KR20150128602A - A Circulator Movement Device for Magnetocaloric Material and Power System - Google Patents

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KR20150128602A
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이학용
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a cyclic movement device of a magnetothermal material comprises: a closed loop container for containing magnetothermal fluid including a magnetothermal material; a magnetic field generator for moving the magnetothermal fluid; and a heat source for changing a magnetic property of the magnetothermal material. The closed loop container comprises a cooling part for cooling the magnetothermal material having the increased temperature.

Description

자기열재료 순환이동장치 및 이를 이용한 발전시스템{A Circulator Movement Device for Magnetocaloric Material and Power System}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetorheological material circulation moving device,

본 발명은 자기열재료(Magnetocaloric Material) 순환이동장치 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기열재료를 기반으로 구성된 자기열유체를 자기장 및 가열과 냉각에 의하여 순환 이동시키는 장치와 이를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circulating device for a magnetocaloric material and a power generation system using the same. More particularly, the present invention relates to a device for circulating a magnetic thermal fluid based on a magnetic thermal material, And a power generation system using the same.

자기열재료(Magnetocaloric Material)는 저온에서 자성을 갖고 고온에서는 자성을 잃는 특성을 가진 재료로 자기장이 인가되면 열을 배출하고 자기장이 사라지면 열을 흡수하는 열적 특성을 갖는다. 이러한 자기열재료의 특성을 자기열효과(Magnetocaloric Effect)라 부른다.Magnetocaloric material is a material that has magnetism at low temperature and loses magnetism at high temperature. It has a thermal property that dissipates heat when a magnetic field is applied and absorbs heat when a magnetic field disappears. The properties of these magnetic heating materials are called Magnetocaloric Effect.

일반적으로 강자성체는 자기열효과를 갖는다. 대표적인 강자성체인 철은 768?에서 급속히 자성을 잃는데 이 온도를 철의 큐리온도(Currie Temperature)라 한다. 그러나 철의 큐리온도는 상당히 고온이고 자기열효과가 적어서 상용화하기 어렵다. 최근 상온 근방에서도 자기열효과를 보이는 새로운 자기열재료가 개발되어 일부 국가에서는 이 재료를 자기냉각(Magnetic Cooling)에 활용하기 위한 연구를 활발하게 진행하고 있다. Generally, ferromagnets have a magnetic thermal effect. Iron, which is a typical ferromagnetic material, rapidly loses its magnetism at 768 ° C. This temperature is called the Currie Temperature of Iron. However, since the Curie temperature of iron is considerably high and the effect of magnetic heating is low, it is difficult to commercialize it. In recent years, new magnetism-heating materials have been developed that exhibit magnetothermal effects even in the vicinity of room temperature. In some countries, studies are being actively conducted to utilize the materials for magnetic cooling.

이러한 자기열재료의 응용분야로서, 자기냉각을 이용한 냉각기(refrigerator)의 개발이 진행 중에 있고 거의 상용화 수준까지 도달해 있다. 국내에서도 이 기술을 활용하여 압축기(compressor) 없는 에어컨 및 냉장고에 대한 개발을 진행 중이다.As an application field of such a magnetic thermal material, the development of a refrigerator using self-cooling is proceeding and it is almost reached to commercialization level. In Korea, the technology is being used to develop air conditioners and refrigerators without compressors.

한편, 방열 솔루션은 열이 발생하는 열원부위의 온도를 낮추기 위한 기술 분야로서 집중된 열원이 존재하는 전자 제품 분야를 비롯한 산업계 전반에서 보호해야 할 열원부분의 온도를 낮추기 위하여 활용되는 기술분야이다.Meanwhile, the heat dissipation solution is a technical field for lowering the temperature of a heat source area where heat is generated, and is a technology field used to lower the temperature of a heat source part which should be protected in the whole industry including an electronic product field in which a concentrated heat source exists.

방열 솔루션으로서 주로 집중된 열원의 온도를 낮추기 위해 방열면적을 극대화한 히트싱크(Heat sink)를 활용하여 대류/복사 현상을 이용한 자연방열방식과 히트싱크에 강제로 공기유동을 일으켜 방열을 시키는 강제유동 방열 방식이 주로 활용된다. 또한, 큰 발열량이 있는 제품의 경우 유체를 강제적으로 순환하는 방식으로 열원의 온도를 낮추는 수냉식 강제 방열 방식 등도 활용된다.As a heat dissipation solution, it is a natural heat dissipation method using a convection / radiation phenomenon by utilizing a heat sink that maximizes a heat dissipation area to lower the temperature of a concentrated heat source, and a forced heat dissipation Method is mainly utilized. In addition, in the case of a product having a large calorific value, a water-cooled forced heat radiation method in which a fluid is forcedly circulated to lower the temperature of a heat source is also utilized.

방열 효율을 극대화 한 수냉식 강제방열 방식의 경우 냉각 효율은 대단히 우수 하지만 유체를 강제로 순환이동 시키기 위하여 펌프(pump)를 구동시켜야 하기 때문에 별도의 에너지원이 필요하게 되고, 유체 내부에 강제 유동을 일으키기 위한 기계적인 구조가 포함되어야 하기 때문에 내구성 및 안정성에 문제가 발생한다. 특히, 기존의 수냉식 냉각 장치에서는 유체 내부의 펌프가 고장의 주요 요인이 되고 있다.In the case of the water-cooled forced heat dissipation system maximizing the heat dissipation efficiency, the cooling efficiency is very good. However, since the pump must be driven to circulate the fluid forcibly, a separate energy source is required, The mechanical structure must be included, which causes durability and stability problems. Particularly, in the existing water cooling type cooling apparatus, the pump inside the fluid is a main factor of failure.

또한, 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술은 미활용 되는 에너지를 수확 또는 폐이용하여 에너지를 생산하는 기술로서, 수 ?~mW급의 아주 작은 전력을 생산하는 기술이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 에너지 절약이나 효율화 보다는 사용자의 편리성 증대를 주목적으로 하는 기술이다. 이러한 에너지 하베스팅의 대표적인 기술로는 압전소자를 이용하는 방법, 열전소자를 이용하는 방법 등을 들 수 있다.Energy Harvesting technology is a technology that produces energy by harvesting or pulsing unused energy. It is a technology that produces very small power of several to mW. This energy harvesting technology is a technology that is mainly aimed at enhancing the convenience of the user rather than saving energy or improving efficiency. Typical examples of such energy harvesting include a method using a piezoelectric element, a method using a thermoelectric element, and the like.

그러나, 압전소자를 이용하는 방법은 기계적인 압력에 의해 발생하는 큰 전압을 이용해 순간적인 전력을 발생시키는 방식으로 연속적인 전력생산이 곤란하고 발생되는 에너지량이 극히 작은 단점이 있으며, 열전소자를 이용한 방식은 열전현상을 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 방식으로 보통 수백? 이상의 동작온도에서 아주 낮은 에너지 변환효율을 가진다.However, in the method using a piezoelectric element, instantaneous power is generated by using a large voltage generated by mechanical pressure, so that continuous power generation is difficult and the amount of generated energy is extremely small, and a method using a thermoelectric element Heat energy is converted into electric energy by using heat transfer phenomenon, usually hundreds? And has a very low energy conversion efficiency at the above operating temperature.

본 발명의 하나의 실시예는 기계적인 유체 순환 장치 없이 유체를 순환시켜 열원의 온도를 낮추는 방열 솔루션을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a heat dissipation solution that circulates fluid without mechanical fluid circulation to lower the temperature of the heat source.

본 발명의 하나의 실시예는 기계적인 유체 순환 장치 없이 유체를 순환시켜 전기에너지를 생산하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is for circulating fluid without mechanical fluid circulation to produce electrical energy.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.Embodiments according to the present invention can be used to accomplish other tasks not specifically mentioned other than the above-described tasks.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기, 상기 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치, 그리고 상기 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원을 포함하고, 상기 폐루프 용기는 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위를 포함한다.A magnetic thermal material circulating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a closed loop vessel containing a magnetic thermal fluid containing a magnetic thermal material, a magnetic field generator for moving the magnetic thermal fluid, And the closed loop container includes a cooling portion for cooling the magnetically heated material with a raised temperature.

또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기, 그리고 상기 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치를 포함하고, 상기 폐루프 용기는 상기 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원이 인가되는 열접촉부위와 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위를 포함한다.In addition, a magnetorheological material circulating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a closed loop vessel containing a magnetorheological fluid containing a magnetic thermal material, and a magnetic field generator for moving the magnetorheological fluid, The closed loop container includes a thermal contact portion to which a heat source for changing the magnetic property of the magnetically heating material is applied and a cooling portion to cool the magnetically heated material to which the temperature is raised.

여기서, 상기 자기열재료는 상기 열원에 의해 미리 정해진 온도 이상이 되는 경우 자성을 잃고, 상기 냉각부위에 의해 미리 정해진 온도 미만이 되는 경우 자성을 가질 수 있다.Here, the magnetism-heating material loses its magnetic property when it is heated to a predetermined temperature or higher by the heat source, and may have magnetism when it is lowered by a predetermined temperature.

또한, 상기 자기열재료는 망간철(MnFe)계열과 인(P), 비소(As), 게르마늄(Ge), 그리고 규소(Si) 중 적어도 하나 이상의 화합물일 수 있다.The magnetoresistive material may be at least one compound selected from the group consisting of manganese iron (MnFe) and phosphorus (P), arsenic (As), germanium (Ge), and silicon (Si).

또한, 상기 폐루프 용기는 비자성재료의 재질로 형성될 수 있다.Further, the closed loop container may be formed of a material of a non-magnetic material.

또한, 상기 냉각부위에 히트싱크(Heat sink)가 부착될 수 있다.Further, a heat sink may be attached to the cooling region.

또한, 에어플로(Air flow)를 발생시키는 팬을 이용하여 상기 냉각부위를 냉각시킬 수 있다.In addition, the cooling region can be cooled by using a fan that generates air flow.

또한, 상기 자기장 발생장치는 영구자석을 포함할 수 있다.In addition, the magnetic field generating device may include a permanent magnet.

또한, 상기 자기장 발생장치는 권선이 감겨진 자기회로를 더 포함할 수 있다.The magnetic field generator may further include a magnetic circuit in which a winding is wound.

또한, 상기 자기장 발생장치는 전류를 흘려 자기장을 발생시키는 전자석을 포함할 수 있다.In addition, the magnetic field generating device may include an electromagnet which generates a magnetic field by flowing an electric current.

또한, 상기 자기장 발생장치는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The magnetic field generator may further include a controller for controlling the magnitude of the current.

또한, 상기 제어부는 전류의 방향을 조절할 수 있다.In addition, the controller may adjust the direction of the current.

또한, 상기 폐루프 용기는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 상기 열원이 인가되는 열접촉부위가 위치하며, 상기 제어부는 상기 제1 영역에 제1 방향의 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생장치를 작동시키거나 상기 제2 영역에 제2 방향의 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생장치를 작동시킬 수 있다.The closed loop container may include a first region and a second region, and a thermal contact region to which the heat source is applied may be disposed between the first region and the second region, It is possible to operate a first magnetic field generating apparatus that generates a magnetic field in one direction or a second magnetic field generating apparatus that generates a magnetic field in the second direction in the second region.

또한, 상기 열원이 인가되는 열접촉부위에 상기 자기열재료의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 자기열재료가 미리 정해진 온도 이상인 경우 상기 자기장 발생장치를 작동시킬 수 있다.The magnetic field generating device may further include a temperature sensor for measuring a temperature of the magnetoresistive material at a thermal contact area to which the heat source is applied, and the control unit may operate the magnetic field generating device when the magnetoresistive material is at a predetermined temperature or higher.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치를 이용한 발전시스템은 자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기, 상기 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치, 상기 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원, 상기 자기열유체의 흐름에 의해 회전하는 터빈, 그리고 상기 터빈의 회전에 기초하여 전기에너지를 생산하는 발전기를 포함하고, 상기 폐루프 용기는 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위를 포함한다.A power generation system using a magnetorheological material circulation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a closed loop vessel containing a magnetorheological fluid containing a magnetorheological material, a magnetic field generator for moving the magnetorheological fluid, Comprising a heat source that changes the magnetic properties of the material, a turbine that rotates by the flow of the magnetothermal fluid, and a generator that produces electrical energy based on the rotation of the turbine, wherein the closed- And a cooling portion for cooling the material.

여기서, 상기 자기열재료는 상기 열원에 의해 미리 정해진 온도 이상이 되는 경우 자성을 잃고, 상기 냉각부위에 의해 미리 정해진 온도 미만이 되는 경우 자성을 가질 수 있다.Here, the magnetism-heating material loses its magnetic property when it is heated to a predetermined temperature or higher by the heat source, and may have magnetism when it is lowered by a predetermined temperature.

도한, 상기 자기열재료는 망간철(MnFe)계열과 인(P), 비소(As), 게르마늄(Ge), 그리고 규소(Si) 중 적어도 하나 이상의 화합물일 수 있다.Also, the magnetoresistive material may be a manganese iron (MnFe) series and at least one compound of phosphorus (P), arsenic (As), germanium (Ge), and silicon (Si).

본 발명의 하나의 실시예는 기계적인 유체 순환 장치 없이 유체를 순환시켜 열원의 온도를 낮추는 방열솔루션을 제공할 수 있고, 기계적인 유체 순환 장치 없이 유체를 순환시켜 전기에너지를 생산할 수 있다.One embodiment of the present invention can provide a heat dissipation solution that circulates fluid without a mechanical fluid circulation device to lower the temperature of a heat source and can produce electric energy by circulating the fluid without a mechanical fluid circulation device.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치의 기본적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 자기장 발생장치의 위치를 변형시킨 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에서 냉각부위를 변형시킨 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에서 냉각부위에 히트싱크를 부착한 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 자기열재료 순환이동장치가 냉각팬을 더 포함하는 도면이다.
도 6은 도 1의 자기장 발생장치로서 영구자석을 사용한 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 자기장 발생장치로서 전자석을 사용한 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 자기장 발생장치에 자기장을 발생시키는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 추가한 도면이다.
도 9는 도 8의 자기장 발생장치의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 7의 자기열재료 순환이동장치에 온도센서를 추가한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열유체 순환이동장치를 이용하는 발전시스템을 나타내는 도면이다.
Fig. 1 is a basic configuration diagram of a magnetic thermal material circulation moving apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing an example in which the position of the magnetic field generating device of Fig. 1 is modified. Fig.
Fig. 3 is a view showing an example in which the cooling region is modified in Fig. 1. Fig.
Fig. 4 is a view showing an example in which a heat sink is attached to a cooling region in Fig. 1. Fig.
Fig. 5 is a view of the magnetorheological material circulating apparatus of Fig. 4 further including a cooling fan.
Fig. 6 is a diagram showing an example using permanent magnets as the magnetic field generating apparatus of Fig. 1;
7 is a view showing an example of using an electromagnet as the magnetic field generating apparatus of Fig.
FIG. 8 is a view showing a magnetic field generator of FIG. 7 with a control unit for controlling the magnitude of a current for generating a magnetic field.
Fig. 9 is a view showing a modification of the magnetic field generator of Fig. 8. Fig.
10 is a view showing the addition of a temperature sensor to the magnetorheological material circulation moving device of FIG.
11 is a view showing a power generation system using a magnetorheological circulation moving device according to the first embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In the case of publicly known technologies, a detailed description thereof will be omitted.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, the term "part" in the description means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

본 발명의 실시예는 유체를 강제로 순환이동 시키기 위한 펌프를 사용하지 않고 자기열재료의 특성을 이용한 순환이동장치를 이용하여 방열 솔루션을 제공할 수 있다. 이 경우, 자기열재료의 특성을 이용한 순환이동장치를 위하여 자기열유체(Magnetocalroic fluid)를 활용한다. 이하에서는 유체 내부에 자기열재료를 적절한 크기로 채워 넣은 방식, 자기열재료를 마이크로미터 수준으로 가공하여 오일과 혼합한 자기 반응형 유체, 자기열재료를 나노스케일의 초미립자 분말로 성형하여 만든 자성유체 등을 자기열유체로 통칭하기로 한다.The embodiment of the present invention can provide a heat dissipation solution by using a circulation moving device using the characteristics of the magnetic heating material without using a pump for forced circulation of the fluid. In this case, a magnetocaloric fluid is utilized for the circulating device using the characteristics of the magnetic thermal material. Hereinafter, a method of filling a magnetic material with an appropriate size in a fluid, a magnetically responsive fluid mixed with oil by processing a magnetic material at a micrometer level, a magnetic fluid formed by molding a magnetic material into nanoscale ultrafine particles Etc. are referred to as magnetic thermal fluids.

자성유체(Magnetic Fluid)는 물이나 유기용매와 같은 액체 속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면활성제를 첨가한 유체이다.Magnetic Fluid is a fluid in which a magnetic powder is dispersed in a liquid such as water or an organic solvent in a colloidal form, and then a surfactant is added to prevent precipitation or aggregation.

자성분말은 0.01~0.02㎛의 초미립자 분말이며 초미립자 특유의 브라운 운동을 한다. 이 때문에 외부에서 자기장, 중력, 원심력 등이 가해져도 유체 속의 자성 입자의 농도는 일정하게 유지되고 자성유체의 특징을 나타낸다.The magnetic powder is an ultrafine particle powder having a particle size of 0.01 to 0.02 μm and has a Brownian motion peculiar to ultrafine particles. Therefore, even if a magnetic field, gravity, centrifugal force or the like is applied from the outside, the concentration of the magnetic particles in the fluid is kept constant and characterizes the magnetic fluid.

자성유체와 유사한 자기 반응형 유체(MR Fluid, Magnetorheological fluid)는 오일과 같은 유체 내부에 마이크로미터 수준의 자성입자를 포함한 유체를 의미하며 자기장을 인가함에 따라 유체의 겉보기점도(apparent viscosity)를 변화시킬 수 있는 지능형유체(Smart Fluid)이다. MR Fluid (Magnetorheological fluid), which is similar to a magnetic fluid, means a fluid containing magnetic particles at the micrometer level inside a fluid such as an oil. It changes the apparent viscosity of a fluid as a magnetic field is applied Smart Fluid.

본 발명의 실시예예 따른 자기열재료 순환이동장치는 폐루프 용기내에 자기열유체를 채워 넣은 상태에서 열을 인가하고 냉각하는 구조를 구비하고, 자기열재료의 이동을 유발하기 위하여 자기장 발생장치를 통해 자기장을 인가함으로써 구현 가능하다.The apparatus for circulating a magnetic thermal material according to an embodiment of the present invention includes a structure for applying and cooling heat in a state in which a magnetic thermal fluid is filled in a closed-loop container. In order to cause movement of the magnetic thermal material, It can be implemented by applying a magnetic field.

이하에서는 도 1을 참고로 하여 자기열재료 순환이동장치의 원리에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to Fig. 1, the principle of the magnetorheological material circulation moving device will be described.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치의 기본적인 구성도이다.Fig. 1 is a basic configuration diagram of a magnetic thermal material circulation moving apparatus according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기(100), 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치(200), 그리고 자기열재료의 온도에 따른 자성 특성을 변화시키는 열원(300)을 포함한다. The apparatus for circulating a magnetic material according to the first embodiment of the present invention includes a closed loop container 100 containing a magnetic thermal fluid containing a magnetic thermal material, a magnetic field generator 200 for moving a magnetic thermal fluid, And a heat source 300 that changes the magnetic characteristics according to the temperature of the thermal material.

원형 혹은 다각형의 단면형태를 가지는 폐루프 용기(100)는 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원(300)이 인가되는 열접촉부위(110)와 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위(120)를 포함한다.The closed loop container 100 having a circular or polygonal cross-sectional shape includes a thermal contact portion 110 to which a heat source 300 that changes the magnetic characteristics of the magnetic thermal material is applied and a cooling portion (120).

본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치의 동작 원리는 폐루프 용기(100) 내부에 자성이 있는 있는 물질과 자성을 잃어버린 물질이 존재하게 되는 경우, 외부 자기장의 힘에 의해 자성이 있는 물질이 자기장 쪽으로 끌려오게 되는 원리를 이용한다.The operation principle of the magnetorheological material circulating apparatus according to the first embodiment of the present invention is such that when a material having magnetism and a substance having loss of magnetism are present in the closed loop container 100, And the material with which it is attracted to the magnetic field.

자성을 띈 물질이 균일하게 분포되어 있는 폐루프 용기(100) 내부의 자기열재료는 자기장이 인가되더라도 자성분포의 균일성 때문에 한쪽 방향으로 이동될 수 없다. 폐루프 용기(100)의 열원접촉부위(110)를 통하여 외부에서 열이 인가되는 경우, 폐루프 용기(100) 내부 열원접촉부위(110) 주변의 자기열재료가 큐리온도를 넘어가 자성을 잃게 된다. 큐리온도를 넘어간 자기열재료가 폐루프 용기(100)의 냉각부위(120)를 지나가게 되는 경우, 다시 큐리온도 이하가 되어 자성을 갖게 된다. 따라서, 폐루프 용기(100) 내부에 자성이 있는 자기열재료와 자성을 잃어버린 자기열재료가 존재하게 되어 자기장에 의해 자기열재료가 한쪽 방향으로 이동될 수 있다.The magnetic heating material inside the closed loop vessel 100 in which the magnetic material is uniformly distributed can not be moved in one direction due to the uniformity of magnetic distribution even when a magnetic field is applied. When heat is applied from the outside through the heat source contact portion 110 of the closed loop container 100, the magnetorheological material around the inner heat source contact portion 110 of the closed loop container 100 exceeds the Curie temperature and loses magnetism . When the magnetically heating material that exceeds the Curie temperature passes through the cooling part 120 of the closed loop container 100, the temperature becomes lower than the Curie temperature and becomes magnetism again. Therefore, the magnetic thermal material having magnetism and the magnetorheological material having lost magnetism exist in the closed loop container 100, and the magnetic thermal material can be moved in one direction by the magnetic field.

이와 같이 열원(300)이 지속적으로 인가되고 냉각부위(120)에서 자기열재료의 냉각이 지속적으로 이루어지는 경우, 자기열재료의 순환이동이 이루어진다. 폐루프 용기(100) 내부의 자기열재료는 온도분포가 평형상태에 이르러 큐리온도를 넘어 자성을 잃은 부분과 큐리온도 이하의 자성을 갖는 부분이 일정하게 존재하게 된다. 이렇게 자성이 불균일하게 분포된 재료 혹은 유체상태의 재료에 자기장이 인가되는 경우, 자기열재료를 포함한 자기열유체의 이동은 계속적으로 발생하게 되므로 본 발명에서 이루고자 하는 순환이동이 지속적으로 유지될 수 있다.When the heat source 300 is continuously applied and cooling of the magnetic thermal material is continuously performed in the cooling region 120, the magnetic thermal material is circulated and moved. The magnetic heating material inside the closed loop vessel 100 has a portion where the temperature distribution becomes equal to the equilibrium state and a portion where the magnetism is lost beyond the Curie temperature and a portion having magnetism below the Curie temperature are constantly present. When a magnetic field is applied to a material having a non-uniform magnetic distribution or a material having a fluid state, the movement of the magnetic thermal fluid including the magnetic thermal material continuously occurs, so that the circulation movement to be achieved in the present invention can be continuously maintained .

자기장 발생장치(200)는 폐루프 용기(100) 내부의 자기열재료를 끌어당겨 자기열유체를 이동시킬 수 있도록 폐루프 용기(100) 외부에 부착될 수 있다. 자기장 발생장치(200)는 주로 폐루프 용기(100) 외부에 위치하여 자기장을 발생시키는 것이 기본적이고 활용도가 높을 수 있다.The magnetic field generator 200 may be attached to the outside of the closed loop container 100 so as to attract magnetic thermal material inside the closed loop container 100 to move the magnetic thermal fluid. Generally, the magnetic field generator 200 is located outside the closed loop container 100 to generate a magnetic field, and the magnetic field generator 200 may be highly utilized.

이러한 폐루프 용기(100) 외부의 자기장을 내부의 자기열재료에 도달시키기 위해서 폐루프 용기(100)의 재질은 자기장을 통과시키는 비자성재료를 활용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 폐루프 용기(100)를 형성하는 재질은 통상의 플라스틱이나 유리일 수 있다. 스테인레스 스틸의 경우도 다양한 조성이 있기 때문에 폐루프 용기(100)를 형성하는 재질이 될 수 있다. 또한, 자석을 가까이 가져갔을 때 달라붙지 않으면서 강성이 좋은 재질로 폐루프 용기(100)를 형성할 수 있다.In order to allow the magnetic field outside this closed-loop container 100 to reach the internal magnetically-heating material, the material of the closed-loop container 100 preferably utilizes a nonmagnetic material that passes through the magnetic field. For example, the material forming the closed-loop container 100 may be ordinary plastic or glass. In the case of stainless steel, since it has various compositions, it can be a material for forming the closed loop container 100. Further, the closed loop container 100 can be formed of a rigid material without sticking when the magnet is brought close to the magnet.

특수한 목적에서 자성재료로 폐루프 용기(100)를 만들어야 하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 폐루프 용기(100) 내부에 자기장 발생장치(200)를 설치할 수 있다.When the closed loop container 100 is made of a magnetic material for a specific purpose, the magnetic field generator 200 may be installed in the closed loop container 100 as shown in FIG.

도 2는 도 1의 자기장 발생장치의 위치를 변형시킨 예를 나타내는 도면이다.Fig. 2 is a view showing an example in which the position of the magnetic field generating device of Fig. 1 is modified. Fig.

특수한 목적에서 폐루프 용기(100)를 자성재료로 만들어야 하는 경우, 폐루프 용기(100) 내부의 자기장 발생장치(200)로 영구자석(201)을 이용할 수 있다. 폐루프 용기(100) 내부에 유체의 흐름을 이끌어내고자 하는 방향으로 영구자석(201)을 배치하는 경우, 비균일 자성재료로 채워진 자기열유체의 자성을 갖는 부분을 당기는 인력을 만들 수 있다. 영구자석의 뒤쪽으로 열원(300)을 계속 인가하는 경우 자기열유체의 지속적인 흐름을 발생시킬 수 있다.When the closed loop container 100 is made of a magnetic material for a specific purpose, the permanent magnet 201 can be used as the magnetic field generator 200 in the closed loop container 100. When the permanent magnet 201 is arranged in a direction to draw the flow of fluid inside the closed-loop container 100, it is possible to make attractive force pulling the magnetic portion of the magnetic thermal fluid filled with the non-uniform magnetic material. If the heat source 300 is continuously applied to the rear side of the permanent magnet, a continuous flow of the magnetothermal fluid can be generated.

열원(300)은 자기열재료의 온도를 상승시켜 자기열재료의 자성 특성을 변화시킨다. 본 발명의 실시예에 따른 열원(300)은 고의적으로 발생시킨 열원이 아닌 태양열, 전자 부품에서 발생되는 열, 난방장치에서 발생되는 열, 냉각을 필요로 하는 각종 시설에서의 열 등이 활용될 수 있다. 이러한 열원(300)에 의해서는 자기열재료의 온도를 크게 상승시키기 어려우므로 상온 근방에서 자기열효과를 보이는 자기열재료가 필요하다.The heat source 300 increases the temperature of the magnetic heating material to change the magnetic characteristics of the magnetic heating material. The heat source 300 according to the embodiment of the present invention can be utilized not only by a deliberately generated heat source but also by solar heat, heat generated in electronic components, heat generated in a heating device, and heat in various facilities requiring cooling have. Since it is difficult to increase the temperature of the magnetic heating material by such a heat source 300, a magnetic heating material showing a magnetic heating effect near room temperature is required.

또한, 자기장 발생장치(200)로서 우수한 영구자석을 사용하기 위해서는 상온 근방에서 자기열효과를 보이는 자기열재료가 필요하다. 자기열효과를 활용하기 위해서는 직류 자기장이 필요한데 이를 발생시키기 가장 편리하고 효율적인 방법은 영구자석을 사용하는 것이다. 그러나 대부분의 영구자석은 열에 민감하므로 온도가 높은 영역에서는 사용할 수 없다. 가장 우수한 영구자석 특성을 갖고 있어 가장 많이 사용되는 Nd계열의 영구자석은 100? 근방에서 특성이 급속히 저하된다. 따라서, 우수한 영구자석을 사용하기 위해서는 상온 근방에서 자기열효과를 보이는 자기열재료가 필요하고, 자기열재료는 상온 근방의 큐리온도를 갖는 것이 바람직하다.Further, in order to use an excellent permanent magnet as the magnetic field generator 200, a magnetoresistive material showing a magnetic heat effect near room temperature is required. To utilize the magnetothermal effect, a DC magnetic field is required. The most convenient and efficient way to generate this is to use a permanent magnet. However, most permanent magnets are sensitive to heat and can not be used in areas with high temperatures. It has the best permanent magnet characteristics and the most used Nd series permanent magnet is 100? The characteristic is rapidly deteriorated in the vicinity. Therefore, in order to use an excellent permanent magnet, a magnetically-heating material exhibiting a magnetothermal effect near room temperature is required, and the magnetically-heating material preferably has a Curie temperature near room temperature.

아래 표 1은 자기열재료의 재질별 큐리온도 및 가용한 물량을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the Curie temperature and the available water volume for each material of magnetic thermal material.

재질material 제약 성분Pharmaceutical ingredient Curie 온도(?)Curie temperature (?) 가용량[t]Available volume [t] 비 고Remarks IronIron -- 748748 제한 없음No limit -- MagnetiteMagnetite -- 585585 제한 없음No limit 자성유체Magnetic fluid Gd metalGd metal GdGd 1919 1,0001,000 저온에서 거대자기열효과
(Giant Magnetocaloric effect)
Giant magnetothermal effect at low temperature
(Giant Magnetocaloric effect)
Gd4(Si1-xGex)5Gd4 (Si1-xGex) 5 GeGe -143 ~ -3-143 ~ -3 140140 La(Fe,Si)13HyLa (Fe, Si) 13Hy LaLa -73 ~ 57-73 ~ 57 22,00022,000 MnFe(P,As)
(P, Ge, Si)
MnFe (P, As)
(P, Ge, Si)
-- -123 ~ 67
-23 ~ 307
-123 ~ 67
-23 ~ 307
제한 없음No limit

위 표 1에 기재된 바와 같이, 가돌리늄(Gd)은 큐리온도가 19?로 상온에서 활용하기 좋은 자기열재료이나 희귀재료로서 상용화하는데 문제가 있다. 망간철(MnFe)계열과 인(P), 비소(As), 게르마늄(Ge), 규소(Si) 중 적어도 하나 이상의 화합물은 상온에서도 큐리온도를 가지는 특성을 가지기 때문에 자기열재료로 상용화될 수 있다.As shown in Table 1 above, gadolinium (Gd) has a problem in commercialization as a magnetorheological material or a rare material which can be utilized at room temperature at a Curie temperature of 19 ?. At least one of manganese iron (MnFe), phosphorus (P), arsenic (As), germanium (Ge) and silicon (Si) has a Curie temperature at room temperature and can be used as a magnetic thermal material .

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치의 냉각방법의 예를 설명한다.Hereinafter, with reference to Figs. 3 to 5, an example of a cooling method of the magnetorheological material circulation moving apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 3은 도 1에서 냉각부위를 변형시킨 예를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1에서 냉각부위에 히트싱크를 부착한 예를 나타내는 도면이다. 도 5는 도 4의 자기열재료 순환이동장치가 냉각팬을 더 포함하는 도면이다.Fig. 3 is a view showing an example in which a cooling region is modified in Fig. 1, and Fig. 4 is a view showing an example in which a heat sink is attached to a cooling region in Fig. Fig. 5 is a view of the magnetorheological material circulating apparatus of Fig. 4 further including a cooling fan.

자기열재료를 냉각시키기 위해 폐루프 용기(100)의 냉각부위(120)의 길이를 길게 하여 상온이 유지되는 공기 중에 노출시킴으로써 자연적으로 온도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 폐루프 용기(100)의 냉각부위(120)를 라디에이터 형상으로 구성하여 냉각부위(120)의 길이를 길게 할 수 있다.The length of the cooling part 120 of the closed loop container 100 is lengthened to cool the magnetically heating material, and the temperature is naturally reduced by exposing the air to the room temperature. For example, as shown in FIG. 3, the cooling part 120 of the closed loop container 100 may be formed in a radiator shape to increase the length of the cooling part 120.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이 폐루프 용기(100)의 냉각부위(120)에 방열면적을 극대화한 히트싱크(Heat sink)(121)를 부착할 수 있다. 열원(300)의 발열량에 따라 방열면적을 넓힌 히트싱크(121)를 사용함으로써 자기열재료를 냉각시켜 다시 자성을 갖게 할 수 있다.4, a heat sink 121 having a maximized heat dissipation area can be attached to the cooling part 120 of the closed-loop container 100. As shown in Fig. By using the heat sink 121 having a wider heat dissipating area according to the amount of heat generated by the heat source 300, the magnetic thermal material can be cooled to have magnetism again.

열원(300)이 너무 많아 히트싱크(121)에 의한 자연적인 방열로 불충분할 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이, 강제로 에어플로(Air flow)를 발생시키는 팬(122)을 추가하여 냉각효율을 높일 수 있다.If the heat source 300 is too large and natural heat dissipation by the heat sink 121 is insufficient, a fan 122 for generating an air flow is added as shown in FIG. 5, .

이하에서는 도 6 내지 도 10을 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치의 변형예에 대해 설명한다.Hereinafter, a variation of the magnetic thermal material circulating apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10. FIG.

도 6은 도 1의 자기장 발생장치로서 영구자석을 사용한 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 1의 자기장 발생장치로서 전자석을 사용한 예를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7의 자기장 발생장치에 자기장을 발생시키는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 추가한 도면이다. 도 9는 도 8의 자기장 발생장치의 변형예를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 7의 자기열재료 순환이동장치에 온도센서를 추가한 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing an example of using permanent magnets as the magnetic field generating apparatus of Fig. 1, and Fig. 7 is a diagram showing an example of using electromagnets as the magnetic field generating apparatus of Fig. FIG. 8 is a view showing a magnetic field generator of FIG. 7 with a control unit for controlling the magnitude of a current for generating a magnetic field. FIG. 9 is a view showing a modified example of the magnetic field generating apparatus of FIG. 8, and FIG. 10 is a diagram showing a temperature sensor added to the magnetic material circulating moving apparatus of FIG.

도 6에 도시한 제2 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 자기장 발생장치(200)로 영구자석(210)을 사용한다. 영구자석(210)은 폐루프 용기(100)에 부착될 수 있다. 또한, 규소강판 또는 페라이트(ferrite)와 같은 투자율이 높은 자기회로를 이용하여 영구자석(210)의 자기장의 세기를 증가시킬 수 있다. 자기장 발생장치(200)로 영구자석(210)을 사용하는 경우, 인가된 열원 이외에 아무런 외부적인 에너지 공급원 없이 유체의 흐름을 지속적으로 발생시킬 수 있다.6, the permanent magnet 210 is used as the magnetic field generating apparatus 200. The permanent magnet 210 is a permanent magnet. The permanent magnet 210 may be attached to the closed loop container 100. Also, the strength of the magnetic field of the permanent magnet 210 can be increased by using a high magnetic permeability magnetic circuit such as a silicon steel plate or ferrite. When the permanent magnet 210 is used as the magnetic field generator 200, the flow of the fluid can be continuously generated without any external energy source other than the applied heat source.

도 7에 도시한 제3 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 자기장 발생장치(200)로 전기적으로 전류를 흘려 자기장을 발생시키는 전자석(220)을 사용한다. 전자석(220)을 사용하는 경우, 전류를 공급하기 위한 전원공급장치(230)가 필요할 수 있다.7 uses an electromagnet 220 for generating a magnetic field by flowing an electric current electrically to the magnetic field generator 200. The magnetorheological material circulating apparatus according to the third embodiment shown in Fig. When the electromagnet 220 is used, a power supply 230 for supplying current may be required.

한편, 도면에 별도로 도시하지는 않았지만 영구자석을 이용함으로써 기본적으로 자기장을 형성하고 별도의 권선이 감겨진 자기회로를 이용하여 자기장의 세기를 키우거나 줄일 수 있다. On the other hand, although not shown in the drawing, a magnetic field can be basically formed by using permanent magnets, and the strength of a magnetic field can be increased or decreased by using a magnetic circuit in which a separate winding is wound.

도 8에 도시한 바와 같이 제3 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치의 자기장 발생장치(200)는 전류의 크기를 조절할 수 있는 제어부(240)를 더 포함할 수 있다. 자기장 발생장치(200)가 제어부(240)를 포함하는 경우, 제어부(240)의 판단에 따라 전류를 On/Off하여 자기열재료의 흐름을 발생시키거나 차단할 수 있다. 또한, 제어부(240)의 명령에 따라 전자석(220)의 전류의 크기를 변경함으로써 자기열재료의 이동 속도를 조절하는 제어를 할 수 있다. 또한, 제어부(240)가 전자석(220)의 전류의 방향을 변경함으로써 자기열재료의 이동 방향을 조절할 수 있다. 전자석(220)의 전류의 방향을 변경하는 경우 전자석(220)의 극성이 반대 방향으로 달라지게 되어 자기열재료의 이동 방향이 시계방향에서 반시계방향 또는 반시계방향에서 시계방향으로 바뀔 수 있다.As shown in FIG. 8, the magnetic field generator 200 of the magnetoresistive material circulating apparatus according to the third embodiment may further include a controller 240 that can adjust the magnitude of the current. When the magnetic field generating apparatus 200 includes the control unit 240, the control unit 240 can turn on / off the current according to the determination to generate or block the flow of the magnetic heating material. Also, by controlling the magnitude of the electric current of the electromagnet 220 in response to a command from the control unit 240, it is possible to control the movement speed of the magnetic thermal material. In addition, the control unit 240 can adjust the moving direction of the magnetic thermal material by changing the direction of the electric current of the electromagnet 220. When the direction of the electric current of the electromagnet 220 is changed, the polarity of the electromagnet 220 is changed in the opposite direction, so that the moving direction of the magnetic thermal material can be changed from the counterclockwise direction or the counterclockwise direction to the clockwise direction.

도 9에 도시한 바와 같이 제어부(240)를 포함한 도 8의 자기열재료 순환이동장치는 열원을 사이에 두고 복수개의 전자석(220, 221)을 배치하여 필요에 따라 자기열재료의 흐름의 방향을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부(240)의 판단에 따라 열원의 위쪽에 있는 전자석(220)을 작동시키는 경우에는 자기열재료의 이동 방향을 시계방향으로 할 수 있고, 열원의 아래쪽에 있는 전자석(221)을 작동시키는 경우에는 자기열재료의 이동 방향을 반시계방향으로 할 수 있다. 이 경우, 열원의 위쪽에 있는 전자석(220)과 열원의 아래쪽에 있는 전자석(221)에 흐르는 전류의 방향을 다르게 하여 각각의 전자석(220, 221)의 자기장 방향을 서로 달라지게 할 수 있다.As shown in Fig. 9, the magnetorheological material circulating device of Fig. 8 including the control unit 240 has a plurality of electromagnets 220 and 221 disposed therebetween with a heat source interposed therebetween, Can be changed. For example, when the controller 220 operates the electromagnet 220 above the heat source, the direction of movement of the magnetizable material can be clockwise, and the electromagnet 221 located below the heat source In the case of operation, the moving direction of the magnetic thermal material can be set to the counterclockwise direction. In this case, the directions of the electric currents flowing through the electromagnets 220 on the upper side of the heat source and the electromagnets 221 on the lower side of the heat source are made different from each other, so that the directions of the magnetic fields of the electromagnets 220 and 221 can be made different from each other.

도 10에 도시한 바와 같이 제어부(240)를 포함한 도 8의 자기열재료 순환이동장치는 열원(300)이 인가되는 열접촉부위(110)에 자기열재료의 온도를 측정하는 온도 센서(400)를 더 포함할 수 있다. 제어부(240)는 온도 센서(400)로부터 자기열재료의 온도 정보를 수집하여 자기열재료의 온도가 큐리온도를 넘은 경우에 전자석(220)을 작동시킨다. 자기열재료의 온도가 큐리온도를 넘기 전에는 자성분포의 균일성 때문에 자기장을 인가하여도 재료의 순환이동을 발생시킬 수 없으므로 제어부(240)는 자기열재료의 온도가 큐리온도를 넘은 경우에만 전자석(220)을 작동시킬 수 있다.As shown in FIG. 10, the magnetorheological material circulating apparatus of FIG. 8 including the control unit 240 includes a temperature sensor 400 for measuring the temperature of the magnetic heating material at a thermal contact site 110 to which the heat source 300 is applied, As shown in FIG. The control unit 240 collects temperature information of the magnetic heating material from the temperature sensor 400 and operates the electromagnet 220 when the temperature of the magnetic heating material exceeds the Curie temperature. Because the uniformity of the magnetic distribution is uniform before the temperature of the magnetic heating material exceeds the Curie temperature, the circulation movement of the material can not be generated even if a magnetic field is applied. Therefore, 220 can be operated.

본 발명의 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장지는 냉각시스템에 활용될 수 있다. 전기전자 제품의 경우 CPU, FPGA 등에서 수W~수십W의 집중된 발열이 존재하고 이러한 발열에 의해 부품의 온도가 올라가면 제품의 수명이 급격히 짧아지게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 이러한 부품의 발열을 열원(300)으로 하여 부품의 온도를 낮출 수 있다.The magnetothermal material circulation mobile device according to the embodiment of the present invention can be utilized in a cooling system. In the case of electric and electronic products, there is a concentrated heat of several W to several tens of W in the CPU, FPGA, etc., and if the temperature of the component rises due to such heat generation, the life of the product is shortened sharply. The magnetic material circulating and moving apparatus according to the embodiment of the present invention can reduce the temperature of the component by using the heat source 300 as the heat generation component.

본 발명의 실시예에 따른 자기열재료 순환이동장치는 유체를 순환시키기 위한 펌프와 같은 별도의 기계식 장치 없이 부품의 발열을 열원(300)으로 하여 제품 또는 부품을 냉각시킬 수 있으므로, 순환이동장치의 고장이 덜 발생하게 되어 냉각 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.Since the magnetic thermal material circulating apparatus according to the embodiment of the present invention can cool a product or a part using the heat source 300 as the heat source of the component without a separate mechanical device such as a pump for circulating the fluid, The failure is less likely to occur and the durability of the cooling apparatus can be improved.

도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기열유체 순환이동장치를 이용하는 발전시스템을 나타내는 도면이다. 11 is a view showing a power generation system using a magnetorheological circulation moving device according to the first embodiment of the present invention.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전시스템은 도 1에 도시한 구성에 추가적으로, 자기열유체의 흐름에 의해 회전하는 터빈(500), 그리고 터빈(500)의 회전에 기초하여 전기에너지를 생산하는 발전기(700)를 포함한다. 자기열유체 내부에 설치되는 터빈(500)은 자기열유체의 흐름을 회전운동에너지로 변환시켜주고, 회전운동에너지를 회전축(600)을 통해 발전기(700)에 전달할 수 있다. 도 11에서 발전기(700)는 회전운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 역할을 담당한다. 발전기(700)로는 회전운동에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 교류발전기, 직류발전기 등 어떠한 방식의 발전기가 사용될 수 있다.11, the power generation system according to the first embodiment of the present invention includes, in addition to the configuration shown in FIG. 1, a turbine 500 that rotates by the flow of a magnetic thermal fluid, And a generator 700 for generating electric energy based on the electric energy. The turbine 500 installed in the magnetic thermal fluid can convert the flow of the magnetic thermal fluid into the rotational kinetic energy and transmit the rotational kinetic energy to the generator 700 through the rotary shaft 600. In FIG. 11, the generator 700 plays a role of converting rotational kinetic energy into electric energy. As the generator 700, any type of generator such as an alternator or a DC generator capable of converting rotational kinetic energy into electric energy can be used.

본 발명의 제1 실시예에 따른 발전시스템은 도 1에 도시한 실시예뿐만 아니라 도 2 내지 도 10에 도시한 실시예에도 적용될 수 있다.The power generation system according to the first embodiment of the present invention can be applied not only to the embodiment shown in FIG. 1 but also to the embodiments shown in FIG. 2 to FIG.

본 발명의 제1 실시예에 따른 발전시스템은 자기열재료의 특성을 이용하여 열을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 분야에 적용될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전시스템은 폐열, 태양열, 지열을 유동화된 자기열재료(자기열유체)에 인가하여 흐름을 발생시킨 후 운동에너지로 변환하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전시스템은 지속적인 유체의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있기 때문에 연속적으로 전력을 생산할 수 있다.The power generation system according to the first embodiment of the present invention can be applied to an energy harvesting field for converting heat into electrical energy using the characteristics of the magnetic thermal material. In the power generation system according to the first embodiment of the present invention, waste heat, solar heat, and geothermal heat are applied to a fluidized magnetoresistive material (magnetic thermal fluid) to generate a flow and then converted into kinetic energy to produce electric energy. The power generation system according to the first embodiment of the present invention can continuously generate electric power because electric energy can be produced using a continuous flow of fluid.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

100 : 폐루프 용기 110 : 열접촉부위
120 : 냉각부위 121 : 히트싱크
122 : 냉각팬 200 : 자기장 발생장치
210 : 영구자석 220 : 전자석
230 : 전원공급장치 240 : 제어부
300 : 열원 400 : 온도 센서
500 : 터빈 600 : 회전축
700 : 발전기
100: closed loop container 110: thermal contact area
120: cooling region 121: heat sink
122: cooling fan 200: magnetic field generator
210: permanent magnet 220: electromagnet
230: power supply unit 240:
300: heat source 400: temperature sensor
500: turbine 600: rotary shaft
700: generator

Claims (17)

자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기,
상기 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치, 그리고
상기 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원을 포함하고,
상기 폐루프 용기는 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위를 포함하는 자기열재료 순환이동장치.
A closed loop vessel containing a magnetically heated fluid containing a magnetically heating material,
A magnetic field generating device for moving the magnetothermal fluid, and
And a heat source for changing the magnetic property of the magnetically heating material,
Wherein the closed loop container includes a cooling portion for cooling the magnetically heated material with a raised temperature.
자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기, 그리고
상기 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치를 포함하고,
상기 폐루프 용기는 상기 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원이 인가되는 열접촉부위와 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위를 포함하는 자기열재료 순환이동장치.
A closed loop vessel containing a magnetic thermal fluid containing a magnetic thermal material, and
And a magnetic field generating device for moving the magnetothermal fluid,
Wherein the closed loop container includes a thermal contact portion to which a heat source for changing a magnetic characteristic of the magnetically heating material is applied and a cooling portion to cool the magnetically heated material to which the temperature is raised.
제1항 또는 제2항에서,
상기 자기열재료는 상기 열원에 의해 미리 정해진 온도 이상이 되는 경우 자성을 잃고, 상기 냉각부위에 의해 미리 정해진 온도 미만이 되는 경우 자성을 갖는 자기열재료 순환이동장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the magnetic heating material loses its magnetic property when it is heated by the heat source to a predetermined temperature or more and has magnetism when it is lower than a predetermined temperature by the cooling area.
제3항에서,
상기 자기열재료는 망간철(MnFe)계열과 인(P), 비소(As), 게르마늄(Ge), 그리고 규소(Si) 중 적어도 하나 이상의 화합물인 자기열재료 순환이동장치.
4. The method of claim 3,
Wherein the magnetic thermal material is at least one compound selected from the group consisting of manganese iron (MnFe), phosphorus (P), arsenic (As), germanium (Ge), and silicon (Si).
제1항 또는 제2항에서,
상기 폐루프 용기는 비자성재료의 재질로 형성되는 자기열재료 순환이동장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the closed loop container is formed of a material of a non-magnetic material.
제1항 또는 제2항에서,
상기 냉각부위에 히트싱크(Heat sink)가 부착되는 자기열재료 순환이동장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
And a heat sink is attached to the cooling region.
제6항에서,
에어플로(Air flow)를 발생시키는 팬을 이용하여 상기 냉각부위를 냉각시키는 자기열재료 순환이동장치.
The method of claim 6,
And a cooling portion is cooled by using a fan that generates air flow.
제1항 또는 제2항에서,
상기 자기장 발생장치는 영구자석을 포함하는 자기열재료 순환이동장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the magnetic field generator comprises a permanent magnet.
제8항에서,
상기 자기장 발생장치는 권선이 감겨진 자기회로를 더 포함하는 자기열재료 순환이동장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the magnetic field generator further comprises a magnetic circuit around which a winding is wound.
제1항 또는 제2항에서,
상기 자기장 발생장치는 전류를 흘려 자기장을 발생시키는 전자석을 포함하는 자기열재료 순환이동장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the magnetic field generating device includes an electromagnet for generating a magnetic field by flowing an electric current.
제10항에서,
상기 자기장 발생장치는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 더 포함하는 자기열재료 순환이동장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the magnetic field generator further comprises a control unit for controlling the magnitude of the current.
제11항에서,
상기 제어부는 전류의 방향을 조절하는 자기열재료 순환이동장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the control unit adjusts the direction of the current.
제11항에서,
상기 폐루프 용기는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 상기 열원이 인가되는 열접촉부위가 위치하며,
상기 제어부는 상기 제1 영역에 제1 방향의 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생장치를 작동시키거나 상기 제2 영역에 제2 방향의 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생장치를 작동시키는 자기열재료 순환이동장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the closed loop container includes a first region and a second region,
A thermal contact portion to which the heat source is applied is positioned between the first region and the second region,
Wherein the control unit is operable to actuate a first magnetic field generator for generating a magnetic field in a first direction in the first region or to activate a second magnetic field generator in the second region for generating a magnetic field in a second direction, Mobile device.
제11항에서,
상기 열원이 인가되는 열접촉부위에 상기 자기열재료의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 자기열재료가 미리 정해진 온도 이상인 경우 상기 자기장 발생장치를 작동시키는 자기열재료 순환이동장치.
12. The method of claim 11,
Further comprising a temperature sensor for measuring a temperature of the magnetic heating material at a thermal contact portion to which the heat source is applied,
Wherein the control section operates the magnetic field generating apparatus when the magnetically heating material is at a predetermined temperature or higher.
자기열재료가 포함된 자기열유체를 담고 있는 폐루프 용기,
상기 자기열유체를 이동시키는 자기장 발생장치,
상기 자기열재료의 자성 특성을 변화시키는 열원,
상기 자기열유체의 흐름에 의해 회전하는 터빈, 그리고
상기 터빈의 회전에 기초하여 전기에너지를 생산하는 발전기를 포함하고,
상기 폐루프 용기는 온도가 상승된 자기열재료를 냉각시키는 냉각부위를 포함하는 자기열재료 순환이동장치를 이용한 발전시스템.
A closed loop vessel containing a magnetically heated fluid containing a magnetically heating material,
A magnetic field generating device for moving the magnetothermal fluid,
A heat source for changing the magnetic property of the magnetically-
A turbine rotating by the flow of the magnetothermal fluid, and
And a generator for producing electric energy based on rotation of the turbine,
Wherein the closed-loop vessel includes a cooling portion for cooling the magnetically-heated material with a raised temperature.
제15항에서,
상기 자기열재료는 상기 열원에 의해 미리 정해진 온도 이상이 되는 경우 자성을 잃고, 상기 냉각부위에 의해 미리 정해진 온도 미만이 되는 경우 자성을 갖는 자기열재료 순환이동장치를 이용한 발전시스템.
16. The method of claim 15,
Wherein the magnetic heating material loses magnetism when it is heated to a temperature that is higher than a predetermined temperature by the heat source and has magnetism when it is lower than a predetermined temperature by the cooling portion.
제16항에서,
상기 자기열재료는 망간철(MnFe)계열과 인(P), 비소(As), 게르마늄(Ge), 그리고 규소(Si) 중 적어도 하나 이상의 화합물인 자기열재료 순환이동장치를 이용한 발전시스템.
17. The method of claim 16,
Wherein the magnetically heating material is at least one compound selected from the group consisting of manganese iron (MnFe), phosphorus (P), arsenic (As), germanium (Ge) and silicon (Si).
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KR102104011B1 (en) * 2020-02-28 2020-04-23 제주대학교 산학협력단 Gadolinium Heat conversion Generator of propeller type
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