KR101848689B1

KR101848689B1 - 가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기

Info

Publication number: KR101848689B1
Application number: KR1020170102826A
Authority: KR
Inventors: 천원기; 김남진; 김영민; 김원식; 정해준
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2018-04-13

Abstract

본 발명은 가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 온도가 낮을 때(약 20℃ 이하)에는 강한 자성을 띄며, 온도가 높을 때(약 30℃ 이상)에는 약한 자성을 띄는 가돌리늄(Gd)의 특성을 이용하여 발전을 도모하도록 한 것으로, 이는 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있는 바, 발전소나 공조시설의 폐열원 외에 태양열 등 에너지 공급원의 다변화를 통하여 시스템의 적용 및 응용성을 제고할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기{Electric generator running on low-temperature differentials by exploiting physical characteristics of Gadolinium}

본 발명은 온도가 낮을 때(약 20℃ 이하)에는 강한 자성을 띄며, 온도가 높을 때(약 30℃ 이상)에는 약한 자성을 띄는 가돌리늄(Gd)의 특성을 이용하여 발전을 도모하도록 한 것으로, 이는 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있는 바, 발전소나 공조시설의 폐열원 외에 태양열 등 에너지 공급원의 다변화를 통하여 시스템의 적용 및 응용성을 제고할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 강자성체 재료로 사용하고자 하는 가돌리늄의 퀴리 온도는 19℃ 이고 영구자석 재료로 사용하고자 하는 철의 퀴리 온도는 770℃ 이다.

강자성체와 영구자석의 자성은 각각의 퀴리 온도보다 낮은 온도에서 강자성 상태를 유지하고, 퀴리 온도 이상에서는 상자성체가 되어 모든 자성을 상실한다.

자기 작업물질에 자기장을 걸어주면 자기 작업물질이 발열하여 온도가 상승하고 자기장을 제거하면 열을 흡수하여 온도가 내려가는 자기열량 효과가 있다.

퀴리 온도 이상에서 자성을 상실한 강자성체에 퀴리 온도가 높은 특성을 가진 영구자석으로 외부 자기장을 걸어주고 냉각시키면 강자성체는 영구자석보다 수천 배 큰 자성을 가진 강자성체가 된다.

강자성체의 주변온도가 상승과 하락을 반복하도록 하여 원통 코일에 작용하는 자기장의 크기를 변화시키면 플레밍의 오른손법칙에 따라 전류가 흐른다.

이와 같이 가돌리늄은 저온도차 특성을 이용하여 발전 시스템에 구현할 수 있으나 종래에는 가돌리늄을 이용한 발전기의 구성이 복잡하거나 고가의 시스템으로 구현되어 있고, 고온과 저온 특성을 최적화하는데 효율이 낮은 문제점이 발생되고 있는 실정이다.

한편, 종래에 있어서 자성물질을 이용한 발전기 등은 다양한 선행문헌에 의해 게시되고 있는 바, 이러한 선행문헌들은 예컨더, 비교대상발명 1: 일본 공개특허공보 특개평01-232174호(1989.09.18.)/ 비교대상발명 2: 공개특허공보 제10-2010-0026174호(2010.03.10.)에서 확인할 수 있다.

이러한 선행문헌들에 대하여 보다 자세히 설명하면, 비교대상발명 1은 비교대상발명 1은 감온자성체를 이용한 동력 장치에 관한 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 가돌리늄이라는 물질의 자성 특성을 고려한 것이 아니어서 본 발명과 에너지 확보 방법과 그에 대한 기본적인 구성이 서로 상이한 것이나, 비교대상발명 1의 경우 감온자성체(13)가 고온부에서 퀴리온도 이상의 열수(9)에 의해 가열되어 자성이 약해지고, 회전 후 저온부 챔버에서 퀴리온도 미만의 냉수(18)에 의해 강자성 상태가 회복되어 자석(6)과의 강한 척력으로 회전력을 얻는 것이 명확하게 기재되어 있으며, 감온자성체(13)는 냉수층(16a)으로 진입하는 부분에서 예냉된 후, 열수층(16b)에 진입하기 직전까지 냉각되는 것이 개시되어 있다는 점에서 본 발명의 해결과제와 일부 유사한 측면을 갖기는 하나, 비교대상발명 1은 냉수(18)가 회전체(15)의 절반에 걸쳐서 냉각시키는 구조로서 용어 그대로 단순 냉각을 도모하기 위함이다.

이는 본 발명이 해결하고자 하는 구체적인 목적(가열->예냉->냉각->가열->예냉 사이클을 반복 순환하면서 가돌리늄의 자성 특성을 이용한 저온도차 발전기를 제공하는 것)과 상이한 구성을 이룬다.

또한, 비교대상발명 2는 강자성체의 자성이 퀴리 온도에서 변하는 특성을 이용한 발전기에 관한 것이기는 하나, 비교대상발명 2는 주변 온도 즉, 간접식 대류 온도를 이용하여 발전을 수행하는 것으로 온도의 승강 효율이 낮아 발전 성능이 현저하게 저하되는 문제가 야기된다.

1. 일본 공개특허공보 특개평01-232174호(1989.09.18.) 2. 공개특허공보 제10-2010-0026174호(2010.03.10.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 온도가 낮을 때(약 20℃ 이하)에는 강한 자성을 띄며, 온도가 높을 때(약 30℃ 이상)에는 약한 자성을 띄는 가돌리늄(Gd)의 특성을 이용하여 발전을 도모하도록 한 것으로, 이는 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있는 바, 발전소나 공조시설의 폐열원 외에 태양열 등 에너지 공급원의 다변화를 통하여 시스템의 적용 및 응용성을 제고할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기를 제공함에 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 냉수와 온수를 각각 구획된 사이클로 순환시키면서 지속적인 온도 변화로 하여금 가돌리늄에 저온도차 자성 변화를 주어 자석체를 통해 안정적인 원주 회전을 조장하도록 하는 바, 이는 가돌리늄 원형 회전자와 연동하는 가동패널의 자석편이 코일 모듈로 하여금 전력을 생산하도록 함으로써, 친환경 에너지 자원 확보가 용이하고 다양한 활용성을 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상면에 배수구(111)를 갖는 배수홈(110)이 형성되는 베이스 플레이트(100)와; 상기 베이스 플레이트(100) 상측에 안착되어 회전판(210)의 원주방향 회전을 도모하도록 하부에 베어링(220)이 결합되고, 상기 회전판(210)의 외주면에는 원주방향을 따라 다수개의 가돌리늄 블럭(230)이 결합되도록 하되, 상기 가돌리늄 블럭(230)을 갖는 회전판(210)은 온수 경유로(A)와 제1냉수 경유로(B)가 구획되어 설정된 냉수와 온수가 가돌리늄 블럭(230)에 직접 흐르도록 하면서 저온도차 자성 특성 가변을 도모하도록 하는 원형 회전자(200)와; 상기 원형 회전자의 회전판(210) 중 온수 경유로(A) 일측에 근접하면서 결합되도록 하는 자석체(300)와; 상기 원형 회전자의 회전판(210) 상측에 고정 결합되어 전력을 생산하도록 코일 모듈(410)을 갖는 고정패널(420)이 형성되도록 하되, 상기 코일 모듈(410)은 다수개가 고정패널(420)의 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 코일판(400)과; 상기 코일판(400)의 상측에 가동패널(510)이 구비되어 원형 회전자의 회전판(210)과 연동 회전하도록 하되, 상기 가동패널(510)의 면상에는 다수개의 자석편(520)이 원주방향을 따라 배열되면서 가돌리늄 블럭(230)의 저온도차 자성 가변에 따라 회전시 코일판(400)의 코일 모듈(410)에 자성을 부여하도록 하는 자석판(500)이; 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 원형 회전자(200)와 자석체(300)는 실드함(600)에 의해 밀폐되어 상측 코일판(400) 및 자석판(500)과 서로 차폐되도록 형성된다.

이때, 상기 원형 회전자(200)의 회전판(210) 중 온수 경유로(A)를 돌아 회전한 일측에는 제2냉수 경유로(C)가 형성되어 고온 특성을 예냉하여 저온 구간인 제1냉수 경유로(B)의 감온 효율이 개선되도록 형성된다.

이와 같이 본 발명은 온도가 낮을 때(약 20℃ 이하)에는 강한 자성을 띄며, 온도가 높을 때(약 30℃ 이상)에는 약한 자성을 띄는 가돌리늄(Gd)의 특성을 이용하여 발전을 도모하도록 한 것으로, 이는 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있는 바, 발전소나 공조시설의 폐열원 외에 태양열 등 에너지 공급원의 다변화를 통하여 시스템의 적용 및 응용성을 제고할 수 있도록 하는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 냉수와 온수를 각각 구획된 사이클로 순환시키면서 지속적인 온도 변화로 하여금 가돌리늄에 저온도차 자성 변화를 주어 자석체를 통해 안정적인 원주 회전을 조장하도록 하는 바, 이는 가돌리늄 원형 회전자와 연동하는 가동패널의 자석편이 코일 모듈로 하여금 전력을 생산하도록 함으로써, 친환경 에너지 자원 확보가 용이하고 축적된 에너지의 활용성이 다양한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가돌리늄을 이용한 발전기의 평면도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 가돌리늄을 이용한 발전기의 개략적 사용 상태도,
도 8은 본 발명에 따른 가돌리늄을 이용한 발전기의 가동 원리를 나타낸 예시도,
도 9는 종래기술로서 감온자성체를 이용한 동력장치를 나타낸 요부 예시도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.

먼저, 도 1 내지 도 8에서 보는 바와 같이 본 발명은 베이스 플레이트(100), 원형 회전자(200), 자석체(300), 코일판(400) 및 자석판(500)이 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 베이스 플레이트(100)는 상면에 배수구(111)를 갖는 배수홈(110)이 형성된다.

즉, 상기 베이스 플레이트는 금속 또는 합성수지로 된 평판으로서, 일정한 두께를 갖도록 형성되고, 상면에는 요홈 형태의 배수홈이 형성되며, 상기 배수홈의 바닥면에는 하나 이상의 관통공이 배수구를 이루도록 형성되어 후술되는 냉수나 온수 유입시 이를 외부로 배수시키면서 순환사이클을 이루도록 형성된다.

이때, 상기 배수구의 단부에는 튜브나 호스와 같은 순환라인 연결관이 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 원형 회전자(200)는 상기 베이스 플레이트(100) 상측에 안착되어 회전판(210)의 원주방향 회전을 도모하도록 하부에 베어링(220)이 결합되고, 상기 회전판(210)의 외주면에는 원주방향을 따라 다수개의 가돌리늄 블럭(230)이 결합된다.

이때, 상기 가돌리늄 블럭(230)을 갖는 회전판(210)은 온수 경유로(A)와 제1냉수 경유로(B)가 구획되어 설정된 냉수와 온수가 가돌리늄 블럭(230)에 직접 흐르도록 하면서 저온도차 자성 특성 가변을 도모하도록 형성된다.

즉, 상기 가돌리늄 블럭은 가로*세로*높이가 약 1cm*1cm*1cm 인 블럭으로서, 회전판의 원주방향 외주면에 다수개가 등간격으로 배열되면서 고정 결합되도록 하되, 결합시에는 요홈 결합 구조로 형성되어 상단과 하단 및 외주 일측이 노출되어 후술되는 냉수와 온수가 공급시 직접 당하 적셔지도록 형성된다.

이때, 상기 자석체(300)는 상기 원형 회전자의 회전판(210) 중 온수 경유로(A) 일측에 근접하면서 결합되도록 형성된다.

즉, 냉온수로 하여금 저온도차에 의해 자성이 가변되는 가돌리늄 블럭에 대하여 자성이 작용하여 서로 달라붙게 하거나 떨어지도록 함으로써, 원형 회전자 즉, 회전판의 원주방향 회전을 지속적으로 유도하도록 형성된다.

이에, 상기 코일판(400)은 상기 원형 회전자의 회전판(210) 상측에 고정 결합되어 전력을 생산하도록 코일 모듈(410)을 갖는 고정패널(420)이 형성되도록 하되, 상기 코일 모듈(410)은 다수개가 고정패널(420)의 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 형성된다.

즉, 상기 코일 모듈은 실질적인 전력을 생산하도록 하는 것으로, 전력 축전이나 전원 공급원으로 사용시에는 별도의 전선 어셈블리가 연결되어 목적하는 사용처에 전원을 공급할 수 있도록 형성된다.

또한, 상기 자석판(500)은 상기 코일판(400)의 상측에 가동패널(510)이 구비되어 원형 회전자의 회전판(210)과 연동 회전하도록 하되, 상기 가동패널(510)의 면상에는 다수개의 자석편(520)이 원주방향을 따라 배열되면서 가돌리늄 블럭(230)의 저온도차 자성 가변에 따라 회전시 코일판(400)의 코일 모듈(410)에 자성을 부여하도록 형성된다.

즉, 상기 실드함은 철판 두께가 약 2~2.5mm 내외의 함체로서, 하부가 개구된 형태로 원형 회전자(200)와 자석체(300)를 감싸며 베이스 플레이트에 밑단 플렌지가 접합(또는 체결 조립)되도록 형성되고, 폐쇄된 상부면에는 관통공이 형성되어 원형 회전자와 연동 구조를 갖는 샤프트 축이 분기되면서 자석판이 결합되도록 형성된다.

이에, 상기 자석판 하부에 형성된 코일판은 샤프트 축의 회전과 무관하게 간섭없이 고정된 형태로 실드함 위에서 결합되도록 형성된다.

이때, 상기 원형 회전자(200)의 회전판(210) 중 온수 경유로(A: 약 65℃의 온도)를 돌아 회전한 일측에는 제2냉수 경유로(C)가 형성되어 고온 특성을 예냉하여 저온 구간인 제1냉수 경유로(B)의 감온 효율이 개선되도록 형성된다.

즉, 상기 제2냉수 경유로(C)는 고온 특성에 의해 자성이 풀린 가돌리늄 블럭에 대하여 신속한 자성 복귀를 위해 예냉하는 구간으로서, 제1냉수 경유로(약 5℃의 온도)로 진입하기 전에 일반 수돗물의 온도인 약 23℃의 시수를 흘려보내는 것이 바람직하다.

정리하면, 도 8에서 보는 바와 같이 Gd(1) 자리에 cold water(약 5℃)를 흘릴 경우 Gd(1)은 Gd(2)보다 강한 자성을 띄게되고 오른쪽 자석에 의해 빨간색 화살표 방향으로 회전하게 된다.

이후 Gd(2) 자리에 hot water(약 65℃)를 흘릴 경우 Gd(2)는 Gd(1)보다 약한 자성을 띄게되고, Gd(1)이 자석에 의해 빨간색 화살표 방향으로 회전하는 힘을 방해하지 않게 된다. 따라서 빨간색 화살표 방향으로 회전하게 된다.

다음은 본 발명에 따른 발전기의 실시예를 보다 자세히 설명하겠다.

먼저, 본원발명은 온도가 낮을 때(약 20℃ 이하)에는 강한 자성을 띄며, 온도가 높을 때(약 30℃ 이상)에는 약한 자성을 띄는 가돌리늄(Gd)의 특성을 이용하여 발전을 도모하도록 한 것으로, 이는 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있는 바, 발전소나 공조시설의 폐열원 외에 태양열 등 에너지 공급원의 다변화를 통하여 시스템의 적용 및 응용성을 제고할 수 있도록 형성된다.

즉, 본 발명은 도 4에서 보는 바와 같이 냉수와 온수를 각각 구획된 사이클로 순환시키면서 지속적인 온도 변화로 하여금 가돌리늄에 저온도차 자성 변화를 주어 자석체를 통해 안정적인 원주 회전을 조장하도록 하는 바, 이는 가돌리늄 원형 회전자와 연동하는 가동패널의 자석편이 코일 모듈로 하여금 전력을 생산하도록 함으로써, 친환경 에너지 자원 확보가 용이하고 다양한 활용성을 제공함에 그 목적이 있다.

한편, 본 발명은 해결하고자 하는 과제 중 그 하나로서, 회전판(210)의 외주면에 원주방향을 따라 다수개의 가돌리늄 블럭(230)이 결합되도록 하되, 상기 가돌리늄 블럭(230)을 갖는 회전판(210)은 온수 경유로(A)와 제1냉수 경유로(B)가 구획되어 설정된 냉수와 온수가 가돌리늄 블럭(230)에 직접 흐르도록 하면서 저온도차 자성 특성 가변을 도모하도록 하는 원형 회전자(200)가 형성된다.

이러한 가돌리늄 블럭(230)은 가로*세로*높이가 1cm*1cm*1cm 인 블럭으로서, 회전판(210)의 원주방향 외주면에 다수개가 등간격으로 배열되면서 고정 결합되도록 하되, 결합시에는 요홈 결합 구조로 형성되어 상단과 하단 및 외주 일측이 노출되어 후술되는 냉수와 온수가 공급시 직접 닿아 적셔지면서 감온과 가온이 계속되도록 형성된다.

즉, 이러한 본 발명은 냉온수로 하여금 저온도차에 의해 자성이 가변되는 가돌리늄 블럭에 대하여 자성이 작용하여 자석체에 대하여 서로 달라붙게 하거나 떨어지도록 함으로써, 원형 회전자 즉, 회전판의 원주방향 회전을 지속적으로 유도하도록 형성된다.

한편, 상기 제2냉수 경유로(C)는 고온 특성에 의해 자성이 풀린 가돌리늄 블럭에 대하여 신속한 자성 복귀를 위해 예냉하는 구간으로서, 제1냉수 경유로(약 5℃의 온도)로 진입하기 전에 일반 수돗물의 온도인 약 23℃의 시수를 흘려보내 원활하고 신속한 감온을 수행할 수 있도록 유도하게 된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 8에서 보는 바와 같이 Gd(1) 자리에 cold water(약 5℃)를 흘릴 경우 Gd(1)은 Gd(2)보다 강한 자성을 띄게 되고 오른쪽 자석에 의해 빨간색 화살표 방향으로 회전하게 된다.

이후 Gd(2) 자리에 hot water(약 65℃)를 흘릴 경우 Gd(2)는 Gd(1)보다 약한 자성을 띄게 되고, Gd(1)이 자석에 의해 빨간색 화살표 방향으로 회전하는 힘을 방해하지 않게 된다. 따라서 빨간색 화살표 방향으로 회전하게 된다.

한편, 본 발명은 해결하고자 하는 과제 중 또 다른 목적으로서, 원형 회전자(200)와 자석체(300)가 실드함(600)에 의해 밀폐되어 상측 코일판(400) 및 자석판(500)과 서로 차폐되도록 형성된다.

즉, 본 발명은 자석체(300)와 자석판(500)의 역할이 서로 상이한 것으로, 가돌리늄(Gd)이 장착된 원형 회전자(200) 측 자석체(300)는 회전을 조장하기 위함이고, 상기 자석판(500)은 전력 생산을 위해 필요한 것으로, 이러한 양 구성은 회전시 서로 자기장에 의해 간섭 작용을 할 수 하는데 이는 효율 저하를 야기하는 바, 이를 방지하도록 자기장 차폐체 즉, 실드함이 구비되도록 형성된다.

다시 말해, 본 발명은 가돌리늄의 특성을 이용하여 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있도록 한 것으로, 소형 크기로 다분할되면서 원주면을 따라 등간격 배열 결합된 가돌리늄 블럭은 경량 구조로 형성되어 자석체로 하여금 자력과 척력이 쉽게 발생되어 회전 가속도가 크게 향상되어 회전 구동 성능을 개선하고 특히 동력원 측의 자석체와 종동구의 자석판이 실드함에 의해 서로 차폐되어 자기장 간섭 없이 원활한 축 회전과 발전 성능을 확보하도록 하는 특징이 있다.

이에 반해 앞서 배경기술에서 언급한 비교대상발명 1은 기본적인 냉수층(16a)과 열수층(16b)이 1/2로 구획된 것으로, 감온자성체(13)에 대하여 예냉할 수 있는 별도의 구간이 결여(실질적인 냉각과 가열 구간 외에 예냉에 대한 구성이 결여)되어 있는 것이어서 본원발명과 대비시 자성의 인력 성능 즉, 회전속도의 차이가 발생된다.

이를 자세히 설명드리면, 비교대상발명 1의 경우 열수층(16b)과 냉수층(16a)에 각각 잠겨 있는 감온자성체(13)는 납작한 원판 형태로서, 열수층(16b)에 위치한 자석의 자력이 냉수층(16a)에 있는 부분(반달 판 부분)을 당겨 회전시키는데 이러한 과정에서 반달 판 형태로 냉수층(16a)에 잠긴 감온자성체(13)는 본원발명 대비 열전달 면적이 커 신속한 냉각과 가열이 어려운 문제가 발생된다.

즉, 비교대상발명 1은 냉각시키거나 가열시켜야 하는 감온자성체의 면적이 큰 것으로, 저온 폐열을 통해 빨리 식고 빨리 가열되어야 하는 본 발명과 달리 아주 차가운 물이나 아주 뜨거운 물이 필요하게 되어 저온도 폐열을 이용하는 개념과 상이한 것으로, 본 발명처럼 신속하고 안정적인 발전을 도모하기 위함이 아닌 동력 장치에 관한 것이다.

이러한, 비교대상발명 1은 감온자성체(13)가 넓은 판형으로 형성되다 보니 본 발명의 가돌리늄 블럭(가로*세로*높이가 1cm*1cm*1cm 인 블럭으로서, 회전판(210)의 원주방향 외주면에 다수개가 등간격으로 배열되면서 고정 결합)들의 조합 대비 중량과 면적의 대형화로 인해 초기 구동시 회전을 일으키는데 많은 에너지를 소모하게 된다.

또한, 비교대상발명 1은 열수층으로부터 냉수층(또는 그 반대)에 원주방향을 따라 회전하는 감온자성체가 반달 구간 중 서서히 식어가거나 서서히 가열되어야 자성 효율을 기대할 수 있는 것(빨리 회전할 경우 넓은 면적의 감온자성체가 제대로 식거나 가열되지 않음)으로, 이는 신속한 발전이나 회전기로서의 사용이 오히려 어려운 문제가 발생된다.

다시 말해, 비교대상발명 1은 자석의 인력 효율을 높이기 위해 회전 속도를 늦출 경우 발전효율이 낮게 됨은 물론 열수층에 수용된(잠긴) 자석은 상시 높은 열을 확보하도록 형성되어 냉수층의 감온자성체와의 인력 저하가 예상되는 것으로, 이를 개선하기 위해서는 다소 많거나 중형 크기의 자석이 요구될 것으로 실제 적용에 적지 않은 문제가 예상된다.

그리고, 열수층 내에서 수용되는 형태로 잠긴 자석은 상시 물에 잠겨 있는 형태로 있다 보니 물때, 스케일이나 기타 오염에 따라 외주 표면에 녹 또는 산화 침적 등이 발생되면 자성 효율이 크게 저하될 수 있는 문제 또한 발생된다.

이에 반해, 본 발명은 회전판(210)의 외주면에 원주방향을 따라 다수개의 가돌리늄 블럭(230)이 결합되도록 하되, 상기 가돌리늄 블럭(230)을 갖는 회전판(210)은 온수 경유로(A)와 제1냉수 경유로(B)가 구획되어 설정된 냉수와 온수가 가돌리늄 블럭(230)에 직접 흐르도록 하면서 저온도차 자성 특성 가변을 도모하도록 하는 원형 회전자(200)가 형성되고, 상기 가돌리늄 블럭(230)은 가로*세로*높이가 1cm*1cm*1cm 인 블럭으로서, 회전판(210)의 원주방향 외주면에 다수개가 등간격으로 배열되면서 고정 결합되도록 하되, 결합시에는 요홈 결합 구조로 형성되어 상단과 하단 및 외주 일측이 노출되어 후술되는 냉수와 온수가 공급시 직접 닿아 적셔지도록 형성된다.

즉, 이러한 본 발명은 냉온수로 하여금 저온도차에 의해 자성이 가변되는 가돌리늄 블럭에 대하여 자성이 작용하여 서로 달라붙게 하거나 떨어지도록 함으로써, 원형 회전자 즉, 회전판의 원주방향 회전을 지속적으로 유도하도록 형성됩니다.

또한, 비교대상발명 2는 풍력 발전기에서의 기술 요지를 갖는 것으로, 강자성체의 자성이 퀴리 온도에서 변하는 특성을 이용한 발전기에 관한 것으로, 이 또한 본 발명과 일부 유사한 개념의 발명이기는 하나, 구체적인 대비에서 보면 본 발명은 가돌리늄의 특성을 이용하면서 비교대상발명 2처럼 주변 온도 즉, 간접식 대류 온도를 이용하는 것이 아니라 직접식 냉온수가 가돌리늄 블럭에 직접 닿아 흐르도록 하는 바, 이는 회전하는 구조로서 발전시 비교대상발명 2 보다 회전 성능이 월등하게 향상된다.

정리하면, 본 발명은 온도가 낮을 때(약 20℃ 이하)에는 강한 자성을 띄며, 온도가 높을 때(약 30℃ 이상)에는 약한 자성을 띄는 가돌리늄(Gd)의 특성을 이용하여 발전을 도모하도록 한 것으로, 이는 낮은 온도의 폐열원을 에너지원으로 활용할 수 있는 바, 발전소나 공조시설의 폐열원 외에 태양열 등 에너지 공급원의 다변화를 통하여 시스템의 적용 및 응용성을 제고할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본원발명은 냉수와 온수를 각각 구획된 사이클로 순환시키면서 지속적인 온도 변화로 하여금 소형 블럭형 가돌리늄에 저온도차 자성 변화를 주어 자석체를 통해 고속회전을 도모하는 한편 안정적인 원주 회전을 조장하도록 하는 바, 이는 가돌리늄 원형 회전자와 연동하는 가동패널의 자석편이 코일 모듈로 하여금 전력을 생산하도록 함으로써, 친환경 에너지 자원 확보가 용이하고 축적된 에너지의 활용성이 다양한 효과가 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 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 ... 베이스 플레이트 110 ... 배수홈
111 ... 배수구
200 ... 원형 회전자
210 ... 회전판 220 ... 베어링
230 ... 가돌리늄 블럭 300 ... 자석체
400 ... 코일판 410 ... 코일 모듈
420 ... 고정패널
500 ... 자석판
510 ... 가동패널 520 ... 자석편
600 ... 실드함

Claims

상면에 배수구(111)를 갖는 배수홈(110)이 형성되는 베이스 플레이트(100)와; 베이스 플레이트(100) 상측에 안착되어 회전판(210)의 원주방향 회전을 도모하도록 하부에 베어링(220)이 결합되고, 회전판(210)의 외주면에는 원주방향을 따라 다수개의 가돌리늄 블럭(230)이 결합되도록 하되, 가돌리늄 블럭(230)을 갖는 회전판(210)은 온수 경유로(A)와 제1냉수 경유로(B)가 구획되어 설정된 냉수와 온수가 가돌리늄 블럭(230)에 직접 흐르도록 하면서 저온도차 자성 특성 가변을 도모하도록 하는 원형 회전자(200)와; 원형 회전자의 회전판(210) 중 온수 경유로(A) 일측에 근접하면서 결합되도록 하는 자석체(300)와; 원형 회전자의 회전판(210) 상측에 고정 결합되어 전력을 생산하도록 코일 모듈(410)을 갖는 고정패널(420)이 형성되도록 하되, 코일 모듈(410)은 다수개가 고정패널(420)의 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 코일판(400)과; 코일판(400)의 상측에 가동패널(510)이 구비되어 원형 회전자의 회전판(210)과 연동 회전하도록 하되, 상기 가동패널(510)의 면상에는 다수개의 자석편(520)이 원주방향을 따라 배열되면서 가돌리늄 블럭(230)의 저온도차 자성 가변에 따라 회전시 코일판(400)의 코일 모듈(410)에 자성을 부여하도록 하는 자석판(500)이; 구성되어 이루어진 가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기에 있어서, 상기 원형 회전자(200)의 회전판(210) 중 온수 경유로(A)를 돌아 회전한 일측에는 제2냉수 경유로(C)가 형성되어 고온 특성을 예냉하여 저온 구간인 제1냉수 경유로(B)의 감온 효율이 개선되도록 형성되고, 상기 가돌리늄 블럭(230)은 가로*세로*높이가 1cm*1cm*1cm 인 블럭으로서, 회전판(210)의 원주방향 외주면에 다수개가 등간격으로 배열되면서 고정 결합되도록 하되, 결합시에는 요홈 결합 구조로 형성되어 상단과 하단 및 외주 일측이 노출되어 냉수와 온수가 공급시 직접 닿아 적셔지면서 가온 또는 감온되도록 형성되며,
상기 원형 회전자(200)와 자석체(300)는 실드함(600)에 의해 밀폐되어 상측 코일판(400) 및 자석판(500)과 서로 차폐되도록 하되, 상기 실드함(600)은 철판 두께가 2~2.5mm의 함체로서, 하부가 개구된 형태로 원형 회전자(200)와 자석체(300)를 감싸며 베이스 플레이트(100)의 상면에 밑단 플렌지가 접합되도록 형성되고, 플렌지와 베이스 플레이트가 닿는 면상에는 차폐 실드가 부설되도록 폐쇄된 상부면에는 관통공이 형성되어 원형 회전자(200)와 연동 구조를 갖는 샤프트 축이 분기되면서 자석판(500)이 결합되도록 형성되며, 상기 자석판(500) 하부에 형성된 코일판(400)은 샤프트 축의 회전과 무관하게 간섭없이 고정된 형태로 실드함(600) 위에서 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 가돌리늄의 특성을 이용한 저온도차 발전기.
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