KR101598592B1 - 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치 - Google Patents

Abstract

마찰대전 시의 내구성이 향상되고, 마찰대전을 위한 대전체의 회전력을 더욱 높은 효율로 가할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치는, 내측에 수용공간이 형성되어 있는 원통 형상으로 형성되며, 각각 수용공간의 중심축선 방향으로 돌출된 형상을 가지고 원주방향을 따라 방사형으로 배열되며 마찰대전이 발생하는 제1대전면이 형성되어 있는 복수의 제1돌출부들을 구비하는 스테이터; 스테이터의 수용공간에 배치되며, 원주방향을 따라 방사형으로 배열되고 반경방향 외측으로 돌출되고 제1돌출부와 마주하게 되는 경우에 제1대전면과 이격되는 제2대전면이 형성되어 있는 복수의 제2돌출부들을 구비하는 로터; 및 제1대전면과 제2대전면이 서로 접촉되지 않고도 마찰대전이 가능하도록, 제1대전면과 제2대전면이 서로 상대회전 되는 도중에 그 제1,2대전면들 사이에 개재되어 제1대전면과 제2대전면 간의 선택적인 접촉을 매개하는 접촉매개체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치{ENERGY HARVESTING APPARATUS USING TRIBOELECTRIFICATION}

본 발명은 마찰대전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 물을 대전물질로 사용할 수 있는 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치를 제공함으로써, 마찰대전의 특성 상 지속적인 사용 시의 재료의 마모를 최소화할 수 있는 기술에 관한 것이다.

석탄 및 석유 등 화석 에너지를 이용할 수 있게 된 이후, 기술의 개발에 의해 에너지 수요가 급증하게 되면서, 화석 에너지의 고갈에 대한 염려가 증가하고 있다. 더군다나 에너지 자립도가 낮은 나라들은, 대부분의 화석 에너지를 수입에 의존하고 있어, 국가의 경제 발전에 저해요소로 작용하고 있다.

이에 따라서, 빛, 열, 진동 등의 주변 환경에서 버려지는 에너지를 수확하여, 전기 에너지로 생산 및 이용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 에너지 하베스팅 기술은, 온도, 빛, 전자기장, 마찰 등 다양한 형태로 소모되고 있는 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방식으로 연구되고 있다.

이 중, 기계적인 운동에서 버려지는 에너지를 마찰전기 기반의 에너지 수확 원리를 이용하여 전기 에너지로 수확하는 기술 역시 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

기존의 마찰전기 에너지 수확 기술은, 접촉에 의해 양전하 또는 음전하로 대전되는 물질들을 서로 마찰시킴으로써 변화되는 전위를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 방식으로 연구되어 왔다.

그러나 기존의 마찰전기 에너지 수확 장치에 있어서, 전기 에너지의 발생에는 구성들의 마찰이 필수적으로 이루어져야 하기 때문에, 각 구성들간의 접촉에 의한 마모에 매우 취약하여, 내구성이 약한 문제점이 지적되어 왔다. 즉, 마찰이 이루어져야만 전기 에너지가 생성되는데, 각 구성의 접촉 및 분리가 반복되는 경우, 발전 횟수가 시간에 따라서 접촉되는 구조의 손상으로 인한 마모를 필수적으로 고려해야 하기 때문에, 구성의 교체 등의 유지 보수의 문제점이 지적되어 왔던 것이다.

이에 본 발명은, 마찰대전을 이용하여 전기 에너지를 수확하는 기술에 있어서, 각 대전체의 접촉에 따른 마모를 최소화할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 대전체의 회전에 의한 접촉 및 분리의 반복에 따른 전기 에너지의 생성에 있어서, 대전체에 회전력을 더욱 높은 효율로 가할 수 있도록 하여, 에너지 수확 효율을 높이는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치는, 내측에 수용공간이 형성되어 있는 원통 형상으로 형성되며, 각각 상기 수용공간의 중심축선 방향으로 돌출된 형상을 가지고 원주방향을 따라 방사형으로 배열되며 마찰대전이 발생하는 제1대전면이 형성되어 있는 복수의 제1돌출부들을 구비하는 스테이터; 상기 스테이터의 수용공간에 배치되며, 원주방향을 따라 방사형으로 배열되고 반경방향 외측으로 돌출되고 상기 제1돌출부와 마주하게 되는 경우에 상기 제1대전면과 이격되는 제2대전면이 형성되어 있는 복수의 제2돌출부들을 구비하는 로터; 및 상기 제1대전면과 제2대전면이 서로 접촉되지 않고도 마찰대전이 가능하도록, 상기 제1대전면과 상기 제2대전면이 서로 상대회전 되는 도중에 그 제1,2대전면들 사이에 개재되어 제1대전면과 제2대전면 간의 선택적인 접촉을 매개하는 접촉매개체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1대전면과 제2대전면들 중 어느 하나는 친수성, 다른 하나는 소수성 표면을 갖도록 구성되고, 상기 접촉매개체는, 상기 제1대전면과 제2대전면 사이에 개재되어 상기 제1,2대전면들 중 어느 하나에만 흡착되는 선택적 흡착물질인 것이 바람직하다.

상기 선택적 흡착물질은 물 분자를 포함하여 이루어지는 수용액인 것이 바람직하다.

상기 수용액이 상기 스테이터와 로터 사이에 형성된 유로에 유입될 수 있도록, 상기 수용액을 상기 유로에 유입시키기 위한 동력원을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수용액이 상기 스테이터와 로터 사이에 형성된 유로에 유입되는 경우에, 상기 유로는, 상기 수용액의 유동 에너지를 상기 로터의 회전력으로 변환할 수 있도록, 나선형 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 접촉매개체가 제1대전면과 제2대전면 사이에서 선택적인 접촉을 매개하기 때문에, 제1대전면과 제2대전면 사이의 직접적인 접촉을 피하면서도 마찰대전에 의한 대전에 따라 전기 에너지를 생산할 수 있어, 마찰대전물질간의 마찰에 의한 마모를 방지할 수 있어, 지속적인 발전이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 유로가 나선형 형태로 이루어짐에 따라서, 접촉매개체의 흐름에 따라 로터가 회전하게 되므로, 장치가 설치되는 관내의 유동 에너지를 원동력으로 회전력을 생기게 하기 때문에, 외부의 회전력 없이도 에너지 수확이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 구성 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 결합 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 평면도 및 제1대전면과 제2대전면의 확대도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치에 의해 전기 에너지가 발생하는 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 구성 분해 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치에 대하여 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 구성 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치는, 로터(10)와 스테이터(20)로 구성되는 것을 특징으로 하며, 도 4에서 설명하는 바와 같이 접촉매개체(미도시)가 로터(10)과 스테이터(20)의 접촉면 사이에 존재하는 것을 특징으로 한다.

스테이터(20)는, 내측에 수용공간(21)이 형성되어 있는 원통 형상으로 형성되며, 수용공간(21)의 중심축선(A)의 방향으로 돌출된 형상을 가지고 원주방향을 따라서 방사형으로 배열되는 복수의 제1돌출부(22)를 구비한다. 제1돌출부(22)에는, 마찰대전이 발생할 수 있는 제1대전면(23)이 형성되어 있다. 제1대전면(23)은 마찰에 의해 양전하 또는 음전하 중 어느 한 전하특성을 갖도록 대전된다.

한편, 스테이터(20)의 수용공간(21)에는 로터(10)가 배치된다. 로터(10)는 제1돌출부(22) 및 제1대전면(23)에 대응되도록, 원주방향을 따라서 방사형으로 배열되고, 반경방향의 외측으로 돌출되는 복수의 제2돌출부(12)들을 구비한다. 제2돌출부(12)에는, 제1돌출부(22)와 마주하게 되는 경우, 제1대전면(23)과 이격되는 제2대전면(13)이 형성되어 있다. 로터(10)는 회전축으로서의 기능을 함께 수행하는 전극(11)이 형성될 수 있다.

제1대전면(23)과 제2대전면(13)의 경우, 본 발명의 실시예에 따라 마찰대전이 일어나야 하는데, 본 발명에서는 제1대전면(23)과 제2대전면(13)이 서로 이격되어 있다. 상기 언급한 바와 같이 이격된 제1대전면(23)과 제2대전면(13) 사이의 마찰을 위한 접촉을 매개하는 접촉매개체가 포함된다. 접촉매개체는, 제1대전면(23)과 제2대전면(13)이 상기 언급한 바와 같이 서로 접촉되지 않은 상태에서도 마찰대전이 가능하도록, 제1대전면(23)과 제2대전면(13)이 서로 상대회전 되는 도중, 서로 마주보는 상황에서, 제1대전면(23)과 제2대전면(13) 사이에 개재된다. 이에 따라서 제1대전면(23)과 제2대전면(13)은 로터(10)의 회전에 의해 선택적인 접촉이 된다.

구체적으로, 제1대전면(23)과 제2대전면(13) 중 어느 하나는 친수성, 다른 하나는 소수성의 표면을 갖도록 구성되며, 이때 접촉매개체는, 제1대전면(23)과 제2대전면(13) 사이에 개재되어 제1, 제2대전면(23, 13) 중 어느 하나에만 흡착되는 선택적인 흡착물질임이 바람직하다.

이때, 이하의 본 발명의 실시예에 관한 설명에서는 본 발명의 기능 및 효과에 대한 설명을 위해, 선택적 흡착물질로서 대표적인 물 분자가 포함된 수용액이 접촉매개체로 사용될 수 있고, 물 분자에 의한 마찰대전에 대해서 설명할나, 상기의 기능으로서, 제1, 제2대전면(23, 13) 중 어느 하나에만 흡착되는 특성을 갖고, 접촉 및 분리에 의한 대전이 가능한 특성을 갖는 물질이라면 어느것이나 선택적 흡착물질로서 사용될 수 있음은 당연할 것이다.

예를 들어 선택적 흡착물질로서 물 분자가 포함된 수용액이 사용되고, 제1대전면(23)과 제2대전면(13)이 각각 친수성 또는 소수성의 표면을 갖도록 구성하기 위해, 다음과 같은 처리 과정이 수행될 수 있다.

로터(10)와 스테이터(20)의 각 구조는 전체 구조 위에 나노구조(B1, B2)가 각각 형성되어 있을 것이며, 해당 구조 위에는 예를 들어 테프론(Teflon) 및 HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetra hydrodecyltricholorosilane) 등의 물질을 이용하여 극 소수성의 표면을 형성하거나, 극 친수성의 표면을 형성하게 된다. 이때 로터(10)와 스테이터(20)는 알루미늄을 포함하는 금속 구조를 포함할 수 있다.

이때, 제1대전면(23) 또는 제2대전면(13) 중 극 소수성 표면을 형성시에는, 각 돌출부(12, 22)에 이미 형성된 극친수성 표면에, 매니큐어, 머스칸트 등 산을 막을 수 있는 물질을 칠하여 부분적인 패터닝을 실시한 뒤, 상기의 테프론(Teflon) 및 HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetra hydrodecyltricholorosilane) 등의 물질을 이용하여 극 소수성의 표면을 만들게 된다.

한편, 제1대전면(23) 또는 제2대전면(13) 중 극 친수성 표면을 형성할 때는, 일반적인 표면 위, 혹은 마이크로 단위의 크기의 거칠기가 있는 표면 위에 나노구조를 형성하여 가공하게 된다.

마이크로 표면의 경우 분사 가공을 이용하여 마이크로 단위의 연마입자를 분사하여 가공하여, 극 친수성의 나노구조의 형성은, 양극산화 또는 수열합성 등의 방법을 사용하게 된다.

예를 들어 양극산화법은, 전해액에서 전류를 통하여 양극에서 발생하는 산소를 이용하여 금속 표면에 고착되는 산화 피막을 형성하는 방법이다. 상기 언급한 바와 같이 로터(10) 및 스테이터(20)는 알루미늄 등의 금속의 재질을 포함하고 있으며, 상기 언급한 극 소수성 표면 및 극 친수성 표면을 형성하기 전에는 표면 역시 알루미늄 등의 금속 재질이 포함될 수 있다.

이때, 전해액으로 황산, 인산, 옥살산 등의 산을 이용하고, 산의 수용액을 제조한 후 영하 10도씨 내지 영상 80도씨의 온도조건 하에서, 산 용액안에 음극으로 전극을 연결하고, 양극에는 상기 언급한 극 친수성의 나노구조를 형성할 대상(본 발명에서는 로터(10) 및 스테이터(20)의 표면)을 연결하여 용액에 넣게 된다. 이때, 25V sowl 20ㅍ의 전압을 가하여 원하는 두께의 나노 구조를 형성할 수 있다.

한편, 고온 또는 고압의 조건에서 물 또는 수용액을 이용하여 금속 산화물을 합성하는 수열합성 방법을 통해 동일한 극 친수성의 나노 구조를 형성할 수 있다.

즉, 초기에 로터(10) 및 스테이터(20)의 표면, 즉 제1대전면(23)과 제2대전면(13)을 포함하는 모든 표면은 상기의 처리 과정을 거치게 되면 극 친수성의 나노 구조로서 도 1의 B1 및 B2의 표면을 갖게 된 수 있다. 이때 마찰대전이 이루어지게 되려면, 제1대전면(23)과 제2대전면(13) 중 어느 한 면은 극 소수성의 표면을 갖게 되어야 한다.

이를 위해 상기 극 소수성의 표면의 형성 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 극 소수성의 표면은, 낮은 표면 에너지를 갖는 물질로서 상기 언급한 테프론 또는 HDFS 등의 용약을 얇은 막으로 극 친수성을 갖는 나노 구조의 표면 위에 상기 언급한 바와 같은 패터닝 공정 처리를 수행한다. 이렇게 되면, 해당 면은 극 소수성의 표면 성질을 갖게 된다.

즉, 도 1에 도시된 제1대전면(23)과 제2대전면(13)의 표면 나노구조(B2, B1) 중 어느 한 나노구조 표면 위에 상기와 같은 처리 공정을 통한 코팅을 수행하게 되면, 극 소수성의 성질을 갖는 표면의 형성이 완료된다.

상기와 같은 공정에 의해 생성된 로터(10) 및 스테이터(20)를 결합한 사시도면이 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 결합 사시도이다.

도 2를 참조하면, 로터(10) 및 스테이터(20)는 각기 제2돌출부(12)와 제1돌출부(22)를 갖도록 형성되어 있으며, 양 구성 중 어느 하나가 회전하면서 제2 돌출부(12)와 제1돌출부(22)가 서로 마주보다가 분리되는 운동을 반복적으로 수행하게 된다. 이때, 접촉매개체에 의해 대전이 되면서, 전기 에너지가 발생하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 평면도 및 제1대전면과 제2대전면의 확대도이다.

도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 바와 같이 도 2를 참조하면, 로터(10) 및 스테이터(20)는 각기 제2돌출부(12)와 제1돌출부(22)를 갖도록 형성되어 있으며, 양 구성 중 어느 하나가 회전하면서 제2돌출부(12)와 제1돌출부(22)가 서로 마주보다가 분리되는 운동을 반복적으로 수행하게 된다.

이때 제2돌출부(12)와 제1돌출부(22)가 서로 마주보는 순간, 확대도에 도시된 바와 같이, 제2대전면(13)과 제1대전면(23)은 접촉되지 않고, 이격된 상태로 마주보게 된다. 이때, 이하 설명할 접촉 매개체에 의해, 제2대전면(13)과 제1대전면(23) 사이의 공간이 메워지게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치에 의해 전기 에너지가 발생하는 흐름을 나타낸 도면이다.

도 4의 첫 번째 도면을 참조하면, 스테이터(20)의 제1돌출부(22)에 접촉 매개체(40)가 흡착되어 있는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어 접촉 매개체(40)가 물 분자를 포함하는 수용액인 경우를 가정하면, 제1돌출부(22)의 표면은 극 친수성 표면임을 알 수 있다. 극 친수성 표면에 물 분자를 포함하는 수용액이 흡착되기 때문이다.

한편, 로터(10)의 제2돌출부(12)는 상기의 예에서는 반대로, 극 소수성 표면을 갖게 될 것이다. 이 경우, 제1돌출부(22)과 제2돌출부(12)가 상대적 회전 운동을 할 때, 접촉 매개체(40)는 선택적인 흡착 현상에 의해 제1돌출부(22)에만 흡착된 상태로 이동될 것이다.

물론, 접촉 매개체(40)가 로터(10) 또는 스테이터(20) 중 어느 하나만 흡착되면 되므로, 극 친수성 표면과 극 소수성 표면이 어느 돌출부에 형성되어 있는지에 따라서, 접촉 매개체(40)가 흡착되는 영역이 달라질 수 있음은 당연할 것이다.

로터(10)에는 전극(11)이 중심 축에 형성되어 있다. 마찰 대전에 의해 전자가 이동되면, 전극(11)을 통해 로드(30)에 전기 에너지가 생성될 것이다.

두 번째 도면을 참조하면, 제1돌출부(22)과 제2돌출부(12)가 마주보는 순간, 제1대전면(23)은 극 친수성 표면이기 때문에 접촉 매개체(40)가 흡착되고, 특히 접촉 매개체(40)가 물분자를 포함하는 경우, 양전하로 대전된다. 한편, 제2대전면(13)은 상기 언급한 바와 같이 극 소수성 표면을 포함하는 동시에 음전하 대전 특성을 갖는 표면을 띄고 있어, 제2대전면(13)은 음전하로 대전된다. 제2대전면(13)은, 음전하로 대전된 전하량을 계속하여 유지하게 된다.

이때 회전을 통해 제2대전면(13)과 접촉 매개체(40)로서 물의 접촉 면적이 줄어드는 세 번째 도면의 상태가 되면, 접촉 면적의감소에 따라 전하량의 균형을 맞추기 위해 제2대전면(13)이 형성된 전극(11)의 전자가 접지가 되어 있는 그라운드로 이동하게 되면서 전류가 형성된다.

네 번째 도면의 상태에 이르러 제2대전면(13)과 접촉 매개체(40)가 완전하게 분리되면, 제2대전면(13)과 전극(11)의 사이는 다시 평형 상태를 이루게 된다. 이때 접촉 매개체(40)는 극 친수성 표면인 제1대전면(23)에 흡착되기 때문에, 제2대전면(13)과는 완전하게 분리가 이루어지게 된다.

한편, 다섯 번째 도면의 상태가 되어 다시 제2대전면(13)과 접촉 매개체(40)의 접촉 면적이 증가하게 되는 상태가 되면, 다시 접지에서 제2대전면(13)이 붙어있는 전극(11)으로 전자가 이동하면서 반대 방향의 전류가 흐르게 된다.

즉, 로터(10)와 스테이터(20)의 상대적인 회전에 의해, 제1대전면(23)에 흡착된 접촉 매개체(40)와 제2대전면(13)의 접촉 면적인 변화되면서 전자의 이동이 이루어지게 되며, 이때 전기 에너지가 생성된다.

도 4에 도시된 바에서는 제1대전면(23)에 접촉 매개체(40)가 흡착되어 있으나 상기 언급한 바와 같이 접촉 매개체(40)는 표면 처리 공정에 따라 제2대전면(13)에도 흡착될 수 있으며, 본 발명의 기능 수행을 위해 제1대전면(23) 또는 제2대전면(13) 중 어느 하나에만 흡착되는 경우라면 어느 경우나 실시될 수 있다.

또한 전극(11), 로드(30) 및 접지 상태는, 도 4의 실시예와 다른 실시예에서는, 접지가 도 4와 같이 로터(10)에 연결된 경우 이외에, 스테이터(20)에 연결된 경우, 또는 로터(10) 및 스테이터(20)에 각각 연결되어 전극이 두 개가 형성된 경우도 사용될 수 있다.

상기와 같은 과정을 통해 전기 에너지가 생성되면, 마찰대전을 이용한 기존의 기술에 비하여, 접촉되는 대상이 유체로서의 접촉 매개체가 되기 때문에, 마찰대전이 이루어지는 표면간의 마모가 최소화될 수 있어, 에너지 수확기의 내구성이 크게 향상된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치의 구성 분해 사시도이다.

도 5를 참조하면, 로터(10), 전극(11), 스테이터(20)가 도 1과 유사하게 중심축선(A)을 기준으로 결합될 수 있음이 나타나 있다.

이때, 제1 돌출부(22), 제1대전면(23), 제2돌출부(12), 제2대전면(13)은 도 1과 동일하게 구성되어 있으나, 로터(10) 측 유로(14) 및 스테이터(20) 측 유로(24)가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 특히, 양 유로(14, 24)는 나선형의 형태로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에서 접촉 매개체는 상기 언급한 바와 같이 유체로 구성될 수 있다. 이때 유체는 흡착 과정에 있어서 소모가 될 수 있기 때문에, 수용액 등의 유체로 구성된 접촉 매개체가 스테이터(20)과 로터(10) 사이에 형성된 유로(14, 24)를 통해 유입되어, 극 친수성을 갖는 표면에 흡착된다. 이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에서는, 수용액, 즉 접촉 매개체를 유로(14, 24)에 유입시키기 위한 동력원이 더 포함될 수 있다.

이때, 유로(14, 24)가 도 5에 도시된 바와 같이 나선형의 형태로 형성되는 경우, 다음과 같은 기능을 수행하게 된다.

원칙적으로 상기 언급한 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치에서는, 접촉 매개체가 유입되는 동시에, 로터(10)와 스테이터(20)가 상대적인 회전을 하기 위해 로터(10) 또는 스테이터(20)를 회전시키는 동력원이 필요하게 된다.

그러나, 유로(14, 24)가 도 5에 도시된 바와 같이 나선형의 형태로 형성되는 경우, 에너지 수확 장치를 접촉 매개체의 성분이 포함되는 유체가 흐르는 관 등의 내부에 설치하게 되면, 유체가 유로(14, 24)를 통과하게 되면서, 유체의 유동 에너지가 로터(10) 또는 스테이터(20)의 회전력으로 변환된다.

이에 의해, 유체가 흐르는 관 등의 내부에 에너지 수확 장치를 설치하는 것만으로, 로터(10)가 회전되어, 외부의 동력원 없이 전기 에너지를 수확할 수 있는 효과가 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 적어도 하나로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 내측에 수용공간이 형성되어 있는 원통 형상으로 형성되며, 각각 상기 수용공간의 중심축선 방향으로 돌출된 형상을 가지고 원주방향을 따라 방사형으로 배열되며 마찰대전이 발생하는 제1대전면이 형성되어 있는 복수의 제1돌출부들을 구비하는 스테이터;
   상기 스테이터의 수용공간에 배치되며, 원주방향을 따라 방사형으로 배열되고 반경방향 외측으로 돌출되고 상기 제1돌출부와 마주하게 되는 경우에 상기 제1대전면과 이격되는 제2대전면이 형성되어 있는 복수의 제2돌출부들을 구비하는 로터; 및
   상기 제1대전면과 제2대전면이 서로 접촉되지 않고도 마찰대전이 가능하도록, 상기 제1대전면과 상기 제2대전면이 서로 상대회전 되는 도중에 그 제1,2대전면들 사이에 개재되어 제1대전면과 제2대전면 간의 선택적인 접촉을 매개하는 접촉매개체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1대전면과 제2대전면들 중 어느 하나는 친수성, 다른 하나는 소수성 표면을 갖도록 구성되고,
   상기 접촉매개체는, 상기 제1대전면과 제2대전면 사이에 개재되어 상기 제1,2대전면들 중 어느 하나에만 흡착되는 선택적 흡착물질인 것을 특징으로 하는 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 선택적 흡착물질은 물 분자를 포함하여 이루어지는 수용액인 것을 특징으로 하는 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 수용액이 상기 스테이터와 로터 사이에 형성된 유로에 유입될 수 있도록, 상기 수용액을 상기 유로에 유입시키기 위한 동력원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 수용액이 상기 스테이터와 로터 사이에 형성된 유로에 유입되는 경우에, 상기 유로는, 상기 수용액의 유동 에너지를 상기 로터의 회전력으로 변환할 수 있도록, 나선형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰대전을 이용한 에너지 수확 장치.

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