KR101432162B1 - 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 - Google Patents
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Abstract
파도의 상하방향 진동운동 및 풍력을 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치는 파도의 상하방향 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 플레이트를 포함하는 제1 압전 하베스팅 모듈; 및 상기 제1 압전 하베스팅 모듈에 결합되고, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함하는 제2 압전 하베스팅 모듈;을 포함하고, 상기 제2 압전 하베스팅 모듈은 수직방향으로 서로 이격된 상부 평탄부 및 하부 평탄부로 형성된 평탄부; 상기 상부 평탄부와 일단이 접하며, 상기 하부 평탄부와 타단이 서로 접하도록 형성된 회전축; 상기 회전축과 교차되도록 외주면에 형성된 중심축; 상기 중심축에 결합되는 제1 날개부 및; 상기 상부 평탄부 및 상기 하부 평탄부에 각각 결합되며, 상기 회전축의 회전시 제1 날개부와 접촉하여, 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시키는 제2 날개부;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치는 파도의 상하방향 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 플레이트를 포함하는 제1 압전 하베스팅 모듈; 및 상기 제1 압전 하베스팅 모듈에 결합되고, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함하는 제2 압전 하베스팅 모듈;을 포함하고, 상기 제2 압전 하베스팅 모듈은 수직방향으로 서로 이격된 상부 평탄부 및 하부 평탄부로 형성된 평탄부; 상기 상부 평탄부와 일단이 접하며, 상기 하부 평탄부와 타단이 서로 접하도록 형성된 회전축; 상기 회전축과 교차되도록 외주면에 형성된 중심축; 상기 중심축에 결합되는 제1 날개부 및; 상기 상부 평탄부 및 상기 하부 평탄부에 각각 결합되며, 상기 회전축의 회전시 제1 날개부와 접촉하여, 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시키는 제2 날개부;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파도의 상하방향 진동 에너지와 풍력 에너지를 함께 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치에 관한 것이다.
에너지 하베스팅(energy harvesting)은 예를 들어 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것과 같이, A 에너지를, 이와 상이한 성질을 갖는 B 에너지로 변환하는 것을 의미한다.
이중 압전 에너지 하베스팅은 외부로부터 기계적 변형을 가하면 전기분극이 나타나는 현상을 이용한 압전 재료(piezoelectric materials)를 매개체로 하여 외부의 기계적 에너지를 압전 재료의 변형에 의하여 전기 에너지로 변환시키는 것을 말한다.
현재까지, 압전 에너지 하베스팅은 주로 WSN(Wireless Sensor Network), 도로나 차량 등에서 적용되고 있다. 한편, 해양의 경우, 항상 바람과 파도가 존재하는 바, 이러한 해양에서의 자연 에너지를 압전 에너지 하베스팅을 이용하여 전기 에너지로 변환할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0121291호(2011. 11. 07. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 태양에너지와 풍력을 이용한 복합 발전시스템이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 파도의 상하방향 진동 에너지와 풍력 에너지를 함께 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치는 파도의 상하방향 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 플레이트를 포함하는 제1 압전 하베스팅 모듈; 및
상기 제1 압전 하베스팅 모듈에 결합되고, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함하는 제2 압전 하베스팅 모듈;을 포함하고,
상기 제2 압전 하베스팅 모듈은
수직방향으로 서로 이격된 상부 평탄부 및 하부 평탄부로 형성된 평탄부;
상기 상부 평탄부와 일단이 접하며, 상기 하부 평탄부와 타단이 서로 접하도록 형성된 회전축; 상기 회전축과 교차되도록 상기 회전축의 외주면에 결합된 중심축; 상기 중심축에 수직방향으로 형성되는 제1 날개부; 및 일측이 캔틸레버 형태로 상기 상부 평탄부 및 하부 평탄부에 수직방향으로 고정되며, 타측이 상기 중심축에 결합된 제1 날개부와 접촉에 의하여 탄성 운동 하는 제2 판형 몸체와, 상기 제2 판형 몸체의 일면 또는 양면에 배치되는 제2 압전 시트를 포함하는 제2 날개부;를 포함하고, 해상풍에 의하여 상기 회전축, 중심축 및 제1 날개부가 수평 방향으로 회전하고, 상기 제1 날개부 회전시 상기 제1 날개부의 끝단과 제2 날개부의 끝단이 접촉할 수 있도록, 상기 중심축 상부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 상부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 높은 위치에 있고, 상기 중심축 하부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 하부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 낮은 위치에 있도록 하여, 제2 날개부의 끝단이 해상풍에 의해 회전하는 제1 날개부의 끝단이 접촉하면서 상기 제2 날개부의 제2 판형 몸체의 탄성 운동에 의해 제2 압전 시트의 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 압전 하베스팅 모듈에 결합되고, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함하는 제2 압전 하베스팅 모듈;을 포함하고,
상기 제2 압전 하베스팅 모듈은
수직방향으로 서로 이격된 상부 평탄부 및 하부 평탄부로 형성된 평탄부;
상기 상부 평탄부와 일단이 접하며, 상기 하부 평탄부와 타단이 서로 접하도록 형성된 회전축; 상기 회전축과 교차되도록 상기 회전축의 외주면에 결합된 중심축; 상기 중심축에 수직방향으로 형성되는 제1 날개부; 및 일측이 캔틸레버 형태로 상기 상부 평탄부 및 하부 평탄부에 수직방향으로 고정되며, 타측이 상기 중심축에 결합된 제1 날개부와 접촉에 의하여 탄성 운동 하는 제2 판형 몸체와, 상기 제2 판형 몸체의 일면 또는 양면에 배치되는 제2 압전 시트를 포함하는 제2 날개부;를 포함하고, 해상풍에 의하여 상기 회전축, 중심축 및 제1 날개부가 수평 방향으로 회전하고, 상기 제1 날개부 회전시 상기 제1 날개부의 끝단과 제2 날개부의 끝단이 접촉할 수 있도록, 상기 중심축 상부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 상부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 높은 위치에 있고, 상기 중심축 하부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 하부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 낮은 위치에 있도록 하여, 제2 날개부의 끝단이 해상풍에 의해 회전하는 제1 날개부의 끝단이 접촉하면서 상기 제2 날개부의 제2 판형 몸체의 탄성 운동에 의해 제2 압전 시트의 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치는 제1 압전 하베스팅 모듈을 통하여 파도의 상하방향에 따라 형성되는 진동 에너지와 제2 압전 하베스팅 모듈을 통하여 형성되는 풍력 에너지를 함께 전기 에너지로 쉽게 변환할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 제2 드럼부의 예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 제2 드럼부의 예를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 제2 드럼부의 예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 제2 드럼부의 예를 나타낸 정면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치(100)는 제1 압전 하베스팅 모듈(102)과 제2 압전 하베스팅 모듈을 포함한다.
여기서, 제1 압전 하베스팅 모듈(102)는 하우징(110), 지지부(120) 및 압전 플레이트(130)을 포함한다. 또한, 제2 압전 하베스팅 모듈은 평탄부(140), 중심축(150), 회전축(160) 및 제2 날개부(170)을 포함한다.
제1 압전 하베스팅 모듈(102)은 파도의 수직방향 진동에 따라, 압전 모듈(130)이 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시킨다.
하우징(110)은 대략 육면체 형태로 형성될 수 있다. 하우징(110)은 지지부(120)와 압전 플레이트(130)가 수용된다. 또한, 하우징(110)은 물에 뜨도록, 양측으로 부력체(115)가 더 형성된다. 여기서, 부력체(115)는 물보다 비중이 작은 재질이거나, 내부에 공기가 충진되어 있을 수 있다.
지지부(120)는 하우징(110)의 내부에 위치하며, 대략 육면체 형태로 형성될 수 있다. 지지부(120)는 일렬로 정렬된 복수개의 압전 플레이트(130)을 서로 고정시킨다.
압전 플레이트(130)는 일측이 지지부(120)에 고정되며, 타측은 진동에 의해 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시킨다.
여기서, 압전 플레이트(130)는 복수의 상하방향 진동수 대역에 응답이 가능하도록, 길이가 서로 다른 복수개로 형성된다 즉, 압전 플레이트(130)는 파도의 움직임에 따라 발생하는 다양한 주파수 대역에서 전기 에너지를 얻기 위하여 2개 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
압전 플레이트(130)는 제1 판형 몸체(131), 제1 압전 시트(132) 및 무게추(133)를 포함한다. 여기서, 압전 플레이트(130)는 판형태로 형성된다.
제1 판형 몸체(131)는 제1 압전 시트(132)의 변형과 복원을 반복하기 위해서, 캔틸레버(cantilever) 형태로 고정되어, 상기 진동에 의하여 탄성 운동한다. 또한, 제1 판형 몸체(131)의 길이는 하부로 무게추(133)가 형성될 수 있도록, 제1 압전 시트(132)보다 길게 형성 되는 것이 바람직하다.
제1 압전 시트(132)는 제1 판형 몸체(131)의 일면 또는 양면에 배치되며, 제1 판형 몸체(131)의 탄성 운동에 의해 변형 및 복원을 반복하면서 교류 전원을 발생시킨다.
제1 압전 시트(132)에서 교류전원을 발생시키기 위하여, 제1 압전 시트(132)는 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머, (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li) NbO3계 등과 같은 압전 물질을 포함할 수 있다. 이들 압전 물질들은 단독으로 혹은 2종 이상 혼용될 수 있다.
무게추(133)는 판형 몸체(131)의 하부로 형성된다. 무게추(133)는 상하로 진동하는 파도의 움직임에 따라 제1 판형 몸체(131)를 효과적으로 변형시킬 수 있다. 또한, 무게추(133)와 제1 판형 몸체(131)의 길이 및 두께는 압전 플레이트(130)가 파도의 진동 주파수와 함께 진동하는 공진 주파수에 맞추어 조절할 수 있다. 따라서, 파도의 움직임에 따라 발생하는 다양한 주파수 대역에서 에너지 하베스팅이 가능하도록 상이한 여러 개의 압전 플레이트를 배열하여 형성될 수 있다.
제1 압전 시트(132)와 전기적으로 연결되어, 제1 압전 시트(132)로부터 발생된 교류 전원을 정류하는 회로부가 더 형성될 수 있다. 또한, 회로부로부터 정류된 전원을 저장하기 위하여 회로부와 전기적으로 연결된 충전부도 형성될 수 있다.
제2 압전 하베스팅 모듈은 제1 압전 하베스팅 모듈(102)과 결합되고, 풍력에 따라 제2 날개부(170)의 제2 압전 시트(172)가 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시킨다.
평탄부(140)는 수직방향으로 서로 이격되도록 형성된다. 즉, 평탄부(140)는 서로 이격된 상부 평탄부와 하부 평탄부로 형성된다. 또한, 상기 평탄부(140)는 수직방향으로 회전축(160)이 위치하며, 평탄부(140)와 회전축(160)은 서로 접촉하게 된다. 또한, 평탄부(140)는 회전축(160)이 위치하는 방향인 수직방향으로 제2 날개부(170)가 형성된다.
중심축(150)은 서로 이격된 형태로 형성된 평탄부(140) 사이에 위치하며, 후술할 회전축(160)의 외주면에 결합된다. 또한, 중심축(150)은 상부 평탄부와 하부 평탄부 사이의 대략 중앙에 형성되며, 중심축(150)의 수직방향으로는 제1 날개부(151)가 형성된다. 여기서, 중심축(150)과 제1 날개부(151)는 일체로 형성될 수도 있다. 전기 에너지의 효율적인 발생을 위해서, 제1 날개부(151)는 제2 날개부(170)와 끝단이 접촉할 수 있는 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 날개부(151)의 끝단과 제2 날개부(170)의 끝단이 접촉할 수 있도록, 도 1에 도시된 예와 같이, 중심축(150) 상부에 위치하는 제1 날개부(151)의 끝단이 상부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 높은 위치에 있고, 중심축 하부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 하부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 낮은 위치에 있도록 하는 것이 바람직하다.
회전축(160)은 평탄부(140)의 수직방향으로 위치하며, 일단은 상부 평탄부와 접하며, 타단은 하부 평탄부와 접하게 된다. 여기서, 회전축(160)은 대략 원기둥 형태로 형성된다. 회전축(160)은 해상풍에 의해 제1 날개부(151) 구동에 의해 회전하면서 제1 날개부(151)가 제2 날개부(170)와 접촉을 통해 전기가 발생하도록 계속 회전하여야 한다. 이를 위해서, 회전축(160)에는 기계적 실(mechanical seal)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
회전축(160)의 양 끝단에는 베어링(165)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 베이링(165)은 마찰이 적거나 거의 없는 볼 베어링 또는 초전도 베어링으로 형성될 수 있다.
제2 날개부(170)는 평탄부(140)의 내측으로 위치하며, 평탄부(140)와 수직방향으로 형성된다. 따라서, 회전축(160)이 회전할 때, 중심축(150)에 결합된 제1 날개부(151)와 평탄부(140)에 결합된 제2 날개부(170)의 접촉에 의해 제2 날개부에 포함되는 제2 압전 시트(172)의 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시킨다. 즉, 제2 날개부(170)의 제2 압전 시트(172)는 풍력에 의하여 회전하는 제1 날개부(151)와 접촉하여 변형되고, 제1 날개부(151)가 통과한 후 복원되는 과정을 반복하면서 전기 에너지를 발생시킨다.
제2 날개부(170)은 제2 판형 몸체(171) 및 제2 압전 시트(172)를 포함한다.
제2 판형 몸체(171)는 일측이 캔틸레버 형태로 평탄부(140)에 고정된다.
제2 압전 시트(172)는 제2 판형 몸체(171)의 일면 또는 양면에 배치되며, 제2 판형 몸체(171)의 탄성 운동에 의해 변형 및 복원을 반복하면서 교류 전원을 발생시킨다. 여기서, 제2 압전 시트(172)는 제1 압전 시트(132)와 동일한 압전 물질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치(100)에 의하면, 파도의 움직임에 따라 발생하는 진동 에너지와 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써, 보다 많은 전기 에너지를 효율적으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치(200)는 제1 압전 하베스팅 모듈(202)과 제2 압전 하베스팅 모듈을 포함한다.
도 2에 도시된 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치(200)의 경우, 제2 압전 하베스팅 모듈은 도 1에 도시된 요소들과 동일하나, 제1 압전 하베스팅 모듈(202)의 구조가 상이하다.
도 2에 도시된 제1 압전 하베스팅 모듈(202)은 하우징(110), 드럼부(220), 절연기둥(230)을 포함한다. 또한, 제1 압전 하베스팅 모듈(202)은 회로부(240) 및 충전부(250)을 더 포함할 수 있다.
하우징(110)은 대략 육면체 형태로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(110)은 물에 뜨도록, 양측으로 부력체(115)가 더 형성된다. 여기서, 부력체(115)는 물보다 비중이 작은 재질이거나, 내부에 공기가 충진되어 있을 수 있다.
드럼부(220)는 하우징(110)의 내부에 위치한다. 또한, 드럼부(220)는 제1 드럼부(221)와 제2 드럼부(222)를 포함한다. 제1 드럼부(221)는 제2 드럼부(222)의 하부에 위치하며, 서로 이격되도록 형성된다. 또한, 제1 드럼부(221)와 제2 드럼부(222)는 하우징(110)의 크기보다 작게 형성된다.
제1 드럼부(221)와 제2 드럼부(222)는 상하 탄성변형을 유도하기 위하여, 지름과 두께가 다양하도록 수직방향으로 배열할 수 있다. 또한, 제1 드럼부(221) 및 제2 드럼부(222)는 절연기둥(230)에 복수개로 배열하여, 파도의 움직임에 따라 발생하는 주파수에 효율적으로 반응할 수 있도록 형성할 수 있다.
이하 도3 내지 도4에서는 제2 드럼부(222)로 예를 들어 설명하기로 한다.
절연기둥(230)은 내부에 빈 공간이 형성된 원기둥 형태로 형성된다. 또한, 절연기둥(230)은 외부 표면이 전도성 물질로 코팅되어 있다.
절연기둥(230)은 드럼부(220)와 수직방향으로, 대략 중앙에 위치한다. 여기서, 절연기둥(230)에서 드럼부(220)가 이탈되지 않도록, 복수개의 이탈방지부(231)가 드럼부(220) 상하에 형성될 수 있다.
또한, 절연기둥(230)의 빈 공간을 통해 연결부(232)가 통과하게 된다. 연결부(232)의 일측은 회로부(240)와 연결되며, 연결부(232)의 타측은 상부에 위치하는 전도층(225)과 도전되도록 연결된다. 따라서, 연결부(232)는 도전성 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
회로부(240)는 절연기둥(230)과 전기적으로 연결되어, 드럼부(220)로부터 발생된 교류 전원을 정류한다. 또한, 회로부(240)는 정류된 전원을 저장하기 위한 충전부(250)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 제2 드럼부의 예를 나타낸 평면도이다. 도 4는 제2 드럼부의 예를 나타낸 정면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 드럼부(222)는 금속층(223), 압전체층(224), 전도층(225)으로 형성된다. 제2 드럼부(222) 상하에는 이탈방지부(231)가 형성된다.
금속층(223)은 하부에 위치하며, 압전체층(224)과 금속층(223)의 사이에 위치하는 전도층(225)과 전도성 접착제로 결합되어 도전된다. 또한, 금속층(223)은 외부 표면이 전도성 물질로 코팅이 되어 있는 절연기둥(230)과 맞닿아 전기적으로 음극을 형성한다.
압전체층(224)은 금속층(223)의 상부에 위치한다. 또한, 압전체층(224)은 파도의 상하방향 진동 에너지에 의해 제2 드럼부(222)가 상하로 이동할 때, 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시킨다. 또한, 압전체층(224)은 절연기둥(230)과 일정간격 이격되도록 형성되며, 서로 접촉하지 않도록 형성된다.
여기서, 압전체층(224)은 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2 /3]O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2 /3]O3+Cu(O), Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3+Mn(O), Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머, (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li)NbO3, (Bi, Na)TiO3계 중에서 선택되는 1종 이상의 압전 물질을 포함할 수 있다.
전도층(225)은 절연기둥(230)과 일정간격 이격되도록 위치한다. 또한, 전도층(225)은 압전체층(224)의 상하부에 각각 코팅된다.
이하에서, 상부에 위치하는 전도층(225)는 제1 전도층, 하부금속층(223)과 압전체층(224) 사이에 위치하는 전도층(225)은 제2 전도층으로 설명하기로 한다. 제1 전도층(225)은 연결부(232)를 통해 회로부(240)와 연결되어, 양극을 형성하게 된다. 여기서, 하부금속층(223)과 제1 전도층(225)은 서로 다른 극성으로 형성되는 것이 바람직하며, 압전 변환된 신호는 교류신호로 발생되므로 전기적으로 양극, 음극은 바뀌어도 무관하다.
본 발명에 따른 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치(200)에 의하면, 서로 다른 극성을 갖는 절연기둥과 전도층이 형성되어, 파도의 상하 진동에 따라 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 이용될 수 있다. 또한, 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치(200)는 하나 이상의 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써, 보다 많은 전기 에너지를 효율적으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200: 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치
102, 202: 제1 압전 하베스팅 모듈
104: 제2 압전 하베스팅 모듈
110: 하우징 115: 부력체
120: 지지부 130: 압전 플레이트
131: 제1 판형 몸체 132: 제1 압전 시트
133: 무게추 140: 평탄부
150: 중심축 160: 회전축
170: 제2 날개부 171: 제2 판형 몸체
172: 제2 압전 시트 220: 드럼부
221: 제1 드럼부 222: 제2 드럼부
223: 금속층 224: 압전체층
225: 전도층 226: 납땜
230: 절연기둥 231: 이탈방지부
232: 연결부
102, 202: 제1 압전 하베스팅 모듈
104: 제2 압전 하베스팅 모듈
110: 하우징 115: 부력체
120: 지지부 130: 압전 플레이트
131: 제1 판형 몸체 132: 제1 압전 시트
133: 무게추 140: 평탄부
150: 중심축 160: 회전축
170: 제2 날개부 171: 제2 판형 몸체
172: 제2 압전 시트 220: 드럼부
221: 제1 드럼부 222: 제2 드럼부
223: 금속층 224: 압전체층
225: 전도층 226: 납땜
230: 절연기둥 231: 이탈방지부
232: 연결부
Claims (15)
- 파도의 상하방향 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 플레이트를 포함하는 제1 압전 하베스팅 모듈; 및
상기 제1 압전 하베스팅 모듈에 결합되고, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함하는 제2 압전 하베스팅 모듈;을 포함하고,
상기 제2 압전 하베스팅 모듈은
수직방향으로 서로 이격된 상부 평탄부 및 하부 평탄부로 형성된 평탄부;
상기 상부 평탄부와 일단이 접하며, 상기 하부 평탄부와 타단이 서로 접하도록 형성된 회전축;
상기 회전축과 교차되도록 상기 회전축의 외주면에 결합된 중심축;
상기 중심축에 수직방향으로 형성되는 제1 날개부; 및
일측이 캔틸레버 형태로 상기 상부 평탄부 및 하부 평탄부에 수직방향으로 고정되며, 타측이 상기 중심축에 결합된 제1 날개부와 접촉에 의하여 탄성 운동 하는 제2 판형 몸체와, 상기 제2 판형 몸체의 일면 또는 양면에 배치되는 제2 압전 시트를 포함하는 제2 날개부;를 포함하고,
해상풍에 의하여 상기 회전축, 중심축 및 제1 날개부가 수평 방향으로 회전하고, 상기 제1 날개부 회전시 상기 제1 날개부의 끝단과 제2 날개부의 끝단이 접촉할 수 있도록, 상기 중심축 상부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 상부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 높은 위치에 있고, 상기 중심축 하부에 위치하는 제1 날개부의 끝단이 상기 하부 평탄부에 결합되는 제2 날개부의 끝단보다 낮은 위치에 있도록 하여,
제2 날개부의 끝단이 해상풍에 의해 회전하는 제1 날개부의 끝단이 접촉하면서 상기 제2 날개부의 제2 판형 몸체의 탄성 운동에 의해 상기 제2 압전 시트의 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 압전 하베스팅 모듈은
부력체가 결합된 하우징;
상기 하우징 내부에 위치하는 지지부; 및
상기 지지부에 결합되며, 파도의 상하방향 진동에 의해 변형 및 복원이 반복되는 압전체를 포함하는 압전 플레이트;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 .
- 제2항에 있어서,
상기 부력체는
물보다 비중이 작은 재질 또는 내부에 공기가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 압전 플레이트는
복수의 상하방향 진동수 대역에 응답이 가능하도록, 길이가 서로 다른 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 압전 플레이트는
캔틸레버 형태로 상기 지지부에 고정되며, 진동에 의하여 탄성 운동 하는 제1 판형 몸체와,
상기 제1 판형 몸체의 일면 또는 양면에 배치되며, 상기 제1 판형 몸체의 탄성 운동에 의해 변형 및 복원을 반복하면서 교류 전원을 발생시키는 제1 압전 시트와,
상기 제1 판형 몸체는 하부로 무게추가 형성되는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 압전 시트는
Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2 /3]O3+Cu(O), Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3+Mn(O), Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머, (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li)NbO3, (Bi, Na)TiO3계 중에서 선택되는 1종 이상의 압전 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 .
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 압전 시트는
Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3+Cu(O), Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3+Mn(O), Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머, (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li)NbO3, (Bi, Na)TiO3계 중에서 선택되는 1종 이상의 압전 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 .
- 제1항에 있어서,
상기 제1 압전 하베스팅 모듈은
부력체가 결합된 하우징;
상기 하우징 내부에 위치하며, 파도의 상하방향 진동 에너지에 의해 변형 및 복원이 반복되면서 전기 에너지를 발생시키는 드럼부; 및
상기 드럼부의 중앙에 위치하며, 내부에 빈 공간이 형성된 절연기둥;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 .
- 제10항에 있어서,
상기 부력체는
물보다 비중이 작은 재질 또는 내부에 공기가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 절연기둥은
상기 드럼부를 고정하도록, 일정간격 이격되어 복수개의 이탈방지부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 드럼부는
제1 드럼부와
상기 제1 드럼부의 상부에 위치하며, 상기 제1 드럼부보다 지름이 큰 제2 드럼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 드럼부는
최하부에 위치하는 금속층;
상기 금속층의 상부에 위치하는 압전체층; 및
상기 압전체층의 상부 및 하부에 각각 위치하는 전도층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 .
- 제14항에 있어서,
상기 압전체층은
Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2 /3]O3+Cu(O), Pb(Zr,Ti)O3＋Pb[(Zn,Ni)1/3Nb2/3]O3+Mn(O), Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머, (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li)NbO3, (Bi, Na)TiO3계 중에서 선택되는 1종 이상의 압전 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 .
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120024911A KR101432162B1 (ko) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120024911A KR101432162B1 (ko) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130103907A KR20130103907A (ko) | 2013-09-25 |
| KR101432162B1 true KR101432162B1 (ko) | 2014-08-20 |
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|---|---|---|---|
| KR1020120024911A KR101432162B1 (ko) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
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