KR100779197B1 - Shuttle type regenerator and magnetic refrigerator using the regenerator - Google Patents
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Abstract
Description
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 AMR베드를 도시한 단면도. 3 is a cross-sectional view of the AMR bed for the active magnetic refrigerator of FIG.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 왕복식 재생기를 개략적으로 도시한 사시도 및 정면도. 4 and 5 are a perspective view and a front view schematically showing a reciprocating regenerator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 도 4의 능동자기재생기(AMR)의 주요 부분을 도시한 분리 사시도. 6 is an exploded perspective view showing a main part of the active magnetic regenerator (AMR) of FIG.
도 7 내지 도 15는 자기냉동시스템의 사이클 동작도. 7 to 15 are cycle operation diagrams of the magnetic refrigeration system.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
40,140 : 펌프 60,163 : 저온열교환기(실내부기)40,140: Pump 60,163: Low temperature heat exchanger (indoor)
70,170 : 고온열교환기 100 : 재생기70,170: high temperature heat exchanger 100: regenerator
110 : AMR 110A,110B : AMR베드110: AMR 110A, 110B: AMR Bed
114A,114B : 관통공 115 : 장착홈114A, 114B: Through Hole 115: Mounting Groove
120 : AMR커넥터 120A,120B : AMR노즐120:
120AL,120BL : 저온측 출입구 120AH,120BH : 고온측 출입구120AL, 120BL: Low Temperature Side Exit 120AH, 120BH: High Temperature Side Exit
210 : 마그넷부재 211 : 자석210: magnet member 211: magnet
213 : 바디 230 : AMR가동부재213: body 230: AMR movable member
231,233 : 랙 앤 피니언 250 : 롤러231,233: Rack & Pinion 250: Roller
270 : AMR받침대 D1~D4 : 분배챔버270: AMR base D1 ~ D4: Distribution chamber
M : 메쉬 R : 리브형 격벽M: Mesh R: Ribbed Bulkhead
S : 패킹 SOL1~SOL4 : 솔레노이드밸브S: Packing SOL1 ~ SOL4: Solenoid Valve
미국특허공보 제6,826,915호U.S. Patent No. 6,826,915
본 발명은 왕복식 트윈 능동자기재생기(Active Magnetic Regenerator: AMR)가 이용된 재생기와, 이 재생기를 사용한 자기냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to a regenerator using a reciprocating twin active magnetic regenerator (AMR) and a magnetic refrigerator using the regenerator.
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 이동함으로써 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 자기냉매층은 점선에서 실선의 온도로 가열되며, 상대적으로 유체는 냉각되어 왼쪽 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 part moves toward the high temperature part, 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 part. (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 magnetic refrigerant layer is heated to the solid line temperature in the dashed line by the movement of the fluid from the high temperature portion to the low temperature portion, and the fluid is relatively cooled, and the low temperature is cooled at the left outlet to absorb heat from the low temperature portion, thereby cooling the low temperature portion.
이러한 사이클을 하는 종래의 능동자기냉동기로서, 예컨대 위에서 기술된 공보들이 제안되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 능동자기냉동기는 제1AMR베드(10A)가 자기장 안에서 시작으로 볼 때, 제1AMR베드(10A)에서 가열된 열전도유체가 고온열교환기(70)를 통해 대기온도로 낮아진 후 제2ARM베드(10B)를 통과한다. 이때 제2AMR베드(10B)는 자기장 밖에 있으며 자기재료(16)의 온도는 저온이므로 열전도유체가 지나가면서 열전도유체의 온도가 낮아진다. 온도가 낮아진 열전도유체는 저온열교환기(60)를 통과하여 다시 제1AMR베드(10A)로 투입되어서 가열된 후 고온열교환기(70)와 제2AMR베드(10B) 및 저온열교환기(60)로 가면서 한 사이클이 된다. 반대로, 이동기구(24)에 의해 제2AMR베드(10B)가 마그넷 서키트(22)로 가면 채널스위치(30)가 열전도유체의 흐름을 정반대로 바꾸어서 역회전하는 사이클이 된다. As a conventional active magnetic refrigerator having such a cycle, the publications described above, for example, have been proposed. As shown in FIGS. 2 and 3, in the conventional active magnetic refrigerator, when the
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, AMR베드(10)는 실린더 형태의 컨테이너(12), 컨테이너(12) 내부에 저장된 복수의 자기재료층(16) 및 메쉬(14)로 구성되어 있다. 컨테이너(12)는, 열교환튜브(32 또는 34)에 접속되는 열전도유체 인렛/아웃렛 포트(18a 및 18b)를 포함한다. On the other hand, as shown in Figure 3, the
그런데, 인렛/아웃렛 포트(18a 및 18b)는 컨테이너(12)의 중심부에 설치되어 있다. 그래서, 열전도유체가 컨테이너(12) 단면 전체로 퍼져 유동하지 않아 열전도유체가 자기재료(16)를 한번 뚫고 지나간 자리만 계속 지나갈 우려가 크기 때문에 원만한 열교환의 수행이 어렵다. Incidentally, the inlet /
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열전도유체를 자기재료 전체로 분산 유동시켜 우수한 열교환을 수행시킬 수 있는 왕복식 재생기와 이를 이용한 자기냉동기를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a reciprocating regenerator and a magnetic refrigerator using the same, which can perform excellent heat exchange by dispersing and flowing a thermally conductive fluid throughout the magnetic material.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 왕복식 재생기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기재료를 포함하는 제1AMR베드(능동자기재생기베드)와 제2AMR베드(능동자기재생기베드)를 포함하는 AMR; 자석; 상기 제1AMR베드와 상기 제2AMR베드를 상기 자석에 왕복운동시켜 상호적으로 자장을 인가하거나 소거하는 AMR가동부재; 로 이루어지되, The reciprocating regenerator of the present invention for achieving the above object is an AMR comprising a first AMR bed (active magnetic regenerator bed) and a second AMR bed (active magnetic regenerator bed) containing a magnetic material for passing the flow of the heat conductive fluid; magnet; An AMR movable member for reciprocating the first AMR bed and the second AMR bed to the magnet to mutually apply or cancel the magnetic field; Consisting of,
상기 제1AMR베드와 제2AMR베드에는, 상기 자기재료가 충전될 제1관통공과 제2관통공이 길이방향을 따라 형성되고; 상기 제1AMR베드와 제2AMR베드의 외측에는, 상기 제1관통공과 제2관통공에 연통되는 저온측 제1AMR노즐과 저온측 제2AMR노즐이 결합되고; 상기 제1AMR베드와 제2AMR베드의 내측에는, 상기 제1관통공과 제2관통공에 연통되는 고온측 제1AMR노즐과 고온측 제2AMR노즐이 형성된 AMR커넥터가 결합되고; 상기 AMR노즐들 중 어느 하나에는 상기 열전도유체를 상기 관통공의 단면 전체에 골고루 분배하는 분배챔버가 형성되는 것을 특징으로 한다. A first through hole and a second through hole in which the magnetic material is to be filled are formed in the first and second AMR beds along the longitudinal direction; A low temperature side 1AMR nozzle and a low temperature side 2AMR nozzle coupled to the outside of the first AMR bed and the second AMR bed are in communication with the first through hole and the second through hole; An inside of the first AMR bed and the second AMR bed, an AMR connector having a high temperature side first AMR nozzle and a high temperature side AAM nozzle communicating with the first through hole and the second through hole is coupled; Any one of the AMR nozzles is characterized in that the distribution chamber for evenly distributing the thermal conductive fluid throughout the cross-section of the through hole.
본 발명의 다른 특징에 따른 자기냉동기는 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기재료를 포함하는 제1AMR베드(능동자기재생기베드)와 제2AMR베드(능동자기재생기베드)를 포함하는 AMR; 자석; 상기 제1AMR베드와 상기 제2AMR베드를 상기 자석에 왕복운동시켜 상호적으로 자장을 인가하거나 소거하는 AMR가동부재; 상기 AMR에 열적으로 접속되는 저온열교환부와 고온열교환부; 로 이루어지되, According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic refrigerator comprising: an AMR including a first AMR bed (active magnetic regenerator bed) and a second AMR bed (active magnetic regenerator bed) including a magnetic material through which a flow of heat conductive fluid flows; magnet; An AMR movable member for reciprocating the first AMR bed and the second AMR bed to the magnet to mutually apply or cancel the magnetic field; A low temperature heat exchange part and a high temperature heat exchange part thermally connected to the AMR; Consisting of,
상기 제1AMR베드와 제2AMR베드에는 상기 자기재료가 충전될 제1관통공과 제2관통공이 형성되고; 상기 제1AMR베드와 제2AMR베드의 외측에는, 상기 제1관통공과 제2관통공에 연통되는 저온측 제1AMR노즐과 저온측 제2AMR노즐이 결합되고; 상기 제1AMR베드와 제2AMR베드의 내측에는, 상기 제1관통공과 제2관통공에 연통되는 고온측 제1AMR노즐과 고온측 제2AMR노즐이 형성된 AMR커넥터가 결합되고; A first through hole and a second through hole to be filled with the magnetic material are formed in the first AMR bed and the second AMR bed; A low temperature side 1AMR nozzle and a low temperature side 2AMR nozzle coupled to the outside of the first AMR bed and the second AMR bed are in communication with the first through hole and the second through hole; An inside of the first AMR bed and the second AMR bed, an AMR connector having a high temperature side first AMR nozzle and a high temperature side AAM nozzle communicating with the first through hole and the second through hole is coupled;
상기 AMR노즐들 중 어느 하나에는 상기 열전도유체를 상기 관통공의 단면 전체에 골고루 분배하는 분배챔버가 형성되는 것을 특징으로 한다. Any one of the AMR nozzles is characterized in that the distribution chamber for evenly distributing the thermal conductive fluid throughout the cross-section of the through hole.
이들 구성에 의하면, 분배챔버를 통해 열전도유체가 관통공 단면 전체로 골고루 분배 유동하기 때문에, 자기재료 전체와 골고루 열교환 할 수 있다. According to these configurations, since the heat conducting fluid is evenly distributed and distributed throughout the through hole cross section through the distribution chamber, it is possible to heat exchange evenly with the entire magnetic material.
전술한 구성에서, 상기 AMR을 플라스틱 재질로 구현하면, 단열효과로 넓은 온도구배를 형성할 수 있다. In the above configuration, if the AMR is implemented in a plastic material, it is possible to form a wide temperature gradient with an adiabatic effect.
또한, 상기 AMR베드와 상기 AMR노즐 사이에 메쉬와 패킹이 설치되면, 열전도유체와 자기재료의 유출을 방지할 수 있다. In addition, when the mesh and the packing is installed between the AMR bed and the AMR nozzle, it is possible to prevent the leakage of the thermal conductive fluid and magnetic material.
또한, 상기 관통공은 리브형 격벽에 의해 상측 관통공과 하측 관통공으로 구획되면, 열전도유체의 압력에 따른 베드의 변형을 방지할 수 있다. In addition, when the through hole is partitioned into an upper through hole and a lower through hole by a rib-shaped partition, it is possible to prevent deformation of the bed due to the pressure of the thermally conductive fluid.
또한, 상기 AMR을 복수의 롤러에 의해 지지하도록 하면, AMR베드와 자석의 마찰에 의해 AMR베드로의 열전도 문제를 해결하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, if the AMR is supported by a plurality of rollers, the heat transfer efficiency to the AMR bed can be solved by friction between the AMR bed and the magnet, thereby improving heat exchange efficiency.
또한, 상기 AMR가동부재는 상기 AMR에 접속되는 랙과, 상기 랙과 맞물리는 피니언과, 상기 피니언에 회전동력을 전달하는 모터로 구성되는 것이 바람직하다. In addition, the AMR movable member is preferably composed of a rack connected to the AMR, a pinion engaged with the rack, and a motor for transmitting rotational power to the pinion.
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 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 왕복식 재생기를 개략적으로 도시한 사시도 및 정면도이고, 도 6은 도 4의 능동자기재생기(AMR)의 주요 부분을 도시한 분리 사시도이고, 도 7 내지 도 15는 자기냉동기의 사이클 동작도이다. 4 and 5 are a perspective view and a front view schematically showing a reciprocating regenerator according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 6 is an exploded perspective view showing the main part of the active magnetic regenerator (AMR) of Figure 4, 7 to 15 are cycle operation diagrams of the magnetic refrigerator.
도 4 내지 도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 자기냉동기는 재생기(100)와, 상기 재생기(100)와 열적으로 접속되는 저온열교환부(160)와 고온열교환부(170)로 포함되는 것이 바람직하다. 저온열교환부(160)는 냉각 기능을 하는 반면에, 고온열교환부(170)는 열방출 기능을 한다. As shown in FIGS. 4 to 15, the magnetic refrigerator of the present embodiment includes a
재생기(100)는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 크게 능동자기재생기(Active Magnetic Regenerator: AMR)(110)와, 마그넷부재(210)와, AMR(110)에 자장을 인가하거나 소거하는 AMR가동부재(230)로 구성하여 있다. As shown in FIGS. 4 to 6, the
AMR(110)은 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기재료를 포함하는 제1AMR베드(110A)와 제2AMR베드(110B)로 구성하여 있다. 상기 제1AMR베드(110A)와 제2AMR베드(110B)에는, 자기재료가 충전될 제1관통공(114A)과 제2관통공(114B)이 길이방향을 따라 형성되어 있다. AMR 110 is composed of a first AMR bed (110A) and a second AMR bed (110B) containing a magnetic material that allows the flow of the heat conducting fluid. In the
또한, 상기 제1AMR베드(110A)와 제2AMR베드(110B)의 외측에는, 상기 제1관통공(114A)과 제2관통공(114B)에 연통되는 저온측 제1AMR노즐(120A)과 저온측 제2AMR 노즐(120B)이 결합되는 것이 바람직하다. In addition, the low-temperature
또한, 상기 제1AMR베드(110A)와 제2AMR베드(110B)의 내측에는, 상기 제1관통공(114A)과 제2관통공(114B)에 연통되는 고온측 제1AMR노즐과 고온측 제2AMR노즐이 형성된 AMR커넥터(120)가 결합되어 있다. Further, inside the
이와 같이, 제1AMR베드(110A)와 제2AMR베드(110B) 사이에 AMR커넥터(120)가 있어서, 하나의 AMR베드가 자석(211) 속에 있으면 다른 하나는 자석(211)밖에 위치한다. 즉, AMR베드 하나가 가열되면 다른 하나는 냉각되는 사이클이 반복된다. AMR베드(110A)(110B) 사이에 AMR커넥터(120)가 있는 이유는 AMR베드(110A)(110B)가 자기장 밖으로 나올 때는 열전도유체가 흐르지 않아야 하기 때문이다. AMR커넥터(120)의 길이는 AMR베드 하나의 길이와 실질적으로 같은 것이 바람직하다. As such, there is an
또한, 고온측 AMR노즐을 갖는 AMR커넥터(120)와 저온측 AMR노즐(120A)(120B)은 열전도유체가 흐를 수 있는 유로 역할을 한다. 즉, 제1AMR노즐(120A)의 양단에는 제1저온측출입구(120AL)와 분배챔버(D1)가 형성되고, 제2AMR노즐(120B)의 양단에는 제2저온측출입구(120BL)가 타단엔 분배챔버(D2)가 형성되어 있다. 이들 분배챔버(D1)(D2)는 관통공(114A)(114B)의 유로 단면 전체에 골고루 분배하는 분배챔버로 기능을 한다. 따라서, 저온출입구(120AL)(120BL)에서 충분한 속도로 진행하다가 분배챔버(D1)(D2)에서 확산되어 관통공(114A)(114B) 전체로 골고루 유동하기 때문에, 자기재료와의 부분적 접촉과 이에 따른 골 형상을 최대한 억제하여 열교환효율을 현저히 높일 있다. In addition, the
또한, AMR커넥터(120)의 양단에는 제1고온측노즐과 제2고온측노즐이 형성되 어 있다. 제1고온측노즐에는 상기 관통공(114A)와 접속되는 분배챔버(D3)와 제1고온측출입구(120AH)이 형성되고, 제2고온측노즐에는 상기 관통공(114B)과 접속되는 분배챔버(D4)와 제2고온측출입구(120BH)이 형성되어 있다. 이들 제1저온측출입구(120AL)와 제2저온측출입구(120BL), 제1고온측출입구(120AH)와 제2고온측출입구(120BH)는 열교환튜브(132)(134)에 접속되어 있다. In addition, first and second high temperature side nozzles are formed at both ends of the
이와 같은 AMR(110)의 구조에 의해, 열전도유체가 자기재료를 항상 거쳐 지나가기 때문에 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. 또한, 자기재료가 외부로 노출되지 않아 단열 상태를 이룰 수 있어 열교환 효율이 상승된다.By the structure of the
또한, AMR베드(110A)(110B) 또는 전체 AMR(110)이 플라스틱 재질로 성형되는 것이 바람직하다. 플라스틱은 단열효과가 크고 넓은 온도구배를 형성해 준다. In addition, it is preferable that the
한편, 상기 관통공(114A)(114B)은 리브형 격벽(R)에 의해 상측 관통공(UP)과 하측 관통공(LP)으로 구획되는 것이 바람직하다. 격벽(R)은 리브의 기능을 하여, 압력으로 인해 AMR베드의 형상이 변형되지 않도록 잡아주는 기능을 한다. On the other hand, the through
상기 관통공(114A)(114B)의 장착홈(115)에는 메쉬(M)와 플라스틱 패킹(S)이 장착되는 것이 자기재료와 열전도유체의 유출을 방지한다는 측면에서 바람직하다. The mounting
저온열교환부(160)와 고온열교환부(170)는 열전도유체가 유동하는 열전달튜브(132)(133)(134)(135)(136)에 의해 AMR(110)과 열적으로 접속되어 있다. 열전도유체의 유동은 펌프(140)에 의해 생성된다. 또한, 열전도유체의 방향전환은 솔레노이드밸브(SOL1~SOL4)에 의해 행해진다. 또한, 펌프(140)의 전후로 바이패스튜브(137)가 접속되어 있다. The low
마그넷부재(210)는 자석(211)과 이 자석(211)을 지지하는 바디(213)로 구성하여 있다.The
AMR가동부재(230)는 AMR(110)을 왕복운동시키는 메커니즘으로서, 본 실시예에서는 AMR(110)에 접속되는 랙(231)과, 상기 랙(231)과 맞물리는 피니언(233)과, 상기 피니언(233)에 회전동력을 전달하는 모터(미도시)로 구성되어 있다. The AMR
랙(231)이 AMR1과 AMR2 양쪽에 접속되어 지지하여도 좋지만 구조가 복잡하여 스페이스를 많이 차지한다는 트러블이 있다. 따라서, 하나의 랙(231)으로 AMR(110)을 지지하는 경우에는 AMR(110)을 복수의 롤러(250)에 의해 지지하는 것이 바람직하다. 이것은, AMR베드(110A)(110B)가 왕복운동할 때에 마그넷부재(213)와의 접촉으로 생기는 마찰력에 의한 열이 AMR베드(110A)(110B)로 전도되는 것을 방지하여 열교환효율을 높일 수 있고, 또한 마찰력이 적기 때문에 적은 에너지로도 왕복운동을 가능하게 할 수 있다. AMR(110)은 AMR받침판(270)에 받친 후 롤러(250)에 지지하는 것이 바람직하다. 이때 AMR가동부재(230)는 AMR받침판(270)에 연결하여도 무방하다. Although the
이하에서는 전술한 구성에 의한 본 실시예의 자기냉동기 사이클 동작을 도 7 내지 도 15에 따라 설명한다. 또한, 도 7 내지 도 15의 솔레노이드밸브(SOL)가 OFF 이면 엘보 형태로 유동하고, ON 이면 직선 형태로 유동하도록 스위치하는 것을 나타낸다. Hereinafter, the self-cooler cycle operation of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 7 to 15. 7 to 15 show that the solenoid valve SOL flows in an elbow form when it is OFF, and switches to flow in a straight form when it is ON.
도 7은 AMR커넥터(120)가 정확하게 자석(211) 안에 위치하였을 때를 나타낸다. 이때는 AMR1과 AMR2에는 열전도유체가 흐르지 않아야 하기에, 솔레노이드밸브1 내지 솔레노이드밸브4는 OFF 상태이며, 열전도유체는 바이패스튜브(137)와 접속된 솔레노이드밸브3과 솔레노이드4를 통해 바이패스된다. 7 shows when the
도 8은 AMR가동부재(230)에 의해 AMR1이 자석(211) 안으로 들어가는 반면에 AMR2는 자석(211) 밖으로 나가기 때문에, 고온열교환기(170)를 거친 대기온도의 열전도유체가 튜브(134)를 통해 AMR2를 통과하며 냉각되고, 저온열교환기(160)를 지나면서 다시 대기온도(사실은 대기온도보다 약간 낮은 온도)로 돌아와 AMR1을 거쳐 가열된 후 튜브(132)와 튜브(133)를 통해 펌프(140)를 지나 고온열교환기(170)를 거쳐 대기온도(사실은 대기온도보다 약간 높은 온도)로 돌아와 튜브(134)를 통해 AMR2로 투입되는 것이 한 사이클이다. 도 9는 AMR1이 자석(211) 속으로 완전히 들어가 멈춰서서 다시 밖으로 나오기 위해 이동하기 전까지 열전도유체는 도 8과 같은 방향으로 유동한다. 이때의 솔레노이드밸브1은 OFF, 솔레노이드밸브2,3,4는 ON 상태로서, 제1저온측출입구(120AL)과 제1고온측출입구(120AH)는 저온측 인렛과 고온측 아웃렛으로, 제2고온측출입구(120BH)과 제2저온측출입구(120BL)는 고온측 인렛과 저온측 아웃렛으로 기능하여 순환하게 된다. 8 shows that AMR1 enters the
다음, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, AMR1이 자석(211) 밖으로 나오기 위해 이동하는 순간부터는 열전도유체가 AMR(110)에 흐르지 않고 바이패스 된다(솔레노이드밸브 모두 OFF). Next, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, from the moment AMR1 moves to exit the
계속에서 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 이전 사이클과 정반대로 AMR2가 자석(211) 안으로 들어가는 반면에 AMR1이 자석(211) 밖으로 나가기 때문에, 고온열교환기(170)를 거친 대기온도의 열전도유체가 튜브(132)를 통해 AMR1을 통과하 며 냉각되고, 저온열교환기(160)를 지나면서 다시 대기온도(사실은 대기온도보다 약간 낮은 온도임)로 돌아와 AMR2을 거쳐 가열된 후 튜브(134)와 튜브(135)을 펌프(140)를 지나 고온열교환기(170)를 거쳐 대기온도(사실은 대기온도보다 약간 높은 온도임)로 돌아와 AMR1로에 다시 투입되는 것이 한 사이클이다. 이때의 솔레노이드밸브2는 OFF, 솔레노이드밸브1,3,4는 ON 상태로서, 제1고온측출입구(120AH)과 제1저온측출입구(120AL)는 고온측 인렛과 저온측 아웃렛으로, 제2저온측출입구(120BL)과 제2고온측출입구(120BH)는 저온측 인렛과 고온측 아웃렛으로 기능하여 순환하게 된다. 12 and 13, since AMR2 enters the
도 14 및 도 15에서는, AMR2가 자석(211) 밖으로 나오기 위해 이동하는 순간부터는 열전도유체가 AMR(110)에 흐르지 않고 바이패스 된다. In FIGS. 14 and 15, the heat conducting fluid is bypassed without flowing to the
이와 같은 본 실시예에 따른 자기냉동기 사이클의 특징은 열전도유체가 직접 자기재료를 거쳐야만 하는 구조로 열교환의 효율을 높였고, 2개의 AMR(110)이 연결되어 더욱 많은 양의 자기재료로 거의 두 배의 냉각효과를 볼 수 있다. 또한, AMR에 리브(R)가 있어서 열전도유체의 유동압력으로 인해 AMR의 형상이 변형되지 않지만, 설령 변형된다 하더라도 열전도유체는 분배챔버(D)의 구조에 의해 자기재료를 피해갈 수 없기 때문에 열교환의 효율이 높다. 또한, AMR(110)이 판형상으로 그 구조가 간단하지만 효율이 매우 좋고 성형이 용이한 플라스틱 재질로 형성되어 있다는 점이다. Such a feature of the magnetic refrigerator cycle according to the present embodiment is a structure in which a heat conducting fluid must pass directly through a magnetic material, thereby improving heat exchange efficiency, and the two
또한, 왕복식 트윈 AMR의 사이클 동작이기 때문에, 효율적이며 높은 저온과 고온의 온도구배로 냉각효과를 볼 수 있다. 앞에서 설명하였듯이 AMR이 자석 안으 로 들어갈 때는 열전도유체가 저온에서 고온으로 흐르며 AMR이 자석 밖으로 나가는 동안에는 열전도유체가 AMR에 흐르지 않는다. AMR이 자석 밖으로 나와서 냉각된 후 열전도유체가 고온에서 저온으로 흐른다. 예를 들어, AMR1에서 냉각된 열전도유체가 저온열교환기를 거친 후 AMR2로 투입되어 하나의 열전도유체가 AMR1,2를 모두 거치는 특징이다. In addition, because of the cycle operation of the reciprocating twin AMR, the cooling effect can be seen with efficient and high temperature gradient of low temperature and high temperature. As mentioned earlier, when AMR enters a magnet, the thermal fluid flows from low to high temperatures, and while AMR leaves the magnet, the thermal fluid does not flow through the AMR. After the AMR leaves the magnet and cools down, the thermal fluid flows from high to low temperatures. For example, the thermally conductive fluid cooled in AMR1 passes through a low temperature heat exchanger, and then is introduced into AMR2 so that one thermally conductive fluid passes through both AMR1 and 2.
또한, 고온열교환기의 위치는 펌프의 토출측에 있기 때문에, 고온열교환기의 위치도 펌프에 의해 가열된 열전도유체의 열을 AMR에 들어가기 전에 대기온도로 만들어 줄 수 있다. In addition, since the position of the high temperature heat exchanger is at the discharge side of the pump, the position of the high temperature heat exchanger can also make the heat of the heat conductive fluid heated by the pump to the atmospheric temperature before entering the AMR.
또한, 자기재료는 자장이 인가될 때 온도가 변화는 특성이 있는데, 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. In addition, the magnetic material has a characteristic that the temperature is changed when the magnetic field is applied, the material excellent in such characteristics is gadolinium (Gd) of a fine powder. This gadolinium has pores that are excellent in permeability to the flow of heat conducting fluid, and has excellent heat absorption and release.
본 발명의 재생기와 이를 이용한 자기냉동기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 AMR의 양단에 AMR노즐을 형성하고, 이들 AMR를 AMR노즐이 없는 커넥터로 연결하여 사용할 수 있다. The regenerator and the magnetic refrigerator using the same of the present invention are 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. For example, AMR nozzles may be formed at both ends of the AMR of this embodiment, and these AMRs may be connected by a connector without an AMR nozzle.
이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명의 재생기와 이를 이용한 자기냉동기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다. As apparent from the above description, the regenerator and the magnetic refrigerator using the same of the present invention have the following effects.
첫째, AMR베드의 자기재료의 충전 횡단면도 거의 같은 크기의 분배챔버가 형 성되어 있어, 열전도유체가 자기재료 전체로 골고루 유동하기 때문에, 부분적으로 유동하여 형성되는 골이 거의 억제되어 열교환효율을 현저히 향상시킬 수 있다. First, the filling chamber of the magnetic material of the AMR bed has a distribution chamber of substantially the same size, and since the heat-conducting fluid flows evenly throughout the magnetic material, the valleys formed by the partial flow are almost suppressed, thereby significantly improving heat exchange efficiency. You can.
둘째, 왕복식 트윈 AMR의 사이클 동작을 이용하기 때문에 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. Second, since the cycle operation of the reciprocating twin AMR can be used, the heat exchange efficiency can be increased.
셋째, 열전도유체가 자기재료를 항상 거쳐 지나가는 구조로 되어 있어, 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.Third, the heat conducting fluid has a structure that always passes through the magnetic material, thereby increasing the heat exchange efficiency.
넷째, 메쉬와 플라스틱 패킹을 이용하여 열전도유체와 자기재료의 유출을 동시에 방지할 수 있다. Fourth, it is possible to prevent the leakage of the thermal conductive fluid and magnetic material at the same time by using the mesh and the plastic packing.
다섯째, 2개의 AMR을 이용하여 냉각효과를 두 배로 향상시킬 수 있다. Fifth, the cooling effect can be doubled by using two AMRs.
여섯째, AMR이 플라스틱 재질과 외부로 노출되지 않는 자기재료로 인해 단열 상태를 이룰 수 있어 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.Sixth, the AMR can achieve a heat insulating state due to the plastic material and the magnetic material that is not exposed to the outside can increase the heat exchange efficiency.
일곱째, AMR베드의 관통공을 리브형태의 격벽으로 상하로 구획함으로써, 열전도유체의 유동압력으로 인해 AMR의 형상이 변형되지 않지만, 설령 변형된다 하더라도 열전도유체는 분배챔버(D)의 구조에 의해 자기재료를 피해갈 수 없기 때문에 열교환의 효율이 높다. Seventh, the through hole of the AMR bed is divided into rib-shaped partitions up and down so that the shape of the AMR is not deformed due to the flow pressure of the heat conductive fluid, but even if it is deformed, the heat conductive fluid is magnetized by the structure of the distribution chamber D. Since the material can not be avoided, the heat exchange efficiency is high.
여덟째, AMR베드를 롤러에 지지함으로써, 마그넷부재와의 마찰에 의해 AMR에로의 마찰열이 전도되는 것을 억제하여 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. Eighth, by supporting the AMR bed on the roller, the frictional heat to the AMR can be prevented from being conducted by friction with the magnet member, thereby increasing the heat exchange efficiency.
아홉째, 열전도유체의 흐름을 통과시키는 자기재료를 포함하는 제1AMR과 제2AMR의 사이에 커넥터로 연결함으로써, 능동자기재생기의 조립이 간단하다. Ninth, assembling of the active magnetic regenerator is simplified by connecting the connector between the first AMR and the second AMR including the magnetic material through which the flow of the thermal conductive fluid passes.
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