 제2자기열교환유닛(113B)에 흘려 보냄으로써 자장에 없는 자기열량재료의 열(23℃)을 26℃로 가열하는 반면에 제2열전도유체(17bc)는 23℃로 냉각하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 23℃의 제2열전도유체(17bb)는 튜브(133a)와 튜브(133)를 지나 저온열교환기(163)에서 실내와 열교환한 후 26℃의 제2열전도유체(17bc)를 제2자기열교환유닛(113B)을 통과하는 사이클을 반복한다(도 4의 파란색 실선 화살표 참조). In the second magnetic heat exchange unit 113B, in which the magnetic field is not applied, the second solenoid valve 120b is operated so that the second heat conductive fluid 17bc of the tube 132 (26 ° C.) is pressed together with the pressure of the tube 132a. By passing the heat through the second magnetic heat exchange unit 113B through the heat of the magnetocaloric material that is not in the magnetic field (23 ° C.) to 26 ° C., the second heat conductive fluid 17bc performs a heat exchange to cool down to 23 ° C. . The second heat conducting fluid 17bb at 23 ° C. subjected to the heat exchange is heat-exchanged with the room in the low temperature heat exchanger 163 after passing through the tube 133a and the tube 133 to remove the second heat conducting fluid 17bc at 26 ° C. The cycle passing through the two magnetic heat exchange units 113B is repeated (see the solid blue arrows in FIG. 4).

한편, 마그넷부재(140)가 제2자기열교환유닛(113B)에 위치한 상태를 설명한다. On the other hand, a state in which the magnet member 140 is located in the second magnetic heat exchange unit 113B.

자장이 제2자기열교환유닛(113)의 자기열량재료에 걸리면 제1솔레노이드밸브(120a)가 작동하여, 튜브(130)(26℃)의 제1열전도유체(17aa)를 압력과 함께 튜브(130b)을 통해 제2자기열교환유닛(113B)에 흘려 보냄으로써 자장에 의해 가열된 자기열량재료의 열(29℃)을 26℃로 냉각하는 반면에 제1열전도유체(17ab)는 29℃로 열을 흡수하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 29℃의 제1열전도유체(17ab)는 튜브(131b)와 튜브(131)를 지나 고온열교환기(162)에서 대기와 열교환한 후 26℃의 제1열전도유체(17aa)로 냉각하는 사이클을 행한다(도 4의 빨간색 점선 화살표 참조). When the magnetic field is caught by the magnetocaloric material of the second magnetic heat exchange unit 113, the first solenoid valve 120a is operated to push the first heat conducting fluid 17aa of the tube 130 (26 ° C.) together with the pressure of the tube 130b. Cooling the heat (29 ° C.) of the magnetocaloric material heated by the magnetic field to 26 ° C. by flowing it to the second magnetic heat exchange unit (113B) through), while the first heat conducting fluid (17ab) heats up to 29 ° C. Heat-absorbing heat exchange is performed. The first heat conducting fluid 17ab at 29 ° C. after the heat exchange was heat-exchanged with the atmosphere in the high temperature heat exchanger 162 after passing through the tube 131b and the tube 131 and then cooled with a first heat conducting fluid 17aa at 26 ° C. Cycle (see red dotted arrow in FIG. 4).

자장이 걸리지 않은 제1자기열교환유닛(113A)에 있어서, 제2솔레노이드밸브(120b)가 작동하여, 튜브(132)(26℃)의 제2열전도유체(17bc)를 압력과 함께 튜브 (132b)을 통해 제1자기열교환유닛(113A)에 흘려 보냄으로써 자장에 없는 자기열량재료의 열(23℃)을 26℃로 가열하는 반면에 제2열전도유체(17bc)는 23℃로 냉각하는 열교환을 행한다. 이 열교환을 행한 23℃의 제2열전도유체(17bb)는 튜브(133b)와 튜브(133)를 지나 저온열교환기(163)에서 실내와 열교환한 후 26℃의 제2열전도유체(17bc)를 제1자기열교환유닛(113A)을 통과하는 사이클을 반복한다(도 4의 파란색 점선 화살표 참조). In the first magnetic heat exchange unit 113A, in which the magnetic field is not applied, the second solenoid valve 120b is operated so that the second heat conductive fluid 17bc of the tube 132 (26 ° C.) is pressed together with the pressure of the tube 132b. By passing the heat through the first magnetic heat exchange unit (113A) through the heat (23 ℃) of the magnetocaloric material not in the magnetic field to 26 ℃, while the second heat conducting fluid (17bc) performs a heat exchange to cool to 23 ℃ . The second heat conductive fluid 17bb at 23 ° C. subjected to the heat exchange is heat-exchanged with a room at a low temperature heat exchanger 163 after passing through the tube 133b and the tube 133 to remove the second heat conductive fluid 17bc at 26 ° C. The cycle passing through the one magnetic heat exchange unit 113A is repeated (see the blue dashed arrow in FIG. 4).

이와 같이, 제1솔레노이드밸브(120a)는 자장이 걸린 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)으로 제1열전도유체를 유동시켜 열을 흡수한 후 대기로 열방출할 수 있도록 방향을 전환시키는 밸브인 반면, 제2솔레노이드밸브(120b)는 자장이 걸리지 않은 제1자기열교환유닛(113A) 또는 제2자기열교환유닛(113B)으로 제2열전도유체를 유동시켜 냉각 후 실내의 열을 흡수할 수 있도록 방향을 전환시키는 밸브이다. 이러한 전환기능은 디지털 형식으로 간단한 프로그램으로 가능하다. As such, the first solenoid valve 120a may absorb the heat by flowing the first heat-conducting fluid to the first magnetic heat exchange unit 113A or the second magnetic heat exchange unit 113B in which the magnetic field is applied, and then heat the air to the atmosphere. On the other hand, the second solenoid valve 120b flows the second heat conducting fluid to the first magnetic heat exchange unit 113A or the second magnetic heat exchange unit 113B which does not have a magnetic field, thereby cooling the room. It is a valve to change direction to absorb heat. This conversion is possible with a simple program in digital form.

이와 같이, 열전도유체의 순환을 고온열교환부와 저온열교환부로 분리하여 2개의 사이클로 열교환시킴으로써 능동자기냉동사이클의 열교환 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. As described above, the heat exchange efficiency of the active magnetic refrigeration cycle can be remarkably improved by separating the circulation of the thermally conductive fluid into the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger and exchanging the heat in two cycles.

또한, 이러한 시스템에서는 대기온도의 열전도유체가 자기열량재료편에 투입되므로 재료의 상태에 따라 열전도유체가 기존보다 더욱 가열되며 또한 더욱 냉각되기에 열교환의 효율을 높일 수 있다. In addition, in such a system, since the heat conduction fluid at the atmospheric temperature is introduced into the magnetocaloric material piece, the heat conduction fluid is more heated and cooled more than before according to the state of the material, thereby increasing the efficiency of heat exchange.

또한, 고온열교환부와 저온열교환부로 분리되어 있어, 제1열전도유체와 제2 열전도유체의 양을 서로 다르게 유동시킬 수 있는 컨트롤이 가능하다. 따라서, 고온측 자기열교환유닛에 많은 양의 제1열전도유체를 흘려 보내 자기열량재료의 열을 빠른시간 안에 최대한 냉각시킬 수 있다. In addition, it is separated into a high temperature heat exchanger and a low temperature heat exchanger, it is possible to control the flow of the amount of the first heat conducting fluid and the second heat conducting fluid differently. Therefore, a large amount of the first heat conducting fluid is flowed into the high temperature side magnetic heat exchange unit to cool the heat of the magnetocaloric material as quickly as possible.

본 발명의 능동자기냉동기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. The active magnetic refrigerator of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.

이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명의 능동자기냉동기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다. As apparent from the above description, the active magnetic refrigerator of the present invention has the following effects.

열전도유체의 순환을 고온열교환부와 저온열교환부로 각각 분리하여 2개의 사이클로 순환함으로써, 열전도유체간의 혼합이 없어 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. By separating the circulation of the thermally conductive fluid into the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger, respectively, and circulating in two cycles, there is no mixing between the thermally conductive fluids, thereby increasing heat exchange efficiency.

또한, 고온열교환부와 저온열교환부로 분리되어 있어, 제1열전도유체와 제2열전도유체의 양을 서로 다르게 유동시킬 수 있는 컨트롤이 가능하다. 따라서, 고온측 자기열교환유닛에 많은 양의 제1열전도유체를 흘려 보내 자기열량재료의 열을 빠른시간 안에 최대한 냉각시킬 수 있다. In addition, since the high temperature heat exchanger and the low temperature heat exchanger are separated, it is possible to control the flow of the first heat conducting fluid and the second heat conducting fluid differently. Therefore, a large amount of the first heat conducting fluid is flowed into the high temperature side magnetic heat exchange unit to cool the heat of the magnetocaloric material as quickly as possible.

또한, 자기열량재료편이 외부로 노출되지 않은 단열상태를 이룰 수 있어 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. In addition, the magnetocaloric material piece can achieve an adiabatic state not exposed to the outside, thereby increasing heat exchange efficiency.

또한, 고온/저온열교환순환부재는 하나의 폐회로와 같은 클로즈 사이클을 구성함으로써, 대기압이 직접적으로 열전도유체에 가하지 않기 때문에, 펌프압력에 걸리는 저항이 거의 없어, 열전도유체의 순환이 활발히 행해져 열교환 시간 단축 및 효율 상승을 얻을 수 있다. In addition, since the high-temperature / low-temperature heat exchange circulation member constitutes a closed cycle as one closed circuit, since the atmospheric pressure is not directly applied to the heat conductive fluid, there is little resistance to the pump pressure. And an increase in efficiency can be obtained.

또한, 고온부와 저온부가 각각 자기열교환유닛를 통과할 수 있는 전용 포트(상부 2개, 하부 2개)가 있으므로, 고온과 저온의 열전도유체가 혼합되지 않아 열교환효율을 높일 수 있다. In addition, since there are dedicated ports (two upper and two lower) through which the high and low temperatures can pass through the magnetic heat exchange unit, respectively, high and low temperature heat conducting fluids are not mixed, thereby improving heat exchange efficiency.

또한, 자기열교환유닛이 케이스와, 간격이 형성되게 상기 케이스 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편으로 구성됨으로써, 간격 사이로 열전도유체가 유동할 수 있어, 한번 지나간 자리로 유동하는 것을 방지하여 전체의 자기열량재료편과 열전도유체간의 균일한 접촉을 통한 열교환효율을 높이고, 메쉬의 사용이 불필요하여 열전도유체의 흐름이 원활하다. In addition, the magnetic heat exchange unit is composed of a case and a plurality of magnetocaloric material pieces disposed in the case so as to form a gap, so that the heat conducting fluid can flow between the gaps, thereby preventing the flow of the magnetic flux to the seat that has passed once. The heat exchange efficiency is improved through uniform contact between the caloric material and the heat conducting fluid, and the use of the mesh is unnecessary, so the heat conducting fluid flows smoothly.

또한, 상기 자기열량재료편이 판형 또는 로드형상으로 구현됨으로써, 유실 우려가 거의 없다. In addition, since the magnetocaloric material piece is implemented in a plate or rod shape, there is little fear of loss.

또한, 마그넷부재는 요크와 왕복운동전달부재로 구성됨으로써, 자기열교환유닛을 고정한 상태에서 자장을 인가하거나 소거할 수 있고, 요크는 영구자석의 자장을 자기열교환유닛 방향으로 집중시켜줌으로 높은 세기의 자장을 자기열교환유닛이 받도록 할 수 있다. In addition, the magnet member is composed of a yoke and a reciprocating motion transmission member, so that the magnetic field can be applied or removed while the magnetic heat exchange unit is fixed, and the yoke concentrates the magnetic field of the permanent magnet in the direction of the magnetic heat exchange unit. Can be received by the magnetic heat exchange unit.

또한, 상기 로드형상의 자기열량재료편에는 길이방향을 따라 홈이 형성되면, 접촉면적이 더욱더 넓어져 열교환효율을 향상시킬 수 있다. In addition, when the groove is formed in the rod-shaped magnetocaloric material piece in the longitudinal direction, the contact area is further widened, thereby improving heat exchange efficiency.

Claims (10)

열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기열량재료를 포함하는 제1자기열교환유닛과 제2자기열교환유닛; A first magnetic heat exchange unit and a second magnetic heat exchange unit including a magnetocaloric material through which a flow of heat conductive fluid flows; 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2자기열교환유닛에 자장을 인가하거나 소거하는 마그넷부재; A magnet member for applying or erasing a magnetic field to the first magnetic heat exchange unit or the second magnetic heat exchange unit; 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛에 순환 가능하게 접속되는 고온열교환기; A high temperature heat exchanger circulatingly connected to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit; 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛에 순환 가능하게 접속되는 저온열교환기; A low temperature heat exchanger circulatingly connected to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit; 상기 고온열교환기로부터 나오는 제1열전도유체를 상기 마그넷부재가 상기 제1자기열교환유닛에 자장을 인가한 경우 상기 제1자기열교환유닛으로 흘려보내고, 상기 마그넷부재가 상기 제2자기열교환유닛에 자장을 인가한 경우 상기 제2자기열교환유닛으로 흘려보내는 제1솔레노이드밸브; When the magnet member applies the magnetic field to the first magnetic heat exchange unit, the first heat conducting fluid from the high temperature heat exchanger flows to the first magnetic heat exchange unit, and the magnet member applies the magnetic field to the second magnetic heat exchange unit. A first solenoid valve which flows to the second magnetic heat exchange unit when applied; 상기 저온열교환기로부터 나오는 제2열전도유체를 상기 마그넷부재가 상기 제1자기열교환유닛에 자장을 인가하지 않은 경우 상기 제1자기열교환유닛으로 흘려보내고, 상기 마그넷부재가 상기 제2자기열교환유닛에 자장을 인가하지 않은 경우 상기 제2자기열교환유닛으로 흘려보내는 제2솔레노이드밸브; When the magnet member does not apply the magnetic field to the first magnetic heat exchange unit, the second heat conducting fluid from the low temperature heat exchanger is flowed to the first magnetic heat exchange unit, and the magnet member is magnetic field to the second magnetic heat exchange unit. A second solenoid valve flowing to the second magnetic heat exchange unit when it is not applied; 를 포함하고,Including, 상기 고온열교환기를 순환하는 제1열전도유체와 상기 저온열교환기를 순환하는 제2열전도유체는 상호 완전히 분리되어 흐르는 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. And a first heat conducting fluid circulating in the high temperature heat exchanger and a second heat conducting fluid circulating in the low temperature heat exchanger flow completely apart from each other. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마그넷부재는, 상기 제1자기열교환유닛에 배치되는 제1전자석과, 상기 제2자기열교환유닛에 배치되는 제2전자석인 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. And said magnet member is a first electromagnet disposed in said first magnetic heat exchange unit and a second electromagnet disposed in said second magnetic heat exchange unit. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마그넷부재는 영구자석과, 상기 영구자석을 상기 제1자기열교환유닛 또는 상기 제2열교환유닛으로 이동시키는 영구자석이동부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. The magnet member includes a permanent magnet and a permanent magnet moving member configured to move the permanent magnet to the first magnetic heat exchange unit or the second heat exchange unit. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 영구자석이동부재는 상기 영구자석이 양측에 배치된 요크와, 이 요크를 상기 제1자기열교환유닛과 상기 제2자기열교환유닛으로 왕복운동시키는 왕복운동전달부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. The permanent magnet moving member includes an yoke in which the permanent magnets are disposed at both sides, and an reciprocating motion transfer member configured to reciprocate the yoke to the first magnetic heat exchange unit and the second magnetic heat exchange unit. Freezer. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 왕복운동전달부재는 상기 요크에 배치되는 랙과, 상기 랙과 맞물리는 피니언과, 상기 피니언에 회전동력을 전달하는 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기.The reciprocating motion transmitting member includes a rack disposed on the yoke, a pinion engaged with the rack, and a motor for transmitting rotational power to the pinion. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 제1자기열교환유닛은 상기 자기열량재료를 포함하는 제1케이스와, 상기 제1케이스의 상면에 형성되는 상면유입포트 및 상면유출포트와, 상기 제1케이스의 하면에 형성되는 하면유입포트 및 하면유출포트로 구성되고, The first magnetic heat exchange unit includes a first case including the magnetocaloric material, an upper surface inlet port and an upper surface outlet port formed on an upper surface of the first case, a lower surface inlet port formed on a lower surface of the first case, and The lower surface consists of an outflow port, 상기 제2자기열교환유닛은 상기 자기열량재료를 포함하는 제2케이스와, 상기 제2케이스의 상면에 형성되는 상면유입포트 및 상면유출포트와, 상기 제2케이스의 하면에 형성되는 하면유입포트 및 하면유출포트로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. The second magnetic heat exchange unit includes a second case including the magnetocaloric material, an upper surface inlet port and an upper surface outlet port formed on an upper surface of the second case, a lower surface inlet port formed on a lower surface of the second case, and An active magnetic refrigerator characterized in that the lower surface is composed of an outlet port. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 자기열량재료는 간격이 형성되게 상기 제1케이스 또는 제2케이스 내에 배치되는 복수개의 자기열량재료편인 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. And said magnetocaloric material is a plurality of magnetocaloric material pieces disposed in said first or second case so that a gap is formed. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 각각의 자기열량재료편은 서로 접촉하지 않는 간격을 두고 배치되는 판형상의 가돌리늄(Gd)재료인 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. Wherein each of the magnetocaloric material pieces is a plate-like gadolinium (Gd) material disposed at intervals not in contact with each other. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 각각의 자기열량재료편은 길이방향을 따라 원형단면이 일정한 로드형상의 가돌리늄(Gd)재료인 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. And each of the magnetocaloric material pieces is a rod-shaped gadolinium (Gd) material having a constant circular cross section in the longitudinal direction. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 로드형상의 자기열량재료편에는 길이방향을 따라 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 능동자기냉동기. The rod-shaped magnetocaloric material piece is an active magnetic refrigerator characterized in that a groove is formed along the longitudinal direction.
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