KR101411999B1 - 액체방울을 이용한 초소형 발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동에 의한 전극판과 액체방울 사이의 면적 변화에 의해 유도되는 교류 전원을 이용하여 전기를 발전시키는 액체방울을 이용한 초소형 발전기를 제공하기 위한 것으로서, 서로 인접하여 마주보고 위치하는 제 1, 2 전극판과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 이온이 포함되어 있는 액체방울(물, 전해질용액 등)과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 발생되는 교류전압을 이용하여 생성된 전압으로 전기를 발전하는 발전부를 포함하여 구성되는데 있다.
Description
본 발명은 초소형 발전기에 관한 것으로, 특히 액체를 진동시켜 전기를 발전시키는 액체방울을 이용한 초소형 발전기에 관한 것이다.
각종 휴대용 전자기기로부터 각종 센서 등의 전력원으로 많이 사용되는 전지 방식은 보관이 까다롭게 자체 수명에 대한 한계를 갖고 있다. 일예로, 타이어 공기압 감지 시스템(Tire Pressure Monitoring System : TPMS)에서 이용되는 지능형 무선 압력센서에서부터 가스 감지 센서등 각종 센서등에 많이 사용되는 리튬전지의 경우 전자자체의 제한된 수명과 함께 보관이 까다로운데, 동작 온도가 올라가면 자연방전이 증가하여 수명이 더욱 줄어든다.
한편, 전지 방식에서 벗어난 대체 에너지원으로 압전(Piezoelectric) 현상을 이용할 수가 있다. 압전 현상은 석영, 전기석과 같은 결정에 일정한 방향에서 압력을 가할 때 그 외력에 비례해서 양전하 또는 음전하가 나타나는 현상이다. 또한 전압을 가할 때 변형이 일어나는 역현상도 있다. 이러한 압전 현상 혹은 역현상은 기계적 변형과 전기적 에너지의 변환에 관한 것이기 때문에 이것을 응용한 마이크나 축음기에 응용되었다. 이러한 압전 현상의 응용 분야는 상기 내용에 국한되지 않고 전자기기에 많이 사용되는 수정 진동자로부터, 최근에는 필름 체적파 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator : FBAR)나 표면 탄성파 공진기(Surface Acoustic Wave : SAW)를 이용하여 무선통신용 고성능 필터에까지 응용되어 지고 있다.
선행기술문헌으로는 국내공개번호 제2011-0054919호(파도동력변환장치), 일본공개번호 제2005-312269호(진동에 의한 발전 방법 및 진동식 발전기 및 진동식 발전 장치) 및 국내공개번호 제2003-0088320호(재료의 물리적, 화학적 또는 물리화학적 처리과정을 강화하는 방법 및 장치) 등이 공지되어 있다.
게다가, 최근 친환경적인 에너지에 대한 관심과 함께, 압전 후막을 이용한 자가 발전기 등이 선을 보이고 있다.
선행기술문헌으로는 국내공개번호 제2011-0054919호(파도동력변환장치), 일본공개번호 제2005-312269호(진동에 의한 발전 방법 및 진동식 발전기 및 진동식 발전 장치) 및 국내공개번호 제2003-0088320호(재료의 물리적, 화학적 또는 물리화학적 처리과정을 강화하는 방법 및 장치) 등이 공지되어 있다.
게다가, 최근 친환경적인 에너지에 대한 관심과 함께, 압전 후막을 이용한 자가 발전기 등이 선을 보이고 있다.
이와 같이 최근 전지 방식에서 벗어난 대체 에너지원의 연구가 계속적으로 진행되고 있으며, 각종 휴대용 전자기기의 활성화로 인해 그에 따른 초소형 발전기가 요구되고 있는 추세에 있다.
본 발명은 상기와 같이 요구되는 에너지원을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 진동에 의한 전극판과 액체방울 사이의 면적 변화에 의해 유도되는 교류 전원을 이용하여 전기를 발전시키는 액체방울을 이용한 초소형 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기의 특징은 서로 인접하여 마주보고 위치하는 제 1, 2 전극판과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 이온이 포함되어 있는 액체방울(물, 전해질 용액 등)과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 발생되는 교류전압을 이용하여 생성된 전압으로 전기를 발전하는 발전부를 포함하여 구성되는데 있다.
바람직하게 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 하나 이상이 진동됨에 따라 전극판 간의 거리 변화 때문에 각각의 제 1, 2 전극판과 액체방울이 접하는 면적이 시간에 따라 변하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판과 액체방울이 접하는 면적에 전기이중층이 생성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판과 액체방울이 접하는 면적의 변화는 전기이중층에서 전기용량의 변화를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제 1 전극판 또는 제 2 전극판의 진동은 사용자의 직/간접적인 움직임 또는 이동 수단에 의한 움직임을 통한 생활 진동을 이용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 하나 이상을 일정한 주기로 진동시키는 진동 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 하나 이상은 액체방울과 접촉하는 면에 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic) 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 액체방울은 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 액체방울은 하나 이상의 액체방울로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 작은 진동수에서 발전되고, 소형으로 만들 수 있어 사용자의 생활 진동을 이용하여 발전함으로써, 친환경 발전 시스템으로의 개발에 적용할 수 있다.
둘째, 생활 진동을 이용하여 액체방울 초소형 발전기로 자가 발전하는 소형 전자기기의 적용이 가능한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기의 구조를 나타낸 구성도
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기에서 발생되는 전기이중층을 설명하기 위한 도면
도 3 은 본 발명이 실시예에 따른 초소형 발전기에서 발전되는 교류전압을 나타낸 그래프
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기의 구조를 나타낸 구성도
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기에서 발생되는 전기이중층을 설명하기 위한 도면
도 3 은 본 발명이 실시예에 따른 초소형 발전기에서 발전되는 교류전압을 나타낸 그래프
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기의 구조를 나타낸 구성도
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 초소형 발전기의 구조를 나타낸 구성도이다.
도 1과 같이, 초소형 발전기는 서로 인접하여 마주보고 위치하는 제 1, 2 전극판(10)(20)과, 상기 제 1 전극판(10) 및 제 2 전극판(20) 사이에 위치하는 이온이 포함되어 있는 액체방울(물, 전해질용액 등)(30)과, 진동을 통해 상기 제 1 전극판(10) 및 제 2 전극판(20) 사이에 발생되는 교류전압을 이용하여 생성된 전압으로 전기를 발전하는 발전부(40)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제 1 전극판(10) 및 제 2 전극판(20) 사이에 발생되는 교류전압은 상기 제 1, 2 전극판(10)(20)이 진동됨에 따라 제 1, 2 전극판(10)(20) 간의 거리 변화 때문에 각각의 제 1, 2 전극판(10)(20)과 액체방울(30)이 접하는 면적이 시간에 따라 변하게 된다. 이때, 상기 제 1, 2 전극판(10)(20)과 액체방울(30)이 접하는 면적의 변화는 전기이중층에서 전기용량의 변화를 가져온다. 즉, 도 2a와 같이, 전극이 용액 중에 침지되면 전극과 용액 사이에는 콘덴서와 같은 +와 -로 대전되는 현상이 일어난다. 이때, 전극판(10)(20)에 전극이 -로 대전되면 액체방울(30)의 용액 측에서는 +로 대전되며, 전극판(10)(20)에 전극이 +로 대전되면 액체방울(30)의 용액은 -로 대전된다. 이에 따라 도 2b와 같은, 전극과 용액 사이에 콘덴서와 같은 전기적 구조인 전기이중층(30a)이 나타난다.
이에 따라, 상기 제 1, 2 전극판(10)(20)이 진동하면 시간에 따라 면적이 변화해서 전기이중층 전기용량이 시간에 따라 변화하게 되고, 제 1 전극판(10)과 제 2 전극판(20) 사이에 전위차가 시간에 따라 바뀌면서 교류전압이 발생하게 된다. 이때, 상기 제 1, 2 전극판(10)(20)의 진동은 사용자의 직접적인 움직임 또는 핸드폰 등과 같이 사용자의 움직임을 통해 함께 움직임을 갖는 간접적인 움직임은 물론, 자동차, 자전거 등과 같은 이동 수단에 의한 움직임 등과 같은 생활 진동을 이용하여 상기 진동이 발생되도록 할 수 있다. 이 외에도 다른 실시예로서, 일정한 주기로 진동을 발생시키는 진동 장치(50)를 추가로 구성하고, 구성된 진동 장치(50)를 이용하여 진동을 발생시킬 수도 있다.
그리고 상기 발전부(40)는 상기 제 1 전극판(10)과 제 2 전극판(20) 사이에 연결된 저항 값에 따라 발생되는 교류전압에 의해 생성되는 전압의 크기를 조절하게 된다.
이때, 상기 제 1 전극판(10) 및 제 2 전극판(20)은 진동 중 시간에 따라 액체방울과 접촉 면적 변화가 큰 표면성질을 갖는 물질을 코팅하여 전극판과 액체방울(30)이 접하는 면적의 변화를 조절할 수 있다. 즉, 액체방울(30)과 접촉하는 면에 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic) 물질(60)을 코팅하여 전극판과 액체방울(30)이 접하는 면적의 변화를 조절할 수 있다. 참고로 소수성 또는 친수성 물질(60)은 상기 제 1 전극판(10) 및 제 2 전극판(20)에 동일한 물질(소수성 물질 또는 친수성 물질 중 하나)로 동일하게 코팅될 수도 있고, 서로 상이한 물질 즉, 제 1 전극판(10)에는 소수성 물질이 코팅되고, 제 2 전극판(20)에는 친수성 물질이 코팅되거나, 또는 제 1 전극판(10)에는 친수성 물질이 코팅되고, 제 2 전극판(20)에는 소수성 물질이 코팅될 수도 있다.
또한 액체방울(30)은 상기 제 1, 2 전극판(10)(20) 사이에 밀봉되어 전극판 외부로 누수되는 것을 차단하여야 하며, 이때, 상기 제 1, 2 전극판(10)(20) 사이 형성되는 액체방울(30)은 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 다수개의 액체방울(30)로 구성할 수 있다. 이처럼, 다수개의 액체방울(30)로 구성되는 경우, 발전부(40)에서 생성되는 교류전압의 전력 효율을 증가시킬 수 있다.
도 3 은 40㎕의 량을 갖는 액체방울(30)을 5Hz로 진동시켰을 때 초소형 발전기에서 발전되는 교류전압을 그래프로 나타내고 있다.
도 3과 같이, 본 발명의 초소형 발전기는 진동에 의해 전극판(10)(20)과 액체방울(30) 사이의 면적 변화가 발생되며, 이 면적 변화에 의해 교류 전원이 유도되게 된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (10)
- 서로 인접하여 마주보고 위치하는 제 1, 2 전극판과,
상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하여 상기 제 1, 2 전극판에 전극이 -로 대전되면 +로 대전되고, 상기 제 1, 2 전극판에 전극이 +로 대전되면 -로 대전되며, 상기 대전되는 전극 사이에 전기적 구조인 전기이중층을 나타내는 이온이 포함된 액체방울과,
상기 제 1 및 2 전극판의 진동으로 시간에 따라 제 1 및 제 2 전극판과 액체방울의 접촉면적이 변화함에 따라, 전기이중층 전기용량이 시간에 따라 변화하게 되어 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 전위차가 시간에 따라 바뀌면서 발생되는 교류전압을 이용하여 생성된 전압으로 전기를 발전하는 발전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 이온이 포함되어 있는 액체방울은 물, 전해질용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 하나 이상이 진동됨에 따라 전극판 간의 거리 변화 때문에 각각의 제 1, 2 전극판과 액체방울이 접하는 면적이 시간에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판과 액체방울이 접하는 면적에 전기이중층이 생성되는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 삭제
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 전극판 또는 제 2 전극판의 진동은 사용자의 직/간접적인 움직임 또는 이동 수단에 의한 움직임을 통한 생활 진동을 이용하는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 하나에 연결 고정되어 일정한 주기로 진동시키는 진동 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 하나 이상은 액체방울과 접촉하는 면에 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic) 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 액체방울은 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 액체방울은 하나 이상의 액체방울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체방울을 이용한 초소형 발전기.
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