KR20160119173A - 활성 자기 재생기 장치 - Google Patents

Abstract

회전식 활성 자기 재생기(AMR) 장치는 두 개 이상의 재생기 베드, 자석 장치 및 밸브 장치를 포함한다. 밸브 장치는 회전 방향을 따라 재생기 베드에 대해 실질적으로 움직이지 않게 배열된 복수의 밸브 요소를 포함한다. 캠 표면은 회전 방향을 따라 자석 장치에 대해 실질적으로 움직이지 않게 배열되며, 캠 요소와 밸브 요소의 상대 위치에 따라 밸브 요소의 개방도를 제어하기 위하여 밸브 요소와 상호 작용하도록 배열된 복수의 캠 요소를 포함한다. 이에 의해 각 밸브 요소의 개방도는 재생기 베드와 자석 장치의 상대 각도 위치에 따라 제어된다.

Description

활성 자기 재생기 장치{AN ACTIVE MAGNETIC REGENERATOR DEVICE}

본 발명은 두 개 이상의 재생기 베드(regenerator bed)와 상기 재생기 베드에 대해 적어도 부분적으로 원주 방향으로 배열된 자석 장치를 포함하는 유형의 활성 자기 재생기(active magnetic regenerator) 장치에 관한 것이다. 본 발명의 활성 자기 재생기 장치에서, 재생기 베드를 통해 유동하는 유체의 유동 프로파일은 자석 장치를 가로지르는 자기장의 변화에 밀접하게 추종하도록 제어될 수 있다.

자기 냉각 및 가열은 자기열량 물질(magnetocaloric material)의 자화 및 소자(demagnetisation) 그리고 발생한 열의 유체 유동에 의한 차후의 제거에 의존한다. 활성 자기 재생기 장치는 일반적으로 다수의 재생기 베드를 포함하며, 각 재생기 베드는 자기열량 물질을 포함한다. 재생기 베드는 예컨대 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 자석 장치에 의해 발생한 자기장을 연속적으로 통과한다. 이에 의해, 재생기 베드의 자기열량 물질은 교호적으로 자화 및 소자되고, 열이 발생한다. 유체 유동은, 발생한 열을 재생기 베드로부터 제거하기 위하여 각 재생기 베드를 통과하게 된다. 열은, 유체가 통과하는 열교환기에 의해 장치로부터 후속해서 제거된다.

이러한 활성 자기 재생기 장치의 성능은 재생기 베드를 통과하는 유체의 유량에 의해 부분적으로 결정되며, 유체 유동의 정확한 타이밍에 의해 또한 결정된다. 유량을 제어하기 위한 기존의 시도들은 재생기 베드에 대한 유체의 공급을 제어하는 밸브를 설계하는 것에 의존하였다.

국제출원 공개공보 WO 03/050456 A1에는 자석의 회전 운동과 동기하여, 재생기 베드를 통한 왕복 유체 유동을 보장하는 밸브 시스템을 포함하는 회전식 활성 자기 재생기가 개시되어 있다. 이것은 자석을 이동시키는 메카니즘에 연결된 개별적으로 회전하는 밸브에 의해 얻어진다.

유럽 특허공보 EP 0 187 078 B1에는 자석의 회전 운동과 동기하여, 재생기 베드를 통한 왕복 유체 유동을 보장하는 밸브 시스템을 포함하는 회전식 활성 자기 재생기가 개시되어 있다. 이 밸브 시스템은 오리피스를 구비한 디스크를 포함하며, 상기 디스크는 자석과 함께 회전하도록 배열된다.

미국 특허공보 US 8,037,692 B2에는 재생기 베드를 통한 왕복 유체 유동을 보장하는 밸브 시스템을 포함하는 회전식 활성 자기 재생기가 개시되어 있다. 자석의 회전 운동과 유체 유동 간의 동기화는 하나 이상의 솔레노이드 밸브를 세심하게 제어함으로써 달성된다.

전술한 종래 기술 문헌들의 공통점은 그 문헌에 설명된 어떠한 활성 자기 재생기 장치도, 유동 프로파일이 자기장의 변화에 부응하는 것을 보장하는 쉬운 방식을 제공하지 않는다는 것이다.

본 발명의 실시 형태의 목적은 종래 기술의 활성 자기 재생기에 비해 향상된 성능을 나타내는 활성 자기 재생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 형태의 다른 목적은 누출의 위험이 최소화된 활성 자기 재생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 형태의 또 다른 목적은 밸브 마찰이 낮은 밸브 장치를 포함하는 활성 자기 재생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 형태의 또 다른 목적은 유동 제어가 신속하게 작동하는 활성 자기 재생기를 제공하는 것이다.

본 발명에 의해 제공되는 활성 자기 재생기 장치는:

- 자기열량 물질, 제1 유동 방향을 따라 유체가 재생기 베드를 통과할 수 있게 허용하는 제1 유동 통로 및 상기 제1 유동 방향과 실질적으로 반대인 제2 유동 방향을 따라 유체가 재생기 베드를 통과할 수 있게 허용하는 제2 유동 통로를 각각 포함하고 있는 두 개 이상의 재생기 베드;

- 영구 자석들을 포함하는 적어도 두 개의 섹션(section)들을 포함하며, 재생기 베드에 대해 적어도 부분적으로 원주 방향으로 배열된 자석 장치;

- 재생기 베드의 제1 유동 통로로부터 수취한 유체로 열을 교환하도록 배열된 제1 열교환기와 재생기 베드의 제2 유동 통로로부터 수취한 유체로 열을 교환하도록 배열된 제2 열교환기; 및

- 재생기 베드를 통한 유체 유동을 제어하도록 배열된 밸브 장치를 포함하며,

재생기 베드와 자석 장치는 서로에 대해 회전 운동을 실행하도록 배열되고,

상기 밸브 장치는:

- 제1 유동 통로 또는 제2 유동 통로를 통해 적어도 하나의 재생기 베드에 대한 유체의 공급을 제어하도록 각각 배열되어 있고, 상대 회전 운동의 방향을 따라 재생기 베드에 대해 실질적으로 이동하지 않게 배열되어 있는 복수의 밸브 요소; 및

- 상대 회전 운동의 방향을 따라 자석 장치에 대해 실질적으로 이동하지 않게 배열된 적어도 하나의 캠 표면을 포함하며,

상기 캠 표면은 캠 표면을 따라 배열된 복수의 캠 요소를 포함하고, 각 캠 요소는 캠 요소와 밸브 요소의 상대 위치에 따라 밸브 요소의 개방도(opening degree)를 제어하도록 밸브 요소와 상호 작용하도록 형성되고,

- 밸브 요소와 캠 표면은 서로에 대한 회전 운동을 실행하도록 배열되고, 상기 회전 운동은 재생기 베드와 자석 장치의 상대 운동에 상응하며, 이에 의해 각 밸브 요소의 개방도는 재생기 베드와 자석 장치의 상대적인 각도 위치에 따라 제어된다.

본 발명의 활성 자기 재생기 장치는 두 개 이상의 재생기 베드, 자석 장치, 제1 열교환기, 제2 열교환기, 및 재생기 베드를 통한 유체 유동을 제어하도록 배열된 밸브 장치를 포함한다.

각 재생기 베드는 자기열량 물질을 포함한다. 자기열량 물질이 교호적으로 자화 및 소자될 때, 자기열량 물질은 열을 발생시킬 수 있고, 이에 의해 가열 또는 냉각을 제공한다. 재생기 베드는 단일의 자기열량 물질을 포함할 수 있다. 대안으로, 두개 이상의 상이한 자기열량 물질들이 적용될 수 있다.

각 재생기 베드는 제1 유동 방향을 따라 유체가 재생기 베드를 통과할 수 있게 허용하는 제1 유동 통로 및 제2 유동 방향을 따라 유체가 재생기 베드를 통과할 수 있게 허용하는 제2 유동 통로를 또한 포함한다. 제1 유동 방향은 제2 유동 방향과 실질적으로 반대이다. 따라서, 유체는 재생기 베드를 통과할 수 있고, 이에 의해 자기열량 물질을 따라 통과할 수 있다. 유체 유동들 중의 하나는 자기열량 물질이 자화되는 것에 응하여 자기열량 물질에 의해 발생한 열을 제거하기 위해 사용되는 반면에, 유체 유동들 중의 다른 하나는 자기열량 물질이 소자될 때 자기열량 물질에 열을 공급하기 위해 사용된다. 이것은 재생기 베드로부터 냉각을 제거하는 것으로 간주할 수 있다.

자석 장치는 영구 자석을 포함하는 적어도 두 개의 섹션을 포함한다. 영구 자석 섹션들은 이격되어 배열 예컨대, 그 사이에 다른 물질의 섹션이 배열될 수 있다. 이것은 나중에 자세하게 설명될 것이다. 대안으로, 영구 자석 섹션은 서로 바로 인접하여 배열될 수 있다. 영구 자석 섹션은 하나의 섹션으로부터 다른 하나의 섹션까지 변화하는 자기장을 제공하도록 설계될 수 있다. 예컨대, 하나의 섹션의 영구 자석에 의해 발생한 자기장의 방향은 이웃하는 섹션의 영구 자석에 의해 발생한 자기장의 방향과 다를 수 있다.

자석 장치는 재생기 베드에 대해 적어도 부분적으로 원주 방향으로 배열된다. 이것은 자석 장치가 재생기 베드를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸거나 재생기 베드가 자석 장치를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸도록 하는 방식으로, 재생기 베드와 자석 장치가 서로 인접하여 배열되어 있다는 것을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 자석 장치는 재생기 베드에 대해 내부 및/또는 외부에 배열될 수 있다. 또한, 자석 장치는 재생기 베드의 전체 둘레(내부 또는 외부)를 따라 배열되거나, 재생기 베드의 둘레의 일부만을 따라 배열될 수 있다. 예컨대, 자석 장치는 재생기 베드의 둘레의 일부가 자석 장치에 의해서 커버되지 않고 남겨져 있는, 'C'자 형상일 수 있다.

연자성 물질(soft magnetic material)이 자기 회로의 자속 폐쇄를 보장하도록 작용하는 방식으로, 연자성 물질은 자석 장치에 따라 배열될 수 있다. 그러므로, 자석 장치가 재생기 베드를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 경우에, 연자성 물질은 재생기 베드의 내부에 배열될 수 있다. 대안으로, 재생기 베드가 자석 장치를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 경우에, 연자성 물질은 재생기 베드에 대해 적어도 부분적으로 원주 방향으로 배열될 수 있다.

제1 열교환기는 재생기 베드의 제1 유동 통로로부터 수취된 유체로 열을 교환하도록 배열되고, 제2 열교환기는 재생기 베드의 제2 유동 통로로부터 수취된 유체로 열을 교환하도록 배열된다. 전술한 바와 같이, 유체 유동들 중의 하나는 재생기 베드로부터 열을 제거하는 반면에, 다른 하나는 재생기 베드에 열을 공급하거나 재생기 베드에서 냉각을 제거한다. 따라서, 재생기 베드로부터 열을 제거하는 유체 유동과 열을 교환하도록 배열된 열교환기는, 재생기 베드로부터 제거된 열이 시스템의 밖으로 전달되는 것을 보장한다는 관점에서 열 방출 열교환기이다. 마찬가지로, 재생기 베드에서 냉각을 제거하는 유체 유동과 열을 교환하도록 배열된 열교환기는, 재생기 베드로부터 제거된 냉각 효과가 시스템의 밖으로 전달되는 것을 보장한다는 관점에서 열 소모 열교환기이다.

유체가 열교환기들 중의 하나를 통과할 때, 다른 유동 통로를 경유하여 재생기 베드로 되돌아 가도록 하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 시스템을 통한 유체 유동은 먼저 재생기 베드의 유동 통로, 제1 열 교환기, 재생기 베드를 지나는 제2 유동 통로, 제2 열교환기 등의 순서로 진행될 수 있다.

밸브 장치는 재생기 베드를 통한 유체 유동을 제어하도록 배열된다. 이것은 당해 재생기 베드를 위해 유체가 제1 유동 통로 또는 제2 유동 통로를 통과할 수 있는지는 재생기 베드의 자기열량 물질의 자화 및 소자와 동기화되어야 하기 때문에 필요하다.

재생기 베드 및 자석 장치는 서로에 대한 회전 운동을 실행하도록 배열된다. 이것은 재생기 베드가 고정식인 반면에, 자석 장치는 회전할 수 있도록 하는 것에 의해서; 또는 자석 장치는 고정인 반면에, 재생기 베드는 회전할 수 있도록 하는 것에 의해서; 또는 자석 장치와 재생기 베드가 예컨대 반대 방향으로 및/또는 상이한 회전 속도로 회전할 수 있도록 하는 것에 의해서 달성될 수 있다.

재생기 베드와 자석 장치가 서로에 대해 회전할 경우, 재생기 베드와 자석 장치의 원주 방향의 상대 위치로 인해, 각 재생기 베드는 영구 자석 섹션의 각 영구 자석에 의해 발생한 자기장에 연속적으로 배열될 것이다. 이것은 재생기 베드의 자기열량 물질이 연속적으로 자화 및 소자 되게 한다.

밸브 장치는 복수의 밸브 요소 및 적어도 하나의 캠 표면을 포함한다. 각 밸브 요소는 제1 유동 통로 또는 제2 유동 통로를 통하여 재생기 베드에 대한 유체의 공급을 제어하도록 배열된다. 따라서, 재생기 베드를 지나는 각 유동 통로에는, 그 통로에 대한 유체의 공급을 제어하는 밸브 요소가 제공된다. 따라서, 당해 재생기 베드에 대해 소정 시간에, 상응하는 밸브 요소는 유체가 제1 유동 통로 또는 제2 유동 통로를 통과하는지를 결정할 뿐만 아니라 제1 유동 통로 또는 제2 유동 통로를 통과하는 유체의 유동량을 결정한다.

밸브 요소들은 상대 회전 운동의 방향을 따라 재생기 베드에 대해 실질적으로 움직이지 않게 배열된다. 따라서, 재생기 베드 및 자성 장치가 상대 회전 운동을 실행할 때, 밸브 요소들은 대체로 재생기 베드와 함께 이동하거나 재생기 베드와 함께 정지 상태를 유지, 즉 밸브 요소와 재생기 베드의 상대 위치는 실질적으로 고정되어 유지된다. 이것은, 유입구에 대해 이동하는 밸브 요소와 재생기 베드의 유동 통로에 대한 유입구 사이에 밀봉을 제공할 필요가 없기 때문에 유리하다. 이에 의해 활성 자기 재생기 장치로부터 누출의 위험은 최소화된다. 그러나, 상대 회전 운동의 방향을 따라 재생기 베드에 대해 밸브 요소의 위치의 작은 조정을 실행하는 것이 가능하다는 것이 배제되는 것은 아니다. 이것은 예컨대 밸브 작동의 타이밍을 조정하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 예컨대 고주파 작동 중에 유체 관성 효과를 고려하는 것과 관련될 수 있다. 또한, 밸브 요소는 상대 회전 운동의 회전 축에 의해 규정되는 축선 방향을 따라 재생기 베드에 대해 고정된 것이 아닐 수 있다.

캠 표면은, 캠 표면을 따라 배열된 복수의 캠 요소를 포함한다. 각 캠 요소는 밸브 요소와 캠 요소의 상대 위치에 따라 밸브 요소의 개방도를 제어하기 위하여 밸브 요소와 상호 작용하도록 형성된다. 따라서, 각 밸브 요소의 개방도는 밸브 요소에 대한 캠 표면, 그리고 캠 요소들 간의 상대 위치를 조정함으로써 조정될 수 있다.

캠 표면은 상대 회전 운동의 방향을 따라 자석 장치에 대해 실질적으로 움직이지 않게 배열된다. 따라서, 재생기 베드와 자석 장치가 상대 회전 운동을 실행할 때, 캠 표면, 그리고 캠 요소들은 대체로 자석 장치와 함께 이동하거나 자석 장치와 함께 정지 상태를 유지, 즉 캠 표면과 자석 장치의 상대 위치는 실질적으로 고정되어 유지된다. 그러나, 상대 회전 운동의 방향을 따라 자석 장치에 대해 캠 표면의 위치의 작은 조정을 실행하는 것이 가능하다는 것이 배제되는 것은 아니다. 이것은 예컨대 밸브 작동의 타이밍을 조정하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 예컨대 고주파 작동 중에 유체 관성 효과를 고려하는 것과 관련될 수 있다. 또한, 캠 표면은 상대 회전 운동의 회전 축에 의해 규정되는 축선 방향을 따라 자석 장치에 대해 고정된 것이 아닐 수 있다.

따라서, 재생기 베드와 자석 장치가 서로에 대해 회전 운동을 실행할 때, 밸브 요소와 캠 표면은 서로에 대해 상응하는 회전 운동을 실행한다. 각 밸브 요소의 개방도가 밸브 요소 및 상응하는 캠 요소의 상대 위치에 의해 결정되기 때문에, 각 밸브 요소의 개방도는 재생기 베드와 자석 장치의 상대 위치에 의해 결정된다. 결과적으로, 각 밸브 요소의 개방도 그리고 재생기 베드의 유동 통로들에 공급되는 유체의 유동량은 자석 장치와 재생기 베드의 상대 위치 그리고 재생기 베드의 자기열량 물질의 연속적인 자화 및 소자와 자동적으로 동기화된다. 또한, 캠 요소는 영구 자석에 의해 제공되는 자기장 프로파일에 밀접하게 조화되는 방식으로 설계될 수 있다. 이것은 활성 자기 재생기 장치의 성능을 향상시킨다.

또한, 밸브 요소와 캠 표면의 상호 작용에 의해 재생기 베드의 유동 통로에 유체 공급을 제공하는 것은 작동 중에 이상 발생의 위험을 감소시키는 매우 간단한 설계이다.

재생기 베드는 고정식 일 수 있고 자석 장치는 회전 운동을 실행하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 재생기 베드와 밸브 요소는 회전 운동을 실행하지 않는다. 이것은, 밸브 장치에 대한 유체 공급이 고정으로 또한 유지될 수 있고, 이에 의해 누출의 위험이 더욱 감소하기 때문에 유리하다. 그러나, 전술한 바와 같이 재생기 베드가 회전 운동을 실행할 수 있는 것이 또한 실현될 수 있다.

각 캠 요소는 자석 장치의 영구 자석 섹션에 의해 발생한 자기장에서의 변화를 반영하는 형상을 가질 수 있고, 이에 의해 밸브 요소는 영구 자석의 자기장 프로파일에 따라 선택되는 유체 유동 프로파일을 규정한다. 이 실시예에 따라, 캠 표면은 재생기 베드가 자석 장치의 영구 자석에 의해 발생한 자기장을 통과할 때 자기장의 변화에 밀접하게 추종하는 원하는 유체 유동 프로파일을 제공하도록 세심하게 설계된다. 예컨대, 캠 요소는 재생기 베드가 영구 자석 섹션과 일직선으로 이동될 때 자기장의 증가를 추종하는 방식으로 밸브 요소의 개방도가 점진적으로 증가하게 하는 프로파일을 가질 수 있다.

캠 표면은 적어도 제1 구역 및 제2 구역을 포함할 수 있고, 제1 구역은 제1 형상을 갖는 복수의 캠 요소를 포함할 수 있고, 제2 구역은 제2 형상을 갖는 복수의 캠 요소를 포함할 수 있으며, 제2 형상은 제1 형상과 상이하고, 캠 표면은 제1 구역이 밸브 요소와 접촉하게 배열되는 제1 위치와 제2 구역이 밸브 요소와 접촉하게 배열되는 제2 위치 사이에서 이동가능하다. 이 실시예에 따라, 캠 표면은 적어도 두 개의 상이한 유동 프로파일 패턴을 규정하는데, 하나는 제1 구역의 캠 요소와 상응하고 다른 하나는 제2 구역의 캠 요소와 상응한다. 제1 위치와 제2 위치 사이에서 캠 표면을 이동시키는 것에 의해 간단하게 유동 프로파일 패턴을 선택하는 것이 가능하다. 예컨대, 유동 프로파일 패턴 중의 하나는 "고 냉각 파워(high cooling power)"를 제공하도록 설계될 수 있는 반면에, 다른 유동 프로파일 패턴은 "고효율"을 제공하도록 설계될 수 있다. 대안으로, 유동 프로파일 패턴 중의 하나는 활성 자기 재생기 장치의 기동 동안의 요건을 충족하도록 설계될 수 있는 반면에, 다른 유동 프로파일 패턴은 활성 자기 재생기 장치의 정상 작동 동안의 요건을 충족하도록 설계될 수 있다.

캠 표면은 제1 구역과 제2 구역 사이에 배열되는 중간 구역을 또한 포함할 수 있고, 상기 중간 구역은 제1 구역의 캠 요소를 제2 구역의 캠 요소와 상호 연결하는 실질적으로 연속적인 캠 섹션들을 형성한다. 이 실시예에 따라, 활성 자기 재생기 장치는 두 가지 모드, 즉 제1 구역의 캠 요소에 의해 규정되는 모드 및 제2 구역의 캠 요소에 의해 규정되는 모드로 작동될 수 있다. 그러나, 중간 구역으로 인해, 캠 표면은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동될 수 있고, 이에 의해 활성 자기 재생기 장치의 작동을 중지시키지 않고 두 모드 간에 전환이 이루어질 수 있다.

대안으로, 각 캠 요소는 실질적으로 축선 방향을 따라 실질적으로 연속적으로 변화하는 형상을 가질 수 있다. 이 실시예에 따라, 밸브 요소와 접촉하게 배열되는 캠 요소의 부분은 실질적으로 축선 방향을 따라 캠 표면을 이동시킴으로써 연속적으로 변화될 수 있다. 캠 요소의 형상이 연속적으로 변화하기 때문에, 이것은 밸브 요소에 의해 제공되는 유체 유동의 유동 프로파일에 연속적인 변화를 초래한다. 따라서, 이 실시예에 따라 유동 프로파일은 캠 표면의 적합한 축선 방향 위치를 단순히 선택하는 것에 의해서, 소정 상황하에서의 정확한 요건을 충족시키도록 연속적으로 조정될 수 있다.

밸브 요소는 포핏 밸브일 수 있다. 포핏 밸브는 캠 표면에 의해 용이하게 제어될 수 있기 때문에, 이러한 목적을 위해 매우 적합한 것이다. 대안으로, 다른 적합한 유형의 밸브가 사용될 수 있다.

캠 표면은 링 형상 부재의 내부 표면 또는 외부 표면을 형성할 수 있다. 이 실시예에 따라, 유리하게는 활성 자기 재생기 장치는 원통형으로 대칭적인 형상일 수 있으며, 여기에서 재생기 베드 및/또는 자석 장치는 원통 형상에 의해 형성되는 축을 중심으로 회전하도록 배열되고, 재생기 베드와 자석 장치는 원통 형상에 의해 형성되는 방사상 방향을 따라 서로 인접하여 배열된다. 재생기 베드가 자석 장치보다 축에 더욱 가까이 배열되는 경우에, 유리하게는 캠 표면이 링 형상 부재의 내부 표면을 형성할 수 있는데, 왜냐하면 이 경우에 이러한 내부 표면은 재생기 베드 그리고 이에 의해 밸브 요소와 대향하게 될 것이기 때문이다. 한편, 자석 장치가 재생기 베드보다 축에 더욱 가까이 배열되는 경우에, 유리하게는 캠 표면이 링 형상 부재의 외부 표면을 형성할 수 있다.

자석 장치는 영구 자석 섹션들 사이에 배열된, 연자성 물질의 적어도 두 개의 섹션을 또한 포함할 수 있다. 이 실시예에 따라, 재생기 베드는 영구 자석 섹션을 지나서 교호적으로 이동될 수 있고, 이에 의해 자기열량 물질 및 연자성 물질 섹션을 자화하고, 자기열량 물질을 소자 시킨다. 또한 영구 자석 섹션들은 연자성 물질을 포함하는 섹션에 의해서 이격되어 있다.

재생기 베드들은 환형으로(annularly) 배열될 수 있다. 재생기 베드들은 등거리 각도(angularly equidistantly)로 또한 배열될 수 있다.

마찬가지로, 영구 자석 섹션들은 환형으로 배열될 수 있다. 영구 자석 섹션들은 등거리 각도로 또한 배열될 수 있다.

본 발명의 활성 자기 재생기 장치는 냉동 시스템 또는 유사한 시스템의 형태인 냉각 시스템으로서, 또는 지열원 열 펌프와 같은 열 펌프로서 동등하게 사용하기 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활성 자기 재생기 장치의 등각도이다.
도 2는 도 1의 활성 자기 재생기 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 활성 자기 재생기 장치를 위한 밸브 장치의 등각도이다.
도 4는 재생기 베드를 통한 유체의 유동을 예시하는, 본 발명의 실시예에 따른 활성 자기 재생기 장치의 도식적인 선도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 활성 자기 재생기 장치를 위한 밸브 장치를 도시한 도면이다.

이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활성 자기 재생기 장치(1)의 등각도이다. 활성 자기 재생기 장치(1)는 다수의 재생기 베드(도면에서는 보이지 않음)를 포함하는 고정부 및 밸브 장치(2)를 포함한다. 밸브 장치(2)는 재생기 베드에 형성된 유동 통로들에 유체를 공급하는 방식으로 재생기 베드와 유체 연결된다. 따라서, 밸브 장치(2)는 유체 연결부(3)를 통하여 외부 유동 회로(도시 생략)에 연결된다.

밸브 장치(2)는 다수의 포핏 밸브를 또한 포함하며, 각 포핏 밸브는 재생기 베드의 유동 통로에 연결된다. 이에 의해, 당해 포핏 밸브는 상응하는 유동 통로에 공급되는 유체 유동을 규정한다. 이것은 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

활성 자기 재생기 장치(1)는 자석 장치(도시 생략)를 포함하는 고정부 및 캠 링(5)을 또한 포함하며, 캠 링(5)의 내부 표면에는 캠 표면이 형성되어 있다. 자석 장치와 캠 링(5)은 활성 자기 재생기 장치(1)의 작동 중에 재생기 베드와 밸브 장치(2)에 대해 상대적으로 함께 회전한다. 캠 링(5)에 형성된 캠 표면은 다수의 캠 요소(도시 생략)를 포함한다. 캠 요소들은, 캠 링(5)과 포핏 밸브(4)의 상대적인 각도 위치에 의해 각 포핏 밸브의 개방도를 규정하는 방식으로 밸브 장치의 포핏 밸브(4)와 접촉하여 배열된다. 이에 의해 캠 링(5), 자석 장치, 포핏 밸브(4), 재생기 베드의 상대적인 각도 위치는 각 포핏 밸브(4)의 개방도를 결정한다.

도 2는 도 1의 활성 자기 재생기 장치(1)의 단면도이다. 도 2에서는, 재생기 베드(6)들과 자석 장치(7)를 볼 수 있다.

각 재생기 베드(6)는 자기열량 물질, 제1 유동 통로 및 제2 유동 통로를 포함한다. 또한, 자기열량 물질이 각 재생기 베드(6) 안의 연자성 물질에 대해 원주 방향으로 배열되는 방식으로, 연자성 물질(16)이 각 재생기 베드(6)에 배열되어 있다. 연자성 물질(16)은, 자석과 자석 장치(7)의 연자성 물질 및 재생기 베드(6) 안의 자기열량 물질을 포함하는 자기 회로의 자속 폐쇄를 보장한다.

유동 통로들 중의 하나는 밸브 장치(2)로부터 재생기 베드(6)의 반대쪽 단부를 향하여 연장한다. 나머지 유동 통로들은 재생기 베드(6)의 반대쪽 단부로부터 밸브 장치(2)를 향하여 연장한다.

자석 장치(7)는 연자성 물질의 섹션들에 의해 이격된, 영구 자석을 포함하는 다수의 섹션을 포함한다. 따라서, 자석 장치(7)가 재생기 베드(6)에 대해 회전될 때, 각 재생기 베드(6)는 자석 장치의 연자성 물질 섹션 및 영구 자석 섹션에 교호적으로 인접하여 배열된다. 또한, 일부의 재생기 베드(6)가 영구 자석 섹션에 인접하여 배열될 경우, 나머지 재생기 베드(6)는 자석 장치의 연자성 물질 섹션에 인접하여 배열될 것이다.

자기열량 물질은 자화될 경우 열을 발생시키고, 소자될 경우 열을 흡수한다. 따라서, 재생기 베드(6)가 영구 자석 섹션에 인접하여 배열될 때, 발생한 열을 제거하는 재생기 베드의 유동 통로를 통한 유체 유동이 제공되어야만 한다. 마찬가지로, 재생기 베드(6)가 자석 장치의 연자성 물질 섹션에 인접하여 배열될 때, 재생기 베드(6)에 열을 공급하거나 재생기 베드로부터 냉각을 제거하는 재생기 베드(6)의 유동 통로를 통한 유체 유동이 제공되어야만 한다. 그러므로 효율적인 활성 자기 재생기 장치(1)를 제공하기 위하여, 각 재생기 베드(6)의 제1 및 제2 유동 통로들에 대한 유체의 공급은 재생기 베드(6)에 대한 자석 장치(7)이 운동과 동기화된다. 따라서, 재생기 베드(6)와 유체 사이의 열전달은 자기열량 물질의 교호하는 자화 및 소자에 의한 재생기 베드(6)의 자기열량 물질의 온도 변화에 의해 추진된다.

캠 링(5)이 자석 장치(7)와 함께 회전하기 때문에, 캠 표면의 캠 요소들은 동일한 방식으로 포핏 밸브(4)들에 대해 이동된다. 또한, 캠 요소들과 포핏 밸브(4)들은 이들의 상대 위치에 따라 포핏 밸브(4)들의 개방도를 제어하도록 상호 작용하기 때문에, 각 포핏 밸브(4)의 개방도는 재생기 베드(6)의 자기열량 물질의 자화 및 소자와 동기되는 방식으로 자동적으로 제어된다. 이에 의해, 각 재생기 베드(6)의 제1 및 제2 유동 통로에 대한 유체 유동이 자기열량 물질의 자화 및 소자와 동기되는 것이 또한 자동으로 보장된다.

또한, 포핏 밸브(4)들은 고정식이기 때문에, 즉 재생기 베드(6)에 대해 그리고 재생기 베드(6)의 유동 통로에 대해 이동 가능하지 않기 때문에, 포핏 밸브들은, 서로에 대해 이동하며 따라서 그 사이에 밀봉이 요구되는 부분들을 포함하지 않는다. 이것은 누출의 위험을 최소화한다.

도 3은 도 1 및 도 2의 활성 자기 재생기 장치를 위한 밸브 장치(2)의 등각도이다. 캠 링(5)은 밸브 장치(2)에 인접하여 배열될 수 있다. 캠 링(5)은 두 부분들로 분할될 수 있으며, 한 부분은 포핏 밸브(4a)의 제1 서브세트에 인접하여 배열되고 다른 한 부분은 포핏 밸브(4b)의 다른 서브세트에 인접하여 배열된다. 포핏 밸브(4a)의 제1 서브세트는 재생기 베드의 제1 유동 통로에 대한 유체 공급을 제어하고, 포핏 밸브(4b)의 제2 서브세트는 재생기 베드의 제2 유동 통로에 대한 유체 공급을 제어한다.

캠 표면에 형성된 캠 요소가 얼만큼 포핏 밸브(4)가 눌려지게 하며 이에 의해 포핏 밸브의 개방도를 결정하는 방식으로, 캠 링의 내측에 형성된 캠 표면이 어떻게 포핏 밸브(4)와 인접하여 배열될 수 있는지를 상정하는 것은 쉽다.

도 4는 재생기 베드를 통한 유체의 유동을 예시하는, 본 발명의 실시예에 따른 활성 자기 재생기 장치(1)의 도식적인 선도이다. 4개의 재생기 베드가 도시되어 있다. 펌프(8)는 활성 자기 재생기 장치(1)를 통해 유체 유동을 추진하도록 배열된다. 도 4에 도시된 활성 자기 재생기 장치(1)는, 예컨대 도 1 및 도 2에 도시된 활성 자기 재생기 장치(1)일 수 있다.

각 재생기 베드(6)는 제1 유동 통로(9) 및 제2 유동 통로(10)를 포함한다. 제1 유동 통로(9)를 통해 유동하는 유체는 재생기 베드(6)의 자기열량 물질에 의해 발생한 열을 제거하도록 배열되고, 제2 유동 통로(10)를 통해 유동하는 유체는 재생기 베드(6)의 자기열량 물질에 열을 공급하도록, 즉 재생기 베드의 자기열량 물질에서의 냉각을 제거하도록 배열된다. 활성 자기 재생기 장치(1)를 통한 유체 유동은 이하에 설명하는 바와 같다.

당해 재생기 베드(6)가 자석 장치의 영구 자석들 중의 하나에 의해 발생한 자기장 내로 이동될 때, 캠 표면은 재생기 베드(6)의 제1 유동 통로(9)에 유체를 공급하는 포핏 밸브(4)를 작동시키기 위하여 동시에 회전한다. 재생기 베드(6)가 자기장 내로 이동될 때, 재생기 베드(6)가 영향을 받는 자기장에 상응하는 방식으로 포핏 밸브(4)가 개방된다.

다음에 유체는 제1 유동 통로(9)를 경유하여 재생기 베드(4)를 통과할 수 있게 된다. 이에 의해, 자기장에 의해 자화된 자기열량 물질에 의해서 발생한 열은 유체에 의해 제거된다. 즉, 유체는 가열된다. 유체가 제1 유동 통로(9)를 떠날 때, 유체는 펌프(8)를 경유하여 제1 열교환기(11)를 통과하는데, 제1 열교환기에서 유체는 냉각되고, 이에 의해 시스템으로부터 열을 제거한다.

동시에, 일부의 다른 재생기 베드(6)는 연자성 물질을 포함하는 자석 장치의 섹션에 인접하여 배열되고, 따라서 이들 재생기 베드(6)의 자기열량 물질은 소자된다. 캠 표면은, 포핏 밸브(4)를 개방하여 이들 재생기 베드(6)의 제2 유동 통로(10)에 유체를 공급하는 위치에 있다.

그러므로, 제1 열교환기(11)를 떠난 유체는 제2 유동 통로(10)를 경유하여 이들 재생기 베드(6)를 통과하도록 허용된다. 이에 의해 열이 이들 재생기 베드(6)의 자기열량 물질에 공급되거나, 이들 재생기 베드(6)의 자기열량 물질에서 냉각이 제거된다. 마지막으로, 유체는 일부 재생기 베드(6)의 제1 유동 통로(9)를 다시 한번 통과하기 전에, 제2 열교환기(12)를 통과하게 된다. 제2 열교환기(12)에서, 유체는 가열된다. 제2 열교환기(12)에서 일방향 유동을 보장하기 위하여, 체크 밸브(15)가 포핏 밸브(4)의 반대쪽에 제공된다.

당해 재생기 베드(6)를 통한 유체 유동은, 전술한 바와 같이 캠 표면의 캠 요소와 포핏 밸브의 상호 작용으로 인해, 재생기 베드(6)가 영구 자석 섹션에 인접 또는 연자성 물질을 포함하는 자석 장치의 섹션에 인접하여 배열되는 것에 동기하여, 제1 유동 통로(9)와 제2 유동 통로(10)를 번갈아 통과하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 활성 자기 재생기 장치를 위한 밸브 장치(2) 및 캠 표면(13)을 도시한다. 캠 링(5)은 밸브 장치(2)에 인접하여 배열된다. 캠 링(5)의 내부 표면은 밸브 장치(2)의 포핏 밸브(4)와 인접하여 배열되는 캠 표면(13)을 형성한다.

캠 표면(13)은 두 개의 캠 프로파일(13a, 13b)을 형성한다. 제1 캠 프로파일(13a)은 실선으로 도시되고, 제2 캠 프로파일(13b)은 점선으로 도시되어 있다. 캠 링(5)은, 제1 캠 프로파일(13a) 또는 제2 캠 프로파일(13b)을 포핏 밸브(4)와 인접하여 위치시키기 위하여 축선 방향을 따라 이동될 수 있다. 도 5에서 제1 캠 프로파일(13a)은 포핏 밸브(4)와 인접하여 배열되어 있다.

도 5에서 캠 링(5) 및 당해 포핏 밸브(4)의 상대 위치는 포핏 밸브(4)의 종동자(14)의 위치를 결정하고, 이에 의해 포핏 밸브(4)의 개방도를 결정하는 것은 분명하다.

Claims (13)

1. - 자기열량 물질, 제1 유동 방향을 따라 유체가 재생기 베드를 통과할 수 있게 허용하는 제1 유동 통로 및 상기 제1 유동 방향과 실질적으로 반대인 제2 유동 방향을 따라 유체가 재생기 베드를 통과할 수 있게 허용하는 제2 유동 통로를 각각 포함하고 있는 두 개 이상의 재생기 베드;
   - 영구 자석들을 포함하는 적어도 두 개의 섹션들을 포함하며, 재생기 베드에 대해 적어도 부분적으로 원주 방향으로 배열된 자석 장치;
   - 재생기 베드의 제1 유동 통로로부터 수취한 유체로 열을 교환하도록 배열된 제1 열교환기와 재생기 베드의 제2 유동 통로로부터 수취한 유체로 열을 교환하도록 배열된 제2 열교환기; 및
   - 재생기 베드를 통한 유체 유동을 제어하도록 배열된 밸브 장치;를 포함하는 활성 자기 재생기 장치에 있어서,
   재생기 베드와 자석 장치는 서로에 대해 회전 운동을 실행하도록 배열되고,
   상기 밸브 장치는:
   - 제1 유동 통로 또는 제2 유동 통로를 통해 적어도 하나의 재생기 베드에 대한 유체의 공급을 제어하도록 각각 배열되어 있고, 상대 회전 운동의 방향을 따라 재생기 베드에 대해 실질적으로 이동하지 않게 배열되어 있는 복수의 밸브 요소; 및
   - 상대 회전 운동의 방향을 따라 자석 장치에 대해 실질적으로 이동하지 않게 배열된 적어도 하나의 캠 표면을 포함하며,
   상기 캠 표면은 캠 표면을 따라 배열된 복수의 캠 요소를 포함하고, 각 캠 요소는 캠 요소와 밸브 요소의 상대 위치에 따라 밸브 요소의 개방도를 제어하도록 밸브 요소와 상호 작용하도록 형성되고,
   밸브 요소와 캠 표면은 서로에 대한 회전 운동을 실행하도록 배열되고, 상기 회전 운동은 재생기 베드와 자석 장치의 상대 운동에 상응하며, 이에 의해 각 밸브 요소의 개방도는 재생기 베드와 자석 장치의 상대적인 각도 위치에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
2. 제1항에 있어서,
   재생기 베드는 고정되어 있고 자석 장치는 회전 운동을 실행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   각 캠 요소는 자석 장치의 영구 자석 섹션에 의해 발생한 자기장에서의 변화를 반영하는 형상을 구비하고 있고, 이에 의해 밸브 요소는 영구 자석의 자기장 프로파일에 따라 선택되는 유체 유동 프로파일을 규정하는 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
4. 선행 청구항들 중 어느 항에 있어서,
   캠 표면은 적어도 제1 구역 및 제2 구역을 포함하고, 제1 구역은 제1 형상을 갖는 복수의 캠 요소를 포함하고, 제2 구역은 제2 형상을 갖는 복수의 캠 요소를 포함하고, 제2 형상은 제1 형상과 상이하며, 캠 표면은 제1 구역이 밸브 요소와 접촉하게 배열되는 제1 위치와 제2 구역이 밸브 요소와 접촉하게 배열되는 제2 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
5. 제4항에 있어서,
   캠 표면은 제1 구역과 제2 구역 사이에 배열되는 중간 구역을 또한 포함하며, 상기 중간 구역은 제1 구역의 캠 요소를 제2 구역의 캠 요소와 상호 연결하는 실질적으로 연속적인 캠 섹션들을 형성하는 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서,
   각 캠 요소는 실질적으로 축선 방향을 따라 실질적으로 연속적으로 변화하는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
7. 선행 청구항들 중 어느 항에 있어서,
   밸브 요소는 포핏 밸브인 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
8. 선행 청구항들 중 어느 항에 있어서,
   캠 표면은 링 형상 부재의 내부 표면 또는 외부 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
9. 선행 청구항들 중 어느 항에 있어서,
   자석 장치는 영구 자석 섹션들 사이에 배열된, 연자성 물질의 적어도 두 개의 섹션을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
10. 선행 청구항들 중 어느 항에 있어서,
    재생기 베드들은 환형으로 배열된 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
11. 제10항에 있어서,
    재생기 베드들은 등거리 각도로 배열된 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
12. 선행 청구항들 중 어느 항에 있어서,
    영구 자석 섹션들은 환형으로 배열된 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.
13. 제12항에 있어서,
    영구 자석 섹션들은 등거리 각도로 배열된 것을 특징으로 하는 활성 자기 재생기 장치.

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