KR101550582B1 - 펄스 열복사 빔과 나노 입자를 이용한 킬로헤르츠 범위의 고효율 음향파 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스 열복사 빔과 나노 입자를 이용한 킬로헤르츠 범위의 고효율 음향파 발생장치 에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 광절단기 종단에 서스펜션 형태의 진동(펄스) 발생 수단을 구비하도록 하되, 상기 서스펜션은 나노 입자가 수용액에 부유하면서 직달된 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축하면 내부 수용액에 진동(물질파, 압력파)을 일으키도록 한 것으로, 이는 펄스 빔의 손실을 최소화하되 진폭이 큰 에너지를 용이하게 획득할 수 있도록 함으로써, 음향파 생성에 따른 효율성과 생산성이 극대화되도록 하는 특징이 있다.

Description

펄스 열복사 빔과 나노 입자를 이용한 킬로헤르츠 범위의 고효율 음향파 발생장치 {Use of pulsed thermal radiation and nano-particles for the effective generation of sound waves in kHz range}

본 발명은 광절단기 종단에 서스펜션 형태의 진동(펄스) 발생 수단을 구비하도록 하되, 상기 서스펜션은 나노 입자가 수용액에 부유하면서 직달된 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축하면 내부 수용액에 진동(물질파, 압력파)을 일으키도록 한 것으로, 이는 펄스 빔의 손실을 최소화하되 진폭이 큰 에너지를 용이하게 획득할 수 있도록 함으로써, 음향파 생성에 따른 효율성과 생산성이 극대화되도록 하는 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔과 나노 입자를 이용한 킬로헤르츠 범위의 고효율 음향파 발생장치 에 관한 것이다.

이에, 본 발명은 획득된 음향파로서 고주파(초음파)를 발생시키도록 형성되어 목적하는 살균, 세척을 포함한 다양한 산업분야에 상기 음향파를 제공할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 태양에너지는 건물의 냉난방이나 조명기구 또는 발전용으로 사용되고 있는 실정이다.

이에, 태양에너지 관련 연구는 지난 반세기 동안 지속적으로 이루어져 왔으며, 이미 상당한 실용화를 이루었고 더욱 효율적으로 이용하고자 다양한 형태의 태양에너지 변환시스템이 연구 개발되고 있다.

한편, 태양에너지의 음향에너지로의 변환은 태양추적시스템의 발달과 함께 고밀도 태양에너지 이용의 새로운 기술의 장을 열어가고 있는데, 대부분 열음향 냉동기의 개발에 그 초점이 맞춰져 있다.

이에, 종래의 열음향파 발생장치는 태양광을 이용하되, 한쪽이 막힌 투명관 내부에 열전도도가 낮은 다공성의 스택(고체 덩어리)을 삽입하고 투명관의 막힌 쪽에 가까운 부분을 가열하여 열음향파를 생성하도록 형성된다.

그러나, 이러한 종래의 열음향파 발생장치는 고주파의 열음향파를 발생시키려면 투명관의 크기를 열음향파의 주파수에 반비례해서 줄여야 하고 또 삽입된 스택의 양단에 높은 온도 구배를 유지해야 하기 때문에 현실적으로 상당히 난해하다고 할 수 있으며, 현재까지의 연구 결과를 살펴보면 미국 유타(Utah) 대학에서 이 방법으로 심코(Symco) 등이 3kHz까지의 음향파를 발생시킨 것으로 보고되고 있다.

즉, 이 방법을 적용하여 초음파 영역(>18kHz)의 열음향파를 얻기는 거의 불가능하다고 해도 과언이 아니다.

또한, 지금까지 열음향파를 발생시키는 연구는 전기에너지의 주울 열을 이용하여 순간적으로 아주 작은 마이크로급 구조체를 반복적으로 가열하거나 냉각시켜 주위의 공기가 결과적으로 압축과 냉각 과정을 거치게 함으로써 압축파를 생성하는 원리를 적용하고 있다.

이에 본원 출원인은 특허등록 제10-1207380호에 개시된 바와 같이, 상술한 종래 열음향파의 문제점을 인지하고 이를 해결하고자 박막형 금속판인 멤브레인 구조를 제안한 바 있다.

그러나, 상기한 멤브레인은 슬롯을 통해 조사된 태양광이 직접 닿기 전에 대기 중에서 일부 손실되어 고주파를 얻기에 효율이 낮은 문제가 있었으며, 박막형 금속판의 크기에 따라 광절단기의 크기도 대형화되어야 한다는 문제가 발생되는 등 실질적인 상용화가 곤란한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 그 기술적 요지는 광절단기 종단에 서스펜션 형태의 진동(펄스) 발생 수단을 구비하도록 하되, 상기 서스펜션은 나노 입자가 수용액에 부유하면서 직달된 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축하면 내부 수용액에 진동(물질파, 압력파)을 일으키도록 한 것으로, 이는 펄스 빔의 손실을 최소화하되 진폭이 큰 에너지를 용이하게 획득할 수 있도록 함으로써, 음향파 생성에 따른 효율성과 생산성이 극대화되도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.

이에, 본 발명은 획득된 음향파로서 고주파(초음파)를 발생시키도록 형성되어 목적하는 살균, 세척을 포함한 다양한 산업분야에 상기 음향파를 제공할 수 있도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음향파 발생장치는 태양 추적식 반사경(10)으로부터 수집된 태양광을 고밀도로 집속하여 조사하도록 집속관(100)이 형성되고, 상기 집속관(100)을 통해 조사되는 태양광이 관통된 다수개의 슬롯(210)을 통과하면서 간헐적인 빈도로 조사되도록 하되, 상기 슬롯(210)은 원판(220)의 중앙 회전체(230)를 기준으로 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 광절단기(200)가 구성됨에 있어서, 상기 광절단기의 슬롯(210)을 통과한 간헐식 태양광에 의해 펄스 빔이 형성되도록 하되, 상기 펄스 빔은 투명한 수용액이 충진된 함체(310)의 일측 유리판(320)을 통해 함체 내부로 직달되도록 형성되고, 함체(310)의 내부에는 나노 입자(330)가 부유하도록 형성되며, 상기 나노 입자(330)는 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축(변형 반복)하면서 수용액에 진동 펄스를 일으키도록 형성되는 서스펜션(300)과; 상기 함체의 유리판과 대향되는 타측에 결합되어 목적하는 사용처로 음향파를 전송하도록 하는 웨이브 가이드(400)가; 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 나노 입자(330)는 액화 또는 응고 가능한 상변화 물질인 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 광절단기 종단에 서스펜션 형태의 진동(펄스) 발생 수단을 구비하도록 하되, 상기 서스펜션은 나노 입자가 수용액에 부유하면서 직달된 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축하면 내부 수용액에 진동(물질파, 압력파)을 일으키도록 한 것으로, 이는 펄스 빔의 손실을 최소화하되 진폭이 큰 에너지를 용이하게 획득할 수 있도록 함으로써, 음향파 생성에 따른 효율성과 생산성이 극대화되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 음향파 발생장치가 적용된 개략적 실시 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 서스펜션 구조를 나타낸 예시도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 자세히 설명하겠다.

먼저 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 고효율 음향파 발생장치로서, 집속관과 광절단기 및 나노 입자를 갖는 서스펜션 및 웨이브 가이드로 크게 구성된다.

이에 본 발명의 음향파 발생장치는 기본 구성으로서 태양 추적식 반사경으로부터 수집된 태양광을 고밀도로 집속하여 조사하도록 집속관(100)이 형성되고, 상기 집속관(100)을 통해 조사되는 태양광이 관통된 다수개의 슬롯(210)을 통과하면서 간헐적인 빈도로 조사되도록 하되, 상기 슬롯(210)은 원판(220)의 중앙 회전체(230)를 기준으로 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 광절단기(200)가 구성되어 이루어진다.

이러한 광절단기(200)는 원형의 디스크로서 도 1에서 보는 바와 같이, 원판의 외주를 따라 일정 간격으로 슬롯(210)을 만들어 빛이 간헐적으로 통과하게 만든 것으로, 광절단기의 슬롯(210)은 갯수와 원판의 회전 속도에 따라 일정 빈도로 펄스 빔을 발생시키게 된다.

이에, 상기 서스펜션(300)은 상기 광절단기의 슬롯(210)을 통과한 간헐식 태양광에 의해 펄스 빔이 형성되도록 하되, 상기 펄스 빔은 투명한 수용액이 충진된 함체(310)의 일측 유리판(320)을 통해 함체 내부로 직달되도록 형성되고, 함체(310)의 내부에는 나노 입자(330)가 부유하도록 형성되며, 상기 나노 입자(330)는 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축(변형 반복)하면서 수용액에 진동 펄스를 일으키도록 형성된다.

이때, 상기 웨이브 가이드(400)는 상기 함체의 유리판과 대향되는 타측에 결합되어 목적하는 사용처로 음향파를 전송하도록 구성된다.

이에, 상기 나노 입자(330)는 액화 또는 응고 가능한 상변화 물질인 것이 바람직하다.

이때, 상기 나노 입자(330)는 열팽창 계수가 큰 탄소나노튜브이거나 산화아연 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 나노 입자(330)는 광흡수율, 열팽창율 및 방열성이 우수한 0.1~1㎛ 단위의 알루미늄 재질로 형성되도록 하는 것 또한 가능하다.

이때, 상기 서스펜션의 함체 일측에는 바이브레터(미도시)가 별도로 구비되어 내부 수용액에 떠다니는 나노 입자가 침전하는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 집속관은 반사경으로부터 다수의 갈래로 분할된 구조로서 광절단기의 슬롯에 설정된 수 만큼 대응되도록 하고, 이에 마주하는 타측에는 컨버터와 연결된 단말기(나노 입자를 갖는 서스펜션)가 매칭되어 태양광의 특성상 발생되는 다양한 빛의 파장이 컨버터로 하여금 싱크로나이즈(일체화)되도록 함으로써, 출력이 모아지도록 형성된다.

다시 말해, 통상의 전기에너지는 레이져 펄스 파장이 오로지 하나이나 본 발명의 태양광(빛)은 적외선, 자외선 등등 다양한 파장이 내재되어 있는 것으로, 여러 갈래로 분절된 단말기에 태양광이 입력되면 컨버터에 의해 이러한 파장을 모두 합쳐 큰 출력을 낼 수 있도록 형성된다.

이에, 본 발명의 나노 입자는 잠열이 작은 물질로서 적은 에너지가 투입되더라도 출력(밀도 또는 체적 또는 부피)은 커지도록 형성된다.

이러한 나노 입자는 작은 잠열로 인해 상변화(기화, 액화, 승화 등)가 쉽게 일어나도록 형성되어 태양광으로부터 에너지를 쉽게 흡수하되, 상변화에 따른 파장의 진폭은 크게 형성되어 음향파의 출력이 높도록 형성된다.

다시 말해, 본 발명은 고주파이면서 여러 파장을 가지고 있는 태양광을 에너지원으로 사용하기 때문에 나노 입자의 다양한 변형과 실시예가 가능하다는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 ... 집속관 200 ... 광절단기
210 ... 슬롯 220 ... 원판
230 ... 중앙 회전체 240 ... 막힘면
250 ... 반사 거울 300 ... 서스펜션
310 ... 함체 320 ... 유리판
330 ... 나노입자 400 ... 웨이브 가이드

Claims (2)

1. 태양 추적식 반사경(10)으로부터 수집된 태양광을 고밀도로 집속하여 조사하도록 집속관(100)이 형성되고, 상기 집속관(100)을 통해 조사되는 태양광이 관통된 다수개의 슬롯(210)을 통과하면서 간헐적인 빈도로 조사되도록 하되, 상기 슬롯(210)은 원판(220)의 중앙 회전체(230)를 기준으로 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 광절단기(200)가 구성됨에 있어서,
   상기 광절단기의 슬롯(210)을 통과한 간헐식 태양광에 의해 펄스 빔이 형성되도록 하되, 상기 펄스 빔은 투명한 수용액이 충진된 함체(310)의 일측 유리판(320)을 통해 함체 내부로 직달되도록 형성되고, 함체(310)의 내부에는 나노 입자(330)가 부유하도록 형성되며, 상기 나노 입자(330)는 펄스 빔에 의해 열팽창 또는 열수축(변형 반복)하면서 수용액에 진동 펄스를 일으키도록 형성되는 서스펜션(300)과;
   상기 함체의 유리판과 대향되는 타측에 결합되어 목적하는 사용처로 음향파를 전송하도록 하는 웨이브 가이드(400)가;
   구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔과 나노 입자를 이용한 킬로헤르츠 범위의 고효율 음향파 발생장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 나노 입자(330)는 액화 또는 응고 가능한 상변화 물질인 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔과 나노 입자를 이용한 킬로헤르츠 범위의 고효율 음향파 발생장치 .

Images