KR101200911B1 - 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도, 자동차 등의 지상운송수단에 적용되는 샌드위치 복합재에 전기에너지를 생성하는 압전소자가 장착됨으로써 내부 조명의 전원으로 사용할 수 있는 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재에 관한 것이다.
본 발명은 양측에 이격된 외부판재(2)가 배치되고, 상기 외부판재(2)의 내측에 심재(4)가 충진된 샌드위치 복합재에 있어서, 상기 심재(4)의 내부에 삽입된 압전소자(6); 상기 압전소자(6)와 전기적으로 연결되어 생성된 전기에너지를 저장하는 축전부(8)를 포함한다.

Description

압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재{ENERGY MAKING SANDWICH COMPOSITES USING PIEZOELECTRIC ELEMENT }

본 발명은 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도, 자동차 등의 지상운송수단에 적용되는 샌드위치 복합재에 전기에너지를 생성하는 압전소자가 장착됨으로써 내부 조명의 전원으로 사용할 수 있는 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재에 관한 것이다.

일반적으로 샌드위치 복합재는 통상 샌드위치 패널이라고도 하며, 양면이 철판으로 되어 있고, 그 내부에 단열재가 내장된 패널이다.

상기 단열재의 종류는 스티로폼, 폴리우레탄, 글라스울, 미네랄 등이 있다.

샌드위치 복합재는 통상 건축용으로 사용되거나 또는 자동차, 선박, 우주 항공분야에도 사용된다.

특히 종래 샌드위치 복합재가 사용되는 컨테이너 박스는 화물차에 탑재되어 이동되는 것으로, 내부에 실내등이 부착되고, 상기 실내등은 차량의 배터리 전원을 이용하게 된다.

또한 컨테이너 박스에 냉장 기능을 부가시키기 위해 냉장시스템을 장착한 경우 더욱 많은 전력을 소모하게 되므로 에너지 소비가 증가될 수 밖에 없었다.

따라서 냉장시스템은 차량의 주행중에서나 가동 가능하며, 실내등도 장시간 켜놓을 경우 배터리가 방전될 우려가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 샌드위치 복합재에 압전소자를 장착함으로써 자체 진동시 전기에너지를 생성할 수 있고, 이렇게 생성된 전기에너지를 저장해두고 실내등과 같이 전력 소비가 적은 전기장치의 전원으로 사용함으로써 에너지 소비를 절감할 수 있도록 한 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 일정 규격의 모듈단위로 구성됨으로써 여러개를 연결시켜서 전기에너지의 발생량을 향상시킬 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 양측에 이격된 외부판재가 배치되고, 상기 외부판재의 내측에 심재가 충진된 샌드위치 복합재에 있어서, 상기 심재에 삽입된 압전소자; 상기 압전소자와 전기적으로 연결되어 생성된 전기에너지를 저장하는 축전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재에 의해 달성될 수 있다.

상기 압전소자는 진동을 증가시키는 증폭장치에 내장되어 상기 심재에 삽입된 것을 특징으로 한다.

상기 증폭장치는, 내부에 공간을 갖는 케이스; 상기 케이스의 내벽에 다수로 장착된 탄성수단을 포함하며, 상기 탄성수단에 지지되며 공간의 중심부에 압전소자가 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 철도, 자동차 등의 지상운송수단에 적용되는 샌드위치 복합재에 전기에너지를 생성하는 압전소자를 장착함으로써 차량 주행시 발생되는 진동에 의해 전기에너지를 생성할 수 있고, 이렇게 생성된 전기에너지를 저장해두고 실내등과 같이 전력 소비가 적은 전기장치의 전원으로 사용함으로써 에너지 소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 샌드위치 복합재를 모듈단위로 마련하여 다수를 연결함으로써, 각 모듈에서 발생한 전기에너지를 하나로 모아 샌드위치 복합재가 적용된 구조물에서 발생하는 전기에너지의 전력량을 증대할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 각 모듈단위의 샌드위치 복합재 중에서 어느 하나의 압전소자에 문제가 발생한 경우, 해당 샌드위치 복합재 구조물만을 교체하여 재사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재를 나타낸 'I-I'선 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재에 적용되는 '증폭장치'를 나타낸 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재를 나타낸 'I-I'선 단면도이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재(A)는, 양측에 이격된 외부판재(2)가 배치되고, 상기 외부판재(2)의 내측에 심재(4)가 충진된 샌드위치 복합재에 있어서, 상기 심재(4)의 내부에 삽입된 압전소자(6); 상기 압전소자(6)와 전기적으로 연결되어 생성된 전기에너지를 저장하는 축전부(8)를 포함한다.

외부판재(2)는 일정 간격으로 이격되어 양측에 중첩되게 배치되며, 이렇게 이격된 내부 공간에는 심재(4)가 충진된다.

외부판재(2)는 장방형이며 일정한 규격으로 생산됨으로써 본 발명에 따른 샌드위치 복합재를 모듈단위로 마련하여 다수를 연결함으로써, 본 발명은 각 모듈에서 발생한 전기에너지를 하나로 모아 샌드위치 복합재에서 발생하는 전기에너지의 전력량을 증대할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 각 모듈단위의 샌드위치 복합재 중에서 어느 하나의 압전소자에 문제가 발생한 경우, 해당 샌드위치 복합재 구조물만을 교체하여 재사용할 수 있다.

또한 외부판재(2)의 측면에는 연속되는 홈(22)을 형성한다. 즉, 외부판재(2)의 크기가 커질수록 휘어지게 되므로 이를 보강하기 위해 홈(22)을 형성한다.

심재(4)는 스티로폼, 폴리우레탄, 글라스울, 미네랄 등으로 된 단열성능을 갖는 소재가 바람직하다.

압전소자(6)는 상기 심재(4)의 내부에 매립되며, 차체의 진동에 의해 전기를 생성시키게 된다.

압전소자는 피에조전기소자라고도 하는 것으로 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다.

압전기란 어떤 종류의 결정판(結晶板)에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에외력에 비례하는 양 ?음의 전하(電荷)가 나타나는 현상이다.

그 원리는 이온 결정들은 음이온과 양이온이 동수로 있기 때문에 전기적으로 중성인데 이는 표면에도 음이온과 양이온 수가 같은 상태에서 힘이 가해질 경우에 이들 전하들의 움직임이 다르다면 표면에 특정 전하들이 많이 쌓이게 되어 그 표면사이에 전기가 생성되는 것이다.

또한 압전소자(6)에 가해지는 힘의 크기에 비례하여 생성되는 전기에너지의 양도 변화된다.

상기 압전소자(6)에는 전원선이 연결되며, 이 전원선의 타측에는 축전부(8)가 연결된다.

축전부(8)는 생성된 전력을 저장해두었다가 실내등과 같은 전력규모가 적은 대상물에 전기를 공급하게 된다.

한편 도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재의 다른 실시예는, 양측에 이격된 외부판재(2)가 배치되고, 상기 외부판재(2)의 내측에 심재(4)가 충진된 샌드위치 복합재에 있어서, 상기 심재(4)의 내부에 삽입된 압전소자(6); 상기 압전소자(6)와 전기적으로 연결되어 생성된 전기에너지를 저장하는 축전부(8)를 포함하되, 상기 압전소자(6)는 진동을 증가시키는 증폭장치(7)에 내장되어 상기 심재(4)에 삽입된다.

즉, 압전소자(6)에 전해지는 충격을 증가시킴으로써 전력의 생성량이 보다 증가될 수 있다.

상기 증폭장치(7)는, 내부에 공간을 갖는 케이스(72)와, 상기 케이스(72)의 내벽에 다수로 장착된 탄성수단(74)을 포함한다.

상기 탄성수단(74)은 코일스프링이 바람직하며, 케이스(72)의 내벽에 각기 직각이 되게 장착되어 십자 형태로 배치된다.

이렇게 배치된 4개의 탄성수단(74)의 단부에 압전소자(6)가 고정된다. 물론 반드시 4면에 배치되는 것으로 한정될 필요는 없다.

따라서 압전소자(6)는 케이스(72)의 내측 공간의 중심부에 배치되며, 케이스(72)의 내벽과는 이격됨으로써 케이스(72)에 전달된 진동이 탄성수단(74)에 의해 증가될 수 있고, 이 증가된 진동에 의해 압전소자(6)가 더 크게 진동될 수 있다.

압전소자(6)에 가해지는 힘이 커짐에 따라 발생되는 전력의 양도 증가될 수 있다.

이렇게 발생된 전력은 압전소자(6)에 연결된 전원선을 통해 축전부(8)로 전달되어 저장되었다가 실내등과 같은 전력규모가 적은 대상물에 전기를 공급하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

2 : 외부판재 4 : 심재
6 : 압전소자 7 : 증폭장치
8 : 축전부 22 : 홈
72 : 케이스 74 : 탄성수단

Claims (3)

1. 서로 이격되는 한 쌍의 외부판재(2)가 배치되고, 상기 한 쌍의 외부판재(2)의 내측에 심재(4)가 충진된 샌드위치 복합재에 있어서,
   상기 한 쌍의 외부판재(2) 사이에 삽입되고 상기 한 쌍의 외부판재(2)로부터 전달되는 진동을 증가시키는 증폭장치(7),
   상기 증폭장치(7)로부터 증폭된 진동에 의해 전기에너지를 발생하는 압전소자(6) 및
   상기 압전소자(6)와 전기적으로 연결되어 생성된 전기에너지를 저장하는 축전부(8)를 포함하고,
   상기 증폭장치(7)는 내부에 공간을 갖는 케이스(72),
   상기 케이스(72)의 내벽에 다수로 장착된 탄성수단(74)을 포함하며,
   상기 압전소자는 상기 탄성수단(74)에 지지되어 상기 공간의 중심부에 배치되고,
   상기 샌드위치 복합재는 모듈단위로 마련되어 다수가 연결되고,
   상기 축전부(8)는 상기 샌드위치 복합재 각 모듈에서 발생한 전기에너지를 하나로 모아 저장하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 에너지 생성 샌드위치 복합재.
   
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