KR101971612B1

KR101971612B1 - Apparatus for transferring conductive meterials

Info

Publication number: KR101971612B1
Application number: KR1020170075794A
Authority: KR
Inventors: 김희령; 이근형
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2019-04-23
Also published as: KR20180136711A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 이송되는 유로의 나선형 권선수를 증가시켜 구동 압력을 향상시킬 수 있으며, 유로에 전류를 흘려주기 위한 전극을 전기 전도 중에 열손실을 최소화할 수 있는 형상으로 설계 및 제작하여 에너지 효율이 극대화되도록 한다. 또한, 유로 사이의 간격을 영구자석 사이의 간격과 일치하도록 형성시키고 영구자석 사이에는 강자성체를 형성시켜 높이가 상대적으로 높은 나선형 DC 전자펌프에서도 자기장 세기를 증진시켜 전자펌프의 효율이 증대되도록 한다.According to an embodiment of the present invention, a spiral winding of a path through which a conductive material is transferred can be increased to improve a driving pressure, and an electrode for flowing a current to a flow path can be formed in a shape To maximize energy efficiency. In addition, the spacing between the flow paths is made to coincide with the spacing between the permanent magnets, and a ferromagnetic material is formed between the permanent magnets to increase the efficiency of the electromagnetic pump by increasing the strength of the magnetic field even in a spiral DC electromagnetic pump having a relatively high height.

Description

[0001] APPARATUS FOR TRANSFERRING CONDUCTIVE METERIALS [0002]

본 발명은 전도성 물질 이송 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전류 및 자기장에 의해 발생하는 로렌츠 힘(Lorentz force)을 이용하여 전기 전도성이 있는 물질을 이송하는 전도성 물질 이송 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a conductive material transferring apparatus, and more particularly, to a conductive material transferring apparatus for transferring an electrically conductive material using a Lorentz force generated by a current and a magnetic field.

주지하고 있는 바와 같이, 전기 전도성이 있는 전도성 물질을 이송하기 위한 전도성 물질 이송 장치로서 유로를 통해 전도성 물질을 이송하는 전자펌프가 있다. 이러한 전자펌프는 유로 내의 전도성 물질에 큰 전류를 흘려주면서, 전류와 직각 방향으로 가해지는 자기장에 의해 발생하는 로렌츠 힘으로 전도성 유체를 이송하는 장치이다.As is known, there is an electroconductive material transfer device for transferring electrically conductive materials, and there is an electronic pump for transferring a conductive material through a flow path. Such an electromagnetic pump is a device for transferring a conductive fluid to a Lorentz force generated by a magnetic field applied in a direction perpendicular to a current while flowing a large current to a conductive material in the flow path.

도 1은 종래 기술에 따른 전자펌프의 구성을 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a configuration of an electronic pump according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래의 전자펌프(100)는 직사각형 형태의 유로(102), 유로(102) 내의 전도성 물질에 자기장을 가하는 영구자석(104), 자기장에 의한 자속의 방향과 직각 방향으로 전도성 물질에 전류를 흘려주는 전극(108)을 포함한다.1, a conventional electromagnetic pump 100 includes a rectangular channel 102, a permanent magnet 104 for applying a magnetic field to a conductive material in the channel 102, a conductive material 104 in a direction perpendicular to the direction of the magnetic flux generated by the magnetic field, And an electrode 108 for flowing current to the material.

이러한 종래 기술에 따른 전자펌프의 구동(펌핑) 압력(P)은 역기전력과 수력학적 손실을 제외하였을 때에 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The driving (pumping) pressure P of the conventional electronic pump according to the related art can be expressed by the following Equation 1 when the back electromotive force and the hydrodynamic loss are excluded.

여기서, B는 자기장의 세기이고, I는 전류의 세기이며, H는 유로의 자기장 방향 두께이다.Here, B is the intensity of the magnetic field, I is the intensity of the current, and H is the thickness in the magnetic field direction of the flow path.

이러한 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 전자펌프(100)의 구동 압력(P)은 영구자석(104)에 의한 자기장의 세기(B) 및 전극(108)에 의한 전류의 세기(I)에 비례하고, 유로(102)의 자기장 방향 두께(H)에 반비례한다.The driving pressure P of the electromagnetic pump 100 is proportional to the intensity B of the magnetic field by the permanent magnet 104 and the intensity I of the current by the electrode 108, And is inversely proportional to the thickness H of the flow path 102 in the magnetic field direction.

이 중에서 자기장의 세기(B)는 영구자석(104)을 이용하여 높이는데 있어 약 1 테슬라(T)의 한계를 보이고, 유로(102)의 자기장 방향 두께(H) 또한 제작상의 한계로 1 밀리미터(mm)의 한계를 보인다.The magnetic field strength B of the magnetic field strength of the permanent magnet 104 is about 1 tesla and the magnetic field strength H of the channel 102 is 1 millimeter mm).

따라서, 전자펌프(100)의 높은 구동 압력(P)을 얻기 위해서는 전극(108)을 통해 수천 내지 수만 암페어(A)의 고 전류를 흘려주어야 한다.Therefore, in order to obtain a high driving pressure P of the electromagnetic pump 100, a high current of several thousands to several ten thousand amperes (A) must be flowed through the electrode 108. [

그런데, 이러한 고 전류를 위해서는 부피가 크고 고비용의 파워 서플라이(power supply)가 요구되기에, 전자펌프 및 파워 서플라이를 포함하는 전도성 물질 이송 시스템의 가격이 비싸고 소형화가 어렵다는 문제점이 있다.
However, since such a high current requires a bulky and costly power supply, there is a problem that the cost of a conductive material transfer system including an electric pump and a power supply is high and it is difficult to miniaturize.

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대한민국 공개특허번호 제10-2006-74412호(공개일자 2006년 07월 03일)Korean Patent Publication No. 10-2006-74412 (published on July 03, 2006)

본 발명의 실시예에 의하면, 종래 기술과 비교할 때에 상대적으로 더 낮은 전류를 전도성 물질에 흘려주어서도 상대적으로 더 높은 구동 압력을 발생시키는 전도성 물질 이송 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a conductive material transferring apparatus which generates a relatively higher driving pressure even when a relatively lower current is passed through a conductive material as compared with the prior art.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and another problem to be solved can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 본 발명은 전도성 물질 이송 장치로서, 나선형 경로를 따라 권선된 전도성 유로를 포함하는 유로부와, 상기 나선형 경로의 반지름 방향으로 착자된 복수의 링형 자석체를 포함하며 상기 유로부에 자기장을 가하는 자기장부와, 상기 유로부에 상기 나선형 경로의 중심축과 평행한 방향으로 전류를 인가하는 전극부를 포함하되, 상기 복수의 링형 자석체는 상호간 간격을 가지도록 배치되고, 상기 자기장부는, 복수의 링형 강자성체를 또한 포함하되, 상기 복수의 링형 강자성체의 각각의 링형 강자성체는 상기 복수의 링형 자석체 중 인접한 링형 자석체들 사이에 배치되며, 상기 복수의 링형 자석체와 상기 복수의 링형 강자성체의 적층에 의해 상기 자기장부는 원통형상을 이룬다.According to the present invention, there is provided a conductive material transferring apparatus comprising: a flow path portion including a conductive flow path wound along a spiral path; and a plurality of ring-shaped magnet bodies magnetized in a radial direction of the helical path, Wherein the plurality of ring-shaped magnet bodies are arranged so as to be spaced from each other, and the magnetic field portion has a plurality of ring-shaped magnetic bodies, Wherein each ring-shaped ferromagnetic body of the plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies is disposed between adjacent ring-shaped magnet bodies of the plurality of ring-shaped magnet bodies, and the plurality of ring-shaped magnet bodies and the plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies are stacked The magnetic field portion has a cylindrical shape.

또한, 상기 전도성 유로는, 상기 나선형 경로의 중심축과 평행한 방향으로의 간격이 상기 복수의 링형 자석체의 상호간 간격과 일치하도록 형성된 것을 특징으로 한다. The conductive flow path is formed so that a gap in a direction parallel to the central axis of the helical path coincides with an interval between the plurality of ring-shaped magnet bodies.

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또한, 상기 전극부는, 상기 전도성 유로의 최외곽 권선이 있는 어느 한 쪽에 배치된 제1 극성의 제1 전극과, 상기 전도성 유로의 최외곽 권선이 있는 다른 한 쪽에 배치된 상기 제1 극성과는 다른 제2 극성의 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The electrode portion may include a first electrode having a first polarity disposed on one side of the outermost winding of the conductive path and a second electrode disposed on the other side of the outermost winding of the conductive path different from the first polarity And a second electrode of a second polarity.

또한, 상기 복수의 링형 자석체와 상기 복수의 링형 강자성체의 적층에 의한 상기 나선형 경로의 중심축 방향과 평행한 방향으로의 높이는, 상기 유로부의 상기 나선형 경로의 중심축 방향과 평행한 방향의 전체 높이와 같거나 큰 것을 특징으로 한다.The height of the spiral path in the direction parallel to the central axis direction by the lamination of the plurality of ring-shaped magnet bodies and the plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies is preferably set to a total height in a direction parallel to the central axis direction of the spiral path of the flow path portion Or more.

본 발명에 따르면, 전도성 물질이 이송되는 유로의 나선형 권선수를 증가시켜 구동 압력을 향상시킬 수 있으며, 유로에 전류를 흘려주기 위한 전극을 전기 전도 중에 열손실을 최소화할 수 있는 형상으로 설계 및 제작하여 에너지 효율이 극대화되도록 한다.According to the present invention, the driving force can be improved by increasing the spiral winding of the passage through which the conductive material is transferred, and the electrode for flowing current to the passage is designed and manufactured in such a shape as to minimize heat loss during electric conduction Thereby maximizing energy efficiency.

또한, 유로 사이의 간격을 영구자석 사이의 간격과 일치하도록 형성시키고 영구자석 사이에는 강자성체를 형성시켜 높이가 상대적으로 높은 나선형 DC 전자펌프에서도 자기장 세기를 증진시켜 전자펌프의 효율이 증대되도록 한다.
In addition, the spacing between the flow paths is made to coincide with the spacing between the permanent magnets, and a ferromagnetic material is formed between the permanent magnets to increase the efficiency of the electromagnetic pump by increasing the strength of the magnetic field even in a spiral DC electromagnetic pump having a relatively high height.

도 1은 종래 기술에 따른 전자펌프의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석과 유로의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치의 일 부분을 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 구성하는 유로와 제 1 전극 및 제 2 전극의 결합 상태를 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극의 평면도 및 측면도이다.
도 8은 종래기술의 전자펌프에 대하여 중심 축 기준으로 2D 단면을 도시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 유로 부분에서 형성되는 자기장의 세기를 그래프로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자펌프에 대하여 중심 축 기준으로 2D 단면을 도시한 것이다.
도 11은 도 10에 도시된 유로 부분에서 형성되는 자기장의 세기를 그래프로 도시한 것이다.1 is a perspective view showing a configuration of an electronic pump according to the prior art.
2 is a partially exploded perspective view of a conductive material transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a permanent magnet and a flow path according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a portion of a conductive material transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a coupling state of a first electrode and a second electrode in a flow path of a conductive material transfer apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a perspective view of a first electrode and a second electrode of a conductive material transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a plan view and a side view of a first electrode and a second electrode of a conductive material transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows a 2D cross-section with respect to a central axis with respect to a prior art electronic pump.
FIG. 9 is a graph showing the intensity of a magnetic field formed in the flow path portion shown in FIG.
FIG. 10 is a 2D cross-sectional view of an electronic pump according to an embodiment of the present invention with respect to a central axis.
11 is a graph showing the intensity of a magnetic field formed in the flow path portion shown in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치의 영구자석인 자석체와 전도성 유로의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 도 2의 x-x'를 따라 절개하였을 때의 부분 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 구성하는 유로와 제 1 전극 및 제 2 전극의 결합 상태를 보인 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치를 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극의 평면도 및 측면도이다.FIG. 2 is a partially exploded perspective view of a conductive material transferring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of a magnet body and a conductive flow path, which are permanent magnets of a conductive material transferring apparatus according to an embodiment of the present invention, 4 is a partial cross-sectional view of the conductive material transfer device according to the embodiment of the present invention when the device is cut along the line x-x 'in FIG. 2, and FIG. 5 is a sectional view of the conductive material transfer device according to an embodiment of the present invention 6 is a perspective view of a first electrode and a second electrode constituting a conductive material transferring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of the first electrode and the second electrode. 1 is a plan view and a side view of a first electrode and a second electrode of a conductive material transfer apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치(200)는 유로부(210)와 전극부(220) 및 자기장부(230)를 포함한다.2 to 7, a conductive material transfer apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes a flow path portion 210, an electrode portion 220, and a magnetic storage portion 230.

유로부(210)는 나선형 경로를 따라 N회의 권선수로 권선된 전도성 유로(211)를 포함한다. 이러한 유로(211)는 전도성 물질이 이송되는 경로를 제공한다. 여기서, 유로(211)는 스테인리스 스틸(stainless steel) 튜브 등과 같이 전도성을 가지는 재질로 제작된다.The flow path portion 210 includes a conductive flow path 211 wound with N turns along the spiral path. The flow path 211 provides a path through which the conductive material is transported. Here, the flow path 211 is made of a material having conductivity such as a stainless steel tube or the like.

전극부(220)는 유로(211)의 최외곽 권선이 있는 어느 한 쪽에 제 1 극성의 제 1 전극(221)이 배치되고, 유로(211)의 최외곽 권선이 있는 다른 한 쪽에 제 1 극성과는 다른 제 2 극성의 제 2 전극(222)이 배치된다. 이러한 전극부(220)를 통해 유로부(210)에 나선형 경로의 중심축 방향으로 직류 전류를 인가할 수 있다. 즉, 나선형 경로의 반지름 방향과 직교하고 나선형 경로의 중심축과 평행한 방향으로 유로부(210)에 전류를 인가할 수 있다. 제 1 전극(221) 및 제 2 전극(222)은 구리(Cu) 등으로 제작할 수 있다.The electrode unit 220 has the first electrode 221 of the first polarity disposed on one side of the outermost winding of the flow path 211 and the other end of the first electrode 221 on the other side of the flow path 211, The second electrode 222 of the second polarity is disposed. A DC current can be applied to the flow path portion 210 in the direction of the center axis of the helical path through the electrode portion 220. That is, current can be applied to the flow path portion 210 in a direction orthogonal to the radial direction of the helical path and in parallel with the central axis of the helical path. The first electrode 221 and the second electrode 222 may be formed of copper (Cu) or the like.

자기장부(230)는 유로부(210)에 나선형 경로의 반지름 방향으로 자기장을 가할 수 있다. 이러한 자기장부(230)는 내부공간이 비어있고 양쪽 원형면이 개방된 원통형의 자석체(231)를 포함하며, 자석체(231)는 나선형 경로의 반지름 방향으로 착자되고, 내부공간에 유로부(210) 및 전극부(220)가 배치된다. 자석체(231)는 영구자석 등으로 제작할 수 있다. 이러한 원통형의 자석체(231)는 일체로 제작할 수도 있으며, 도 2에 실선으로 구분하여 나타낸 바와 같이 작은 크기로 개별 제작한 후에 원통형의 모양이 되도록 결합시킬 수도 있다.Magnetic field 230 can apply a magnetic field to the flow path portion 210 in the radial direction of the helical path. The magnet body 231 is magnetized in the radial direction of the spiral path and is inserted into the inner space of the magnet body 231 in the inner space, 210 and an electrode unit 220 are disposed. The magnet body 231 can be made of a permanent magnet or the like. Such a cylindrical magnet body 231 may be integrally formed, or may be formed into a small size as shown by a solid line in FIG. 2, and then may be combined to have a cylindrical shape.

또한, 이러한 자석체(231)는 유로의 간격과 일치하는 간격으로 형성될 수 있고, 이러한 자석체(231)의 사이에는 강자성체(235)가 형성될 수 있다.These magnet bodies 231 may be formed at intervals corresponding to the intervals of the flow paths, and a ferromagnetic body 235 may be formed between the magnet bodies 231.

이러한 전도성 물질 이송 장치(200)의 유로(211)에 자석체(231)에 의해 나선형 경로의 반지름 방향으로 자기장이 가해지고, 전극부(220)를 통해 나선형 경로의 중심축 방향으로 유로(211)에 직류 전류가 흐르면, 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있는 로렌츠 힘(f)에 따라 유로(211) 내의 전도성 물질이 나선형 경로의 원주방향으로 이송된다.A magnetic field is applied to the flow path 211 of the conductive material transfer device 200 in the radial direction of the spiral path by the magnet body 231 and the flow path 211 is formed in the central axis direction of the spiral path through the electrode part 220, The conductive material in the flow path 211 is transported in the circumferential direction of the helical path in accordance with the Lorentz force f, which can be expressed by the following equation (2).

여기서, f는 유로(211) 내의 전도성 물질이 받는 단위당 힘(force density)이며, J는 전류밀도(current density)이고, B는 자기장의 세기이다.Here, f is the force density per unit of the conductive material in the flow path 211, J is the current density, and B is the intensity of the magnetic field.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치(200)의 구동(펌핑) 압력(P)은 역기전력과 수력학적 손실을 제외하였을 때에 아래의 수학식 3와 같이 나타낼 수 있다.The driving (pumping) pressure P of the conductive material transfer apparatus 200 according to an embodiment of the present invention can be expressed by Equation (3) below when the back electromotive force and the hydrodynamic loss are excluded.

여기서, n은 유로(211)의 권선수이며, B는 자석체(231)에 의한 자기장의 세기이고, I는 전극부(220)를 전도성 물질에 인가되는 전류의 세기이며, D는 유로(211)의 자기장 방향 내경이다.Where I is the intensity of the current applied to the conductive material on the electrode portion 220 and D is the intensity of the current applied to the conductive material on the electrode 211 ) In the magnetic field direction.

이러한 수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이 전도성 물질 이송 장치(200)의 구동 압력(P)은 유로(211)의 권선수(n)와 자석체(231)에 의한 자기장의 세기(B) 및 전극부(220)에 의한 전류의 세기(I)에 비례하며, 유로(211)의 자기장 방향 내경(D)에 반비례한다.The driving pressure P of the conductive material transferring apparatus 200 is determined by the intensity B of the magnetic field generated by the winding n of the flow path 211 and the magnet body 231, And is inversely proportional to the magnetic field direction inner diameter D of the flow path 211. [

여기서, 자석체(231)에 의한 자기장의 세기(B)는 영구자석 등을 이용하여 높이는데 있어 한계가 있고, 유로(211)의 자기장 방향 내경(D)은 제작상의 한계가 있으며, 전극부(220)에 의한 전류의 세기(I) 역시 파워 서플라이의 부피 및 가격을 고려하여야 하기에 높이는데 있어 한계가 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치(200)는 유로(211)의 권선수(n)를 증가시켜 구동 압력(P)을 향상시킬 수 있다.Here, the intensity (B) of the magnetic field generated by the magnet body 231 has a limit in height using a permanent magnet or the like. The inner diameter D in the magnetic field direction of the flow channel 211 has a manufacturing limitation, The current intensity (I) by the power supply 220 has a limitation in height because the volume and the price of the power supply must be considered. However, the conductive material transferring apparatus 200 according to an embodiment of the present invention can increase the number of turns n of the flow path 211 to improve the driving pressure P.

이때, 위와 같이 유로(211)의 권선수를 증가시킴에 있어서, 도 3에서 보여지는 바와 같이 유로(211)가 자석체(231)인 영구자석과 이웃하도록 형성시키는 방식으로 권선수를 증가시킨다. 즉, 종래 유로와 영구자석이 도 3의 (a)에서와 같이 형성되었다고 한다면, 본 발명의 실시예에서는 로렌츠의 힘을 증가시켜 전자펌프의 효율을 향상시키기 위해 유로(211)의 권선수를 증가시키는 경우 도 3의 (b)에서와 같이 자석체(231)와 유로(211)를 배치시켜 나선형 DC 전자펌프의 효율을 증진시킨다.At this time, in order to increase the winding of the flow path 211 as described above, the flow path 211 is formed so as to be adjacent to the permanent magnet which is the magnet body 231, as shown in FIG. 3 (a), in the embodiment of the present invention, in order to increase the force of the Lorentz to improve the efficiency of the electromagnetic pump, the number of turns of the flow path 211 is increased The magnet body 231 and the flow path 211 are disposed as shown in FIG. 3 (b) to improve the efficiency of the helical DC electric pump.

이때, 도 3의 (b)에서와 같이 유로(211) 사이의 간격을 자석체(231)인 영구자석 사이의 간격과 일치하도록 맞추어 유로(211)와 자석체(231)를 배치함으로써, 나선형 경로의 중심축 방향으로 유로부(210)의 높이가 증가하는 경우에도 영구자석의 착자방향의 단면적이 일정하게 유지되도록 하고, 영구자석 사이에는 강자성체(235)를 형성시킴으로써 전체적으로 자기장을 강하게 유지시켜 전자펌프의 효율이 향상되도록 한다.3 (b), the flow path 211 and the magnet body 231 are arranged so that the gap between the flow paths 211 coincides with the gap between the permanent magnets as the magnet body 231, The cross-sectional area of the permanent magnet in the magnetizing direction is kept constant even when the height of the flow path portion 210 is increased in the direction of the center axis of the flow path portion 210. By forming the ferromagnetic body 235 between the permanent magnets, Thereby improving the efficiency.

한편, 전극부(220)를 구성하는 제 1 전극(221) 및 제 2 전극(222)은 프레임(220a)과 복수의 리드(220b)를 포함할 수 있다. 여기서, 유로(211)의 최외곽 권선에 고리(ring) 형태의 프레임(220a)이 접촉될 수 있고, 유로(211)가 권선되는 나선형 경로의 중심축 방향으로 프레임(220a)에서 소정 길이만큼 M(단, M은 2 이상의 자연수)개의 리드(220b)가 연장될 수 있으며, M개의 리드(220b)는 360도/M의 각도 간격을 가질 수 있다. 여기서, 리드(220b)가 3개이면 120도의 각도 간격을 가지며, 첫 번째 리드(220b)의 중심과 프레임(220a)의 일단이 30도의 각도 간격을 가질 수 있다. 예컨대, 프레임(220a)은 란돌트 고리(landolt ring) 형태로 형성할 수 있으며, 유로(211)의 말단이 란돌트 고리에 의한 개방영역 및 홀(233e)를 통과하여 외부로 노출될 수 있다.The first electrode 221 and the second electrode 222 constituting the electrode unit 220 may include a frame 220a and a plurality of leads 220b. Here, the frame 220a in the form of a ring can be brought into contact with the outermost winding of the flow path 211, and a predetermined length of M (m) in the frame 220a in the direction of the central axis of the helical path through which the flow path 211 is wound (M is a natural number of 2 or more) leads 220b may be extended, and the M leads 220b may have an angular interval of 360 degrees / M. Here, if the number of the leads 220b is three, the first lead 220b has an angular interval of 120 degrees, and the center of the first lead 220b and one end of the frame 220a can have an angular interval of 30 degrees. For example, the frame 220a may be formed in the form of a landolt ring, and the end of the flow path 211 may be exposed to the outside through the open area by the Landolt ring and the hole 233e.

여기서, 제 1 전극(221) 및 제 2 전극(222)이 M개의 리드(220b)를 포함하기 때문에 1개의 리드(220b)만을 포함할 때 보다 여러 개의 리드를 포함하는 경우 전자펌프의 유로부에 인가되는 전류밀도가 균등하게 되어, 전자펌프의 역기전력에 의한 손실압력을 줄일 수 있다. Since the first electrode 221 and the second electrode 222 include M leads 220b, if the leads 220b include more leads than the lead 220b, The applied current density becomes equal, and the loss pressure due to the counter electromotive force of the electromagnetic pump can be reduced.

또한, 유로부(210)는 유로(211)의 두 권선의 사이에 있는 전도성 브레이징 접합체(212)를 포함할 수 있다. 이는 유로(211)의 두 권선의 사이를 은 등과 같이 전도성을 가지는 재질을 이용하여 브레이징 접합을 함에 따라 생성될 수 있다. 원형의 유로(211)가 이용되고 전도성 브레이징 접합체(212)가 없는 경우에는 유로(211)의 두 권선의 사이에 접촉되는 부분이 적어서 접촉저항(contact resistance)이 매우 크게 발생하여 유로(211)내의 전도성 물질에 인가되는 전류가 낮아지게 되지만, 전도성 브레이징 접합체(212)는 유로(211)의 두 권선의 사이에서 접촉저항을 줄이는 역할을 한다. 도 4에서는 이해를 돕기 위하여 인접한 유로(211) 사이의 거리를 과장하여 멀게 표현하였으나, 인접한 유로(211)는 서로 접촉될 수 있다.In addition, the flow path portion 210 may include a conductive brazing joint 212 between two windings of the flow path 211. This can be produced by brazing the two windings of the flow path 211 using a material having conductivity such as silver or the like. In the case where the circular flow path 211 is used and the conductive brazing joint body 212 is not provided, the contact portion between the two windings of the flow path 211 is small and the contact resistance is extremely large, The conductive brazing material 212 serves to reduce the contact resistance between the two windings of the flow path 211, although the current applied to the conductive material is lowered. In FIG. 4, the distances between adjacent flow paths 211 are exaggerated to facilitate understanding, but adjacent flow paths 211 may be in contact with each other.

자기장부(230)는 제 1 강자성체(232)와 제 2 강자성체(233)를 더 포함할 수 있다. 제 1 강자성체(232)는 내부공간이 채워져 있는 원통형일 수 있고, 원주면이 유로(211)가 권선되는 나선형 경로로 제공될 수 있다. 제 2 강자성체(233)는 내부공간이 비어 있고 양쪽 원형면이 폐쇄된 원통형일 수 있으며, 비어 있는 내부공간에 자석체(231)가 배치될 수 있고, 폐쇄된 양쪽 원형면 중에서 어느 한 쪽을 통해 유로(211)의 일단과 제 1 전극(221)이 노출될 수 있으며, 폐쇄된 양쪽 원형면 중에서 다른 한 쪽을 통해 유로(211)의 타단과 제 2 전극(222)이 노출될 수 있다.The magnetic storage unit 230 may further include a first ferromagnetic body 232 and a second ferromagnetic body 233. The first ferromagnetic body 232 may be a cylindrical shape filled with an inner space and a circumferential surface may be provided in a spiral path in which the flow path 211 is wound. The second ferromagnetic body 233 may have a cylindrical shape in which the inner space is empty and both circular faces are closed, the magnet body 231 may be disposed in an empty inner space, and either one of the two closed circular faces One end of the flow path 211 and the first electrode 221 may be exposed and the other end of the flow path 211 and the second electrode 222 may be exposed through the other of the two closed circular surfaces.

본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치(200)에서 제 2 강자성체(233)는 자석체(231) 등을 보호하는 하우징(housing)의 역할을 겸비하며, 전도성 물질 이송 장치(200)의 조립 및 분해의 용이성을 위해 제 2 강자성체(233)는 상단부(233a)와 중앙부(233b) 및 하단부(233c)로 구성될 수 있다. 상단부(233a) 및 하단부(233c)의 원형면에는 제 1 전극(221) 및 제 2 전극(222)에 포함되는 M개의 리드(220b)가 노출되는 M개의 슬릿(233d)이 형성될 수 있으며, 유로(211)의 말단이 노출되는 1개의 홀(233e)이 형성될 수 있다. 이러한 제 1 강자성체(232) 및 제 2 강자성체(233)는 투자율(magnetic permeability)이 큰 스틸 등으로 제작할 수 있다.The second ferromagnetic body 233 of the conductive material transfer apparatus 200 according to an embodiment of the present invention has a role of housing for protecting the magnet body 231 and the like, For ease of assembly and disassembly, the second ferromagnetic body 233 may be composed of an upper end portion 233a, a central portion 233b, and a lower end portion 233c. M slits 233d may be formed on the circular surfaces of the upper end 233a and the lower end 233c to expose M leads 220b included in the first electrode 221 and the second electrode 222, One hole 233e through which the end of the flow path 211 is exposed can be formed. The first ferromagnetic body 232 and the second ferromagnetic body 233 may be made of steel having a high magnetic permeability.

자기장부(230)를 구성하는 제 1 강자성체(232) 및 제 2 강자성체(233)는 자기장을 유도하여 자석체(231)에 의한 자기장의 세기를 증가시키는 역할을 한다. 자석체(231)를 영구자석으로 구현하고, 영구자석을 제 2 강자성체(233)로 둘러싸면 영구자석의 자기장의 세기가 3배 내지 10배 정도 증가된다. 앞서 설명한 바와 같이 유로(211) 내의 전도성 물질이 받게 되는 힘은 자기장의 세기에 비례하기 때문에, 제 1 강자성체(232) 및 제 2 강자성체(233)에 의해 자석체(231)의 자기장의 세기(B)가 커지면 비례적으로 유로(211) 내의 전도성 물질이 받게 되는 힘이 커진다.The first ferromagnetic body 232 and the second ferromagnetic body 233 constituting the magnetic storage unit 230 induce a magnetic field to increase the strength of the magnetic field generated by the magnet body 231. If the magnet body 231 is implemented as a permanent magnet and the permanent magnet is surrounded by the second ferromagnetic body 233, the intensity of the magnetic field of the permanent magnet is increased by 3 to 10 times. The strength of the magnetic field of the magnet body 231 (B (1)) is controlled by the first ferromagnetic body 232 and the second ferromagnetic body 233 because the force received by the conductive material in the passage 211 is proportional to the intensity of the magnetic field, The greater the force that the conductive material in the flow path 211 receives.

또한, 자석체(231)는 본 발명의 일 실시예에 따라 나선형 경로의 유로(211)와 이웃하게 착자되도록 하며, 자석체(231) 사이의 공간에는 강자성체(235)를 형성시켜 전자펌프의 높이가 증가하여도 자기장 세기가 감소하지 않도록 한다. 즉, 자석체(231)인 영구자석 주변 유로(211)에서는 r 방향의 자기장이 형성되며 강자성체 물질주변 유로(211)에서는 r 방향의 자기장이 형성되는데, 전자펌프의 θ 방향 로렌츠 힘 형성을 위해서는 r방향의 자기장만이 필요하다. 따라서, 유로(211) 사이의 간격을 자석체(231) 사이의 간격과 일치하도록 맞추고, 자석체(231) 사이의 공간에는 강자성체(235)를 형성시킴으로써 전체적으로 자기장이 강해져 나선형 경로의 중심축 방향으로 유로부(210)의 높이가 증가하는 경우에도 자석체(231)의 착자방향의 단면적이 일정하게 유지되도록 하여 전자펌프의 효율이 향상되도록 한다.The magnet body 231 is magnetized to be adjacent to the flow path 211 of the helical path in accordance with an embodiment of the present invention and a ferromagnetic body 235 is formed in a space between the magnet bodies 231, So that the magnetic field strength is not reduced. That is, a magnetic field in the r direction is formed in the permanent magnet peripheral flow path 211 which is the magnet body 231, and a magnetic field in the r direction is formed in the flow path 211 around the ferromagnetic substance. In order to form the Lorentz force in the? Only the magnetic field in the direction is required. Therefore, by setting the gap between the flow paths 211 to match the gap between the magnet bodies 231 and by forming the ferromagnetic substance 235 in the space between the magnet bodies 231, the magnetic field as a whole is strengthened, Sectional area of the magnet body 231 in the magnetizing direction is kept constant even when the height of the flow path portion 210 increases, thereby improving the efficiency of the electromagnetic pump.

위와 같이 구현하는 경우 높이가 1m 이상의 전자펌프에 대하여, 종래기술에서는 0.2 T 미만의 자기장 세기를 보인 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기술은 자석체(231)인 영구자석 주변 유로(211)에서 0.8 T 이상의 자기장 세기를 보여 4배 이상의 로렌츠 힘이 발생함으로써 전자펌프의 효율이 증대되었다.In the case of the above-described implementation, the conventional technology has a magnetic field strength of less than 0.2 T for an electromagnetic pump having a height of 1 m or more, whereas the technology according to one embodiment of the present invention is a permanent magnet peripheral flow path 211, The magnetic field intensity of 0.8 T or more was shown, and the efficiency of the electromagnetic pump was increased by generating Lorentz force of 4 times or more.

도 8은 종래기술의 전자펌프에 대하여 중심 축 기준으로 2D 단면을 도시한 것이고, 도 9는 도 8에 도시된 유로 부분에서 형성되는 자기장의 세기를 그래프로 도시한 것이다. FIG. 8 is a 2D cross-sectional view of a conventional electronic pump with respect to a central axis, and FIG. 9 is a graph showing the intensity of a magnetic field formed in the flow path portion shown in FIG.

또한, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자펌프에 대하여 중심 축 기준으로 2D 단면을 도시한 것이고, 도 11은 도 10에 도시된 유로 부분에서 형성되는 자기장의 세기를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 10 is a 2D sectional view of the electromagnetic pump according to the embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a graph showing the intensity of a magnetic field formed in the flow path portion shown in FIG.

이때, 도 9와 도 11에서는 예를 들어 유로가 높이 2M, 너비가 0.01mm로 형성되는 것을 가정하고, 유한요소 해석법(finite element method)를 사용하여 유로 부분에서 R방향 자기장 세기를 너비 중앙 부분에서 높이에 따라 측정한 것을 나타낸 것이다.9 and 11, for example, assuming that the flow path is formed to have a height of 2M and a width of 0.01 mm, the R direction magnetic field strength in the flow path portion is measured at the center of the width by using the finite element method The results are shown in FIG.

즉, 도 9와 도 11에 도시된 유로 부분에서의 자기장 세기를 비교하면, 본 발명의 실시예에서와 같이 유로 사이의 간격을 영구자석 사이의 간격과 일치하도록 형성시키고 영구자석 사이에는 강자성체를 형성시키는 경우, 유로를 자기장이 최대가 되는 지점으로 변화하였을 때 자기장 세기가 약 2.5배 가량 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 종래 기술의 전자펌프의 구조와 비교하여 유로 부분의 높이가 더욱 높아질수록 본 발명의 실시예에 따른 전자펌프가 더 좋은 효율을 보이는 것을 알 수 있다.That is, comparing the magnetic field intensities in the flow path portions shown in Figs. 9 and 11, it is possible to form the ferromagnetic bodies between the permanent magnets by forming the intervals between the flow paths to coincide with the intervals between the permanent magnets, , It can be seen that the magnetic field strength is increased by about 2.5 times when the flow path is changed to the point where the magnetic field is maximized. In addition, as compared with the structure of the conventional electronic pump, the higher the height of the flow path portion, the better the efficiency of the electronic pump according to the embodiment of the present invention is.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치(200)는 제 1 강자성체(232)와 유로(211)의 사이 및 유로(211)와 자석체(231)의 사이에 있는 절연재(240)를 더 포함할 수 있다. 이러한 절연재(240)는 테프론(Teflon), 세라믹, 유리, 나무 등으로 제작할 수 있으며, 제 1 강자성체(232) 및 제 2 강자성체(233)에 전극부(220)를 통한 전류가 인가되지 않게 한다. 제 1 강자성체(232) 및 제 2 강자성체(233)에 전류가 인가되면 그 만큼 유로(211) 내의 전도성 물질로 인가되는 전류가 감소하기 때문에 전도성 물질을 이송되게 하는 로렌츠 힘이 낮아지지만, 절연재(240)가 전류의 흐름을 차단하기 때문에 로렌츠 힘이 낮아지지 않는다. 여기서, 제 1 전극(221)의 프레임(220a), 제 2 전극(222)의 프레임(220a) 및 제 2 강자성체(233)의 슬릿(233d)까지 절연재(240)를 덮어서 전류 흐름을 더 확실히 차단할 수 있다.The conductive material transfer device 200 according to an embodiment of the present invention includes an insulating material 240 between the first ferromagnetic material 232 and the flow path 211 and between the flow path 211 and the magnet body 231, As shown in FIG. The insulating material 240 may be made of Teflon, ceramics, glass, wood or the like so that no current is applied to the first and second ferromagnetic bodies 232 and 233 through the electrode unit 220. When a current is applied to the first ferromagnetic body 232 and the second ferromagnetic body 233, the current applied to the conductive material in the flow passage 211 is reduced by that much, so that the Lorentz force for transferring the conductive material is lowered. ) Does not lower the Lorentz force because it interrupts the current flow. Here, the frame 220a of the first electrode 221, the frame 220a of the second electrode 222, and the slit 233d of the second ferromagnetic body 233 are covered with the insulating material 240 to further reliably block the current flow .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질 이송 장치(200)는 절연재(240)의 내부에 있는 가열선(250)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 가열선(250)은 제 1 강자성체(232)와 유로(211)의 사이 및 유로(211)와 자석체(231)의 사이에 모두 설치하거나 어느 한 쪽에만 설치할 수도 있다. 가열선(250)은 유로(211)를 가열해 온도를 높여서 유로(211) 내의 전도성 물질이 액체 상태가 되게 하여 로렌츠 힘에 의해 전도성 물질이 원활히 이송되도록 한다. 유로(211) 내에 리튬(Li)을 이송하는 경우라면 리튬의 녹는점이 상온보다 높은 180.54℃ 이기 때문에 가열선(250)으로 유로(211)를 가열해 리튬을 녹여 액체 상태로 이송시킨다.In addition, the conductive material transfer device 200 according to an embodiment of the present invention may further include a heating wire 250 inside the insulating material 240. Here, the heating wire 250 may be provided either between the first ferromagnetic body 232 and the flow path 211 or between the flow path 211 and the magnet body 231, or may be provided on only one of them. The heating line 250 heats the flow path 211 to raise the temperature so that the conductive material in the flow path 211 is in a liquid state so that the conductive material can be smoothly transferred by the Lorentz force. In the case of transferring lithium (Li) into the flow path 211, since the melting point of lithium is 180.54 ° C higher than room temperature, the flow path 211 is heated by the heating line 250 to dissolve lithium and transfer it to the liquid state.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 이송되는 유로의 나선형 권선수를 증가시켜 구동 압력을 향상시킬 수 있으며, 유로에 전류를 흘려주기 위한 전극을 전기 전도 중에 열손실을 최소화할 수 있는 형상으로 설계 및 제작하여 에너지 효율이 극대화되도록 한다. 또한, 유로 사이의 간격을 영구자석 사이의 간격과 일치하도록 형성시키고 영구자석 사이에는 강자성체를 형성시켜 높이가 상대적으로 높은 나선형 DC 전자펌프에서도 자기장 세기를 증진시켜 전자펌프의 효율이 증대되도록 한다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the spiral winding of the flow path through which the conductive material is transferred can be increased to improve the driving pressure, and the electrode for flowing current to the flow path can be minimized It is designed and manufactured to be able to maximize energy efficiency. In addition, the spacing between the flow paths is made to coincide with the spacing between the permanent magnets, and a ferromagnetic material is formed between the permanent magnets to increase the efficiency of the electromagnetic pump by increasing the strength of the magnetic field even in a spiral DC electromagnetic pump having a relatively high height.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

200 : 전도성 물질 이송 장치 210 : 유로부
211 : 유로 212 : 전도성 브레이징 접합체
220 : 전극부 221 : 제 1 전극
222 : 제 2 전극 220a : 프레임
220b : 리드 230 : 자기장부
231 : 자석체 232 : 제 1 강자성체
233 : 제 2 강자성체 233a : 제 2 강자성체의 상단부
233b : 제 2 강자성체의 중앙부 233c : 제 2 강자성체의 하단부
233d : 제 2 강자성체의 슬릿 233e : 제 2 강자성체의 홀
235 : 강자성체 240 : 절연재
250 : 가열선200: Conductive material transfer device 210:
211: Flow path 212: Conductive brazing joint
220: electrode part 221: first electrode
222: second electrode 220a: frame
220b: lead 230: magnetic book
231: magnet body 232: first ferromagnetic body
233: second ferromagnetic body 233a: upper end of the second ferromagnetic body
233b: central part of the second ferromagnetic body 233c: lower part of the second ferromagnetic body
233d: slit of the second ferromagnetic body 233e: hole of the second ferromagnetic body
235: ferromagnetic material 240: insulating material
250: Heating wire

Claims

A flow path portion including a conductive flow path wound along a spiral path,
A magnetic circuit including a plurality of ring-shaped magnet bodies magnetized in the radial direction of the helical path and applying a magnetic field to the flow path portion;
And an electrode part for applying a current to the channel part in a direction parallel to the central axis of the helical path,
Wherein the plurality of ring-like magnet bodies are arranged so as to be spaced apart from each other in a direction parallel to the central axis,
Wherein the magnetic field portion further includes a plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies, wherein each ring-shaped ferromagnetic body of the plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies is disposed between adjacent ring-shaped magnet bodies in a direction parallel to the central axis of the plurality of ring- By the lamination of the plurality of ring-shaped magnet bodies and the plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies, the magnetic field portion is formed into a cylindrical
Conductive material transfer device.

The method according to claim 1,
The conductive flow path includes:
And a distance in a direction parallel to the central axis of the helical path is made to coincide with a mutual distance between the plurality of ring-shaped magnet bodies.

delete

The method according to claim 1,
The electrode unit includes:
A first electrode of a first polarity disposed on one side of the outermost winding of the conductive path and a second electrode of a second polarity different from the first polarity disposed on the other side of the outermost winding of the conductive path, A conductive material transfer device comprising an electrode.

The method according to claim 1,
The height of the spiral path in the direction parallel to the central axis direction by the stacking of the plurality of ring-shaped magnet bodies and the plurality of ring-shaped ferromagnetic bodies is equal to the total height in the direction parallel to the central axis direction of the spiral path of the flow path portion Or a large conductive material transfer device.