KR20100009480A - 핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬로 연결된 솔레노이드코일부와 피드백코일부에서 각각 발생된 코일자기장과 피드백코일전기장이 동일방향으로 발생하도록 솔레노이드코일부에 피드백코일부를 적어도 1회 권취하여 구성함으로써, 코일자기장과 피드백코일전기장에 흐르는 회전전류의 위상을 일치시켜 회전하는 이온 간의 작용하는 인력을 모두 결속하여 핵융합을 촉진시켜, 플라스마상의 핵연료뿐만 아니라 이온화된 액체상의 반응물질도 핵융합에 이용할 수 있는핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치를 제공한다. 이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제1실시예는, 코일 형상의 내부에 코일자기장을 형성하고, 이 코일자기장과 동일 방향으로 전기장을 형성시켜 주는 핵융합반응로: 외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치: 및 1차측에는 전원공급장치로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 각각 솔레노이드코일부와 피드백코일부가 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 링코어형 핵융합변압기:를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
핵융합반응, 뮤온 반응, 전기장과 자기장 결속

Description

핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치{Nuclear Fusion Reactor and Boiler Apparatus therewith}
본 발명은 핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔레노이드코일부에서 형성된 코일자기장이 피드백코일부에 의해 형성된 피드백코일전기장에 의해 결속될 수 있도록 솔레노이드코일부와 피드백코일부를 직렬 형태로 배치하여 폐회로를 구성함으로써, 코일자기장(Bt)과 피드백코일전기장(Et)의 위상을 일치시켜 상온 뿐만 아니라 저온에서도 핵융합을 촉진시킬 수 있는 핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치에 관한 것이다.
핵융합은, 일반적으로 1억℃ 이상의 고온에서 가벼운 원자핵이 융합하여 보다 무거운 원자핵이 되는 과정에서 에너지를 창출해내는 방법이다. 핵연료는 무한하며, 방사성 낙진도 생기지 않고 유해한 방사능도 적다. 또한, 핵융합반응은 2개의 가벼운 원자핵들이 충돌하여 뭉쳐지면서 에너지와 중성자를 방출하여 이루어지는 반응을 말한다.
이러한 핵융합 반응은, 핵분열반응과 비교할 때 방출되는 에너지의 양이 크고 방사능이 적은 좋은 에너지를 얻을 수 있다. 대표적인 핵융합으로는 태양을 예 로 들 수 있다.
최근 들어 핵융합을 일으킬 수 있는 핵융합반응기에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 종래의 핵융합반응기로는 전자와 핵이 분리된 플라즈마를 전자기력 그물용기에 가둬 핵융합에 필요한 온도를 얻는 구조로 이루어진 플라즈마 구속 핵융합 실험장치의 일종인 토카막을 예로 들 수 있다.
그러나, 종래의 핵융합반응기는 다음과 같은 문제가 발생한다.
1) 안정적인 플라즈마를 얻기 위해서는 핵융합 용기의 내부 온도가 초고온(약 1억℃~3억℃)를 유지해야 한다. 그러나, 토카막의 표면부는 초전도에 필요한 극저온(-200℃)을 얻기 힘들다.
2) 자기장의 방향이 변압기의 교류로 인해 자주 바뀌기 때문에, 연속적인 핵융합이 일어나지 않는다.
3) 토카막은 너무나 크고 고가이기 때문에 경제성이 떨어진다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 더욱 상세하게는 반응용기 내부에서 코일자기장이 발생하도록 솔레노이드코일부를 구비하고, 이 코일자기장과 같은 방향으로 피드백코일전기장이 발생하도록 솔레노이드코일부에 피드백코일부를 적어도 1회 권취하되, 특히 솔레노이드코일부와 피드백코일부를 직렬로 연결되도록 구성함으로써, 코일자기장과 피드백코일전기장에 흐르는 회전전류의 위상을 일치시켜 회전하는 이온 간의 작용하는 인력을 모두 결속하여 핵융합을 촉진시켜, 플라스마상의 핵연료뿐만 아니라 이온화된 액체상의 반응물질도 핵융합에 이용할 수 있는 핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제1실시예는, 사기층과 석면층의 복층구조로 이루어지고, 내부에 반응실을 갖는 반응용기; 반응실 내부에 길이방향으로 코일자기장을 형성시켜 주도록 반응용기에 권취된 솔레노이드코일부; 및 일단이 솔레노이드코일부의 단부와 연결되고, 반응실 내에서 코일자기장과 같은 방향으로 피드백코일전기장이 형성되도록 솔레노이드코일부의 내부와 외부 사이에서 적어도 1회 권취된 피드백코일부;를 포함하여 이루어진 핵융합반응로: 외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치: 및 1차측에는 전원공급장치로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 각각 솔레노이드코일부와 피드백코일부가 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 링코어형 핵융합변압기:를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 제2실시예에서, 본 발명에 따르는 핵융합반응기는, 중심축 상에 코일자기장이 형성되도록 동일한 반경을 갖는 코일 형상으로 권취된 솔레노이드코일부; 및 일단이 솔레노이드코일부의 단부와 연결되고, 타단이 코일자기장과 동일 방향으로 피드백코일전기장이 형성되도록 솔레노이드코일부의 내부와 외부 사이에서 적어도 1회 권취된 피드백코일부;를 포함하여 이루어진 핵융합반응로: 외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치): 및 1차측에는 전원공급장치로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 각각 솔레노이드코일부와 피드백코일부가 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 링코어형 핵융합변압기:를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 제3실시예에서, 본 발명에 따르는 핵융합반응기는, n(n은 2보다 큰 자연수)번의 권선수로 권취되고, (n+1)번째 권선이 n번째 권선의 외부에서 내부로 끼워지도록 반복 권취되어 트위스트 형태로 이루어진 한쌍의 솔레노이드코일부를 포함하여 이루어진 핵융합반응로: 외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치: 및 1차측에는 전원공급장치로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 솔레노이드코일부의 양단에 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 핵융합변압기:를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 솔레노이드코일부 및 피드백코일부는 각각 강자성체 중에서 니켈, 철, 및 코발트 중에서 택일된 단일원소이거나, 상자성체 중에서 백금, 알루미늄, 주석 및 이리듐 중에서 택일된 단일원소이거나, 또는 단일원소 중에서 적어도 하나를 포 함하는 합금인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따르는 핵융합반응기는, 사기층과 석면층의 복층구조로 이루어지고, 코일자기장과 나란하게 위치하도록 반응실에 길이방향으로 관통하도록 반응용기 내부에 장착되는 반응물공급관이 더 구비되고, 이 반응물공급관에는 피드백코일부가 외주면을 감싸도록 권취되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르는 핵융합변압기를 구성하는 각 단상변압기는, 토러스 링코어를 링형 철심으로 하는 폴로이달 1차측코일부; 토러스 링코어의 외주면에 감기며, 외부에서 전원을 공급받는 폴로이달 1차측코일; 및 폴로이달 1차측코일과 수직으로 감겨지며, 폴로이달 1차측코일로부터 유도된 유도전류를 핵융합반응로에 인가해 주는 폴로이달 2차측코일;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따르는 보일러장치의 구성은, 본 발명에 따르는 실시예에 따라 구성되는 핵융합반응로: 외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치: 외부에서 보일러 용수를 공급받는 입구부; 열교환된 보일러 용수를 외부로 송출하는 출구부; 입구부와 출구부 사이에 형성된 열교환로; 핵융합반응로(1000,1000',1000")의 출력측의 제1단자가 보일러 용수와 접촉할 수 있도록 열교환로에 제1단자장착구; 핵융합변압기의 2차측의 입력측에 연결되는 제2단자가 보일러 용수와 접촉가능하도록 열교환로에 형성된 제2단자장착구; 및 전원공급장치로부터 전원공급이 이루어지도록 열교환로에 코일 형태로 감겨진 반응가속기;를 포함하는 열교환실: 및 1차측에는 전원공급장치로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 출력측에 핵융합반응로가 연결되고 입력측에는 제2단자와 연결된 핵융합변압기:를 포함 하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 제1단자 및 제2단자는 각각 단자를 보호하기 위한 세라믹관이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 핵융합변압기는 2차측에 직류를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 이온 간의 작용하는 인력을 모두 결속하여 상호 보강 및 증가시켜 핵융합을 촉진시킬 수 있다. 플라스마상의 핵연료뿐만 아니라 상온의 이온화된 액상의 핵연료를 핵융합에 이용할 수 있다.
2) 교류전원을 이용하여 유도전류를 얻기 때문에 연속적인 핵융합을 할 수 있다. 또한, 전원공급장치에 자동전압조정기를 구비함으로써, 보다 안정적으로 핵융합 온도를 조절할 수 있게 된다.
3) 조명시스템에나 용접기에서 안정기의 자기장 에너지를 핵융합 열로 빛에너지나 열에너지로의 전환이 용이하여 다양한 산업분야에서 이용이 가능하다.
4) 핵융합반응기를 소형으로 제작하는 것이 가능하여 가격이 저렴하다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
<핵융합반응기의 제1실시예 >
도 1은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제1실시예의 전체 구성을 개략적으 로 보여주는 개략도이다. 본 발명의 제1실시예에 따르는 핵융합반응기는, 핵융합이 일어나는 반응용기(100)와, 동일 방향으로 각각 코일자기장(Bt)과 피드백코일전기장(Et)을 발생시켜 주는 솔레노이드코일부(200) 및 피드백코일부(400)를 포함하는 핵융합반응로(1000): 외부전원의 공급 및 이 외부전원을 이용하여 유도전류를 생성시켜 주는 전원공급장치(500): 및 핵융합변압기(600)를 포함하여 이루어진다.
이하, 핵융합반응로(1000)의 각 구성요소와 전원공급장치(500) 및 핵융합변합기(600)에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
반응용기(100)는, 도1에서와 같이 내부에 소정의 크기를 갖는 반응실(110)이 형성되어 있다. 이 반응실(110)은 상부와 하부가 개구된 형태로 형성된다. 또한, 반응실(110)은 개구된 상부와 하부에 각각 상부마감판(120)과 하부마감판(130)에 의해 밀폐된 형태로 이루어지게 된다. 이러한 반응실(110)은, 도 1에서는 도시되지 않았으나 외부에서 반응물의 유입 및 유출 가능한 구조를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 반응용기(100)는 상술한 바와 같이, 반응실(110)에서 핵융합반응이 이루어지기 때문에 내부에서 후술하게 될 코일자기장(Bt) 및 피드백코일전기장(Et)에 의해 발생되는 열 등에 의해 변형이라든가 파손의 방지 및 절연 효과를 얻기 위해 2중구조로 제작하는 것이 바람직하다. 즉, 반응용기(100)는 도 1에서와 같이, 반응실(110) 내부에서 핵융합 반응시 발생되는 고열과, 솔레노이드코일부(200) 및 피드백코일부(400)에서 발생되는 자기장에 대하여 절연을 동시에 할 수 있어야 한다. 따라서, 반응실(110)은 고열에 견디는 내층인 사기층(P)과, 절연 효과가 우수한 외층인 석면층(A)의 복층구조로 형성하게 된다.이러한 반응용기(100)는 반응실(110)의 형태에 따라 다양한 형태로 제작하는 것이 가능하다. 도 2 및 도 3은 본 발명에 따르는 반응용기의 제1 및 제2실시예를 보여주는 사시도이다. 예를 들어, 반응실(110)은, 도 2에서와 같이, 균일한 자기장을 얻을 수 있도록 원통형태로 제작하여 사용할 수도 있다. 그리고, 도 3에서와 같이 반응실(110)을 테이퍼진 내경(D,D',d)을 갖는 형태로 제작하여 사용하는 것도 가능하다. 여기서, 도면부호 "D"와 "d"는 테이퍼진 반응실(110)의 대경과 소경을, 도면부호 "D'"는 원통형 반응실(110)의 내경을 각각 나타낸다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 반응실(110)은 상부마감판(120)과 하부마감판(130)에 의해 밀폐된 형태로 이루어진 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 반응실(110)은 하부마감판(130)만을 구성하여 상부가 개방된 형태로 제작하는 것도 가능하다. 이때, 하부마감판(130)은 반응용기(100)와 일체로 형성하는 구성도 가능하다. 그리고, 상부마감판(120)은 후술하게 될 피드백코일부(400)가 반응실(110)의 중심축을 지날 수 있도록 하는 지지대로서 이용할 수 있도록 구성할 수도 있다.
솔레노이드코일부(200)는 반응실(110)의 외주면에 길이방향을 따라 감겨지는 코일이다. 이러한 솔레노이드코일부(200)는 반응실(110) 내부에서 그 중심축선과 나란한 방향의 코일자기장(Bt)을 생성시킨다. 또한, 솔레노이드코일부(200)는 권취 수에 따라 코일자기장(Bt)의 세기에 달라진다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 솔레노이드코일부(200)는 도면의 표시를 용이하게 하기 위해 반응용기(100)의 외주면에 1회씩만 감긴 형태를 도시하고 있으나, 층마다 절연지를 두면서 4000~10000회 권취시켜 반응용기(100)의 상부와 하부의 직경이 동일하도록 솔레노이드코일부(200)를 감는 구성도 가능하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 솔레노이드코일부(200)는 회전전류의 투자율 손실을 없앨 수 있도록 니켈과 같은 강자성체 또는, 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같은 상자성체 또는 그 합금으로 제작하는 것이 바람직하다. 예시적으로, 솔레노이드코일부(200)는 강자성체중에서 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 중에서 택일된 단일원소이거나, 상자성체 중에서 백금(Pt), 알루미늄(Al), 주석(Sn) 및 이리듐(Ir) 중에서 택일된 단일원소이거나, 또는 이들 단일원소들중 적어도 하나를 포함하는 합금을 이용할 수 있다.
이와 같이 이루어진 솔레노이드코일부(200)는 제1시작단(S1)이 후술하게 될 핵융합변압기(600)의 2차측의 출력단과 연결되고, 그 단부인 제1끝단(E1)이 후술할 피드백코일부(400)과 연결하게 된다. 여기서, 제1시작단(S1)과 제1끝단(E1)은 각각 솔레노이드코일부(200)의 각 단부를 의미한다.그리고, 도 1에서 예시적으로 도시한 바와 같이, 제1시작단(S1)은 반응용기(100)의 상부에 위치하고, 제1끝단(E1)은 반응용기(100)의 하부에 위치하도록 솔레노이드코일부(200)를 권취하게 된다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로 코일자기장(Bt)이 상하로 형성되도록 하기 위함이다.
피드백코일부(400)는 솔레노이드코일부(200)로부터 출력되는 전원을 재순환시켜 주게 된다. 이를 위해, 피드백코일부(400)는 일단이 솔레노이드코일부(200)의 제1끝단(E1)과 연결되고, 타단이 상술한 상부마감판(120)을 통해 하부마감판(130)을 거쳐 핵융합변압기(600)의 2차측과 연결된다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 다음과 같다. 그리고, 설명의 편의상 피드백코일부(400)가 상부마감판(120)의 중심을 지나는 점을 제2시작단(S2)이라고 하고, 하부마감판(130)의 중심점을 통해 피드백코일부(400)가 빠져나가는 지점을 제2끝단(E2)이라고 하여 설명한다. 피드백코일부(400)는, 도 1에서와 같이, 일단이 솔레노이드코일부(200)의 제1끝단(E1)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 그 타단은 솔레노이드코일부(200)를 감싸는 형태로 감겨져서 상술한 제2시작단(S2)을 통해 반응실(110)을 관통한 다음 제2끝단(E2)을 통해 반응용기(100) 외부로 빠져나가도록 구성된다. 이때, 반응실(110) 내에 수용되는 피드백코일부(400)는 반응실(110)의 중심축상에 위치하게 된다. 그리고, 제2끝단(E2)을 통해 반응실(110) 외부로 노출된 피드백코일부(400)의 단부는 핵반응변압기(600)의 2차측에 연결된다. 이때, 피드백코일부(400)는 솔레노이드코일부(200)의 코일자기장(Bt)과 같은 방향으로 피드백코일전기장(Et)이 형성되도록 솔레노이드코일부(200)에 적어도 1회 권취된다.
이에, 피드백코일부(400)는 솔레노이드코일부(200)와 직렬로 연결되게 된다. 그리고, 피드백코일부(400)의 단부가 솔레노이드코일부(200)를 감싸는 형태로 반응실(110)의 중심축 상을 지나도록 설치되게 되는 것이다.
이러한 피드백코일부(400)는, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 회전전류의 투자율 손실을 없앨 수 있도록 상술한 솔레노이드코일부(200)와 동일한 재질로 제작하여 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 피드백코일부(400)는 반응실(110) 내에서 반응물과 직접 접촉하기 때문에 절연재(미도시됨)에 의해 절연이 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2시작단(S2)과 제2끝단(E2)에는 피드백코일부(400)에 의해 반응물이 반응실(110) 내에서 외부로 새어 나가지 않도록 기밀유지가 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)는 설명의 편의상 별도의 코일로 설명하고 있으나, 하나의 코일을 복수회 권취하여 솔레노이드코일(200)을 구성한 다음, 이 솔레노이드코일(200)에 피드백코일(400)을 권취하는 구성도 가능하다.
전원공급장치(500)는 후술하게 될 핵융합변압기(600)의 1차측에 전원을 공급하기 위한 것이다. 이러한 전원공급장치(500)는 유도전류의 세기에 따라 전압 및 전류의 세기를 달리하여 핵융합변압기(600)에 교류전원을 공급한다.
이러한 전원공급장치(500)는 유도전압의 세기에 따라 핵융합변압기(600)의 종류, 즉 핵융합변압기(600)가 단상변압기인지 3상변압기인지에 따라 적절한 전압을 공급하게 된다. 특히, 전원공급장치(500)는 핵융합변압기(600)에 교류전원을 공급하게 된다. 그리고, 전원공급장치(500)는 핵융합변압기(600)에 공급되는 교류전원을 제어하기 위하여 자동전압조정기(510)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 자동전압조정기(510)는 "SLIDACS"로 많이 알려져 있으나, 이 뿐만 아니라 리액터 방식 의 전압조정기를 이용할 수도 있다. 이러한 자동전압조정기(510)는 핵융합변압기(600)의 1차측에 안정적으로 교류전원을 공급하게 된다.
핵융합변압기(600)는 단상교류전압 또는 3상교류전압을 이용할 수 있다. 이에 따라 그 구성상 차이가 있다. 이를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
(핵융합변압기의 제1구성예 )
도 4는 본 발명에 따르는 핵융합변압기의 제1구성예를 보여주는 사시도이다. 핵융합변압기(600)는 전원공급장치(500)로부터 공급된 전원을 공급받는 폴로이달 1차측코일부(610)와, 이 폴로이달 1차측코일부(610)로부터 유도전류를 생성시켜 주는 폴로이달 2차측코일(630)을 포함하여 이루어진다.
폴로이달 1차측코일부(610)는 철심에 이용되는 규소강판을 링형태로 반복하여 감아 토러스 링코어(611)를 제작하고, 이 토러스 링코어(611)의 외주면에 폴로이달 1차측코일(620)을 감아 피복(612)으로 감싸 제작하게 된다. 이러한 폴로이달 1차측코일부(610)는 상술한 전원공급장치(500)로부터 교류전원을 공급받도록 결선된다.
폴로이달 2차측코일(630)은 토러스 링코어(611)에 감겨져서 폴로이달 1차측코일부(610)으로부터 유도전류를 형성하는 2차측 코일로 이용된다. 도 4에서는 도시되지 않았으나, 폴로이달 2차측코일(630)의 출력단과 입력단에는 각각 솔레노이드코일부(200)의 제1시작단(S1)과 피드백코일부(400)의 제2끝단(E2)에 연결된다.
이와 같이 이루어진 핵융합변압기(600)는 전원공급장치(500)로부터 교류전원 을 공급받아 교류전원으로 변압시켜 주는 것으로 설명하였으나, 본 기술의 당업자라면 핵융합변압기(600)의 2차측에 정류자를 더 구비하여 교류를 직류로 변환하는 구성도 가능하다는 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
(핵융합변압기의 제2구성예 )
도 5는 본 발명에 따르는 핵융합변압기의 제2구성예를 보여주는 사시도이다. 본 발명의 제2구성예에서 핵융합변압기(600)는 3상변압기로 구성하게 된다. 여기서, 핵융합반응로(1000)의 구성에 대해서는 이미 설명하였기 때문에, 이에 대한 설명은 생략하고 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 그대로 사용한다.
이러한 3상변압기 구성을 갖는 본 발명의 제2구성예에 따르는 핵융합변압기(600)는, 3개의 제1~제3단상변압기(610a,610b,610c)를 포함하여 이루어진다. 특히, 각 제1~제3단상변압기(610a,610b,610c)는 철심으로서 각각 토러스 링코어(611a,611b,611c)가 구비된다. 그리고, 각 토러스 링코어(611a,611b,611c)에는 1차측과 2차측에 각각 폴로이달 1차측코일(620')과 폴로이달 2차측코일(630')이 구비된다. 이때, 폴로이달 1차측코일(620') 및 폴로이달 2차측코일(630')은 각각 △-△결선방식, △-Y결선방식, Y-△결선방식 또는 Y-Y결선방식으로 결선방식으로 결선할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 핵융합변압기(600)는 1차측을 "△"결선방식으로, 그리고 2차측을 "Y"결선방식으로 결선하는 것이 바람직하다. 이는 △-Y결선방식의 경우, 2차측인 "Y"결선의 중성점을 접지할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 "△" 결선인 1차측에서 전력손실을 유발하는 고조파가 2차측에 영향을 미치지 않게 되어 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 이와 같이 이루어진 핵융합변압기(600)는, 제1실예에서와 마찬가지로, 전원공급장치(500)로부터 교류전원을 공급받아 교류전원으로 변압시켜 주는 것으로 설명하였으나, 본 기술의 당업자라면 핵융합변압기(600)의 2차측에 정류자를 더 구비하여 교류를 직류로 변환하는 구성도 가능하다는 것을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
한편, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르는 핵융합반응기는 핵융합변압기(600)의 2차측에서 유도된 전류가 직렬로 연결되어 순환되는 폐루프 형태를 이루게 된다. 즉, 전류의 흐름을 구성요소에 따라 살펴보면, 전류는 솔레노이드코일부(200)의 제1시작단(S1)-제1끝단(E1)-피드백코일부(400)-제2시작단(S2)-핵융합연료-제2끝단(E2)-핵융합변압기(600)-제1시작단(S1)으로 직렬연결된 폐회로 형태로 순환하게 된다. 그리고, 솔레노이드코일(200)에서 발생된 코일자기장(Bt)과 피드백코일부(400)에서 발생된 피드백코일전기장(Et)이 동일방향에 있음을 알 수 있다.
<핵융합반응기의 제2실시예 >
도 6은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제2실시예의 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제2실시예는, 제1실시예와 비교해 볼 때, 제1실시예의 반응실(110)에 해당하는 반응물공급관(300)의 구성과, 피드백 코일부(400')의 구성에서 차이가 있다. 따라서, 여기서는 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하면서 그 그 상세한 설명을 생략하고, 반응물공급관(300)과 피드백코일부(400')의 구성에 대해서만 설명한다.
피드백코일부(400')는 일단이 솔레노이드코일부(200)에 직렬로 구성되고, 제1실시예에서와 동일한 방법으로 솔레노이드코일부(200)를 감싸는 형태로 복수회 권취한다. 이에, 반응실(110)에 유입된 피드백코일부(400')는 상대적으로 솔레노이드코일(200) 내부에 복수개의 직선 도선을 갖는 형태가 된다.
반응물공급관(300)은 실질적으로 핵융합이 반응이 일어나는 반응실로서, 외부에서 사용목적에 따라 다양한 반응물을 공급받고 반응후 다시 반응물을 외부로 배출하는 기능을 하게 된다. 이때의 반응물로는 액상 또는 기상의 물, 공기,폐수, 또는 화학폐기물 일 수도 있다.
이러한 기능을 가진 반응물공급관(300)은 반응용기(100)에 관통하여 지나도록 설치된다. 이때, 반응물공급관(300)은 솔레노이드코일부(200)의 중심축과 일치하거나 중심축과 나란하게 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 반응물공급관(300)은 실질적으로 반응실로서 이용되기 때문에, 상술한 반응용기(100)와 동일 구조, 즉 사기층과 석면층의 2층 구조(미도시됨)로 형성하는 것이 바람직하다.
특히, 반응물공급관(300)은 권취되는 피드백코일부(400')의 각 권선이 외주면을 사선 형태로 감싸도록 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 바와 같이, 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)는 서로 수직인 형태로 감겨진 형태이며, 반응물공급관(300)은 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400) 사이에 솔레노이 드코일부(200)의 중심축과 일치 또는 나란하게 설치하게 되는 것이다. 이에, 피드백코일부(400)는 반응물공급관(300)의 외주면을 감싸도록 권취하기 때문에 솔레노이드코일부(200)에 완전한 수직인 형태로 감겨지지는 않는다.
이에, 본 발명의 바람직한 제2실시예에서는, 가능한 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)이 수직 또는 거의 수직에 가까운 형태로 감겨지도록 하기 위하여, 반응용기(100)의 높이(H)와 반응물공급관(300)의 외경(Dp)을 통해 이를 해결하게 된다. 즉, 반응용기(100)는 그 높이(H)가 높으면 높을수록, 그리고 반응물공급관(300)의 외경(Dp)은 작으면 작을수록 반응실(110)에 권취된 피드백코일부(400')는 직선에 가까워지게 된다.
따라서, 제1실시예에 비하여 피드백코일부(400')의 권선수, 즉 반응실(110) 내부의 직선권선수가 그만큼 더 늘어나기 때문에 피드백코일전기장(Et)이 그만큼 더 커진다. 그리고, 반응물은 반응물공급관(300)을 통해 공급 및 배출을 용이하게 할 수 있게 된다.
<핵융합반응기의 제3실시예 >
도 7은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제3실시예의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 개략도이다. 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제3실시예는, 제1 및 제2실시예와 마찬가지로, 전원공급장치(500)와 링코어형의 핵융합변압기(600) 그리고 핵융합반응로(1000')를 포함하는 구성이다.
이러한 구성 중에서, 제3실시예는 핵융합반응로(1000')가 솔레노이드코일 부(200)과 피드백코일부(400)로만 구성된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 핵융합반응로(1000')는 코일 형상으로 솔레노이드코일부(200)를 권취시키고, 이 솔레노이드코일부(200)의 단부에 일체로 형성되는 피드백코일부(400)를 다시 솔레노이드코일부(200)에 적어도 1회 수직으로 권취시킴으로써, 솔레노이드코일부(200)에서 형성된 코일자기장(Bt)과 피드백코일부(400)에서 생성된 피드백코일전기장(Et)의 진행방향을 일치시킴에 따라 발생되는 전기력을 핵융합반응로(1000') 외부에서 이용할 수 있게 한 것이다. 그리고, 핵융합변압기(600)는 직류를 이용하기 위하여 정류기가 더 구성되어 있다.
이와 같은 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)의 권취 방법이라든가 기타 전원공급장치(500)와 핵융합변압기(600)의 구성은 제1 및 제2실시예의 구성과 동일하기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
<핵융합반응기의 제4실시예 >
도 8은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제4실시예의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 개략도이고, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제4실시예에서 핵융합반응로의 권취방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제4실시예의 구성은, 도 8에서와 같이, 핵융합변압기(600)와, 이 핵융합변압기(600)의 1차측 및 2차측에 각각 연결되는 전원공급장치(500) 및 핵융합반응로(1000")를 포함하여 구성된다. 여기서, 전원공급장치(500) 및 핵융합변압기(600)의 구성은 상술한 제1 내지 제3실시예에서 설명한 구 성과 동일하기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 따라서, 여기서는 핵융합반응로(1000")의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
제4실시예에 따르는 핵융합반응로(1000")는 한쌍의 솔레노이드코일부(200')를 포함한다. 그리고, 각 솔레노이드코일부(200')는 n(여기서, n은 2보다 큰 자연수)번의 코일 형상으로 권취된어 구성된다. 이때, 솔레노이드코일부(200')는, 각 권선(Wn+1)이 그 이전 권선(Wn)의 외부에서 내부로 끼워져서 감싸주는 형태로 권취된다. 여기서 한쌍의 솔레노이드코일부(200')는 각각 권취방법이 동일하기 때문에 하나만 예로 들어 설명한다. 그리고, 도 8에서, 설명의 편의상 솔레노이드코일부(200')가 수회 권취된 것을 예시적으로 도시한다.
이를 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 9a에서와 같이, 솔레노이드코일부(200')는 제1권선(W1)이 코일 형태로 감기게 된다. 그리고, 제2권선(W2)은 도 9b에서와 같이 제1권선(W1)의 외부에서 내부로 끼워지도록 권취한다. 이때, 제2권선(W2)은 제1권선(W1)의 절반을 외부에서 감싸게 하고 나머지 절반이 제1권선(W1)의 안쪽을 감싸도록 권취한다. 그리고, 제3권선(W3)은, 도 9c에서와 같이, 제2권선(W2)의 외측을 감싸면서 다시 제2권선(W2)의 내측으로 권취된다. 이에 따라, 제1권선(W1)은 제2권선(W2) 및 제3권선(W3)을 감싸주고, 제3권선(W3)은 제1권선(W1) 및 제2권선(W2)을 동시에 감싸주게 되는 것이다. 이때, 나중에 권취되는 권선은 권취되는 방향으로, 예를 들어 권선의 직경만큼 이동한다. 즉, 제2권선(W2)은 제1권선(W1)의 겹치는 부분의 앞쪽에서 시작하고, 제3권선(W3)은 제2권선(W2)의 겹치는 부분의 앞쪽에서 시작하도록 각 권선을 권취하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 제4실시예에 따라 권취되는 솔레노이드코일부(200')는, 도 9a 내지 도 9c에서와 같은 방법으로 권취를 반복함에 따라 각 권선이 가상의 코일 직경에 대하여 한번씩 꼬인 트위스트 형태로 제작된다. 그리고, 제1권선(W1)의 직경이 각 권선이 반복하여 바깥쪽에서 안쪽으로 끼워져서 권취되기 때문에 그 직경은 점차 줄어들게 된다. 결국, 솔레노이드코일부(200')는 n번째 권수를 권취하게 되면, 이 n번째 권수는 코일 형상의 중심축 상에 위치하는 형태로 권취하는 것도 가능하게 된다.
따라서, 본 발명의 제4실시예에 따르는 솔레노이드코일부(200')는 제1권선의 반지름을 갖는 원의 호에 대하여 제1권수부터 제n번째 권수가 각각 한 번씩 꼬인 트위스트 형태로 권취된다. 그리고, 마지막 제n번째 권수가 상술한 제1 내지 제3실시예의 피드백코일부(400)와 같은 역할을 하게 되는 것이다.
이와 같이 이루어진 한쌍의 솔레노이드코일부(200')는 상술한 핵융합변압기(600)의 2차측에 각각 하나씩 연결되며, 각 솔레노이드코일부(200')에는 단자를 구성하여 보일러장치 등에 이용하게 된다. 이러한 단자 구성에 대해서는 후술하는 보일러의 구성에서 보다 구체적으로 설명한다.
(작용)
본 발명에 따르는 작용 설명은 여러 실시예 중에서 설명의 편의를 위해, 코일자기장(Bt)과 피드백코일전기장(Et)이 거의 동일방향으로 형성되는 제1실시예의 핵융합반응기를 예로 들어 설명한다.
본 발명에 따르는 핵융합반응기는 유도전류의 순환에 의하여, 코일자기장(Bt)과 피드백코일전기장(Et)의 위상 및 주파수를 일치시키게 된다. 이에 따라, 위상의 가속회전전류가 자기장 및 전기장에 의해 유도되기 때문에 가속회전전류가 지속적으로 증가하여 핵 사이의 전자기적 반발력을 극복하고 뮤온 촉매 핵융합을 할 수 있게 되는 것이다. 이를 전기장과 자기장의 발생 및 상호관계를 기술하는 맥스웰방정식을 이용하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 10는 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 전자기장의 생성을 설명하기 위한 단면사시도이다. 여기서, 설명의 편의상, 피드백코일부(400)가 1회 권취된 것을 예로 들어 설명한다.
맥스웰은 전자기파를 4개의 방정식을 이용하여 설명하고 있다. 맥스웰방정식에 따르면, 솔레노이드코일부(200)에 흐르는 전기장의 변화 또는 전류에 의해 발생되는 자기장에 대하여 앙페르법칙을 확장하여 다음의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00001
여기서, H t과 D 1 는 각각 코일자기장과 솔레노이드 전기장의 자기장세기를, J 1 은 전류밀도를, ∂D1은 변위전류밀도를 각각 나타낸다.
[수학식 1]을 솔레노이드코일부(200)의 단면적에 대하여 적분값을 취하면 다음의 [수학식 2]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00002
여기서, H t 은 자기장의 세기를, N은 솔레노이드코일부(200)의 권취수를, I 1 은 솔레노이드코일부(200)에 흐르는 전류를 각각 나타낸다.
[수학식 2]에서, NI 1 은 코일자기장의 세기(B t )에 비례하기 때문에 이를 비례계수(μ)와, 솔레노이드코일부(200)의 반경(r 1 )을 이용하여 표시하면 다음의 [수학식 3]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00003
이로부터 솔레노이드코일부(200)에 의해 반응실(110) 내부에 흐르는 코일자기장(Bt)의 세기, 즉 솔레노이드코일부(200)의 길이 중심에서의 코일자기장(Bt)의 세기는 다음의 [수학식 4]와 같이 얻을 수 있게 된다.
Figure 112009040998395-PAT00004
[수학식 4]에서, 코일자기장(Bt)은 솔레노이드코일부(200)의 권취수(N)에 비례하고, 솔레노이드코일부(200)의 반경(r 1 )에 반비례한다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 솔레노이드코일부(200)에 의해 생기는 코일자기장(Bt)은 반응용기(100)의 저부로 갈수록 점차 커지게 된다.
한편, 피드백코일부(400)에 의해 상부마감판(120)에서 하부마감판(130)으로 이어지는 방향으로 피드백전기장(E t )에 의해 수직상하전류(I t )가 발생된다. 수직상하전류(I t )는 하부로 갈수록 점차 세기가 달라지는 코일자기장(B t )에 의해 회전모멘트를 받게 된다. 이러한 피드백코일전기장(E t )은 패러데이의 유도법칙에 의해 다음의 [수학식 5]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00005
[수학식 5]를 다시 단위면적에 대하여 적분하게 되면 다음의 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00006
여기서, Φ t 는 솔레노이드코일부(200)에 의해 생성된 단위면적을 통과하는 자속을 의미한다.
[수학식 6]에서, 솔레노이드코일부(200)의 전류밀도(J 1 )는 반응용기(100)의 아래로 내려갈수록 권취수(N)의 증가 및 반경(r 1 )의 감소로 피드백코일전기장(E t )에 의한 회전모멘트를 갖게 된다([수학식 4] 참조). 또한, 피드백코일부(400)의 전류밀도(J 2 )에 회전모멘트 전기장(E 1 )이 피드백코일부(400)로 감쇠하지 않고 증가한다. 즉 솔레노이드코일부(200)의 전류밀도(J 1 )에 의한 상하수직 방향으로 증가하여 생성된 상하수직 자계에 의한 솔레노이드 전기장(E 1 )인 회전모멘트를 일으키게 된다. 이러한 회전모멘트 전류는 제1시작단(S1)-솔레노이드코일부(200)-제1끝단(E1)-피드백코일부(400)-제2시작단(S2)-핵융합물질-제2끝단(E2)-핵융합변압기(600)-제1시작단(S1)으로 이루어지는 폐회로를 순환하면서 점차 증가하게 된다. 특히, 전류밀도(J 1 )는 핵융합변압기(600)에 의해 밀도가 더욱 증가된 상태에서 다시 솔레노이드코일부(200)로 공급된다. 따라서, 전류밀도는 이 폐회로를 따라 순차적으로 순환하면서 더욱 증가하게 된다.
결국, 코일자기장(B t )과 피드백코일전기장(E t )을 발생시키는 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)를 흐르는 전류(I 1 , I 2 )에 의해 발생되는 전기력(F)은 두 선간에 발생되는 기전력에 의해 다음의 [수학식 7]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00007
여기서, B t 는 코일자기장을, I 1 과 I 2 는 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)를 흐르는 전류의 세기를, r은 솔레노이드코일부(200)의 반경을 나타낸다.
특히, 이 전기력(F)은 전류(I 1 ,I 2 )와 비례 관계에 있으며, 전류(I 1 ,I 2 )가 위상이 동일하여 계속적으로 커지기 때문에 결국, 전기력(F)은 점차 커지게 된다. 이때, 이러한 전기력(F)과 전자간의 전기력을 수식으로 나타내면 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009040998395-PAT00008
결국, 동일한 위상의 가속회전전류에 의해 유도된 전기력(F)은 가속회전전류가 지속적으로 증가하게 되고, 이에 따라 핵 사이의 전자기적 반발력을 극복하게 되어 뮤온 촉매 핵융합이 가능하게 되는 것이다.
한편, 본 발명은 이와 같은 작용을 하는 핵융합반응기를 열원으로 이용하는 보일러장치를 포함한다.
<보일러장치의 제1구성>
도 11은 본 발명에 따르는 보일러장치의 제1구성을 설명하기 위한 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다. 여기서, 화살표는 보일러 용수의 흐름을 나타낸다.
본 발명에 따르는 보일러장치는 제1 내지 제3실시예에서 설명한 핵융합반응기를 이용할 수 있으나, 여기서는 제3실시예에서 설명한 핵융합반응기를 예로 들어 설명한다.
보일러장치는 크게 열원을 생성하기 위한 열원발생부분과 여기서 발생된 열을 보일러용수와 교환하기 위한 열교환부분으로 구성된다. 여기서, 열원발생부분은, 이미 상술한 전원공급장치(500)와, 핵융합변압기(600)와, 핵융합반응로(1000')를 포함하여 이루어진다. 이러한 열원발생부분에 대한 구성은 본 발명의 제3실시예에서 구체적으로 설명하였기 때문에 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 핵융합반응로(1000')의 구성 중에서, 솔레노이드코일부(200)와 피드백코일부(400)는, 예시적으로, 회전전류의 손실을 없앨 수 있는 강자성체인 니켈석면전선(NIGB)을 이용한다.
열교환부분은 핵융합반응로(1000')의 피드백코일부(400)와 핵융합변압기(600)의 2차측 입력단 사이에 설치된 열교환실(700)에서 이루어진다.
열교환실(700)은, 외부에서 보일러용수를 공급받기 위한 입구부(710)와, 뮤온반응으로 가열된 보일러 용수를 배출하기 위한 출구부(720)가 구비된다. 그리고, 입구부(710)와 출구부(720) 사이에는 실질적으로 반응이 이루어지는 열교환로(730)가 연결된다.
특히, 이 열교환로(730)에는 보일러용수를 매개로 전기적 접촉이 이루어지도록 제1단자장착구(740)와 제2단자장착구(750)가 형성된다. 제1단자장착구(740)에는 피드백코일부(400)의 제1단자(741)가 설치되고, 제2단자장착구(750)에는 핵융합변압기(600)의 2차측에 구성되는 제2단자(751)가 설치된다.
여기서, 제1단자(741)와 제2단자(751)는 실제 전기적으로 접촉가능한 단자일 수도 있으며, 코일의 끝단부일 수도 있다. 그리고, 제1단자(741)와 제2단자(751)는 각각 제1단자장착구(740)와 제2단자장착구(750) 내에 설치되는 세라믹관(742,752)에 삽입 장착하는 것이 바람직하다. 이러한 세라믹관(742,752)은 열교환로(730)에 반응시 제1단자(741)와 제2단자(751)에서 격렬한 반응이 생기기더라도 다른 구성요소들을 보호하기 위함이다.
이와 같이 이루어진 열교환실(700)은 보일러 용수를 매개로 제1단자(741)와 제2단자(751)가 열교환로(730) 내에서 전기적으로 접촉되게 된다. 따라서, 핵융합반응로(1000')에 의해 전기장과 자기장이 결속되어 유도되는 전기력에 의해 보일러 용수를 가열할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따르는 보일러장치는 가열효과를 극대화하기 위하여 반응가속기(760)가 더 구비된다. 반응가속기(760)는 일종의 솔레노이드 코일로서, 상술한 열교환로(730)에 장착된다. 이때, 반응가속기(760)는 보일러 용수의 흐름과 전기력의 흐름을 고려하여 권취시키게 된다. 즉, 도 11에서, 핵융합반응로(1000')에서 생성된 전기력의 흐름방향이 우에서 좌로 흐르게 되는데, 반응가속기(760)는 그 자기장이 유도방이 전기력과 일치하도록 열교환로(730)에 권취시키게 된다.
따라서, 열교환로(730) 내에서는 핵융합반응로(1000') 뿐만 아니라 반응가속기(760)에 의해 가속장이 더욱 가속되게 되어 반응속도를 한층 높일 수 있게 되는 것이다.
<보일러장치의 제2구성>
도 12는 본 발명에 따르는 보일러장치의 제2구성을 설명하기 위한 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다. 여기서, 화살표는 보일러 용수의 흐름을 나타낸다.
본 발명에 따르는 보일러장치의 제2구성은, 상술한 보일러장치의 제1구성과 동일한 구성이나, 핵융합반응로(1000")의 구성에서 차이가 있다. 따라서, 여기서는 핵융합반응로(1000")의 구성 및 연결 과정에 대해서만 설명하기로 한다. 그리고, 도 12에서 제1구성과 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 부여하고 이에 관한 상술한 설명은 생략한다.
보일러장치의 제2구성에 적용된 핵융합반응로(1000")는 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제4실시예에서 설명한 구성을 이용한다. 즉, 핵융합반응로(1000")는 한쌍의 솔레노이드코일부(200')를 포함하여 구성한다. 특히, 이 한쌍의 솔레노이드코일부(200')는 각 단부가 각각 핵융합변압기(600)의 2차측에 연결된다. 즉, 한쌍 의 솔레노이드코일부(200')는 각 입력단부가 2차측의 입력측과 출력측에 각각 연결된다.
그리고, 각 솔레노이드코일부(200')는 타측이 상술한 보일러 용수가 공급되는 열교환실(700)에 연결된다. 이때, 각 솔레노이드코일부(200')의 단부는 열교환로(730)에 소정의 간격으로 형성된 제1단자장착구(740)와 제2단자장착구(750)에 장착된다. 이때, 각 단부는 보일러 용수에 노출된 솔레노이드코일부(200')의 단부일 수도 있고, 별도로 제1단자(741)와 제2단자(751)를 구성할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 각 솔레노이드코이부(200')의 전기적 접속은 전자기력의 진행방향이 일치하도록 핵융합변압기(600)의 2차측과 열교환실(700)에 연결하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따르는 보일러장치의 제2구성에서는 열교환실(700)의 입구측과 출구측에 각각 트위스트 형태로 권취된 한쌍의 솔레노이드코일부(200')를 통해 유도전류의 세기를 더욱 강하게 높일 수 있게 되는 것이다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌으나, 이러한 실시예는 본 발명을 더욱 명확히 개시하기 위한 것이며, 본 명세서 및 도면에 기재된 사항의 범위에서 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다 할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 명세서 및 도면에 기재된 사항 및 그 기재에 의하여 당업자가 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 이러한 수정이나 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제1실시예의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명에 따르는 반응용기의 제1실시예를 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명에 따르는 반응용기의 제2실시예를 보여주는 사시도.
도 4는 본 발명에 따르는 핵융합변압기의 제1구성예를 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명에 따르는 핵융합변압기의 제2구성예를 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제2실시예의 구성을 설명하기 위한 개략도.
도 7은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제3실시예의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 개략도.
도 8은 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제4실시예의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 개략도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 제4실시예에서 핵융합반응로의 권취방법을 설명하기 위한 개략도.
도 10는 본 발명에 따르는 핵융합반응기의 전자기장의 생성을 설명하기 위한 단면사시도.
도 11은 본 발명에 따르는 보일러장치의 제1구성을 설명하기 위한 전체적인 구성을 보여주는 구성도.
도 12는 본 발명에 따르는 보일러장치의 제2구성을 설명하기 위한 전체적인 구성을 보여주는 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반응용기 110 : 반응실
120 : 상부마감판 130 : 하부마감판
200, 200' : 솔레노이드코일부 300 : 반응물공급관
400, 400' : 피드백코일부 500 : 전원공급장치
510 : 자동전압조정기 600 : 핵융합변압기
610 : 폴로이달 1차측코일부
610a~610c : 제1 내지 제3단상변압기
611, 611a~611c : 토러스 링코어 620, 620' : 폴로이달 1차측코일
630, 630' : 폴로이달 2차측코일 700 : 열교환실
710 : 입구부 720 : 출구부
730 : 열교환로 740 : 제1단자장착구
741 : 제1단자 742, 752 : 세라믹관
750 : 제2단자장착구 751 : 제2단자
760 : 반응가속기 1000, 1000', 1000" : 핵융합반응로
A : 석면층 Bt : 코일자기장
D, D',d : 반응실의 내경 Dp : 반응물공급관의 외경
E1 : 제1끝단 E2 : 제2끝단
Et : 피드백코일전기장 H : 반응용기의 높이
P : 사기층 S1 : 제1시작단
S2 : 제2시작단

Claims (10)

  1. 사기층(P)과 석면층(A)의 복층구조로 이루어지고, 내부에 반응실(110)을 갖는 반응용기(100); 상기 반응실(110) 내부에 길이방향으로 코일자기장(Bt)을 형성시켜 주도록 상기 반응용기(100)에 권취된 솔레노이드코일부(200); 및 일단이 상기 솔레노이드코일부(200)의 단부와 연결되고, 상기 반응실(110) 내에서 상기 코일자기장(Bt)과 같은 방향으로 피드백코일전기장(Et)이 형성되도록 상기 솔레노이드코일부(200)의 내부와 외부 사이에서 적어도 1회 권취된 피드백코일부(400);를 포함하여 이루어진 핵융합반응로(1000);
    외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치(500): 및
    1차측에는 상기 전원공급장치(500)로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 각각 상기 솔레노이드코일부(200)와 상기 피드백코일부(400)가 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 링코어형 핵융합변압기(600):를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  2. 중심축 상에 코일자기장(Bt)이 형성되도록 동일한 반경을 갖는 코일 형상으로 권취된 솔레노이드코일부(200); 및 일단이 상기 솔레노이드코일부(200)의 단부와 연결되고, 타단이 상기 코일자기장(Bt)과 동일 방향으로 피드백코일전기장(Et)이 형성되도록 상기 솔레노이드코일부(200)의 내부와 외부 사이에서 적어도 1회 권취된 피드백코일부(400);를 포함하여 이루어진 핵융합반응로(1000'):
    외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치(500): 및
    1차측에는 상기 전원공급장치(500)로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 각각 상기 솔레노이드코일부(200)와 상기 피드백코일부(400)가 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 링코어형 핵융합변압기(600):를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  3. n(n은 2보다 큰 자연수)번의 권선수로 권취되고, (n+1)번째 권선이 n번째 권선의 외부에서 내부로 끼워지도록 반복 권취되어 트위스트 형태로 이루어진 한쌍의 솔레노이드코일부(200')를 포함하여 이루어진 핵융합반응로(1000"):
    외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치(500): 및
    1차측에는 상기 전원공급장치(500)로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 상기 솔레노이드코일부(200)의 양단에 연결되는 1~3개의 단상변압기 형태로 이루어진 핵융합변압기(600):를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 솔레노이드코일부(200) 및 상기 피드백코일부(400)는 각각 강자성체 중에서 니켈, 철, 및 코발트 중에서 택일된 단일원소이거나, 상자성체 중에서 백금, 알루미늄, 주석 및 이리듐 중에서 택일된 단일원소이거나, 또는 단일원소 중에서 적어도 하나를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 솔레노이드코일부(200')는 각각 강자성체 중에서 니켈, 철, 및 코발트 중에서 택일된 단일원소이거나, 상자성체 중에서 백금, 알루미늄, 주석 및 이리듐 중에서 택일된 단일원소이거나, 또는 단일원소 중에서 적어도 하나를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    사기층(P)과 석면층(A)의 복층구조로 이루어지고, 상기 코일자기장(Bt)과 나란하게 위치하도록 상기 반응실(110)에 길이방향으로 관통하도록 상기 반응용기(100) 내부에 장착되는 반응물공급관(300)이 더 구비되고,
    상기 반응물공급관(300)에는 상기 피드백코일부(400)가 외주면을 감싸도록 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핵융합변압기(600)를 구성하는 각 단상변압기는,
    토러스 링코어(611)를 링형 철심으로 하는 폴로이달 1차측코일부(610);
    상기 토러스 링코어(611)의 외주면에 감기며, 외부에서 전원을 공급받는 폴로이달 1차측코일(620); 및
    상기 폴로이달 1차측코일(620)과 수직으로 감겨지며, 상기 폴로이달 1차측코 일(620)로부터 유도된 유도전류를 상기 핵융합반응로(1000,1000',1000")에 인가해 주는 폴로이달 2차측코일(630);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵융합반응기.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 의해 구성된 핵융합반응로(1000,1000',1000"):
    외부로부터 전원을 공급해 주는 전원공급장치(500):
    외부에서 보일러 용수를 공급받는 입구부(710); 열교환된 보일러 용수를 외부로 송출하는 출구부(720); 상기 입구부(710)와 상기 출구부(720) 사이에 형성된 열교환로(730); 상기 핵융합반응로(1000,1000',1000")의 출력측의 제1단자(741)가 상기 보일러 용수와 접촉할 수 있도록 상기 열교환로(730)에 제1단자장착구(740); 핵융합변압기(600)의 2차측의 입력측에 연결되는 제2단자(751)가 상기 보일러 용수와 접촉가능하도록 상기 열교환로(730)에 형성된 제2단자장착구(750); 및 상기 전원공급장치(500)로부터 전원공급이 이루어지도록 상기 열교환로(730)에 코일 형태로 감겨진 반응가속기(760);를 포함하는 열교환실(700): 및
    1차측에는 상기 전원공급장치(500)로부터 인가된 전원이 전기적으로 연결되고, 2차측에는 출력측에 상기 핵융합반응로(1000,1000',1000")가 연결되고 입력측에는 상기 제2단자(751)와 연결된 상기 핵융합변압기(600):를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 핵융합반응기를 이용한 보일러장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1단자(741) 및 상기 제2단자(751)는 각각 단자를 보호하기 위한 세라믹관(742,752)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 핵융합반응기를 이용한 보일러장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 핵융합변압기(600)는 2차측에 직류를 공급하는 것을 특징으로 하는 핵융합반응기를 이용한 보일러장치.
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