KR101931438B1 - Wind power generating apparatus using piezoelectric effect - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a wind power generation apparatus using piezoelectric effect, which changes an air flow to generate wave of air so as to generate electricity by using the wave of air. According to one embodiment of the present invention, the wind power generation apparatus using piezoelectric effect, which uses an air flow to generate electricity, comprises: a flow path pipe having a flow path formed therein to allow both ends to communicate with each other so as to supply air, and including a long width part with a relatively big inner diameter, which forms the flow path, and a narrow width part with a relatively small diameter; a branch pipe having one side branched from the narrow part of the flow path pipe; a wave generation unit installed on the other side of the branch pipe to be operated by the air flow in accordance with a pressure change, which is generated by a change in the inner diameter of the flow path pipe when the air flows, so as to generate the wave of air; and a piezoelectric unit operated by the wave of air generated by the wave generation unit to generate electricity.

Description

압전효과를 이용한 풍력발전장치{Wind power generating apparatus using piezoelectric effect}[0001] The present invention relates to a wind power generating apparatus using a piezoelectric effect,

본 발명은 압전효과를 이용한 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기의 흐름을 변화시켜 공기의 파동을 발생시키고 이를 이용하여 전기를 발생시키는 압전효과를 이용한 풍력발전장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind power generator using a piezoelectric effect, and more particularly, to a wind power generator using a piezoelectric effect that generates wind by generating air waves by changing the flow of air.

전통적인 에너지로는 석탄과 석유와 같은 화석 연료를 사용하였지만, 근래에는 산업의 발전과 함께 에너지 고갈 문제, 환경 문제가 심각해지면서 태양에너지, 바이오 에너지, 재생 에너지 등과 같이 친환경적인 대체 에너지의 연구가 활발히 이루어지고 있다.While traditional fossil fuels such as coal and oil have been used as traditional energy, in recent years, along with the development of industries, energy depletion problems and environmental problems have become serious, and research on environmentally friendly alternative energy such as solar energy, bio energy and renewable energy has actively been conducted ought.

특히, 최근에 압전소자(piezo electric element)를 응용한 발전 기술이 발전하면서 다양한 응용분야에 활용되고 있다.Particularly, as a power generation technology applying a piezoelectric element has recently been developed, it is utilized in various applications.

이에, 본 출원인은 풍력을 이용하여 전기를 발전하는 방법을 연구하였고, 유체역학의 기본법칙 중 하나인 베르누이 정리를 활용하여 공기의 흐름에 변화를 발생시키고, 기류의 변화에 의해 동작되는 압전소자를 이용하여 전기를 발생시키는 장치를 제시하게 되었다.The Applicant has studied a method of generating electric power using wind power and has developed a method of generating electricity by using Bernoulli's theorem, which is one of the basic laws of fluid mechanics, And a device for generating electricity by using the device.

한편, 종래의 일반적인 풍력을 이용한 발전장치는 풍차와 같이 바람을 이용하여 날개를 회전시켜 전기를 발전시키는 방법이 적용되는데, 이러한 전통적인 풍력발전장치는 바람의 세기가 날개를 회전시킬 수 있을 정도로 강한 세기여야 전기를 발전시킬 수 있는 단점과 구조가 복잡하여 제작비용이 비싼 단점이 있었다.Meanwhile, in the conventional general wind power generation apparatus, a method of generating electricity by rotating a wing by using wind as a windmill is applied. Such a conventional wind power generation apparatus is characterized in that the intensity of wind is strong enough to rotate a wing There is a disadvantage that the manufacturing costs are high because of the disadvantages and the structure that can develop electricity of the field and night.

등록특허 제10-1198014호 (2012. 10. 31)Registration No. 10-1198014 (Oct. 31, 2012)

본 발명은 공기의 흐름을 변화시켜 공기의 파동을 발생시키고, 발생된 공기의 파동에 의해 반응하는 압전소자를 이용하여 전기를 발생시키는 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 제공한다.The present invention provides a wind power generator using a piezoelectric effect that generates a wave by changing the flow of air and generating electricity by using a piezoelectric element that reacts with the generated air.

본 발명의 일 실시형태에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치는 공기의 흐름을 이용하여 전기를 발전하는 장치로서, 양단이 연통되어 공기가 유동되는 유로가 형성되고, 상기 유로를 형성하는 내경이 상대적으로 큰 장폭부와 내경이 상대적으로 작은 단폭부가 형성된 유로관과; 일측이 상기 유로관의 단폭부에서 분기되는 분기관과; 상기 분기관의 타측에 설치되어 공기의 흐름시 상기 유로관의 내경 변화로 인해 발생하는 압력의 변화에 따른 공기의 흐름에 의해 동작되어 공기의 파동을 발생시키는 파동발생유닛과; 상기 파동발생유닛에서 발생되는 공기의 파동에 의해 동작 되어서 전기를 발생시키는 압전유닛을 포함한다.A wind power generation apparatus using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention is an apparatus for generating electric power by using a flow of air, in which a flow path is formed in which both ends are communicated to flow air, A flow path tube having a large width portion and a short width portion having a relatively small inner diameter; A branch pipe having one side branched at a short width portion of the flow pipe; A wave generating unit installed on the other side of the branch pipe and operated by a flow of air according to a change in pressure generated due to a change in inner diameter of the flow pipe when air flows, And a piezoelectric unit that is operated by the wave of air generated in the wave generating unit to generate electricity.

상기 유로관은 공기의 흐름방향을 따라 장폭부에서 단폭부로 이어지고, 상기 분기관은 장폭부 방향으로 기울어져서 공기의 흐름방향에 대하여 예각으로 상기 단폭부에 연결되는 것이 바람직하다.Preferably, the flow pipe is extended from the long side to the short side along the air flow direction, and the branch tube is inclined toward the long side to be connected to the short side at an acute angle with respect to the air flow direction.

상기 파동발생유닛은 상기 분기관의 타단에 연결되는 실린더와; 상기 실린더의 내부에 배치되어 압력의 변화에 따라 작동되면서 실린더 내부의 공기에 파동을 발생시키는 피스톤과; 상기 피스톤의 작동시에 원위치 복귀를 위한 복원력을 제공하는 복원체를 포함한다.The wave generating unit includes: a cylinder connected to the other end of the branch pipe; A piston disposed inside the cylinder and operated according to a change in pressure to generate a wave in the air inside the cylinder; And a restoration body for providing a restoring force for returning to the home position upon operation of the piston.

상기 피스톤은 상기 실린더의 내부를 파동발생공간과 압력변화공간으로 구획하는 헤드와, 상기 헤드에서 압력변화공간 방향으로 연장되는 로드로 구성되고, 상기 복원체는 상기 실린더의 내면과 상기 헤드의 양면 중 압력변화공간 방향의 면 사이에 배치되어 상기 헤드의 이동에 대한 복원력을 제공하는 것을 특징으로 한다.Wherein the piston comprises a head for partitioning the inside of the cylinder into a wave generating space and a pressure changing space and a rod extending in the direction of the pressure change space in the head, wherein the restoring body is disposed between the inner surface of the cylinder and both surfaces of the head And is disposed between the faces in the direction of the pressure change space to provide a restoring force for the movement of the head.

상기 실린더는 상기 파동발생공간과 압력변화공간이 형성되는 본체부와; 상기 본체부의 압력변화공간에서 상기 피스톤의 로드가 인입되도록 연장되어 상기 헤드의 이동 자세를 안내하는 가이드부를 포함한다.The cylinder including a main body portion in which the wave generating space and the pressure changing space are formed; And a guide portion extending to receive the rod of the piston in a pressure change space of the main body to guide the moving posture of the head.

상기 분기관은 상기 실린더의 압력변화공간으로 연통되고, 상기 압전유닛은 상기 실린더의 파동발생공간에 설치되는 것이 바람직하다.The branch pipe is communicated with the pressure changing space of the cylinder, and the piezoelectric unit is installed in the wave generating space of the cylinder.

상기 실린더의 본체부에는 파동발생공간에서 연통되는 유로가 형성되는 돌출관이 형성되고, 상기 돌출관의 단부에는 상기 실린더의 파동발생공간의 부피변화에 따라 수축되거나 팽창되는 탄성포켓이 구비되는 것을 특징으로 한다.A protruding tube is formed in the main body of the cylinder to communicate with the wave generating space and an elastic pocket is formed at the end of the protruding tube to contract or expand according to the volume change of the wave generating space of the cylinder .

상기 분기관에는 공기의 흐름에 따라 동작되면서 공기의 흐름을 연속적으로 변화시키는 기류변환수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.The branch pipe is provided with air flow converting means for continuously changing the air flow while being operated in accordance with the air flow.

상기 기류변환수단은 상기 분기관의 내부에 배치되어 분기관으로 유동되는 공기의 흐름을 반복적으로 개폐시키는 회전날개인 것을 특징으로 한다.And the airflow converting means is a rotary blade arranged inside the branch pipe and repeatedly opening and closing the flow of air flowing into the branch pipe.

상기 압전유닛은 상기 실린더의 내부에 설치되는 고정체와; 상기 고정체에 일단이 고정되어 상기 실린더의 내부에 발생되는 파동에 의한 기계적 변형에 의해서 전기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전부를 포함한다.The piezoelectric unit includes a fixed body installed inside the cylinder; And at least one piezoelectric portion having one end fixed to the fixed body and generating electricity by mechanical deformation due to a wave generated in the cylinder.

상기 압전부는 압전필름이고, 상기 압전유닛은 상기 고정체에 일단이 고정되어 그 일면 또는 양면에 상기 압전필름이 부착되어 상기 압전필름의 형태를 유지시키면서 탄성지지하는 지지부재를 더 포함한다.The piezoelectric unit is a piezoelectric film, and the piezoelectric unit further includes a support member having one end fixed to the fixed body, and the piezoelectric film attached to one surface or both surfaces thereof to elastically support the piezoelectric film while maintaining the shape of the piezoelectric film.

본 발명의 실시예에 따르면, 유로의 내경을 변화에 따라 압력차이를 발생시키는 유로관 및 분기관을 구비함으로써, 압력의 차이에 의해 발생되는 공기의 흐름을 변화시켜 공기의 파동을 발생시키고, 이러한 공기의 파동에 의해 동작되는 압전유닛을 이용하여 전기를 발전할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by providing the flow pipe and the branch pipe which generate the pressure difference according to the change in the inner diameter of the flow path, the flow of air generated by the difference in pressure is changed to generate the air fluctuation, It is possible to expect an effect of generating electric power by using the piezoelectric unit operated by the fluctuation of the air.

또한, 종래와 같이 압전소자에 전달되는 물리적인 진동이 아닌 공기 흐름의 변화, 즉 공기의 파동에 의해 압전소자를 동작시키는 새로운 타입의 풍력발전장치를 제공할 수 있다.Further, it is possible to provide a new type of wind turbine generator that operates the piezoelectric element by a change in air flow, that is, a fluctuation of air, rather than a physical vibration transmitted to a piezoelectric element as in the prior art.

그리고, 베르누이 정리를 이용하여 공기 흐름의 세기를 증폭시킴으로서, 미세한 풍력으로도 전기를 발전할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.By using Bernoulli's theorem to amplify the intensity of the airflow, it is possible to expect the effect of generating electric power even with a fine wind force.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 보여주는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 보여주는 절개 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전유닛을 보여주는 구성도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치의 작동상태를 보여주는 작동상태도이다.1 is a perspective view illustrating a wind power generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a wind power generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention,
3 is a cross-sectional view illustrating a wind power generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention,
4 is a view illustrating a piezoelectric unit according to an embodiment of the present invention,
5 is an operational state diagram illustrating an operation state of a wind power generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 보여주는 절개 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치를 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전유닛을 보여주는 구성도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a wind turbine generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cutaway perspective view showing a wind turbine generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a piezoelectric unit according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric device using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치는 크게 공기가 유동되는 유로관(100)과; 유로관(100)에서 분기되는 분기관(200)과; 공기의 파동을 발생시키는 파동발생유닛(300)과; 공기의 파동에 반응하여 전기를 발생시키는 압전유닛(400)을 포함한다.As shown in the drawing, a wind power generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention includes a flow pipe 100 through which air flows; A branch pipe (200) branching from the flow pipe (100); A wave generating unit (300) for generating a wave of air; And a piezoelectric unit 400 for generating electricity in response to the fluctuation of the air.

유로관(100)은 양단이 연통되어 공기가 유동되는 유로가 형성된다. 이때 공기의 흐름방향을 따라 유로의 단면적, 즉 유로관(100)의 내경을 변경시켜 각 영역별로 압력의 차이가 발생하도록 한다. 예를 들어 유체역학의 기본법칙 중 하나인 베르누이 정리를 활용하기 위하여 유로관(100)은 유로를 형성하는 내경(d1)이 상대적으로 큰 장폭부(110)와, 내경(d2)이 상대적으로 작은 단폭부(120)가 형성된다.(d1 〉d2) 바람직하게는 유로관(100)은 공기의 흐름방향을 따라 장폭부(110)에서 단폭부(120)로 이어지도록 형성되어, 장폭부(110)를 지나 단폭부(120)로 공기가 유동되는 경우에 단폭부(120)에서 공기의 속도가 빨라지면서 그 지점의 압력이 낮아지도록 한다. 이때 장폭부(110)와 단폭부(120) 사이에는 내경이 점차적으로 변경되는 연결부(130)가 형성될 수 있다.The flow path pipe 100 is connected to both ends to form a flow path through which air flows. At this time, the cross-sectional area of the flow path, that is, the inner diameter of the flow pipe 100 is changed along the air flow direction so that a pressure difference is generated in each region. For example, in order to utilize Bernoulli's theorem, which is one of the basic laws of fluid dynamics, the flow pipe 100 has a long width portion 110 having an inner diameter d1 which forms a flow path and a relatively large inner diameter d2 having a relatively small The flow pipe 100 is formed to extend from the long width portion 110 to the short width portion 120 along the air flow direction so that the long width portion 110 And the air flows to the short-width portion 120, the speed of the air in the short-width portion 120 is increased so that the pressure at that point is lowered. At this time, a connection part 130 whose inner diameter is gradually changed may be formed between the long width part 110 and the short width part 120.

분기관(200)은 유로관(100)의 단폭부(120)에서 분기되는 유로를 형성한다. 부연하자면, 분기관(200)의 일단이 상기 유로관(100)의 단폭부(120)에 연통되어 공기가 유로관(100)을 통과하는 동안 단폭부(120)에서 낮아진 압력에 의해 공기가 분기관(200)을 통하여 후술되는 실린더(310)에서 유로관(100)으로 흡입되도록 유도한다. 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 세기를 최대로 이용하기 위하여 상기 분기관(200)은 상기 단폭부(120) 중 내경이 가장 작은 지점에서 분기되는 것이 바람직하다.The branch pipe (200) forms a flow path branched from the short width portion (120) of the flow pipe (100). One end of the branch pipe 200 communicates with the short width portion 120 of the flow pipe 100 to allow air to flow through the flow pipe 100 due to a pressure lowered by the short width portion 120. [ And is guided through the engine 200 to be sucked into the flow pipe 100 at a cylinder 310 described later. In order to maximize the strength of the air sucked into the flow pipe 100, the branch pipe 200 is preferably branched at a position where the inner diameter of the short pipe 120 is the smallest.

더불어 상기 분기관(200)은 장폭부(110) 방향으로 기울어져서 공기의 흐름방향에 대하여 예각으로 상기 단폭부(120)에 연결되는 것이 바람직하다. 그래서 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 세기를 배가 시킬 수 있다.In addition, the branch pipe 200 is preferably inclined toward the long-width portion 110 and connected to the short-width portion 120 at an acute angle with respect to the air flow direction. Therefore, the intensity of the air sucked into the flow pipe 100 can be doubled.

파동발생유닛(300)은 상기 분기관(200)의 타측에 설치되어 공기의 흐름시 상기 유로관(100)의 내경 변화로 인해 발생하는 압력의 변화에 따라 동작되어 공기의 파동을 발생시키는 유닛이다. 이를 위하여 파동발생유닛(300)은 상기 분기관(200)의 타단에 연결되는 실린더(310)와; 상기 실린더(310)의 내부에 배치되어 압력의 변화에 따라 작동되면서 실린더(310) 내부의 공기에 파동을 발생시키는 피스톤(320)과; 상기 피스톤(320)의 작동시에 원위치 복귀를 위한 복원력을 제공하는 복원체(330)를 포함한다.The wave generating unit 300 is installed on the other side of the branch pipe 200 and operates in response to a change in pressure caused by a change in the inner diameter of the flow pipe 100 when air flows, . To this end, the wave generating unit 300 includes a cylinder 310 connected to the other end of the branch pipe 200; A piston 320 disposed inside the cylinder 310 and operated in response to a change in pressure to generate a wave in the air inside the cylinder 310; And a restoration body 330 for providing a restoring force for returning to the home position when the piston 320 is operated.

실린더(310)는 상기 피스톤(320)이 이동되는 공간과 상기 압전유닛(400)이 설치되는 공간을 제공하여 상기 피스톤(320)의 작동에 의해 그 내부에 공기의 파동이 발생되도록 한다. 부연하자면, 상기 실린더(310)는 그 내부 공간이 파동이 발생되는 공간인 파동발생공간(311a)과, 분기관(200)으로 흡입되는 공기에 의해 압력이 변화하는 공간인 압력변화공간(311b)으로 구분된다. 따라서 상기 분기관(200)은 상기 실린더(310)의 압력변화공간(311b)으로 연통되고, 상기 압전유닛(400)은 상기 실린더(310)의 파동발생공간(311a)에 설치되는 것이 바람직하다.The cylinder 310 provides a space in which the piston 320 is moved and a space in which the piezoelectric unit 400 is installed so that air is generated in the piston 320 by the operation of the piston 320. The cylinder 310 has a wave generating space 311a in which the inner space generates a wave and a pressure changing space 311b in which the pressure is changed by the air sucked into the branch pipe 200. [ . The branch pipe 200 is connected to the pressure change space 311b of the cylinder 310 and the piezoelectric unit 400 is installed in the wave generating space 311a of the cylinder 310. [

한편, 피스톤(320)은 상기 실린더(310)의 내부를 파동발생공간(311a)과 압력변화공간(311b)으로 구획하는 헤드(321)와, 상기 헤드(321)에서 압력변화공간(311b) 방향으로 연장되는 로드(322)로 구성된다.The piston 320 includes a head 321 that divides the inside of the cylinder 310 into a wave generating space 311a and a pressure changing space 311b and a head 321 that separates the inside of the cylinder 310 from the pressure changing space 311b As shown in Fig.

상기 헤드(321)는 상기 실린더(310)의 내벽에서 밀착되어 슬립되면서 왕복 동작된다. 이렇게 실린더(310)의 내부에서 왕복되는 헤드(321)의 동작에 의해 실린더의 파동발생공간(311a)에 공기의 파동이 발생된다. 이때 헤드(321)에는 상기 실린더(310)의 내벽에 접촉되는 영역에 실링(sealing)을 위한 실링부재(미도시) 및 슬립(slip)을 위한 슬립부재(미도시)가 구비될 수 있다.The head 321 is in close contact with the inner wall of the cylinder 310 and is reciprocated while slipping. By the operation of the head 321 reciprocating in the cylinder 310, a wave of air is generated in the wave generating space 311a of the cylinder. At this time, the head 321 may be provided with a sealing member (not shown) for sealing and a slip member (not shown) for slipping at a region contacting the inner wall of the cylinder 310.

그리고 복원체(330)는 상기 실린더(310)의 내면과 상기 헤드(321)의 양면 중 압력변화공간(311b) 방향의 면 사이에 배치되어 상기 헤드(321)에 복원력을 제공하는 수단으로서, 본 실시예에서는 복원체(330)가 금속 소재의 코일 스프링으로 구현될 수 있다. 그래서 헤드(321)가 분기관(200)으로 흡입되는 공기에 의해 이동되었다가 복원체(330)인 스프링에 의해 원위치로 복귀하면서 헤드(321)가 왕복 동작되는 것이다. 상기 복원체(330)는 금속 소재의 코일 스프링으로 제한되는 것은 아니고, 상기 헤드(321)의 이동에 대한 복원력을 제공할 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다. 예를 들어 금속 소재 또는 탄성을 갖는 고무 소재의 코일 스프링 또는 판 스프링으로도 구현될 수 있을 것이다.The restoration body 330 is disposed between the inner surface of the cylinder 310 and the surface of the head 321 in the direction of the pressure change space 311b to provide a restoring force to the head 321, In the embodiment, the restoration body 330 may be formed of a coil spring of a metal material. Thus, the head 321 is moved by the air sucked into the branch pipe 200, and the head 321 is reciprocated while returning to the home position by the spring as the restoration body 330. The restoration body 330 is not limited to a coil spring made of a metal material but may be implemented in various ways that can provide a restoring force for the movement of the head 321. For example, a coil spring or a leaf spring of a metal material or rubber material having elasticity.

더불어 상기 실린더(310)는 상기 파동발생공간(311a)과 압력변화공간(311b)이 형성되는 본체부(311)와; 상기 본체부(311)의 압력변화공간(311b)에서 상기 피스톤(320)의 로드(322)가 인입되도록 연장되어 상기 헤드(321)의 이동 자세를 안내하는 가이드부(312)를 포함한다. 이때 가이드부(312)는 실린더(310)의 파동발생공간(311a)과 연통되는 관 형상으로 형성된다.In addition, the cylinder 310 includes a main body 311 in which the wave generating space 311a and the pressure changing space 311b are formed; And a guide portion 312 extending from the pressure change space 311b of the main body portion 311 to extend the rod 322 of the piston 320 to guide the movement of the head 321. At this time, the guide portion 312 is formed in a tubular shape communicating with the wave generating space 311a of the cylinder 310.

한편, 유로관(100)의 장폭부(110)와 단폭부(120)에서 발생되는 압력차이에 의해 분기관(200)으로 유동되는 공기의 흡입 세기를 향상시키기 위하여 가이드부(312)의 단부는 유로관(100)의 장폭부(110)로 연통될 수도 있을 것이다.In order to improve the suction strength of the air flowing into the branch pipe 200 due to the pressure difference generated between the long and short portions 110 and 120 of the flow pipe 100, And may be communicated with the long-width portion 110 of the flow pipe 100.

또한, 상기 실린더(310)의 본체부(311)에는 파동발생공간(311a)에서 연통되는 유로가 형성되는 돌출관(313)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌출관의 단부에는 상기 실린더의 파동발생공간의 부피변화에 따라 수축되거나 팽창되는 탄성포켓(314)이 구비된다. 이렇게 돌출관(313)과 탄성포켓(314)이 구비되는 이유는 실린더(310)의 파동발생공간(311a)의 부피가 가변되지 않는 경우에는 분기관(200)을 통하여 실린더(310)의 압력변화공간(311b)에서 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 세기가 약할 경우에 헤드(321)의 왕성한 왕복 동작을 보장할 수 없기 때문이다. 그래서 상기 탄성포켓(314)은 얇은 막 형태의 고무 재질로 구현되는 것이 바람직하다. 이러한 탄성포켓(314)은 헤드(321)의 동작에 의해 실린더(310)의 파동발생공간(311a)의 부피가 변하는 것을 방지하는 역할을 하면서 실린더(310) 외부의 습기 및 먼지와 같은 이물질이 실린더 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.The main body 311 of the cylinder 310 may be formed with a protrusion pipe 313 through which a flow passage communicating with the wave generating space 311a is formed. In addition, an elastic pocket 314 is provided at an end of the protruding tube, which is contracted or inflated according to a volume change of the wave generating space of the cylinder. The protruding tube 313 and the resilient pockets 314 are provided in such a manner that when the volume of the wave generating space 311a of the cylinder 310 is not variable, the pressure change of the cylinder 310 through the branch pipe 200 It is impossible to guarantee the reciprocating motion of the head 321 when the intensity of the air sucked into the flow pipe 100 in the space 311b is weak. Therefore, it is preferable that the elastic pockets 314 are formed of a thin film rubber material. The elastic pockets 314 serve to prevent the volume of the wave generating space 311a of the cylinder 310 from being changed by the operation of the head 321 and to prevent foreign substances such as moisture and dust, Thereby preventing the liquid from flowing into the inside.

다만, 실린더(310)의 파동발생공간(311a)에서 공기의 흐름에 의한 파동의 왕성한 생성을 위하여 돌출부(313)는 상기 압전유닛(400)을 기준으로 상기 헤드(321)와 반대방향에 형성되는 것이 바람직하다.The protrusion 313 is formed in a direction opposite to the head 321 with respect to the piezoelectric unit 400 in order to vigorously generate a wave due to the flow of air in the wave generating space 311a of the cylinder 310 .

한편, 유로관(100)을 통과하는 공기의 흐름이 항상 일정하지 않기 때문에 유로관(100)의 단폭부(120)에서의 압력이 일정하지 않고 변화되며, 이에 따라 분기관(200)을 통하여 유로관(100)의 단폭부(120)로 흡입되는 공기의 세기도 일정하지 않다. 이렇게 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 세기가 일정하지 않기 때문에 헤드(321)가 왕복 동작될 수 있다.Since the flow of the air passing through the flow pipe 100 is not always constant, the pressure in the short width portion 120 of the flow pipe 100 is changed without being constant, The intensity of the air sucked into the short width portion 120 of the pipe 100 is not constant. Since the intensity of the air sucked into the flow pipe 100 is not constant, the head 321 can be reciprocated.

본 발명에서는 유로관(100)을 통과하는 공기의 흐름이 일정하더라도 헤드(321)의 왕복 동작을 보장하기 위하여 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 흐름을 변화시키는 기류변환수단(340)이 더 설치될 수 있다.In the present invention, even though the flow of the air passing through the flow pipe 100 is constant, the air flow converting means 340 for changing the flow of the air sucked into the flow pipe 100 in order to ensure the reciprocating operation of the head 321 Can be installed.

기류변환수단(340)은 분기관(200)의 내부에 설치될 수 있다. 그래서 분기관(200) 내부를 통과하는 공기의 흐름에 따라 동작되면서 공기의 흐름을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어 상기 기류변환수단(340)은 상기 분기관(200)의 내부에 배치되어 분기관(200)으로 유동되는 공기의 흐름을 반복적으로 개폐시키는 회전날개로 구현될 수 있다.The airflow converting means 340 may be installed inside the branch pipe 200. Thus, the air flow can be continuously changed while operating according to the air flow passing through the branch pipe 200. For example, the airflow converting means 340 may be implemented as a rotating blade which is disposed inside the branch pipe 200 and repeatedly opens and closes the flow of air flowing into the branch pipe 200.

이때 기류변환수단(340)인 회전날개는 분기관(200)을 통과하는 공기의 힘에 의해 회전되면서, 그 회전에 의해 분기관(200)을 막았다가 열었다가 하는 동작을 반복하게 된다. 이러한 회전날개의 동작에 의해 실린더(310)의 압력변화공간(311b)에서 분기관(200)을 통하여 유로관(100)의 단폭부(120)로 흡입되는 공기의 흐름에 반복적인 변화가 발생하고, 이러한 변화로 인해 헤드(321)에 작용하는 공기의 세기가 변경되면서 헤드(321)가 더욱 활발하게 왕복 동작된다.At this time, the rotating blade, which is the airflow converting means 340, is rotated by the force of the air passing through the branch pipe 200, and the operation of closing and closing the branch pipe 200 by the rotation is repeated. The operation of the rotary vane causes a repetitive change in the flow of the air sucked into the short width portion 120 of the flow pipe 100 through the branch pipe 200 in the pressure change space 311b of the cylinder 310 , The head 321 is more actively reciprocated while changing the intensity of the air acting on the head 321 due to such a change.

한편, 압전유닛(400)은 헤드(321)의 왕복 동작에 의해 실린더(310)의 파동발생공간(311a)에서 발생되는 공기의 파동에 반응하여 전기를 발생시키는 유닛으로, 상기 실린더(310)의 내부, 정확하게는 파동발생공간(311a)에 설치되는 고정체(410)와; 상기 고정체(410)에 일단이 고정되어 상기 실린더(310)의 내부에 발생되는 파동에 의한 기계적 변형에 의해서 전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전부(420)를 포함한다.The piezoelectric unit 400 is a unit that generates electricity in response to the fluctuation of the air generated in the wave generating space 311a of the cylinder 310 by the reciprocating motion of the head 321, A fixed body 410 installed inside the wave generating space 311a; And at least one piezoelectric part 420 having one end fixed to the fixing body 410 and generating electric power by mechanical deformation due to a wave generated in the cylinder 310. [

이때 상기 압전부(420)는 헤드(321)의 왕복 동작에 의해 발생되는 공기의 파동에 의해 기계적 변형이 발생할 수 있도록 얇은 여러 장의 압전필름으로 구현될 수 있다. 예를 들어 압전필름은 PVDF(polyvinylidene fluoride)이 적용된 필름을 사용할 수 있다. 물론 압전부(420)는 제시된 재료의 필름에 한정되지 않고, 필름 타입으로 제작되면서 압전효과를 발현할 수 있는 다양한 재료로 구현될 수 있을 것이다.At this time, the piezoelectric unit 420 may be realized as a thin piezoelectric film so that mechanical deformation may occur due to the fluctuation of the air generated by the reciprocating motion of the head 321. For example, a film to which polyvinylidene fluoride (PVDF) is applied can be used as the piezoelectric film. Of course, the piezoelectric part 420 is not limited to the film of the proposed material, but may be realized in various materials capable of exhibiting the piezoelectric effect while being manufactured in the film type.

물론 상기 압전부(420)의 양면에는 도시하지 않았지만 압전부(420)에서 발생된 전기를 흘려보낼 수 있는 전극판이 구비될 것이다.Although not shown on both sides of the piezoelectric unit 420, an electrode plate capable of flowing electricity generated by the piezoelectric unit 420 may be provided.

한편, 상기 압전유닛(400)은 상기 고정체(410)에 일단이 고정되어 그 일면 또는 양면에 상기 압전부(420)가 부착되어 상기 압전부(420)의 형태를 유지시키면서 탄성지지하는 지지부재(430)를 더 포함할 수 있다. 이때 지지부재(430)도 상기 압전부(420)와 마찬가지로 헤드(321)의 왕복 동작에 의해 발생되는 공기의 파동에 의해 기계적 변형이 발생되면서 압전부(420)의 형태를 유지할 수 있도록 얇은 필름 타입으로 구현되는 것이 바람직하다. 예를 들어 지지부재(430)는 폴리에스테르 필름으로 구현될 수 있다. 물론 지지부재(430)는 제시된 필름에 한정되지 않고, 금속 소재의 얇은 금속막으로 구현될 수도 있을 것이다. 만약 지지부재(430)를 금속 소재의 얇은 금속막으로 구현하는 경우 지지부재(430)를 압전부(420)의 양면에 배치하여 전극의 역할을 동시에 수행할 수도 있을 것이다.The piezoelectric unit 400 has one end fixed to the fixing body 410 and the piezoelectric unit 420 is attached to one surface or both surfaces of the piezoelectric unit 400 to maintain the shape of the piezoelectric unit 420, (430). The support member 430 may be mechanically deformed by the air generated by the reciprocating movement of the head 321 as in the piezoelectric unit 420 so that the piezoelectric unit 420 can be maintained in a thin film type . For example, the support member 430 may be embodied as a polyester film. Of course, the support member 430 is not limited to the film shown, but may be embodied as a thin metal film of a metal material. If the support member 430 is formed of a thin metal film made of a metal material, the support member 430 may be disposed on both sides of the piezoelectric part 420 to perform the role of the electrode.

그래서, 도 4에 도시된 바와 같이 지지부재(430)가 고정체(410)에 외팔보 형태로 설치되고, 지지부재(430)의 일면 또는 양면에 상기 압전부(420)가 부착되는 것이 바람직하다. 이때 압전부(420)에서 발생되는 전기를 전달하여 저장하기 위한 정류회로 및 축전지가 연결될 것이다. 물론 정류회로 및 축전지는 도면에 도시하지 않았지만, 실린더(310)의 내부 또는 본 장치의 외부에 별도로 마련될 수 있을 것이다.4, the support member 430 is installed in a cantilever shape on the fixing member 410, and the piezoelectric member 420 is attached to one side or both sides of the support member 430. At this time, a rectifying circuit and a battery for transmitting and storing electricity generated in the piezoelectric part 420 will be connected. Of course, the rectifying circuit and the battery may not be shown in the drawings, but may be separately provided inside the cylinder 310 or outside the apparatus.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치의 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.An operation state of the wind power generator using the piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전효과를 이용한 풍력발전장치의 작동상태를 보여주는 작동상태도이다.5 is an operational state diagram illustrating an operation state of a wind power generator using a piezoelectric effect according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 공기가 유로관(100)을 통과하면, 베르누이 정리에 의해 공기가 장폭부(110)를 지나 단폭부(120)를 통과하면서 단폭부(120)에서 속도가 빨라지면서 그 지점의 압력이 낮아지게 된다. 그러면 낮아진 압력에 의해 분기관(200)을 통하여 실린더(310)의 압력변화공간(311b)의 공기가 유로관(100)의 단폭부(120)로 흡입되면서, 그 흡입되는 힘에 의해 피스톤(320)의 헤드(321)가 도 5의 하부 방향으로 움직이게 된다. 이때 실린더(310)의 파동발생공간(311a)에 연통된 돌출부(313)의 탄성포켓(314)에 의해 실린더(310)의 파동발생공간(311a)의 부피변화가 유 연하게 유지되면서 헤드(321)의 움직임을 보장하게 된다.As shown in FIG. 5, when the air passes through the flow pipe 100, the air passes through the long width portion 110 by the Bernoulli theorem, passes through the short width portion 120, The pressure at the point becomes lower. The air in the pressure change space 311b of the cylinder 310 is sucked into the short width portion 120 of the flow pipe 100 through the branch pipe 200 by the lowered pressure and the piston 320 The head 321 moves downward in Fig. At this time, the volume of the wave generating space 311a of the cylinder 310 is flexibly maintained by the elastic pockets 314 of the protrusion 313 communicated with the wave generating space 311a of the cylinder 310, ).

이 상태에서 유로관(100)을 통과하는 공기의 유량이 변하게 되어 압력변화공간(311b)에서 분기관(200)을 통하여 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 압력이나 유량이 변하게 되면 피스톤(320)의 헤드(321)에 전달되는 힘이 변하게 되고 이에 따라 헤드(321)가 더욱 하강하거나 복원체(330)의 복원력에 의해 상승하게 된다. 이러한 헤드(321)의 하강 및 상승이 반복되면서 실린더(310)의 파동발생공간(311a)에서는 공기에 규칙적인 또는 불규칙적인 파동이 발생하고 이러한 파동에 의해 압전부(420)가 휘어지거나 진동되면서 전기가 발생된다. In this state, when the flow rate of the air passing through the flow pipe 100 changes and the pressure or flow rate of the air sucked into the flow pipe 100 through the branch pipe 200 in the pressure change space 311b changes, The head 321 is further lowered or raised due to the restoring force of the restoration body 330. In this case, As the head 321 is repeatedly lowered and raised, regular or irregular waves are generated in the air in the wave generating space 311a of the cylinder 310, and the piezoelectric unit 420 is bent or vibrated by the waves, Is generated.

한편, 분기관(200)을 통하여 유로관(100)으로 유동되는 공기는 분기관(200)에 설치된 기류변환수단(340)인 회전날개를 회전시킨다. 그러면 회전되는 회전날개에 의해 분기관(200)이 막혔다가 열리는 동작이 반복되면서 실린더(310)의 압력변화공간(311b)에서 유로관(100)으로 흡입되는 공기의 압력이 반복적으로 변화되고, 이에 따라 헤드(321)의 왕복 동작이 더욱 활성화된다. 그러면 실린더(310)의 파동발생공간(311a)에서는 공기의 파동이 더욱 왕성하게 형성되어 압전부(420)의 변형을 빈도를 더욱 높이고 이에 따라 전기의 발생 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, air flowing into the flow pipe 100 through the branch pipe 200 rotates the rotary vane, which is the air flow converting means 340 installed in the branch pipe 200. Then, the operation of closing and opening the branch pipe 200 by the rotating rotary blades is repeated, and the pressure of the air sucked into the flow pipe 100 in the pressure change space 311b of the cylinder 310 is repeatedly changed, The reciprocating motion of the head 321 is further activated. In this case, in the wave generating space 311a of the cylinder 310, the wave of air is formed more vigorously, so that the frequency of the deformation of the piezoelectric unit 420 is further increased, thereby improving the generation efficiency of electricity.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.

100: 유로관 110: 소폭부
120: 장폭부 130: 연결부
200: 분기관 300: 파동발생유닛
310: 실린더 311: 본체부
311a: 파동발생공간 311b: 압력변화공간
312: 가이드부 313: 돌출부
314: 탄성포켓 320: 피스톤
321: 헤드 322: 로드
330: 복원체 340: 기류변환수단
400: 압전유닛 410: 고정체
420: 압전부 430: 지지부재100: flow tube 110: small width
120: wide width portion 130: connection portion
200: branch tube 300: wave generating unit
310: cylinder 311:
311a: Wave generating space 311b: Pressure change space
312: guide portion 313:
314: Elastic pocket 320: Piston
321: head 322: rod
330: Restored body 340: Air flow converting means
400: piezoelectric unit 410: fixed body
420: piezoelectric part 430: supporting member

Claims (11)

공기의 흐름을 이용하여 전기를 발전하는 장치로서,
양단이 연통되어 공기가 유동되는 유로가 형성되고, 상기 유로를 형성하는 내경이 상대적으로 큰 장폭부와 내경이 상대적으로 작은 단폭부가 형성된 유로관과;
일측이 상기 유로관의 단폭부에서 분기되는 분기관과;
상기 분기관의 타측에 설치되어 공기의 흐름시 상기 유로관의 내경 변화로 인해 발생하는 압력의 변화에 따른 공기의 흐름에 의해 동작되어 공기의 파동을 발생시키는 파동발생유닛과;
상기 파동발생유닛에서 발생되는 공기의 파동에 의해 동작 되어서 전기를 발생시키는 압전유닛을 포함하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
An apparatus for generating electricity using a flow of air,
A flow path tube in which both ends are communicated with each other to form a flow path through which air flows, a long pipe portion having a relatively large inner diameter and a short width portion having a relatively small inner diameter;
A branch pipe having one side branched at a short width portion of the flow pipe;
A wave generating unit installed on the other side of the branch pipe and operated by a flow of air according to a change in pressure generated due to a change in inner diameter of the flow pipe when air flows,
And a piezoelectric unit that is operated by a wave of air generated in the wave generating unit to generate electricity.
청구항 1에 있어서,
상기 유로관은 공기의 흐름방향을 따라 장폭부에서 단폭부로 이어지고, 상기 분기관은 장폭부 방향으로 기울어져서 공기의 흐름방향에 대하여 예각으로 상기 단폭부에 연결되는 것을 특징으로 하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method according to claim 1,
And the branch pipe is connected to the short width portion at an acute angle with respect to a flow direction of the air by tilting the branch pipe toward the long width portion. Wind power equipment.
청구항 1에 있어서,
상기 파동발생유닛은
상기 분기관의 타단에 연결되는 실린더와;
상기 실린더의 내부에 배치되어 압력의 변화에 따라 작동되면서 실린더 내부의 공기에 파동을 발생시키는 피스톤과;
상기 피스톤의 작동시에 원위치 복귀를 위한 복원력을 제공하는 복원체를 포함하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method according to claim 1,
The wave generating unit
A cylinder connected to the other end of the branch pipe;
A piston disposed inside the cylinder and operated according to a change in pressure to generate a wave in the air inside the cylinder;
And a restoration body for providing a restoring force for returning to the home position when the piston is in operation.
청구항 3에 있어서,
상기 피스톤은 상기 실린더의 내부를 파동발생공간과 압력변화공간으로 구획하는 헤드와, 상기 헤드에서 압력변화공간 방향으로 연장되는 로드로 구성되고,
상기 복원체는 상기 실린더의 내면과 상기 헤드의 양면 중 압력변화공간 방향의 면 사이에 배치되어 상기 헤드의 이동에 대한 복원력을 제공하는 것을 특징으로 하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 3,
Wherein the piston comprises a head that divides the inside of the cylinder into a wave generating space and a pressure changing space, and a rod extending in the pressure changing space direction in the head,
Wherein the restoration body is disposed between an inner surface of the cylinder and a surface of the both surfaces of the head in the direction of the pressure change space to provide restoring force for movement of the head.
청구항 4에 있어서,
상기 실린더는
상기 파동발생공간과 압력변화공간이 형성되는 본체부와;
상기 본체부의 압력변화공간에서 상기 피스톤의 로드가 인입되도록 연장되어 상기 헤드의 이동 자세를 안내하는 가이드부를 포함하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 4,
The cylinder
A body portion in which the wave generating space and the pressure changing space are formed;
And a guide portion extending to receive the rod of the piston in a pressure change space of the main body portion and guiding the movement posture of the head.
청구항 4에 있어서,
상기 분기관은 상기 실린더의 압력변화공간으로 연통되고,
상기 압전유닛은 상기 실린더의 파동발생공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 4,
The branch pipe communicates with the pressure change space of the cylinder,
Wherein the piezoelectric unit is installed in a wave generating space of the cylinder.
청구항 6에 있어서,
상기 실린더의 본체부에는 파동발생공간에서 연통되는 유로가 형성되는 돌출관이 형성되고,
상기 돌출관의 단부에는 상기 실린더의 파동발생공간의 부피변화에 따라 수축되거나 팽창되는 탄성포켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 6,
A protruding tube is formed in the main body of the cylinder,
Wherein an elastic pocket is provided at an end of the protruding tube so that the elastic pocket contracts or expands according to a volume change of the wave generating space of the cylinder.
청구항 1에 있어서,
상기 분기관에는 공기의 흐름에 따라 동작되면서 공기의 흐름을 연속적으로 변화시키는 기류변환수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method according to claim 1,
Wherein the branch pipe is provided with air flow converting means for continuously changing the air flow while being operated in accordance with the air flow.
청구항 8에 있어서,
상기 기류변환수단은 상기 분기관의 내부에 배치되어 분기관으로 유동되는 공기의 흐름을 반복적으로 개폐시키는 회전날개인 것을 특징으로 하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 8,
Wherein the airflow converting means is a rotary blade which is disposed inside the branch pipe and repeatedly opens and closes the flow of air flowing into the branch pipe.
청구항 3에 있어서,
상기 압전유닛은
상기 실린더의 내부에 설치되는 고정체와;
상기 고정체에 일단이 고정되어 상기 실린더의 내부에 발생되는 파동에 의한 기계적 변형에 의해서 전기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전부를 포함하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 3,
The piezoelectric unit
A fixed body installed inside the cylinder;
And at least one piezoelectric portion having one end fixed to the fixed body and generating electricity by mechanical deformation caused by a wave generated inside the cylinder.
청구항 10에 있어서,
상기 압전부는 압전필름이고,
상기 압전유닛은 상기 고정체에 일단이 고정되어 그 일면 또는 양면에 상기 압전필름이 부착되어 상기 압전필름의 형태를 유지시키면서 탄성지지하는 지지부재를 더 포함하는 압전효과를 이용한 풍력발전장치.
The method of claim 10,
Wherein the piezoelectric portion is a piezoelectric film,
Wherein the piezoelectric unit further comprises a support member having one end fixed to the fixed body and the piezoelectric film attached to one surface or both surfaces thereof to elastically support the piezoelectric film while maintaining the shape of the piezoelectric film.
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