KR101236747B1 - 압전장치를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

압전장치를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 선체, 선체에 서로 이격되도록 설치되는 제1 및 제2 프레임, 및 제1 및 제2 프레임 사이에 개재되어 선체에 가해지는 하중에 의한 기계적 에너지로부터 전기적 에너지를 생성하는 압전장치를 포함한다.

Description

압전장치를 포함하는 선박{SHIP INCLUDING A PIEZOELECTRIC DEVICE}
본 발명은 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전장치를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 운항 중 파도, 풍랑 등에 접하게 되며, 이에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 선박(10)에는 호깅(hogging) 및 새깅(sagging) 조건이 반복적으로 발생된다.
이와 같이 선박(10)에 호깅 및 새깅 조건이 발생되면, 선체의 상부 갑판(upper deck), 트렁크 갑판(trunk deck), 선저 외판(bottom shell), 이중저(inner bottom) 등에는, 인장 하중 및 압축 하중이 반복적으로 작용하게 된다.
이와 같은 인장 하중 및 압축 하중은 기계적 에너지의 일종이나, 종래에는 이러한 기계적 에너지가 발생과 동시에 소산될 뿐 별도로 이용되지 못하고 있다.
본 발명의 실시예는, 선박에 작용하는 인장 하중 및 압축에 의해 발생되는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 환수할 수 있는, 압전장치를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체, 선체에 서로 이격되도록 설치되는 제1 및 제2 프레임, 및 제1 및 제2 프레임 사이에 개재되어 선체에 가해지는 하중에 의한 기계적 에너지로부터 전기적 에너지를 생성하는 압전장치를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.
압전장치는 제1 프레임과 접촉되고, 제2 프레임과 이격될 수 있다.
제1 및 제2 프레임은 선체의 선수(船首)로부터 선체 길이의 1/3 내지 2/3 지점에 설치될 수 있다.
제1 및 제2 프레임은 상부 갑판(upper deck), 트렁크 갑판(trunk deck), 선저 외판(bottom shell) 및 이중저(inner bottom) 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있다.
압전장치는, 압전소자, 압전소자의 일면에 적층되어 압전소자와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판, 및 압전소자와 인쇄회로기판을 감싸는 방수층을 포함할 수 있다.
선박은 압전장치와 전기적으로 연결되어, 압전장치에 의해 생성된 전기적 에너지를 저장하는 축전지를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 프레임과 압전장치는 각각 복수로 배치되고, 복수의 제1 및 제2 프레임은 선체에 격자 구조로 배치되며, 복수의 압전장치는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예는, 선박에 작용하는 인장 하중 및 압축에 의해 발생되는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 활용할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 선박을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 나타낸 평면도.
도 5는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 압전장치를 나타낸 단면도.
본 발명에 따른 압전장치를 포함하는 선박의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)을 나타낸 측면도 및 평면도이다. 도 5는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 선체(110), 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 압전장치(140) 및 축전지(150) 등을 구비한 선박(100)이 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 선체(110)에 압전장치(140)를 설치함으로써, 선박(100)에 작용하는 인장 하중 및 압축 하중에 의해 발생되는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 다양한 용도로 활용할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 선박(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
압전장치(140)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 선체(110)에 설치되어 선체(110)에 가해지는 하중에 의한 기계적 에너지로부터 전기적 에너지를 생성할 수 있다. 압전장치(140)의 세부 구성에 대해서는 이하 도 6을 참조하여 후술한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파도, 풍랑 등에 의해 선박(100)에는 호깅 및 새깅 조건이 나타나며, 이에 따라 선체(110)에 인장 하중 및 압축 하중이 반복적으로 작용한다.
본 실시예의 경우, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 선체(110)에 압전장치(140)를 설치함으로써, 선체(110)에 작용하는 인장 하중 및 압축 하중에 기인한 기계적 에너지를 전기적 에너지의 형태로 환수할 수 있는 것이다.
제1 프레임(120)과 제2 프레임(130)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 선체(110)에 서로 이격되도록 설치될 수 있으며, 이러한 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130) 사이의 공간에는 도 5에 도시된 바와 같이, 압전장치(140)가 개재될 수 있다.
본 실시예의 경우, 단면이 사다리꼴 형상인 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130)을 제시하였으나, 이들 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130)은 특정 형상에 국한되는 것이 아니며, 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
이 경우, 압전장치(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(120)과 접촉되고, 제2 프레임(130)과 이격될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 압전장치(140)의 일면은 제1 프레임(120)에 고정 설치되고, 압전장치(140)의 타면은 제2 프레임(130)과 이격될 수 있으며, 보다 구체적으로, 압전장치(140)의 타면은, 상술한 호깅 또는 새깅 조건 시 선체(110)에 작용하는 압축 하중에 의해 선체(110)의 수평 방향을 따라 발생되는 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130) 간의 변위에 의해 압전장치(140)가 가압되어 변형 발생이 가능할 정도로 제2 프레임(130)과 이격될 수 있다.
상술한 호깅 및 새깅 조건 시 선체(110)에는 인장 하중이 작용될 수 있으며, 이에 따라 발생되는 제1 프레임(120)과, 제2 프레임(130)간의 변위가 압전장치(140)의 허용 한도에 비해 커지는 경우가 발생될 수도 있다. 이와 같이 인장 하중에 의한 변위가 압전장치(140)의 허용 한도에 비해 커지는 경우, 압전장치(140)의 양면이 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130)에 각각 고정 설치되어 있다면, 양면이 고정 설치된 압전장치(140)는 이러한 인장 하중에 의해 손상되거나 파손될 수 있다.
그러나 본 실시예의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 압전장치(140)의 일면만이 제1 프레임(120)에 고정 설치됨으로써, 압전장치(140)는 선체(110)에 작용하는 압축 하중만으로 전기 에너지를 생산하게 되며, 이에 따라 상술한 인장 하중에 의한 압전장치(140)의 손상 또는 파손이 미연에 방지되어, 압전장치(140)의 내구성이 현저히 증가될 수 있다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 축전지(150)는 전선(160)을 통해 압전장치(140)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 압전장치(140)에 의해 생성된 전기적 에너지를 저장할 수 있다.
즉, 상기 축전지(150)는 선체(110)에 압전장치(140)와 전기적으로 연결되도록 설치됨으로써, 압전장치(140)에서 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다.
상기 축전지(150)는 상부갑판에 설치될 수 있으며, 상기 압전장치(140)가 설치된 상부 갑판(upper deck), 트렁크 갑판(trunk deck),선저 외판(bottom shell) 및 이중저(inner bottom)를 제외한 위치에 설치될 수 있다.
선체(110)에 새깅 또는 호깅 조건이 발생되어 선체(110)에 압축 하중이 발생되면, 선체(110)에는 수평 방향을 따라 변형이 발생되어 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130) 간의 거리는 감소하게 된다. 이에 따라 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130) 사이에 위치하는 압전장치(140)에 압축 하중이 작용하게 되어 압전장치(140)로부터 전기 에너지가 생산될 수 있으며, 이러한 전기 에너지는 상술한 축전지(150)에 저장될 수 있다.
본 실시예의 경우, 축전지(150)에 의해 전기 에너지를 저장하는 경우를 일 예로서 제시하였으나, 이러한 축전지(150)는 생략될 수도 있으며, 이 경우에는 생산된 전기 에너지가 선박(100) 내 전기 에너지를 필요로 하는 설비에 직접적으로 공급될 수도 있다.
한편, 제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)과 압전장치(140)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 복수로 배치되고, 복수의 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130), 그리고 이들 사이에 개재된 압전장치(140)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 선체(110)에 격자 구조, 즉, 매트릭스(matrix) 구조의 어레이(array)로 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 압전장치(140)는 발전 용량에 따라 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
또한, 제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130), 이들 사이의 압전장치(140)는, 새깅 또는 호깅에 의해 하중이 발생되는 선체(110)의 모든 영역에 설치가 가능하며, 예를 들어, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 선체(110)의 선수(112, 船首)로부터 선체(110) 길이의 1/3 내지 2/3 지점에 설치될 수 있다.
그리고, 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130), 그리고 이들 사이의 압전장치(140)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 갑판(114, upper deck), 선저 외판(116, bottom shell)에 설치될 수 있으며, 트렁크 갑판(trunk deck), 이중저(inner bottom) 등에도 설치가 가능하다.
선박(100)에 호깅 및 새깅 현상이 나타나는 경우, 선체(110)의 길이 방향 1/3 내지 2/3 지점에 가장 큰 인장 하중 및 압축 하중이 발생하게 되며, 이러한 1/3 내지 2/3 지점 중에서도 선체(110)의 외곽 부분, 즉, 선체(110)의 상부 갑판(114), 트렁크 갑판, 선저 외판(116) 등에 가장 큰 하중이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 경우, 이와 같이 호깅 및 새깅 현상에 의한 인장 하중 및 압축 하중이 가장 크게 나타나는 지점에 복수의 압전장치(140)를 격자 구조로 설치함으로써, 기계적 에너지로부터 전기적 에너지로의 환수 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.
이하, 도 6을 참조하여, 상술한 압전장치(140)의 세부 구성에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)의 압전장치(140)를 나타낸 단면도이다.
압전장치(140)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전소자(142), 인쇄회로기판(144) 및 방수층(146)으로 구성될 수 있다.
압전소자(142)는 외부의 기계적인 압력이 가해졌을 때 물질 내부에 분극이 유도되는 소자로서, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 이와 같은 압전소자(142)는 세라믹 물질, 예를 들어, PbZryTi1 -yO3(0<y<1), 즉, PZT로 이루어질 수 있다.
인쇄회로기판(144)은 도 6에 도시된 바와 같이, 압전소자(142)의 일면에 적층되어 압전소자(142)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 압전소자(142)에서 발생되는 전기 에너지는 압전소자(142)와 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(144)을 통해 축전지(150)에 저장될 수 있다.
방수층(146)은 도 6에 도시된 바와 같이, 압전소자(142)와 인쇄회로기판(144)의 표면을 감싸도록 형성될 수 있으며, 이와 같은 방수층(146)에 의해 압전소자(142)와 인쇄회로기판(144)은 해수 등으로부터 방수 처리될 수 있다. 방수층(146)은 예를 들어, 실리콘(silicone) 등의 물질로 이루어질 수 있으며, 방수 기능을 수행할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질이라도 이용 가능하다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 선박
100: 선박
110: 선체
112: 선수
114: 상부 갑판
116: 선저 외판
120: 제1 프레임
130: 제2 프레임
140: 압전장치
142: 압전소자
144: 인쇄회로기판
146: 방수층
150: 축전지
160: 전선

Claims (7)

  1. 선체;
    상기 선체에 서로 이격되도록 설치되는 제1 및 제2 프레임; 및
    상기 제1 및 제2 프레임 사이에 개재되어 상기 선체에 가해지는 하중에 의한 기계적 에너지로부터 전기적 에너지를 생성하는 압전장치를 포함하되,
    상기 압전장치는,
    압전소자;
    상기 압전소자의 일면에 적층되어 상기 압전소자와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판; 및
    상기 압전소자와 상기 인쇄회로기판을 감싸는 방수층을 포함하는 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전장치는 상기 제1 프레임과 접촉되고, 상기 제2 프레임과 이격되는 것을 특징으로 하는 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프레임은 상기 선체의 선수(船首)로부터 상기 선체 길이의 1/3 내지 2/3 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프레임은 상부 갑판(upper deck), 트렁크 갑판(trunk deck),선저 외판(bottom shell) 및 이중저(inner bottom) 중 적어도 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전장치와 전기적으로 연결되어, 상기 압전장치에 의해 생성된 전기적 에너지를 저장하는 축전지를 더 포함하는 선박.
  7. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프레임과 상기 압전장치는 각각 복수로 배치되고,
    상기 복수의 제1 및 제2 프레임은 상기 선체에 격자 구조로 배치되며,
    상기 복수의 압전장치는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
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