KR100577323B1 - Device using low-temperature plasma for generating electrical power - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마의 열 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 저온 플라즈마 발전장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치는 음극(2)과 양극(4)을 구비한 본체(1), 원추형 노즐 형태의 비임루트(10), 나사(11)에 의해 상기 비임루트(10)에 고정되는 진공챔버(12), 상기 본체(1) 내부를 진공상태로 유지하는 터빈분자펌프(31), 상기 진공챔버(12)에 위치한 반원뿔 형태의 관을 형성하는 제 1 전극(14, 15), 상기 반원뿔 형태의 관(15) 내부에 설치된 제 2 전극(16) 및 케이스(22) 하단에 설치된 타겟(19)을 포함하고 있다.The present invention relates to a low-temperature plasma generator that converts thermal energy of plasma into electrical energy. The low temperature plasma power generation apparatus according to the present invention is fixed to the beamroot 10 by a main body 1 having a cathode 2 and an anode 4, a beamroot 10 in the form of a conical nozzle, and a screw 11. The first vacuum chamber 12, the turbine molecular pump 31 for maintaining the inside of the main body 1 in a vacuum state, and the first electrodes 14 and 15 forming a semi-conical tube located in the vacuum chamber 12. In addition, the semi-conical tube 15 includes a second electrode 16 installed inside the target 22 and a target 19 installed at the bottom of the case 22.

상기 진공챔버(12) 내부에서 전자비임(34)을 상기 타겟(19)에 조사하면, 상기 타겟(19)의 표면층에서 금속입자가 기화된다. 기화된 금속입자는 전자와 이온의 플라즈마 상태로 되고, 상기 전자와 이온을 기계 물리학적으로 고속회전시킨다. 고속회전된 전자와 이온은 고유의 질량차에 의해 두 그룹으로 분리되어 포집되고, 분리 포집된 전자와 이온간에는 상호 전위차에 의해 운동에너지가 발생되고 이는 직류전기로 변환된다.When the electron beam 34 is irradiated to the target 19 in the vacuum chamber 12, metal particles are vaporized in the surface layer of the target 19. The vaporized metal particles are in a plasma state of electrons and ions, and the electrons and ions are rotated mechanically at high speed. Electrons and ions rotated at high speed are separated into two groups by inherent mass differences, and kinetic energy is generated by mutual potential difference between the separated and collected electrons and ions, which are converted into direct current electricity.

본체, 진공챔버, 비임루트, 제 1 전극, 제 2 전극, 타겟, 터빈분자펌프, 전자비임, 회전식 받침대, 타겟용기.Main body, vacuum chamber, beam root, first electrode, second electrode, target, turbine molecular pump, electron beam, rotary pedestal, target container.

Description

저온 플라즈마 발전장치{DEVICE USING LOW-TEMPERATURE PLASMA FOR GENERATING ELECTRICAL POWER}Low Temperature Plasma Generator {DEVICE USING LOW-TEMPERATURE PLASMA FOR GENERATING ELECTRICAL POWER}

도 1은 본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치의 구성도.1 is a block diagram of a low-temperature plasma power generation apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치의 내부에서 플라즈마가 이온과 전자로 분리된 상태를 촬영한 사진.Figure 2 is a photograph taken a state in which the plasma is separated into ions and electrons in the low-temperature plasma generator according to the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

1 : 본체 2 : 음극 3 : 음극성 전극1 body 2 cathode 3 cathode electrode

4 : 양극 5 : 링 6 : 마그네틱 렌즈4: anode 5: ring 6: magnetic lens

8 : 너트 9 : 부시 10 : 비임 루트8: nut 9: bush 10: beam root

11 : 나사 12 : 진공챔버 13 : 구멍11 screw 12 vacuum chamber 13 hole

14, 15 : 제 1 전극 16 : 제 2 전극 17, 18 : 전기코일 14, 15: first electrode 16: second electrode 17, 18: electric coil

19 : 타겟 20 : 타겟용기 21 : 회전식 받침대 19: target 20: target container 21: rotary base

22 : 케이스 23 : 이온화가스 공급기 24 : 트랜스 22 case 23 an ionization gas supply 24 transformer

25, 26 : 케이블 27, 29 : 스위치 28 : 전기 소비원 25, 26: cable 27, 29: switch 28: electricity consumption source

30, 32 : 도관 31 : 터빈분자펌프 33 : 예비진공펌프 30, 32: conduit 31: turbine molecular pump 33: pre-vacuum pump

34 : 전자비임 35 : 플라즈마 덩어리 36 : 플라즈마 채널34: electron beam 35: plasma mass 36: plasma channel

본 발명은 전기적 에너지를 생산하기 위한 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마의 열 에너지를 전기적 에너지로 전환하는 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation apparatus for producing electrical energy, and more particularly, to a power generation apparatus for converting thermal energy of plasma into electrical energy.

21세기 세계인류는 급속히 증가하는 세계인구와 전 세계적인 공업화로 인하여 그 어느때 보다 인류 생존에 심각한 도전을 받고 있다. 특히, 에너지 문제와 환경문제는 이미 위험수위에 도달해 있어, 환경문제를 일으키지 않는 대체 에너지의 개발이 시급한 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 저온 플라즈마의 열 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전장치이다.The world's humankind in the 21st century is faced with more serious challenges to human survival than ever before due to the rapidly increasing global population and global industrialization. In particular, since energy and environmental problems have already reached the level of danger, it is urgent to develop alternative energy that does not cause environmental problems. Developed to solve this problem is a power generation device that converts thermal energy of low-temperature plasma into electrical energy.

플라즈마란, 아주 높은 온도에서 기체분자가 전자와 이온으로 분리된 제 4의 물질상태를 일컫는다. 다시 말해, 고온에서 운동에너지가 큰 기체가 상호 충돌에 의해 원자나 분자로부터 음전하를 띈 전자가 분리되어, 전자와 양전기를 띈 이온이 혼돈상태로 섞여 있는 것이 플라즈마이다. 플라즈마 상태의 기체는 음전하와 양전하의 수가 거의 같은 밀도로 분포하는 전기적으로 거의 중성인 상태이다. Plasma refers to a fourth state of matter in which gas molecules are separated into electrons and ions at very high temperatures. In other words, at a high temperature, a gas having a large kinetic energy is separated from an atom or a molecule by electron collision, and electrons and positive ions are mixed in a chaotic state. Gas in the plasma state is an electrically almost neutral state in which the number of negative and positive charges is distributed at about the same density.

상기 전자와 이온은 온도가 같을 경우 이온에 비해 질량이 훨씬 가벼운 전자가 열운동에 있어서 이온보다 훨씬 빠른 운동을 한다. 또한 플라즈마 내에서 강한 진동이 일어날 수 있는데 이를 플라즈마 진동(plasma oscillation)이라 한다. When the electrons and ions have the same temperature, the electrons much lighter than the ions move much faster than the ions in thermal motion. In addition, strong vibrations may occur in the plasma, which is called plasma oscillation.

플라즈마 진동이란 플라즈마의 준중성적인 특성과 관계가 있다. 만일 플라 즈마 내부에 약간의 전하 불균형이 발생하면 즉시 전기장이 형성되고 이온에 비해 움직임도(mobility)가 큰 전자가 강한 전기력을 받게 된다. 상기 전자는 이온영역으로 큰 가속도로 이동하게 되고, 가속도가 큰 만큼 바로 정지하지 못하고 이온영역을 지나치게 된다. 다시 전자는 반대방향으로 발생한 전기력에 이끌려 중성을 유지하기 위해 가속하게 되는 현상이 반복된다. 이는 플라즈마가 전기적으로 중성을 유지하려는 경향이 크다는 것을 보여준다.Plasma vibration is related to the quasi-neutral characteristics of plasma. If a slight charge imbalance occurs inside the plasma, an electric field is formed immediately, and electrons with greater mobility than ions receive a strong electric force. The electrons move to the ion region with a large acceleration, and the electrons do not stop immediately due to the large acceleration, and the ion region is excessive. Again, the electrons are attracted by the electric forces generated in the opposite direction and accelerated to maintain neutrality. This shows that the plasma has a high tendency to remain electrically neutral.

상술한 바와 같이, 전자와 이온의 질량의 차가 크고 전기적으로 중성을 유지하려는 성질이 강한 플라즈마의 특성을 이용한 것이 본 발명에 따른 발전장치의 작동원리이다. As described above, the operation principle of the power generation apparatus according to the present invention is to use the characteristics of the plasma having a large difference in mass between electrons and ions and having a strong property to maintain electrical neutrality.

플라즈마를 이용한 종래의 발전장치로는 전력발생을 위해 플라즈마 방전용 자기장을 이용하는 자기유체역학적 전환장치가 있다. 상기 전환장치는 연소장치를 구비하고 있으며, 연소로 인해 발생되는 기체는 전기이온 플라즈마를 형성하며 이온화된다. 플라즈마의 전도율을 증가시키기 위해 연소장치에 이온화가 용이한 물질이 첨가된다. 가열된 플라즈마는 몇미터까지도 이동하는데 이때 플라즈마의 내부 에너지가 운동에너지로 전환된다. 중성인 플라즈마가 강한 자기장에 유입되면 플라즈마 미립자는 로렌츠 힘의 영향으로 여러방향으로 흩어진다. 내부전극 표면에 이르게 되면, 내공간의 저항도 R로 인해 방전관 외부체인 속에서 전자는 다른 전극으로 이동하는데 이 전극에서 양이온의 중성화가 일어난다.Conventional power generation apparatus using a plasma is a magnetohydrodynamic conversion device that uses a magnetic field for plasma discharge to generate power. The conversion device includes a combustion device, and the gas generated by the combustion is ionized by forming an ion plasma. In order to increase the conductivity of the plasma, an ionizable material is added to the combustion device. The heated plasma travels up to several meters, where the internal energy of the plasma is converted into kinetic energy. When neutral plasma enters a strong magnetic field, the plasma particles are scattered in various directions under the influence of Lorentz force. When the internal electrode reaches the surface, the resistance of the internal space R causes electrons to move to another electrode in the outer chain of the discharge tube, and neutralization of the cation occurs at this electrode.

상기와 같은 종래의 자기유체역학적 전환장치는 단열재나 냉각제의 사용에 따른 제조비용 증가외에, 플라즈마를 형성하기 위해 경유, 등유, 천연가스등 화석 연료를 사용함으로써 연료비의 부담과 연소물질에 따른 환경오염이 크다는 문제가 있었다.In the conventional magnetohydrodynamic conversion device as described above, the fossil fuels such as diesel, kerosene, and natural gas are used to form plasma in addition to an increase in manufacturing cost due to the use of insulation or coolant. This was a big problem.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 발전장치 구조의 단순화하여 제조비용이 절감되고 플라즈마 형성물질로서 금속을 사용함으로써 연료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질이 없어 환경친화적인 발전장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, the manufacturing cost is reduced by simplifying the structure of the power generation apparatus and the fuel cost can be reduced by using metal as the plasma forming material, as well as no pollution It is to provide a friendly power generation device.

본 발명의 특징은 전기적으로 중성인 플라즈마를 전자와 이온사이에 서로 다른 전위차를 갖도록 플라즈마를 급회전시킴으로써 플라즈마의 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 데 있다.A feature of the present invention is to convert the energy of the plasma into electrical energy by rapidly rotating the plasma so that the electrically neutral plasma has a different potential difference between electrons and ions.

본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치는 저진공상태의 용접 신기술 개발과정에서 진공챔버 내부에 저온 플라즈마 입자가 전자와 이온으로 분리되기 쉬운 서스펜션 상태로 유지됨이 확인되면서, 이러한 플라즈마의 물리적 상태가 고속회전되기에 적합한 여건이 형성되도록 전자그룹과 이온그룹으로 분리되어 서로 다른 전위차를 갖도록 유도한 것이다.In the low temperature plasma power generation apparatus according to the present invention, while it is confirmed that the low temperature plasma particles are maintained in a suspension state easily separated from electrons and ions inside the vacuum chamber during the development of a new welding technology in a low vacuum state, the physical state of the plasma is rotated at a high speed. It is induced to have different potential difference by separating into electron group and ion group to form a suitable condition.

진공조건하에서 에너지는 다음의 식에 의해 산출된다.Under vacuum conditions, energy is calculated by the following equation.

E=mc2 E = mc 2

여기에서, m은 질량, c는 속도를 의미한다. 즉, 보다 많은 에너지를 얻기 위해서는 플라즈마의 질량을 증가시키거나 플라즈마의 회전속도를 증가시키는 두 가지 방법이 있는데, 일반적으로 플라즈마의 질량을 증가시키는 것보다 회전속도를 증가시키는 방법이 훨씬 용이하다. 본 발명의 저온 플라즈마 발전장치 역시 이러한 원리를 이용하였다.Where m is mass and c is velocity. That is, to obtain more energy, there are two methods of increasing the mass of the plasma or increasing the rotational speed of the plasma. In general, it is much easier to increase the rotational speed than to increase the mass of the plasma. The low temperature plasma generator of the present invention also used this principle.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a low-temperature plasma power generation apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치는 음극(2)과 양극(4)을 구비한 본체(1), 원추형 노즐 형태의 비임루트(10), 나사(11)에 의해 상기 비임루트(10)에 고정되는 진공챔버(12), 상기 본체(1) 내부를 진공상태로 유지하는 터빈분자펌프(31), 상기 진공챔버(12)에 위치한 반원뿔 형태의 관을 형성하는 제 1 전극(14, 15), 상기 제 1 전극(15) 내부에 위치한 제 2 전극(16) 및 케이스(22) 하단에 위치한 타겟(19)을 포함하고 있다. The low temperature plasma power generation apparatus according to the present invention is fixed to the beamroot 10 by a main body 1 having a cathode 2 and an anode 4, a beamroot 10 in the form of a conical nozzle, and a screw 11. The first vacuum chamber 12, the turbine molecular pump 31 for maintaining the inside of the main body 1 in a vacuum state, and the first electrodes 14 and 15 forming a semi-conical tube located in the vacuum chamber 12. The first electrode 15 includes a second electrode 16 located inside the first electrode 15 and a target 19 positioned below the case 22.

상기 본체(1)는 음극(2), 음극성 전극(3), 링(5)이 달린 양극(4) 및 마그네틱 렌즈(6)를 포함하고 있다. 상기 본체(1)의 하단은 스크류-나사결합 장치가 마련되어 있어서 비임루트(10)에 고정된 부시(9)의 스크류부분과 체결된다. 상기 비임루트(10)에는 스크류가 있어서 너트(8)와 결합되어 수직방향으로 상하 왕복운동이 가능하고, 상기 나사(11)에 의해 진공챔버(12)에 고정된다.The body 1 comprises a cathode 2, a cathode electrode 3, an anode 4 with a ring 5 and a magnetic lens 6. The lower end of the main body 1 is provided with a screw-screw coupling device to be fastened to the screw portion of the bush 9 fixed to the beam route 10. The beam route 10 has a screw, which is coupled to the nut 8 to enable vertical reciprocation in the vertical direction, and is fixed to the vacuum chamber 12 by the screw 11.

상기 진공챔버(12)는 복수의 구멍(13)과 매우 작은 지지판들로 연결된 반원뿔 형태의 관모양을 한 제 1 전극(14, 15)으로 이루어져 있다. 상기 진공챔버(12) 의 복수의 구멍(13)은 같은 면에 형성되어 있는데 그 크기가 각각 다르며, 면적의 총합은 반원뿔 형태의 관모양을 한 제 1 전극(14, 15)의 접촉부분의 원주의 면적보다 작거나 같다.The vacuum chamber 12 is composed of tubular first electrodes 14, 15 connected to a plurality of holes 13 and very small support plates. The plurality of holes 13 of the vacuum chamber 12 are formed on the same surface, the size of each of the holes 13 are different, and the sum of the areas of the contact portions of the first electrode 14, 15 having a semi-conical tubular shape. Is less than or equal to the area of the circumference.

상기 제 1 전극(15)의 내부 중공에는 제 2 전극(16)이 배치되어 있다. 상기 제 1 전극(14, 15)의 외벽에는 전기코일(18)이 감겨져 있고, 상기 제 2 전극(16)의 외벽에는 전기코일(17)이 감겨져 있다. 상기 제 2 전극(16)의 내부에는 발전장치의 작동시 회전운동을 하는 저온의 플라즈마 덩어리(35)가 형성되고, 상기 플라즈마 덩어리(35)의 중앙에는 플라즈마가 통과하는 가상의 통로로서 플라즈마 채널(36)이 형성되어 있다.The second electrode 16 is disposed in the inner hollow of the first electrode 15. An electric coil 18 is wound around the outer wall of the first electrodes 14, 15, and an electric coil 17 is wound around the outer wall of the second electrode 16. A low temperature plasma mass 35 is formed inside the second electrode 16 to perform a rotational movement during operation of the power generator. In the center of the plasma mass 35, a plasma channel as a virtual passage through which plasma passes ( 36) is formed.

상기 케이스(22)의 내부 하단에는 플라즈마 형성소재인 타겟(19)이 상기 제 1 및 제 2 전극(14, 15; 16) 아래에 회전가능하게 장착되어 있다. 상기 타겟(19)은 AMg6 알루미늄 합금속인 것이 바람직하다. 상기 타겟(19)은 회전식 받침대(21) 상에서 회전가능하게 설치된 타겟용기(20) 내에 설치되어 일정한 속도로 회전한다. 상기 타겟용기(20)는 상기 타겟(19)을 담는 그릇과 같은 역활을 하며 내화소재로 제조될 수 있다. 상기 회전식 받침대(21) 상에는 필요에 따라 타겟용기를 복수개 설치할 수 있다.A target 19, which is a plasma forming material, is rotatably mounted below the first and second electrodes 14, 15, and 16 at an inner lower end of the case 22. The target 19 is preferably an AMg6 aluminum alloy. The target 19 is installed in the target container 20 rotatably installed on the rotary base 21 to rotate at a constant speed. The target container 20 serves as a container for holding the target 19 and may be made of a refractory material. On the rotary pedestal 21, a plurality of target containers can be installed as necessary.

또한, 상기 케이스(22)의 외부에는 상기 진공챔버(12) 내부에서 플라즈마의 형성을 용이하게 하게 하기 위해 이온화가스를 주입하는 이온화가스 공급기(23)와, 케이블(25)을 통해 발전장치와 연결된 트랜스(24) 및 발전장치에서 생산된 전기를 소비하는 전기 소비원(consumer, 28)이 설치되어 있다. 상기 전기 소비원(28)은 캐이블(26)과 스위치(27)를 통해 발전장치와 연결되어 있고, 스위치(29)를 통해 상기 제 1 및 제 2 전극(14, 15; 16)과 코일(17)로 연결되어 하나의 회로를 형성한다.In addition, an outside of the case 22 is connected to a power generation device through an ionization gas supplier 23 for injecting an ionization gas to facilitate plasma formation in the vacuum chamber 12 and a cable 25. An electricity consumer 28 that consumes the electricity produced by the transformer 24 and the generator is provided. The electricity consumption source 28 is connected to the power generation device via a cable 26 and a switch 27, and the first and second electrodes 14, 15; 16 and a coil 17 through a switch 29. ) To form a circuit.

도관(30)은 상기 케이스(22)와 연결되어 상기 본체(1)의 내공과 채널을 형성하는 통로의 역활을 한다. 상기 도관(30)은 상기 본체(1)의 내공을 진공상태로 펌핑하는 터빈분자펌프(31)와 연결되어 있다. 다른 도관(32)은 예비진공펌프(33)와 연결되어 있다.The conduit 30 is connected to the case 22 and serves as a passage that forms a channel with an inner hole of the main body 1. The conduit 30 is connected to a turbine molecular pump 31 for pumping the internal hole of the main body 1 in a vacuum state. The other conduit 32 is connected to the prevacuum pump 33.

이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치의 작동원리를 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the low-temperature plasma power generation apparatus according to the present invention configured as described above will be described in detail.

본 발명의 저온 플라즈마 발전장치에 전원을 인가하여 상기 터빈분자펌프(31) 및 예비진공펌프(33)를 작동시켜 발전장치 내부를 진공상태로 유지한다. 전원이 인가되면 음극(2)과 양극(4)을 갖는 상기 본체(1)에서 전자비임(34)이 방사된다. 상기 방사된 전자비임(34)은 상기 부시(9)와 비임루트(10)에 의해 인도되어 상기 진공챔버(12)를 경유하여 상기 타겟(19)에 충돌한다. 상기 비임다발(34)과 상기 타겟(19)이 상호 충돌하면서 발열반응이 일어나고 이때 상기 타겟(19)의 표면층이 기화된다. 이때, 상기 타겟(19)은 상기 전자비임(34)이 특정 부분에만 충돌하여 상기 타겟(19)의 표면층이 불균일하게 기화되어 결과적으로 플라즈마 형성에 악영향을 끼치는 것을 방지하기 위하여 시속 10 - 50m의 속도로 회전한다. The turbine molecular pump 31 and the prevacuum pump 33 are operated by applying power to the low temperature plasma generator of the present invention to maintain the inside of the generator in a vacuum state. When power is applied, the electron beam 34 is emitted from the main body 1 having the cathode 2 and the anode 4. The radiated electron beam 34 is guided by the bush 9 and the beam route 10 to impinge on the target 19 via the vacuum chamber 12. As the beam bundle 34 and the target 19 collide with each other, an exothermic reaction occurs and the surface layer of the target 19 is vaporized. At this time, the target 19 has a speed of 10-50m per hour in order to prevent the electron beam 34 from colliding only a specific portion and the surface layer of the target 19 is unevenly vaporized, which in turn adversely affects plasma formation. Rotate to

상기 타겟(19)의 표면층의 기화로 인해 대전된 입자로 구성된 2차 전자비임이 형성되어 발전장치 내의 잔류가스를 이온화시켜 저온 플라즈마의 형성을 촉진시킨다. 이러한 2차 전자비임은 연속적인 전자의 흐름이기 때문에 이 전자비임은 자기장을 형성하게 됩니다. 따라서, 발생된 플라즈마 입자들은 전자비임에 의하여 발생한 자기장에 의하여 자동적으로 회전운동을 하게 되고, 플라즈마를 구성하는 하전입자(Electric charged particles)들 상호간에 작용하는 힘에 의하여 가속되기 때문에 이온과 전자로 분리되기 쉬운 여건이 형성되는 것입니다.
다시 말해, 상기 타겟(19)의 표면층에서 일어나는 플라즈마 입자의 운동은 브라운 운동에 가까운 카오스(chaos)운동을 하게 되고, 전자와 이온이 직선운동에서 회전운동으로 전환할 때 전자와 이온 상호간에 수없이 많은 충돌이 발생하여 회전속도가 증가하게 되며, 전자그룹의 질량이 이온그룹의 질량에 비해 10,000배 가량 작기 때문에 결과적으로 플라즈마는 전자그룹과 이온그룹으로 분리되게 된다.
상기와 같은 현상에 의해 전자와 이온으로 분리된 플라즈마가 도 2에 잘 되시되어 있다. 이와 같이 분리된 두 그룹사이에는 전위차가 발생하게 되고, 상기 전자와 이온은 상기 진공챔버(12) 내에 설치된 제1전극(14,15) 및 제2전극(16)에 각각 분리되어 포집된다.
즉, 플라즈마 입자들이 회전운동을 하게 되면, (+)와(-)를 갖는 입자들, 즉 전자와 이온의 질량 차이로 인하여 회전반경이 다르게 되고, 따라서 전자와 이온들은 서로 다른 전극에 포집되어 전위차를 형성하여 결국 전력을 생산하게 됩니다.
이렇게 생산된 전력은 두 전극(14,15: 16)에 인입선(혹은 케이블(25))을 설치하여 부하를 연결하면 전류의 통로가 형성되어, 외부에서 전력을 이용할 수 있게 됩니다.
Due to vaporization of the surface layer of the target 19, a secondary electron beam composed of charged particles is formed to ionize the residual gas in the power generation device to promote the formation of low temperature plasma. Since this secondary electron beam is a continuous flow of electrons, this electron beam forms a magnetic field. Therefore, the generated plasma particles are automatically rotated by the magnetic field generated by the electron beam, and are separated into ions and electrons because they are accelerated by the forces acting between the charged particles constituting the plasma. Conditions that are likely to be formed are formed.
In other words, the movement of the plasma particles in the surface layer of the target 19 is in the chaos (chaos) motion close to the Brownian motion, when the electrons and ions switch from linear to rotational motion numerous times between the electrons and ions Many collisions occur and the rotational speed increases, and since the mass of the electron group is about 10,000 times smaller than the mass of the ion group, the plasma is separated into the electron group and the ion group.
The plasma separated by electrons and ions by the above phenomenon is well illustrated in FIG. 2. A potential difference is generated between the two groups separated in this way, and the electrons and ions are separated and collected by the first electrodes 14 and 15 and the second electrode 16 installed in the vacuum chamber 12, respectively.
That is, when the plasma particles rotate, the rotation radius is different due to the mass difference between the positive and negative particles, i.e., electrons and ions. Will eventually produce power.
The electric power produced in this way is connected to the load by installing a lead wire (or cable 25) at the two electrodes (14, 15: 16) to form a passage for the current, so that the power can be used externally.

본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치의 실험결과에 의하면, 전자비임의 방사를 위해 약 1㎾의 전력이 소요되고, 회전식 테이블의 작동에 약 1-1.5㎾의 전력이 소요될 때 약 5㎾의 전력이 출력됨이 확인되었다. 이때, 타겟에서 에너지가 방출되므로 에너지보존법칙은 지켜진다. 또한, 진공펌프의 작동에 소요되는 전력은 상수(C)로서 일정하기 때문에 전자비임의 방사에 필요한 입전류를 증가시킴에따라 출전류의 값이 증가하기 때문에 발전량이 증대된다. 본 발명에 따른 저온 플라즈마 발전장치에서 발생되는 전류는 기술적 파라미터가 안정될 때까지 증가하며, 전압도 안정성을 지닐때까지 증가하게 된다. 본 발명의 저온 플라즈마 발전장치의 작동시간은 타겟과 음극의 교체시기에 따라 정해지게 되며, 본 발명의 발전장치가 작동되는 동안 저온 플라즈마 덩어리가 계속 형성되어 유지된다.According to the experimental results of the low-temperature plasma power generation apparatus according to the present invention, about 1 kW of power is required for the radiation of the electron beam, and about 5 kW of power is required when the power of the rotary table takes about 1-1.5 kW. The output was confirmed. At this time, since energy is emitted from the target, the law of energy conservation is maintained. In addition, since the power required for the operation of the vacuum pump is constant as the constant (C), the amount of generated current increases because the value of the output current increases as the input current required for the emission of the electron beam increases. The current generated in the low temperature plasma power generation apparatus according to the present invention increases until the technical parameters are stable, and the voltage also increases until it is stable. The operating time of the low temperature plasma power generator of the present invention is determined according to the replacement time of the target and the cathode, and the low temperature plasma mass is continuously maintained while the power generator of the present invention is operated.

상기와 같은, 본 발명의 발전장치는 구조를 단순화하여 제조비용이 절감되고 플라즈마 형성물질로서 금속을 사용함으로써 연료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질이 없어 환경친화적이어서 차세대 에너지원으로 활용될 수 있다. 또한, 입력전류의 증가만으로 출전류가 증가하여 발전량을 증가시킬 수 있어 발전장치의 운용이 보다 용이하다.As described above, the power generation device of the present invention can be used as a next-generation energy source by simplifying the structure to reduce the manufacturing cost and to reduce the fuel cost by using the metal as the plasma forming material, and to be environmentally friendly because there is no pollution. . In addition, the output current is increased only by the increase of the input current to increase the amount of power generation, it is easier to operate the generator.

Claims (13)

플라즈마의 열 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전장치에 있어서, In the power generation device for converting the thermal energy of the plasma into electrical energy, 하단에 스크류-나사결합 장치가 마련되고, 음극(2)과 양극(4)을 구비한 본체(1); A main body (1) provided with a screw-screw coupling device at the bottom and having a cathode (2) and an anode (4); 일측에 스크류가 형성된 부시(9)를 갖춘 원추형 노즐 형태의 비임루트(10);Beam root 10 of the cone-shaped nozzle having a bush (9) formed with a screw on one side; 나사(11)에 의해 상기 비임루트(10)에 고정되는 진공챔버(12);A vacuum chamber 12 fixed to the beamroot 10 by screws 11; 상기 본체(1) 내부를 진공상태로 유지하는 터빈분자펌프(31);A turbine molecular pump 31 which maintains the inside of the main body 1 in a vacuum state; 상기 진공챔버(12)에 위치한 반원뿔 형태의 관을 형성하는 제 1 전극(14, 15); First electrodes (14, 15) forming a semi-conical tube located in the vacuum chamber (12); 상기 제 1 전극(15) 내부에 설치된 제 2 전극(16); 및 A second electrode 16 provided inside the first electrode 15; And 케이스(22) 하단에 설치된 타겟(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.Low temperature plasma power generation apparatus comprising a target 19 installed at the bottom of the case (22). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 본체(1)의 하단에 마련된 스크류-나사결합 장치와 상기 비임루트(10)에 고정된 부시(9)의 스크류부분이 상호 체결되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.Low temperature plasma power generation apparatus, characterized in that the screw-screw coupling device provided at the lower end of the main body (1) and the screw portion of the bush (9) fixed to the beam root (10) are fastened to each other. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비임루트(10)의 부시(9)에 마련된 스크류가 너트(8)와 결합되어 수직방향으로 상하 왕복운동 가능한 것을 특징으로 하는 저온 플라스마 발전장치.Low temperature plasma power generation apparatus, characterized in that the screw provided in the bush (9) of the beam root (10) is coupled to the nut (8) up and down reciprocating movement in the vertical direction. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 진공챔버(12)에는 복수의 구멍(13)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.Low temperature plasma power generation apparatus, characterized in that the vacuum chamber 12 is formed with a plurality of holes (13). 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 복수의 구멍(13)은 같은 면에 형성되어 있고 그 크기가 각각 다르며, 면적의 총합은 상기 제 1 전극(14, 15)의 접촉부분의 원주의 면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.The plurality of holes 13 are formed on the same surface and have different sizes, and the sum of the areas is less than or equal to the area of the circumference of the contact portion of the first electrodes 14 and 15. Power generation device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전극(14, 15)의 외벽에는 전기코일(18)이 감겨져 있고, 상기 제 2 전극(16)의 외벽에는 전기코일(17)이 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.An electric coil (18) is wound around an outer wall of the first electrode (14, 15), and an electric coil (17) is wound around an outer wall of the second electrode (16). 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,The method according to claim 1 or 6, 상기 제 2 전극(16)은 내부에 발생된 저온 플라즈마 덩어리(35)의 전자와 이온을 포집하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.The second electrode (16) is a low-temperature plasma generator, characterized in that for collecting the electrons and ions of the low-temperature plasma mass (35) generated therein. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 타겟(19)은 플라즈마 형성소재로서 AMg6 알루미늄 합금속으로 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.The target 19 is a low-temperature plasma power generation apparatus, characterized in that the plasma forming material can be produced in AMg6 aluminum alloy. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,The method according to claim 1 or 8, 상기 타겟(19)이 설치되고 내화소재로 제조될 수 있으며, 회전식 받침대(21) 상에 회전가능하게 설치되는 타겟용기(20)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치. Low temperature plasma power generation apparatus, characterized in that the target 19 is installed and can be made of a refractory material, further comprises a target container (20) rotatably installed on the rotary base (21). 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 회전식 받침대(21) 상에 필요에 따라 복수의 타겟용기가 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치. Low temperature plasma power generation apparatus, characterized in that a plurality of target containers can be installed on the rotary pedestal 21 as needed. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 타겟(19)은 전자비임(34)과의 충돌에 의해 표면층이 불균일하게 기화하지 않도록 상기 회전식 받침대(21)의 회전에 의해 소정의 속도로 회전가능한 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.The target (19) is a low-temperature plasma power generation apparatus, characterized in that rotatable at a predetermined speed by the rotation of the rotary base (21) so that the surface layer does not vaporize unevenly due to the collision with the electron beam (34). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이스(22)의 외부에 상기 진공챔버(12) 내부에서 플라즈마의 형성이 용이하도록 이온화가스를 주입하는 이온화가스 공급기(23)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.Low temperature plasma power generation apparatus characterized in that it further comprises an ionization gas supply (23) for injecting an ionization gas in the vacuum chamber (12) to facilitate the formation of a plasma outside the case (22). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이스(22)의 외부에 발전장치 내부를 진공상태로 유지하기 위한 예비진공펌프(33)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발전장치.Low temperature plasma generator, characterized in that it further comprises a pre-vacuum pump (33) for maintaining the inside of the generator in a vacuum state outside the case (22).
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