KR101308585B1 - Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor - Google Patents

Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor Download PDF

Info

Publication number
KR101308585B1
KR101308585B1 KR1020110140330A KR20110140330A KR101308585B1 KR 101308585 B1 KR101308585 B1 KR 101308585B1 KR 1020110140330 A KR1020110140330 A KR 1020110140330A KR 20110140330 A KR20110140330 A KR 20110140330A KR 101308585 B1 KR101308585 B1 KR 101308585B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetized particles
thermal energy
electrical energy
working fluid
energy
Prior art date
Application number
KR1020110140330A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130072766A (en
Inventor
이상엽
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020110140330A priority Critical patent/KR101308585B1/en
Publication of KR20130072766A publication Critical patent/KR20130072766A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101308585B1 publication Critical patent/KR101308585B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는, 열을 입력받아 전력을 생산하는 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에 있어서, 자화 입자들이 혼합된 작동유체가 통과하며, 입구부 및 출구부보다 작은 외경을 갖는 중간부를 갖는 노즐부재, 및 상기 노즐부재 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일을 포함하며, 상기 코일에는 상기 자화 입자들의 이동에 따라 형성된 자기장에 의해 유도된 전류가 흘러 전력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In the apparatus for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles according to the present invention, in the apparatus for converting thermal energy into electrical energy that generates heat by receiving heat, a working fluid mixed with magnetized particles passes therethrough, A nozzle member having an intermediate portion having an outer diameter smaller than an inlet portion and an outlet portion, and a coil formed to surround an outside of the intermediate portion of the nozzle member, wherein the coil is induced by a magnetic field formed by movement of the magnetized particles. An electric current flows to generate electric power.

Description

자화 입자 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치 및 방법{APPARATUS FOR TRANSFORMATION OF THERMAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY USING FERRITE PARTICLE FLOW AND METHOD THEREFOR}Apparatus and method for converting thermal energy into electrical energy using a magnetized particle flow {APPARATUS FOR TRANSFORMATION OF THERMAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY USING FERRITE PARTICLE FLOW AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열을 입력받아 전력을 생산하는 시스템에서, 자화 입자들이 혼합된 작동유체가 순환되고, 자화 입자들이 형성하는 자기장 변화에 의해 발생되는 유도전류를 이용하여 기전력을 발생시키며, 이로 인해 2차 전지를 사용하는 모바일 기기 뿐만 아니라, 모터와 전지를 사용하는 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 친환경 자동차 및 고속 전철 등과, 전기를 에너지원으로 사용하며 열손실이 발생하는 냉장고, 에어컨 시스템 등과 같은 대형 기기 등의 방전 효율(depth of discharge, DTD)을 극대화할 수 있는, 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles, and more particularly, in a system for generating power by receiving heat, a working fluid mixed with magnetized particles is circulated and magnetized. Electromotive force is generated by using the induced current generated by the magnetic field changes formed by the particles, which makes it possible to use not only mobile devices using secondary batteries but also hybrid cars, electric cars, eco-friendly cars and high-speed trains using motors and batteries. It is an electric energy of thermal energy using a flow of magnetized particles that uses electricity as an energy source and can maximize the discharge efficiency (DTD) of large equipment such as refrigerators and air conditioning systems that generate heat loss. The present invention relates to a conversion apparatus and method.

일반적으로, 전동기에서 전기를 생성하기 위해 패러데이의 전자유도법칙(Faraday's law)이 적용되는 예는 공지되어 있다. 패러데이의 전자유도법칙은, 가동 코일이 자계 내에 위치하여 있을 때, 코일에 쇄교하는 자속량이 변화하면 그것에 비례하는 기전력(전압)이 발생하고, 가동 코일을 자속 및 코일 방향과 직각으로 이동시키면 코일 내부에 기전력이 발생(플레밍의 오른손 법칙)한다. In general, it is known that Faraday's Law of Faraday's law is applied to generate electricity in an electric motor. Faraday's law of electromagnetic induction states that when the moving coil is located in a magnetic field, the amount of magnetic flux that links to the coil changes, resulting in an electromotive force (voltage) that is proportional to it. When the moving coil is moved perpendicular to the magnetic flux and the coil direction, There is an electromotive force inside (Fleming's right-hand rule).

도 1에 도시된 바와 같이, 자석을 원형의 가동 코일 내부로 통과시킴에 따라 유도되는 전압(기전력)은 다음과 같은 식에 의해 구해질 수 있다. As shown in FIG. 1, the voltage (electromotive force) induced by passing a magnet into a circular movable coil can be obtained by the following equation.

Figure 112011102384341-pat00001
Figure 112011102384341-pat00001

여기서, ε은 유도된 기전력(induced electromotive force, EMF),

Figure 112011102384341-pat00002
는 자속(magnetic field)이며,
Figure 112011102384341-pat00003
와
Figure 112011102384341-pat00004
는 각각 자기장(magnetic field) 벡터와 자기장이 통과하는 면적에 대한 벡터를 의미한다. 즉, 상기 식은 N번 감은 코일에 dt동안 d
Figure 112011102384341-pat00005
의 자기장의 변화가 있다고 할 때의 유도 기전력을 나타낸다. Where ε is the induced electromotive force (EMF),
Figure 112011102384341-pat00002
Is the magnetic field,
Figure 112011102384341-pat00003
Wow
Figure 112011102384341-pat00004
Denotes a magnetic field vector and a vector of an area through which the magnetic field passes. In other words, the above formula is d
Figure 112011102384341-pat00005
The induced electromotive force is shown when there is a change in the magnetic field.

이러한 원리는 현재에도 발전기와 열역학적 사이클을 결합하여 발전 설비에 사용되고 있다. 기존의 열역학적 사이클은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 열원을 이용하여 작동유체에 에너지를 전달하고, 펌프, 터빈 및 발전기를 사용하여 전기를 생성하게 된다. 이러한 일반적인 열역학적 사이클 또한 폐열을 보일러로 전달하여 2차적인 발전을 할 수 있으나, 요소 부품들(펌프, 터빈, 발전기)의 소형화 문제는 폐열을 이용한 발전 자체보다 더 힘든 과제이다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하고 특히, 모바일 기기뿐만 아니라 열교환기가 사용되는 시스템, 모터와 전지를 사용하는 차량 등에 적합한 형태의 발전 시스템의 개발이 요구된다. This principle is still used in power plants by combining generators with thermodynamic cycles. Conventional thermodynamic cycles use external heat sources to transfer energy to the working fluid and generate electricity using pumps, turbines and generators, as shown in FIGS. 2 and 3. This general thermodynamic cycle can also transfer waste heat to the boiler for secondary power generation, but miniaturization of urea components (pumps, turbines, generators) is a more challenging task than power generation with waste heat. Accordingly, there is a need for overcoming these problems and, in particular, development of a power generation system of a type suitable for a system using a heat exchanger, a motor and a battery, as well as a mobile device.

한편, 도 4는 미국특허등록 US7,455,101B2호의 일 도면으로서, 자화 입자(2)들이 혼합된 유체(3)가 통과하는 파이프(5)의 외벽에 유체에 열을 공급하는 열원을 구비하여 유체(3)에 열속을 증가시키고, 영구 자석(4)을 구비하여 회전하는 자화 입자(2)들의 위상을 일치하도록 한 후, 구리 코일(6)을 그 파이프(5) 둘레에 설치하여 상기 일치되는 위상으로 회전하는 자화 입자(2)들에 의해 유도 전류를 발생시키는 방식이다. 그러나, 영구 자석(4)을 설치함으로써 자화 입자(2)들의 위상을 일치하도록 유지하는 데에는 효과가 있으나, 자화 입자(2)들이 파이프(5) 내에서 구리 코일(6)을 통과하는 지점에 진입해서도 지속적으로 회전하기 때문에, 유도 전류 발생이 불완전할 수 있고, 유도 기전력의 예측 가능성이 낮다. 또한, 상기 영구 자석(4)이 강자성을 가진다면 영구 자석(4)에 자화 입자(2)들이 흡착하게 되는 등의 문제점이 있다. On the other hand, Figure 4 is a view of the US patent registration US 7,455,101B2, the fluid having a heat source for supplying heat to the fluid on the outer wall of the pipe (5) through which the fluid (3) mixed with the magnetized particles (2) (3) increase the heat flux and equip the permanent magnet (4) to match the phase of the rotating magnetized particles (2), and then install a copper coil (6) around the pipe (5) The induced current is generated by the magnetized particles 2 rotating in phase. However, it is effective to keep the magnetized particles 2 in phase by installing a permanent magnet 4, but enters the point where the magnetized particles 2 pass through the copper coil 6 in the pipe 5. However, because of the continuous rotation, induced current generation may be incomplete and the predictability of induced electromotive force is low. In addition, if the permanent magnet 4 is ferromagnetic, there is a problem that the magnetized particles (2) are adsorbed to the permanent magnet (4).

따라서, 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치를 이용하여 동력을 얻는 기기 자체에서 발생되는 폐열을 재활용하고, 작동유체에 혼합된 자화 입자들의 방향성을 유지하면서 예측가능한 유도 기전력을 발생시켜 효율을 개선시킬 수 있는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 개발이 요구된다. Therefore, by using a device for converting thermal energy into electrical energy, the waste heat generated by the powered device itself can be recycled, and efficiency can be improved by generating predictable induced electromotive force while maintaining the orientation of the magnetized particles mixed in the working fluid. There is a need to develop a device for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles.

미국특허등록 US7,455,101B2호US patent registration US 7,455,101B2

따라서, 본 발명의 목적은 일반적인 발전 사이클에서 작동유체로 사용되는 물 대신 자화 입자들이 혼합된 작동유체를 사용하고, 기기 자체에서 발생되는 폐열을 이용하여 전기를 생성하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치 및 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to use a working fluid in which magnetized particles are mixed instead of water used as a working fluid in a general power generation cycle, and use heat energy using a flow of magnetized particles to generate electricity by using waste heat generated in the device itself. It is to provide an apparatus and method for converting into electrical energy.

이러한 작동유체의 사용은 터빈의 회전운동을 발전기에 전달하는 종래의 발전 방식 대신, 솔레노이드 코일과 노즐을 결합한 형태의 전자기 유도 방식의 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치를 이용하여 변환 장치를 전기에너지로의 변환 시스템의 한 부분으로 직접적으로 사용할 수 있게 한다. The use of such a working fluid is to convert the conversion device into electrical energy by using an electromagnetic induction method of converting thermal energy into electrical energy in the form of a combination of a solenoid coil and a nozzle, instead of the conventional power generation method that transmits the rotational motion of the turbine to the generator. It can be used directly as part of the conversion system.

또한, 전기에너지로의 변환 시스템의 열교환 수단들 사이에 종래의 펌프 대신 소규격 또는 매우 작은 일 입력으로 충분한 수동적 일 방향 펌프를 예로 하는 전달 수단을 구비하여, 전기에너지로의 변환 시스템의 소형화에 적합하고, 전기에너지로의 변환 시스템 전체의 열 효율을 개선시킬 수 있다.It is also suitable for miniaturization of the conversion system to electrical energy by providing a transfer means that exemplifies a passive one-way pump sufficient as a small standard or very small work input instead of a conventional pump between the heat exchange means of the conversion system to electrical energy. In addition, the thermal efficiency of the entire conversion system to electrical energy can be improved.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는, 열을 입력받아 전력을 생산하는 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에 있어서, 자화 입자들이 혼합된 작동유체가 통과하며, 입구부 및 출구부보다 작은 외경을 갖는 중간부를 갖는 노즐부재, 및 상기 노즐부재 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일을 포함하며, 상기 코일에는 상기 자화 입자들의 이동에 따라 형성된 자기장에 의해 유도된 전류가 흘러 전력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to the present invention, in the apparatus for converting thermal energy into electrical energy to generate power by receiving heat, a working fluid mixed with magnetized particles is passed through And a nozzle member having an intermediate portion having an outer diameter smaller than the inlet portion and the outlet portion, and a coil formed to surround the outside of the intermediate portion of the nozzle member, wherein the coil is guided by a magnetic field formed by movement of the magnetized particles. Characterized in that the current flows to generate power.

상기 자화 입자들은 상기 노즐부재의 중간부에서 일 방향으로 정렬될 수 있다.The magnetized particles may be aligned in one direction at the middle of the nozzle member.

상기 열은, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치로부터 생산되는 전력을 이용하여 구동되는 기기 자체로부터 발생되는 것일 수 있다.The heat may be generated from the device itself driven by using the power generated from the device for converting the thermal energy into electrical energy.

상기 코일은 구리선을 원통형으로 감은 형태의 솔레노이드 코일일 수 있다.The coil may be a solenoid coil of a type in which a copper wire is wound in a cylindrical shape.

상기 작동유체는 상기 노즐부재의 입구부와 출구부 간 열 구배차에 의해 순환할 수 있다.The working fluid may be circulated by a thermal gradient between the inlet and the outlet of the nozzle member.

상기 작동유체는 35℃ 내지 40℃의 온도를 가질 수 있다.The working fluid may have a temperature of 35 ℃ to 40 ℃.

상기 기기는 모바일 기기일 수 있다.The device may be a mobile device.

상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는 2차 전지를 사용하는 기기의 보조전력을 생산하는 것일 수 있다.The apparatus for converting thermal energy into electrical energy may be to produce auxiliary power of a device using a secondary battery.

상기 자화 입자들은, 상기 노즐부재의 중간부 외부에 상기 자화 입자들의 이동 방향과 수직하게 배치된 도선에 흐르는 전류에 의해 자기장이 유도되어 일 방향으로 정렬될 수 있다.The magnetized particles may be aligned in one direction by a magnetic field induced by a current flowing in a conductive line disposed perpendicular to a moving direction of the magnetized particles outside the middle of the nozzle member.

상기 자화 입자들은, 상기 노즐부재의 입구부 또는 출구부 외부 또는 내부에 배치된 영구자석 또는 전자석에 의해 자기장이 유도되어 일 방향으로 정렬될 수 있다.The magnetized particles may be aligned in one direction by a magnetic field induced by a permanent magnet or an electromagnet disposed inside or outside the inlet or outlet of the nozzle member.

한편, 본 발명에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템은, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치를 포함하는 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템에 있어서, 열을 입력받아 작동유체를 가열하여 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에 작동유체를 전달하는 제1 열교환 수단과, 상기 제1 열교환 수단으로부터 상기 작동유체를 전달받아 전력을 발생시키는 제1항에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치와, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치로부터 상기 작동유체를 전달받아 상기 작동유체의 열을 방출하는 제2 열교환 수단, 및 상기 작동유체가 일 방향으로 흐르도록 작동하는 전달 수단을 포함한다. On the other hand, the system for converting thermal energy into electrical energy using the flow of magnetized particles according to the present invention, in the system for converting thermal energy into electrical energy, including a device for converting the thermal energy into electrical energy, the operation of receiving heat Electric heat energy according to claim 1, wherein the first heat exchange means transmits a working fluid to an apparatus for converting the heat energy into electric energy, and generates electric power by receiving the working fluid from the first heat exchange means. A second heat exchange means for receiving the working fluid from the converter for converting the furnace to the electrical energy and converting the thermal energy into electrical energy and dissipating the heat of the working fluid, and a transfer means for operating the working fluid to flow in one direction. Include.

상기 전달 수단은 펌프일 수 있다.The delivery means may be a pump.

상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는 복수로 구비되어 양단이 각각 상기 제1 열교환 수단과 제2 열교환 수단에 병렬 연결될 수 있다.The apparatus for converting thermal energy into electrical energy may be provided in plural, and both ends thereof may be connected in parallel to the first heat exchange means and the second heat exchange means, respectively.

한편, 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 방법은, 외부로부터 열을 입력받아, 자화 입자들이 혼합된 작동유체를 가열하는 단계와, 상기 자화 입자들이 혼합된 작동유체를 노즐부재에 통과시키는 단계와, 상기 자화 입자들의 이동에 따라 상기 노즐부재의 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일에 유도 전류를 생성하는 단계, 및 상기 노즐부재를 통과한 작동유체로부터 열을 외부로 방출하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, a method of converting thermal energy into electrical energy using the flow of magnetized particles, the step of receiving heat from the outside, heating the working fluid mixed with the magnetized particles, and the working fluid mixed with the magnetized particles to the nozzle member Passing, generating an induced current in a coil formed to surround the outside of the intermediate portion of the nozzle member in accordance with the movement of the magnetized particles, and dissipating heat from the working fluid passing through the nozzle member to the outside It may include a step.

본 발명은, 자화 입자들이 혼합된 작동유체를 순환시켜 전기를 생성함으로써, 솔레노이드와 노즐을 결합한 새로운 형태의 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치 설계가 가능하다. According to the present invention, by circulating a working fluid mixed with magnetized particles to generate electricity, it is possible to design a device for converting thermal energy into electric energy using a new type of magnetized particles in which a solenoid and a nozzle are combined.

또한, 터빈의 회전운동을 발전기에 전달하는 종래의 발전 방식 대신 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치를 전기에너지로의 변환 시스템의 한 부분으로 직접적으로 사용할 수 있게 한다.In addition, instead of the conventional power generation method of transmitting the rotational motion of the turbine to the generator, it is possible to use a device for converting thermal energy to electrical energy using the flow of magnetized particles directly as part of the conversion system to electrical energy.

그리고, 전기에너지로의 변환 시스템의 열교환 수단들 사이에 종래의 펌프 대신 소규격 또는 매우 작은 일 입력으로 충분한 수동적 일 방향 펌프를 예로 하는 전달 수단을 구비하여, 전기에너지로의 변환 시스템의 소형화에 적합하고, 전기에너지로의 변환 시스템 전체의 열 효율을 개선시킬 수 있다. In addition, a transfer means is provided between the heat exchange means of the conversion system into electrical energy, which is a passive one-way pump sufficient as a small standard or a very small work input instead of a conventional pump, and is suitable for miniaturization of the conversion system into electrical energy. In addition, the thermal efficiency of the entire conversion system to electrical energy can be improved.

도 1은 패러데이의 전자유도법칙(Faraday's law)이 적용되는 예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 일반적인 열역학적 사이클을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 일반적인 터빈의 내부에서 코일의 회전과 자기장에 의해 유도전류가 발생되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 자화 입자들이 혼합된 작동유체를 이용한 발전기의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에서 전류가 유도되는 상태를 개략적으로 나타내는 상태도이다.
도 7은 관내 일 방향으로 유체의 흐름이 발생할 때 유동의 발달 과정을 도시하는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 노즐부재를 통과하는 자화 입자들이 유동영역에 위치하였을 때 나타나는 자화 입자의 방향성을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 일 실시예에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 노즐부재에 외부 전기 도선과 코일이 구비된 모습을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 노즐부재에 코일과 영구자석이 구비된 모습을 나타내는 도면이다.1 is a conceptual diagram illustrating an example in which Faraday's law of Faraday's law is applied.
2 is a schematic view showing a general thermodynamic cycle.
3 is a view schematically showing a state in which an induced current is generated by the rotation of a coil and a magnetic field in a general turbine.
4 is a conceptual diagram of a generator using a working fluid mixed with conventional magnetization particles.
5 is a block diagram of a system for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles according to an embodiment of the present invention.
6 is a state diagram schematically showing a state in which a current is induced in a device for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram showing the development of flow when the flow of the fluid occurs in one direction in the tube.
8 is a view for explaining the orientation of the magnetized particles appearing when the magnetized particles passing through the nozzle member of the apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to an embodiment of the present invention is located in the flow region.
9 is a view illustrating a state in which an external electric conductor and a coil are provided in a nozzle member of a device for converting thermal energy into electrical energy according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a state in which a coil and a permanent magnet is provided in the nozzle member of the apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치와 이를 포함하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템에 관하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, a device for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles and a system for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles including the same will be described in detail with reference to the drawings. .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에서 전류가 유도되는 상태를 개략적으로 나타내는 상태도이다.5 is a configuration diagram of a system for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an electrical diagram of thermal energy using a flow of magnetized particles according to an embodiment of the present invention. A state diagram schematically showing a state in which a current is induced in an energy conversion device.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템은 제1 열교환 수단(10), 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20), 제2 열교환 수단(30), 및 전달수단(40)을 포함한다. 상기 제1 열교환 수단(10) 및 제2 열교환 수단(30)은 공지의 열역학적 사이클에 구비되어 있는 구성으로서, 상기 제1 열교환 수단(10)은 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템 의 구동에 필요한 열(Qin)을 입력받아 시스템 내 작동유체를 가열하는 역할을 하며, 상기 제2 열교환 수단(30)은 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)를 거친 시스템 내 작동유체의 열(Qout)을 방출하는 역할을 한다. 상기 전달 수단(40)은 상기 작동유체가 일 방향으로 흐르도록 작동한다. 도 5에서는 하나의 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)를 도시하였으나, 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)는 복수로 구비되어 양단이 각각 상기 제1 열교환 수단(10)과 제2 열교환 수단(30)에 병렬 연결될 수 있다.Referring to FIG. 5, a system for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles according to the present invention includes a first heat exchange means 10, a thermal energy converting device 20, and a second heat exchange means ( 30) and delivery means 40. The first heat exchange means 10 and the second heat exchange means 30 are configured in a known thermodynamic cycle, and the first heat exchange means 10 is heat required for driving a system for converting thermal energy into electrical energy. (Q in ) serves to heat the working fluid in the system, the second heat exchange means 30 is the heat (Q out of the working fluid in the system through the device 20 to convert the thermal energy into electrical energy) ) To release. The delivery means 40 operates to flow the working fluid in one direction. In FIG. 5, an apparatus 20 for converting one thermal energy into electrical energy is illustrated. However, a plurality of apparatuses for converting thermal energy into electrical energy 20 are provided, and both ends thereof are respectively provided with the first heat exchange means 10 and the second. It can be connected in parallel to the heat exchange means (30).

한편, 상기 열(Qin)은 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)로부터 생산되는 전력을 이용하여 구동되는 기기 자체로부터 발생되는 것일 수 있으며, 이 때 새로운 열원으로부터의 열 입력이 없으므로, 시스템 전체를 자체적으로 냉각시키는 역할도 할 수 있다. 즉, 기기로부터의 열손실(폐열)을 회수하여 열원으로 사용함으로써, 시스템의 냉각 효과를 얻을 수 있다.On the other hand, the heat (Q in ) may be generated from the device itself driven by using the power generated from the device 20 for converting the thermal energy into electrical energy, at this time there is no heat input from a new heat source, It can also serve to cool the entire system itself. In other words, by recovering heat loss (waste heat) from the equipment and using it as a heat source, the cooling effect of the system can be obtained.

도 6을 참조하면, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)는 직접적으로 전기를 발생시키는 구성요소로서, 상기 제1 열교환 수단(10)으로부터 상기 작동유체를 전달받아 열 구배차에 의해 상기 작동유체가 통과되고, 전기를 발생시킨다. 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)는, 종래의 터빈/발전기의 구성 대신 노즐부재(22) 및 코일(24)을 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다. 상기 노즐부재(22)는 상기 작동유체가 통과하는 좁은 통로를 가지는 형태일 수 있다. 즉, 상기 노즐부재(22)의 입구부 및 출구부는 노즐부재(22)의 중간부보다 넓은 단면적을 가질 수 있다. 이는, 상기 제1 열교환 수단(10)에서 열(Qin)이 입력되어 가열된 작동유체의 체적이 증가한 상태로 상기 노즐부재(22)의 중간부를 통과하면서, 국부적으로 증가된 압력 때문에 상기 작동유체가 노즐부재(22)의 입구부와 출구부 사이에 열 구배차가 생기고, 빠른 속도로 통과하게 된다. 이 열 구배차로 인해 작동유체가 시스템 내에서 순환하게 된다. 한편, 상기 작동유체는 일반적인 발전 사이클(cycle)에 사용되는 용매일 수 있는데, 낮은 온도에서도 큰 체적 변화를 갖는 용매가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 6, the apparatus for converting thermal energy into electrical energy 20 is a component that directly generates electricity, and receives the working fluid from the first heat exchange means 10 by the thermal gradient. The working fluid passes through and generates electricity. The apparatus 20 for converting thermal energy into electrical energy may be configured to include a nozzle member 22 and a coil 24 instead of a conventional turbine / generator. The nozzle member 22 may have a narrow passage through which the working fluid passes. That is, the inlet and outlet of the nozzle member 22 may have a larger cross-sectional area than the middle of the nozzle member 22. This is due to the locally increased pressure while passing through the intermediate portion of the nozzle member 22 in a state in which heat Q in is input from the first heat exchange means 10 and the volume of the heated working fluid is increased. The thermal gradient occurs between the inlet and outlet of the nozzle member 22, and passes through at a high speed. This thermal gradient causes the working fluid to circulate in the system. Meanwhile, the working fluid may be a solvent used in a general power generation cycle, and a solvent having a large volume change may be used even at a low temperature.

한편, 상기 코일(24)은 상기 노즐부재(22)의 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 상기 코일(24)은 긴 구리선을 촘촘하게 원통형으로 감은 형태의 솔레노이드 코일(24)일 수 있다. 상기 노즐부재(22)의 중간부를 통과하는 자화 입자(26)들이 형성하는 자계에 따라 상기 솔레노이드 코일(24)에는 유도된 전류가 흐른다. On the other hand, the coil 24 may be formed in a form surrounding the outside of the intermediate portion of the nozzle member 22. The coil 24 may be a solenoid coil 24 of a form in which a long copper wire is densely wound in a cylindrical shape. Induced current flows in the solenoid coil 24 according to the magnetic field formed by the magnetized particles 26 passing through the intermediate portion of the nozzle member 22.

상기와 같이, 본 발명에서는 자화 입자(26)들이 혼합되어 있는 유체의 순환을 통해, 노즐부재(22)에서 자계를 형성시키고, 이에 따라 전류를 발생시키는 원리를 이용한다. 일반적으로, 자화(magnetization)란 물체가 자성을 지니는 현상으로, 자기장 안의 물체가 자화되는 양상에 따라 강자성체, 상자성체, 반자성체, 페리자성체 등으로 구분된다. 이 중에서 상자성체와 반자성체는 자화되는 정도가 약하고 자기장을 제거하면 자성이 없어지지만, 강자성체는 자화되는 정도가 강하고, 또 자기장을 제거해도 자성이 남아 있는 경우가 많다. 본 발명에서는 강자성의 자화 입자(26)를 유체에 혼합시켜 사용하며 자화 입자(26)는 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 구형 또는 타원형의 미세 입자일 수 있다. 본 발명에서 상기 자화 입자(26)는 자석 입자일 수 있다. As described above, the present invention uses the principle of forming a magnetic field in the nozzle member 22 through the circulation of the fluid in which the magnetized particles 26 are mixed, thereby generating a current. In general, magnetization is a phenomenon in which an object has magnetism, and is classified into a ferromagnetic material, a paramagnetic material, a diamagnetic material, and a ferrimagnetic material according to the aspect in which an object in a magnetic field is magnetized. Among them, paramagnetic and diamagnetic materials are weakly magnetized, and the magnetic field disappears when the magnetic field is removed. However, ferromagnetic materials are strong enough to magnetize and remain magnetic even when the magnetic field is removed. In the present invention, the ferromagnetic magnetization particles 26 are mixed with the fluid, and the magnetization particles 26 may be spherical or elliptical fine particles of several nanometers to several tens of nanometers. In the present invention, the magnetized particles 26 may be magnetic particles.

한편, 자화 입자(26)들이 혼합되어 있는 상기 작동유체가 노즐부재(22)의 중간부로 진입하면서 상기 자화 입자(26)들이 일 방향으로 정렬되어 자계를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 작동유체는 인간의 체온 정도인 35℃ 내지 40℃ 의 저온의 열범위에서 100℃ 내지 500℃ 정도의 고온의 열범위에서도 작동하는 작동유체일 수 있다. 일반적으로, 구형의 자화 입자들이 혼합되어 있는 작동유체의 유동에서는 각각의 자화 입자들은 확률적으로 랜덤한 방향을 갖게 되며, 점성 유동의 경우 소용돌이도(vorticity)의 영향으로 자화 입자들은 계속 회전하게 된다. 하지만, 본 발명의 솔레노이드 코일(24)에 전류를 유도하기 위해서는 솔레노이드 코일(24)을 통과할 때 자화 입자(26)들의 방향은 N-S 또는 S-N으로 유지되어야 한다. 본 발명에서는, 상기 노즐부재(22)의 좁은 통로인 중간부를 빠른 속도로 통과하면서 상기 자화 입자(26)들은 일 방향으로 정렬될 수 있다. On the other hand, as the working fluid in which the magnetized particles 26 are mixed enters the middle portion of the nozzle member 22, the magnetized particles 26 may be aligned in one direction to form a magnetic field. In this case, the working fluid may be a working fluid that operates in a high temperature range of about 100 ° C to 500 ° C in a low temperature range of 35 ° C to 40 ° C, which is a human body temperature. In general, in a working fluid flow in which spherical magnetized particles are mixed, each of the magnetized particles has a randomly random direction, and in the case of viscous flow, the magnetized particles continue to rotate due to the influence of vorticity. . However, in order to induce a current in the solenoid coil 24 of the present invention, the direction of the magnetized particles 26 must be maintained at N-S or S-N when passing through the solenoid coil 24. In the present invention, the magnetized particles 26 may be aligned in one direction while passing at an intermediate portion, which is a narrow passage of the nozzle member 22, at a high speed.

도 7은 관내 일 방향으로 유체의 흐름이 발생할 때 유동의 발달 과정을 도시하는 개념도이다. 유체가 관내 입구 영역(E, entrance region)으로부터 진입하게 되어 수평으로 흐르게 되면 초기 입구 영역(E)에서 동일 수직면의 유체 속도는 동일하지만, 유체가 더 흘러갈수록 유체의 비점성 영역(I)의 속도는 점차 증가하나 관의 내면과 유체의 마찰력으로 인해 점성 영역(V)에서의 유체의 속도는 작아지게 된다. 유체가 흘러갈수록 동일 수직면에서의 중심부와 가장자리의 유체 속도가 차이가 더 나게 되어 입구 영역(E)을 벗어나, 발달 영역(D)에서는 유체 유동이 완전히 발달하게 되어 동일한 형태로 유체 흐름이 진행되게 된다. 7 is a conceptual diagram showing the development of flow when the flow of the fluid occurs in one direction in the tube. When the fluid enters the inlet region E and flows horizontally, the fluid velocity in the same vertical plane in the initial inlet region E is the same, but as the fluid flows further, the velocity of the non-viscous region I of the fluid is increased. Is gradually increased but the velocity of the fluid in the viscous region (V) decreases due to the frictional force between the inner surface of the tube and the fluid. As the fluid flows, the fluid velocity at the center and the edge in the same vertical plane is different so that the fluid flow is completely developed in the development region D, and the fluid flow proceeds in the same form. .

상기 발달 영역(D)에서 유동이 완전히 발달(fully developed)되면, 관내 유동장은 회전 유동장이 되며, 따라서 자화 입자(26)들은 유동을 따라 계속해서 회전을 하게 된다. 입구 영역(E) 내에서의 유동은 경계층 내부의 점성 영역(V)과 경계층 비점성 영역(I)으로 나눌 수 있으며, 이 때 비점성 영역(I)은 비회전 유동 영역이 되기 때문에, 자화 입자(26)들의 회전이 존재하지 않게 된다. Once the flow is fully developed in the development zone D, the intravascular flow field becomes a rotating flow field, so that the magnetized particles 26 continue to rotate along the flow. The flow in the inlet region E can be divided into a viscous region V and a boundary layer non-viscosity region I within the boundary layer, where the non-viscous region I becomes a non-rotating flow region, thus providing magnetized particles. There is no rotation of the 26.

한편, 코일(24)의 위치를 노즐(22)의 입구에 가깝게 가져갈수록 비점성 영역(I)이 넓어지게 되고, 따라서 더 많은 자화 입자(26)들이 비회전 상태를 유지할 수 있다.On the other hand, the closer the position of the coil 24 is to the inlet of the nozzle 22, the wider the non-viscous region I is, and thus more magnetized particles 26 can remain in a non-rotating state.

상기 살펴본 바와 같이, 유체 내에 자화 입자(26)들이 혼합되어 있을 때, 작동유체가 완전한 유동 형태를 형성하기 전의 입구 영역(E)에서는 자화 입자(26)들의 방향은 일 방향으로 배열될 확률이 높고, 작동유체가 완전한 유동 형태를 형성하는 발달 영역(D)에서는, 자화 입자(26)들의 방향은 랜덤한 방향이 될 확률이 높아진다. 따라서, 본 발명에서, 상기 노즐부재(22)의 중간부 길이를, 상기 작동유체가 완전한 유동 형태(profile)를 형성(develop)하기 전의 유동 거리인 비점성 영역 거리(L)로 제한하여 형성할 수 있다. As discussed above, when the magnetized particles 26 are mixed in the fluid, the direction of the magnetized particles 26 is likely to be arranged in one direction in the inlet region E before the working fluid forms a complete flow pattern. In the development region D in which the working fluid forms a complete flow form, the direction of the magnetized particles 26 is more likely to be random. Therefore, in the present invention, the length of the intermediate portion of the nozzle member 22 is limited to the non-viscous region distance L, which is the flow distance before the working fluid develops a complete flow profile. Can be.

노즐부재(22)의 중간부 길이를 비점성 영역 거리(L)로 제한하고, 또한 앞서 살펴본 바와 같이, 노즐부재(22)의 입구부와 출구부 사이의 열 구배차를 크게 하여 작동유체를 빠른 속도로 통과시킴으로써, 자화 입자(26)들을 일 방향으로 정렬시킬 수 있다.The length of the intermediate portion of the nozzle member 22 is limited to the non-viscosity area distance L, and as described above, the thermal gradient between the inlet and the outlet of the nozzle member 22 is increased to increase the working fluid. By passing at a speed, the magnetized particles 26 can be aligned in one direction.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 노즐부재를 통과하는 자화 입자들이 유동영역에 위치하였을 때 나타나는 자화 입자의 방향성을 설명하는 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 노즐부재(22) 내부의 경계층 내부의 회전 유동영역에서는 자화 입자(26)들은 유체의 회전과 함께 회전하지만, 경계층 외부의 비회전 유동영역에서는 자화 입자(26)들은 회전없이 일 방향으로 정렬되어 유체의 유동을 따르게 된다. 그러나, 이러한 비회전 유동영역에서의 자화 입자(26)들의 방향성은 담보할 수 없는 상태이다. 주어진 속도, 점성, 밀도 및 노즐부재(22) 지름에 대해 비회전 유동영역 구간을 상대적으로 넓게 하기 위해, 전체 노즐부재(22)의 길이를 일구길이보다 짧게 할 수 있다.8 is a view for explaining the orientation of the magnetized particles appearing when the magnetized particles passing through the nozzle member of the apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to an embodiment of the present invention is located in the flow region. As shown in FIG. 8, the magnetized particles 26 rotate with the rotation of the fluid in the rotational flow zone inside the boundary layer inside the nozzle member 22, but the magnetized particles 26 in the non-rotational flow zone outside the boundary layer. It is aligned in one direction without rotation and follows the flow of the fluid. However, the directionality of the magnetized particles 26 in this non-rotating flow region is unsecured. In order to make the non-rotating flow region section relatively wide for a given speed, viscosity, density and diameter of the nozzle member 22, the length of the entire nozzle member 22 can be made shorter than the one wheel length.

한편, 노즐부재(22)를 통과하는 상기 자화 입자(26)들의 방향성을 일정하게 하기 위해 상기 노즐부재(22)의 중간부 외부에 전류가 일 방향으로 흐르는 도선을 배치할 수 있고, 상기 도선은 직선 형태일 수 있고, 상기 노즐부재(22)를 감싸는 형태일 수도 있다. 상기 노즐부재(22)의 길이 방향과 수직하게 즉, 상기 자화 입자(26)들의 이동 방향과 수직하게 도선을 배치하고, 도선에 전류를 흐르게 함으로써 상기 자화 입자(26)들에 자기장이 유도되어 일 방향으로 정렬될 수 있다. 이러한 외부 도선의 전기장을 이용한 자화 입자(26)들의 정렬은 자화 입자(26)들의 정렬 뿐만 아니라 극성(위상)을 균일하게 하는 방법이다. 그러나, 외부 도선의 전기장을 발생시키기 위해 외부로부터 에너지가 입력되어야 하고, 이는 전체 시스템의 효율을 감소시킬 수도 있으므로, 외부로부터의 에너지 입력과 외부 도선의 전기장은 최소화되어야 한다. 외부 도선의 전기장을 최소화함으로써, 상기 자화 입자(26)들의 정렬은 상기 전기장에 매우 미미하게 영향을 받게 된다.On the other hand, in order to make the directionality of the magnetized particles 26 passing through the nozzle member 22 constant, a conductive wire in which a current flows in one direction may be disposed outside the middle portion of the nozzle member 22. It may be a straight line shape, it may be a form surrounding the nozzle member (22). The magnetic field is induced to the magnetized particles 26 by arranging the conductive wires perpendicularly to the longitudinal direction of the nozzle member 22, that is, perpendicular to the moving direction of the magnetized particles 26, and flowing a current through the conductive wires. Can be aligned in the direction. The alignment of the magnetized particles 26 using the electric field of the external conductor is a method of uniformizing the polarity (phase) as well as the alignment of the magnetized particles 26. However, energy must be input from the outside to generate the electric field of the external conductor, which may reduce the efficiency of the overall system, so the energy input from the outside and the electric field of the external conductor should be minimized. By minimizing the electric field of the outer conductor, the alignment of the magnetized particles 26 is very minimally affected by the electric field.

도 9는 본 발명에 일 실시예에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 노즐부재에 외부 전기 도선과 코일이 구비된 모습을 나타내는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 자화 입자(26)의 일 방향으로의 정렬을 위해 노즐부재(22) 외부에, 전류가 흐르는 전기 도선을 도입하여 이 전류에 의해 발생하는 유도자기장을 이용하여 비점성 유동영역(비회전 유동영역)의 자화 입자(26)를 일 방향으로 정렬시킬 수 있다. 전체 변환 시스템이 얻는 총 전기량에 비해 나노 크기의 자화 입자(26)의 정렬에 요구되는 에너지 소모량은 매우 미미하다. 자화 입자(26)는 외부의 전기 도선과 유도 전류를 얻는 코일(24)을 순차적으로 통과하게 되며, 이 순서는 유도 전류를 얻는 코일(24), 외부의 전기 도선 순서로 변경될 수 있다.9 is a view illustrating a state in which an external electric conductor and a coil are provided in a nozzle member of a device for converting thermal energy into electrical energy according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, a non-viscosity is generated by using an induction magnetic field generated by the current by introducing an electric current flowing through the current outside the nozzle member 22 to align the magnetized particles 26 in one direction. The magnetized particles 26 in the flow region (non-rotating flow region) can be aligned in one direction. The energy consumption required for the alignment of the nano-sized magnetized particles 26 is very small compared to the total electricity obtained by the overall conversion system. The magnetized particles 26 are sequentially passed through the external electric lead and the coil 24 to obtain the induced current, and the order may be changed to the coil 24 to obtain the induced current, to the external electric lead.

한편, 또 다른 방법으로, 아주 미약한 자기장을 발생하는 영구자석 또는 전자석을 상기 노즐부재(22)의 전단부 또는 후단부 외부 또는 내부에 배치시킴으로써, 자화 입자(26)들이 상기 영구자석 또는 전자석에 부착되는 현상을 배제함과 동시에, 상기 영구자석 또는 전자석에 의한 자기장에 의해 상기 자화 입자(26)들을 일 방향으로 정렬시킬 수 있다.On the other hand, in another method, by placing a permanent magnet or electromagnet generating a very weak magnetic field outside or inside the front end or the rear end of the nozzle member 22, the magnetized particles 26 to the permanent magnet or electromagnet The magnetization particles 26 may be aligned in one direction by the magnetic field generated by the permanent magnet or the electromagnet, while excluding the phenomenon of adhesion.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치의 노즐부재에 코일과 영구자석이 구비된 모습을 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 노즐부재(22) 내부의 유동 축에 축 대칭 형태로 노즐의 내부 또는 외부에 영구자석을 배치시킴으로써 비점성 유동영역(비회전 유동영역)의 자화 입자(26)들을 일 방향으로 정렬시킬 수 있다. 영구자석이 노즐에 미치는 자성이 매우 작도록 배치하여 자화 입자(26)들이 영구자석에 의해 정렬하되 달라붙어 고착화되는 현상을 방지할 수 있도록 한다. 자화 입자(26)들은 유도 전류를 얻는 코일(24)과 영구자석을 순차적으로 통과하게 되며, 이 순서는 영구자석과 유도 전류를 얻는 코일(24) 순서로 변경될 수 있다. 10 is a view showing a state in which a coil and a permanent magnet is provided in the nozzle member of the apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the magnetized particles 26 in the non-viscous flow region (non-rotating flow region) are disposed by placing permanent magnets inside or outside the nozzle in the form of axial symmetry on the flow axis inside the nozzle member 22. It can be aligned in one direction. The magnetization of the permanent magnet to the nozzle is arranged to be very small so that the magnetized particles 26 are aligned by the permanent magnet, but can be prevented from sticking together. The magnetized particles 26 are sequentially passed through the coil 24 and the permanent magnet to obtain the induced current, this order may be changed in the order of the coil 24 to obtain the permanent magnet and the induced current.

또한, 자화 입자(26)의 정렬을 위해 도 9 및 도 10의 방법이 동시에 사용될 수 있으며, 유도 전류를 얻는 코일(24), 외부의 전기 도선, 그리고 영구자석의 위치 조합은 총 6가지가 될 수 있다.In addition, the method of FIGS. 9 and 10 may be used simultaneously to align the magnetized particles 26, and the combination of positions of the coil 24, the external electric conductor, and the permanent magnet to obtain an induced current may be six in total. Can be.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 전달 수단(40)으로서, 수동적 일방향 펌프를 구비함으로써, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 작동유체가 일 방향으로 흐르도록 할 수 있고, 시스템 전체의 크기와 중량을 크게 줄일 수 있다. 즉, 상기 수동적 일방향 펌프에 의해 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 작동유체의 역류를 방지하도록 할 수 있고, 시스템의 소형화에도 기여할 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 5, by providing a passive one-way pump as the transmission means 40, it is possible to allow the working fluid of the conversion system of the thermal energy to electrical energy flow in one direction, the size of the entire system And weight can be greatly reduced. That is, the passive one-way pump can prevent the reverse flow of the working fluid of the conversion system of the thermal energy into electrical energy, and contribute to miniaturization of the system.

한편, 상기 제1 열교환 수단(10)에 입력되는 열(Qin)은 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)로부터 생산되는 전력을 이용하여 구동되는 기기 자체로부터 발생되는 폐열일 수 있다. 또한, 상기 기기는 자동차, 휴대용 컴퓨터, 핸드폰과 같은 모바일 기기일 수 있다. 그리고, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치(20)는 2차 전지를 사용하는 기기의 보조전력을 생산하는 것일 수 있다. 모바일 기기를 사용할 때 불쾌하게 여겨지는 발생 열을 모바일 기기에서 내부적으로 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 입력 열(Qin)로 활용함으로써 외부에서 느껴지는 열의 양을 줄여 사용자가 느끼는 불쾌감을 줄일 수 있다. 또한, 이러한 폐열을 전기에너지로 변환하여 모바일 기기에 다시 사용함으로써 특히, 2차 전지를 사용하는 기기의 경우, 짧은 배터리 방전시간을 보충할 수 있어, 한번 충전된 모바일 기기로 장시간 사용가능하게 한다. On the other hand, the heat (Q in ) input to the first heat exchange means 10 may be waste heat generated from the device itself driven by using the power generated from the device 20 for converting the thermal energy into electrical energy. In addition, the device may be a mobile device such as a car, a portable computer, a mobile phone. In addition, the apparatus 20 for converting thermal energy into electrical energy may produce auxiliary power of a device using a secondary battery. By using the generated heat, which is considered unpleasant when using a mobile device, as the input heat (Q in ) of the thermal energy to electrical energy conversion system internally in the mobile device, the amount of heat felt externally can be reduced to reduce the user's discomfort. have. In addition, by converting such waste heat into electrical energy and using it again in a mobile device, particularly in the case of a device using a secondary battery, a short battery discharge time can be compensated for, so that it can be used for a long time as a mobile device charged once.

한편, 본 발명에 따른 자화 입자(26)의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 방법은, 외부로부터 열을 입력받아, 자화 입자(26)들이 혼합된 작동유체를 가열하는 단계와, 상기 자화 입자(26)들이 혼합된 작동유체를 노즐부재(22)에 통과시키는 단계와, 상기 자화 입자(26)들의 이동에 따라 상기 노즐부재(22)의 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일(24)에 유도 전류를 생성하는 단계, 및 상기 노즐부재(22)를 통과한 작동유체로부터 열을 외부로 방출하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, the method of converting the thermal energy into electrical energy using the flow of the magnetized particles 26 according to the present invention, receiving heat from the outside, heating the working fluid mixed with the magnetized particles 26, the magnetization Passing the working fluid mixed with the particles 26 to the nozzle member 22, and the coil 24 formed in the form of surrounding the outside of the intermediate portion of the nozzle member 22 in accordance with the movement of the magnetized particles (26) Generating an induction current, and dissipating heat from the working fluid passing through the nozzle member 22 to the outside.

상기 외부로부터 열을 입력받아, 자화 입자(26)들이 혼합된 작동유체를 가열하는 단계는, 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 일 구성 부분인 제1 열교환 수단(10)에 외부로부터 입력되는 열(Qin)에 의해 작동유체가 가열될 수 있다.Receiving the heat from the outside, the step of heating the working fluid mixed with the magnetized particles 26, the heat input from the outside to the first heat exchange means 10 which is a component of the conversion system of the thermal energy into electrical energy The working fluid can be heated by (Q in ).

상기 자화 입자(26)들이 혼합된 작동유체를 노즐부재(22)에 통과시키는 단계에서, 상기 노즐부재(22)는 중간부 외부를 감싸는 형태의 코일(24)이 형성될 수 있다.In the step of passing the working fluid mixed with the magnetization particles 26 to the nozzle member 22, the nozzle member 22 may be formed of a coil 24 of the form surrounding the outside of the intermediate portion.

상기 자화 입자(26)들의 이동에 따라 상기 노즐부재(22)의 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일(24)에 유도 전류를 생성하는 단계에서는, 상기 설명한 바와 같이, 일 방향으로 정렬된 자화 입자(26)들이 혼합된 작동유체가 상기 노즐부재(22)를 통과함으로써, 유도 전류가 코일(24)에 발생되고 전력을 발생시키게 된다.In the step of generating an induced current in the coil 24 formed to surround the outside of the intermediate portion of the nozzle member 22 as the magnetization particles 26 move, as described above, the magnetization aligned in one direction As the working fluid mixed with the particles 26 passes through the nozzle member 22, an induced current is generated in the coil 24 and generates electric power.

상기 노즐부재(22)를 통과한 작동유체로부터 열을 외부로 방출하는 단계는, 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템의 일 구성 부분인 제2 열교환 수단(30)에 외부로부터 입력되는 열(Qin)에 의해 작동유체로부터 열이 방출될 수 있다.Dissipating heat to the outside from the working fluid passing through the nozzle member 22, the heat (Q in ) input from the outside to the second heat exchange means 30 which is a component of the conversion system of the thermal energy into electrical energy Can release heat from the working fluid.

상기 설명한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는 2차 전지를 주 에너지원 또는 보조 에너지원으로 사용하는 하이브리드/전기 자동차, 휴대용 컴퓨터/핸드폰과 같은 모바일 기기에 사용되어 지속시간을 향상시킬 수 있으며, 칩(chip) 형태로 소형화될 수 있다. The above-described device for converting thermal energy into electrical energy can be used in mobile devices such as hybrid / electric vehicles, portable computers / cellphones using a secondary battery as a main energy source or an auxiliary energy source, and improve the duration of the chip. It can be miniaturized in the form of a chip.

본 발명에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는 모바일 기기에서 발생되는 폐열을 이용하여 2차 전지로 전력을 얻는 소형 모바일 기기 뿐 아니라, 열을 발산하는 모든 제품과, 열교환을 핵심으로 하는 냉장고, 에어컨과 같은 제품들의 소비 전력 감소의 효과를 가져 올 수 있다. 또한, 연료전지 및 태양전지 등에도 에너지 공급원으로서 보완적으로 사용될 수 있다. The apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to the present invention includes not only a small mobile device that obtains power from a secondary battery using waste heat generated from a mobile device, but also all products that emit heat, a refrigerator having a heat exchange core, It can have the effect of reducing power consumption of products such as air conditioners. In addition, it can be used complementarily as a source of energy for fuel cells and solar cells.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.

10: 제1 열교환 수단 20: 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치
22: 노즐부재 24: 코일
26: 자화 입자 30: 제2 열교환 수단
40: 전달 수단 E: 입구 영역
D: 발달 영역 I: 비점성 영역
V: 점성 영역 L: 비점성 영역 거리10: first heat exchange means 20: device for converting thermal energy into electrical energy
22: nozzle member 24: coil
26: magnetized particles 30: second heat exchange means
40: delivery means E: entrance area
D: developmental zone I: non-viscous zone
V: viscous area L: non-viscous area distance

Claims (14)

열을 입력받아 전력을 생산하는 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에 있어서,
자화 입자들이 혼합된 작동유체가 통과하며, 입구부 및 출구부보다 작은 외경을 갖는 중간부를 갖는 노즐부재; 및
상기 노즐부재 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일을 포함하며,
상기 코일에는 상기 자화 입자들의 이동에 따라 형성된 자기장에 의해 유도된 전류가 흘러 전력을 발생시키며,
상기 자화 입자들은 상기 노즐부재의 중간부에서 일 방향으로 정렬되며,
상기 열은, 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치로부터 생산되는 전력을 이용하여 구동되는 기기 자체로부터 발생되며,
상기 자화 입자들은, 상기 노즐부재의 중간부 외부에 상기 자화 입자들의 이동 방향과 수직하게 배치된 도선에 흐르는 전류에 의해 자기장이 유도되어 일 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.In the device for converting thermal energy into electrical energy that receives heat to produce power,
A nozzle member through which the working fluid mixed with the magnetized particles passes and having an intermediate portion having an outer diameter smaller than the inlet and the outlet; And
It includes a coil formed in the form surrounding the outside of the nozzle member,
The coil generates electric power by flowing a current induced by a magnetic field formed by the movement of the magnetized particles,
The magnetized particles are aligned in one direction at the middle of the nozzle member,
The heat is generated from the device itself driven using the power produced from the device for converting the thermal energy into electrical energy,
The magnetized particles are thermal energy using a flow of magnetized particles, characterized in that the magnetic field is induced by a current flowing in a conductive wire disposed perpendicular to the moving direction of the magnetized particles outside the middle of the nozzle member and aligned in one direction. Device for converting into electric energy. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코일은 구리선을 원통형으로 감은 형태의 솔레노이드 코일인 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.The method of claim 1,
The coil is a solenoid coil of the copper coil wound in a cylindrical shape, the apparatus for converting thermal energy into electrical energy using the flow of magnetized particles. 제1항에 있어서,
상기 작동유체는 상기 노즐부재의 입구부와 출구부 간 열 구배차에 의해 순환하는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.The method of claim 1,
The working fluid is circulated by a thermal gradient between the inlet and the outlet of the nozzle member, the apparatus for converting thermal energy into electrical energy using the flow of magnetized particles. 제1항에 있어서,
상기 작동유체는 35℃ 내지 40℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.The method of claim 1,
The working fluid has a temperature of 35 ℃ to 40 ℃ conversion apparatus of the thermal energy to electrical energy using the flow of magnetized particles. 제1항에 있어서,
상기 기기는 모바일 기기인 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.The method of claim 1,
The device is a mobile device, characterized in that the conversion of thermal energy into electrical energy using the flow of magnetized particles. 제1항에 있어서,
상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는 2차 전지를 사용하는 기기의 보조전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.The method of claim 1,
The apparatus for converting thermal energy into electrical energy converts thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles, characterized in that to produce auxiliary power of a device using a secondary battery. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 자화 입자들은, 상기 노즐부재의 입구부 또는 출구부 외부 또는 내부에 배치된 영구자석 또는 전자석에 의해 자기장이 유도되어 일 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치.The method of claim 1,
The magnetized particles, as the electric energy of the thermal energy using the flow of magnetized particles, characterized in that the magnetic field is guided by a permanent magnet or an electromagnet disposed outside or inside the inlet or outlet of the nozzle member is aligned in one direction. Conversion device. 제1항에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치를 포함하는 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템에 있어서,
열을 입력받아 작동유체를 가열하여 상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치에 작동유체를 전달하는 제1 열교환 수단;
상기 제1 열교환 수단으로부터 상기 작동유체를 전달받아 전력을 발생시키는 제1항에 따른 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치;
상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치로부터 상기 작동유체를 전달받아 상기 작동유체의 열을 방출하는 제2 열교환 수단; 및
상기 작동유체가 일 방향으로 흐르도록 작동하는 전달 수단을 포함하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템.A system for converting thermal energy into electrical energy, comprising: a device for converting thermal energy into electrical energy according to claim 1
First heat exchange means for receiving a heat and heating the working fluid to transfer the working fluid to a device for converting the thermal energy into electrical energy;
An apparatus for converting thermal energy into electrical energy according to claim 1 for generating electric power by receiving the working fluid from the first heat exchange means;
Second heat exchange means for receiving the working fluid from the device for converting the thermal energy into electrical energy and dissipating heat of the working fluid; And
A system for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles comprising a transfer means operative to flow the working fluid in one direction. 제11항에 있어서,
상기 전달 수단은 펌프인 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템.12. The method of claim 11,
And said transfer means is a pump. The system for converting thermal energy into electrical energy using a flow of magnetized particles. 제11항에 있어서,
상기 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치는 복수로 구비되어 양단이 각각 상기 제1 열교환 수단과 제2 열교환 수단에 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 시스템.12. The method of claim 11,
The apparatus for converting thermal energy into electrical energy is provided with a plurality of both ends are respectively connected in parallel to the first heat exchange means and the second heat exchange means, the system for converting thermal energy into electrical energy using the flow of magnetized particles. 외부로부터 열을 입력받아, 자화 입자들이 혼합된 작동유체를 가열하는 단계;
상기 자화 입자들이 혼합된 작동유체를, 입구부 및 출구부보다 작은 외경을 갖는 중간부를 갖는 노즐부재에 통과시키는 단계;
상기 자화 입자들의 이동에 따라 상기 노즐부재의 중간부의 외부를 감싸는 형태로 형성되는 코일에 유도 전류를 생성하는 단계; 및
상기 노즐부재를 통과한 작동유체로부터 열을 외부로 방출하는 단계를 포함하되,
상기 자화 입자들은 상기 노즐부재의 중간부에서 일 방향으로 정렬되며,
상기 열은, 열에너지의 전기에너지로의 변환 장치로부터 생산되는 전력을 이용하여 구동되는 기기 자체로부터 발생되며,
상기 자화 입자들은, 상기 노즐부재의 중간부 외부에 상기 자화 입자들의 이동 방향과 수직하게 배치된 도선에 흐르는 전류에 의해 자기장이 유도되어 일 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 자화 입자의 유동을 이용한 열에너지의 전기에너지로의 변환 방법.Receiving heat from the outside to heat the working fluid mixed with the magnetized particles;
Passing the working fluid mixed with the magnetized particles to a nozzle member having an intermediate portion having an outer diameter smaller than an inlet and an outlet;
Generating an induced current in a coil formed to surround the outside of the intermediate part of the nozzle member according to the movement of the magnetized particles; And
Dissipating heat to the outside from the working fluid passing through the nozzle member,
The magnetized particles are aligned in one direction at the middle of the nozzle member,
The heat is generated from the device itself, which is driven using the power produced from the device for converting thermal energy into electrical energy,
The magnetized particles are thermal energy using a flow of magnetized particles, characterized in that the magnetic field is induced by a current flowing in a conductive wire disposed perpendicular to the moving direction of the magnetized particles outside the middle of the nozzle member and aligned in one direction. To conversion into electrical energy.
KR1020110140330A 2011-12-22 2011-12-22 Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor KR101308585B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110140330A KR101308585B1 (en) 2011-12-22 2011-12-22 Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110140330A KR101308585B1 (en) 2011-12-22 2011-12-22 Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130072766A KR20130072766A (en) 2013-07-02
KR101308585B1 true KR101308585B1 (en) 2013-09-13

Family

ID=48987368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110140330A KR101308585B1 (en) 2011-12-22 2011-12-22 Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101308585B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190037800A (en) 2017-09-29 2019-04-08 한국과학기술연구원 Power generating system using magnetic fluid

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102406805B1 (en) * 2021-03-30 2022-06-10 한국기계연구원 Apparatus and method for aligning magnetic particles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004274942A (en) * 2003-03-11 2004-09-30 Ind Technol Res Inst Device and method for magnetic-current power generation and cooling
US6982501B1 (en) * 2003-05-19 2006-01-03 Materials Modification, Inc. Magnetic fluid power generator device and method for generating power

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004274942A (en) * 2003-03-11 2004-09-30 Ind Technol Res Inst Device and method for magnetic-current power generation and cooling
US6982501B1 (en) * 2003-05-19 2006-01-03 Materials Modification, Inc. Magnetic fluid power generator device and method for generating power

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190037800A (en) 2017-09-29 2019-04-08 한국과학기술연구원 Power generating system using magnetic fluid

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130072766A (en) 2013-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101301945B1 (en) Alignment control apparatus of magnetic particles
CN104930749B (en) Magnetic regenerator unit and magnetic cooling system having the same
US20060110260A1 (en) Device of micro vortex for ferrofluid power generator
CN105305724B (en) Motor with watter cooling
CN103206804A (en) Magnetic cooling apparatus and control method thereof
CN101795548B (en) Magnetofluid silent cooling system and device
JP6474217B2 (en) Magnetic fluid power generator
CN103368468B (en) Magnetic heat generating system
US9209715B2 (en) Thermoelectric converter and system comprising a thermoelectric converter
JP4336902B2 (en) Forced convection heat transfer device
KR101308585B1 (en) Apparatus for transformation of thermal energy into electrical energy using ferrite particle flow and method therefor
CN107148725A (en) Eddy current type electro-heat equipment
CN107079537A (en) Eddy current type electro-heat equipment
US20100007233A1 (en) DC Pulse Electric Generating System and Methods Thereof
KR102105448B1 (en) high efficient and continuous electric generation cycle device employing ferrofluid with hybrid magnetic and nonmagnetic floating objects
CN206237289U (en) A kind of DC converter valve of tape pulse exciting bank
KR101464646B1 (en) Eddy-current braking system with thermoelectric generator
CN114362390A (en) Universal magnetic energy power battery
JP6380148B2 (en) Eddy current heating device
EP3878083B1 (en) Thermomagnetic apparatus for electric power generation and method thereof
JP2014050140A (en) Magnetic fluid drive and heat transport device and force generator using the same
US11075333B2 (en) Apparatus and method for converting thermal energy into electrical energy
CN206469539U (en) A kind of magnetic refrigerator based on liquid refrigerant
TWI243884B (en) Reciprocating and rotary magnetic refrigeration apparatus
CN105591522A (en) Plasma ball vortex magnetic field power generation technology

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160901

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170828

Year of fee payment: 5