KR101326993B1 - 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템 - Google Patents
수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101326993B1 KR101326993B1 KR1020120000143A KR20120000143A KR101326993B1 KR 101326993 B1 KR101326993 B1 KR 101326993B1 KR 1020120000143 A KR1020120000143 A KR 1020120000143A KR 20120000143 A KR20120000143 A KR 20120000143A KR 101326993 B1 KR101326993 B1 KR 101326993B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric element
- harvesting system
- water flow
- body portion
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 4
- DFGFTQVVYUORHR-UHFFFAOYSA-N BNBN Chemical compound BNBN DFGFTQVVYUORHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 9
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 23
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- QFJAZXGJBIMYLJ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydroxybutanedioic acid;ethane-1,2-diamine Chemical compound NCCN.OC(=O)C(O)C(O)C(O)=O QFJAZXGJBIMYLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000011032 tourmaline Substances 0.000 description 1
- 229940070527 tourmaline Drugs 0.000 description 1
- 229910052613 tourmaline Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/70—Application in combination with
- F05B2220/709—Piezoelectric means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
- F05B2240/97—Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
본 발명의 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템은, 수류에 의해 형성되는 외력에 노출되어 외력에 의해 진동하는 어형(魚形)의 이동본체; 및 이동본체에 구비되어 이동본체에 전달되는 외력에 의해 진동하여 전기에너지를 발생시키는 압전소자;를 포함하며, 압전소자는 이동본체가 형성하는 내부 공간에 장착되거나 이동본체의 외면에 부착될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름, 파도의 진동, 파랑을 포함하는 다양한 외력을 받아 효율적인 발전을 할 수 있다.
Description
수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 유체의 흐름이나 진동, 압력을 포함하는 여러 가지 외력으로부터 효율적으로 전기 에너지를 수확하되, 특히 수류가 있는 어느 곳에나 장착하여 효율적인 발전을 수행할 수 있는 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 개시된다.
최근 자연의 에너지 사용 비중이 꾸준히 늘어나고 있으며 발전량의 크기도 점점 대형화되고 있어 이를 위한 발전시스템의 용량도 늘어나고 있다. 일반적인 신재생의 에너지 발전, 태양광이나 풍력 발전의 경우 불규칙한 자연에너지로 인하여 발전량이 안정적이지 못하고 사람들로부터 멀리 떨어진 곳에 설치하여야 되는 문제가 있어 추가적인 발전시스템이 고려되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 형태의 분산전원으로서 초전도 발전 시스템이 고려되고 있으나, 신재생 에너지의 발전효율 등을 고려할 때, 압전발전시스템의 개발이 진행 중이다.
일반적인 풍력발전의 형태는 산간지역 등 바람이 많이 부는 곳의 고정된 위치에서 대형 프로펠러를 설치하여 전기를 생산하고, 도시 지역으로 에너지를 전달하는 방식의 시스템을 구성한다. 또한, 태양광 발전의 형태는 산간지역이나 햇빛이 잘 드는 곳의 고정된 위치에서 대형 태양집광판을 설치하여 전기를 생산하고, 필요한 곳으로 전력을 전달하는 방식의 시스템을 구성한다. 진동이나 압력을 이용한 발전기술은 일반적으로 세라믹 압전소자를 사용하여, 인구 유동이 많은 전철이나 고속도록 등의 바닥에 설치하여 에너지를 수확한다.
하지만, 기존의 풍력발전기나 태양광발전기는 그 크기와 형태, 상대적인 구성의 복잡성 및 낮은 내구성에 의해 휴대 및 이동에 그 한계가 있어 사용하기 어렵다. 또한, 이러한 풍력발전기는 난류에 의해 발생되는 반복 및 지속적이지 않은 랜덤(random) 진동 혹은 유체의 흐름을 수확하기에는 굉장히 불리하다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름, 파도의 진동, 파랑을 포함하는 다양한 외력을 받아 효율적인 발전을 할 수 있는 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 휴대성이 좋고, 수류 위에 설치되어 있는 물체에는 어디에든 장착할 수 있어 배를 비롯 강가 등 수류가 있는 어느 곳에나 장착하여 효율적인 발전을 수행할 수 있는 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 난류에 의한 변형이 용이한 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 재질의 압전소자를 포함하여 해상 파도에 의해 최대한 많이 진동하게 하여 보다 에너지 발전 효율이 높은 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 복수 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬의 집적 구조로 구성하거나 복수 개의 압전소자를 단층 또는 다층 구조로 구성함으로써 주어진 힘이 모든 압전소자에 동시에 가해질 수 있으며, 이에 따라 최소한의 공간에서 최대한의 발전량을 얻을 수 있는 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템은, 수류에 의해 형성되는 외력에 노출되어 상기 외력에 의해 진동하는 이동본체; 및 상기 이동본체에 구비되어 상기 이동본체에 전달되는 외력에 의해 진동하여 전기에너지를 발생시키는 압전소자;를 포함하며, 상기 압전소자는 상기 이동본체가 형성하는 내부 공간에 장착되거나 상기 이동본체의 외면에 부착될 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름, 파도의 진동, 파랑을 포함하는 다양한 외력을 받아 효율적인 발전을 할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 이동본체는 어형(魚形)을 가지며, 상기 수류에 의해 흔들리는 머리 부분; 및 상기 머리 부분의 후미에 연결되어 상기 압전소자가 구비되는 몸체 부분을 포함하며, 상기 머리 부분에는 상기 수류의 세기에 비례하여 진동함으로써 상기 머리 부분 및 상기 몸체 부분의 흔들림을 증폭시키는 진동 부분이 장착될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 진동 부분은 혀 형상, 타원 형상, 원 형상 또는 다각형 형상을 가지며 상기 머리 부분과의 연결 부분을 기준으로 상하 또는 좌우 진동할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 이동본체는, 상기 몸체 부분과 연결부재에 의해 연결되며, 진자를 구비함으로써 흔들림을 증가시키는 꼬리 부분을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 머리 부분에는 외부의 지지대와 연결을 위한 고리부재가 구비되며, 베어링 또는 로프를 포함하는 연결 수단에 의해 상기 이동 본체에 구비되는 상기 압전소자로부터 생성된 전기에너지가 상기 지지대에 연결된 정류부로 전달될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 압전소자는 상기 몸체 부분의 내부 공간의 내벽 또는 외벽에서 길이 방향으로 배치되며, 하나의 층(single layer) 또는 다층(multi layer) 구조로 배치되거나, 상기 몸체 부분의 내부 공간의 내벽 또는 외벽에서 직렬 또는 병렬 구조로 집적되게 배치될 수 있으며, 이로 인해 주어진 힘이 모든 압전소자에 동시에 가해질 수 있어 최소한의 공간에서 최대한의 발전량을 얻을 수 있다.
일측에 따르면, 상기 압전소자는 상기 몸체 부분의 내부 공간의 내벽에 부착되며, 상기 몸체 부분의 내부 공간에는 자유 이동 가능하게 구비되어 상기 압전소자를 타격함으로써 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 볼(ball) 형상의 보조부재가 장착될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 몸체 부분에는 상기 수류에 의한 상기 몸체 부분의 흔들림을 증폭시키는 금속 물질이 내장되거나 외면에 부착될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 이동본체는 일체로 형성되며, 상기 이동본체의 외면에 상기 압전소자가 장착될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 압전소자는 세라믹소재, PZT, PLZT, NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계를 포함하는 무연(Lead-free) 압전소재, PVDF, P(VDF-TrFE), 압전현상을 나타내는 폴리머, 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 중 적어도 어느 하나의 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름을 포함하는 파도의 힘(파랑) 등 다양한 외력을 받아 효율적으로 발전할 수 있는 압전 하베스팅 시스템이 제공됨으로써, 반 영구적으로 사용이 가능하고 새로운 에너지 시대에 적합한 발전장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 휴대성이 좋고, 수류 위에 설치되어 있는 물체에는 어디에든 장착할 수 있어 배를 비롯 강가 등 수류가 있는 어느 곳에나 장착하여 효율적인 발전을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 수류 특히 난류에 의한 변형이 용이한 하이브리드 재질의 압전소자를 포함함으로 인해 최대한 압력의 저항을 적게 받는 대신, 보다 에너지 손실이 적은 발전이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 여러 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 다양한 전력의 크기를 출력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 몸체 부분의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 몸체 부분의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 몸체 부분의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템(100)은 압전 하베스팅 원리에 전기에너지를 생성한 후 저장하는 고효율 소형의 발전 시스템으로서 소형 발전장치로 사용될 수 있다. 특히 압전 하베스팅 시스템(100)은 수류 위에 설치되어 있는 물체에는 어디에든 장착 가능하여 배를 비롯 강가 등 수류가 있는 어느 곳에나 장착하여 효율적인 발전을 수행할 수 있다.
이러한 압전 하베스팅 시스템(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 수류에 의해 형성되는 외력에 노출되어 외력에 의해 진동하는 어형(魚形)의 이동본체(101)와, 이동본체(101)에 구비되어 이동본체(101)에 전달되는 외력에 의해 진동하여 전기에너지를 발생시키는 압전소자(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 압전소자(110)는 이동본체(101)가 형성하는 내부 공간에 장착되거나 이동본체(101)의 외면에 부착될 수 있는데, 후술할 제1 실시예에서는 이동본체(101)에 내장되는 경우에 대해 설명하기로 한다.
이러한 구성으로 인해, 본 실시예의 압전 하베스팅 시스템(100)을 가령 유체의 흐름이 있는 강에 부상하도록 설치하는 경우 수류에 의해 이동본체(101)에 외력이 가해지고 이로 인해 압전소자(110)에 진동이 발생됨으로써 전기에너지를 생성할 수 있다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 이동본체(101)는, 전체적으로 물고기 형상(어형)을 갖도록, 수류에 의해 흔들리는 머리 부분(120)과, 머리 부분(120)의 후미에 연결되어 압전소자(110)가 구비되는 몸체 부분(121)을 포함한다.
그리고, 본 실시예의 머리 부분(120)에는 수류의 세기에 비례하여 진동함으로써 머리 부분(120) 및 몸체 부분(121)의 흔들림을 증폭시키는 진동 부분(130)이 장착될 수 있다. 즉, 머리 부분(120)에 장착된 진동 부분(130)이 수류와의 저항에 의해 흔들리게 되고 흔들리는 머리 부분(120)에 의해 몸체 부분(121) 흔들려서 압전소자(110)에 진동을 전달할 수 있으며, 이로 인해 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
부연 설명하면, 본 실시예의 진동 부분(130)은, 혀 형상, 타원 형상, 원 형상 또는 다각형 형상을 가지며 머리 부분(120)과의 연결 부분을 기준으로 상하 또는 좌우 진동할 수 있어 흔들림을 증폭시킬 수 있다. 다만, 진동 부분(130)의 형상 및 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시예의 이동본체(101)는, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 몸체 부분(121)의 흔들림을 증가시키기 위해 몸체 부분(121)과 연결부재(150)에 의해 연결되며 진자(미도시)를 구비함으로써 흔들림을 증폭시키는 꼬리 부분(160)을 더 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예의 이동본체(101)가 수류가 형성되는 장소에 설치되는 경우 이동본체(101)가 물고기 형상을 갖기 때문에 수류에 따라 흔들릴 수 있는데, 이 때 몸체 부분(121)에 연결된 꼬리 부분(160)의 진자로 인해 움직임을 증폭시킬 수 있으며, 따라서 보다 많은 전기에너지를 생성할 수 있다.
한편, 머리 부분(120)에는, 외부의 지지대와 연결을 위한 고리부재(140)가 구비될 수 있다. 이러한 고리부재(140)는 베어링을 이용하여 외부의 지지대에 고정될 수도 있고 로프 등으로 외부의 지지대에 연결되되 고정은 되지 않을 수도 있다. 여기서, 베어링 또는 로프 등의 연결 수단에 의해 압전소자(110)로부터 생성된 전기에너지가 지지대에 연결된 정류부로 전달될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)의 외형을 이루는 이동본체(101)는 수류에 의해 흔들리도록 구성되었으며, 물의 표면 근처에 위치할 수 있도록 부력을 받게 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예의 압전소자(110)는, 이동본체(101)의 몸체 부분(121)에 내장되거나 몸체 부분의 외면에 부착될 수 있다. 다만, 시간당 보다 많은 발전량을 낼 수 있도록 압전소자(110)는 그 단면적을 최대한 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
압전소자(110)는 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹 압전소자를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머나 폴리머와 세리믹이 혼합된 하이브리드 압전소자를 사용하는 것이 바람직하다. 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가진 발전에 용이하다.
압전소자(110)의 종류로는 PVDF의 사용이 기본적이고, 바륨 티타네이트, PZT결정 또는 PZT 섬유를 포함할 수 있다. 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다. 이러한 재료들로 인해 수류에 의한 진동과 압전소자(110)가 부착되어 있는 장치의 자체 진동에 의한 발전이 원활하게 일어날 수 있다.
한편, 압전소자(110)는 여러 개로 구비되어 몸체 부분(121)의 내부 공간의 내벽 또는 외면에 부착될 수 있으며, 이 때 직렬 혹은 병렬의 구조로 집적되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 압전소자(110)는 몸체 부분(121)의 내부 공간의 내벽 또는 외벽에서 길이 방향(머리 부분(120)에서 꼬리 부분(160)으로 향하는 방향)으로 배치되며, 단층(single layer) 또는 다층(multi layer) 구조로 배치될 수도 있다.
즉, 압전소자(110)는 복수 개의 압전소자(110)가 층상으로 배치될 수 있는 것이다. 이러한 여러 개의 압전소자(110)의 배치로 인해 압전 하베스팅 시스템(100)에 가해지는 모든 외력이 모든 압전소자(110)에 동시에 가해지는 환경을 제공할 수 있으며, 따라서 최소한의 공간에서 최대한의 발전량을 얻을 수 있는 것이다.
다만, 압전소자(110)의 배치 구조가 이에 한정하는 것은 당연히 아니고, 주위 환경, 용도, 목적 등에 따라서 다양한 구조로 배치될 수 있음은 당연하다.
한편, 도 3을 참조하면, 본 실시예의 압전소자(110)는 몸체 부분(121)의 내부 공간의 내벽에 부착될 수 있으며, 몸체 부분(121)의 내부 공간에는 자유 이동 가능하게 구비되어 압전소자(110)를 타격함으로써 발생되는 전기 에너지의 양을 증대시키는 볼(ball) 형상의 보조부재(115)가 장착될 수 있다.
따라서 외력이 가해지는 경우 압전소자(110)의 움직임이 활발하게 이루어지고 이로 인해 전기에너지의 생성을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 몸체 부분(121)에는, 도시하지는 않았지만, 수류에 의한 몸체 부분(121)의 흔들림을 증폭시키는 금속 물질이 내장되거나 외면에 부착될 수 있다. 이러한 금속 물질은 몸체의 뒷부분, 예를 들면 압전소자(110)의 후미 영역에 장착되어 수류와 같은 외력이 가해지는 경우 몸체 부분(121)의 흔들림을 증폭시킬 수 있으며, 따라서 압전소자(110)는 증폭된 외력에 반응하여 전기에너지를 더 발생시킬 수 있다. 금속 물질은 납으로 제조될 수 있을 것이나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)에 따르면, 진동, 압력 등 다양한 외력, 특히 수류에 반응하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 특히, 유연성이 큰 압전소자(110)를 배치함에 따라 수류에 의한 압전소자(110)의 변형 혹은 진동에 의한 발전을 용이하게 할 수 있고, 규칙적이지 않은 수류의 진동이나 변형을 이용하여 폴리머 계열의 압전소자(110)의 전기, 물리적 성질에 맞는 발전을 가능하게 할 수 있다.
또한 그 발전량을 향상시키기 위해, 이동본체(101)는 어형을 가지며 머리 부분(120)에 혀 모양의 진동 부분(130)이 장착됨으로써, 수류로 인한 진동을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)은 소형으로 제작이 가능하고 수류 내에 설치할 수 있어 유체의 흐름 중 발생하는 진동 및 상대적인 유체의 흐름을 통해 발전을 할 수 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예의 압전 하베스팅 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 정면도이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(200)의 이동본체(201)는, 진동 부분(230)이 구비되는 머리 부분(220)과, 머리 부분(220)의 후미에 연결되는 몸체 부분(221)을 포함하며, 몸체 부분(221)에는 압전소자(210)가 내장되거나 외면에 부착될 수 있다.
이러한 구성의 압전 하베스팅 시스템(200)은 보다 간소화된 구성을 가짐으로써 제작이 용이할 뿐만 아니라 수류를 이용하여 충분한 전기에너지를 생성할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 사시도이다.
이들 도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(300)의 이동본체(301) 및 제4 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(400)의 이동본체(401)는, 머리 부분과 몸체 부분이 별도로 마련되는 것이 아니라 일체형으로 마련될 수 있으며, 외면에 상호 다른 압전소자(310, 410)들이 장착됨으로써 수류를 이용하여 이동본체(301, 401) 전체가 진동할 수 있고 따라서 전기에너지를 생성할 수 있다.
제3 실시예 및 제4 실시예의 경우, 구조가 보다 간소화되면서도 전기에너지를 효율적으로 생성할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 압전 하베스팅 시스템 101 : 이동본체
110 : 압전소자 115 : 보조부재
120 : 머리 부분 121 : 몸체 부분
130 : 진동 부분 140 : 고리부재
150 : 연결부재 160 : 꼬리 부분
110 : 압전소자 115 : 보조부재
120 : 머리 부분 121 : 몸체 부분
130 : 진동 부분 140 : 고리부재
150 : 연결부재 160 : 꼬리 부분
Claims (10)
- 수류에 의해 형성되는 외력에 노출되어 상기 외력에 의해 진동하는 이동본체; 및
상기 이동본체에 구비되어 상기 이동본체에 전달되는 외력에 의해 진동하여 전기에너지를 발생시키는 압전소자;
를 포함하며,
상기 압전소자는 상기 이동본체가 형성하는 내부 공간에 장착되거나 상기 이동본체의 외면에 부착되고,
상기 이동본체는,
상기 수류에 의해 흔들리는 머리 부분; 및
상기 머리 부분의 후미에 연결되어 상기 압전소자가 구비되는 몸체 부분을 포함하며,
상기 머리 부분에는 상기 수류의 세기에 비례하여 진동함으로써 상기 머리 부분 및 상기 몸체 부분의 흔들림을 증폭시키는 진동 부분이 장착되며,
상기 진동 부분은 혀 형상, 타원 형상, 원 형상 또는 다각형 형상을 포함하는 형상을 가지며 상기 머리 부분과의 연결 부분을 기준으로 상하 또는 좌우 진동하는 압전 하베스팅 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 이동본체는,
상기 몸체 부분과 연결부재에 의해 연결되며, 진자를 구비함으로써 흔들림을 증폭시키는 꼬리 부분을 더 포함하는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 머리 부분에는 외부의 지지대와 연결을 위한 고리부재가 구비되며, 베어링 또는 로프를 포함하는 연결 수단에 의해 상기 이동본체에 구비되는 상기 압전소자로부터 생성된 전기에너지가 상기 지지대에 연결된 정류부로 전달되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는 상기 몸체 부분의 내부 공간의 내벽 또는 외벽에서 길이 방향으로 배치되며 하나의 층(single layer) 또는 다층(multi layer) 구조로 배치되거나, 상기 몸체 부분의 내부 공간의 내벽 또는 외벽에서 직렬 또는 병렬 구조로 집적되게 배치되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는 상기 몸체 부분의 내부 공간의 내벽에 부착되며, 상기 몸체 부분의 내부 공간에는 자유 이동 가능하게 구비되어 상기 압전소자를 타격함으로써 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 볼(ball) 형상의 보조부재가 장착되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 몸체 부분에는 상기 수류에 의한 상기 몸체 부분의 흔들림을 증폭시키는 금속 물질이 내장되거나 외면에 부착되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이동본체는 일체로 형성되며, 상기 이동본체의 외면에 상기 압전소자가 장착되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는 세라믹소재, PZT, PLZT, NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계를 포함하는 무연(Lead-free) 압전소재, PVDF, P(VDF-TrFE), 압전현상을 나타내는 폴리머, 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 중 적어도 어느 하나의 재료로 형성되는 압전 하베스팅 시스템.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110069458 | 2011-07-13 | ||
| KR20110069458 | 2011-07-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130009580A KR20130009580A (ko) | 2013-01-23 |
| KR101326993B1 true KR101326993B1 (ko) | 2013-11-20 |
Family
ID=47839324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120000143A KR101326993B1 (ko) | 2011-07-13 | 2012-01-02 | 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101326993B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106979472B (zh) * | 2014-06-17 | 2019-07-16 | 湘潭智联技术转移促进有限责任公司 | 一种自发电手电筒 |
| USD796499S1 (en) | 2014-11-26 | 2017-09-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electronic device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210101A (ja) * | 2000-01-28 | 2001-08-03 | Usc Corp | 手振り信号灯 |
| KR20060125435A (ko) * | 2005-06-02 | 2006-12-06 | 문채주 | 압전소자를 이용한 파력 발전 |
| KR101003834B1 (ko) * | 2010-02-03 | 2010-12-23 | 에스알시 주식회사 | 로봇물고기 |
-
2012
- 2012-01-02 KR KR1020120000143A patent/KR101326993B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210101A (ja) * | 2000-01-28 | 2001-08-03 | Usc Corp | 手振り信号灯 |
| KR20060125435A (ko) * | 2005-06-02 | 2006-12-06 | 문채주 | 압전소자를 이용한 파력 발전 |
| KR101003834B1 (ko) * | 2010-02-03 | 2010-12-23 | 에스알시 주식회사 | 로봇물고기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130009580A (ko) | 2013-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kiran et al. | Progress in piezoelectric material based oceanic wave energy conversion technology | |
| US8102072B2 (en) | Aerodynamic vibration power-generation device | |
| US8134281B2 (en) | Electrical generators for use in unmoored buoys and the like platforms with low-frequency and time-varying oscillatory motions | |
| KR101197664B1 (ko) | 파력을 이용한 전자식 부표 | |
| US20210399610A1 (en) | Compound-pendulum up-conversion wave energy harvesting apparatus | |
| WO2008039852A3 (en) | Piezoelectric energy harvester | |
| WO2006109362A1 (ja) | 風力発電装置および風力発電システム | |
| JP5972199B2 (ja) | 波力発電装置 | |
| KR101410052B1 (ko) | 진동 압전모듈을 이용한 반영구적인 발광부표 | |
| CN104993737A (zh) | 一种基于流致振动的双向能量采集装置 | |
| JP4651015B2 (ja) | 風力発電装置 | |
| KR101326993B1 (ko) | 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템 | |
| KR101566972B1 (ko) | 이온 폴리머 금속 복합체를 이용한 이중 부유체 구조의 해상 부유식 발전장치 | |
| JP2011233563A (ja) | 圧電発電装置及び防振装置 | |
| JP4562617B2 (ja) | 風力発電装置 | |
| JP2014111911A (ja) | 発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置 | |
| CN211082122U (zh) | 一种复摆升频式波浪能收集装置 | |
| KR101380543B1 (ko) | 소형 압전 발전 시스템 | |
| KR101362734B1 (ko) | 압전 하베스팅 시스템 | |
| JP2011024315A (ja) | 波力発電装置 | |
| KR20130009583A (ko) | 유체의 흐름을 이용한 압전 하베스팅 시스템 | |
| KR101325450B1 (ko) | 압전 하베스팅 시스템 및 그를 구비한 이동 수단 | |
| JP2001180575A (ja) | 波力発電式ブイ | |
| CN205356188U (zh) | 一种采用声子晶体与机电赫姆霍兹谐振器式声能采集器 | |
| JP3523221B2 (ja) | 発電装置及び発電装置付き発光ブイ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171102 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181102 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191016 Year of fee payment: 7 |