KR100713978B1

KR100713978B1 - 가스 흐름 속도의 측정 방법, 고체 물질 위의 가스 흐름을이용한 에너지 전환 방법, 및 그에 관한 장치

Info

Publication number: KR100713978B1
Application number: KR1020057014267A
Authority: KR
Inventors: 아자이 쿠머 소드; 샨카르 고쉬
Original assignee: 인디안 인스티투트 오브 싸이언스
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2007-05-04
Also published as: EP1590635A1; CN1739004A; US7302845B2; CA2515069A1; WO2004070324A1; JP2006514278A; CN100573058C; AU2003264863A1; US20060191353A1; KR20050093857A

Abstract

본 발명은 고체 물질 위의 가스 흐름에 의한 에너지 전환 방법에 관한 것이고, 또한 제베크 효과 및 베르누이 원리의 조합을 이용하여 그 표면을 따르는 가스의 흐름으로 인해 고체 물질 내에 발생된 전기의 함수로서 도프된 반도체, 그래파이트 등과 같은 고체 물질 위의 가스 흐름의 속도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

고체 물질, 가스 흐름, 에너지 전환, 제베크 효과, 베르누이 원리, 도프된 반도체, 그래파이트, 전기 스토리지, 전도성 소자, 탄소 나노튜브

Description

가스 흐름 속도의 측정 방법, 고체 물질 위의 가스 흐름을 이용한 에너지 전환 방법, 및 그에 관한 장치 {METHOD FOR MEASUREMENT OF GAS FLOW VELOCITY, METHOD FOR ENERGY CONVERSION USING GAS FLOW OVER SOLID MATERIAL, AND DEVICE THEREFOR}

본 발명은 고체 물질 위의 가스 흐름에 의한 에너지 전환 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도프된 반도체, 그래파이트 등과 같은 고체 물질 위의 가스 흐름에 의한 전압 및 전류의 발생 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 또한 제베크 효과(Seebeck effect) 및 베르누이 원리(Bernoulli's principle)의 조합을 사용하여 고체 물질 위의 가스 흐름에 의한 에너지 전환 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 표면을 따르는 가스의 흐름으로 인해 고체 물질 내에 발생된 전기의 함수로서 그 흐름을 따르는 가스의 속도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

흐름의 방향을 따르는 가스 속도의 측정은 몇몇 응용에서 상당히 중요하다. 예를 들면, 흐름의 방향을 따라 바다 또는 강 위의 풍속의 정확한 판정은 조수 패턴, 잠재적 기상 변동 등을 예측하는데 중요하다.

풍속의 판정은 비행기 설계의 공기 역학을 판정하기 위해 바람 터널에서와 같이 항공학에서 또한 중요하다. 풍속의 결정이 중요한 다른 곳은 공항인데, 여기 서는 풍속의 정확한 판정이 비행기의 이착륙 시의 안전도를 증가시킨다. 풍속의 판정이 중요한 또 다른 곳은 재해 관리 분야이다. 풍속의 정확한 판정은 태풍, 토네이도 및 눈사태에 대한 가능성을 판정하는데 유용하다.

고체 물질을 따라 가스의 흐름으로 인해 발생된 전기의 함수로서 가스 흐름 속도의 결정은 에너지 전환의 추가 이익을 갖는다. 따라서, 가스의 운동 에너지는 전기 에너지로 변환된다. 이러한 현상은 의료 기구, 계측학, 오염 검출, 자동차 산업, 항공기 및 현미 기술과 같은 분야에서 상당히 중요하다.

몇몇 방법은 그 흐름을 따라 가스 속도의 측정 분야에서 공지된다. 예를 들면, 저속 흐름 필드 속도 결정의 한 방법은 입자 이미징 속도 벨로시메트리(particle imaging velocimetry)을 포함하는데, 이는 가스 내의 에어로졸 입자를 부유시킨다. 고속 전하 결합 디바이스는 콜로이드 입자를 이미지화시키기 위해서 흐름의 평면의 횡단면 양단에 제공된다. 작은 시드(seed) 콜로이드 입자는 레이저광 시트를 사용하여 조명된다. 전하 결합 디바이스 카메라는 입자로부터 산란된 광을 전자적으로 기록한다. 획득된 이미지의 분석은 입자 분리, 그리고 이에 의해 입자 속도의 결정을 가능케 하는데, 이는 흐름의 경로를 따르는 것으로 가정된다.

그러나, 이 방법은 몇몇 단점을 갖는다. 주 단점은 모든 콜로이드 입자의 운동이 흐름의 방향을 가정하는 잠재적 가정이다. 이는 큰 사이즈의 입자의 경우에 또는 매우 낮은 속도의 경우에 반드시 정확하지는 않다. 따라서, 이러한 방법의 적용은 2 cm/s보다 큰 속도에 제한되지 않는다. 따라서, 이러한 방법에서, 입자 사이즈는 입자가 가스의 흐름을 따르는 것을 보장하기에 충분할 정도로 작지만 동시에 광을 효과적으로 산란시키기에 충분할 정도로 큰 것을 보장하는 것 또한 중요하다. 필요한 장비 (레이저, CCD 사진기)는 또한 사이즈가 크다. 또 다른 단점은 그 방법이 이미지 분석에 관해，그리고 그것에 의해 분석 알고리즘에 전적으로 의존한다는 것이다. 입자 이미징 속도계측 방법은 콜로이드 입자들의 속도를 측정하고，그리고 가스 속도에 대응하고 있는 직접 디지털 신호가 없기 때문에, 순수한 가스의 흐름 속도는 측정될 수 없다. 이 방법도 광학의 접근이 부재중인 시스템에 어울리지 않는다. 또 다른 단점은 레이저 및 전하 결합 디바이스와 같이 필요한 장치들이 비싸다는 것이다.

가스 속도 측정을 위한 종래 기술에서 알려진 또 다른 방법은 가스로부터 산란된 광의 도플러 시프트(Doppler shift)의 측정을 포함하는 도플러 벨로시메트리(Doppler velocimetry)이다. 이 방법은 2개의 레이저 빔의 교차점을 통과할 때 가스로부터 수신된 산란광의 세기에서의 변동에 의존한다. 입사와 산란광 사이의 도플러 시프트는 2개의 레이저 빔의 평면 내에 놓여 있고 그들의 이등분에 수직인 가스 속도의 성분에 비례하는 세기의 변동의 주파수와 같다. 그러나, 이 방법도 몇몇 단점들을 겪는다. 이 방법은 입자 속도들이 0.1 cm/sec보다 큰 경우에 사용 가능하다. 이 방법도 복수의 레이저들과 디지털 카운터(digital counters)들과 같은 크고 값비싼 장비를 필요로 한다. 이 방법의 중요한 또 다른 단점은 그것이 한 개의 점 측정에 제한된다는 것이다. 입자 이미징 벨로시메트리와 유사하게, 이 방법도 입자 크기가 쉽게 가스 흐름 경로를 따라 흐를 만큼 충분히 작지만，소음 임계치 이상의 필수의 신호를 생산할 만큼 충분히 큰 것을 필요로 한다. 이 방법도 측 정 볼륨에서의 가스 흐름 경로로의 광학 접근이 부재중인 시스템에서 작동하지 않는다. 신호의 레벨은 디텍터 입체각(detector solid angle)에 의존한다. 결과로서, 미이 산란 세기(Mie scattering intensity)가 실질적으로 더 전방 방향으로 양호한 동안, 이동 측정 볼륨에 정렬하는 상태인 전방 수용 광학을 설정하기가 어렵다. 무선 주파수 간섭을 갖는 높은 속도에서의 더 큰 소음이 가능하다.

다시 PIV 방법과 유사하게, 시드되지 않은 가스(unseeded gas)의 흐름 속도는 가스 속도에 대응하고 있는 직접의 디지털 신호가 없기 때문에 측정될 수 없다. 이 방법은 클리어 가스를 위한 것이 아닌, 콜로이드 같은 입자들을 포함하고 있는 가스만에 적합하다. 미국 특허 3,915,572호 및 6,141,086호는 (예를 들어, 자동차와 같은) 물체들의 속도 또는 상대 속도를 결정하기 위해, 또는 바람 측정의 경우에, 참 대기 속도(true air speed) 또는 바람 시어(wind shear)와 같은 바람 경도(wind gradients)들을 결정하기 위해서 물체 또는 바람의 속도 측정을 위한 레이저 도플러 벨로시미터(Laser Doppler velocimeter)를 공개한다.

유체의 속도를 측정하는 잘 알려진 또 다른 방법은 전자 제어 회로를 사용하여 일정의 미리 정해진 온도로 유지된 전선 또는 박막같은 전기적으로 가열된 센서를 사용하는 열 전달 변화의 측정을 포함한다. 열 센서는 속도 측정이 취해질 유체에 노출된다. 센서를 지나서 흐르고 있는 유체는 전자 제어 회로로부터 증가된 전류 흐름에 의해 보상되는 열 센서를 식힌다. 따라서, 유체의 흐름 속도는 전자 제어 회로에 의해 히터에 분배된 보상 전류의 함수로서 측정될 수 있다.

그러나, 이 방법에서 온도, 압력 또는 연구 중인 유체의 구성에서의 약간의 변동은 잘못된 판독을 가져올 수 있다. 열 센서로부터의 비교적 정확한 측정을 유지하기 위해서, 복잡한 보상 전자 공학을 소정의 환경적 매개 변수들에서의 어떤 변화에 대해서 센서를 끊임없이 조정하기 위해 제공하는 것이 또한 필요하다. 또한, 그런 보상 전자 공학 조차도 착오가 있을 수 있다. 센서는 너무 낮은 속도들을 위한 것이 아니라 cm/sec보다 큰 유체 속도에서 일반적으로 작동가능하다. 낮은 속도들에서, 가스 내의 종래 전류들은 센서에서 고장을 일으킨다.

미국 특허 6,470,471호는 소위 열선 풍속계로 보통 불리우는 가열된 저항 전선을 사용하는 가스 흐름 센서를 공개한다. 미국 특허 6,112,591호는 IC 생산을 위한 마이크로-기계 가공 기술을 사용하여 제조된 높은 응답의 열 전달 검출 타입의 흐름 센서를 공개한다. 이 센서는 발열체들 간의 가스 흐름의 방향을 제어하므로써 또는 내부 유체의 흐름의 특징들을 사용하므로써 발열체로부터 열 수용 (감지) 소자들로의 열 전달의 개선된 효율을 갖는다.

그것은 또한 차동 압력을 측정하기 위해서 완전한 유체의 제한을 통해 복수의 쌍의 압전-저항성(piezo-resistive) 압력 센서들을 사용하여 높은 점성 유체들에서 흐름 유체 속도를 계산하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이 장치는 흐름 속도가 아니라 체적 흐름율을 측정한다. 또한, 이 방법은 작은 흐름율의 측정에만 적합하다.

흐름 속도들의 측정의 또 다른 방법은 터빈 바퀴들의 정돈에 대해 작동하는 회전식 흐름 미터의 이용법을 포함한다. 터빈, 달리 말하면 회전자 바퀴를 통한 가스의 운동은 터빈이 회전하게 한다. 회전자 바퀴의 회전 빈도수는 가스의 속도 에 의존하고，압전-광학 시스템을 사용하거나 터빈 날개 내에 삽입된 자석에 의해 발생된 구형파 펄스를 전자적으로 감지하므로써 측정된다. 센서 정돈의 크기가 또한 약 50 cm³이다. 회전식 흐름 미터는 (클리어 또는 시드된) 가스의 성질에 관계 없이 냉각 장치들에 사용하기에 적합하고 센서는 가스가 전방 또는 역 방향으로 흐르고 있는지 결정할 수 있다.

상기 토론에서 알 수 있듯이, 흐름 속도들의 측정을 위한 종래 공지된 여러 가지 방법들은 여러 가지 단점들을 겪는다. 입자 이미징 벨로시메트리 및 도플러 벨로시메트리 둘다는 광학의 접근을 필요로 하고 레이저들을 사용한다. 결과로서, 이들은 예를 들어, 생물학적 시스템에서는 적당하지 않다. 장비 사이즈는 또한 크고 이에 따라 고가이다. 열적 풍속 측정법(thermal anemometry)은 대류 흐름들을 최소로 하기 위해 큰 용량의 가스를 필요로 하고，일반적으로 큰 속도들에만 적합하다. 따라서, 이는 낮은 흐름 속도로 흐르는 작은 용량의 유체들을 포함하는 시스템에는 적당하지 않다. 회전식 흐름 미터, 압력 센서와 소용돌이 흐름 센서는 직접적으로 흐름 속도를 측정하기 보다는 오히려 체적 흐름율을 측정한다.

조사의 중요한 또 다른 영역은 에너지 전환이고, 경제적이고 긴 수명을 갖는 에너지 전환 장치들이다. 에너지 전환 장치들이 필요한 또 다른 영역은 국내 및 산업적 사용에 대한 전기의 공급에 관한 것이다. 현재, 전기 에너지의 수요는 다음 3가지 중 하나와 전세계적으로 부합된다: 원자력, 화력과 수력 발전. 원자력 발전소들은 방사능 누출의 잠재성을 고려하여 값비싼 안전 장비와 측정을 필요로 한다. 화력 발전소들은 화석 연료들을 사용하는데, 이는 오염의 필연적 문제들을 가져오고, 또한 화석 연료와 기름의 고갈 때문에 공급이 감소되는 어려움을 겪어야 한다. 수력 발전은 큰 댐의 건설을 필요로 하고，강 또는 다른 수원에서의 물의 흐름에 완전히 의존한다. 필요한 장비는 또한 비싸고 큰 지역을 점유한다. 흐름 속도 측정의 여러가지 장치들과 방법들 중에서，어느 하나만，즉 회전식 흐름 센서는 실제로 또한 터빈 날들을 통해 유체의 흐름의 동작 때문에 전기를 일으킬 수 있다. 그러나, 장치의 크기의 관계에서 생성되는 힘의 크기는 그것을 대규모의 에너지 전환의 용도에 부적합하게 만든다.

부착된 터빈들을 돌리는 것에 의해 전기를 일으키기 위해 바람의 흐름을 이용하는 풍차들을 포함하고 있는 풍력에 의해 전기를 일으키는 것 또한 종래에 알려져 있다. 그러나, 이 방법은 고도의 설비 투자와 공간을 필요로 하는 단점들을 가진다.

고쉬(Ghosh) 등의, Science,2999,1042(2003)와 미국 특허 출원 번호 제 10/306,838호는 단일 벽 탄소 나노튜브(single wall carbon 나노튜브) 위의 액체 흐름이 흐름 방향에서의 전기의 생성을 가져오고，액체 속도들의 측정을 위해 이용하게 될 수 있다는 것을 교시한다. 이 공개 또한 유도 전압이 속도 10^-1내지 10^-7m/s의 전 범위에 걸쳐 흐름 속도에 대한 대수 함수적인 의존을 갖는 것을 가르친다. 이것은 맥동 비대칭 래칫(pulsating asymmetric ratchets)의 점에서 보면 나노튜브를 지나 흐르는 액체의 쿨롱 필드(Coulombic field)의 변동에 의해 나노튜브 내의 자유 전하 캐리어들을 직접 강제함에 의한 것이라고 생각된다. 이는 흐름 속도에 관한 유도 전압의 서브-리니어 상관관계(sub-linear dependence)를 야기한다. 그러나, 이 현상은 나노-튜브 내의 캐리어들의 일차원적 성질에 특정되고，그래파이트 또는 반도체 같은 다른 고체 물질에서는 없다. 칼 및 사피노(Kral & Shapiro), Phys. Rev. Lett., 86,131 (2001)은 흐르는 액체의 분자들로부터 포논 준-모멘텀으로서 나노튜브 내의 음향자까지 모멘텀의 전달에 의한 전기적 전류 및 전압의 생성을 교시하는데, 이는 순번대로 나노튜브 내의 자유 전하 캐리어들을 끌어 들인다. 이것은 유도 전류/전압과 흐름 속도 간의 선형 관계를 야기한다.

풍부한 바람과 다른 가스의 측면에서, 가스의 흐름이 가스의 성질에 관계 없이 낮은 범위의 흐름 속도의 측정 뿐만 아니라 필요한 에너지의 스케일에 관계 없이 에너지를 전환하기 위해 이용될 수 있는 방법 및 장치를 개발하는 것은 바람직하다.

본 발명의 주 목적은 고체 물질을 통해 가스의 흐름 때문에 생성된 전기의 함수로서 흐름의 방향을 따라 가스의 흐름 속도들의 결정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광학적 접근을 요구하지 않는 그들의 성질에 관계없이 모든 가스의 흐름 속도의 결정 방법을 제공하는데, 이는 흐름 체적에 관계 없이낮은 흐름 속도에서도 동작가능하다.

본 발명의 또 다른 목적은 가스 내의 한정된 사이즈의 콜로이드 입자들을 가진 소정의 외부 시딩(seeding)도 필요로 하지 않고，특별한 흐름 평면 또는 점성에서 외부의 매개 변수들에서의 변동들에 쉽게 영향을 받지 않는 흐름 속도들의 결정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 소정의 원자력, 화력 또는 수력의 전력원에 대한 의존 없이 순수하게 가스의 흐름에 기초하여 전기의 생성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 측정이 정확한 매우 낮은 흐름 속도 및 낮은 응답 시간에서도 동작가능한 가스의 흐름 속도들의 측정을 위한 흐름 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순성 및 작은 사이즈의 구성에 의해 경제적이고, 가스 흐름에서 조금의 난기류도 가져오지 않으므로써 흐름 속도 측정에서 정확도를 보증하며, 주위 온도 같은 외부 매개 변수들에서의 변동들에 영향을 받지 않는 흐름 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 측정에서의 정확도 및 낮은 응답 시간에서 가스의 성질 (순수하거나 탁하거나, 높거나 낮은)에 관계 없이 사용 가능한 흐름 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 동작을 위한 외부 전원을 필요로 하지 않는 흐름 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가스 흐름에 기초하여 전기 에너지를 생성할 수 있는 에너지 전환 장치로서 사용이 가능한 흐름 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구성의 단순성에 의해 경제적이고, 가스 흐름에서 조금의 난기류도 가져오지 않으므로써 흐름 속도 측정에서 정확도를 보증하며, 가스 또는 주위 온도 같은 외부 매개 변수들에서의 변동들에 영향을 받지 않는 에너지 전환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 동작을 위한 소정의 외부 전원을 필요로 하지 않는 에너지 전환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들은 그래파이트, 반도체, 단일 벽 또는 다중-벽 탄소 나노튜브 같은 고체 물질, 및 흐름 센서로서 본래 전도성인 다른 고체 물질의 사용을 포함하는 본 발명의 방법에 의해 실현된다. 본 발명의 양쪽 방법들, 즉 가스 흐름 속도 측정 및 에너지 전환은 그들 표면 양단의 및 흐름의 방향을 따른 가스의 흐름에 의한 고체 물질에서의 전류/전압의 유도에 기초한다.

따라서, 본 발명은 가스의 성질 또는 그 흐름 속도에 관계없이 가스 흐름 속도의 결정 방법을 제공하는데, 이는 가스 흐름 내에 흐름 감지 장치를 위치시키는 단계를 포함하되, 상기 감지 장치는 가스 흐름에 대해 일정 각도로 위치된 적어도 하나의 전기적으로 전도성인 고체 물질, 및 상기 적어도 하나의 전도성 물질을 전기 측정 수단에 접속시키는 적어도 하나의 전도성 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 고체 물질 위의 가스 흐름은 상기 고체 물질 양단에 전개된 압력 경도로 인해 가스 흐름의 방향을 따라 전기의 흐름을 발생시키며, 상기 전기 에너지는 상기 흐름의 흐름 비율의 함수로서 생성된 전기를 측정하기 위해 가스 흐름에 대해 외부에 제공된 상기 전기 측정 수단에 상기 전도성 소자에 의해 전송된다.

본 발명의 한 실시예에서, 고체 물질은 높은 제베크 계수를 갖는 물질을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 고체 물질은 도프된 반도체, 그래파이트, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 및 높은 제베크 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘，및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질은 다결정 구리, 갈륨비소, 텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스는 질소, 아르곤, 산소, 이산화탄소 및 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 흐름 감지 장치의 응답 시간은 0.1초 미만이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스의 흐름 때문에 고체 물질 내에 유도된 전압은 무점성(inviscid) 흐름의 방향을 따라 고체 물질 양단의 온도차에 의존한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스 속도는 1 내지 140 m/s의 범위 내에 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질을 가로지른 가스 흐름은 20 내지 70도의 범위 내에 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질은 양호하게는 45도의 각도로 유지된다.

본 발명은 또한 흐름 속도 또는 가스의 성질에 관계 없이 가스 흐름 속도들의 측정에 유용한 흐름 감지 장치를 제공하는데, 이 장치는 적어도 하나의 가스 흐름 감지 소자 및 상기 고체 물질을 전기 측정 수단에 접속하는 적어도 하나의 전도성 소자를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에서, 가스 흐름 감지 소자는 양호한 전기적 전도성과 높은 제베크 계수를 갖는 고체 물질을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질은 도프된 반도체, 그래파이트, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 및 높은 제베크 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 금속 물질은 다결정 구리, 갈륨비소, 텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 전기 측정 수단은 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 고체 물질의 대향 단부 양단에 발생된 전류를 측정하기 위한 전류계 또는 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 고체 물질의 2개의 대향 단부 양단의 전위차를 측정하기 위한 전압계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 복수의 감지 소자들은 각각의 극단에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 직렬로 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 도프된 반도체들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 복수의 감지 소자들은 복수의 감지 소자들의 단부 양단에 발생된 전위차를 측정하기 위해 그리고 가스 흐름 속도를 얻기 위해 직렬로 접속된다.

삭제

본 발명의 또 다른 실시예에서, 복수의 감지 소자들은 그 단부에서 각각의 전도성 소자들에 의해 형성된 2개의 옴 접촉부 양단에 발생된 전류의 결정을 가능케하기 위해서 서로 병렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스 흐름 센서는 금속 전선에 의해 접속된 고체 물질로 구성되는 복수의 가스 흐름 감지 소자들로 이루어진 매트릭스를 포함하는데, 전체 매트릭스는 고저항의 도프되지 않은 반도체 베이스 상에 제공되고, 상기 반도체 베이스는 전기 측정 수단에 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 전기 측정 수단은 전압계와 전류계로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 매트릭스를 형성하는 가스 흐름 감지 소자들 및 상기 가스 흐름 감지 소자들을 접속하는 금속 전선은 단일 칩 위에 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스 흐름 센서는 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들을 포함하는데, 각각의 n 및 p 타입 반도체 스트립은 도프되지 않은 반도체의 얇은 중간층에 의해 바로 인접하는 것으로부터 분리되고, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립은 전도성 스트립에 의해 접속되며, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 도프되지 않은 반도체층이 중간에 개재되고, 전도성 스트립은 반도체 베이스 물질 위에 제공되며, 전기적 접촉부는 베이스 물질의 2개의 대향 단부에 제공되고 전기 측정 수단에 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 흐름 감지 장치는 복수의 탄소 나노튜브의 각각의 극단 단부에 각각 제공되는 하나의 전도성 소자와 직렬 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 탄소 나노튜브를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브는 상기 복수의 탄소 나노튜브의 단부 양단에 발생된 전위차를 측정하기 위해 직렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 나노튜브들은 그 단부에서 각각의 전도성 소자들에 의해 형성된 2개의 옴 접촉부 양단에 발생된 전류의 결정을 가능하게 하기 위해 서로 병렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 흐름 감지 장치는 절연된 베이스 위에 제공된다.

본 발명의 한 실시예에서, 전도성 소자는 전선을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 전도성 소자는 전극을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 전도성 소자는 전극에 접속된 전선의 조합을 포함한다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 에너지 전환 수단, 및 전기 스토리지 또는 사용 수단에 상기 에너지 전환 수단을 접속하는 적어도 하나의 전도성 소자를 포함하는 에너지 전환 장치를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법에 관한 것인데, 상기 에너지 전환 수단을 가로지르는 가스의 흐름은 가스 흐름의 방향을 따라 각각의 에너지 전환 수단 내에 발생되는 제베크 전압의 발생을 야기하고, 이에 의해 전기 에너지를 발생하며, 상기 전기 에너지는 전도성 소자를 통해 에너지 스토리지 또는사용 수단에 전송된다.

본 발명의 한 실시예에서, 에너지 전환 수단은 양호한 전기 전도성과 높은 제베크 계수를 갖는 고체 물질을 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 에너지 발생 방법은, 경사진 각도로 유지되고 높은 제베크 계수(Seebeck coefficient)를 갖는 고체 물질 위에 가스의 분사(a jet of gas)를 통과시키는 단계, 생성된 전기 신호의 크기를 측정하는 단계, 및 공지된 방법을 통해 생성된 전기 에너지를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질은 도프된 반도체, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 높은 제베크 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘 및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 금속 물질은 다결정 구리, GaAs, Bi₂Te₃, m텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스는 질소, 아르곤, 산소 및 이산화탄소 함유 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질은 20 내지 70도의 각도로 유지된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 바람직하게 고체 물질은 45의 각도로 유지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 흐름 감지 장치는 상기 복수의 도프된 반도체의 각각의 극단에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 직렬로 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 도프된 반도체들을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 도프된 반도체들은 직렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 도프된 반도체들은 병렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 전환 장치는 금속 전선에 의해 접속된 고체 물질로 구성되는 복수의 가스 흐름 감지 소자들로 이루어진 매트릭스를 포함하는데, 전체 매트릭스는 고저항의 도프되지 않은 반도체 베이스 상에 제공되고, 상기 반도체 베이스는 전기 스토리지 또는 사용 수단에 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 전환 장치는 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들을 포함하는데, 각각의 n 및 p 타입 반도체 스트립은 도프되지 않은 반도체의 얇은 중간층에 의해 바로 인접하는 것으로부터 분리되고, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립은 전도성 스트립에 의해 접속되며, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 도프되지 않은 반도체층이 중간에 개재되고, 전도성 스트립은 반도체 베이스 물질 위에 제공되며, 전기적 접촉부는 베이스 물질의 2개의 대향 단부에 제공되고 전기 스토리지 또는 사용 수단에 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 전환 장치는 상기 복수의 탄소 나노튜브의 각각의 극단 단부에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 직렬 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 탄소 나노튜브를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브들은 직렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 나노튜브들은 병렬로 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 전환 장치는 절연된 베이스 위에 제공된다.

본 발명의 한 실시예에서, 전도성 소자는 전선을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 스토리지 수단은 배터리 또는 스토리지 셀을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스의 흐름 때문에 고체 물질 내의 유도 전압은 무점성 흐름의 방향을 따라 고체 물질 양단의 온도차에게 의존한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스 속도는 1 내지 140 m/s의 범위 안에 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질을 가로지른 가스 흐름은 20도와 70도의 범위, 양호하게는 45도의 각도로 되어 있다.

본 발명은 또한 하나 이상의 에너지 전환 수단을 갖는 에너지 발생 수단을 포함하는 에너지 전환 장치에 관한 것인데, 상기 하나 이상의 에너지 전환 수단 각각은 높은 제베크 계수를 갖는 적어도 하나의 고체 물질, 및 에너지 전환 수단을 가로지르는 가스 흐름으로 인해 상기 하나 이상의 에너지 전환 수단 내에 발생된 전기를 저장 또는 사용하기 위해 상기 적어도 하나의 에너지 전환 수단을 전기 스토리지 또는 사용 수단에 접속하는 적어도 하나의 전도성 소자를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 고체 물질은 도프된 반도체, 그래파이트, 단일 벽 타입 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입 탄소 나노튜브, 및 높은 제베크 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 전기 측정 수단은 상기 전도성 수단을 통하여 하나 이상의 에너지 전환 수단에 접속되어 제공되는데，이는 상기 하나 이상의 고체 물질의 대향하는 단부 양단에 발생된 전류를 측정하기 위한 전류계, 또는 상기 하나 이상의 고체 물질의 2개의 대향 단부 양단의 전위차를 측정하기 위한 전압계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 전환 수단은 상기 복수의 도프된 반도체의 각각의 극단에 각각 제공되고 있는 단일 전도성 소자와 직렬 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 도프된 반도체들을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 에너지 전환 장치는 금속 전선에 의해 접속된 고체 물질로 구성된 복수의 에너지 전환 수단으로 이루어진 매트릭스를 포함하는데, 이 매트릭스는 높은 저항의 도프되지 않은 반도체 베이스 위에 제공되고, 상기 반도체 베이스는 전기 스토리지 또는 사용 수단에 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 매트릭스를 형성하는 에너지 전환 수단 및 상기 에너지 전환 수단을 접속하는 금속 전선은 단일 칩 위에 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 에너지 전환 수단은 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들을 포함하는데, 각각의 n 및 p 타입 반도체 스트립은 도프되지 않은 반도체의 얇은 중간층에 의해 바로 인접하는 것으로부터 분리되고, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립은 전도성 스트립에 의해 접속되며, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 도프되지 않은 반도체층이 중간에 개재되고, 전도성 스트립은 반도체 베이스 물질 위에 제공되며, 전기적 접촉부는 베이스 물질의 2개의 대향 단부에 제공되고 전기 스토리지 또는 사용 수단에 접속된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 전환 수단은 복수의 탄소 나노튜브의 각각의 극단에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 직렬 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 탄소 나노튜브를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에서, 전도성 소자는 전선을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 전기 스토리지 수단은 배터리이다.
본 발명의 다른 실시예는 전기 에너지를 발생하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 경사진 각도로 유지되는, 높은 제베크 계수를 갖는 고체 물질로 만들어진 적어도 하나의 가스 흐름 감지 소자, 및 상기 가스 흐름 감지 소자를 전기 측정 장치에 접속하는 적어도 하나의 전도성 소자를, 생성된 전기 에너지를 전송하기 위한 수단과 함께, 포함하는 가스 흐름 감지 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 고체 물질은 도프된 반도체, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘 및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 금속 물질은 다결정 구리, GaAs, Bi₂Te₃, 텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가스는 질소, 아르곤, 산소 및 이산화탄소 함유 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전기 측정 수단은 전류계 또는 전압계이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전기 에너지 발생 장치에는 복수의 가스 흐름 감지 소자가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 흐름 감지 장치는 복수의 감지 소자들의 각각의 극단에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 모두 직렬 또는 병렬로 접속된 복수의 도프된 반도체들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 복수의 감지 소자들은 복수의 감지 소자들 양단에 생성된 전위차를 측정하기 위해서 직렬로 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 복수의 감지 소자들은 그 단부에서 각각의 전도성 소자들에 의해 형성된 2개의 옴 접촉부 양단에 발생된 전류의 결정을 가능케하기 위해서 서로 병렬로 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가스 흐름 감지 장치는 금속 전선에 의해 접속된 고체 물질로 구성되는 복수의 가스 흐름 감지 소자들로 이루어진 매트릭스를 포함하는데, 전체 매트릭스는 고저항의 도프되지 않은 반도체 베이스 상에 제공되고, 감지 물질의 매트릭스는 전기 측정 수단에 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가스 흐름 감지 장치는 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들을 포함하는데, 각각의 n 및 p 타입 반도체 스트립은 도프되지 않은 반도체의 얇은 중간층에 의해 바로 인접하는 것으로부터 분리되고, n 및 p 타입 반도체의 교호의 스트립들은 전도성 스트립에 의해 접속되며, n 및 p 타입 반도체의 교호의 스트립들은 도프되지 않은 반도체층이 중간에 개재되고, 전도성 스트립은 반도체 베이스 물질 위에 제공되며, 전기적 접촉부는 상기 베이스 물질의 2개의 대향 단부에 제공되고 전기 측정 수단에 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가스 흐름 감지 장치는 복수의 탄소 나노튜브를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들은 절연된 베이스 위에 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전도성 소자는 전선 또는 전극 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전도성 소자는 전선과 전극의 조합을 포함한다.

도 la는 본 발명의 방법에 사용되는 흐름 감지 장치의 개략도이다.

도 1b는 전도성 소자들이 분명하게 표시되고 가스 흐름의 수평축에 대해 45도의 각도를 묘사하는 본 발명의 흐름 감지 장치의 개략도이다. 20도와 70도 사이의 각도가 사용될 수있다.

도 1c는 흐름 감지 소자가 7 m/s의 흐름 속도에서 아르곤 가스의 흐름 내의 n 도프된 게르마늄인 장치에 의해 얻어진 응답의 전형적인 응답의 그래프이다.

도 1d는 실험적 셋업이 흐름 센서 위에 조정된 가스 흐름 속도(u)를 얻기 위해 제공된 발명의 흐름 감지 장치의 또 다른 개략도이다.

도 2는 하측으로부터 상측으로, n-Si(채워진 삼각형:▲), n-Ge(성형:★), 그래파이트(빈 사각형:□), Pt 금속(플러스형:+), SWNT(빈 원형:○), MWNT(빈 삼각형:△), 및 p-Si(채워진 삼각형:▼)에 대한 질소의 흐름 속도에서의 신호 V의 상관관계를 나타내고 있는 그래프이다.

도 2의 삽입도는 속도(u)의 고정값에 대한 활동 길이 d의 함수로서 n-Ge에 대한 V의 상관관계를 도시한다. 실선은 식 V = a₁ ＋ a₂ {(1+d/x₁)^2/3-1}에 적합하고, 여기서 a₁ 및 a₂는 매개 변수들이고, x₁ = 0.5 mm이다 (간단한 기하학으로부터).

도 3은 질소 가스의 흐름에 대한 V 대 마하 (Mach number) M의 제곱 (M = u/c, 여기서 c는 가스 내의 음속)의 구획도이다. 데이터와 기호들은 도 2에서와 동일하다.

도 4는 아르곤 (채워진 사각형:■)과 질소(빈 원형:○)의 흐름에 대한 M² 대 V의 그래프이다. 삽입도는 상황 I의 확대 구획도이다.

도 5는 매트릭스 형성 시에 금속 전선들에 의해 접속되고，높은 저항과 도프되지 않은 반도체 기판 위에 제공된 여러 가스 흐름 센서 소자들을 도시하는 본 발명의 한 실시예에 따른 흐름 감지 장치의 개략도이다.

도 6는 도프되지 않은 반도체 물질의 삽입된 층을 갖는 n 및 p 타입 반도체 물질의 교호의 스트립을 도시하는 본 발명의 장치의 다른 실시예의 개략도인데, 상기 n 및 p 타입 반도체 물질의 교호의 스트립은 전도성 스트립에 의해 접속되고, 전체 조립체는 전기 스토리지 또는 전기 측정 수단에의 접속을 위한 2개의 전기 접촉부가 제공된 반도체 베이스 상에 제공된다.

본 발명의 배경에 기술된 바와 같이, 고쉬 등의 Science,299,1042(2003)와 미국 특허 출원 번호 제 10/306,838호는 단일 벽 탄소 나노튜브를 따르는 액체의 흐름이 흐름 방향으로의 전기의 생성을 가져오고，액체 속도들의 측정을 위해 이용될 수 있음을 가르친다. 이 공개는 또한 유도 전압이 속도 10^-7 내지 10^-1 m/s의 전 범위에 걸쳐 흐름 속도에 대한 대수 함수적인 상관관계를 가지는 것을 가르친다. 이것은 맥동 비대칭 래칫(pulsating asymmetric ratchets)의 점에서 보면 나노튜브를 지나 흐르는 액체의 쿨롱 필드(Coulombic field)의 변동에 의해 나노튜브 내의 자유 전하 캐리어들을 직접 강제함에 의한 것이라고 생각된다. 이는 흐름 속도에 관한 유도 전압의 서브-리니어 상관관계(sub-linear dependence)를 야기한다. 그러나, 이 현상은 나노-튜브 내의 캐리어들의 일차원적 구성에 특정되고，그래파이트 또는 반도체 같은 다른 고체 물질에서는 없다.

또한 탄소 나노튜브가 흐름에 대해 0도의 각도로 액체의 흐름 내에 놓여 있었을 때 액체 흐름이 단일 벽 탄소 나노튜브 내에 전기를 생성하였을 동안, 유사한 결과는 흐름에 대한 탄소 나노튜브의 각도가 0도이였을 때 가스의 흐름 내에서 얻어지지 않았음을 알 수 있었다. 따라서, 나노튜브를 따르는 액체 흐름 내에서 주지된 쿨롱 상호 작용들이 나노튜브를 따르는 가스의 흐름의 경우에 주요하지 않다는 것이 명백했다. 그러나, 나노튜브의 각도가 0도로부터 바뀌었을 때, 전압은 그러한 전압이 약하더라도, 전압계의 단부를 따라 유도된다. 그래파이트, 반도체, 백금 및 다른 금속 물질, 즉 다중벽 탄소 나노튜브 같은 다른 고체 물질들로 가스 흐름을 이용하는 또 다른 실험들은 또한 몇몇 경우들에서 동일한 결과를 제공하는데, 즉 고체 물질이 0도의 각도에 있었을 때 전압은 존재하지 않고, 고체 물질이 가스 흐름 방향에 대해 0도 및 90도보다 큰 각도이었을 때 전압이 발생한다.

이것은 전압 및 몇몇 경우에 있어서 양호한 전압이 고체 물질이 0도보다 큰 각도에서 가스 흐름 내에 배치되었을 때 발생되는 것이 관측됨을 알 수 있다. 이는 전압 발생이 액체 흐름의 경우에서와 같이 액체 흐름과 고체 물질의 자유 전자 간의 쿨롱 상호 작용의 결과가 아님을 분명히 확증했다. 더 이상의 실험은 전압 발생이 베르누이의 원리와 제베크 효과의 상호 작용의 결과임을 확증했다. 가스 스트림라인을 따르는 압력 차이들이 고체 물질 양단의 온도차를 야기하는데, 이는 측정된 전압을 차례대로 생성했다. 전기 신호는 2차적으로 마하 M에 의존하는데, 여기서 M = u/c이고, u는 가스 속도이며, c는 가스 내의 음속이다. 측정할 수 있는 전압들과 전류들의 직접 생성은 단일 및 다중벽의 탄소 나노튜브, 그래파이트, 도프된 반도체, 높은 제베크 계수의 금속 물질 같은 여러가지 고체에 대해 가장 적당한 속도에서의 가스 흐름 때문에 관측되었다. 예를 들면, 제베크 계수가 거의 0인 백금은 전압이 발생이 없는 것으로 나타났다.

본 발명은 그러므로 여러 고체 물질 상에서의 질소, 아르곤, 산소 및 공기 등의 상이한 유형의 가스 흐름으로 인한 전기 생성의 방법 및 그 장치를 제공한다. 고체 물질들은 실질적으로 전기의 양도체들이고，금속 물질, 반도체, 그래파이트, 나노튜브 등과 같은 물질들로부터 선택될 수 있다. 주요한 필요 조건은 그런 물질들이 양호한 제베크 계수를 가진다는 것이다.

본 발명의 모든 실시예들은 고체 물질에서 제베크 전압을 발생시키므로써 고체 물질을 통해 가스의 흐름으로 인한 고체 물질에서의 전기 에너지의 유도에 의거한다. 이는 가스 흐름의 속도 또는 가스의 순도 또는 탁도와 같은 가스의 성질, 측정 포인트에서의 흐름량, 또는 압력 또는 밀도 같은 외부의 매개 변수들에서의 어떤 변동에도 관계없다.

본 발명은 발명을 설명하는 첨부 도면을 참조하여 기술되고, 그리고 이는 제한적으로 해석되어서는 안된다.

도 1a는 본 발명의 방법에 따른 가스 속도의 흐름 측정을 위해 사용되는 장치의 개략도이다. 기술된 실시예에서, n 도프된 Ge 반도체(1)과 같은 단일 흐름 감지 소자가 각 단부에 제공된 2개의 금속 전극(2, 2')들 사이에 샌드위치된 것으로 도시된다. 금속 전극(2, 2')들은 반도체(1)를 위한 옴 접촉부를 형성한다. 상부에 제공된 반도체(1)와 금속 전극(2, 2')들의 조합은 예를 들어, 도프되지 않은 반도체 물질 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 같은 소정의 절연 물질로 만들어진 절연 물질 베이스(도시안됨) 상에 지지된다. 반도체(1)와 전극(2, 2')들을 갖는 절연 베이스는 속도가 측정되는 가스 흐름(3)의 수평축에 대해 45도의 각도로 담가진다. 가스 흐름은 튜브(4)를 통한다. 튜브는 다른 속도들로 다른 가스들을 통과시키는데 사용될 수 있다. 전극(2, 2')들은 리드 전선(6,6')들을 통하여 전압계 같은 전기 측정 수단(5)에 접속하고 있다. 튜브(4)의 외부에 전압 측정 수단(5)은 제공된다. 도 1a의 가스의 흐름의 방향은 흐름 감지 소자(1) 위에서 계속되는 튜브(4)를 통하는 화살표로 묘사된다.

도lb는 전도성 소자들이 분명히 표시되고 가스 흐름의 수평축에 대해 45도의 각도로 묘사하고 있는 본 발명의 흐름 감지 장치의 개략도이다. 20도와 70도 사이의 다른 각도들이 또한 사용될 수 있다. 도 1b에서, 흐름 감지 소자(1b)는 리드(4b)를 통하여 순번대로 전기 측정 수단(3b)의 각각의 말단들에 접속하고 있는 2개의 전극(2b, 2b')들 사이에 샌드위치된다. 가스의 흐름을 빠르게 하는 방향은 연속의 화살에 의해 묘사된다. d는 흐름 방향의 수평축에 대해 45도 각도인, 흐름 감지 장치의 활성 부분을 표시한다. 도 1b의 개략도는 하기의 예 3에서 사용되는데, 여기서 얻게 된 특정의 구성과 결과가 설명된다.

도 1c는 도 1b의 흐름 감지 장치가 사용될 때 얻게 된 전형적인 응답의 그래프이며, 여기서 n 도프된 Ge는 흐름 감지 소자이다.

도 1d는 흐름 감지 장치의 고체 물질 위에서 조정된 가스 흐름 속도를 얻기 위해 사용되는 본 발명의 흐름 감지 장치의 한 실시예의 개략도이다. 본 발명의 흐름 감지 장치는 2개의 각각의 전도성 소자(2d)들에 그것의 어느쪽의 단부에서 접속된 흐름 감지 소자(1d)를 포함하는데, 상기 전도성 소자들은 순번대로 전압계(3d) 같은 전기 측정 수단의 양 및 음의 말단들에 접속된다. 흐름 감지 소자(1d)는 튜브(5d)를 통하는 압축 가스 실린더 같은 가스 소스(4d)로부터의 가스 흐름의 수평축에 대해 45도 각도로 유지된다. 튜브(5d)의 출구 점에서의 흐름 비율은 로타미터(rotameter; 7d)를 사용하는 튜브(5d)에 제공된 사이드 포트(6d)에서 측정된 흐름 비율로부터 추론되면서 측정된다.

먼저, 본 발명은 도프된 반도체 물질, 그래파이트, 단일 벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브 등과 같은 높은 제베크 계수를 갖는 고체 물질의 위에서 아르곤, 질소 및 산소 같은 가스의 흐름으로 인한 전압의 직접 발생이 존재하는 것에 대해 설명한다. 이용된 가스 속도들은 1 내지 140 m/s의 범위 안에 있다. 본 발명 또한 전압과 전류가 2차적으로 흐름 속도에 의존하고 전압의 크기 및 부호가 고체 물질의 특성에 의존하는 것을 증명한다. 예를 들면, 11 m/s의 흐름 속도에서의 아르곤은 n-타입 Ge에 대해서는 -16.4 μV의 전압을 생성하지만, 단일 벽 탄소 나노튜브에 대해서는 5.9 μV의 전압을 생성한다.

가스의 흐름에 의한 전압 발생의 현상은 외관상 유사한 효과, 즉 고쉬 등의 Science, 299,1042(2003)[1] 및 미국 특허 출원 번호 10/306,838호에서 논의된 탄소 나노튜브의 위에서의 액체에 의한 전압 발생과는 무관하다. 이들 문서에서, 유도 전압은 10^-7 내지 10^-1 m/s 속도의 전 범위에 걸쳐 흐름 속도에 대한 대수적인 상관관계를 갖는다. 액체의 흐름에 의한 전압 발생은 SWNT 내에 명시되고 그래파이트에는 없는, 1차원적인 전하 캐리어들의 수송의 성질에 매우 특유하다. 이는 고체 내에서의 가스 흐름 유도 전압의 경우에는 그렇지 않은데, 이는 무점성 흐름의 방향을 따라 고체 양단의 온도차의 생성에 의존한다. 이는 분명하게 점성의 끌림이 지배적인 액체의 흐름에는 적용할 수 없다. 액체(물)와 가스(질소)의 흐름에 의해 SWNT에서 생성된 신호들을 비교할 때, u = 10^-2 m/s(물)에 대해서는 V ∼ 3mV이고, u = 15 m/s (질소 가스)에 대해서는 V = 15 μV인 것이 관측된다.

본 발명도 가스의 흐름 속도를 측정하기 위한 센서가 생성된 전기 신호에 기 초하여 만들어질 수 있는 것을 증명한다. 본 발명의 센서는 가스 흐름에 직접적인 전기 응답을 주는 능동 센서이다. 이는 열적 풍속 측정법(thermal anemometry)에 기초하여 광범위하게 사용된 가스 흐름 센서와 비교되는데，여기서 유체에 노출된 작은, 전기적으로-가열된 센서 (전선 또는 박막)으로부터 열 전달에 있어서의 변화들을 측정하므로써 유체 속도가 감지된다. 열적 풍속 측정법은 열 균형 방정식에 대해 영향을 미치고 따라서 온도, 압력 또는 가스의 구성에 있어서의 어떤 작은 변화라도 잘못된 판독을 일으킬 수 있다. 그런 영향들은 본 발명의 경우에 없거나 최소이고，비록 있다고 해도 센서 물질에서의 가스 흐름-유도 전압 또는 전류의 직접적인 발생에 기초한 센서들에서 고려될 수 있다.

본 공개가 약간의 고체에 대해서만의 결과를 커버하더라도, 그 효과는 이들 물질들에만 제한되지 않는다. 고체의 선택에 대한 원리를 이끄는 것은 높은 제베크 계수이다. 그러므로, 셀레늄(S ~ 900 u/K), 텔루륨(S ~ 500 uV/K), GaAs 및 희토류 전이 금속 산화물 같은 고체 또한 유용하다. ρ~ 10⁶ Ωcm로 약하게 도프된 반도체의 경우에, 가스 흐름으로 인한 전압은 무시할 정도여서，고체의 저항이 매우 높아서는 안될 것을 제안한다. 전압과 전류의 크기는 도시된 감지 소자들의 직렬 및 병렬 조합을 사용하므로써 쉽게 배가될 수 있다.

첨부 도면의 도 5에서, 다수의 가스 흐름 감지 소자(51, 51', 51'', ...)들은 금속 전선(52)을 사용하는 매트릭스의 형태로 상호접속된다. 전체 매트릭스는 고저항의 도프되지 않은 반도체 베이스(53) 상에 개발된다. 이러한 형성은 그곳을 가로지르는 가스(54)의 흐름으로 인한 에너지 전환 장치로서 유용하다. 얻어진 전기 신호는 먼저 하니스된(harnessed) 다음, 전압계/전류계(55)를 사용하여 측정된다. 전선들을 접속하고 있는 금속과 감지 소자들은 단일 칩 위에 제조될 수 있다.

앨리슨(Allison) 외, Sensors and Actuators A,104,32,2003 및 로웨(Rowe), CRC Handbook of thermoelectrics, Boca Raton, FL, CRC Press, 1995에 이어서, 한 실시예는 n 및 p 타입 Si 또는 Ge의 역 제베크 계수들의 장점을 취하는 것이다. 이 실시예는 도 6에 도시되는데, 여기서 n 및 p 타입 반도체 스트립(61)들은 교호적이다. n 및 p 타입 반도체 스트립들은 이온 주입에 의해 만들어진다. 도프되지 않은 반도체 물질(62)의 스트립들은 n 및 p 타입 반도체 스트립(61)들 사이에 샌드위치된다. n 및 p 타입 반도체 스트립(61)들은 샘플이 가스 흐름(64)에 노출될 때 개별적인 제베크 전압을 부가하기 위해 전도성 물질(63)을 통하여 직렬로 전기적으로 결합된다. 전체 조립체는 반도체 베이스(65) 위에 제공되고，전압전류계(voltmeterammeter; 66)에 접속된다. 얻어진 결과는 가스 흐름 에너지가 소정의 이동부도 없이 직접 전기 신호로 전환될 수 있도록 제안하므로써, 전기를 일으킬 때의 적용에 대한 큰 잠재성을 가지게 한다.

본 발명의 흐름 감지 장치의 중요한 또 다른 이점은 그것이 동작에 대한 조금의 외부의 전력원도 필요로 하지 않는다는 것이다. 이에 반하여, 본 발명의 감지 장치는 전기를 발생시킨다. 고체 물질을 가로지른 가스의 움직임은 전류 I의 발생을 야기한다. 접촉부와 함께 물질은 저항 R을 가지고, 이에 의해 센서 양단의 전압 V의 형성을 가능하게 한다.

본 발명은 이하의 예들을 참조하여 설명되는데, 이는 예시적이지 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

예 1

도ld는 본 발명의 흐름 감지 장치 내의 조정된 가스 흐름 속도를 얻기 위해서 예 1에서 사용된 실험적 설정의 개략적 배치를 도시한다. 가스 흐름을 따르는 3 x 10^-3 m 및 가스 흐름에 수직인 1 x 10^-3 m를 포함하고 있는 흐름 감지 장치가 사용되었다. 흐름 감지 소자들은 n-타입 Ge(도프된 Sb, ρ = 0.01 Ωcm), n-Si(ρ= 0.01 Ωcm), p-Si(ρ= 0.01 Ωcm), 단일 벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 다결정 구리로 만들어진다. 전기 접촉부는 은의 에멀션 (도 1b에서 음영 부분으로 도시된)을 이용하여 만들어진 125 x 10^-6 m 직경의 구리 리드들로 이루어진다. 흐름 센서 소자의 노출되는 영역은 은의 에멀션에 의해 커버되지 않고，대략 가스 흐름을 따라 2 x 10^-3 m 및 가스 흐름에 수직인 1 x 10^-3 m이다. 단일 벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브 및 그래파이트를 포함하고 있는 감지 소자들은 2개의 전극들 사이에 파우더를 밀도있게 팩킹하므로써 준비된다. 활성 고체 물질의 치수는 흐름을 따라 대략 1 x 10^-3 m이고, 폭이 2 x 10^-3 m이며, 두께가 2 x 10^-4 m이다. 도 1c는 가스 흐름이 μ= 7m/s의 속도이고 온 및 오프로 스위치되는 n-타입 Ge 반도체 베이스 흐름 감지 소자 양단의 전압을 도시한다.

p-Si, n-Si, n-Ge, SWNT, MWNT 및 그래파이트 위의 질소 흐름의 결과는 도 2 에서 도시된다. 전압 V는 전류에서와 같이 광범위한 u에 대해 u²로서 변화하는데, 이는 도시되지 않는다. 도 2에서 낮은 속도로 도시되었더라도, 가스는 압축할 수 없고, μ는 도 3에서 도시된 바와 같이 V 대 마하 M의 제곱의 플롯을 제공하기 위해 열적 속도 (음속)에 의해 축척될 수 있다. M = n/c, 여기서 c는 가스의 음속 (= 질소에 대해서는 353 m/s，그리고 300 K에서의 아르곤에 대해서는 323 m/s)이다. 도 2는 V = Dμ²에 적합하고, 여기서 D는 테이블 1에서 주어진 적당한 매개 변수이고, 도 3에서 실선은 V = AM2에 적합하고, 여기서 A는 또한 테이블 1에서 주어진 적당한 매개 변수이다.

150 바의 최대 압력을 갖는 압축된 실린더로부터의 가스는 직경 7 x 10³ m의 튜브 내로 주어진 압력으로 배출된다. 횡단면적(φ)을 갖는 튜브의 단부에서 평균의 속도 u는 μ= Ｑ/φ에 의해 측정된 흐름율 Ｑ로부터 추론된다. 흐름 센서는 수평축에 대해 α= 45도의 각도에 유지된다. 이것은 최적의 신호를 가져왔다. α = 0도의 각도는 압력 경도가 0이기 때문에 아무런 효과도 야기하지 않고, α = 90도의 각도 또한 대칭으로 인해 아무런 결과를 제공하지 않는다.

예 2

도 1에서와 동일한 설정은 흐름 센서 소자가 출구 포인트로부터 2 x 10^-2 m의 거리를 두거나 튜브 외부로 1 x 10^-2 m의 거리를 두고 유지되었던 것을 제외하고는 되풀이 하게 된다. 얻어진 결과는 예 1에서의 것과 유사했다.

예 3

동일한 실험은 해당 물질이 A의 경사가 매우 작았던 고체의 다결정 구리판이었던 것을 제외하고는 예 1에서와 같이 되풀이 하게 된다. 결과는 테이블 1에 주어진다.

얻어진 여러 가지 결과의 비교는 p-타입 Si 및 SWNT에 대한 신호가 n-타입 Si, n-Ge, 그래파이트 및 구리에 대한 신호와 반대임을 나타낸다. SWNT 샘플은 보통 의도하지 않게 p-도프된다 (Hone et al, Phys. Rev. Lett., 80, 1042, 1998[4]; 및 Collins et al, Science, 287, 1801, 2000)[3]. 이것은 SWNT 및 p-Si에 대해 동일한 흐름 유도 전압의 부호를 설명한다. 도 3의 삽입도는 경사 A 대 사용된 고체 물질의 제베크 계수(Ｓ)의 플롯을 도시한다. 계수 A는 경사 = 60K로 삽입도에점선으로 나타낸 바와 같이 S에 선형적으로 의존한다.

예 4

본 발명의 방법은 n-Ge에 대해 M²의 큰 값을 초과하여 발생된 전압 V를 측정하기 위해서 2개의 분리된 가스, 즉 질소 및 아르곤을 사용하여 테스트되었다. 그 결과는 도 4에 도시된다. 도 4의 삽입도는 M² ≤ 0.05 (이후, 상황 I 참조)에 대한 경사 A가 질소 (도 4에서 빈 원형)에 대한 것에 비해 아르곤 (도 4에서 채워진 사각형)에 대해서 더 높다는 것을 분명히 보여준다. 경사 A(아르곤)/A(질소)의 비율 = 1.2이다. 이는 고체의 위에 가스의 흐름에 의해 유도된 전기 신호의 발생 이후에 기계 장치의 분석에 의한 2개의 M² 상황들이 있다는 것이 설정되어 있다.

가스의 단열적인 불변의 무점성 흐름에 대해서, 베르누이의 식은 마하 M에 관해서 스트림라인을 따라 압력 차이를 다음과 같이 준다.

여기에서, γ = Cp/Cv; Cp(Cv)는 정압 비열(정적 비열)에서의 특정한 열이다. 아르곤과 질소에 대한 값은 각각 1.667 및 1.404이다. 식 1에서, Po는 속도가 0인 경우의 스트림라인 상의 포인트에서 최대 압력이다. 그런 포인트는 가스가 흘러 지나가는 흐름 센서 소자의 표면 상의 선행 에지이고，소위 정체 포인트로 불리운다. 도lb에 도시된 기하학에 있어서, (전극들 없이) 가스 흐름에 노출된 샘플의 2개의 단부들 간의 압력 차이는 식 2에서 아래와 같이 주어진다.

가스가 왼쪽부터 오른쪽에 흐를 때 식 2의 첨자 문자 L와 R는 흐름 감지 장치의 능동 부분의 좌우를 나타낸다. 분수의 온도차 ΔT/T는 ΔT/T = ΔP/P - Δρ/ρ로서 압력 차이 ΔP/P와 밀도 차이 Δρ/ρ에 관계가 있다. M << 1일 때, 가스의 밀도에 있어서의 변화는 보잘 것 없고, 즉 유체는 압축할 수 없고, 따라서 ΔT/T = ΔP/P이다. 그러므로, M << 1 (소위, 상황 I)에 대해서 압축할 수 없는 유체 흐름에 대해 거리 d만큼 분리된 2개의 포인트들 사이의 스트림라인을 따르는 온도차는 하기 식 3에 의해 주어진다.

여기서, ΔT = T_L - T_R> 0이다. 흐름 감지 소자를 지나 흐르는 가스는 가속 흐름에 대응하는 수평축에 대해 각도α를 유지하고, 따라서 M_R > M_L이다. 외부 흐름 μ의 속도의 탄젠트 성분은 하기 식 4에서 주어진 바와 같이 평평한 경계를 따라 측정된 스트림라인 거리 x에 의존한다:

본 발명의 흐름 감지 장치의 경우에서, α= π/4 이고, 따라서 u∝x^1/3이다. 비희박 가스에 있어서, 고체의 표면에서의 경계 조건은 가스와 고체의 온도들이 같다라는 것이다. 따라서, 가스 흐름 내의 스트림라인을 따른 온도차는 흐름 방향을 따라 고체 내의 온도차를 유도할 것이다. 온도차는 하기식 5에 도시된 제베크 효과로 인해 V_L-V_R로 정의된 전압차 V를 차례대로 야기한다:

여기서, S는 고체의 제베크 계수이고，p-타입 물질에 대해서 양극이고, n-타입 물질에 대해서는 음극이다. 요인 k는 고체와 가스 사이에서의 온도차의 경계 조건들뿐만 아니라 가스와 고체의 표면 사이에서의 특정 상호 작용들에 의존한다.

소위 상황 II인 M의 특정 값, 즉 (∼ 0.2)을 넘어, 가스의 밀도는 맞춰줄 필요가 있다. 이것은 이하의 식 6에 의해 제공된다:

그러므로，

상기 식들은 예 1 내지 4에서 논의된 실험에 의해 입증되었다. 식 4로부터, M_L ² ∝ χ₁ ^2/3 및 M_R ² ∝ (χ₁ + d)^2/3은 명백하다. 그러므로, M_R ² - M_L ² ∝ M², 여기서 M은 효과적인 평균의 마하 수이다. 따라서, 식 5 및 7은 상황 I와 II에서, 유도 전압이 M² : V = AM²에 비례한다고 예측한다. 이는 도 2 및 4에 도시된 결과와 일치하여 있다. 경사 A는 상황 I (식 5)에서 S:A = κToSγ/2에 선형적으로 의존해야 한다. 이것은 도 3의 삽입도에서 다른 물질(테이블 1)에 대한 S의 공지된 값에 대한 A (채워진 원)의 관측된 값의 플롯에 의해 나타낸 바와 같이 경우이다. γ= 1.404와 To=300K와 함께 경사(=60K)의 고정값을 사용하여, k는 0.28로 판명된다. (iii) 식 5는 관측된 비율과 일치하여(도 4의 삽입도), 아르곤 및 질소 가스들의 흐름에 대한 경사 A의 비율 (상황 I)이 γ(아르곤)/γ(질소) = 1.2임을 예측한다. 식 5와 7은 도 4의 영역 I 및 II 내의 경사의 비율이 γ/(γ-1)이 되도록 제안한다. 이것은 아르곤 (채워진 사각형)에 대한 관측값 3.44와 양호하게 필적한다. 도 2의 삽입도는 n-Ge에 대한 샘플 길이 d에 대해 측정된 V 및 흐름 속도 μ = 10 m/s에 대한 상관관계를 도시한다. 자료는 식 V = a₁ + a₂{(1+d/χ₁)^2/3-1}에 상당히 잘 맞고, 여기서 a₁와 a₂는 매개 변수이며, x₁ = 0.5mm이다 (샘플 기하학으로부터). 기계 장치는 d에 대한 종속성을 정당화한다: 식 4로부터, α=45도에 있어서, μ² ∝ d^2/3. 그러므로, V ∝ [(x₁ + d)^2/3 - x]. α= 0도 및 90도에서, 전압은 가스 흐름에 의해 생성되지 않는 것이 관측되었고, 신호는 α > 90도에 대해서 부호를 변경한다. 이러한 관측은 식 4로부터 이해할 수 있는데, 이는 α= 0도에 대해서 μL = μR, α= 90도에 대해서 직각의 정체 포인트, 및 α < 0도에 대해서 감속 흐름을 예측한다. 제안된 기계 장치의 또 다른 결과는 플레티늄 금속 위에 가스의 흐름에 의해 생성된 전압이 플래티늄에 대해 S ∼ 0이기 때문에 무시되어야 한다는 것이다. 이것은 실제로 실험 (도 2와 3에서 플러스 부호들을 참조)에 의해 나타낸 바와 같은 경우이다.

테이블 1. 백금에 대해 상이한 제베크 계수와 물질에 대한 경사 A의 비교

샘플	D(μV_S ²/m²)	A(μV)	S(μV/K)	레퍼런스
n-Si	-0.28	-35697	-587	6,5
p-Si	0.14	14539	574	6,5
n-Ge	-0.013	-17576	-300	6,5
SWNT	0.04	5389	20	3
MWNT	0.04	5538	20	7
그래파이트	-0.1134	-1810	-8	8
구리	-0.0002	23	7.4	6,5

레퍼런스

[1] S.Ghosh, A. K. Sood and N.Kumar, Science299, 1042(2003).

[2] P.Kral and Moshe Shapiro,Phys.Rev.Lett. 86,131(2001).

[3] P.G.Collins, K.Brandley, M. Ishigami, A.Zett1, Science 287, 1801(2000)

[4] Hone, I. Ellwood, M. Muno, A. Mizel, M.L.Cohen，and A.Zettl,Plys.Rev. Lett. 80, 1042(1998).

[5] S.C.Allison, R.L.smith, D.W.Howard, C.Gonzalez, S.D.Collins, Sensor and Actuator A,104,32(2003)

[6] D.M.Rowe, CRC handbook of thermolectrics, Boca Press, 1995

[7] R.Seshadri, H.N.Aiyer, A. Govindraj and C.N.R.Rao, Solid State Commun 91, 194(1994).

[8] T.Takezawaetal, Philos. Mag. 19(1969).

Claims

가스의 성질 또는 그 흐름 속도에 관계 없이 가스 흐름 속도의 결정 방법에 있어서, 상기 방법은

경사진 각도로 유지되고 높은 제베크 계수(Seebeck coefficient)를 갖는 고체 물질 위에서 가스의 분사(a jet of gas)를 통과시키는 단계,

생성된 전기 신호의 크기를 측정하는 단계, 및

가스 흐름 속도의 제곱에 의존하여 생성된 신호의 크기로부터 가스 흐름 속도를 결정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 고체 물질은 도프된 반도체, 단일 벽 타입 탄소 나노튜브, 다중 벽 타입 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 높은 제베크 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
제2항에 있어서, 상기 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘 및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
제2항에 있어서, 상기 금속 물질은 다결정 구리, GaAs, Bi₂Te₃, 텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스는 질소, 아르곤 및 이산화탄소 함유 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 고체 물질은 20 내지 70도의 각도로 유지되는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
흐름 속도 또는 가스의 성질에 관계 없이 가스 흐름 속도들을 측정하기 위한 흐름 감지 장치에 있어서, 상기 장치는

경사진 각도로 유지되는, 높은 제베크 계수를 갖는 고체 물질로 만들어진 적어도 하나의 가스 흐름 감지 소자, 및

상기 가스 흐름 감지 소자를 전기 측정 수단에 접속하는 적어도 하나의 전도성 소자

를 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 고체 물질은 도프된 반도체, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제8항에 있어서, 상기 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘 및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제8항에 있어서, 상기 금속 물질은 다결정 구리, GaAs, Bi₂Te₃, 텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 가스는 질소, 아르곤 및 이산화탄소 함유 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 전기 측정 수단은 전류계 또는 전압계인 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 복수의 가스 흐름 감지 소자들이 제공되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제13항에 있어서, 상기 복수의 감지 소자들은 각각의 극단에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 직렬로 또는 병렬로 모두 접속된 복수의 도프된 반도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제14항에 있어서, 상기 복수의 감지 소자들은 상기 복수의 감지 소자들의 단부 양단에 발생된 전위차를 측정하기 위해 그리고 가스 흐름 속도를 얻기 위해 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제14항에 있어서, 상기 복수의 감지 소자들은 그 단부에서 각각의 전도성 소자들에 의해 형성된 2개의 옴 접촉부 양단에 발생된 전류의 결정을 가능케하기 위해서 서로 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 흐름 감지 장치는 금속 전선에 의해 접속된 고체 물질로 구성되는 복수의 가스 흐름 감지 소자들로 이루어진 매트릭스를 포함하는데, 전체 매트릭스는 고저항의 도프되지 않은 반도체 베이스 상에 제공되고, 상기 감지 물질의 매트릭스는 전기 측정 수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 흐름 감지 장치는 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들을 포함하는데, 각각의 n 및 p 타입 반도체 스트립은 도프되지 않은 반도체의 얇은 중간층에 의해 바로 인접하는 것으로부터 분리되고, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 전도성 스트립에 의해 접속되며, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 도프되지 않은 반도체층이 중간에 개재되고, 전도성 스트립은 반도체 베이스 물질 위에 제공되며, 전기적 접촉부는 상기 베이스 물질의 2개의 대향 단부에 제공되고 전기 측정 수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제14항에 있어서, 상기 복수의 가스 흐름 감지 소자는 복수의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제18항에 있어서, 상기 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들은 절연된 베이스 위에 제공되는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 전도성 소자는 전선 또는 전극 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 전도성 소자는 전선과 전극의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 감지 장치.
경사진 각도로 유지되고 높은 제베크 계수(Seebeck coefficient)를 갖는 고체 물질 위에 가스의 분사(a jet of gas)를 통과시키는 단계,

생성된 전기 신호의 크기를 측정하는 단계, 및

공지된 방법을 통해 생성된 전기 에너지를 전송하는 단계

를 포함하는 전기 에너지 발생 방법.
제23항에 있어서, 상기 고체 물질은 도프된 반도체, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 높은 제베크 계수를 갖는 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 방법.
제24항에 있어서, 상기 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘 및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 방법.
제24항에 있어서, 상기 금속 물질은 다결정 구리, GaAs, Bi₂Te₃, m텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 방법.
제24항에 있어서, 상기 가스는 질소, 아르곤, 산소 및 이산화탄소 함유 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 방법.
제24항에 있어서, 상기 고체 물질은 20 내지 70도의 각도로 유지되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 방법.
전기 에너지를 발생하기 위한 장치에 있어서,

상기 장치는

경사진 각도로 유지되는, 높은 제베크 계수를 갖는 고체 물질로 만들어진 적어도 하나의 가스 흐름 감지 소자, 및 상기 가스 흐름 감지 소자를 전기 측정 장치에 접속하는 적어도 하나의 전도성 소자를, 생성된 전기 에너지를 전송하기 위한 수단과 함께, 포함하는 가스 흐름 감지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 고체 물질은 도프된 반도체, 단일 벽 타입의 탄소 나노튜브, 다중-벽 타입의 탄소 나노튜브, 그래파이트 및 금속 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제30항에 있어서, 상기 도프된 반도체 물질은 n-게르마늄, p-게르마늄, n-실리콘 및 p-실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제30항에 있어서, 상기 금속 물질은 다결정 구리, GaAs, Bi₂Te₃, 텔루륨 및 셀레늄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 가스는 질소, 아르곤, 산소 및 이산화탄소 함유 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 전기 측정 수단은 전류계 또는 전압계인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 복수의 가스 흐름 감지 소자가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제35항에 있어서, 상기 흐름 감지 장치는 상기 복수의 감지 소자들의 각각의 극단에 각각 제공되는 단일 전도성 소자와 모두 직렬 또는 병렬로 접속된 복수의 도프된 반도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제36항에 있어서, 상기 복수의 감지 소자들은 상기 복수의 감지 소자들 양단에 생성된 전위차를 측정하기 위해서 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제37항에 있어서, 상기 복수의 감지 소자들은 그 단부에서 각각의 전도성 소자들에 의해 형성된 2개의 옴 접촉부 양단에 발생된 전류의 결정을 가능케하기 위해서 서로 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 가스 흐름 감지 장치는 금속 전선에 의해 접속된 고체 물질로 구성되는 복수의 가스 흐름 감지 소자들로 이루어진 매트릭스를 포함하는데, 전체 매트릭스는 고저항의 도프되지 않은 반도체 베이스 상에 제공되고, 상기 감지 물질의 매트릭스는 전기 측정 수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 가스 흐름 감지 장치는 n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들을 포함하는데, 각각의 n 및 p 타입 반도체 스트립은 도프되지 않은 반도체의 얇은 중간층에 의해 바로 인접하는 것으로부터 분리되고, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 전도성 스트립에 의해 접속되며, n 및 p 타입 반도체의 상기 교호의 스트립들은 도프되지 않은 반도체층이 중간에 개재되고, 전도성 스트립은 반도체 베이스 물질 위에 제공되며, 전기적 접촉부는 상기 베이스 물질의 2개의 대향 단부에 제공되고 전기 측정 수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제38항에 있어서, 상기 가스 흐름 감지 장치는 복수의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제40항에 있어서, n 및 p 타입 반도체들의 교호의 스트립들은 절연된 베이스 위에 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 전도성 소자는 전선 또는 전극 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제29항에 있어서, 상기 전도성 소자는 전선과 전극의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
제6항에 있어서, 상기 고체 물질은 45°의 각도로 유지되는 것을 특징으로 하는 가스 흐름 속도의 결정 방법.
제28항에 있어서, 상기 고체 물질은 45°의 각도로 유지되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제