KR101751122B1 - 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법 그리고 이를 이용한 전력소모장치 - Google Patents
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Abstract
부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법 그리고 이를 이용한 전력소모장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템은, 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 및 제2 금속체를 포함하는 부식기반 전원; 상기 부식기반 전원에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치; 상기 전기 에너지를 소모하는 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보를 제공하는 센싱부; 상기 에너지 저장장치의 충전 전압을 검출하는 전압검출부; 및 상기 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보이면 상기 부식기반 전원에 의해 제공된 전기 에너지를 상기 부하에 공급하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키고, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 미만인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키며, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법 그리고 이를 이용한 전력소모장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 부식기반 전원의 희생양극의 부식 속도를 제어할 수 있는 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법 그리고 이를 이용한 전력소모장치에 관한 것이다.
저전력 소모 장치에 전원을 공급하기 위해 배터리가 종종 사용되는데, 이러한 전력 공급 방식은 배터리의 주기적인 교체 비용이 요구된다는 단점이 있다.
다른 전력 공급 방식으로 재충전이 가능한 에너지 저장장치(예로써, 충전지 또는 수퍼커패시터 등)를 구비하고 주변의 재생에너지원(예로써, 태양에너지, 진동에너지, 풍력에너지 등)으로부터 에너지를 획득하여 그 저장장치를 충전하는 방식이 적용되기도 한다. 하지만, 이러한 전력 공급 방식에 따르면 주변 에너지원으로부터 얻을 수 있는 에너지량을 예측하는 데 어려움이 있다.
본 발명의 주된 목적은 부식기반 전원의 희생 양극의 부식 제어를 통해 부식기반 전원의 수명을 증대시킬 수 있는 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법 그리고 이를 이용한 전력소모장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 및 제2 금속체를 포함하는 부식기반 전원; 상기 부식기반 전원에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치; 상기 전기 에너지를 소모하는 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보를 제공하는 센싱부; 상기 에너지 저장장치의 충전 전압을 검출하는 전압검출부; 및 상기 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보이면 상기 부식기반 전원에 의해 제공된 전기 에너지를 상기 부하에 공급하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키고, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 미만인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키며, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 제어부;를 포함하는, 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템을 제공한다.
상기 시스템은 상기 제어부의 명령에 따라 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 각각 유지시키거나 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 부식전류 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 부식전류 조절부는 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시킬 때 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지를 이용하여 상기 제1 및 제2 금속체에 역전압을 인가하는 것일 수 있다.
상기 센싱부는 상기 시스템의 주변 조도를 측정하는 조도 센서를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제어부는 상기 조도 센서에 의해 측정된 주변 조도가 기준 조도 이하이면 상기 주변 조도가 상기 가동 모드에 부합되는 것으로 판단하고 상기 주변 조도가 상기 기준 조도를 초과하면 상기 주변 조도가 상기 유휴 모드에 부합되는 것으로 판단하는 것일 수 있다.
상기 시스템은 상기 부식기반 전원으로부터 상기 에너지 저장장치로 공급되는 전력의 전압을 승압시키는 전압변환기를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 또한, (a) 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 및 제2 금속체를 포함하는 부식기반 전원에 의해 생성된 전기 에너지를 에너지 저장장치에 저장하는 단계; (b) 상기 전기 에너지를 소모하는 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보를 제공하는 단계; (c) 상기 에너지 저장장치의 충전 전압이 기준 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 상기 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보이면 상기 부식기반 전원이 제공하는 전기 에너지를 상기 부하에 공급하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지하고, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 미만이면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지하며, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상이면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 단계;를 포함하는, 부식기반 전원을 제어하기 위한 방법을 제공한다.
상기 (d) 단계에서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 것은 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지를 이용하여 상기 제1 및 제2 금속체에 역전압을 인가함으로써 수행될 수 있다.
상기 (b) 단계에서 상기 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보로서 주변 조도가 감지되며, 상기 (d) 단계에서 상기 주변 조도가 기설정된 기준 조도 이하이면 상기 주변 조도가 상기 가동 모드에 부합되는 것으로 판단하고 상기 주변 조도가 상기 기준 조도를 초과하면 상기 주변 조도가 상기 유휴 모드에 부합되는 것으로 판단할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 또한, 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 및 제2 금속체를 포함하는 부식기반 전원; 상기 부식기반 전원에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치; 상기 전기 에너지를 소모하는 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보를 제공하는 센싱부; 상기 에너지 저장장치의 충전 전압을 검출하는 전압검출부; 및 상기 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보이면 상기 부식기반 전원에 의해 제공된 전기 에너지를 상기 부하에 공급하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키고, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 미만인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키며, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 제어부;를 포함하는, 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템을 포함하는 전력소모장치로서, 외부에 노출되지 않도록 배치되는 제1 몸체; 외부에 노출되도록 배치되는 제2 몸체; 및 상기 전압검출부와 상기 제어부가 탑재된 인쇄회로기판;을 더 포함하는 전력소모장치를 제공한다.
여기서, 상기 부식기반 전원 및 상기 에너지 저장장치는 상기 제1 몸체에 구비되고, 상기 부하 및 상기 센싱부는 상기 제2 몸체에 구비될 수 있다.
상기 부하는 상기 에너지 저장장치로부터 공급된 전기 에너지에 의해 발광하는 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 몸체는 상기 LED가 발하는 빛을 외부로 안내하는 적어도 하나의 빛유도체를 포함할 수 있다.
상기 센싱부는 상기 제2 몸체의 외측에 구비되는 조도 센서를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제어부는 상기 조도 센서에 의해 측정된 주변 조도가 기준 조도 이하이면 상기 부하의 작동 모드를 상기 가동 모드로 설정하며 상기 주변 조도가 상기 기준 조도를 초과하면 상기 부하의 작동 모드를 상기 유휴 모드로 설정하는 것일 수 있다.
상기 전력소모장치는 도로표지병일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부식기반 전원 제어 시스템의 블록도이다.
도 2a는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템에 적용되는 부식기반 전원의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.
도 2b는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템에 적용되는 부식기반 전원의 일 예를 보이는 개략도이다.
도 3a는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템이 적용된 전력소모장치의 일 예를 보이는 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 전력소모장치의 평면도이다.
도 3c는 도 3a의 전력소모장치에 구비된 부식기반 전원의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템에 적용되는 부식기반 전원의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.
도 2b는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템에 적용되는 부식기반 전원의 일 예를 보이는 개략도이다.
도 3a는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템이 적용된 전력소모장치의 일 예를 보이는 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 전력소모장치의 평면도이다.
도 3c는 도 3a의 전력소모장치에 구비된 부식기반 전원의 개략적인 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부식기반 전원 제어 시스템의 블록도이고, 도 2a는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템에 적용되는 부식기반 전원의 작동 원리를 설명하는 개략도이며, 도 2b는 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템에 적용되는 부식기반 전원의 일 예를 보이는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부식기반 전원 제어 시스템은, 부식기반 에너지원(10), 전압변환기(20), 에너지 저장장치(30), 부하(에너지 소모부)(40), 센싱부(50), 전압검출부(60), 제어부(70), 및 부식전류 조절부(80)를 포함한다.
상기 부식기반 에너지원(10)은 부식 전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 구성이다. 금속은 에너지 준위가 낮은 광석(또는 광물)에 외부 에너지를 공급하여 그 에너지 준위를 높여 불안정한 상태를 지니게 되는데, 이러한 불안정한 상태는 안정화 상태로 돌아가려는 특성을 지니기 때문에 금속은 외부로 에너지를 방출하고 에너지 준위가 낮은 상태로 되돌아 가려는 성질을 가지며, 이때 금속이 변질하거나 혹은 물질의 특성이 변화하게 되며 이를 부식이라 하며 그대 금속 표면에서 발생하는 전류를 부식 전류라고 한다. 상기 부식기반 에너지원(10)은 이러한 부식 전류의 원리를 이용하여 전기 에너지를 생성하게 된다.
도 2a를 참조하면, 부식기반 에너지원(10)은 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 금속체(11)와 제2 금속체(12), 두 금속체(11, 12) 사이를 채우는 전해질, 두 금속체(11, 12) 간의 전하 이동을 매개하는 금속선(13), 및 전해질을 수용하는 케이싱(15)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 금속체(11)와 제2 금속체(12)는 에너지 준위가 상이한 이종 금속들로 구비되며, 따라서 두 금속체(11, 12) 사이에는 전압차가 발생된다. 이때, 상대적으로 에너지 준위가 낮아 양극(Anode)으로 기능하는 제1 금속체(11)는 부식되면서 전자를 제공하며, 그 전자는 상대적으로 에너지 준위가 높아 음극(Cathode)로 기능하는 제2 금속체(12) 쪽으로 이동한다. 이때, 전자의 이동 방향과 반대로, 전류(i)는 음극(Cathode)인 제2 금속체(12)로부터 양극(Anode)인 제1 금속체(11) 쪽으로 흐르게 된다.
부식기반 에너지원(10)의 보다 구체적인 예로써 도 2b를 참조하면, 양극(Anode)인 제1 금속체(11)로는 철(Fe)이 사용되고 음극(Cathode)인 제2 금속체(12)로는 구리(Cu)가 사용될 수 있다. 제1금속체(양극)/제2금속체(음극)를 구성하는 금속물질의 조합은 철(Fe)/구리(Cu)에 한정되지 않고, 마그네슘/납, 아연/구리, 알루미늄/금, 주철/탄소 등의 조합들이 적용될 수도 있다.
이러한 부식기반 에너지원(10)은 양극(Anode)인 제1 금속체(11)의 부식을 통해 전기 에너지를 생성하므로 양극인 제1 금속체(11)가 모두 부식되면 더 이상의 전기 에너지를 생성하지 못하고 그 수명을 다하게 된다.
상기 전압변환기(20)는 부식기반 에너지원(10)을 통해 발생되는 부식 전류 및 전압을 안정적으로 공급하기 위한 것이다. 부식기반 에너지원(10)에서 발생되는 전압은 약 0.8 내지 1.75 V 범위인 반면 에너지 저장장치(30)에 저장되기 위해서는 약 2.7 내지 4.2 V 이상이 요구된다. 이에 전압변환기(20)는 부식기반 에너지원(10)을 통해 발생된 전력의 전압을 승압시키며, 그 승압된 안정적인 전력은 부하(40) 또는 에너지 저장장치(30)로 전달될 수 있다.
상기 에너지 저장장치(30)는 부식기반 에너지원(10)에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하며, 그 저장된 전기 에너지를 가동 모드(active mode) 상태의 부하(40)에 공급할 수 있다. 예로써 에너지 저장장치(30)는 재충전형 배터리(Rechargeable battery) 또는 수퍼커패시터(supercapacitors) 등으로 구비될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 에너지 저장장치(30)는 제어부(70)의 명령에 따라 부식기반 에너지원(10)의 상술한 제1 및 제2 금속체(11, 12)에 역전압을 제공함으로써 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성을 반전시키는 역할도 수행한다.
상기 부하(40)는 부식기반 에너지원(10)에서 생성한 전기 에너지를 소모하는 에너지 소모부이다. 부하(40)는 유휴 상태(sleep mode)에서는 에너지를 소모하지 않다가 특정 시간에 또는 특정 이벤트 발생 시에 작동 상태(active mode)로 전환되어 에너지를 소모하는 것일 수 있다. 예로써 부하(40)는 도로나 교량 등의 구조 상태를 표시하기 위해 사용되는 센서노드와 같은 저전력 장치일 수 있다. 부하(40)가 유휴 상태에서 작동 상태로 전환되면 에너지 저장장치(30)에 저장된 전기 에너지의 공급을 통해 부하(40)가 작동될 수 있다. 대안적으로, 부식기반 에너지원(10)에서 생성된 전기 에너지는 전압변환기(20)를 통해 부하(40)에 직접 공급될 수도 있다.
상기 센싱부(50)는 부식기반 에너지원(10)에서 생성한 전기 에너지를 소모하는 상기 부하(40)의 작동 모드 선택의 기초가 되는 정보를 제공한다. 상기 부하(40)의 작동 모드는 시간 정보를 기준으로 선택될 수 있다. 예를 들면, 부하(40)는 낮 시간에는 유휴 모드로 설정되고 밤 시간에는 가동 모드로 작동되는 것일 수 있다. 이때 센싱부(50)는 부하(40)의 작동 모드 선택을 위해 시간 정보를 제공하는 타이머로 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 부하(40)의 작동 모드는 외부 이벤트 정보에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 외부 이벤트 정보는 외부 조도일 수 있으며, 센싱부(50)는 외부 조도를 감지하기 위한 조도 센서를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 부하(40)는 외부 조도가 기준 조도 이상이면 유휴 모드로 설정되고 외부 조도가 기준 조도 이하이면 가동 모드로 설정될 수 있다.
상기 전압검출부(60)는 전술한 에너지 저장장치(30)의 충전 전압을 검출한다. 전압검출부(60)에 의해 검출된 충전 전압의 크기는 에너지 저장장치(30)에 전기 에너지가 충분히 저장되었는지 여부를 판가름하기 위한 척도가 된다. 후술하는 바와 같이, 전압검출부(60)에 의해 검출된 충전 전압은 부식기반 에너지원(10)의 두 금속체(11, 12)의 극성을 반전시킬 것인지 여부를 결정하기 위한 기초 자료로서 활용된다. 이때, 극성 반전에 대한 기준 전압은 부식기반 에너지원(10)의 두 금속체(11, 12)의 극성을 반전시킬 수 있는 최소 전압(예로써 0.85 V)으로 설정될 수 있다.
상기 제어부(70)는 전술한 센싱부(50)와 전압검출부(60)로부터 수신된 정보들에 기초하여 부하(40)에 대한 전기 에너지 공급 여부 및 부식기반 에너지원(10)의 두 금속체(11, 12)의 극성 반전 여부를 제어한다.
이에 대해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
만약 센싱부(50)의 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보라면 제어부(70)는 부하(40)에 전기 에너지가 공급되도록 제어한다. 이처럼 부하(40)의 작동 모드가 가동 모드인 경우에는 부식기반 에너지원(10)의 제1 및 제2 금속체(11, 12)는 극성 반전 없이 본래의 극성을 유지한다. 즉 제1 금속체(11)는 양극(anode)으로 유지되고 제2 금속체(12)는 음극(cathode)으로 유지된다. 부하(40)에 대한 전기 에너지 공급은 부식기반 에너지원(10)에 의해 직접 수행될 수도 있고 에너지 저장장치(30)를 통해 수행될 수도 있다.
만약 센싱부(50)의 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 전압검출부(60)에 의해 검출된 충전 전압이 기준 전압(예로써 0.85 V) 미만이면 제어부(70)는 부하(40)에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성은 초기대로 양극 및 음극으로 각각 유지되도록 제어한다. 이때, 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성이 초기대로 유지되므로, 양극인 제1 금속체(11)의 부식이 계속 진행되어 전기 에너지가 생성되며, 그 전기 에너지는 에너지 저장장치(30)에 저장된다.
만약 센싱부(50)의 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 전압검출부(60)에 의해 검출된 충전 전압이 기준 전압(예로써 0.85 V) 미만이면 제어부(70)는 부하(40)에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성이 반전되도록 제어한다. 이때 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성 반전은 부식전류 조절부(80)를 통해 제1 및 제2 금속체(11, 12)에 역전압을 인가함으로써 수행될 수 있다. 구체적으로, 부식전류 조절부(80)는 제어부(70)로부터 극성 반전 명령을 받으면 에너지 저장장치(30)에 저장된 전기 에너지를 사용하여 제1 및 제2 금속체(11, 12)에 역전압을 인가하며, 이에 따라 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성은 초기 설정(도 2 및 3 참조)과 반대로 음극 및 양극으로 전환된다.
이와 같이 부하(40)가 유휴 모드에 있고 충전 전압이 기준 전압 미만인 경우 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성이 반전되며, 이러한 극성 반전이 이루어지는 동안에는 제1 금속체(11)의 부식이 정지된다. 이처럼 부식기반 전원(10)은 부하(40)가 유휴 모드에 있을 때 상당 기간 동안 제1 금속체(11)의 부식이 정지되므로 그 수명이 크게 연장될 수 있다. 이와 달리 양극 금속체의 부식 정지 기능이 없는 통상의 부식기반 전원의 경우에는 부하의 작동 모드와 상관 없이 양극 금속체의 부식이 계속적으로 진행되므로 그 수명이 상대적으로 짧을 수 밖에 없다. 하지만 본 실시예의 경우에는 제1 금속체(11)의 부식 정지 기능에 의해 부식기반 전원(10)의 수명 연장을 도모할 수 있으며, 따라서 부식기반 전원(10) 내지 그 전원(10)을 탑재한 저전력 장치의 교체 주기를 길게 가져갈 수 있게 된다.
부식기반 전원 제어 시스템 및 방법을 적용한 전력소모장치
전술한 부식기반 전원 제어 시스템 및 방법은 광범위한 적용처에서 다양한 전력소모장치들에게 적용될 수 있다. 예로써 상기 시스템 및 방법은 저전력으로 동작하는 건물, 교량 등의 구조상태 모니터링(Structure Health Monitoring)에 사용 가능한 각종 센서 노드, 도로의 중앙선, 하이패스, 자전거 도로, 해안 도로 등에서의 안전표시용 장치, 공항, 항만, 톨게이트, 방조제 등의 특수 목적 건물의 경계 및 위험 표시용 장치, 그리고, 주차장, 공원, 수영장, 분수대의 조경 및 경관용 장치에 이르기까지 광범위한 분야에 적용될 수 있다.
도 3a, 3b 및 3c는 상술한 부식기반 전원 제어 시스템 및 방법이 적용될 수 있는 전력소모장치의 일 예로서 도로표지병을 도시한 것으로서, 상술한 부식기반 전원 제어 시스템 및 방법은 이에 제한되지 않고 위에 나열한 각종 적용처 및 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 3a, 3b 및 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력소모장치(100)는 전술한 도 1의 부식기반 전원 제어 시스템을 포함하고 있다. 또한 전력소모장치(100)는 외부에 노출되지 않도록 배치되는 제1 몸체(110), 외부에 노출되도록 배치되는 제2 몸체(120), 및 인쇄회로기판(200)을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 전력소모장치(100)의 제1 몸체(110)에는 부식기반 전원(10) 및 에너지 저장장치(30)이 구비되고, 전력소모장치(100)의 제2 몸체(120)에는 부하(40) 및 센싱부(50)가 구비되며, 전력소모장치(100)의 인쇄회로기판(200)에는 전압검출부(60), 제어부(70) 및 부식전류 조절부(80)가 탑재될 수 있다.
본 실시예에서 부하(40)는 표시용 조명광을 제공하는 복수의 LED로 구비되며, 복수의 LED가 발하는 빛을 외부로 안내하기 위해 전력소모장치(100)의 제2 몸체(120)에는 하나 이상의 빛유도체(121, 122)가 구비된다.
그리고, 본 실시예에서 센싱부(50)는 외부 조도를 감지하기 위한 조도 센서를 포함하며, 예로써 이 조도 센서는 전력소모장치(100)의 제2 몸체(120)의 외측에 구비될 수 있다.
전력소모장치(100)의 제어부(70)는, 그 조도 센서에 의해 측정된 주변 조도가 기설정된 기준 조도 이하이면 부하(40)의 작동 모드를 가동 모드로 설정하여 부식기반 전원(10)이 제공하는 전기 에너지를 부하(40)에 공급하는 한편, 상기 조도 센서에 의해 측정된 주변 조도가 기설정된 기준 조도 이하이면 부하(40)의 작동 모드를 유휴 모드로 설정하여 부하(40)에 대한 에너지 공급을 차단한다.
추가적으로, 전력소모장치(100)의 제어부(70)는, 부하(40)의 작동 모드가 유휴 모드 상태이고 전압검출부(60)에 의해 에너지 저장장치(30)의 충전 전압이 기설정된 기준 전압(예로써 0.85V) 이상인 것으로 검출되는 경우, 부하(40)에 대한 에너지 공급을 차단함과 병행하여, 부식기반 전원(10)의 제1 및 제2 금속체(11, 12)의 극성을 반전시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 이러한 극성 반전은 에너지 저장장치(30)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 제1 및 제2 금속체(11, 12) 사이에 역전압을 인가함으로써 수행될 수 있으며, 이러한 극성 반전을 통해 유휴 모드 동안에 제1 금속체(11)의 부식이 정지되므로 그에 상응하여 부식기반 전원(10)의 수명이 그 만큼 연장될 수 있게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 부식기반 전원
11 : 제1 금속체
12 : 제2 금속체
20 : 전압변환기
30 : 에너지 저장장치
40 : 부하(에너지 소모부)
50 : 센싱부
60 : 전압검출부
70 : 제어부
80 : 부식전류 조절부
100 : 전력소모장치
110 : 제1 몸체
120 : 제2 몸체
200 : 인쇄회로기판
11 : 제1 금속체
12 : 제2 금속체
20 : 전압변환기
30 : 에너지 저장장치
40 : 부하(에너지 소모부)
50 : 센싱부
60 : 전압검출부
70 : 제어부
80 : 부식전류 조절부
100 : 전력소모장치
110 : 제1 몸체
120 : 제2 몸체
200 : 인쇄회로기판
Claims (13)
- 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 및 제2 금속체를 포함하는 부식기반 전원;
상기 부식기반 전원에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치;
상기 전기 에너지를 소모하는 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보를 제공하는 센싱부;
상기 에너지 저장장치의 충전 전압을 검출하는 전압검출부;
상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 각각 유지시키거나 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 부식전류 조절부; 및
상기 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보이면 상기 부식기반 전원에 의해 제공된 전기 에너지를 상기 부하에 공급하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키고, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 기준 전압 미만인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지시키며, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상인 것으로 판단되면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 부식전류 조절부를 통해 상기 제1 및 제2 금속체에 역전압을 인가함으로써 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 제어부;를 포함하는,
부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 센싱부는 상기 시스템의 주변 조도를 측정하는 조도 센서를 포함하며,
상기 제어부는 상기 조도 센서에 의해 측정된 주변 조도가 기준 조도 이하이면 상기 주변 조도가 상기 가동 모드에 부합되는 것으로 판단하고 상기 주변 조도가 상기 기준 조도를 초과하면 상기 주변 조도가 상기 유휴 모드에 부합되는 것으로 판단하는,
부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 부식기반 전원으로부터 상기 에너지 저장장치로 공급되는 전력의 전압을 승압시키는 전압변환기를 더 포함하는,
부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템. - (a) 전기 에너지 생성 시에 양극 및 음극으로 각각 기능하는 제1 및 제2 금속체를 포함하는 부식기반 전원에 의해 생성된 전기 에너지를 생성하는 단계;
(b) 상기 전기 에너지를 소모하는 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보를 제공하는 단계;
(c) 에너지 저장장치의 충전 전압이 기준 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
(d) 상기 정보가 가동 모드(active mode) 선택에 부합되는 정보이면 상기 부식기반 전원이 제공하는 전기 에너지를 상기 부하에 공급하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지하고, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 미만이면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 양극 및 음극으로 유지하며, 상기 정보가 유휴 모드(sleep mode) 선택에 부합되는 정보이고 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상이면 상기 부하에 대한 전기 에너지 공급을 차단하면서 상기 제1 및 제2 금속체에 역전압을 인가함으로써 상기 제1 및 제2 금속체의 극성을 반전시키는 단계;를 포함하는,
부식기반 전원을 제어하기 위한 방법. - 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 부하의 작동 모드 선택을 위한 정보로서 주변 조도가 감지되며,
상기 (d) 단계에서 상기 주변 조도가 기설정된 기준 조도 이하이면 상기 주변 조도가 상기 가동 모드에 부합되는 것으로 판단하고 상기 주변 조도가 상기 기준 조도를 초과하면 상기 주변 조도가 상기 유휴 모드에 부합되는 것으로 판단하는,
부식기반 전원을 제어하기 위한 방법. - 제1항에 따른 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템을 포함하는 전력소모장치로서,
외부에 노출되지 않도록 배치되는 제1 몸체;
외부에 노출되도록 배치되는 제2 몸체; 및
상기 전압검출부와 상기 제어부가 탑재된 인쇄회로기판;을 더 포함하는,
전력소모장치. - 제9항에 있어서,
상기 부식기반 전원 및 상기 에너지 저장장치는 상기 제1 몸체에 구비되고, 상기 부하 및 상기 센싱부는 상기 제2 몸체에 구비되는,
전력소모장치. - 제10항에 있어서,
상기 부하는 상기 에너지 저장장치로부터 제공되는 전기 에너지에 의해 발광하는 적어도 하나의 LED를 포함하며, 상기 제2 몸체는 상기 LED가 발하는 빛을 외부로 안내하는 적어도 하나의 빛유도체를 포함하는,
전력소모장치. - 제10항에 있어서,
상기 센싱부는 상기 제2 몸체의 외측에 구비되는 조도 센서를 포함하며, 상기 제어부는 상기 조도 센서에 의해 측정된 주변 조도가 기준 조도 이하이면 상기 부하의 작동 모드를 상기 가동 모드로 설정하며 상기 주변 조도가 상기 기준 조도를 초과하면 상기 부하의 작동 모드를 상기 유휴 모드로 설정하는,
전력소모장치. - 제9항에 있어서,
상기 전력소모장치는 도로표지병인,
전력소모장치.
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|---|---|---|---|
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| KR1020150128280A KR101751122B1 (ko) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | 부식기반 전원을 제어하기 위한 시스템 및 방법 그리고 이를 이용한 전력소모장치 |
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