WO2013111940A1 - 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치, 태양광색 아크 발생장치 및 고압 방전등 - Google Patents

아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치, 태양광색 아크 발생장치 및 고압 방전등 Download PDF

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WO2013111940A1
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reactor
winding
arc discharge
twisted
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김기성
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Kim Kisung
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc

Definitions

  • the present invention relates to a high heat generating device using a reactor, an arc generating device and a high-pressure discharge, and more particularly, the light is generated evenly in all the frequency bands of the high heat generating device and the visible light using a reactor for generating an arc discharge of magnetic properties,
  • Light such as X-rays, which is harmful to, relates to a solar-colored arc generator and a high-pressure discharge lamp that are suppressed.
  • a general reactor is installed in an arc discharge lamp and uses a magnetic leakage iron core to prevent a large tube current from flowing through the discharge lamp.
  • a considerable amount of magnetic flux is leaked.
  • the core of the invention is not properly revealed in the above application, and essential components necessary for achieving the unique effects of the invention are missing, thereby requiring a high temperature generating device using a reactor that generates a magnetic arc discharge. .
  • Atoms are divided into nuclei, fixed electrons, and free electrons, and free electrons, and free electrons almost determine their properties.
  • free electrons When external electrons collide with an atom, free electrons are uniformly ionized from the atom and have a constant ionization energy. Constant ionization energy is expressed as (1) in quantum mechanics.
  • the remaining energy is almost converted to heat of resistance by the voltage energy of external electrons.
  • Tungsten rods especially among atoms, emit large amounts of X-ray wavelengths.
  • tungsten rods (melting point 3387 ° C) should be used.
  • the body is exposed to X-rays, and the damage is haystack due to various diseases of the body. bursitis. It is known in the medical community that apple salts of the upper arm and anterior eye occur.
  • high pressure discharge lamps such as mercury discharge lamps are known to be harmful in the medical community.
  • the fluorescent light we see is 250-370nm originally. However, by applying a fluorescent material to the three wavelengths 450,540,610 & nm will come out. And even though high-pressure discharges are high, high-pressure mercury lamps have a slightly wider bandwidth at 250-370 nm, and the wavelength bands are still not continuous.
  • Metal halides emit light by inserting various materials, but light of a particular wavelength is emitted.
  • Tokamak devices were designed in the early 1950s by former Soviet physicists Tam and Sakharov and the American Spitzer. Tokamak is a Russian compound meaning toroidal magnetic hole.
  • the toroidal magnetic field i.e. the toroidal magnetic field Bt
  • the toroidal magnetic field Bt is inversely proportional to the distance. That is, it weakens from the inside of the toroid to the outside.
  • An ion state that is, a charged particle set in which charged particles are collected, is called a plasma.
  • the plasma moving inside the tokamak receives the Lorentz force, which is the force of the charge moving in the magnetic field.
  • Lorentz force is the force of the charge moving in the magnetic field.
  • the toroidal magnetic field In order to prevent the plasma from hitting the wall, the toroidal magnetic field must be spiraled. In order to make the spiral magnetic field Bs, the rotational displacement is given to the toroidal magnetic field.
  • the magnetic field giving the rotational displacement is called the poloidal magnetic field Bp.
  • Toroidal is divided into several types by this rotational displacement method, and there are a stellator, a heliotron, a tolstron, and a tokamak.
  • Bs (helical magnetic field) Bp (poloroidal magnetic field; rotational displacement) + Bt (toroidal magnetic field)
  • the principle of the toroidal magnetic field (toroidal magnetic field) is described, when a current flows in the electric wire, a magnetic field is formed around the electric wire, the formation of this magnetic field
  • a straight cylindrical shape is a solenoid (solenoid)
  • a circular cylinder is called a toroid (toroid).
  • a magnetic field will form inside the toroid, but zero outside.
  • ⁇ 0 is a constant called free space permeability and is defined as
  • Wb (Weber) is the unit of the magnetic field called Weber
  • A is the unit amperage of current
  • m is the unit of length meter.
  • the strength of the magnetic field inside the toroid is inversely proportional to the distance r from the center.
  • the magnetic field is constant inside the toroid, and the condition is that the distance r from the toroid center to the inside of the toroid must be greater than the toroid radius a.
  • the direction of the magnetic field is the direction in which the screw proceeds when the screw is turned in the direction of the current flows and rotates the toroid.
  • Toroids are used as inductors in circuits and have inductive reactance.
  • toroids have a higher inductance (unit: Henry [H]) than solenoids.
  • the material with high magnetic permeability is centered to increase inductance. It also transforms the toroid to make a tokamak and uses it as a fusion device.
  • a poloidal magnetic field refers to a component of a magnetic field in a plasma cross section as a configuration of a torus-type plasma hermetic magnetic field.
  • ⁇ 0 is the permeability of the vacuum. Also known as poloidal magnetic field.
  • Tokamak's principle is based on the Lorentz force acting on electrically charged particles moving in a magnetic field.
  • Plasma in the tokamak is a state of electrically charged particles, ie charged particles, because the nucleus and electrons are separated.
  • the charged particles are driven by Lorentz in a direction perpendicular to the magnetic field and the velocity of the particles, and thus move in a spiral trajectory as shown in FIG. 6C.
  • the TF Triangular Field
  • PF Poly Field
  • CS Central Solenoid
  • the charged plasma particles in the actual tokamak device are trapped while moving up and down in a vertical direction while spirally moving in the tokamak, as shown in FIG. 6D.
  • Korean Patent Application No. 1 0-2009-61083 (Application Publication No. 2010-9408) (Name of the invention: fusion reactor and boiler device using the same)
  • the present invention is to provide a high heat generating device using a reactor for arc discharge and to compensate for the disadvantages of existing ballasts and heaters, it is also used in a heater that generates a high temperature, such as a ballast such as arc discharge.
  • the present invention by applying the principle of the conventional tokamak device of the prior art to develop a solar-color arc reactor using a toroidal and poloidal connection method, that is, the wire containing the wire to the toroidal direction and polo This month, the magnetization of the current in the direction of the wire was used, and the device was fabricated and tested in this way, and the arc color analysis showed that there were almost no harmful high frequency rays and mostly light in the visible range. .
  • the voltage regulator 1100 to supply a stable voltage to the external power supply;
  • a transformer 1200 having a primary side electrically connected to the voltage regulator 1100 and a secondary side connected to a rectifier 1210;
  • An arc reactor 1410 configured to enable plasma flow and having a pair of second and first terminal portions 1311 and 1321 provided at predetermined intervals;
  • a first reactor 1400 having one end connected to the anode of the rectifier 1210 and the other end connected to the first terminal unit 1321 to generate an arc discharge of a magnetic property;
  • the plasma is disposed at both sides of the arc reactor 1410 so that a magnetic field is formed perpendicularly to the moving direction, and both ends thereof are electrically connected to the cathode of the rectifier 1210 and the first terminal portion 1311, respectively. It is characterized in that it comprises a;
  • the second reactor 1430 for generating an arc discharge of another magnetic property is further provided on the input side of the series field unit 1500.
  • the first reactor for producing the arc discharge of the magnetic property is a coil wound in a coil shape, the end of the final winding is fitted to the center of the coil winding, but is inserted from the start end of the winding toward the end Characterized in that made.
  • the first reactor for producing the arc discharge of the magnetic property is characterized in that the coil is wound again and again in the form of a donut in a coil wound.
  • the first reactor for generating the arc discharge of the magnetic property is made of a coil wound, characterized in that made by winding inward from the outside of the winding so that each winding is twisted.
  • the second and first terminal portions 1311 and 1321 may be installed in the ceramic tubes 1312 and 1322, respectively.
  • the high heat generating device can be used as an incinerator, boiler or steam turbine.
  • the winding portion 20 is connected to the AC power supply or DC power supply and maximizes the AC inductive reactance and minimizes the DC resistance;
  • An arc generator 30 connected to one side of the winding part; Including, the winding portion 20, the eight-shaped coil portion 200, and the eight-shaped coil portion of the coupling donut-shaped coil portion 300 that passes through the left and right annular rings (201, 202), the 8
  • Each of the magnetic coil part 200 and the coupling donut coil part 300 is made of at least one twisted wire bundle, each twisted wire bundle is formed by twisting at least two twisted wires, and the twisted wire is at least
  • the winding unit 20 forms as many toroidal and poloidal magnetic fields as possible with wires of short length as possible, thereby enabling an output to reduce the AC inductive reactance and DC resistance as much as possible. do.
  • a rectifier circuit unit 10 for converting an AC power source into a direct current one side of the winding unit 20 is connected to one side of the rectifier circuit unit 10, the other side of the winding unit 20 And the electromagnet 40 is inserted between the other side of the rectifier circuit unit 10.
  • the winding unit 20 is characterized in that it further comprises a single donut-shaped coil unit (100).
  • each of the coil portion is composed of a plurality of twisted line bundles, characterized in that each twisted bundle is twisted in the same direction with each other.
  • the twisted wire is characterized in that a plurality of wires connected in parallel to the rectifier circuit part are twisted in the same direction.
  • the wire is characterized in that the iron wire and copper wire is twisted in the same direction with each other in a single coating.
  • the solar high voltage discharge lamp according to the third aspect of the present invention for achieving the above object is driven by the solar arc generator, and instead of the electrode of the arc generator 30, the high pressure discharge lamp is positioned at the position of the electrode. An electric supply terminal is connected.
  • the high heat generator using the arc discharge reactor according to the present invention can obtain the following effects.
  • any material can be incinerated, it can be utilized as a high heat generating device.
  • the solar arc generator of the present invention there is an advantage that it is possible to provide a device that generates almost no harmful high frequency and mostly arc in the visible light frequency band.
  • This photovoltaic arc reactor emits a photovoltaic color and emits a color with few harmful rays that cause industrial damage to the welder's body, thus reducing the damage.
  • a high-pressure discharge lamp such as a mercury discharge lamp, Damage can be reduced to a minimum.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a DC series motor related to a high heat generating device of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a high heat generating apparatus using a reactor for arc discharge using a DC series transmission type according to an embodiment of the high heat generating apparatus of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view for showing a first modification of the reactor for producing arc discharge of the magnetic properties according to the high heat generating device of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view for showing a second modification of the reactor for producing arc discharge of the magnetic properties according to the high heat generating device of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph of an empirical experiment of a high heat generating apparatus using a reactor for generating arc discharge of the magnetic properties according to the high heat generating apparatus of the present invention.
  • Figure 6a is a view showing the principle of the tokamak associated with the photovoltaic arc generator of the present invention
  • 6b shows the principle of formation of a toroidal magnetic field
  • 6c shows the motion of charged particles in a parallel magnetic field
  • FIG. 6D is a view showing a spiral motion of the plasma charged particles in the tokamak
  • FIG. 7 is an overall circuit diagram of a solar color arc generator according to an embodiment of the arc generator of the present invention.
  • Figure 8a is a schematic diagram of the winding portion of the photovoltaic arc generator of an embodiment of the arc generator of the present invention
  • Figure 8b is a schematic diagram illustrating the twisting method of the winding portion of the photovoltaic arc generator of an embodiment of the arc generator of the present invention
  • Figure 9a is a front real picture of the winding portion of the photovoltaic arc generator of an embodiment of the arc generator of the present invention
  • 9B is an actual photograph of an open state of an eight-shaped coil part and a donut-shaped coil part in the winding part of the solar arc generator of the embodiment of the present invention.
  • Figure 9c is a real plan photo of the winding portion of the solar color arc generator of one embodiment of the arc generator of the present invention
  • Figure 9d is a detailed actual picture of each twisted bundle of the winding portion of the solar color arc generator of one embodiment of the arc generator of the present invention
  • the reactor for producing the arc discharge of the magnetic properties used in the high heat generating device of the present invention is characterized in that the efficiency is increased by adding magnetic field collision energy to the arc discharge by magnetizing the current without magnetic leakage iron core and discarding the magnetic field. .
  • the reactor used for this invention first winds a conducting wire in a donut form. The more turns you make, the better, but too much resistance will cause the reactor to lose its properties.
  • the winding in the donut direction is called T (toroidal) winding 460.
  • the winding wound above the T winding perpendicular to the T winding is named P (polodal) winding 420.
  • General ring reactors have a donut-shaped iron core and have reactor properties only in alternating current.
  • the reactor of the arc discharge of the present invention has a reactor property even at a direct current, so that a magnetic field is stored in the current of the P winding, and thus the reactor property is obtained.
  • the cause is that the current in the T winding creates a magnetic field in the P direction.
  • the current of the P-winding is magnetized, and when the cation current from the P-winding is arc-discharged with the current of the anion from the T-winding, not only the discharge of electrical energy but the NS collision energy of the stored magnetic field is produced.
  • the reactor discharge used in the present invention is characterized in that it emits a continuous spectrum unlike the line spectrum of normal arc discharge.
  • the discharge of the reactor used in the present invention is characterized in that if the magnet is placed close to generate a reverse electromotive force similar to the properties of the DC motor, the rotational speed is high, thereby giving a strong continuous spectrum.
  • Light does not only have black body (temperature) radiation that brightens in proportion to energy. There is also a luminescence caused by the collision of atoms and electrons. It is therefore desirable to draw a line that the discharge of the present invention does not violate the law of energy conservation.
  • the reactor used in the present invention for achieving this object is a reactor without an iron core wound several times vertically on a P winding in a donut shape to several T windings.
  • the current flowing in the T winding generates a magnetic field in the P direction, and when the current flows in the P direction again, it is influenced by the previous magnetic field in the P direction to form a spiral current.
  • This spiral current has magnetic properties in arc discharge when arc discharge occurs.
  • the emitted light is characterized by a lot of white light.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing the configuration of a DC series motor related to the present invention.
  • the DC series motor 1000 is configured to include a voltage regulator 1100 for supplying external power and a transformer provided with a rectifier 1210 so as to convert AC supplied from the voltage regulator 1100 into DC.
  • a magnetic field is formed at 1200, a rotor 1440 configured to rotate the armature, a brush 1350 supplied with the direct current to the commutator, and a commutator 1330 supplying current from the brush to the amateur in a series-driven manner. It includes an ex officio accounting unit 1500.
  • the voltage regulator 1100 receives a voltage from the outside and supplies the voltage to the transformer 1200 at a constant voltage.
  • the voltage regulator 1100 is used to adjust the strength of the voltage as well as the stable voltage, and uses a voltage regulator commonly known as a slidax.
  • the transformer 1200 receives an external voltage from the voltage regulator 1100 to the primary side. Then, the external voltage is boosted and output to the secondary side. At this time, the rectifier 1210 is connected to the secondary side of the transformer 1200 to use a direct current.
  • the armature 1440 and the series of field metering unit 1500 are electrically connected to the anode and the cathode, respectively, which are described in the description of the armature 1440 and the series of field metering unit 1500. It will be described in detail.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a high heat generating apparatus 1000 ′ using a reactor for generating arc discharge of a magnetic property according to a preferred embodiment of the high heat generating apparatus of the present invention.
  • the same reference numerals are used for the same components as those in the prior art of FIG. 1, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the high heat generating apparatus 1000 ′ further includes a first reactor 1400 and / or a second reactor 1430 that generates arc-like arc discharge in the series field unit 1500. do.
  • the reactors 1400 and 1430 for generating arc discharge of the magnetic property are installed to be located between the terminal portion 1311 and the series fielder 1500. That is, in the first reactor 1400 that generates the arc discharge of the magnetic property, the rectifier 1210 is connected to the input side and the first terminal portion 1321 is electrically connected to the output side, and the second reactor 1430 is input. The second terminal portion 1311 is electrically connected to the side, and the series field unit 1500 is electrically connected to the output side.
  • the high heat generating apparatus 1000 ′ of the present invention generates a stronger magnetic force in the series field unit 1500, thereby increasing the magnetic force of the induced current applied to the arc reactor 1410. Will be.
  • the arc reactor 1410 also serves as a thermal insulator that supplies a plasma that does not evaporate even at high temperatures and prevents the surroundings from being destroyed from high temperatures.
  • a pair of second and first terminal parts 1311 and 1321 are provided in the arc reactor 1410 to enable energization through plasma.
  • Each of the terminal parts 1311 and 1321 is wrapped with a material that can insulate and insulate, for example, ceramic tubes 1312 and 1322. This is to prevent the terminal parts 1311 and 1321 from leading to burns or electric accidents as they come into contact with the arc reactor 1410. As well as serves to block the current leakage to the outside of the arc reactor (1410).
  • an arc is formed in the terminal portion 1311 on the output side as power is supplied to each of the terminal portions 1311 and 1321.
  • Arrows indicated inside the arc reactor 1410 indicate the plasma flow generated in the arc reactor 1410 by supplying power to the respective terminal portions 1311 and 1321.
  • Reactors 1400 and 1430 that produce arc discharge of magnetic nature are for forming a rotational (helical) current, and are manufactured by winding an electric wire in the form of a coil.
  • a general wire may be used as the wire to be used, but it is preferable to use a vinyl insulated nickel or paramagnetic wire to increase the insulation, insulation, and magnetization effect. At present there is no such material, and vinyl-insulated railway lines are used.
  • the reactors 1400 and 1430 which produce the arc discharge of the magnetic property, are manufactured by winding their ends in a donut shape again while being wound with a coil in order to increase the strength of the rotational (helical) current. That is, the reactors 400 and 430, which produce the arc discharge of magnetic nature, are manufactured by winding a wire in the form of a large coil in a coil shape, and then winding a small ring in the form of a coil in a form perpendicular to the ring from the end of the winding. It is.
  • the input side is connected to the anode of the rectifier 1210, the output side is connected to the first terminal portion 1321, and the second reactor 1430.
  • the output side is connected to the series winding field unit 1500, the input side is connected to the second terminal portion 1311.
  • the series magnetic field unit 1500 is a type of field system having first and second field magnetic poles 1510 and 1520.
  • the first and second field magnetic poles 1510 and 1520 may be used to form an arc reactor 1410. It is installed facing each other in the center and wound in series.
  • the first field magnetic pole 1510 is electrically connected to the cathode of the rectifier 1210, and the second field magnetic pole 1520 is electrically connected to the terminal portion 1311, respectively.
  • the power supplied through the voltage regulator 1100 is boosted by the transformer 1200 and converted into direct current.
  • the direct current is supplied to the arc reactor 1410 in the form of a spiral current (rotation current) in the reactors 1400 and 1430, which generate a magnetic arc discharge, and the helical current is returned to the series through the plasma. It is used for forming the magnetic field by 1500.
  • the current flowing in the arc reactor 1410 corresponds to the amateur (current flowing in the coil) of the DC series motor, and connects the terminal portion 1311 and the series field unit 1500 of the arc reactor 1410 in series. Since it is one structure, the high heat generating apparatus 1000 'of this invention has a structure connected by the DC series winding type.
  • the high heat generating apparatus 1000 'of the present invention is changed to a state in which the arc discharge rotation speed of the magnetic property is "many".
  • This principle is caused by back EMF.
  • motors are rated at speed without load.
  • DC series motors are known to be rated at speeds up to unrestrained speeds, resulting in motor failure at no load.
  • the AC motor at no load generates a counter electromotive force with respect to the frequency of the input power and rotates only by the frequency speed, and the DC motor is alternated between the brush and the commutator, so that the magnetic field enters the amateur by the inertia of the current. In contrast, back EMF occurs.
  • the input power is almost unloaded. However, if the rotation fails, the back electromotive force disappears and current flows a lot, and the motor overheats and the insulation film burns. Due to the characteristics of DC series motor, the input current is stable at no load compared to the initial current. In other words, the DC series motor operating under no load at the rated voltage is in the state of run away speed, and the rotation of the armature is infinitely large.
  • Figure 3 is a perspective view for showing a first modified example of the reactor for producing an arc discharge of the magnetic property according to the present invention.
  • the reactor 1400 'that generates the arc discharge of the magnetic property according to the first modification of the present invention is made by winding in a coil shape. At this time, the end portion wound in the form of a coil is to be refitted from the start end side of the reactor 1400 'that generates the arc discharge of the magnetic property.
  • the reactor 1400 ′ that generates arc discharge of magnetic nature includes a magnetic field winding 1460 wound in a spring-like form and an electric field wound vertically to the magnetic field winding 1460.
  • the winding part 1420 is comprised.
  • the electric field winding portion 1420 starts from the end of the magnetic field winding portion 1460, and is wound to be inserted into the center of the magnetic field winding portion 1460 while being wrapped around the magnetic field winding portion 1460.
  • the electric field winding unit 1420 is fitted from the starting position where the magnetic field winding unit 1460 is first wound.
  • the electric field winding unit 1420 is described as being wound once in FIG. 3, this is for convenience of explanation and may be wound up to several times to several tens of thousands.
  • FIG. 4 is a perspective view for illustrating a second modified example of the reactor 1400 ′′ which produces a magnetic arc discharging according to the present invention.
  • the reactor 1400 'that generates the arc discharge of the magnetic property according to the second modified example of the present invention is manufactured by twisting each winding in a twisted form. That is, the reactor 1400 ′′, which is a helical current generator, winds the first winding W1 in the form of a coil, as shown in Fig. 4A.
  • the second winding W2 is wound as shown in Fig. 4B. It is wound so as to be fitted into the inside from the outside of the first winding W1, where the second winding W2 wraps half of the first winding W1 from the outside and the other half covers the inside of the first winding W1.
  • the third winding W3 is wound again inside the second winding W2 while wrapping the outside of the second winding W2 as shown in FIG.
  • the first winding W1 surrounds the second winding W2 and the third winding W3, and the third winding W3 surrounds the first winding W1 and the second winding W2 at the same time.
  • the winding wound later moves in the winding direction, for example by the diameter of the winding, ie, the second winding W2 starts in front of the overlapping portion of the first winding W1, and the third Winding W3 is a fold of second winding W2
  • Each coil is wound so that it starts at the front of the section.
  • the reactor 1400 " which produces the arc-like arc discharge wound in this way, is fabricated in a twisted form in which each winding is twisted once for an imaginary coil diameter as the winding is repeated in the same manner as in FIG.
  • the diameter of the first winding W1 is gradually reduced because each winding is repeatedly wound from the outside to the inside, so that the reactor 1400 'that generates the arc discharge of the magnetic property is the nth turn.
  • the nth number of turns can be wound in a form located on the central axis of the coil shape.
  • the arrows in the horizontal axis of the series field unit 1500 indicate the flow of the arc plasma phase-converted by the flame reaction as the flow direction of the plasma.
  • the high heat generating apparatus 1000 ′ of the modified example of the second embodiment is also connected to the DC series by the same manner as in the first embodiment.
  • FIG 7 is an overall circuit diagram of a solar arc generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8a is a schematic diagram of the winding portion
  • Figure 8b is a schematic diagram illustrating the twisting method of the winding portion.
  • 9A to 9D are actual front pictures of the winding part of the solar arc generator according to the exemplary embodiment of the present invention, actual pictures of the eight-shaped coil part and the donut coil part being opened in the winding part, and the actual plane of the winding part, respectively. Photo and actual detail of each twisted bundle of windings.
  • FIGS. 7 to 8B the overall circuit diagram of the solar arc generator according to another embodiment of the present invention will be described.
  • the arc generator of the present invention is, for example, unique to the present invention connected to a rectifying circuit such as a bridge diode 10 connected to a 220V AC commercial power source and converting it to DC.
  • the winding unit 20 is made by supplying a magnetized current in a specific form to the arc generating unit 30 (first embodiment).
  • the electromagnet 40 may be inserted into one terminal of the bridge diode.
  • the winding unit 20 is basically composed of an eight-shaped coil part 200 and a coupling donut coil part 300 penetrating through the left and right annular rings 201 and 202 of the eight-shaped coil part ( This embodiment of the first and second embodiments), in addition to this, a single donut-shaped coil part 100 having the same single ring shape as the one side annular ring 201 or 202 of the eight-shaped coil part may be added (the second embodiment). First modification of the first and second embodiments).
  • the first end 21 of the winding portion 20 is connected to the + pole 11 of the bridge diode 10, and in this embodiment of the first and second embodiments, the eight-shaped coil portion 200 passes through Alternatively, in the first modified example of the first and second embodiments, the arc generating part (2) passes through the single donut-shaped coil part 100 and the eight-shaped coil part 200 through the second end 22 of the winding part 20. 30 is connected to the + pole 31.
  • the negative pole 32 of the arc generator 30 is connected to the third end 23 of the winding part 20, and passes through the coupling donut-shaped coil part 300 to form a fourth of the winding part 20.
  • Reference numerals '31a' and '32a' represent electrode poles of + and-poles, respectively, and '30a' represents an arc in which an arc directed from one electrode needle to the other electrode needle is swung by the electromagnet 40. Indicates.
  • Fig. 8A represent the order of current flow from original characters 1 to 9 in the first modification of the second embodiment which is the optimum embodiment.
  • each coil part includes one or more twisted wire bundles.
  • a single donut-shaped coil part 100 includes at least one twisted wire bundle 110 or 120.
  • Figure 8b consists of two twisted wire bundles (110, 120), if two or more twisted wire bundles, each twisted wire bundle (110, 120) is also the same as shown in Figure 8b Twist in the direction.
  • each twisted bundle (110 or 120) is composed of at least seven twisted wire bar, for example, when the single donut-shaped coil unit 100 consists of two twisted wire bundle, the first twisted wire bundle (110) Is composed of at least a first twisted line 111 and the second twisted line 112, or the second twisted wire bundle 120 is at least a first twisted line 121 and the second twisted line (122).
  • the twist direction of each twist line is also the same as the twist direction of the bundle bundles.
  • each twisted line is composed of one or more wires, and in some cases, two or more wires may be connected in parallel.
  • each wire is connected in parallel to the terminal of the bridge diode. It is preferable to have as many wires connected in parallel as possible, because the amount of current is increased under the same conditions. However, when too many wires are connected in parallel, twisting is not desired, and parallel circuits also have difficulty in connecting. Therefore, it is desirable to have four or eight wires forming one twisted line (in this case, the total current is, for example, about 10 to 50 A). At this time, each wire is preferably twisted in the same direction.
  • each wire is most preferably one or more beep wire that is one or more copper wire and one or more iron wire is embedded in the coated wire, as the magnetic force generated by the twisted and annular structure of the copper wire as described above in the prior art is induced on the wire This is because other induced electromotive forces can be generated, and they can interact to generate improved electromotive force.
  • the poloidal magnetic field is generated by the twisting of the wire, the twisted wire or the bundle of twisted wires
  • the toroidal magnetic field is generated by the structure of the eight-shaped or donut-shaped coil portion, and they cause interaction.
  • the twisting of the twisted wire is preferably about 3cm to one pitch twisted enough to form a toroidal magnetic field, and the toroidal magnetic field is generated by the structure of the eight-shaped or donut-shaped coil portion to cause the interaction
  • the length of the wire be short and the annular structure be created as much as possible.
  • FIG. 8B in this optimal embodiment, eight strands of wire (each wire used a beep wire with three copper wires and four iron wires in a single sheath) form one twisted line, followed by four twists. As the wires are twisted (that is, 32 wires are twisted into one), one twisted wire bundle 110 is formed, and 20 to 30 twisted wire bundles are twisted to form each coil part.
  • each wire is about 200 m long, so each wire has about 20000 cm / 3 cm ⁇ 6667 twists, and as a result of these interactions a myriad of toroidals And poloidal windings.
  • the output achieves an unusual form of electric and magnetic fields, enabling the output to minimize AC inductive reactance and DC resistance.
  • an arc as shown in FIG. 10, it becomes possible to generate
  • the toroidal and poloidal winding is a device for magnetizing electrons.
  • Is the toroidal magnetic field, and the toroidal magnetic field is the poloidal current ( Is made by).
  • the toroidal magnetic field adds the original current and the spin current of the toroidal component to the current flowing in the toroidal conducting wire.
  • the current can be magnetized by
  • the magnetic field At the charged particle magnetic field ( ) This means that when the toroidal and poloid windings are well wound, the current is sufficiently magnetized to produce a spin current. ) And spin electrons in atoms have the following energy and power.
  • Bs helical magnetic field
  • Bp polyoidal magnetic field
  • Bt toroidal magnetic field
  • the electron e has an electric field (E) and a magnetic field (B) as follows.
  • Magnetization is the spin magnetic field ( )
  • the electron is not magnetized. It only has quantum mechanical spins. However, electrons are strongly magnetized when passing through the device of the present invention. The magnetized electrons exhibit the same power as in Equation 10, which can be expressed as Equation 11 below.
  • Table 1 shows the ultraviolet range of short wavelength
  • Table 2 measures the maximum visibility portion
  • FIG. 10 is an arc generated by the photovoltaic arc reactor device of the present invention and the photovoltaic arc spectrum analysis is performed.
  • the front left portion is a chart in which the vertical axis represents the visibility and the horizontal axis represents the wavelength (nm).
  • the part is a C, I, E color palette.
  • Charged particle magnetic field increases the number of parallel strands of toroidal and poloidal wires, and the number of turns of the wire reduces the resistance (R) and increases the number of turns (N) when weaving the parallel strands in the same direction.
  • Equation 12 The energy of the maximum input voltage Will change to At this time, the force of the atomic nucleus and the fixed electron free electrons in the atom is shown in Equation 12 in the quantum mechanical bore atomic model.
  • the force F is as follows.
  • the approach according to the present invention does not quantum mechanically seal the induced plasma by the force of the magnetic field of the conventional tokamak device, but is a direct current interchange between the current of the toroidal current and the current of the toroidal current in the toroidal and poloid windings.
  • Induction furnace electrons are magnetized and changed into a device that generates solar arcs by the force and attractive force of the magnetic field.
  • a solar color high-pressure discharge lamp according to another aspect of the present invention.
  • the solar high voltage discharge lamp according to the present invention is driven by the solar arc generator, but instead of the + electrode 31 and the-electrode 32 of the arc generating unit, electricity supply of the high pressure discharge lamp to the position of each electrode.
  • the positive and negative terminals are connected to the second and third terminals 22 and 23 of the winding section, which in this case are also almost similar to the sunlight color in which almost uniform light intensity is obtained in almost all wavelengths of visible light.
  • a high-pressure discharge lamp that emits light can be enabled.

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Abstract

본 발명은 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치에 관한 것으로 고휘도의 아크를 방출할 뿐만 아니라 가까이에 자석을 놓으면 더 높은 휘도를 방출하는 아크를 만들어내는데 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치는, 외부전원을 공급받아 안정적으로 전압을 공급해 주는 전압조절기(1100); 1차측이 상기 전압조절기(1100)에 전기적으로 연결되고, 2차측이 정류기(1210)에 연결된 변압기(1200); 플라즈마가 흐름이 가능하도록 구성되고, 소정의 간격을 두고 설치된 한 쌍의 제2 및 제1 단자부(1311,1321)가 형성된 아크 반응로(1410); 일단이 상기 정류기(1210)의 양극에 연결되고 타단이 상기 제1 단자부(1321)에 연결되는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터(1400); 및 상기 플라즈마가 이동방향에 대하여 수직으로 자계가 형성되도록 상기 아크 반응로(1410)를 중심으로 양측에 배치되고, 양단이 각각 상기 정류기(1210)의 음극과 상기 제1 단자부(1311)에 전기적으로 연결된 직권계자부(1500);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치, 태양광색 아크 발생장치 및 고압 방전등
본 발명은 리액터를 이용한 고열발생장치, 아크 발생장치 및 고압 방전등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터를 이용한 고열발생장치 및 가시광선의 전 주파수대에서 광이 골고루 발생되며 인체에 유해한 X선 등의 광은 억제되는 태양광색 아크 발생장치 및 고압 방전등에 관한 것이다.
일반적인 리액터는 아크방전등에 설치되어 방전등에 큰 관전류가 흐르는 것을 막기 위해 자기누설 철심을 사용하였지만, 자장의 고유 특성상 상당한 양의 자속이 누설되어 버리는 문제점이 있다.
자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터로서, 최근 나선형 전류를 이온수에 공급하여 증기를 발생시켜 동력장치로서 이용하는 장치로서, 한국 특허출원 제1 0-2008-69957호를 우선권주장의 기초로 하는 한국 특허출원 제10-2009-61083호(발명의 명칭: 핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치)가 출원된바 있다.
그러나, 상기 출원에는 발명의 핵심이 제대로 드러나지 않으며, 발명의 특유의 효과를 발휘하기 위해 필요한 필수구성요소가 누락되어 있어, 이에 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터를 이용한 고열발생장치가 필요하게 되었다.
한편, 급격한 산업혁명으로 용접은 간편한 아크용접으로 보급되고 아크의 높은 주파수(X선)에 노출되어 산업 재해를 입을 수밖에 없었다. 산업재해의 종류는 인체에 관련된 것으로 건초염, 활액낭염, 상완 및 전안부의 사과염 등이 발생할 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 아크의 강한 주파수는 단지 용접기사의 방어막(보호면)을 설치하여 산업 재해를 줄여왔을 뿐이다. 즉 종래의 아크는 특정 파정대가 많이 나오고 연속적이지 않는바, 그 이유는 다음과 같다.
원자는 핵, 고정전자와 자유전자로 나누어져있고, 자유전자는 그 원자의 성질을 거의 결정한다. 그 원자에 외부의 전자가 충돌할 때, 자유전자가 그 원자에게서 일정하게 전리되고 일정한 전리에너지를 가진다고 한다. 일정한 전리에너지는 양자역학에서 (수학식 1)과 같이 표현한다.
수학식 1
Figure PCTKR2012008133-appb-M000001
전리하고 남은 에너지는 외부전자의 전압 에너지로 저항의 열로 거의 바뀐다. 자유전자의 일정한 전리에너지는 환원되면서 빛에너지로 방출되는데 파장 λ=c/v 이다.
즉, 일정한 파장과 주파수를 갖는 것이다.
특히 원자들 중에 텅스텐봉은 X선의 파장을 다량 방출한다.
X선의 파장은 100 ~ 0.001 nm 이고, 주파수 (ν)는 3×1015 ~ 3×1020 Hz 이다.
용접 시 아크봉은 고온에 견디어 하므로 텅스텐 봉(녹는점 3387℃)을 사용해야 한다. 그리하여 X 선에 신체는 노출되는 데 그 피해는 신체의 각종 질병으로 건초염. 활액낭염. 상완 및 전안부의 사과염 등이 발생하는 것으로 의학계에는 알려져 있다.
더욱이, 수은 방전등과 같은 고압 방전등도 의학계에서는 유해하다고 알려져 있다.
우리가 보는 형광등은 원래가 250~370nm 이다. 그런데 형광물질을 발라 삼파장 450,540,610......nm가 나오도록 한다. 그리고 고압 방전이 세다고 하더라도 고압 수은등은 250~370nm에서 대역폭이 약간 넓어지는 정도이며, 여전히 파장대는 연속적이지 않다.
그리고, 메탈 할라이드등은 여러 물질을 넣어서 발광하도록 하나, 역시 특정파장의 광이 튀어 나온다.
따라서 방전등을 연구하는 연구자들은 태양처럼 연속스펙트럼이 나오는 방전등을 개발하고자 하나, 아직까지 만족할만한 태양광에 가까운 방전등은 개발되지 않은 상태이다.
다른 한편, 토카막장치가 1950년대 초반 구소련 물리학자 탐(Tamm)과 사하로프(Sakharov) 그리고 미국의 스피쳐(Spitzer)에 의해 고안되었다. 토카막이란 러시아어의 합성으로 토로이드 자기장 구멍이란 뜻이다.
도 6a에서 토로이드 내부 자기장, 즉 토로이달 자기장 Bt는 거리에 반비례한다. 즉 토로이드 내부에서 바깥쪽으로 갈수록 약해진다.
이온상태, 즉 전하를 띤 입자들이 모여 있는 하전입자 집합을 플라즈마라 한다. 토카막 내부에서 운동하는 플라즈마는 자기장 내에서 운동하는 전하가 받는 힘인 로렌츠 힘을 받는다. 로렌츠 힘에 의해 양의 전하인 경우 운동방향에서 자기장 방향으로 나사를 돌렸을 때 나사가 진행하는 방향으로 힘을 받고, 음의 전하인 경우 반대방향으로 힘을 받는다. 결국 토로이드 자기장과 토로이드 평면에 수직인 방향으로 힘을 받아 벽에 부딪친다. 플라즈마가 벽에 부딪치지 않기 위해 토로이달 자기장의 방향을 나선모양으로 만들어야 한다. 나선모양의 자기장 Bs을 만들기 위해서 토로이달 자기장에 회전변위를 주면, 회전변위를 주는 자기장을 폴로이달 자기장 Bp라 한다. 이렇게 하면 플라즈마는 일정부위에서 상하운동을 반복하게 된다. 이 회전변위를 주는 방식에 의해 토로이드는 여러 종류로 나뉘게 되며 스텔라레이터, 헬리오트론, 톨사트론, 토카막 등이 있다.
토카막은 도 6a에서와 같이, 변압기원리를 응용하여 1차코일에 펄스전류를 흘려주어 토카막 내부에 원형 토로이드방향으로 강한 유도 전기장을 형성시킨다. 이 유도 전기장에 의해 핵융합 연료가 플라즈마로 분리되고 토로이드 방향으로 회전하여 전류가 된다. 전류가 흐를 때 전류 주위로 원형 자기장이 생기므로 폴로이달 자기장을 생성한다. 이 폴로이달 자기장과 토로이달 자기장의 합으로 그림에서와 같이 나선형 자기장이 생성된다.
Bs(나선형 자기장) = Bp(폴로이달 자기장; 회전변위) + Bt(토로이달 자기장)
플라즈마에 흐르는 전류에 의해서 회전변위뿐 아니라, 자기우물, 자기단층을 형성시켜 플라즈마를 안정화하고, 가열시키게 된다. 토카막 초기단계에선 그리 주목받지 못했으나 1968년에 발표된 T-3와 TM-3판은 획기적인 결과를 보였다. 이후 계속적인 연구가 진행 중이다.
토카막은 플라즈마를 초고온으로 만들어 핵융합을 일으키는데 사용된다. 핵융합을 위해서는 온도는 1억도, 밀도는 1입방센티미터당 100조개의 초고온 플라즈마를 약 1초 동안 용기에 밀폐해야 한다. 그러나 초고온 플라즈마의 불안전성으로 인해 지금은 계속적인 연구개발을 하고 있으며, 일본의 JT-60U 토카막, 유럽연합의 유럽 공동연구 토러스(JET), 독일의 ASDEX-U, 미국의 DIII-D 등이 있다. 국내에서도 카이스트에 소형 토카막인 KAIST-TOKAMAK이 있다.
참고로, 토카막의 원리 및 본원발명의 원리를 더욱 잘 이해하기 위하여, 토로이달 자기장(toroidal magnetic field)의 원리에 대하여 설명하면, 전선에 전류를 흘리면 전선 주위로 자기장이 형성되며, 이 자기장의 형성을 효과적으로 만들기 위해 전선을 원형으로 감게 되는데 직선 원통 형태로 감은 것을 솔레노이드(solenoid), 원형 원통으로 감은 것을 토로이드(toroid)라 한다. 이상적인 경우 토로이드 내부에는 자기장이 형성되지만 외부에는 자기장이 0이다.
즉, 도 6b에서, 원형으로 전선을 N번 감은 토로이드에 전류 I를 흘리게 되면 토로이드 내부에 자기장 B는 자기장과 전류 사이의 관계식인 암페어의 법칙을 사용하여 다음과 같은 식이 된다.
B=μ 0 N·I/2πr
여기서 μ0는 자유공간 투자율이라고 불리는 상수이며 다음과 같이 정의된다.
μ 0 =4π10 -7 [Wb/A·m]
여기서 Wb(Weber)는 웨버라고 하는 자기장의 단위이고, A는 전류의 단위 암페어, m은 길이 단위 미터이다.
이 식에서 보듯이 토로이드 내부의 자기장의 세기는 중심으로부터 거리 r에 반비례한다. 그러나 대부분의 경우에 토로이드 내부에서 자기장이 일정하다고 가정하며, 그 조건은 토로이드 중심에서 토로이드 내부까지 거리 r이 토로이드 반경 a보다 커야 한다. 또 r이 a보다 클수록 외부에 자기장이 없으며 토로이드 내부에도 균일한 자기장이 형성된다. 이 때 자기장의 방향은 전류가 흐르는 방향으로 나사를 돌렸을 때 나사가 진행하는 방향이며 원형을 그리며 토로이드를 돌게 된다.
토로이드는 회로에서 인덕터로 사용하게 되어 유도리액턴스를 갖는다. 일반적으로 토로이드는 솔레노이드보다 높은 인덕턴스(단위: 헨리[H])를 갖는다. 보통 인덕턴스를 높이기 위해 높은 자기투자율을 가진 물질을 중심에 넣는다. 또한 토로이드를 변형하여 토카막을 만들며 핵융합장치로 이용한다.
한편, 폴로이달자기장 (poloidal magnetic field) 이란, 토러스형 플라즈마 밀폐 자기장의 구성으로서 플라즈마 단면 내에 있는 자기장의 성분을 말한다. 예를 들면 원형 단면 토카막의 경우, 플라즈마 전류를 Ip, 반경을 α라 하면 폴로이달 자기장의 크기 Bp는 Bp＝μ0Ip/(2πα)로 주어진다. μ0는 진공의 투자기율이다. 폴로이달 자기계라고도 한다.
다시 정리하자면, 토카막의 원리는 자기장 속에서 움직이는 전기를 띤 입자에 작용하는 로렌츠 힘(Lorentz force)을 바탕으로 한다. 토카막 속의 플라스마는 원자핵과 전자가 분리된 상태이므로 전기를 띤 입자, 즉 하전 입자의 상태이다. 하전 입자는 자기장과 입자의 속도에 수직한 방향으로 로렌츠의 힘을 받으므로 도 6c에서와 같은 나선형의 궤적으로 움직인다.
즉, 도 6c의 평행한 자기장에서 하전입자의 운동을 바로 위에서 본 도 6c의 좌측 도면 (a) 및 옆에서 본 도 6c의 우측 도면 (b) 에서와 같이 움직이는바, 도넛 모양의 자기장을 만들면 내부의 하전 입자는 자기장 내부를 빙글빙글 돌면서 갇혀있게 되며, 이것이 플라스마를 가두는 토카막의 기본적인 원리이다.
다만, 실제의 토카막에서는 단순히 도넛 모양의 자기장을 만드는 자석뿐 아니라 여러 가지 자석을 이용해서 내부의 플라스마가 잘 유지되도록 제어해줄 필요가 있으며, 토카막에서 도넛 모양의 자기장을 만드는 것을 TF(Toroidal Field) 자석, 플라스마를 제어하는 자석을 PF(Poloidal Field), 플라스마 전류(플라즈마 자체가 운동하면서 생성되는 전류)를 구동하는 자석을 CS(Central Solenoid) 자석이라고 한다.
결국, 실제 토카막 장치에서 전하를 띤 플라즈마 입자들은 도 6d에서 보는 바와 같이, 토카막 내에서 나선형으로 움직이면서 상하 방향으로 오르락내리락 하면서 갇혀 있게 된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국 특허출원 제1 0-2009-61083호 (출원공개: 제2010-9408호)(발명의 명칭: 핵융합반응기 및 이를 이용한 보일러장치)
본 발명은, 기존의 안정기나 히터의 단점을 보완하며, 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치를 제공하기 위한 것으로, 아크방전등의 안정기와 같은 높은 온도를 발생하는 히터에도 사용된다.
이상에서 보는 바와 같이, 지금까지의 아크리액터는 아크 색을 더 좋아지게 하는 방법에 대한 연구가 없었으며, 아크의 높은 주파수 인공광원은 심리적·신체적 건강 측면에서 좋지 않을 뿐만 아니라 심리적 불안정을 야기하며 산업재해까지 이르게 하는 것으로 알려져 있다.
또 한편으로, 종래의 수은 방전등을 포함한 고압 방전등의 경우에도 역시 특정 파장대의 유해광선의 영향으로 인하여 의학계에서는 유해하다고 알려져 있으나, 이에 대한 대책이 없는 실정이다.
또한 본 발명은, 상기 종래기술의 토카막 장치의 원리를 응용하여 토로이달과 폴로이달 결선 방식을 이용한 태양광 색 아크 리액터를 개발하는 것이 목적인바, 즉 철선이 포함된 전선으로 하여금 토로이달 방향과 폴로이달 방향 결선으로 전류를 자화시키는 방식을 사용하며, 이 방식으로 장치를 제작하여 시험 분석한 아크 색의 분석 결과, 유해한 높은 주파수 대의 광선이 거의 없고 대부분 가시광선 대의 주파수의 광을 만들어 내는 것을 확인했다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치는, 외부전원을 공급받아 안정적으로 전압을 공급해 주는 전압조절기(1100); 1차측이 상기 전압조절기(1100)에 전기적으로 연결되고, 2차측이 정류기(1210)에 연결된 변압기(1200); 플라즈마가 흐름이 가능하도록 구성되고, 소정의 간격을 두고 설치된 한 쌍의 제2 및 제1 단자부(1311,1321)가 형성된 아크 반응로(1410); 일단이 상기 정류기(1210)의 양극에 연결되고 타단이 상기 제1 단자부(1321)에 연결되는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터(1400); 및 상기 플라즈마가 이동방향에 대하여 수직으로 자계가 형성되도록 상기 아크 반응로(1410)를 중심으로 양측에 배치되고, 양단이 각각 상기 정류기(1210)의 음극과 상기 제1 단자부(1311)에 전기적으로 연결된 직권계자부(1500);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 직권계자부(1500)의 입력 측에는 또 다른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제2 리액터(1430)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터는, 코일형으로 권취된 권선으로, 최종권선의 끝단이 코일형 권선의 중심부에 끼워지되, 권선의 시작단쪽에서 끝단쪽으로 끼워지게 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터는 코일형으로 권취된 권선에 도넛 형태로 또다시 권취되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터는 코일형으로 권취되어 이루어지되, 각 권선이 트위스트가 되도록 권선의 바깥쪽에서 안쪽으로 권취하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제2 및 제1 단자부(1311,1321)는 각각, 세라믹관(1312,1322) 내부에 설치된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 고열발생장치는 소각로, 보일러 또는 증기터빈으로 사용가능하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따른 태양광색 아크 발생장치는, 교류 전원 혹은 직류 전원 공급부에 접속되며 교류유도 리액턴스를 최대화하고 직류저항을 최소화시킨 권선부(20); 및 상기 권선부의 일측에 접속되는 아크 발생부(30); 를 포함하되, 상기 권선부(20)는, 8자형 코일부(200)와, 상기 8자형 코일부의 좌우 환형 고리(201,202)를 관통하는 결합 도우넛형 코일부(300)로 이루어지며, 상기 8자형 코일부(200)와 상기 결합 도우넛형 코일부(300)의 각각은, 적어도 하나의 꼬임선 뭉치로 이루어지되, 각 꼬임선 뭉치는 적어도 2개의 꼬임선이 꼬여서 이루어지며, 상기 꼬임선은 적어도 하나의 전선으로 이루어짐으로써, 상기 권선부(20)는 가급적 짧은 길이의 전선으로 가급적 많은 토로이달 및 폴로이달 자기장을 형성하여, 교류유도 리액턴스 및 직류저항을 가급적 작게하는 출력을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 교류전원을 직류로 변환하는 정류회로부(10)를 더 포함하며, 상기 권선부(20)의 일측이 상기 정류회로부(10)의 일측에 접속되며, 상기 권선부(20)의 타측과 상기 정류회로부(10)의 타측 사이에 전자석(40)이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 권선부(20)는 단일 도우넛형 코일부(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 각 코일부의 각각은, 복수개의 꼬임선 뭉치들로 이루어지되, 각각의 꼬임선 뭉치들이 상호 동일한 방향으로 꼬여있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 꼬임선은 상기 정류회로부에 병렬로 접속된 복수개의 전선이 상호 동일한 방향으로 꼬여있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 전선은 철선과 동선이 단일 피복체 내에서 상호 동일한 방향으로 꼬여있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따른 태양광색 고압 방전등은, 상기 태양광색 아크 발생장치에 의해 구동되며, 상기 아크 발생부(30)의 전극 대신, 상기 전극의 위치에 고압 방전등의 전기 공급 단자가 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 간단한 구성으로 나선형 전류를 만들어 낼 수 있기 때문에, 이에 따른 회전수의 증가로, 보다 높은 발열 효과를 얻을 수 있다.
둘째, 자기력을 통하여 플라즈마의 회전속도가 높은 각속도까지 끌어올려 고온을 만들 수 있기 때문에, 어떠한 물질도 소각할 수 있어, 고열발생장치로 활용할 수 있다.
셋째, 아크방전등에 적용한다면 연속스펙트럼인 백색광의 아크방전등을 기대할 수 있다.
넷째, 적은 입력으로 휘도가 높은 고열을 얻는데 에너지 효율 면에서도 유리하다.
또한, 본 발명의 태양광색 아크 발생장치에 따르면, 유해한 높은 주파수가 거의 없고 대부분 가시광선의 주파수 대의 아크를 만들어 내는 장치를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
본 태양광 색 아크 리액터는 태양광 색으로 발광하여 용접기사의 신체에 산업재해를 주는 유해광선이 거의 없는 광색을 발산하여 피해를 줄일 수 있으며, 또한 수은 방전등과 같은 고압 방전등의 경우에도 유해광선의 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 고열발생장치와 관련된 직류직권 전동기 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 고열발생장치의 실시예에 따른 직류직권 전동형식을 이용한 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 고열발생장치에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터의 제1 변형예를 보여주기 위한 사시도.
도 4는 본 발명의 고열발생장치에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터의 제2 변형예를 보여주기 위한 사시도.
도 5는 본 발명의 고열발생장치에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터를 이용한 고열발생장치의 실증실험의 사진.
도 6a는 본 발명의 태양광색 아크발생장치와 관련된 토카막의 원리를 보여주는 도면
도 6b는 토로이달 자기장의 형성 원리를 보여주는 도면
도 6c는 평행한 자기장에서 하전입자의 운동을 보여주는 도면
도 6d는 토카막 내에서 플러즈마 하전 입자가 나선형으로 운동하는 모습을 보여주는 도면
도 7은 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예에 따른 태양광색 아크 발생장치의 전체 회로도
도 8a는 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부의 개략모형도
도 8b는 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부의 꼬임방식을 설명하는 개략도
도 9a는 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부의 실제 정면 사진
도 9b는 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부에서 8자형 코일부와 도우넛형 코일부를 벌려놓은 상태의 실제 사진
도 9c는 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부의 실제 평면 사진
도 9d는 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부의 각 꼬임선뭉치들의 실제 상세 사진
도 10은 본 발명의 아크발생장치의 일 실시예에 따른 태양광색 아크 발생장치의 연속스펙트럼 분석 결과물
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 고열발생장치에 사용되는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터는, 자기누설철심이 없고 자기장을 버리지 않고 전류를 자화시켜 자기장 충돌에너지를 아크방전에 첨가시킴으로서 효율을 높인 것이 특징이다.
본 발명에 사용되는 리액터는, 먼저 도넛 형태로 도선을 감는다. 감은 횟수는 많을수록 좋으나 너무 많으면 저항도 커져 리액터의 성질을 잃게 된다. 도넛 방향으로 감는 것을 T(톨로이달)권선(460)이라고 명명한다. 그리고 T권선에 수직하게 T권선 위로 감는 권선을 P(폴로이달)권선(420)이라고 명명한다. 이러한 리액터는 철심이 없다는 것이 특징이다.
일반 링형 리액터는 도넛 형태의 철심을 갖고 있고 교류에서만 리액터 성질을 갖는다. 그러나, 본 발명의 아크방전의 리액터는, 직류에서도 리액터 성질을 갖는바, P권선의 전류에 자기장이 저장이 되어 리액터 성질을 갖게 된다. 원인은 T권선의 전류는 P방향 자기장을 만들어내는 것이다. P권선의 전류는 자석 성질을 띠게 되고 P권선에서 나온 양이온 전류를 T권선에서 나온 음이온의 전류와 아크방전을 시키면 전기적인 에너지인 방전만 나오는 것이 아니라 저장되어 있던 자기장의 NS충돌에너지가 나온다.
따라서, 본 발명에 사용되는 리액터의 방전은, 일반 아크방전의 선 스펙트럼과 달리 연속 스펙트럼을 방출하게 된다는 것이 특징이 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 리액터의 방전은, 자석을 가까이에 두게 되면 DC모터의 성질과 비슷하게 역기전력을 일으켜서 회전속도가 높아지므로 강열한 연속스펙트럼을 내게 된다는 것이 특징이 있다.
빛은 에너지에 비례하여 밝아지는 흑체(온도) 복사만 있는 것이 아니라. 원자와 전자의 충돌에 의한 루미네선스도 있다. 그래서 본 발명의 방전이 에너지 보존법칙에 어긋난 것임이 아님을 확실하게 선을 긋고 싶다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 사용되는 리액터는, 도넛 형태로 여러 번의 T권선에 그 위로 수직하게 P권선을 여러 번 감는 철심이 없는 리액터이다. 본 발명에 사용되는 리액터는, T권선에 흐르는 전류는 P방향으로 자기장을 발생하고 다시 P방향으로 전류가 흐를 때 이전의 P방향 자기장에 영향을 받아 나선형 전류를 형성하게 된다. 이러한 나선형전류는 아크방전을 일으키면 아크방전에서 자석성질을 갖고 있다. 일반아크와 달리 방출되는 빛이 백색광이 많이 나온다는 것이 특징이 있다.
그리고 자석을 가까이에 하면 직류모터의 원리와 비슷하게 역기전력이 발생하여 자석성질의 아크방전은 강렬한 회전을 일으키고 빠른 회전에 높은 온도의 빛을 방출하게 되는 것이다. 이것이, 높은 휘도를 방출하는 아크라는 특징이다.
먼저, 도 1은 본 발명과 관련된 직류직권 전동기 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 직류직권 전동기(1000)의 구성은, 외부전원을 공급하기 위한 전압조절기(1100), 전압조절기(1100)로부터 공급받은 교류를 직류로 변환하여 공급을 할 수 있도록 정류기(1210)가 구비된 변압기(1200)와, 아마추어가 회전하도록 구성된 회전자(1440), 상기 직류를 공급받아 정류자에 보내주는 브러쉬(1350), 및 직권전동방식으로 브러쉬로부터 아마츄어에 전류을 공급하는 정류자(1330)에 자계를 형성시켜 주는 직권계자부(1500)를 포함한다.
이를 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
전압조절기(1100)는 외부로부터 전압을 공급받아 일정 전압으로 변압기(1200)에 공급한다. 이러한 전압조절기(1100)는 안정된 전압뿐만 아니라 전압의 세기를 조절하기 위한 것으로서, 통상적으로 슬라이닥스라고 알려진 전압조절기를 이용한다.
변압기(1200)는 전압조절기(1100)로부터 1차 측으로 외부전압을 공급받는다. 그리고, 외부전압을 승압시켜 2차 측으로 출력한다. 이때, 변압기(1200)의 2차 측에는 직류를 이용할 수 있도록 정류기(1210)가 연결된다.
정류기(1210)에는 양극과 음극에 각각 후술하게 될 아마추어(1440)와 직권계자부(1500)가 전기적으로 연결되게 되는데, 이에 대해서는 이들 아마추어(1440)와 직권계자부(1500)의 설명 시, 보다 상세하게 설명하기로 한다.
(고열발생장치의 실시예)
도 2는 본 발명의 고열발생장치의 바람직한 실시예에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터을 이용한 고열발생장치(1000')의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 구성요소 중 도 1의 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 그대로 사용하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 상기 실시예에 따른 고열발생장치(1000')는, 직권계자부(1500)에 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터(1400) 및/또는 제2 리액터(1430)를 더 구비한다. 이때, 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400,1430)는 단자부(1311)와 직권계자부(1500) 사이에 위치하도록 설치한다. 즉, 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터(1400)는 입력 측에 정류기(1210)가 연결되고 출력 측에 제1 단자부(1321)가 전기적으로 연결되며, 제2 리액터(1430)는 입력 측에 제2 단자부(1311)가 전기적으로 연결되고, 출력 측에 직권계자부(1500)가 전기적으로 연결되게 되는 것이다.
이에 따라, 본 발명의 상기 고열발생장치(1000')는 직권계자부(1500)에 보다 강한 자기력이 발생하게 되고, 이에 따라 아크 반응로(1410)에 가해진 유도전류의 자기력을 한층 더 크게 할 수 있게 된다.
아크 반응로(1410)는 고열에도 증발하지 않는 플라즈마를 공급하고 주변을 고온으로부터 파괴되는 것을 막는 단열재 역할도 한다. 또한, 아크 반응로(1410)의 내부에는 플라즈마를 매개로 통전이 가능하도록 한 쌍의 제2 및 제1 단자부(1311,1321)가 구비된다.
그리고, 각 단자부(1311,1321)는 절연과 단열이 가능한 재질, 예를 들어 세라믹관(1312,1322)으로 감싸주게 된다. 이는 단자부(1311,1321)가 아크 반응로(1410)에 접촉함에 따라 화상이나 전기사고로 이어지는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하기 위함이다. 뿐만 아니라 전류가 아크 반응로(1410)의 바깥쪽으로 누전되는 것을 차단하는 역할을 함께 한다.
이러한 아크 반응로(1410)는 각 단자부(1311,1321)에 전원이 공급됨에 따라 출력 측의 단자부(1311)에서 아크가 형성되게 된다.
아크 반응로(1410)의 내부에 표시된 화살표는 각 단자부(1311,1321)에 전원이 공급으로 아크 반응로(1410) 내에서 생성된 플라즈마 흐름을 나타낸다.
자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400,1430)는, 회전(나선형)전류를 형성하기 위한 것으로서, 전선을 코일형태로 감아 제작한다. 이때, 사용되는 전선으로는 일반전선을 이용할 수도 있으나, 단열 및 절연, 자화효과를 높이기 위하여 비닐절연 니켈 또는 상자성체의 전선을 이용하는 것이 바람직하다. 현재는 그러한 자재가 없어 비닐절연 철도선을 사용하였다.
또한, 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400, 1430)는 회전(나선형)전류의 세기를 높이기 위하여 코일로 권취된 상태에서 그 단부를 다시 도넛 형태로 감아서 제작한다. 즉, 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(400,430)는 코일형상의 큰 링 형태로 전선을 감은 다음, 그 권선의 단부로부터 다시 이 링에 수직인 형태로 작은 링이 코일형태로 감겨지게 하여 제작된 것이다.
이와 같이 이루어진 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터(1400)는 입력측이 상기 정류기(1210)의 양극에 연결되고, 출력측이 상기 제1 단자부(1321)에 연결되며, 제2 리액터(1430)는 출력측이 상기 직권계자부(1500)에 연결되고, 입력측이 상기 제2 단자부(1311)에 연결된다.
직권계자부(1500)는 제1 및 제2 계자극(1510,1520)을 갖는 일종의 계자(Field System)로, 이들 제1 및 제2 계자극(1510,1520)은 아크 반응로(1410)를 중심으로 서로 마주보게 설치되고 직렬로 권선된다. 그리고, 제1 계자극(1510)은 상기 정류기(1210)의 음극에, 그리고 제2 계자극(1520)은 상기 단자부(1311)에 전기적으로 각각 연결된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고열발생장치(1000’)는, 상술한 바와 같이, 전압조절기(1100)를 통해 공급된 전원이 변압기(1200)에서 승압되어 직류로 변환된다. 특히, 이 직류는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400,1430)에서 나선형 전류(회전전류)형태로 아크 반응로(1410)에 공급되고, 플라즈마를 매개로 이 나선형 전류는 다시 직권계자부(1500)에 의해 자계 형성에 이용된다.
따라서, 아크 반응로(1410)에 흐르는 전류가 직류직권전동기의 아마츄어(코일에 흐르는 전류)에 해당하고, 그리고 아크 반응로(1410)의 단자부(1311)와 직권계자부(1500)를 직렬로 연결한 구성이기 때문에, 본 발명의 고열발생장치(1000’)는, 직류직권 전동형식으로 연결된 구조를 갖게 되는 것이다.
특히, 본 발명의 고열발생장치(1000’)는 자석성질의 아크방전 회전수가 "수많은"인 상태로 바꾼다. 이런 원리는 역기전력 때문에 발생하는 것으로 일반적으로 모터들은 부하가 걸리지 않으면 회전수가 정격속도가 된다. 그러나 직류직권 전동기는 정격속도가 무구속 속도까지 되어 무부하시 모터가 파괴된다고 알려져 있다.
그 원리를 간단히 설명하자면, 무부하시 교류모터는 입력전력의 주파수에 대해 역기전력이 발생하여 주파수 속도만큼만 회전하게 되고 직류모터는 브러쉬와 정류자 사이에서 교번으로 바뀌어 전류의 관성에 의해 아마츄어에 들어오는 자기장에 대해 반대로 역기전력이 발생한다. 입력전력은 무부하시 거의 없을 정도가 이루어진다. 그러나 회전을 못하면 역기전력이 없어져 전류가 많이 흘러 모터가 과열되어 절연피막이 타는 것이다. 이러한 직류직권모터의 성질 속에 무부하시 입력전류가 초기전류에 비해 줄어들어 안정적이다. 즉 정격전압에 무부하 상태로 운전하는 직류직권 모터는 무구속 속도(Run away Speed) 상태가 되어 아마추어의 회전이 무한하게 커지게 되는 것이 회전은 불안한 것이 상식으로 알려져 있고, 이때 입력전력은 줄어들어 전력은 안정적이다. 사실 원자의 크기는 [m]로 토크도 거의 [nm]로 원자의 공간은 마찰력도 거의 없다. 그래서 회전할 때 마찰저항이 없는 것이 무구속 속도 상태가 된 것이다.
<자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터의 제1 변형예>
도 3은 본 발명에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터의 제1 변형예를 보여주기 위한 사시도이다.
본 발명의 제1 변형예에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400')는, 코일형으로 권선하여 이루어지게 된다. 이때, 코일형태로 권선된 끝단부가 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400')의 시작단쪽으로부터 다시 끼워지도록 한 것이다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400')는, 스프링과 같은 형태로 권취된 자기장권선부(1460)와, 이 자기장권선부(1460)에 수직으로 권취되는 전기장권선부(1420)로 구성된다. 특히, 전기장권선부(1420)는 자기장권선부(1460)의 끝단으로부터 시작되며, 자기장권선부(1460)를 감싸면서 도 3에서와 같이, 그 중심으로 끼워지도록 권취된다. 이때, 전기장권선부(1420)는 자기장권선부(1460)가 처음 권취되는 시작위치로부터 끼워지게 된다.
한편, 도 3에서는 전기장권선부(1420)가 1회 감겨진 것으로 설명하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 수회~수 만 회까지도 권취가능하다.
<자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터의 제2 변형예>
도 4는 본 발명에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400”)의 제2 변형예를 보여주기 위한 사시도이다.
본 발명의 제2 변형예에 따른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400')는, 각 권선을 트위스트 형태로 꼬아서 제작하게 된다. 즉, 나선형 전류생성기인 리액터(1400")는 도 4의 (a)와 같이, 제1 권선(W1)을 코일 형태로 감는다. 그리고, 제2 권선(W2)은 도 4의 (b)와 같이 제1 권선(W1)의 외부에서 내부로 끼워지도록 권취한다. 이때, 제2 권선(W2)은 제1 권선(W1)의 절반을 외부에서 감싸게 하고 나머지 절반이 제1 권선(W1)의 안쪽을 감싸도록 권취한다. 그리고, 제3 권선(W3)은, 도 4의 (c)와 같이, 제2 권선(W2)의 외측을 감싸면서 다시 제2 권선(W2)의 내측으로 권취된다. 이에 따라, 제1 권선(W1)은 제2 권선(W2) 및 제3 권선(W3)을 감싸주고, 제3 권선(W3)은 제1 권선(W1) 및 제2 권선(W2)을 동시에 감싸주게 되는 것이다. 이때, 나중에 권취되는 권선은 권취되는 방향으로, 예를 들어 권선의 직경만큼 이동한다. 즉, 제2 권선(W2)은 제1 권선(W1)의 겹치는 부분의 앞쪽에서 시작하고, 제3 권선(W3)은 제2 권선(W2)의 겹치는 부분의 앞쪽에서 시작하도록 각 권선을 권취하는 것이다.
이와 같이 권취되는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400")는, 도 4에서와 같은 방법으로 권취를 반복함에 따라 각 권선이 가상의 코일 직경에 대하여 한번씩 꼬인 트위스트 형태로 제작된다. 그리고, 제1 권선(W1)의 직경이 각 권선이 반복하여 바깥쪽에서 안쪽으로 끼워져서 권취되기 때문에 그 직경은 점차 줄어들게 된다. 결국, 자석성질의 아크방전을 만들어내는 리액터(1400')는, n번째 권수를 권취하게 되면, 이 n번째 권수는 코일 형상의 중심축 상에 위치하는 형태로 권취하는 것도 가능하게 된다.
도 2에서 상기 직권계자부(1500)의 횡축으로의 화살표는 플라즈마의 흐름방향으로서, 불꽃반응에 의하여 상변환된 아크플라즈마의 흐름을 함께 표시하였다.
이러한 제2 실시예의 변형예의 고열발생장치(1000’)도 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 직류직권전동방식으로 연결되어 있음은 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
(태양광색 아크 발생장치의 실시예들)
한편, 이제 본 발명의 다른 측면인 태양광색 아크 발생장치에 대하여, 도 7 내지 도 10을 참조하여 상술한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광색 아크 발생장치의 전체 회로도이고, 도 8a는 상기 권선부의 개략모형도이며, 도 8b는 상기 권선부의 꼬임방식을 설명하는 개략도이다.
도 9a 내지 도 9d는 각각, 본 발명의 일 실시예의 태양광색 아크 발생장치의 권선부의 실제 정면 사진, 권선부에서 8자형 코일부와 도우넛형 코일부를 벌려놓은 상태의 실제 사진, 권선부의 실제 평면 사진 및 권선부의 각 꼬임선뭉치들의 실제 상세 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광색 아크 발생장치의 연속스펙트럼 분석 결과물이다.
먼저, 도 7 내지 도 8b를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광색 아크 발생장치의 전체 회로도를 설명한다.
먼저, 도 7 및 도 8a에서 보는 바와 같이, 본 발명의 아크 발생장치는, 일례로 220V 교류 상용전원에 접속되어 이를 직류로 전환하는 브릿지 다이오드(10)와 같은 정류회로에 접속된 본 발명 특유의 권선부(20)가 아크발생부(30)에 특이한 형태로 자화된 전류의 공급에 의하여 이루어진다 (제1 실시예).
제2 실시예로서, 브릿지 다이오드의 일측 단자에 전자석(40)이 삽입 연결되어질 수도 있다.
상기 권선부(20)는, 제1 실시예로 기본적으로 8자형 코일부(200)와 상기 8자형 코일부의 좌우 환형 고리(201,202)를 관통하는 결합 도우넛형 코일부(300)로 이루어지며(제1 및 제2 실시예의 본 실시예), 여기에 추가적으로 상기 8자형 코일부의 일측 환형 고리(201 혹은 202)와 동일한 단일 고리 형태를 취하는 단일 도우넛형 코일부(100)가 추가되기도 한다(제1 및 제2 실시예의 제1 변형예).
그리하여 브릿지 다이오드(10)의 +극(11)에 권선부(20)의 제1 단부(21)가 접속되며, 제1 및 제2 실시예의 본 실시예에서는 8자형 코일부(200)를 통과하여 혹은 제1 및 제2 실시예의 제1 변형예에서는 단일 도우넛형 코일부(100) 및 8자형 코일부(200)를 통과하여 권선부(20)의 제2 단부(22)를 통해 아크발생부(30)의 +극(31)에 접속되어 진다.
한편, 아크발생부(30)의 -극(32)은 권선부(20)의 제3 단부(23)에 접속되며, 결합 도우넛형 코일부(300)를 통과하여 권선부(20)의 제4 단부(24)를 통해, 제1 실시예에서는 브릿지 다이오드(10)의 -단자(12)에, 그리고 제2 실시예에서는 전자석(40)의 N극(41) 및 S극(42)을 통해 브릿지 다이오드(10)의 -단자(12)에 접속되어 진다. 미설명부호 '31a' 및 '32a'는 각각, +극 및 -극의 전극침을 나타내며, '30a'는 일측 전극침에서 타측 전극침으로 향하는 아크가 전자석(40)에 의해 휘돌아가는 형태의 아크를 나타낸다.
도 8a의 원문자 숫자는 최적 실시예인 제2 실시예의 제1 변형예에서 전류 흐름의 순서를 원문자 ①에서 부터 ⑨까지로 나타내고 있다.
이제 도 8b를 참조하여 각 코일부(100, 200, 300)에 대하여 더 상세히 설명한다. 각 코일부는 도 8b에서 보는 바와 같이 하나 이상의 꼬임선 뭉치로 이루어지는바, 일예로 단일 도우넛형 코일부(100)는 적어도 하나의 꼬임선 뭉치(110 혹은 120)로 이루어진다. 도 8b의 경우에는 두 개의 꼬임선 뭉치(110, 120)로 이루어져 있는바, 만약 2개 이상의 꼬임선 뭉치로 이루어지는 경우에는, 도 8b에서 보는 바와 같이 각 꼬임선 뭉치(110, 120)도 상호 동일한 방향으로 꼬여있도록 한다.
아울러, 각 꼬임선 뭉치(110 혹은 120)는 적어도 7개의 꼬임선으로 이루어지는바, 예를 들어 단일 도우넛형 코일부(100)가 두개의 꼬임선 뭉치로 이루어질 경우, 제1 꼬임선 뭉치(110)는 적어도 제1 꼬임선(111)과 제2 꼬임선(112)으로 이루어지며, 혹은 제2 꼬임선 뭉치(120)는 적어도 제1 꼬임선(121)과 제2 꼬임선(122)으로 이루어진다. 각 꼬임선의 꼬임방향 역시 상기 꼬임선 뭉치들의 꼬임방향과 동일하다.
아울러, 각 꼬임선은 하나 이상의 전선으로 이루어지며, 경우에 따라서는 두 개 이상의 전선이 병렬로 연결되도록 하여도 좋다. 이 경우에는 각 전선이 브릿지 다이오드의 단자에 병렬로 접속되어 지도록 한다. 가급적 많은 개수의 전선이 병렬로 접속되어지도록 하는 것이, 동일 조건 하에서 전류량을 많게 하므로 바람직하나, 너무 많은 개수의 전선이 병렬 접속되는 경우에는 꼬임이 원할하지 못하고, 아울러 병렬회로의 접속도 어려움이 따르므로, 4개 혹은 8개의 전선이 하나의 꼬임선을 이루도록 하는 것이 바람직하다 (이 경우 전체 전류는 일례로 10~50A 정도이다). 이때 각 전선 역시 동일한 방향으로 꼬여있는 것이 바람직하다.
추가적으로 각 전선은 하나 이상의 동선과 하나 이상의 철선이 피복전선에 내장되는 일명 삐삐선이 가장 바람직한바, 이는 종래기술에서 상술한 바와 같이 동선의 꼬임 및 환형 구조에 의해 발생한 자력이 철선을 타고 유도되면서 또다른 유도 기전력을 발생시키고, 이들이 상호작용을 함으로써 보다 향상된 기전력을 발생시킬 수 있기 때문이다.
따라서, 전선이나, 꼬임선 혹은 꼬임선 뭉치의 꼬임에 의해 폴로이달 자장이 발생하며, 8자형 혹은 도우넛형 코일부의 구조에 의해 토로이달 자장이 발생하며, 이들이 상호작용을 일으키게 된다.
아울러, 꼬임선들의 꼬임은 토로이달 자장을 형성하는데 충분한 정도로 1피치의 꼬임에 3cm가량이 바람직하며, 8자형 혹은 도우넛형 코일부의 구조에 의해 토로이달 자장이 발생하면서 이들이 상호작용을 일으킴에 있어, 최소한의 전선 길이로 최대한의 효과를 얻기 위해서는 전선의 길이를 짧게 하면서 환형의 구조가 최대한 많이 생기도록 하는 것이 좋다.
도 9a 내지도 9d는 가장 바람직한 실시예의 실제 권선부의 사진이다. 도 8b에서 보듯이, 본 최적 실시예에서는 8가닥의 전선 (각 전선은 3개의 동선과 4개의 철선이 단일 피복부 내에 있는 삐삐선을 사용하였다) 이 하나의 꼬임선을 이루고, 다시 4개의 꼬임선이 꼬이면서 (즉, 32개의 전선이 하나로 꼬이면서) 하나의 꼬임선 뭉치(110)를 이루며, 20개 내지 30개의 꼬임선 뭉치가 꼬이면서 각 코일부를 이루고 있다. 그리하여 권선부의 장방향이 80cm 정도에 불과함에도, 꼬임선 (각 전선) 의 길이는 대략 200m이고, 따라서 각 전선 마다 20000cm/3cm ≒ 6667 회 정도의 꼬임이 발생되며, 이들이 상호 작용하면서 무수히 많은 토로이달 및 폴로이달 권선을 이루고 있다.
이와 같이 최대한 짧은 길이의 전선으로 최대한 많은 토로이달 및 폴로이달 자기장을 형성함으로써, 출력은 특이한 형태의 전기장 및 자기장을 이루게 되며, 교류유도 리액턴스 및 직류저항을 최소화시킨 출력을 가능하게 하므로써, 이를 이용하여 아크를 발생시킬 때에 도 10에서 보는 바와 같이, 모든 가시광선 영역에서 거의 동일한 출력을 얻을 수 있는 태양광에 가장 가까운 인조광선인 태양광색 아크의 발생이 가능하게 된다.
참고로, 토로이달과 폴로이달 권선의 원리를 설명하면, 도 7 내지 도 9d에서, 토로이달과 폴로이달 권선은 전자를 자화시키는 장치이다.
자기장
Figure PCTKR2012008133-appb-I000001
에서 하전입자
Figure PCTKR2012008133-appb-I000002
로 자화되는 원리를 수학적으로 설명하여 보면,
Figure PCTKR2012008133-appb-I000003
는 토로이달 자기장이라고 하고, 토로이달 자기장은 다음 식과 같이 폴로이달 전류(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000004
)에 의해 만들어진다.
수학식 2
Figure PCTKR2012008133-appb-M000002
토로이달 자기장은 토로이달 방향의 도선에 흐르는 전류에 토로이달 성분의 본래의 전류와 스핀전류를 추가시켜주는데 수학적으로는 다음과 같다.
수학식 3
Figure PCTKR2012008133-appb-M000003
한편, 스핀전류는,
수학식 4
Figure PCTKR2012008133-appb-M000004
위 <수학식 4>에 의해 토로이달 전류(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000005
)와 토로이달 자속(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000006
)의 만남은 방향은 같아 일을 하지 않으나 스핀전류(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000007
) 을 형성하게 된다.
그리고,
수학식 5
에 의해서 전류가 자화될 수 있다.
즉, 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000008
)에서 하전입자 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000009
)가 되는 것이다. 이것은 토로이달과 폴로이달 권선이 잘 감아지면 충분히 전류가 자화되어 스핀전류(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000010
)가 되고 원자 내에서 스핀전자는 다음과 같은 에너지와 힘을 가지게 된다.
수학식 6
Figure PCTKR2012008133-appb-M000006
바로 자석의 끌림(인력)이 추가되는 것이다.
이러한 현상을 토카막 이론에서는 "로렌츠 힘을 받는다"라고 설명되어 있다.
즉, Bs(나선형 자기장) = Bp(폴로이달 자기장; 회전변위) + Bt(토로이달 자기장)
한편, 전자 e는 다음 식과 같이 전기장(E)과 자기장(B)을 가지고 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2012008133-appb-M000007
그런데 인위적으로 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000011
)을 속도방향(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000012
)(즉, 전류의 방향(I T ))과 수평되게 하기 위해서 토로이달 전선과 폴로이달전선을 이용한 장치로 만든다.
그로 인하여 하전입자의 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000013
)는 속도방향(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000014
)와 방향이 같아지게 되는데. 이러한 현상을 일반적으로 자화된다고 한다. 자화란, 스핀 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000015
)을 가진 것이다.
[규칙 제91조에 의한 정정 06.11.2012]　
외부의 전자가 자유전자에게 전리에너지를 줄 때 토로이달 전선과 폴로이달전선을 이용한 장치에서는 별도로 스핀 자기장가 전달되는데, 이때 스핀 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000016
)은 다음 식과 같이
Figure WO-DOC-FIGURE-T166
도 같이 존재한다.
[규칙 제91조에 의한 정정 06.11.2012]　
수학식 8
Figure WO-DOC-FIGURE-167
한편, 양자역학의 방정식과 다른 스핀 핵과 스핀 전자일 경우 보어 모델에서, 다음과 같은 식이 성립한다.
[규칙 제91조에 의한 정정 06.11.2012]　
수학식 9
Figure WO-DOC-FIGURE-169
일반적으로는 전자가 자화되는 일은 없다. 양자역학적인 스핀만 갖는다. 그런데 본 발명의 장치를 통과하면 전자가 강력하게 자화된다. 그 자화된 전자는 다음 <수학식10> 과 같은 힘을 나타내는데, 전자의 에너지로 표현하면 역시 다음 <수학식11>과 같이 된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 06.11.2012]　
수학식 10
Figure WO-DOC-FIGURE-171
[규칙 제91조에 의한 정정 06.11.2012]　
수학식 11
Figure WO-DOC-FIGURE-172
[규칙 제91조에 의한 정정 06.11.2012]　
그리하여
Figure WO-DOC-FIGURE-T173
의 크기에 의해 좌우되어
Figure PCTKR2012008133-appb-I000019
는 여러 가지의 값을 가지게 되고 결국 빛의 파장(λ=c/v)은 여러 가지의 값을 갖고 방출하게 된다. 그리하여 적외선, 적 등 황 녹 초 청 자, 자외선인 연속 파장 태양광 색을 방출하는 것이다.
실제로 본 발명의 태양광색 아크 리액터에서 아크를 발생시키고 분광기로 측정하여 분석한 결과 데이터 중 일부분을 <표 1> 및 <표 2>로 나타내었다.
표 1
파장(nm) 시감도
305 0.018786
306 0.029715
307 0.044013
308 0.054286
309 0.049106
310 0.049261
311 0.050075
312 0.051709
313 0.05563
314 0.061605
315 0.071103
[표1]은 파장이 짧은 자외선 영역이고, [표2]는 최대 시감도 부분을 측정한 것이다.
도 10은 본 발명의 태양광색 아크 리액터 장치로 아크를 발생시키고 태양광색 아크 스팩트럼 분석을 한 것인바, 도 10에서 좌측 앞의 부분은 세로축을 시감도 가로축을 파장(nm)으로 나타낸 도표이며, 우측 뒤 부분은 C,I,E 색표계이다.
표 2
파장(nm) 시감도
392 0.894724
393 0.951885
394 1.001691
395 1.040513
396 1.066239
397 1.077966
398 1.075133
399 1.057332
400 1.029759
401 0.994566
하전입자 자기장(
Figure PCTKR2012008133-appb-I000020
)의 크기는 토로이달과 폴로이달 전선의 병렬의 가닥수를 높이고 전선의 턴 수는 병렬의 가닥을 서로가 같은 방향으로 엮으면 저항(R)이 줄어들고 턴 수(N)는 증가된다.
이렇게 최대한의 입력 전압의 에너지는 거의
Figure PCTKR2012008133-appb-I000021
으로 바뀌게 된다. 이때 원자 내에 원자핵과 고정전자 자유전자들의 힘은 양자역학적 보어 원자모델에서 <수학식 12>와 같다.
수학식 12
Figure PCTKR2012008133-appb-M000012
그런데, 힘 F는, 다음과 같다.
수학식 13
Figure PCTKR2012008133-appb-M000013
따라서, <수학식 10>에 의해 자화된 전자의 힘
Figure PCTKR2012008133-appb-I000022
은 자기장 인력의 영향을 받게 되고, 이 힘이 최대가 될 때 (vp=c(3×108 m/s)), 많은 에너지가 나올 수 있다.
이상, 본 발명에서의 접근 방법은, 종전의 토카막장치의 자기장의 힘으로 유도 플라즈마를 양자역학적 밀폐시킴이 아니라, 토로이달과 폴로이달권선으로 직류인 토로이달의 전류와 폴로이달의 전류의 직류상호유도로 전자가 자화되어, 자기장의 힘, 인력으로 태양광색 아크를 발생시키는 장치로 변경시킨 것이다.
다시 말해서 교류유도 리액턴스(실험 장치는 직류임)와 직류저항(전선의 여러 가닥을 엮어서 사용함)을 거의 없앤 것이 특징이다.
또한 역기전력을 이용하여 작동하는 직류직권 모터의 원리를 회로에 삽입하면 입력은 줄어들고 출력이 강해지는 결과로 큰 에너지도 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 또다른 측면에 따른 태양광색 고압 방전등을 설명한다.
본 발명에 따른 태양광색 고압 방전등은, 상기 태양광색 아크 발생장치에 의해 구동되도록 하되, 상기 아크 발생부의 +전극(31) 및 -전극(32) 대신, 상기 각 전극의 위치에 고압 방전등의 전기 공급용 (+) 및 (-) 단자가 권선부의 제2 및 제3 단자(22, 23)에 접속되도록 하며, 이 경우 역시, 가시광선의 거의 모든 파장대에서 거의 균일한 광의 세기가 얻어지는 태양광색에 거의 흡사한 광을 발하는 고압 방전등이 가능하게 된다.
이상, 본 발명을 몇몇 최적 실시예들로 설명하였으나, 여러가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 추가적인 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (14)

  1. 외부전원을 공급받아 안정적으로 전압을 공급해 주는 전압조절기(1100);
    1차측이 상기 전압조절기(1100)에 전기적으로 연결되고, 2차측이 정류기(1210)에 연결된 변압기(1200);
    플라즈마가 흐름이 가능하도록 구성되고, 소정의 간격을 두고 설치된 한 쌍의 제2 및 제1 단자부(1311,1321)가 형성된 아크 반응로(1410);
    일단이 상기 정류기(1210)의 양극에 연결되고 타단이 상기 제1 단자부(1321)에 연결되는 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터(1400); 및
    상기 플라즈마가 이동방향에 대하여 수직으로 자계가 형성되도록 상기 아크 반응로(1410)를 중심으로 양측에 배치되고, 양단이 각각 상기 정류기(1210)의 음극과 상기 제1 단자부(1311)에 전기적으로 연결된 직권계자부(1500);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직권계자부(1500)의 입력 측에는 또 다른 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제2 리액터(1430)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터는, 코일형으로 권취된 권선으로, 최종권선의 끝단이 코일형 권선의 중심부에 끼워지되, 권선의 시작단쪽에서 끝단쪽으로 끼워지게 이루어진 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터는 코일형으로 권취된 권선에 도넛 형태로 또다시 권취되어 이루어진 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석성질의 아크방전을 만들어내는 제1 리액터는 코일형으로 권취되어 이루어지되, 각 권선이 트위스트가 되도록 권선의 바깥쪽에서 안쪽으로 권취하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 및 제1 단자부(1311,1321)는 각각, 세라믹관(1312,1322) 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  7. 제 1 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고열발생장치는 소각로, 보일러 또는 증기터빈인 것을 특징으로 하는 아크방전의 리액터를 이용한 고열발생장치.
  8. 교류 전원 혹은 직류 전원 공급부에 접속되며 교류유도 리액턴스를 최대화하고 직류저항을 최소화시킨 권선부(20); 및
    상기 권선부의 일측에 접속되는 아크 발생부(30);
    를 포함하되,
    상기 권선부(20)는,
    8자형 코일부(200)와,
    상기 8자형 코일부의 좌우 환형 고리(201,202)를 관통하는 결합 도우넛형 코일부(300)로 이루어지며,
    상기 8자형 코일부(200)와 상기 결합 도우넛형 코일부(300)의 각각은, 적어도 하나의 꼬임선 뭉치로 이루어지되,
    각 꼬임선 뭉치는 적어도 7개의 꼬임선이 꼬여서 이루어지며,
    상기 꼬임선은 적어도 하나의 전선으로 이루어짐으로써,
    상기 권선부(20)는 가급적 짧은 길이의 전선으로 가급적 많은 토로이달 및 폴로이달 자기장을 형성하여, 교류유도 리액턴스를 가급적 크게하고 직류저항을 가급적 작게하는 출력을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 태양광색 아크 발생장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    교류전원을 직류로 변환하는 정류회로부(10)를 더 포함하며,
    상기 권선부(20)의 일측이 상기 정류회로부(10)의 일측에 접속되며,
    상기 권선부(20)의 타측과 상기 정류회로부(10)의 타측 사이에 전자석(40)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 태양광색 아크 발생장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 권선부(20)는 단일 도우넛형 코일부(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광색 아크 발생장치.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 코일부의 각각은, 복수개의 꼬임선 뭉치들로 이루어지되, 각각의 꼬임선 뭉치들이 상호 동일한 방향으로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 태양광색 아크 발생장치.
  12. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 꼬임선은 상기 정류회로부에 병렬로 접속된 복수개의 전선이 상호 동일한 방향으로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 태양광색 아크 발생장치.
  13. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전선은 철선과 동선이 단일 피복체 내에서 상호 동일한 방향으로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 태양광색 아크 발생장치.
  14. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 태양광색 아크 발생장치에 의해 구동되며, 상기 아크 발생부(30)의 전극 대신, 상기 전극의 위치에 고압 방전등의 전기 공급 단자가 접속되는 것을 특징으로 하는 태양광색 고압 방전등.
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