KR20200098264A - Magnetic refrigeration system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기 냉매를 이용하여 가정이나 차량에서 공기 조화를 위해 이용 가능한 자기 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic cooling system that can be used for air conditioning in a home or vehicle using a magnetic refrigerant.
종래 가정용 또는 차량용 냉각시스템의 기본적인 구조는 프레온 가스 등의 냉매가스와 압축기를 이용한 구조를 가진다.The basic structure of a conventional domestic or vehicle cooling system has a structure using a refrigerant gas such as freon gas and a compressor.
그러나, 냉매가스를 이용하는 이 같은 시스템은 오존층을 파괴하거나 온실가스 배출이 발생하는 구조로 환경적 측면에서 불리한 특성을 가지고 있는 바, 냉매 가스는 규제 대상에 해당한다.However, such a system using refrigerant gas has a structure in which the ozone layer is destroyed or greenhouse gas is emitted, and has an environmentally disadvantageous characteristic, and the refrigerant gas is subject to regulation.
그래서, 냉매 가스를 대신하여 자기 냉매를 이용하는 시스템이 개발되었으며, 냉각 효율 측면에서도 기존의 가스 냉매가 약 40% 효율을 나타내는 데 반해, 자기 냉매를 이용한 냉각시스템은 약 60%의 효율을 가지는 장점이 있다.Therefore, a system using magnetic refrigerant instead of refrigerant gas has been developed. In terms of cooling efficiency, while conventional gas refrigerant exhibits about 40% efficiency, a cooling system using magnetic refrigerant has an advantage of about 60% efficiency. have.
또한, 자기 냉매를 이용한 냉각시스템의 경우는 시스템 작동시 압축기를 사용하지 않기 때문에 전력 소모도 최소화할 수 있으며, 소음을 줄일 수 있는 장점도 있다.In addition, in the case of a cooling system using a magnetic refrigerant, since a compressor is not used during system operation, power consumption can be minimized and noise can be reduced.
자기 냉매를 이용한 냉각시스템은 냉장고 및 에어컨에 응용이 가능할 수 있으며, 구조상 시스템 컴팩트화가 가능하여 자동차에 적용시 냉각시스템으로서 보다 효율적으로 적용될 수 있다.A cooling system using a magnetic refrigerant can be applied to refrigerators and air conditioners, and it can be applied more efficiently as a cooling system when applied to automobiles because the system can be made compact due to its structure.
즉, 내연기관 및 전기자동차의 경우 공조시스템 작동에 의해서 연비가 급격하게 나빠지는 특성이 있는데, 자기 냉매를 이용하게 되면 이를 개선하여 자동차 연비 효율을 극대화할 수가 있다.That is, in the case of an internal combustion engine and an electric vehicle, fuel economy is rapidly deteriorated due to the operation of the air conditioning system, and when a magnetic refrigerant is used, the fuel efficiency of the vehicle can be maximized by improving this.
자기 냉각 시스템은 자기 고체 냉매로서의 고체 칼로리 소재와, 열전달매개체로서의 미디엄(fluid, gas 등) 간의 열교환을 통해 냉각시키는 시스템인데, 기존의 자기 냉각 시스템은 구조상 고체 칼로리 소재를 로딩(loading)하는 베드 구성에 있어서 소재와 미디엄 간의 열교환 뿐만 아니라 베드와 칼로리 소재 간의 열교환도 발생하는 문제점이 있어 열에너지 손실을 초래할 수밖에 없는 구조를 가지고 있다.The magnetic cooling system is a system that cools through heat exchange between a solid calorie material as a magnetic solid refrigerant and a medium (fluid, gas, etc.) as a heat transfer medium.The existing magnetic cooling system consists of a bed that loads a solid calorie material due to its structure. In addition, heat exchange between the material and the medium, as well as the heat exchange between the bed and the calorie material, has a problem that it has a structure that inevitably causes heat energy loss.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background art are provided to help understanding the background of the invention, and may include matters other than the prior art already known to those of ordinary skill in the field to which this technology belongs.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 열교환 과정에서 열손실을 최소화하여 열교환 특성을 보다 향상시킬 수 있는 자기 냉각 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic cooling system capable of further improving heat exchange characteristics by minimizing heat loss in a heat exchange process.
본 발명의 일 관점에 의한 자기 냉각 시스템은, 고체 칼로리 소재가 로딩된 AMR(Active Magnetic Regenerator) 베드, 상기 AMR 베드의 둘레에 배치되는 영구자석을 포함하고, 상기 AMR 베드를 통과하는 열전달 매개체가 상기 고체 칼로리 소재와 열교환하는 것을 특징으로 한다.The magnetic cooling system according to an aspect of the present invention includes an AMR (Active Magnetic Regenerator) bed loaded with a solid calorie material, a permanent magnet disposed around the AMR bed, and a heat transfer medium passing through the AMR bed is It is characterized by heat exchange with a solid calorie material.
그리고, 상기 고체 칼로리 소재는 평판 형태의 복수의 MCE(Magnetocaloric effect) 플레이트를 포함할 수 있다.In addition, the solid calorie material may include a plurality of flat plate-shaped magnetocaloric effect (MCE) plates.
나아가, 상기 복수의 MCE 플레이트 각각에는 입자 형태의 MCE(Magnetocaloric effect) 파티클이 결합될 수 있다.Furthermore, MCE (Magnetocaloric Effect) particles in the form of particles may be coupled to each of the plurality of MCE plates.
여기서, 상기 MCE 파티클 소재는 상기 MCE 플레이트 소재와 상이한 것을 특징으로 한다.Here, the MCE particle material is different from the MCE plate material.
한편, 상기 복수의 MCE 플레이트의 길이방향은 상기 AMR 베드의 장축 방향과 나란한 것을 특징으로 한다.On the other hand, the longitudinal direction of the plurality of MCE plates is characterized in that parallel to the long axis direction of the AMR bed.
또는, 상기 복수의 MCE 플레이트의 길이방향은 상기 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 것을 특징으로 한다.Alternatively, the longitudinal direction of the plurality of MCE plates is characterized in that perpendicular to the longitudinal direction of the AMR bed.
그리고, 상기 복수의 MCE 플레이트 간에는 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 방향의 스트라이프가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a stripe in a direction perpendicular to the long axis direction of the AMR bed is formed between the plurality of MCE plates.
한편, 상기 AMR 베드 내의 공극률(Po)은 다음과 같은 것을 특징으로 한다.On the other hand, the porosity (Po) in the AMR bed is characterized by the following.
또한, 상기 AMR 베드 내에 상기 고체 칼로리 소재는 온도가 상이한 복수의 부분으로 구획되어 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the AMR bed, the solid calorie material is divided into a plurality of portions having different temperatures and disposed.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 자기 냉각 시스템은, 고체 칼로리 소재가 로딩된 AMR(Active Magnetic Regenerator) 베드를 포함하여, 상기 AMR 베드를 통과하는 열전달 매개체가 상기 고체 칼로리 소재와 열교환하는 것을 특징으로 하고, 상기 고체 칼로리 소재는 평판 형태의 복수의 MCE(Magnetocaloric effect) 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.Next, the magnetic cooling system according to another aspect of the present invention includes an AMR (Active Magnetic Regenerator) bed loaded with a solid calorie material, and the heat transfer medium passing through the AMR bed exchanges heat with the solid calorie material. It characterized in that the solid calorie material comprises a plurality of MCE (Magnetocaloric Effect) plates in the form of a flat plate.
그리고, 상기 복수의 MCE 플레이트 각각에는 입자 형태의 MCE(Magnetocaloric effect) 파티클이 결합될 수 있다.In addition, MCE (Magnetocaloric Effect) particles in the form of particles may be coupled to each of the plurality of MCE plates.
여기서, 상기 MCE 파티클 소재는 상기 MCE 플레이트 소재와 상이한 것을 특징으로 한다.Here, the MCE particle material is different from the MCE plate material.
한편, 상기 복수의 MCE 플레이트의 길이방향은 상기 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 것을 특징으로 한다.On the other hand, the longitudinal direction of the plurality of MCE plates is characterized in that perpendicular to the long axis direction of the AMR bed.
그리고, 상기 복수의 MCE 플레이트 간에는 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 방향의 스트라이프가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a stripe in a direction perpendicular to the long axis direction of the AMR bed is formed between the plurality of MCE plates.
또한, 상기 AMR 베드 내의 공극률(Po)은 다음과 같은 것을 특징으로 한다.In addition, the porosity (Po) in the AMR bed is characterized as follows.
그리고, 상기 AMR 베드 내에 상기 고체 칼로리 소재는 온도가 상이한 복수의 부분으로 구획되어 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the solid calorie material is divided into a plurality of portions having different temperatures and disposed in the AMR bed.
본 발명에 의하면, 온실 가스 배출을 제한하고, 기존의 가스 냉매와 대비하여 냉각 효율이 향상(40%->60%)되므로 연비 향상에 도움을 주며, 친환경 통합 열관리 시스템을 구성함으로써 냉각과 가열 시스템을 하나의 시스템으로 통합 가능하여 시스템의 부피를 최소화할 수 있기 때문에 상품성을 보다 향상시킨다.According to the present invention, the emission of greenhouse gases is limited, and the cooling efficiency is improved (40%->60%) compared to the existing gas refrigerant, thus helping to improve fuel economy, and by configuring an eco-friendly integrated thermal management system, a cooling and heating system It can be integrated into a single system, thereby minimizing the volume of the system, further improving the marketability.
그리고, 모터의 구성에 의해 자장 변화를 유도하기 때문에 소음을 최소화하여 우수한 상품성을 얻을 수 있다.In addition, since the magnetic field change is induced by the configuration of the motor, it is possible to obtain excellent marketability by minimizing noise.
또한, 응축기, 증발기, 압축기 등의 구성이 필요 없으므로 보다 컴팩트한 구성이 가능하다.In addition, a more compact configuration is possible because a configuration such as a condenser, an evaporator, and a compressor is not required.
그리고, 오존 파괴 가스 배출이 없으므로 보다 친환경적 시스템 구성이 가능해진다.And, since there is no emission of ozone-depleting gas, a more eco-friendly system configuration is possible.
또한, 기본 모듈을 바탕으로 원하는 시스템에 다양하게 활용이 가능하기 때문에 적용성 측면에서 상당히 우수한 특징을 가진다.In addition, it has a very excellent feature in terms of applicability because it can be used in various ways in a desired system based on the basic module.
한편, 넓은 작동 온도 영역을 확보하여 기존의 작동 가능 온도 영역의 한계점을 극복할 수 있으며, 각 온도별 최고의 온도 변화 특성을 확보할 수 있기 때문에 자기 냉장고, 에어컨을 포함한 통합 열관리 시스템의 상용화가 가능하게 한다.On the other hand, by securing a wide operating temperature range, it is possible to overcome the limitations of the existing operable temperature range, and because the best temperature change characteristics for each temperature can be secured, it is possible to commercialize integrated thermal management systems including magnetic refrigerators and air conditioners. do.
궁극적으로, 자기 냉각시스템 성능 향상에 필수적인 열교환 유량 확보(압력강하 제어)와 효과적인 열교환(열교환 표면적 확대)을 위해 열교환이 일어나는 구조를 새롭게 구성함으로써, 시스템 구성시 반드시 극복해야 할 부분에 대한 대안을 제시할 수 있으며, 향후 자기 냉각 시스템이 활성화되는 데 중요한 역할을 할 수 있다.Ultimately, by reconfiguring a structure in which heat exchange takes place for securing heat exchange flow rate (pressure drop control) and effective heat exchange (expanding heat exchange surface area), which are essential for improving the performance of the magnetic cooling system, an alternative to the part that must be overcome when configuring the system is presented. It can play an important role in the activation of magnetic cooling systems in the future.
도 1은 본 발명에 의한 자기 냉각 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 자기 냉각 시스템의 부분 구성을 도시한 것이다.
도 3은 복수의 고체 칼로리 소재에 의해 확장된 온도 범위를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 자기 냉각 시스템의 응용예를 부분적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 베드 및 입자에 의한 공극률을 설명하기 위한 것이다.
도 6은 입자형 MCE 소재 적용시 공극률, 도 7은 MCE 소재 플레이트 적용시 공극률을 비교하기 위해 도시한 것이다.1 schematically shows an embodiment of a magnetic cooling system according to the present invention.
2 shows a partial configuration of a magnetic cooling system according to the present invention.
3 shows a temperature range extended by a plurality of solid calorie materials.
Fig. 4 partially shows an application example of the magnetic cooling system according to the present invention.
5 is for explaining the porosity of the bed and particles according to the present invention.
6 is a view for comparing the porosity when the particulate MCE material is applied, and FIG. 7 is a view for comparing the porosity when the MCE material plate is applied.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing a preferred embodiment of the present invention, known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be reduced or omitted.
도 1은 본 발명에 의한 자기 냉각 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 의한 자기 냉각 시스템의 부분 구성을 도시한 것이다.1 schematically illustrates an embodiment of a magnetic cooling system according to the present invention, and FIG. 2 illustrates a partial configuration of a magnetic cooling system according to the present invention.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 자기 냉각 시스템을 설명하기로 한다.Hereinafter, a self-cooling system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
본 발명은 기존의 냉매 가스를 이용한 냉각시스템을 대체하여 자기 고체 냉매를 이용하는 냉각시스템이다.The present invention is a cooling system using a magnetic solid refrigerant in place of the existing cooling system using a refrigerant gas.
자기 고체 냉매의 경우는 자기장 유무에 따라서 엔트로피 변화(온도 변화)를 얻을 수 있는 구조로서, 자기장이 가해졌을 경우 엔트로피가 작아졌다가 자기장이 제거됨에 따라 자기 냉매로부터 주변 온도를 낮추는 과정을 통해서 냉각시키는 시스템이다.In the case of a magnetic solid refrigerant, the entropy change (temperature change) can be obtained according to the presence or absence of a magnetic field.When a magnetic field is applied, the entropy decreases, and the magnetic refrigerant cools through the process of lowering the ambient temperature as the magnetic field is removed System.
자기 냉매의 경우는 다음 식과 같이 온도에 따른 엔트로피가 변화하는 인자 이외에 자기장의 유무에 따라서 엔트로피가 변화하는 특성을 가지고 있다.In the case of a magnetic refrigerant, in addition to a factor that changes entropy according to temperature, as shown in the following equation, the entropy changes according to the presence or absence of a magnetic field.
ST(H,T)=Sm(H,T)+Sr(T)+Se(T)S T (H,T)=S m (H,T)+S r (T)+S e (T)
여기서, H는 외부 자기장이며, T는 온도이다. 그리고, ST는 전체 엔트로피 변화이고, Sm은 자기장에 의한 엔트로피 변화, Sr은 격자 진동에 의한 엔트로피 변화, Se는 전자에 의한 엔트로피 변화이다.Here, H is the external magnetic field and T is the temperature. In addition, S T is the total entropy change, S m is the entropy change due to the magnetic field, S r is the entropy change due to lattice vibration, and S e is the entropy change due to electrons.
Sm의 경우는 자기장 유무에 의해서만 변하는 엔트로피 변화로 자기 냉매 냉각시스템에서는 이러한 특성을 활용하여 냉각 효율을 결정할 수 있다.In the case of S m, the entropy change is changed only by the presence or absence of a magnetic field. In the magnetic refrigerant cooling system, the cooling efficiency can be determined using this characteristic.
종래에 자기 고체 냉매로 사용된 소재는 Gd계 화합물을 주로 사용하였으나, 가격이 비싼 단점이 있으며 외부 자기장을 효과적으로 변화시켜 줄 수 있는 시스템 구성이 어려워 상용화하기에는 어려움이 있었다.Conventionally, a material used as a magnetic solid refrigerant mainly uses a Gd-based compound, but it has a disadvantage of high price, and it is difficult to commercialize it because it is difficult to construct a system capable of effectively changing an external magnetic field.
그래서, 본 발명은 자기 고체 냉매로서 고체 칼로리 소재(11, 12, 13), 영구자석(30), 열전달 매개체(40), 피스톤으로 구성된다.Thus, the present invention is composed of a solid calorie material (11, 12, 13), a
기존의 외부 자기장 변화 대신 영구자석을 활용하여 영구자석과 자기 냉매 간의 구성에 의해서 효율을 결정하는 방식이며, 고체 칼로리 소재는 소재 구성 자유도가 높아 N가지로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 저온 고체 칼로리 소재(11), 중온 고체 칼로리 소재(12) 및 고온 고체 칼로리 소재(13)의 3가지로 구성된다. 여기서, 저온, 중온, 고온은 서로 상대적인 개념이다.It is a method of determining the efficiency by the composition between the permanent magnet and the magnetic refrigerant by using a permanent magnet instead of the existing external magnetic field change, and the solid calorie material can be composed of N types due to the high degree of freedom in composition of the material. It consists of three types of
그리고, 고체 칼로리 소재는 최고의 특성을 발현할 수 있는 Tc(큐리 온도)에 따라 여러 가지로 구성이 가능하므로, 도 3에서 확인되는 바와 같이 이러한 구성을 통해 시스템의 작동 온도 영역을 최대한 확장하고자 한다.In addition, since the solid calorie material can be configured in various ways according to the Tc (Curie temperature) capable of expressing the best properties, it is intended to expand the operating temperature range of the system as much as possible through this configuration as shown in FIG. 3.
다음, AMR(Active Magnetic Regenerator) 베드(20)는 고체 칼로리 소재(MCE, Magnetocaloric effect)가 로딩되어 있으며, 자장에 의해 온도 변화가 있을 때, 열전달매개체(40)인 Fluid와의 열교환이 일어나는 장소이다.Next, the AMR (Active Magnetic Regenerator)
본 발명은 기존의 가스 냉매를 사용하지 않고 고체 칼로리 소재를 활용하는 기술로서, 자장 인가 여부에 따라 고체 칼로리 소재의 온도 변화가 일어나면 Fluid 순환 구조와의 제어 동기화를 통해 효과적으로 열교환을 하여 cold부와 heating부로 나누어 열관리 시스템에 적용할 수가 있다.The present invention is a technology that utilizes a solid calorie material without using a conventional gas refrigerant. When a temperature change of the solid calorie material occurs depending on whether or not a magnetic field is applied, heat exchange with the cold part is effectively performed through control synchronization with the fluid circulation structure It can be divided into parts and applied to the thermal management system.
한편, 자기 냉각 시스템은 구형의 고체 칼로리 소재를 적용하였을 경우 열교환을 위해 열전달 매개체가 구형 소재의 사이를 통과하는 구조를 가진다.Meanwhile, the magnetic cooling system has a structure in which a heat transfer medium passes between the spherical materials for heat exchange when a spherical solid calorie material is applied.
그래서, 소재와 열전달 매개체 간의 효과적인 열전달을 위해 구형 칼로리 소재의 직경을 조절하여 공극률을 조절할 수가 있다.Thus, for effective heat transfer between the material and the heat transfer medium, the porosity can be controlled by adjusting the diameter of the spherical calorie material.
이러한 경우, 열교환을 위해 열전달 매개체(Fluid, Gas 등)을 흘려줄 때 압력이 덜 걸리는 베드(20)의 벽면을 타고 열전달 매개체가 통과하는 현상이 발생한다.In this case, when a heat transfer medium (Fluid, Gas, etc.) flows for heat exchange, a phenomenon occurs that the heat transfer medium passes through the wall of the
이같은 결과는 칼로리 소재에서 발생한 온도 변화를 충분히 열전달 매개체로 전달하지 못하며, 열손실이 발생하여 효율을 감소시키게 된다.As a result of this, the temperature change generated in the calorie material cannot be sufficiently transmitted to the heat transfer medium, and heat loss occurs, reducing efficiency.
또한, 이러한 구조는 냉각 성능을 향상시키기 위해 Fluid 양을 증가시킬 경우 높은 압력에 의해 전체 시스템에 압력 부하가 강하게 작용하게 된다.In addition, in this structure, when the amount of fluid is increased to improve cooling performance, a pressure load is strongly applied to the entire system due to high pressure.
따라서, 본 발명은 도 2와 같이 MCE 플레이트(21)를 배열하는 구조를 채택하는데, 단지 이러한 구성만에 의해서는 Fluid 유량 증가에는 유리할 수 있으나 효과적인 열교환에는 한계가 따를 수 있다.Accordingly, the present invention adopts a structure in which the
본 발명은 나아가 이러한 열교환 구조적 문제점을 보완하기 위해, MCE 플레이트(21)와 동일 또는 다른 MCE 소재군의 조합을 통해서 소재와 Fluid 간의 열교환의 효과 향상과 냉각 성능을 향상시키고자 한다.The present invention further seeks to improve the heat exchange effect and cooling performance between the material and the fluid through a combination of the
즉, MCE 플레이트(21) 상에 MCE 파티클(14)이 결합된 복합적 구성에 의해서 열교환 한계를 극복한다.That is, the heat exchange limit is overcome by the composite configuration in which the
또한, MCE 플레이트(21)와 MCE 파티클(14)의 하이브리드 구조를 형성함에 있어서는 각자의 구조를 형성하여 열전달 특성이 좋은 페이스트 등을 활용하여 물리적 접촉 방법도 있으며, MCE 플레이트(21) 상에 화학적 또는 물리적 방법을 통해서 MCE 파티클(14)의 아일랜드(island) 형 구조를 성장시키는 방법도 가능하다.In addition, in forming the hybrid structure of the
한편, 본 발명은 자성 소재의 특성을 기본으로 하는 MCM(Magnetocaloric material)을 사용하기 때문에 형상에 따라 자장 인가시 형상이방성이 생겨 특성에 영향을 미칠 수가 있다.Meanwhile, since the present invention uses a magnetic material (MCM) based on the characteristics of a magnetic material, shape anisotropy occurs when a magnetic field is applied depending on the shape, which may affect the characteristics.
따라서, 플레이트 상에 구형의 입자를 형성시켜 형상이방성 제거가 가능하며, 또한 필요에 따라서는 플레이트 상에 길이방향과 수직한 방향으로 스트라이프stripe)를 형성시켜 수직 방향의 자기 용이축 구성을 유도하여 자장에 대한 민감도를 향상시킬 수도 있다.Therefore, it is possible to remove shape anisotropy by forming spherical particles on the plate, and if necessary, a stripe) is formed on the plate in a direction perpendicular to the length direction to induce a magnetic easy axis configuration in the vertical direction. You can also improve the sensitivity to
도 4는 이러한 응용예를 부분적으로 도시한 것이다.Figure 4 partially shows this application example.
일반적으로 형상이방성이 나타나는 경우 장축의 방향이 자화용이축이 되기 때문에, 앞서의 플레이트 형상을 적용할 경우 자기장 방향과 자화용이축 방향이 일치하지 않는 현상이 발생할 수 있다.In general, when shape anisotropy appears, the direction of the long axis becomes the easy magnetization axis, so when the above plate shape is applied, a phenomenon in which the direction of the magnetic field and the direction of the easy magnetization axis do not coincide may occur.
그러나, 도시와 같이 MCE 플레이트(22)와 MCE 플레이트(22) 간에 형성되는 스트라이프(23)를 단축 방향으로 형성할 경우에는, 자기장 방향과 자화용이축 방향이 평행한 방향으로 놓일 수 있기 때문에 시스템 구성시 자장에 대한 MCM의 민감도를 향상시킬 수가 있다.However, as shown in the figure, when the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 자기 냉각 시스템은 영구자석과 고체 칼로리 소재의 조합에 의해서 열전달 효과를 설정하고, 나아가 단지 구형의 고체 칼로리 소재에 의해서 자기 냉매를 구성하는 것이 아니라 MCE 플레이트와 MCE 파티클을 조합함으로써 MCE 플레이트 사이를 열전달 매개체가 흐르게 하여 열전달 효율을 보다 향상시키는 것이다.As described above, the magnetic cooling system according to the present invention sets a heat transfer effect by a combination of a permanent magnet and a solid calorie material, and furthermore, the magnetic refrigerant is not composed of only a spherical solid calorie material, but the MCE plate and the MCE By combining the particles, the heat transfer medium flows between the MCE plates to further improve the heat transfer efficiency.
그리고, 도 7과 같은 MCE 플레이트(21) 간 형성되는 공극률을 도 6과 같이 단지 구형의 고체 칼로리 소재에 의한 경우와 비교하여 설정할 수 있으며, 그러한 공극률을 도 5를 참조하여 살펴보도록 한다.In addition, the porosity formed between the
MCE 플레이트(21)의 가로, 세로, 높이, 간격을 각각 X, Y, Zp,Zv라 하고, MCE 파티클(14)의 반지름 및 개수를 r, n이라 하면, 공극률 Po는 다음과 같이 정리될 수 있다.If the width, length, height, and spacing of the
이러한 공극률 Po는 도 6과 같이 배관 내에 MCM 입자로만 채워질 경우의 공극률 0.35%(입자 직경이 배관 직경 대비 매우 작을 경우의 평균적 공극률)과 도 7과 같이 MCE 플레이트로만 채워질 경우의 공극률 0.65%(플레이트 소재로서 COP가 최대로 발휘될 수 있는 공극률) 사이에 존재하는 것이 바람직하다.This porosity Po is 0.35% (average porosity when the particle diameter is very small compared to the pipe diameter) when the pipe is filled only with MCM particles as shown in FIG. 6 and 0.65% when the porosity is filled only with the MCE plate as shown in FIG. It is preferable that the COP exists between the porosity that can be exhibited to the maximum).
즉, Po는 다음과 같은 범위를 갖는 것이 바람직하다.That is, it is preferable that Po has the following range.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 냉각시스템에 의하면 열효율을 보다 향상시킬 수 있고, 친환경적이며, 구성 또한 용이함을 알 수 있다.As described above, according to the cooling system of the present invention, it can be seen that the thermal efficiency can be further improved, it is eco-friendly, and the configuration is also easy.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the illustrated drawings, it is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention, and the scope of the present invention will be interpreted based on the appended claims.
11, 12, 13 : 고체 칼로리 소재
14 : MCE 파티클
20 : AMR 베드
21, 22 : MCE 플레이트
23 : 스트라이프
30 : 영구자석
40 : 미디엄
50 : 피스톤11, 12, 13: solid calorie material
14: MCE particle
20: AMR bed
21, 22: MCE plate
23: stripe
30: permanent magnet
40: medium
50: piston
Claims (16)
상기 AMR 베드의 둘레에 배치되는 영구자석을 포함하고,
상기 AMR 베드를 통과하는 열전달 매개체가 상기 고체 칼로리 소재와 열교환하는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.AMR (Active Magnetic Regenerator) bed loaded with solid calorie material;
Including a permanent magnet disposed around the AMR bed,
Characterized in that the heat transfer medium passing through the AMR bed heat exchange with the solid calorie material,
Magnetic cooling system.
상기 고체 칼로리 소재는 평판 형태의 복수의 MCE(Magnetocaloric effect) 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method according to claim 1,
The solid calorie material is characterized in that it comprises a plurality of MCE (Magnetocaloric effect) plate in the form of a flat plate,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트 각각에는 입자 형태의 MCE(Magnetocaloric effect) 파티클이 결합된 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method according to claim 2,
Each of the plurality of MCE plates is characterized in that a particle-shaped MCE (Magnetocaloric Effect) particles are combined,
Magnetic cooling system.
상기 MCE 파티클 소재는 상기 MCE 플레이트 소재와 상이한 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 3,
The MCE particle material is characterized in that different from the MCE plate material,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트의 길이방향은 상기 AMR 베드의 장축 방향과 나란한 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 3,
The longitudinal direction of the plurality of MCE plates is characterized in that parallel to the major axis direction of the AMR bed,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트의 길이방향은 상기 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 3,
The longitudinal direction of the plurality of MCE plates is characterized in that perpendicular to the long axis direction of the AMR bed,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트 간에는 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 방향의 스트라이프가 형성되는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 6,
A stripe in a direction perpendicular to the long axis direction of the AMR bed is formed between the plurality of MCE plates,
Magnetic cooling system.
상기 AMR 베드 내의 공극률(Po)은 다음과 같은 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.
The porosity (Po) in the AMR bed is characterized as follows,
Magnetic cooling system.
상기 AMR 베드 내에 상기 고체 칼로리 소재는 온도가 상이한 복수의 부분으로 구획되어 배치되는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 3,
In the AMR bed, characterized in that the solid calorie material is divided into a plurality of portions having different temperatures and disposed
Magnetic cooling system.
상기 고체 칼로리 소재는 평판 형태의 복수의 MCE(Magnetocaloric effect) 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.Including an AMR (Active Magnetic Regenerator) bed loaded with a solid calorie material, a heat transfer medium passing through the AMR bed heat exchanges with the solid calorie material,
The solid calorie material is characterized in that it comprises a plurality of MCE (Magnetocaloric effect) plate in the form of a flat plate,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트 각각에는 입자 형태의 MCE(Magnetocaloric effect) 파티클이 결합된 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 10,
Each of the plurality of MCE plates is characterized in that a particle-shaped MCE (Magnetocaloric Effect) particles are combined,
Magnetic cooling system.
상기 MCE 파티클 소재는 상기 MCE 플레이트 소재와 상이한 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 11,
The MCE particle material is characterized in that different from the MCE plate material,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트의 길이방향은 상기 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 12,
The longitudinal direction of the plurality of MCE plates is characterized in that perpendicular to the long axis direction of the AMR bed,
Magnetic cooling system.
상기 복수의 MCE 플레이트 간에는 AMR 베드의 장축 방향과 수직한 방향의 스트라이프가 형성되는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 13,
A stripe in a direction perpendicular to the long axis direction of the AMR bed is formed between the plurality of MCE plates,
Magnetic cooling system.
상기 AMR 베드 내의 공극률(Po)은 다음과 같은 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.
The porosity (Po) in the AMR bed is characterized as follows,
Magnetic cooling system.
상기 AMR 베드 내에 상기 고체 칼로리 소재는 온도가 상이한 복수의 부분으로 구획되어 배치되는 것을 특징으로 하는,
자기 냉각 시스템.The method of claim 12,
In the AMR bed, characterized in that the solid calorie material is divided into a plurality of portions having different temperatures and disposed
Magnetic cooling system.
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|---|---|---|---|
| KR1020190016167A KR20200098264A (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Magnetic refrigeration system |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101433342B1 (en) | 2008-04-29 | 2014-08-22 | 한라비스테온공조 주식회사 | Cooling system for vehicles using magnetic cooling |
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