KR102351104B1 - Power generation system using proton boron nuclear reaction - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템에 관한 것으로, 전기 분해를 이용하여 양성자(p)와 붕소(11B) 간의 핵반응을 유도하고, 상기 핵반응을 통해 생성된 에너지를 매질로 전달하여 열 에너지로 변환하는 양성자-붕소 반응로; 및 상기 양성자-붕소 반응로에서 배출된 매질이 회전 날개를 구동하여 열 에너지를 운동 에너지로 변환하는 터빈;을 포함한다.The present invention relates to a power generation system using a proton-boron nuclear reaction, inducing a nuclear reaction between a proton (p) and boron ( 11 B) using electrolysis, and transferring the energy generated through the nuclear reaction to a medium to generate thermal energy a proton-boron reactor that transforms into and a turbine in which the medium discharged from the proton-boron reactor drives a rotary blade to convert thermal energy into kinetic energy.

Description

양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템{POWER GENERATION SYSTEM USING PROTON BORON NUCLEAR REACTION}Power generation system using proton-boron nuclear reaction {POWER GENERATION SYSTEM USING PROTON BORON NUCLEAR REACTION}

본 발명은 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전기 분해를 이용한 양성자-붕소 핵반응을 기반으로 방사선 위험이 없는 에너지를 생산할 수 있는 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system using a proton-boron nuclear reaction, and more particularly, to a power generation system capable of producing energy without radiation risk based on a proton-boron nuclear reaction using electrolysis.

발전 시스템은 자연계에 존재하는 에너지 자원을 기반으로 전기를 생산하는 시스템이다. 이러한 발전 시스템의 주요 에너지원으로 석탄화력 에너지, 원자력 에너지, 신 재생 에너지 등이 사용되고 있다.A power generation system is a system that generates electricity based on energy resources existing in the natural world. Coal-fired energy, nuclear energy, renewable energy, and the like are used as major energy sources for such a power generation system.

그런데, 석탄화력 에너지의 경우, 자원이 한정적이며 온실 가스 등과 같은 환경 오염이 발생하는 문제가 있다. 원자력 에너지의 경우도, 자원이 한정적이며 방사선 및 방사선 폐기물 등과 같은 환경 오염이 발생하는 문제가 있다. 한편, 신 재생 에너지의 경우, 석탄화력 및 원자력 에너지와 달리, 환경 오염을 발생하지는 않지만, 지역 및 기후 특성에 의존적이며 수요 대응 에너지가 되기 어려운 문제가 있다. 따라서, 자연계에 존재하는 자원이 풍부하면서 환경 오염을 유발하지 않는 새로운 에너지원을 개발할 필요가 있다.However, in the case of coal-fired energy, there is a problem in that resources are limited and environmental pollution such as greenhouse gases occurs. In the case of nuclear energy, there is a problem that resources are limited and environmental pollution such as radiation and radioactive waste occurs. On the other hand, in the case of renewable energy, unlike coal-fired power and nuclear energy, it does not cause environmental pollution, but it is dependent on regional and climate characteristics and has a problem in that it is difficult to become a demand-responsive energy. Therefore, there is a need to develop a new energy source that does not cause environmental pollution while being abundant in resources existing in the natural world.

이러한 신규 에너지원으로, 자연계에 널리 존재하는 수소(H)와 붕소(B)를 이용한 양성자-붕소11 핵반응이 고려될 수 있다. 양성자-붕소11 핵반응은 3개의 알파입자와 8.7MeV의 에너지를 발생한다. 일반적으로 알파입자는 방사선으로 취급하지만, 그 투과 능력은 얇은 종이만으로 완벽하게 차폐 가능하므로, 인체의 피폭 측면에서 알파입자의 위험성은 무시할 수 있는 수준이다. 따라서, 양성자-붕소11 핵반응은 핵융합 발전 연구에서 방사선을 최소화할 수 있는 새로운 에너지원으로 고려됐었다.As such a new energy source, a proton-boron 11 nuclear reaction using hydrogen (H) and boron (B) widely present in nature can be considered. The proton-boron 11 nuclear reaction generates three alpha particles and an energy of 8.7 MeV. In general, alpha particles are treated as radiation, but their penetrating ability can be completely shielded with only thin paper, so the risk of alpha particles in terms of human exposure is negligible. Therefore, the proton-boron 11 nuclear reaction was considered as a new energy source that can minimize radiation in fusion power research.

하지만, 핵융합 발전에서, 양성자-붕소11 반응은 플라즈마 가둠 효과를 악화시키고, 16억 캘빈(K) 이상의 초 고온 환경에서만 핵융합 반응을 유지할 수 있는 심각한 단점을 지니고 있다. 따라서, 이러한 핵융합 발전 방식이 아닌, 양성자-붕소11 핵반응을 유도할 수 있는 새로운 발전 방식이 필요하다.However, in fusion power generation, the proton-boron reaction worsens the plasma confinement effect, and has a serious disadvantage that the fusion reaction can be maintained only in an ultra-high temperature environment of 1.6 billion Kelvin (K) or more. Therefore, there is a need for a new power generation method capable of inducing a proton-boron 11 nuclear reaction rather than such a nuclear fusion power generation method.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 전기 분해를 이용하여 양성자와 붕소 간의 핵반응을 유도할 수 있는 발전 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems. Another object of the present invention is to provide a power generation system capable of inducing a nuclear reaction between protons and boron using electrolysis.

또 다른 목적은 수소친화력을 갖는 금속에 붕소를 혼합하여 음극을 제조하고, 이러한 음극을 핵반응 연료로 사용하여 양성자와 붕소 간의 핵 반응 유도할 수 있는 발전 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a power generation system capable of inducing a nuclear reaction between protons and boron by manufacturing an anode by mixing boron with a metal having a hydrogen affinity, and using this cathode as a nuclear reaction fuel.

또 다른 목적은 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 열 에너지로 변환하고, 발전 사이클을 통해 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a power generation system that converts energy generated through a proton-boron nuclear reaction into thermal energy and converts thermal energy into electrical energy through a power generation cycle.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전기 분해를 이용하여 양성자와 붕소 간의 핵반응을 유도하고, 상기 핵반응을 통해 생성된 에너지를 매질로 전달하여 열 에너지로 변환하는 양성자-붕소 반응로; 및 상기 양성자-붕소 반응로에서 배출된 매질이 회전 날개를 구동하여 열 에너지를 운동 에너지로 변환하는 터빈;을 포함하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention in order to achieve the above or other objects, proton-boron inducing a nuclear reaction between protons and boron using electrolysis, and transferring the energy generated through the nuclear reaction to a medium to convert it into thermal energy reactor; and a turbine in which the medium discharged from the proton-boron reactor drives a rotary blade to convert thermal energy into kinetic energy.

좀 더 바람직하게는, 상기 발전 시스템은, 터빈과 축으로 연결되어 회전 구동하며, 상기 터빈으로부터 전달 받은 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 발전 시스템은, 터빈과 축으로 연결되어 회전 구동하며, 상기 터빈으로부터 전달 받은 운동 에너지를 기반으로 양성자-붕소 반응로에 주입할 가스 매질을 압축시키는 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the power generation system, the turbine and the shaft connected to the rotational drive, characterized in that it further comprises a generator for converting the kinetic energy received from the turbine into electrical energy. In addition, the power generation system is connected to the shaft and rotates the turbine, and based on the kinetic energy received from the turbine, it further comprises a compressor for compressing the gas medium to be injected into the proton-boron reactor.

좀 더 바람직하게는, 상기 발전 시스템은, 터빈을 통과한 매질을 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 냉각기의 냉매로 공기, 물(H2O), 수소(H2), 이산화탄소(CO2) 및 초임계 이산화탄소(S-CO2) 중 적어도 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다. More preferably, the power generation system, characterized in that it further comprises a cooler for cooling the medium that has passed through the turbine. Air, water (H 2 O), hydrogen (H 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) and At least one of supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ) is used.

좀 더 바람직하게는, 상기 발전 시스템에 사용되는 매질은 공기, 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 및 초임계 이산화탄소(S-CO2) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 양성자-붕소 반응로는, 양성자와 붕소 간의 핵 반응을 통해 생성된 헬륨 가스를 배출하는 헬륨 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the medium used in the power generation system is air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), helium (He), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ) and supercritical carbon dioxide (S— CO 2 ) It is characterized in that it comprises at least one of. In addition, the proton-boron reactor, characterized in that it further comprises a helium separator for discharging the helium gas generated through the nuclear reaction between the proton and boron.

좀 더 바람직하게는, 상기 양성자-붕소 반응로는 양성자-붕소 핵반응이 이루어지는 챔버, 상기 챔버에 의해 수용되는 전해질 수용액, 상기 챔버에 장착되는 하나 이상의 음극, 상기 챔버에 장착되는 하나 이상의 양극, 및 상기 챔버에서 발생된 열 에너지를 발전 사이클 상의 매질로 전달하는 하나 이상의 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 열 교환기는 전해질 수용액으로부터 흡수한 열 에너지를 발전 사이클 상의 매질로 전달하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the proton-boron reactor includes a chamber in which a proton-boron nuclear reaction takes place, an aqueous electrolyte solution accommodated by the chamber, at least one cathode mounted in the chamber, at least one anode mounted in the chamber, and the and one or more heat exchangers for transferring the thermal energy generated in the chamber to the medium on the power generation cycle. Here, the heat exchanger is characterized in that it transfers the heat energy absorbed from the aqueous electrolyte solution to the medium on the power generation cycle.

좀 더 바람직하게는, 상기 양성자-붕소 반응로는, 전해질 수용액을 전기 분해하여 물 분자(H2O)를 H+ 이온과 OH- 이온으로 분리시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 양성자-붕소 반응로에서 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온(H+)들이 음극 격자 내부로 계속 침투하여 밀도가 증가하게 되면, 상기 수소 이온들(H+)은 음극 내부에 존재하는 붕소 원자들과 충돌하여 양성자-붕소 핵 반응을 일으키는 것을 특징으로 한다. More preferably, the proton-boron reactor is characterized in that the aqueous electrolyte solution is electrolyzed to separate water molecules (H 2 O) into H + ions and OH ions. In addition, when hydrogen ions (H + ) generated through electrolysis in the proton-boron reactor continue to penetrate into the cathode lattice and increase in density, the hydrogen ions (H + ) are the boron present in the cathode. It is characterized by causing a proton-boron nuclear reaction by colliding with atoms.

좀 더 바람직하게는, 상기 음극은 수소친화력을 갖는 금속에 붕소를 혼합한 합금임을 특징으로 한다. 여기서, 상기 수소친화력을 갖는 금속은, 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 중 어느 하나임을 특징으로 한다. 상기 양극은 흑연(C), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전해질 수용액은, 탄산 칼슘(Ca2CO3), 탄산 칼륨(K2CO3) 및 탄산수소나트륨(NaHCO3) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the negative electrode is characterized in that the alloy having a hydrogen affinity mixed with boron. Here, the metal having the hydrogen affinity is characterized in that any one of nickel (Ni), palladium (Pd), titanium (Ti), or platinum (Pt). The anode is characterized in that it is formed of any one of graphite (C), palladium (Pd), platinum (Pt), tungsten (W), ruthenium (Ru), or iridium (Ir). In addition, the aqueous electrolyte solution, calcium carbonate (Ca 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), and sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) It is characterized in that it includes at least one.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 양성자와 붕소 간의 핵반응이 이루어지는 챔버; 상기 챔버에 의해 수용되는 전해질 수용액; 상기 챔버 내부의 제1 영역에 장착되는 하나 이상의 음극과, 상기 챔버 내부의 제2 영역에 장착되는 하나 이상의 양극; 및 상기 챔버에서 발생된 양성자-붕소 핵 반응 에너지를 발전 사이클 상의 매질로 전달하는 하나 이상의 열 교환기를 포함하는 양성자-붕소 반응로를 제공한다.According to another aspect of the present invention, a chamber in which a nuclear reaction between protons and boron is made; an aqueous electrolyte solution accommodated by the chamber; at least one cathode mounted in a first region inside the chamber and at least one anode mounted in a second region inside the chamber; and one or more heat exchangers for transferring the proton-boron nuclear reaction energy generated in the chamber to a medium on a power generation cycle.

본 발명의 실시 예들에 따른 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the power generation system using the proton-boron nuclear reaction according to embodiments of the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 열원이 그대로 전달된 가스 매질이 발전 사이클을 반복적으로 순환함으로써, 종래의 발전 시스템에 비해 발전 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 방사선 및 온실 가스 등과 같은 환경 오염의 발생을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the gas medium to which the heat source generated through the proton-boron nuclear reaction is transferred as it is is repeatedly cycled through the power generation cycle, thereby remarkably improving the power generation efficiency compared to the conventional power generation system and , there is an advantage in that the occurrence of environmental pollution such as radiation and greenhouse gases can be minimized.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 기존 원자력 발전소에 비교하여 양성자-붕소 반응로의 제작이 간단하고, 초기 자본이 적게 들기 때문에 짧은 시간 내에 발전 시스템을 건설할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, compared to a conventional nuclear power plant, the proton-boron reactor has advantages in that it is simple to manufacture, and the power generation system can be constructed in a short time because the initial capital is small.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 발전 규모가 크지 않고 방사선 차폐를 고려하지 않아도 되기 때문에, 도심이나 오지에도 건설할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, since the power generation scale is not large and radiation shielding does not need to be considered, there is an advantage that it can be constructed in the city center or remote areas.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 양성자-붕소 반응로에 존재하는 전해질 수용액을 전기 분해함으로써, 양성자-붕소 핵 반응에 필요한 양성자를 지속적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that protons required for the proton-boron nuclear reaction can be continuously supplied by electrolyzing the aqueous electrolyte solution present in the proton-boron reactor.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects achievable by the power generation system using the proton-boron nuclear reaction according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned above are the technology to which the present invention belongs from the description below. It will be clearly understood by those of ordinary skill in the art.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템의 전체 구성도;
도 3은 양성자와 붕소11 간의 핵반응을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양성자-붕소 반응로를 나타내는 구성도;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음극 제조 공정을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 6은 전기 분해 시, 수소 이온이 음극으로 침투하는 과정을 나타내는 도면;
도 7은 콜드 퓨전(cold fusion) 방식의 양성자-붕소 핵 반응을 설명하는 도면;
도 8은 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템의 동작 프로세스를 설명하는 순서도.
1 and 2 are views showing the overall configuration of a power generation system using a proton-boron nuclear reaction according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram referenced to explain a nuclear reaction between protons and boron 11;
4 is a configuration diagram showing a proton-boron reactor according to an embodiment of the present invention;
5 is a view referenced to explain a process for manufacturing an anode according to an embodiment of the present invention;
6 is a view illustrating a process in which hydrogen ions permeate into a cathode during electrolysis;
7 is a view for explaining a proton-boron nuclear reaction in a cold fusion method;
8 is a flowchart illustrating an operation process of a power generation system using a proton-boron nuclear reaction.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

본 발명은 전기 분해를 이용하여 양성자와 붕소11 간의 핵반응을 유도할 수 있는 발전 시스템을 제안한다. 또한, 본 발명은 수소를 잘 흡수하는 금속에 붕소를 혼합하여 음극을 제조하고, 이러한 음극을 이용하여 양성자와 붕소11 간의 핵 반응 유도할 수 있는 발전 시스템을 제안한다. 또한, 본 발명은 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 열 에너지로 변환하고, 발전 사이클을 통해 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 시스템을 제안한다. 이하, 본 명세서에서는, 설명의 편의상, '양성자-붕소11 핵반응'을 '양성자-붕소 핵반응'으로 간략히 지칭하도록 한다.The present invention proposes a power generation system capable of inducing a nuclear reaction between protons and boron 11 using electrolysis. In addition, the present invention proposes a power generation system capable of inducing a nuclear reaction between protons and boron 11 by manufacturing an anode by mixing boron with a metal that absorbs hydrogen well, and using such a cathode. In addition, the present invention proposes a power generation system that converts energy generated through a proton-boron nuclear reaction into thermal energy and converts thermal energy into electrical energy through a power generation cycle. Hereinafter, in the present specification, for convenience of description, the 'proton-boron 11 nuclear reaction' will be briefly referred to as a 'proton-boron nuclear reaction'.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템의 전체 구성도이다.1 and 2 are diagrams showing the overall configuration of a power generation system using a proton-boron nuclear reaction according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템(100, 이하 설명의 편의상, '양성자-붕소 발전 시스템'이라 칭함)은, 양성자-붕소 반응로(110), 터빈(120), 발전기(130), 냉각기(140), 압축기(150) 및 열 전달 매질(160) 등을 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 양성자-붕소 발전 시스템(100)은 해당 발전 시스템을 구성하는 장치들(110~150)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있는 제어 장치를 더 포함할 수 있다.1 and 2, the power generation system 100 using a proton-boron nuclear reaction (hereinafter, for convenience of description, referred to as a 'proton-boron power generation system') is a proton-boron reactor 110, a turbine 120. , a generator 130 , a cooler 140 , a compressor 150 and a heat transfer medium 160 , and the like. Meanwhile, although not shown in the drawings, the proton-boron power generation system 100 may further include a control device capable of controlling overall operations of the devices 110 to 150 constituting the power generation system.

양성자-붕소 발전 시스템(100)은 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 열 에너지로 변환하고, 발전 사이클(power cycle)을 이용하여 열 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.The proton-boron power generation system 100 may convert energy generated through a proton-boron nuclear reaction into thermal energy, and convert thermal energy into electrical energy using a power cycle.

양성자-붕소 반응로(110)는 챔버(111), 챔버(111) 내부에 수용되는 전해질 수용액(112), 챔버(111)에 장착되는 하나 이상의 전극(113, 114), 챔버(111)에서 발생된 열 에너지를 발전 사이클 상의 열 전달 매질(160)로 전달하는 열 교환기(115) 등을 포함할 수 있다.The proton-boron reactor 110 is generated in the chamber 111, the aqueous electrolyte solution 112 accommodated in the chamber 111, one or more electrodes 113 and 114 mounted in the chamber 111, and the chamber 111 It may include a heat exchanger 115 that transfers the generated thermal energy to a heat transfer medium 160 on a power generation cycle, and the like.

양성자-붕소 반응로(110)는 전기 분해를 이용하여 양성자(p)와 붕소(11B) 간의 원자 핵반응을 발생시킬 수 있다. 즉, 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온들(즉, 양성자들)이 음극 격자 내부로 계속 침투하여 붕소 원자(11B)와 충돌함으로써, 콜드 퓨전(cold fusion) 방식의 양성자-붕소 핵반응을 유도할 수 있다.The proton-boron reactor 110 may generate an atomic nuclear reaction between the proton (p) and the boron ( 11 B) using electrolysis. That is, hydrogen ions (ie, protons) generated through electrolysis continue to penetrate into the cathode lattice and collide with boron atoms ( 11 B), thereby inducing a cold fusion type proton-boron nuclear reaction. can

양성자(p)와 붕소(11B) 간의 핵반응은, 아래 반응식에서와 같이, 3개의 알파입자(즉, 헬륨 입자)와 8.7MeV(Mega electron volts)의 에너지를 발생하게 된다. 가령, 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온(즉, 양성자)은 5개의 양성자(Proton)와 6개의 중성자(Neutron)로 이루어진 붕소 원자(11B)와 충돌하여 핵반응을 일으킨다. 이러한 핵반응의 생성물로 3개의 헬륨 입자(He)와 8.7MeV의 에너지를 발생하게 된다.The nuclear reaction between protons (p) and boron ( 11 B) generates energy of three alpha particles (ie, helium particles) and 8.7 MeV (Mega electron volts), as shown in the following reaction equation. For example, as shown in FIG. 3, hydrogen ions (ie, protons) generated through electrolysis collide with boron atoms ( 11 B) composed of 5 protons and 6 neutrons to initiate a nuclear reaction. causes As a product of this nuclear reaction, three helium particles (He) and an energy of 8.7 MeV are generated.

Figure 112019125981101-pat00001
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여기서, 알파입자는 방사선으로 취급하지만, 그 투과 능력은 얇은 종이만으로 완벽하게 차폐 가능하므로, 인체의 피폭 측면에서 알파입자의 위험성은 거의 무시할 수 있는 수준이다. 붕소11(11B)은 전체 붕소의 80% 이상을 차지하기 때문에 자연계에 존재하는 자원의 양이 매우 풍부하여, 신규 에너지 자원으로서의 매력이 충분하다.Here, alpha particles are treated as radiation, but their penetrating ability can be completely shielded with only thin paper, so the risk of alpha particles in terms of exposure of the human body is almost negligible. Since boron 11 ( 11 B) occupies more than 80% of the total boron, the amount of resources present in the natural world is very abundant, and thus attractive as a new energy resource is sufficient.

양성자-붕소 발전 시스템(100)에 사용되는 열 전달 매질(160)은, 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 흡수하여 열 에너지로 변환할 수 있는 모든 형태의 매질을 포함할 수 있다.The heat transfer medium 160 used in the proton-boron power generation system 100 may include any type of medium capable of absorbing energy generated through a proton-boron nuclear reaction and converting it into thermal energy.

열 전달 매질(160)로는 초임계 유체가 사용될 수 있다. 초임계 유체는 임계 온도 및 임계 압력을 넘어선 상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 가리키는 것으로, 분자의 밀도는 액체에 가깝지만, 점성도는 낮아 기체에 가까운 성질을 가진다.A supercritical fluid may be used as the heat transfer medium 160 . A supercritical fluid refers to a fluid at a point in time when a liquid and a gas cannot be distinguished after reaching a state beyond the critical temperature and critical pressure. The density of molecules is close to that of a liquid, but the viscosity is low and thus has a property close to that of a gas.

상기 초임계 유체의 일 예로 초임계 이산화탄소(S-CO2)가 사용될 수 있다. 이산화탄소(CO2)는 임계 온도 및 임계 압력 이상의 조건에서 초임계 이산화탄소(S-CO2)로 된다. 초임계 이산화탄소(S-CO2)는 밀도가 높은 특성을 가짐과 동시에 점도가 낮은 특성을 갖는다. 즉, 초임계 이산화탄소(S-CO2)는 밀도가 높은 기체 특성을 갖는다. 이러한 초임계 특성으로 인해, 초임계 이산화탄소(S-CO2)는 열 전달 매질로 사용될 수 있다.As an example of the supercritical fluid, supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ) may be used. Carbon dioxide (CO 2 ) becomes supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ) at a critical temperature and a critical pressure or higher. Supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ) has a characteristic of high density and low viscosity at the same time. That is, supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ) has a high density gas characteristic. Due to these supercritical properties, supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ) can be used as a heat transfer medium.

또한, 상기 열 전달 매질(160)로는, 공기, 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 등과 같은 가스 매질이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 한편, 이하 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 열 전달 매질로 가스 매질을 사용하는 것을 예시하여 설명하도록 한다.In addition, as the heat transfer medium 160 , a gas medium such as air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), helium (He), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), etc. may be used, and must be Not limited. Meanwhile, in the present specification, for convenience of description, the use of a gas medium as a heat transfer medium will be exemplified and described.

양성자-붕소 반응로(110)는 열 교환기(115)를 이용하여 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 발전 사이클 상의 가스 매질(160)로 전달할 수 있다. 상기 열 교환기(115)를 통해 열 에너지를 흡수한 고온/고압의 가스 매질(160)은 터빈(120)으로 입력된다.The proton-boron reactor 110 may transfer energy generated through the proton-boron nuclear reaction to the gas medium 160 on the power generation cycle using the heat exchanger 115 . The high-temperature/high-pressure gas medium 160 that has absorbed heat energy through the heat exchanger 115 is input to the turbine 120 .

터빈(120)은 양성자-붕소 반응로(110)에서 출력된 고온/고압의 가스 매질(160)이 팽창하면서 터빈(120)의 회전 날개에 충동 또는 반동력을 주어 기계적 에너지로 변환할 수 있다.The turbine 120 may convert the high-temperature/high-pressure gas medium 160 output from the proton-boron reactor 110 into mechanical energy by applying an impulse or reaction force to the rotor blades of the turbine 120 while expanding.

터빈(120)에는, 압축기(150)와 마찬가지로, 축류식과 원심식의 2 종류가 있으며 발전 용량에 따라 그 사용이 나누어진다. 본 실시 예에서, 상기 터빈(120)은 다단 축류식이 사용될 수 있으며 이에 제한되지는 않는다. 다단 축류식 터빈의 기본 구조는 증속류를 만들어 내는 정익과 그것을 회전 에너지로 변환시키는 동익으로 구성되며, 고온/고압의 가스 매질을 서서히 증속 팽창시켜 회전 에너지를 추출해 낸다.The turbine 120, like the compressor 150, has two types, an axial flow type and a centrifugal type, and the use thereof is divided according to the power generation capacity. In this embodiment, the turbine 120 may use a multi-stage axial flow type, but is not limited thereto. The basic structure of a multi-stage axial flow turbine is composed of a stator blade that creates an incremental flow and a rotor blade that converts it into rotational energy.

터빈(120)을 통해 획득한 기계적 에너지는 압축기(150)에서 가스 매질(160)을 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기(130)에서 전기를 생산하는데 필요한 에너지로 공급된다.Mechanical energy obtained through the turbine 120 is supplied as energy required to compress the gas medium 160 in the compressor 150 , and the rest is supplied as energy required to produce electricity in the generator 130 .

발전기(130)는 터빈(120)과 축(또는 로터(rotor), 170)으로 연결되어 회전 구동한다. 발전기(130)는 터빈(120)에서 공급 받은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전기(130)로는 직류 발전기와 교류 발전기 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 교류 발전기가 사용될 수 있다.The generator 130 is connected to the turbine 120 and a shaft (or a rotor, 170) to rotate and drive. The generator 130 may generate electricity by converting the mechanical energy supplied from the turbine 120 into electrical energy. As the generator 130, any one of a DC generator and an AC generator may be used, and more preferably, an AC generator may be used.

냉각기(140)는 터빈(120)을 통과한 고온의 가스 매질(160)을 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 냉각기(140)는 터빈(120)의 블레이드 장치를 냉각시키는 기능을 수행할 수도 있다.The cooler 140 may perform a function of cooling the high-temperature gas medium 160 that has passed through the turbine 120 . In addition, the cooler 140 may perform a function of cooling the blade device of the turbine 120 .

냉각기(140)의 냉각 방식으로는 공랭식 또는 수랭식이 사용될 수 있으며 이에 제한되지는 않는다. 또한, 냉각기(140)의 냉매로는 공기, 물(H2O), 수소(H2), 이산화탄소(CO2), 초임계 이산화탄소(S-CO2) 등이 사용될 수 있으며 이에 제한되지는 않는다.As a cooling method of the cooler 140 , an air cooling type or a water cooling type may be used, but is not limited thereto. In addition, as the refrigerant of the cooler 140, air, water (H 2 O), hydrogen (H 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) , supercritical carbon dioxide (S-CO 2 ), etc. may be used, but is not limited thereto .

냉각기(140)는 십자형 유동 리큐퍼레이터(cross-flow recuperator; 분리된 벽을 통해 냉/온류가 열을 교환) 또는 재생기(regenerator; 열을 흡수하고 배제하는 매트릭스 형태의 구조) 등을 포함할 수 있다.The cooler 140 may include a cross-flow recuperator (cold/hot current exchanges heat through a separate wall) or a regenerator (a matrix-type structure that absorbs and excludes heat), etc. have.

압축기(150)는 터빈(120)에서 제공 받은 기계적 에너지를 이용하여 냉각기(140)를 통과한 가스 매질(160)을 압축시키고, 압축된 고압의 가스 매질(160)을 양성자-붕소 반응로(110)에 제공할 수 있다.The compressor 150 compresses the gas medium 160 that has passed through the cooler 140 using the mechanical energy provided from the turbine 120 , and converts the compressed high-pressure gas medium 160 into the proton-boron reactor 110 . ) can be provided.

압축기(150)로는 축류 압축기 또는 원심 압축기 등이 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 축류 압축기가 사용될 수 있다. 이때, 압축기(150)는 터빈(120)과 축(또는 로터(rotor), 170)으로 연결되어 회전 구동한다. 압축기(150)는 회전하여 유체에 에너지를 제공하는 하나 이상의 동익과, 이 유체를 감속시켜 압력을 상승시키는 하나 이상의 정익으로 구성될 수 있다.As the compressor 150, an axial compressor or a centrifugal compressor may be used, and more preferably, an axial compressor may be used. At this time, the compressor 150 is connected to the turbine 120 and a shaft (or a rotor, 170 ) to rotate and drive. The compressor 150 may be composed of one or more rotor blades that rotate to provide energy to the fluid, and one or more stator blades that increase the pressure by decelerating the fluid.

이처럼, 가스 매질(160)은 발전 사이클인 양성자-붕소 반응로(110), 터빈(120), 발전기(130), 냉각기(140) 및 압축기(150)를 순차적으로 순환하면서 에너지를 생산하게 된다.As such, the gas medium 160 generates energy while sequentially circulating the proton-boron reactor 110 , the turbine 120 , the generator 130 , the cooler 140 , and the compressor 150 , which is a power generation cycle.

이상 상술한 바와 같이, 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템은, 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 열원이 그대로 전달된 가스 매질이 발전 사이클을 반복적으로 순환하면서 전기를 생산하는 폐 루프 시스템(Closed Loop System)으로써, 종래의 상용 발전 시스템에 비해 발전 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 방사선 및 온실가스 등과 같은 환경 오염 발생을 최소화할 수 있다.As described above, the power generation system using the proton-boron nuclear reaction is a closed loop system in which the gas medium to which the heat source generated through the proton-boron nuclear reaction is delivered is repeatedly cycled through the power generation cycle to produce electricity (Closed Loop System) ), it is possible to significantly improve the power generation efficiency compared to the conventional commercial power generation system, and to minimize the occurrence of environmental pollution such as radiation and greenhouse gases.

또한, 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템은, 기존 원자력 발전소에 비교하여 양성자-붕소 반응로의 제작이 간단하고, 초기 자본이 적게 들기 때문에 짧은 시간 내에 발전 시스템을 건설할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 발전 규모가 크지 않고 방사선 차폐를 고려하지 않아도 되기 때문에, 도심이나 오지에도 건설할 수 있는 장점이 있다.In addition, the power generation system using the proton-boron nuclear reaction has advantages in that the production of the proton-boron reactor is simple and the initial capital is small, so that the power generation system can be constructed in a short time compared to the conventional nuclear power plant. In addition, since the scale of power generation is not large and radiation shielding does not need to be considered, it has the advantage of being able to be built in downtown or remote areas.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양성자-붕소 반응로를 나타내는 구성도이다.4 is a configuration diagram showing a proton-boron reactor according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양성자-붕소 반응로(110, 400)는 전기 분해를 이용하여 양성자(p)와 붕소(11B) 간의 핵반응을 유도할 수 있고, 열 교환기를 이용하여 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 발전 사이클 상의 가스 매질로 전달할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the proton-boron reactors 110 and 400 according to an embodiment of the present invention may induce a nuclear reaction between the protons p and the boron 11 B using electrolysis, and a heat exchanger can be used to transfer the energy generated through the proton-boron nuclear reaction to the gas medium in the power generation cycle.

이러한 양성자-붕소 반응로(400)는, 챔버(410), 챔버(410)에 의해 수용되는 전해질 수용액(420), 챔버(410)에 장착되는 하나 이상의 음극(cathode, 430)과 하나 이상의 양극(anode, 440), 챔버(410)에서 발생된 열 에너지를 발전 사이클 상의 가스 매질로 전달하는 하나 이상의 열 교환기(450) 등을 포함할 수 있다.This proton-boron reactor 400 includes a chamber 410, an aqueous electrolyte solution 420 accommodated by the chamber 410, one or more cathodes 430 and one or more anodes (cathodes 430) mounted in the chamber 410 ( an anode 440 , one or more heat exchangers 450 that transfer thermal energy generated in the chamber 410 to the gas medium on a power generation cycle, and the like.

한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 양성자-붕소 반응로(400)는, 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 헬륨 가스(He)와 전기 분해를 통해 생성된 가스를 분리하기 위한 가스 배출기를 포함할 수 있다. 또한, 양성자-붕소 반응로(400)는, 전기 분해에 필요한 직류 전원을 전극(430, 440)으로 공급하는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급 장치는 전극으로 인가되는 직류 전원을 제어하여 전기 분해 양을 조절할 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawings, the proton-boron reactor 400 may include a gas exhaust for separating helium gas (He) generated through a proton-boron nuclear reaction and a gas generated through electrolysis. have. In addition, the proton-boron reactor 400 may include a power supply for supplying DC power required for electrolysis to the electrodes 430 and 440 . The power supply may control the amount of electrolysis by controlling the DC power applied to the electrode.

전원 공급 장치를 통해 전극(430, 440)으로 인가되는 전원이 차단되면, 챔버(410) 내부에서 전기 분해가 더 이상 일어나지 않게 되고, 그에 따라 수소 이온이 발생하지 않게 되며, 그로 인해 양성자-붕소 반응로(400)에서 일어나는 양성자-붕소 핵반응이 중지하게 된다. 따라서, 예상치 못한 사고가 발생하거나 긴급 정지가 필요한 경우, 전극(430, 440)으로 인가되는 전원을 차단함으로써, 발전 시스템에서의 열원 발생을 안전하게 정지시킬 수 있다.When the power applied to the electrodes 430 and 440 through the power supply is cut off, electrolysis no longer occurs inside the chamber 410, and thus hydrogen ions are not generated, thereby proton-boron reaction The proton-boron nuclear reaction occurring in the furnace 400 is stopped. Therefore, when an unexpected accident occurs or an emergency stop is required, by cutting off the power applied to the electrodes 430 and 440, the generation of the heat source in the power generation system can be safely stopped.

챔버(410)는 전기 분해를 이용하여 양성자(p)와 붕소(11B) 간의 핵반응을 유도하는 반응로이다. 상기 챔버(410)는 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 견딜 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 챔버(410)의 재질로는 철(Fe), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 스테인리스 강(stainless steel) 또는 이들의 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 챔버(410)의 재질로는 유리, 플라스틱 섬유 또는 유리강화섬유 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The chamber 410 is a reactor for inducing a nuclear reaction between the protons (p) and the boron ( 11 B) using electrolysis. The chamber 410 may be formed of a material that can withstand energy generated through a proton-boron nuclear reaction. For example, as the material of the chamber 410, iron (Fe), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), tungsten (W), stainless steel (stainless steel) or alloys thereof, etc. may be used. have. In addition, as a material of the chamber 410, glass, plastic fiber, or glass-reinforced fiber may be used, but is not necessarily limited thereto.

챔버(410)는 다면체 형상, 원통 형상, 구 형상, 돔 형상 등과 같이, 양성자-붕소 핵반응에 적합한 다양한 입체 형상으로 구성될 수 있다. 이하 본 실시 예에서, 상기 챔버(410)는 'T'자 형상임을 가정하여 설명하도록 한다.The chamber 410 may be configured in various three-dimensional shapes suitable for proton-boron nuclear reaction, such as a polyhedral shape, a cylindrical shape, a spherical shape, a dome shape, and the like. Hereinafter, in this embodiment, the chamber 410 will be described on the assumption that it has a 'T' shape.

챔버(410)는 두 개의 열 교환기(450)와 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 챔버(410)의 좌측 상부에 제1 열 교환기가 연결되도록 구성할 수 있고, 챔버(410)의 우측 상부에 제2 열 교환기가 연결되도록 구성할 수 있다.The chamber 410 may be configured to be connected to two heat exchangers 450 . For example, the first heat exchanger may be connected to the upper left side of the chamber 410 , and the second heat exchanger may be connected to the upper right side of the chamber 410 .

전해질 수용액(420)은 챔버(410) 내부에 채워질 수 있다. 상기 전해질 수용액(420)은 탄산 칼슘(Ca2CO3), 탄산 칼륨(K2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3) 등을 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The aqueous electrolyte solution 420 may be filled in the chamber 410 . The aqueous electrolyte solution 420 may include calcium carbonate (Ca 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), but is not necessarily limited thereto.

챔버(410)의 하부 영역에서 핵 반응 에너지를 흡수한 전해질 수용액(420)은 밀도가 가벼워져서 상부 방향으로 이동하게 되고, 열 에너지를 챔버(410)의 상부 영역에 위치한 열 교환기(450)로 전달하게 된다. 열 교환기(450)를 통해 열 에너지를 잃은 전해질 수용액(420)은 밀도가 다시 무거워져 챔버(410)의 하부 영역으로 이동하게 된다. 전해질 수용액(420)은 이러한 순환 과정을 반복하면서 열 에너지를 열 교환기(450)로 전달할 수 있게 된다.The aqueous electrolyte solution 420 that has absorbed the nuclear reaction energy in the lower region of the chamber 410 becomes lighter in density and moves upward, and transfers thermal energy to the heat exchanger 450 located in the upper region of the chamber 410 . will do The aqueous electrolyte solution 420 that has lost thermal energy through the heat exchanger 450 has a density again and moves to the lower region of the chamber 410 . The aqueous electrolyte solution 420 may transfer thermal energy to the heat exchanger 450 while repeating this cycle process.

도 4에 도시된 바와 같이, 직류 전원을 전극(430, 440)에 인가하여 전해질 수용액(420)을 전기 분해하면, 해당 수용액(420)의 물 분자(H2O)는 H+ 이온과 OH- 이온으로 분리되고, H+ 이온은 음극(430)으로 이동하게 되고 OH- 이온은 양극(440)으로 이동하게 된다. 이와 같이 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온들(즉, 양성자들)은 음극(430)으로 이동하여 콜드 퓨전(cold fusion) 방식의 양성자-붕소 핵반응을 유도할 수 있게 된다. 전해질 수용액(420)은 챔버(410) 내부를 순환하면서 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 흡수하여 열 교환기(450)로 전달할 수 있다.As shown in FIG. 4 , when DC power is applied to the electrodes 430 and 440 to electrolyze the aqueous electrolyte solution 420 , water molecules (H 2 O) in the aqueous solution 420 are H + ions and OH Separated into ions, H + ions move to the cathode 430 and OH ions move to the anode 440 . As described above, the hydrogen ions (ie, protons) generated through the electrolysis move to the cathode 430 to induce a cold fusion type proton-boron nuclear reaction. The aqueous electrolyte solution 420 may absorb energy generated through a proton-boron nuclear reaction while circulating inside the chamber 410 and transfer it to the heat exchanger 450 .

본 발명은 전해질 수용액(420)의 물 분자(H2O)를 전기 분해함으로써, 양성자-붕소 핵 반응에 필요한 양성자를 지속적으로 공급할 수 있다. 여기서, 양성자(proton)는 중성자(Neutron)와 함께 원자핵을 구성하는 소립자의 하나로, 양(+)의 전하를 띠고 있다. 양성자는 그 속도 및/또는 그 에너지에 따라 물질의 성질을 변화시키거나, 혹은 새로운 물질을 생성할 수 있다.In the present invention, by electrolyzing water molecules (H 2 O) of the aqueous electrolyte solution 420 , protons-protons required for the boron nuclear reaction can be continuously supplied. Here, a proton is one of the elementary particles constituting an atomic nucleus together with a neutron, and has a positive (+) charge. Protons can change the properties of matter or create new matter according to their speed and/or their energy.

하나 이상의 음극(430)은 챔버(410)의 하부 영역에 수직 방향으로 배치될 수 있다. 상기 음극(430)은 수소를 잘 흡수하는 금속(즉, 수소친화력을 갖는 금속)에 붕소(B)를 혼합하여 만든 합금일 수 있다. 상기 수소친화력을 갖는 금속으로는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 수소친화력을 갖는 금속 물질과 붕소의 혼합 비율은, 여러 번의 시뮬레이션 과정을 반복하여 에너지 수율이 최대가 되도록 선정할 수 있다.One or more cathodes 430 may be disposed in a vertical direction in a lower region of the chamber 410 . The cathode 430 may be an alloy made by mixing boron (B) with a metal that absorbs hydrogen well (ie, a metal having a hydrogen affinity). As the metal having the hydrogen affinity, nickel (Ni), palladium (Pd), titanium (Ti), platinum (Pt), or the like may be used, but is not limited thereto. The mixing ratio of the metal material having hydrogen affinity and boron may be selected so that the energy yield is maximized by repeating the simulation process several times.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음극 제조 공정을 설명하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 수소를 잘 흡수하는 금속인 팔라듐(Pd, 510)에 비금속 원소인 붕소(B, 520)를 혼합하여 음극(Pd-B 합금, 530)을 제조할 수 있다. 여기서, 붕소 원자(525)는 팔라듐 원자(515)보다 작기 때문에, 팔라듐 금속(510)에 들어간 붕소 원자(525)는 치환형 불순물이 아닌 침입형 불순물로 존재하게 된다. 따라서, Pd-B 합금(530)에서, 붕소 원자들(525)은 결정 구조를 이루고 있는 팔라듐 원자들(515) 사이에 위치하게 된다.5 is a view for explaining a process for manufacturing an anode according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5 , a negative electrode (Pd-B alloy, 530) may be manufactured by mixing palladium (Pd, 510), which is a metal that absorbs hydrogen, and boron (B, 520), which is a non-metal element. Here, since the boron atom 525 is smaller than the palladium atom 515 , the boron atom 525 entering the palladium metal 510 exists as an interstitial impurity rather than a substitutional impurity. Accordingly, in the Pd-B alloy 530 , the boron atoms 525 are positioned between the palladium atoms 515 forming the crystal structure.

도 6은 전기 분해 시, 수소 이온이 음극으로 침투하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전해질 수용액의 물(H2O)을 전기 분해하여 생성된 수소 이온들(540)은 음극(530) 방향으로 이동하게 된다. 수소 이온들(540)이 음극 격자 내부로 계속 침투하여 밀도가 증가하게 되면, 해당 수소 이온들(540)은 음극 격자 내부에 존재하는 붕소 원자들(525)과 충돌하여 양성자-붕소 핵 반응을 일으키게 된다. 이러한 양성자-붕소 핵 반응은, 화학 결합된 물질의 밀도를 점진적으로 증가시켜서 핵 융합하는 방식으로서, Chemonuclear Reaction, Pycnonuclear Reaction 또는 Cold fusion reaction 이라 불린다. 상기 핵 융합 방식은 상온의 온도에서 핵 융합 반응을 일으킬 두 원자를 화학결합을 통해 최대한 가까이 붙이는 원리를 착안하고 있다.6 is a diagram illustrating a process in which hydrogen ions permeate into a cathode during electrolysis. As shown in FIG. 6 , hydrogen ions 540 generated by electrolyzing water (H 2 O) of the aqueous electrolyte solution move toward the cathode 530 . When the hydrogen ions 540 continue to penetrate into the cathode lattice and increase in density, the hydrogen ions 540 collide with the boron atoms 525 present in the cathode lattice to cause a proton-boron nuclear reaction. do. This proton-boron nuclear reaction is a method of nuclear fusion by gradually increasing the density of chemically bonded materials, and is called Chemonuclear Reaction, Pycnonuclear Reaction, or Cold fusion reaction. The nuclear fusion method focuses on the principle of attaching two atoms that will cause a nuclear fusion reaction at room temperature to be as close together as possible through a chemical bond.

도 7은 콜드 퓨전(cold fusion) 방식의 양성자-붕소 핵 반응을 설명하는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 물(H2O)을 전기 분해하여 생성된 수소 이온들(즉, 양성자들, 710)은 음극 격자 내부에 존재하는 붕소 원자(11B, 730)와 충돌하여 양성자-붕소 핵 반응을 일으킬 수 있다. 이러한 양성자-붕소 핵 반응은 3개의 알파입자(즉, 헬륨 입자, 720)와 8.7MeV의 에너지를 발생하게 된다.7 is a view for explaining a proton-boron nuclear reaction in a cold fusion method. As shown in FIG. 7 , hydrogen ions (ie, protons, 710) generated by electrolysis of water (H 2 O) collide with boron atoms 11 B and 730 present in the cathode lattice to proton - May cause boron nuclear reactions. This proton-boron nuclear reaction generates three alpha particles (ie, helium particles, 720) and an energy of 8.7 MeV.

다시 도 4를 참조하면, 하나 이상의 양극(440)은 챔버(410)의 중간 영역에 수평 방향으로 배치될 수 있다. 상기 양극(440)의 재질로는 흑연(C), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.Referring back to FIG. 4 , one or more anodes 440 may be disposed in a horizontal direction in the middle region of the chamber 410 . As a material of the anode 440, graphite (C), palladium (Pd), platinum (Pt), tungsten (W), ruthenium (Ru), or iridium (Ir) may be used, but is not limited thereto.

열 교환기(450)는 챔버(410)와 연결되어, 전해질 수용액(420)으로부터 열 에너지를 흡수하여 발전 사이클 상의 가스 매질로 전달할 수 있다. 열 교환기(450)를 통과한 전해질 수용액(420)은 냉각되어 밀도가 증가하게 되고, 그로 인해 챔버(410)의 하부 방향으로 이동하게 된다. 챔버(410)의 하부 영역에서 양성자-붕소 핵 반응 에너지를 획득한 전해질 수용액(420)은 밀도가 감소하게 되고, 그로 인해 챔버(410)의 상부 방향으로 이동하게 된다. 챔버(410)의 상부 영역으로 이동한 전해질 수용액(420)은 열 교환기(450)를 통해 열 에너지를 발전 사이클 상의 가스 매질로 전달하게 된다.The heat exchanger 450 may be connected to the chamber 410 to absorb thermal energy from the aqueous electrolyte solution 420 and transfer it to the gas medium in the power generation cycle. The aqueous electrolyte solution 420 that has passed through the heat exchanger 450 is cooled to increase its density, thereby moving in the lower direction of the chamber 410 . In the lower region of the chamber 410 , the aqueous electrolyte solution 420 , which has obtained the proton-boron nuclear reaction energy, has a reduced density, and thus moves to the upper direction of the chamber 410 . The aqueous electrolyte solution 420 moved to the upper region of the chamber 410 transfers thermal energy to the gas medium in the power generation cycle through the heat exchanger 450 .

도 8은 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템의 동작 프로세스를 설명하는 순서도이다.8 is a flowchart illustrating an operation process of a power generation system using a proton-boron nuclear reaction.

도 8을 참조하면, 양성자-붕소 발전 시스템은, 폐 루프 사이클(Closed Loop Cycle)을 갖는 발전 시스템으로서, 양성자 붕소 반응로, 터빈, 발전기, 냉각기, 압축기 및 제어 장치 등을 포함할 수 있다. 이하 본 실시 예에서, 상기 제어 장치는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the proton-boron power generation system is a power generation system having a closed loop cycle, and may include a proton boron reactor, a turbine, a generator, a cooler, a compressor, and a control device. Hereinafter, in this embodiment, the control device may control the overall operation of the power generation system using the proton-boron nuclear reaction.

양성자 붕소 반응로에서 전기 분해를 위한 준비가 완료되면, 제어 장치는 시스템 운용자의 제어 명령 등에 따라 양성자-붕소 발전 시스템의 동작을 개시할 수 있다(S810).When preparation for electrolysis in the proton-boron reactor is completed, the control device may start the operation of the proton-boron power generation system according to a control command of a system operator, etc. (S810).

양성자 붕소 반응로는, 제어 장치의 제어 명령에 따라, 전해질 수용액을 전기 분해하여 물 분자(H2O)를 H+ 이온과 OH- 이온으로 분리할 수 있다(S820). 여기서, 물(H2O)을 전기 분해하여 생성된 H+ 이온들은 음극 방향으로 이동하게 되고, OH- 이온들은 양극 방향으로 이동하게 된다. In the proton boron reactor, water molecules (H 2 O) may be separated into H + ions and OH ions by electrolyzing the aqueous electrolyte solution according to a control command from the control device (S820). Here, H + ions generated by electrolysis of water (H 2 O) move in the cathode direction, and OH ions move in the anode direction.

양성자 붕소 반응로는 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온들(즉, 양성자들)을 이용하여 콜드 퓨전 방식의 양성자-붕소 핵 반응을 유도할 수 있다(S830). 즉, 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온들이 음극 격자 내부로 계속 침투하여 밀도가 증가하게 되면, 해당 수소 이온들은 음극 격자 속에 존재하는 붕소 원자들(B)과 충돌하여 양성자-붕소 핵 반응을 일으키게 된다. The proton-boron reactor may induce a cold fusion-type proton-boron nuclear reaction using hydrogen ions (ie, protons) generated through electrolysis ( S830 ). That is, when hydrogen ions generated through electrolysis continue to penetrate into the cathode lattice and increase in density, the corresponding hydrogen ions collide with boron atoms (B) present in the cathode lattice, causing a proton-boron nuclear reaction. .

한편, 압축기는, 제어 장치의 제어 명령에 따라, 양성자 붕소 반응로에서의 열 교환기를 통과할 가스 매질을 압축할 수 있다(S840). 상기 열 교환기를 통과하는 가스 매질로는, 공기, 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 등이 사용될 수 있으며 이에 제한되지는 않는다.Meanwhile, the compressor may compress the gas medium to pass through the heat exchanger in the proton boron reactor according to a control command from the control device ( S840 ). As a gas medium passing through the heat exchanger, air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), helium (He), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), etc. may be used, but is not limited thereto .

양성자-붕소 반응로는 열 교환기를 이용하여 양성자-붕소 핵반응을 통해 생성된 에너지를 발전 사이클 상의 가스 매질로 전달할 수 있다(S850). 상기 열 교환기를 통해 열 에너지를 흡수한 고온/고압의 가스 매질은 터빈으로 입력된다.The proton-boron reactor may use a heat exchanger to transfer energy generated through the proton-boron nuclear reaction to the gas medium in the power generation cycle (S850). The high-temperature/high-pressure gas medium that has absorbed heat energy through the heat exchanger is input to the turbine.

터빈은, 제어 장치의 제어 명령에 따라, 양성자 붕소 반응로를 통과한 고온/고압의 가스 매질이 팽창하면서 터빈의 회전 날개에 충동 또는 반동력을 주어 기계적 에너지로 변환할 수 있다(S860). 터빈을 통해 획득한 기계적 에너지는 압축기에서 가스 매질을 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기에서 전기를 생산하는데 필요한 에너지로 공급된다.The turbine may convert the high-temperature/high-pressure gas medium passing through the proton-boron reactor into mechanical energy by applying an impulse or reaction force to the rotor blades of the turbine according to a control command from the control device (S860). The mechanical energy obtained through the turbine is supplied as the energy required to compress the gas medium in the compressor, and the rest is supplied as the energy required to generate electricity in the generator.

발전기는, 제어 장치의 제어 명령에 따라, 상기 터빈에서 공급 받은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전기가 직류 발전기인 경우, 직류 전원을 생산할 수 있고, 상기 발전기가 교류 발전기인 경우, 교류 전원을 생산할 수 있다. The generator may generate electricity by converting the mechanical energy supplied from the turbine into electrical energy according to a control command of the control device. When the generator is a DC generator, DC power may be produced, and if the generator is an AC generator, AC power may be produced.

냉각기는, 제어 장치의 제어 명령에 따라, 터빈을 통과한 고온의 가스 매질을 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉각기는 터빈의 블레이드 장치를 냉각시킬 수 있다(S870).The cooler may cool the hot gas medium passing through the turbine according to a control command of the control device. In addition, the cooler may cool the blade device of the turbine (S870).

이후, 제어 장치는, 시스템 운영자의 제어 명령에 따라 발전 시스템의 동작이 종료될 때까지, 상술한 820 단계 내지 870 단계의 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.Thereafter, the control device may repeatedly perform the above-described operations of steps 820 to 870 until the operation of the power generation system is terminated according to the control command of the system operator.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of

100: 양성자-붕소 발전 시스템 110: 양성자 붕소 반응로
120: 터빈 130: 발전기
140: 냉각기 150: 압축기
160: 열 전달 매질
100: proton-boron power generation system 110: proton boron reactor
120: turbine 130: generator
140: cooler 150: compressor
160: heat transfer medium

Claims (7)

전기 분해를 이용하여 양성자와 붕소 간의 핵반응을 유도하고, 상기 핵반응을 통해 생성된 에너지를 매질(medium)로 전달하여 열 에너지로 변환하는 양성자-붕소 반응로; 및
상기 양성자-붕소 반응로에서 배출된 매질이 회전 날개를 구동하여 열 에너지를 운동 에너지로 변환하는 터빈;을 포함하고,
상기 양성자-붕소 반응로는 챔버와, 상기 챔버 내부에 수용되는 전해질 수용액과, 상기 챔버 내부에 장착되는 하나 이상의 음극 및 양극을 포함하며,
상기 음극은 수소 친화력을 갖는 금속에 붕소를 혼합한 물질로 구성되고, 상기 붕소는 상기 수소 친화력을 갖는 금속보다 원자의 크기가 작아 상기 수소 친화력을 갖는 금속 내에 침입형 불순물로 존재하는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
a proton-boron reactor for inducing a nuclear reaction between protons and boron using electrolysis, and converting the energy generated through the nuclear reaction into a medium to convert it into thermal energy; and
and a turbine in which the medium discharged from the proton-boron reactor drives a rotary blade to convert thermal energy into kinetic energy;
The proton-boron reactor includes a chamber, an aqueous electrolyte solution accommodated in the chamber, and one or more cathodes and anodes mounted inside the chamber,
The negative electrode is composed of a material in which boron is mixed with a metal having a hydrogen affinity, and the boron has an atom size smaller than that of the metal having a hydrogen affinity and is present as an interstitial impurity in the metal having a hydrogen affinity. Power generation system using proton-boron nuclear reaction.
제1항에 있어서,
상기 양성자-붕소 반응로는 상기 챔버에서 발생된 열 에너지를 발전 사이클 상의 매질로 전달하는 하나 이상의 열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
According to claim 1,
The proton-boron reactor further comprises one or more heat exchangers for transferring the thermal energy generated in the chamber to a medium on the power generation cycle.
제1항에 있어서,
상기 전해질 수용액은, 자신의 밀도 변화에 따라 챔버 내부를 순환하면서 열 에너지를 상기 챔버의 상부에 배치된 열 교환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
According to claim 1,
The aqueous electrolyte solution, circulating inside the chamber according to its density change, characterized in that the transfer of thermal energy to the heat exchanger disposed on the upper portion of the chamber - a power generation system using a boron nuclear reaction.
제1항에 있어서,
상기 양성자-붕소 반응로는, 상기 전해질 수용액을 전기 분해하여 물 분자(H2O)를 H+ 이온과 OH- 이온으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
According to claim 1,
The proton-boron reaction furnace, a proton-boron nuclear reaction, characterized in that the electrolysis of the aqueous electrolyte solution to separate water molecules (H 2 O) into H + ions and OH - ions.
제4항에 있어서,
상기 전기 분해를 통해 생성된 수소 이온(H+)들이 음극 격자 내부로 계속 침투하여 밀도가 증가하게 되면, 상기 수소 이온들(H+)은 음극 내부에 존재하는 붕소 원자들과 충돌하여 양성자-붕소 핵 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
When the hydrogen ions (H + ) generated through the electrolysis continue to penetrate into the inside of the cathode lattice and increase in density, the hydrogen ions (H + ) collide with boron atoms present inside the anode and proton-boron A power generation system using a proton-boron nuclear reaction, characterized in that it causes a nuclear reaction.
제1항에 있어서,
상기 수소 친화력을 갖는 금속은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
According to claim 1,
The metal having the hydrogen affinity includes at least one of nickel (Ni), palladium (Pd), titanium (Ti), and platinum (Pt).
제1항에 있어서,
상기 양극은 흑연(C), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru) 및 이리듐(Ir) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양성자-붕소 핵반응을 이용한 발전 시스템.
The method of claim 1,
The anode comprises at least one of graphite (C), palladium (Pd), platinum (Pt), tungsten (W), ruthenium (Ru), and iridium (Ir) - Power generation system using boron nuclear reaction .
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