KR101459625B1 - 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치 - Google Patents
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Abstract
알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치가 개시되어 있다. 본 발명은, 알루미늄 판, 압전재료 및 가수팽창재료를 사용하여 제작된 구조물로서, 상기 알루미늄 판 사이에 압전재료들이 삽입되고 가수팽창재료가 압전재료의 내부에 삽입설치됨으로써 가수에 의하여 압전재료들이 팽창압력을 받도록 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 알루미늄 판, 압전재료 및 가수팽창재료의 복합화에 의하여 기계적 에너지를 전기에너지로 변환시킴으로써 전기를 발생시킬 수 있도록 한 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치에 관한 것이다.
최근에, 재료를 이용하여 전기를 발생시키고자 많은 연구들이 행하여지고 있다.
국내에서는 부산대학교에서 물과 고체 접촉면의 변화로 전기를 생산하는 기술을 개발하였다고 보도한 바 있다.(연합뉴스 2013.02.12)
또한, 미국의 노스웨스턴대학교(Northwestern University)의 Ravi Agrawal과 Horacio Espinosa는 수년 동안 나노와이어들의 성질을 연구해 나노 규모에서 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 바꾸는 전화(이른바 압전기, piezo-electricity)이 대용량 물질에서보다 훨씬 높다는 것을 밝혔다.
이들은 예전에 조사되었던 10∼100 나노미터가 아니라, 1 나노미터 이하로 그 지름을 줄인다면, 그 와이어들에서 압전 계수(piezoelectric coefficient)가 2배 향상될 수 있다고 계산했다. ZnO 와이어에서, 압전계수는 지름이 1.5 나노미터 이하의 와이어들에 국한되었지만, GaN 와이어는 2.5 나노미터나 그 이상의 지름에서 증가를 보여주었다. 이것은 나노발전기(nanogeneratos)와 피에조트로닉스(piezotronics)에서 중요한 결과이다.
미국 조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)의 Zhong Lin Wang은 아연 산화물이 발전기로서 작동할 수 있다는 것을 처음으로 밝혔다. 그러나 이들의 연구에서 연속적으로 기계적 에너지를 가하는 기구에 대하여는 설명이 없었다.
이와 같이, 다양한 재료를 이용하여 전기를 발생시켰다는 자료는 있지만, 본 발명에서와 같이 알루미늄 판, 압전 재료 및 가수팽창재료를 사용하여 전기를 발생시키는 장치가 개시된 적은 없다.
본 발명의 목적은 시간과 장소에 구애받지 않고 전기를 용이하게 발생시킬 수 있도록 한 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용도에 따라서 다양하게 크기와 용량을 조절하면서 전기를 발생시킬 수 있도록 한 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치는,
알루미늄 판, 압전재료 및 가수팽창재료를 사용하여 제작된 구조물로서, 상기 알루미늄 판 사이에 압전재료들이 삽입되고 가수팽창재료가 압전재료의 내부에 삽입설치됨으로써 가수에 의하여 압전재료들이 팽창압력을 받도록 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치는, 금속제 용기; 상기 금속제 용기와 연결되며 그 내부로 나선형으로 배치되는 알루미늄판; 상기 나선형 알루미늄 판 사이에 삽입되는 압전재료; 및 상기 알루미늄 판의 끝단에 원통형으로 설치되는 가수팽창재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가수팽창재료는 상기 압전재료의 중심부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전재료로는 티탄지르콘산납[PZT{PB(Ti,Zr)O3}], 갈륨질화물(gallium nitride), 또는 아연산화물(zinc oxide)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 가수팽창재료는 셀룰로오스가 주성분인 건조목재(dried woods)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 간단한 부품으로 전기를 생산하여 LED전등이나, 휴대폰 충전 등 필요한 부분에 응용할 수 있도록 하는 데에 있다. 이러한 용도로 사용할 수 있는 것에는 태양전지판을 이용한 것도 있지만 음지나 실내에서는 사용할 수 없는 한계가 있다. 알루미늄 판과 압전재료, 건조된 목재를 사용하여 만들어진 전기 발생장치는 때와 장소에 구애받지 않고 전기를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 용도에 따라서 크기와 용량을 조절한 각종 제품을 개발하여, 산업 발전에 크게 이바지 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기발생장치의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 전극재료로서 알루미늄 판을 사용하고 전기 발생재료로서 압전재료를 사용하며, 기계적 에너지 발생재료로서 가수 팽창 재료를 사용하여 구조물을 만들고, 목재부분에 물을 가해주면 팽창되기 때문에 기계적 에너지가 발생하게 되고, 그 에너지가 외부의 압전재료에 전달되어 전기를 발생하고 그 전기는 금속 양도체인 알루미늄 판에 전달되어 연결된 전선을 통해서 외부로 전류를 이끌어 낼 수 있는 기구를 만들었다. 이러한 기구는 전기를 필요로 하는 다양한 기기와 장소에서 사용할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
이러한 전기 발전을 이용해서 MP3플레이어, 휴대폰 등 각종 전기기기에 동력을 제공하는 발전기로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전기발생장치는 알루미늄 판과 압전재료 및 가수팽창재료를 사용하여 제작된 구조물이다. 상기 알루미늄 판 사이에 압전재료들이 삽입되고, 가수팽창재료가 상기 압전재료의 내부에 삽입설치됨으로써 압전재료들을 팽창시키는 구조를 갖는 것이다.
이때, 압전재료는 기계적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 물질로서 나노 크기 섬유상 일수록 기계-전기의 변환 효율인 결합계수가 높다.
이러한 압전재료로는 티탄지르콘산납[PZT{PB(Ti,Zr)O3}], 갈륨질화물(gallium nitride), 또는 아연산화물(zinc oxide) 등이 사용될 수 있다.
상기 알루미늄 판은 압전재료와 밀접하게 접촉하고 접촉면적을 크게 하기 위한 전자 전도성 금속의 역할을 하며 외부 금속제 용기와도 접하여서 전기를 전달하게 된다.
또한, 상기 가수팽창재료는 수분을 받아서 팽창하는 재료로서, 다양한 재료가 사용될 수 있지만, 본 발명에서는 셀룰로오스가 주성분인 건조목재(dried woods)를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기발생장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기발생장치는, 크게 금속제 용기(4), 상기 금속제 용기(4)와 연결되며 그 내부로 나선형으로 배치되는 알루미늄판(2), 상기 나선형 알루미늄 판(2) 사이에 삽입되는 압전재료(1), 및 상기 알루미늄 판(2)의 끝단에 원통형으로 설치되는 가수팽창재료(3)를 포함한다.
상기 알루미늄 판(2)는 압전재료와 밀접하게 접촉하여 접촉면적을 크게 하는 전자 전도성 금속의 역할을 하며, 동시에 상기 금속제 용기(4)에 연결되어서 압전재료로부터 발생된 전기를 금속제 용기(4)에 전달하는 역할을 한다.
상기 금속재 용기(4)는 압전 재료(1)에서 발생되는 전기를 전달 받아 이를 외부로 공급해 주는 역할과 압전 구조체를 보호하는 역할을 하는 것이다.
상기 금속제 용기(4)의 일측에는 리드 전선(5)이 연결되어서 발생된 전기를 외부로 전달하는 전선의 역할을 하게 된다.
본 발명의 구조를 살펴보면, 상기 금속제 용기(4)의 내부에 알루미늄판(2)이 나선형으로 설치되고 상기 알루미늄판(2)의 사이에 압전재료(1)가 충진되며, 가장 중심에 가수팽창재료(3)가 설치되는 것이다.
본 발명에서는 전기발생장치의 형상을 원통형으로 설명하고 있지만, 본 발명의 기술내용을 포함하면서 다양한 형상을 가질 수 있음은 당업계에서는 자명한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치의 작동에 대하여 설명한다.
기계적 에너지 발생 재료로서 건조된 목재를 사용하는 가수 팽창재료(3)에 물을 가해주면 가수 팽창재료(3)가 팽창되어서 기계적 에너지가 발생하게 됨다. 이러한 기계적 에너지가 외부의 압전재료에 전달되어 압력을 가함으로써 압전재료가 전기를 발생하게 되고, 발생된 전기는 금속 양도체인 알루미늄 판에 전달되고 금속제 용기(4)에 연결된 리드 전선(5)을 통해서 외부로 전류를 이끌어 낼 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서 몇 가지만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 청부된 특허청구 범위에 속함은 당연한 것이다.
1: 압전재료 2: 알루미늄판
3: 가수팽창재료 4: 금속제 용기
5: 리드 전선
3: 가수팽창재료 4: 금속제 용기
5: 리드 전선
Claims (5)
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- 금속제 용기;
상기 금속제 용기와 연결되며 그 내부로 나선형으로 배치되는 알루미늄판;
상기 나선형 알루미늄 판 사이에 삽입되는 압전재료; 및
상기 나선형 알루미늄 판의 중심부에 원통형으로 설치되는 가수팽창재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치.
- 삭제
- 청구항 제 2항에 있어서,
상기 압전재료로는 티탄지르콘산납[PZT{PB(Ti,Zr)O3}], 갈륨질화물(gallium nitride), 또는 아연산화물(zinc oxide)를 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치.
- 청구항 제 2항에 있어서,
상기 가수팽창재료는 셀룰로오스가 주성분인 건조목재(dried woods)를 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 판과 압전재료를 이용한 전기발생장치.
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