KR101957576B1 - 손실 에너지 하베스팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손실 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 손실 에너지 하베스팅 장치는, 전자 장치에서 발생된 전기장에 의해 손실된 에너지를 수확하기 위한 것으로, 상기 전자 장치의 에너지 손실층과 인접한 위치에 배치되고, 유전 물질(dielectric substance)이 충진되어 있는 케이스; 및 상기 전자 장치로부터 나오는 전기장 에너지를 상기 유전물질을 통해 전달 받아 에너지 수확이 가능하도록, 일측은 상기 케이스 내부의 유전 물질과 접촉 가능하게 배치되고 타측은 그 케이스 외부로 노출되는 전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

손실 에너지 하베스팅 장치{Loss-energy harvesting apparatus}

본 발명은 손실 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 장치에서 발생된 전기장에 의해 손실된 에너지를 수확할 수 있도록, 구조가 개선된 손실 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.

근자에는 태양광, 태양열 에너지, 풍력에너지, 수력에너지, 지열에너지 등 다양한 에너지원이 전기 에너지로 변환되어 사용되어 왔다. 그럼에도 불구하고 화석연료의 고갈과 환경에 대한 문제가 이슈화되면서 친환경에너지를 개발하려는 인류의 노력은 계속 증가하고 있다.

에너지 하베스팅은 물체의 진동, 중력, 신체, 전자기파 등 다양한 에너지원을 이용하여 에너지를 수확하기 위한 것으로, 최근 환경에너지원 중 하나로 각광받고 있다. 다양한 에너지원을 활용하여 전자기유도, 열전, 압전, 마찰대전 등을 활용하여 전기에너지를 생산하고 있기는 하나, 전기 수요의 급증으로 인하여 여전히 에너지 문제가 대두되고 있다.

이러한 에너지 문제를 해결하기 위하여, 전기에너지를 발생하는 효율을 높이고 에너지 손실을 방지시키는 연구가 최근에 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

예컨대, 기계적 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 줌으로써 에너지 수확을 하는 기술에 관한 연구는 물론, 전기 발전 장치 및 전자제품에 직접 적용하여 에너지 손실을 방지함과 동시에 손실 에너지를 직접적으로 수확하는 기술에 관한 연구가 이루어지고 있다.

기존 에너지 하베스팅에 관한 연구는 대부분 고출력을 내기 위한 연구가 주로 이루어 졌지만, 출력이 증가함과 동시에 손실되는 에너지 역시 증가한다. 또한, 생성된 전기에너지로 전자제품 및 전력시스템을 작동하는데 있어 에너지 손실이 여전히 존재하기 마련이다. 따라서, 에너지 손실을 최소화시키고, 손실된 에너지를 수확할 수 있는 기술개발이 절실히 필요하게 된 것이다. 1) 전자제품이 있는 모든 곳에 적용하여, 에너지 손실을 통하여 사용 가능한 전기에너지를 생성할 수 있다. 또한 위 방식을 통하여 2) 전자제품 뿐만 아니라 에너지가 생성되는 근본적인 방식에 적용하여 동일한 인풋으로 출력을 증폭시킬 수 있다. 3) 또한 물과 같은 경제성 있는 유전물질 활용하여 누구나 손쉽게 적용할 수 있는 기법이며, 4) 새로운 에너지 수확의 방식으로 에너지 관련 다양한 분야에 응용하기가 용이하다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기장을 발생시키는 전자 제품의 손실 에너지를 수확할 수 있게 하는 손실 에너지 하베스팅 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 일상생활에서 쉽게 입수할 수 있는 물질을 활용할 수 있게 하고, 휴대 및 보관이 용이한 손실 에너지 하베스팅 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 손실 에너지 하베스팅 장치는, 전자 장치에서 발생된 전기장에 의해 손실된 에너지를 수확하기 위한 것으로, 상기 전자 장치의 에너지 손실층과 인접한 위치에 배치되고, 유전 물질(dielectric substance)이 충진되어 있는 케이스; 및 상기 전자 장치로부터 나오는 전기장 에너지를 상기 유전물질을 통해 전달 받아 에너지 수확이 가능하도록, 일측은 상기 케이스 내부의 유전 물질과 접촉 가능하게 배치되고 타측은 그 케이스 외부로 노출되는 전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 유전물질은 물분자와 같은 액상 고유전물질인 것이 바람직하다.

상기 케이스는, 상기 전자 장치의 에너지 손실층과 최대한 가깝게 배치될 수 있도록, 상기 전자 장치의 절연체와 접촉되게 배치되는 것이 바람직하다.

상기 케이스는, 상기 전자 장치와 함께 휴대할 수 있도록, 그 전자 장치를 수용하기 위한 홈부를 포함하여 이루어지고, 상기 케이스의, 상기 홈부를 한정하고 상기 전자 장치의 일면과 마주하는 커버부는, 상기 유전물질이 충진됨으로써 형성된 유전체층을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 케이스는, 상기 전자 장치에 놓여질 수 있는 입체적 공간을 형성시키는 내벽부; 및 상기 내벽부와의 사이에 상기 유전물질이 충진될 수 있는 충진공간을 형성시키고, 상기 전극이 관통하여 일측이 유전물질에 접촉되게 하고 타측이 외부와 접속될 수 있게 하는 외벽부;를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.

상기 케이스는, 발전기를 구성하는 도체와 자기장 발생체 중 외곽에 배치되는 어느 하나에 마련된 제1커버층; 상기 제1커버층과의 사이에 환형의 공간을 형성시킬 수 있도록, 그 제1커버부를 감싸는 형태로 배치되는 제2커버층; 상기 제1커버층과 제2커버층 사이의 환형의 공간에, 상기 유전물질이 충진됨으로써 형성된 유전체층; 및 상기 유전체층과 제2커버층 사이에 형성된 전극층;을 포함하여 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기 전기장을 발생시키는 전자 장치는 지하에 매설되는 송전선 유닛이고, 상기 케이스는, 상기 송전선 유닛과 인접한 위치에 설치되고, 상기 유전물질인 지하수가 흐르는 유체관이며, 상기 전극은, 상기 유체관의 내부에 상기 지하수를 감싸는 형태로 배치되는 것도 가능하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 손실 에너지 하베스팅 장치는, 전기장을 발생시키는 전자 제품의 손실 에너지를 수확할 수 있게 하여, 전통적인 방식의 에너지 생성 기술을 개선하여 더욱 효율적인 에너지 하베스팅을 가능하게 하는 장점을 가진다.

그리고, 물분자를 유전물질로 활용하는 실시예에 의하면, 일상생활에서 쉽게 입수할 수 있는 물질을 활용할 수 있게 하여, 누구나 쉽게 일상생활에서 사용되는 전자 제품의 에너지 사용 효율을 높일 수 있게 하고, 비상 전력으로도 활용할 수 있어서 예기치 않은 위급상황에 대처할 수 있는 장점과, 위험성이 없는 유전물질을 활용함과 동시에 유전율이 좋아 상대적으로 작은 사이즈로 제작이 가능하게 됨에 따라, 휴대 및 보관이 용이한 장점이 기대된다.

도 1은 본 발명에 의한 에너지 수확 원리를 설명하기 위한 것으로, 전자 제품의 손실된 에너지를 전기에너지로 전환하는 모식도.
도 2는 마찰대전에 의한 에너지 수확 방식에 본 발명이 적용되었을 때의 에너지 수확 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 손실 에너지 하베스팅 장치의 유전물질 기반 에너지 수확 메커니즘을 이론적으로 증명하고 분석하기 위한 시뮬레이션 결과를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 사시도.
도 5는 본 발명 일실시예의 부분절개 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 사시도.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명에 의한 에너지 수확의 원리 및 실험 결과들을 순차적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 에너지 수확 원리를 설명하기 위한 것으로, 전자 제품의 손실된 에너지를 전기에너지로 전환하는 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전자 장치에서 발생된 전기장에 의해 손실된 에너지를 수확하기 위한 것으로, 적용되는 기술 환경은 에너지 손실층이 생성되는 전자 장치 분야이고, 본 발명의 기능 구현을 위한 구성으로는 유전물질층과 전극층이 포함된다. 여기서, 상기 전자 장치는, 교류 출력 (AC)기반의 전기에너지 발전 장치나 전자제품과 같이 전기장을 형성시키는 모든 제품을 포함하는 의미이다.

상기 전자 장치가 작동하게 되면, 일정 수준의 전기장 및 전자파가 발생하게 되고, 이 과정에서 전기 시스템의 작동에 연관되지 않은 물질들 (제품 케이스, 전선 피복, 전자제품 주변물질 등) 중 외부 전기장에 취약한 물질들은 전기장에 영향을 받아 극화되며, 외부 전기장에 쉽게 영향을 받아 극화되는 물질들에 의하여 에너지 손실 층이 발생하게 된다.

상기 전자 장치가 교류 출력 기반인 경우, 전기장 및 전자파의 부호가 지속적으로 바뀌게 된다. 이 때, 극화되는 물질 내부의 극화 방향이 도 1의 (a)와 같이 지속적으로 바뀌게 되고, 이 물질들에 의하여 유전 손실에 의한 열, 진동 등의 에너지 손실이 발생하게 된다.

이러한 손실된 에너지를 수확하기 위하여, 에너지 손실층 옆에 고유전물질 (물, 극성분자 등)층을 도입하게 되면, 이로 인하여 물질의 극화로 인한 에너지 손실을 차단하고, 도 1의 (b)와 같이 전기장 에너지를 유전물질층으로 전달할 수 있게 되며, 이와 같이 전달된 에너지는 고유전물질의 내부 분자 구조를 정렬시키며 극성 배열을 조직하게 된다.

상기 유전물질층에서 형성된 극성 배열이 정전기 효과에 의해 상기 전극층의 전하 평형을 새로 구성하게 되고, 이 때, 전기적 교류 신호를 받아 극성 배열의 방향이 양 (+)에서 음 (-)으로 지속적으로 바뀌게 됨으로써, 상기 전극층의 부호 역시 이에 상응하는 교류 출력을 발생시킨다. 이러한 원리에 의해 상기 전극층에서 발생된 전기에너지를 수확하여 에너지 하베스팅을 구현할 수 있는 것이다.

이하 도 2를 참조하여 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치에 본 발명이 적용되었을 때의 에너지 수확 원리를 설명하기로 한다.

도 2는 마찰대전에 의한 에너지 수확 방식에 본 발명이 적용되었을 때의 에너지 수확 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a) 및 (b)와 같이, 상대적으로 (+) 전하를 띄는 물질을 첫 번째 전극에 마찰시키면, 전극은 (-) 전하를 띄게 되고, 이 물질과 첫 번째 전극은 본 발명이 적용되는 환경인 전자 장치가 된다. 이 때, 전류는 그라운드 역할을 하는 두 번째 전극으로 흐르게 된다.

첫 번째 전극에서 발생된 전기장에 의하여 주변 물질 중 일부가 극화되며, 이 물질들은 전극과 가까운 쪽은 (+)로 먼 쪽은 (-)로 대전된다. 마찰로 인하여 (+)로 대전된 물질을 첫 번째 전극과 분리시키면 전류는 반대방향으로 흐르게 된다. 이 때, 극화 된 물질이 교류 형태의 전기장에 의하여 내부 정렬 방향이 바뀌고, 이로 인한 유전 손실이 발생한다.

이러한 에너지 손실을 차단하기 위하여, 도 2의 (c) 및 (d)와 같이, 유전손실층에 고유전물질층을 추가로 부착한다. 상기 고유전물질층에 의하여 유전손실층에서 발생하는 에너지 손실을 차단하고, 전기장 에너지를 도 2의 (c) 및 (d)에서 보이는 것과 같이 전달할 수 있게 된다.

따라서, 에너지 손실층에서 발생되는 에너지 손실을 억제하고, 전기장 에너지를 고유전물질층으로 전달하며, 이 고유전물질층이 다시 극화됨으로써 정전기 현상으로 전극에 영향을 준다. 이 때, 첫 번째 전극과 두 번째 전극은 독립적인 서로 다른 전위를 확보하게 됨에 따라, 두 번째 전극에서 추가적인 에너지를 확보할 수 있게 되고, 단순한 그라운드 역할이 아니라 추가적인 전위를 가지게 된다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 동일 조건하에서 출력을 증폭시킬 수 있는 시스템 구현이 가능하고, 이를 활용하여 마찰대전을 포함한 기존 에너지 발전 방식에 적용하여 출력을 증폭시킬 수 있는 설계가 가능하게 됨은 물론, 두 번째 전극을 독립적으로 사용할 경우 새로운 에너지원으로 사용이 가능하게 된다 .

한편, 도 3은 본 발명에 의한 손실 에너지 하베스팅 장치의 유전물질 기반 에너지 수확 메커니즘을 이론적으로 증명하고 분석하기 위한 시뮬레이션 결과를 보인 도면이다.

해석에 사용된 프로그램은 정전기적 해석을 위해 널리 사용 되는 COMSOL이 사용 되었다. 본 시뮬레이션은 도 1과 같이 전자 장치(V1), 에너지 손실층(Energy loss), 유전물질층(Air, Water), 그리고 전극(V2)으로 구성된 계 내에서 유전 물질 층의 유전율에 따른 에너지 손실 재활용 시스템의 효과를 보여준다.

효과를 분석하기 위해 전자 장치(V1)와 전극(V2)사이의 전위차(Electrical potential difference; EPD)를 계산하였다. 도 3의 위쪽 그래프는 유전율이 1인 공기에서와 유전율이 80인 유전물질층을 비교하여 동일한 양의 에너지 손실이 에너지 손실층에 존재할 때 나타나는 전위의 분포를 보여주는 것으로, 본 결과를 통하여 유전 물질 층의 유전율이 높을수록 에너지 손실층에서 발생하는 전위가 유전 물질 층 뒤에 있는 전극으로 더 크게 전달되는 것을 확인할 수 있다.

도 3의 아래쪽 그래프는 전자장치와 유전물질층 뒤에 위치한 전극 사이의 거리에 따른 전위차를 계산한 결과이다. 여기서 전위차는 전자가 이동할 수 있는 에너지 포텐셜을 뜻하며 이는 실제발전기에서의 출력과 비례하는 결과를 갖는다. 본 결과를 통해 유전 물질의 유전율의 영향에 따른 에너지 손실 전달과 그 손실 에너지의 하베스팅 메커니즘을 증명할 수 있다.

이하에서는 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 의한 손실 에너지 하베스팅 장치의 구체적인 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명 일실시예의 부분절개 단면도이다.

도 4에 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치는, 전자 장치에서 발생된 전기장에 의해 손실된 에너지를 수확하기 위한 것으로, 케이스(11)와 전극(12)을 포함하여 이루어진다.

상기 케이스(11)는, 전자 장치의 에너지 손실층과 인접한 위치에 배치되고, 내부에 유전물질(dielectric substance)이 충진되는 것으로, 유전물질을 수용할 수 있는 어떠한 형태나 구조로 이루어질 수 있음은 물론이고, 휴대성이 편리하도록 파지가능한 사이즈로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 전극(12)은, 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 일측은 상기 케이스(11) 내부의 유전 물질과 접촉 가능하게 배치되고, 타측은 그 케이스(11) 외부로 노출됨으로써, 상기 에너지 손실층으로부터 나오는 신호를 상기 유전물질로부터 전달 받아 에너지 수확을 할 수 있게 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치는, 전기장을 발생시키는 전자 제품의 손실 에너지를 수확할 수 있게 하여, 전통적인 방식의 에너지 생성 기술을 개선하여 더욱 효율적인 에너지 하베스팅을 가능하게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다.

본 실시예에 채용된 유전물질로는 일상생활에서 쉽게 입수가 용이한 물분자가 채용되었다. 이러한 물분자는, 도 1의 (a) 및 도 (b)에 잘 도시된 바와 같이, 전자 장치에서 나오는 교류 신호에 따라 극성 배열이 지속적으로 재배열되는 특징을 가짐으로써, 그 교류 신호를 훼손하지 않고 상기 전극(12) 측으로 전달할 수 있어서 손실 에너지 수확 효율을 더욱 높일 수 있게 한다.

이와 같이 물분자를 유전물질로 활용하는 본 실시예에 의하면, 일상생활에서 쉽게 입수할 수 있는 물질을 활용할 수 있게 하여, 누구나 쉽게 일상생활에서 사용되는 전자 제품의 에너지 사용 효율을 높일 수 있게 하고, 비상 전력으로도 활용할 수 있어서 예기치 않은 위급상황에 대처할 수 있으며, 위험성이 없는 유전물질을 활용함과 동시에 유전율이 좋아 상대적으로 작은 사이즈로 제작이 가능하게 됨에 따라, 휴대 및 보관이 용이한 장점이 기대된다.

한편, 상기 케이스(11)는, 에너지 수확을 높일 수 있도록, 상기 전자 장치의 에너지 손실층과 최대로 가까운 위치, 즉 상기 전자 장치의 절연체와 접촉되게 배치되는 것이 바람직하다.

도면 중 미설명부호 13은, 상기 전극(12)에서 발생한 전기에너지를 저장할 수 있도록, 상기 유체관과 전극(12) 사이에 배치되는 커패시터이고, 14는 상기 커패시터와 외부 장치를 연결시켜 주기 위한 커넥터이며, 도 15는 유전물질 공급 및 교환을 위하여 상기 케이스(11)를 개방 및 폐쇄시키는 캡부재이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 구조를설명하기 위한 도면이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예는, 휴대폰(A)과 같은 전자 장치를 수용시킬 수 있는 홈부(21a)를 구비하여서, 상기 전자 장치와 함께 휴대할 수 있게 된다.

그리고, 본 실시예에 채용된 케이스(21)는, 상기 홈부(21a)를 한정하고 상기 전자 장치의 일면과 마주하는 커버부(27)를 구비하고, 상기 커버부(27) 내측에 형성된 유전체층(26)과 상기 유전체층(26)과 커버부(27) 사이에 마련된 전극층(22)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 유전체층(26)에는 물분자와 같은 유전물질이 충진된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 일상생활에서 누구나 사용하는 휴대폰과 같은 전자 제품을 수용할 수 있게 하고, 그 전자 제품이 수용된 상태로 휴대할 수 있는 구조를 가짐으로써, 전자 제품의 에너지 사용 효율을 극대화시킬 수 있고, 비상 전력원으로도 사용할 수 있는 장점을 도출한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 채용된 케이스(31)는, 휴대폰(A)과 같은 전자 장치가 원활하게 놓여질 수 있도록, 판 형상의 디스크 구조를 가진다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 케이스(31)의 내부에 유전물질이 충진될 수 있는 유전체층(36)과, 일측은 유전체층(36)과 접촉되고 타측은 외부로 노출되는 전극층(32)을 포함하여 이루어짐으로써, 생활속에서 사용되는 전자 제품을 올려 놓기만 하면 손실 에너지를 수확할 수 있도록 하여, 에너지 사용 효율 및 사용자 편리성을 향상시킬 수 있는 장점을 도출한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 채용된 케이스(41)는, 내벽부(41a)와 외벽부(41b)를 포함하여 이루어진다. 상기 내벽부(41a)는, 상기 전자 장치에 놓여질 수 있는 입체적 공간(41d)을 형성시키고, 상기 외벽부(41b)는, 상기 내벽부(41a)와의 사이에 상기 유전물질(46)이 충진될 수 있는 충진공간(41c)을 형성시키고, 상기 전극(42)이 관통하게 된다. 상기 외벽부(41b)를 관통한 전극(42)은, 일측이 유전물질(460에 접촉되고 타측이 외부 장치와 접속된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 일상생활에서 사용되는 전자 제품을 입체 공간 내에서 수용시키기만 하면, 손실된 에너지를 수확할 수 있도록 구성됨으로써, 도 7과 마찬가지로 사용자 편리성 및 에너지 사용 효율을 높일 수 있는 장점과, 유전물질인 물의 공급 및 교체를 원활하게 수행할 수 있게 하여, 사용자 편리성을 더욱 높일 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.

본 실시예에 채용된 케이스는, 제1커버층(51a)과 제2커버층(51b)과 유전체층(51c)과 전극층(51e)을 포함하여 이루어진다.

상기 제1커버층(51a)은, 발전기를 구성하는 도체(B)와 자기장 발생체(M) 중 외곽에 배치되는 어느 하나에 마련되는 것으로, 예컨대, 본 실시예의 사용환경과 같이 코일이 설치된 도체는 고정되어 있고 자기장을 발생시키는 전자석이 회전되는 회전전기자형 발전기의 경우, 도체에 마련되고, 그 반대의 구동원리를 가지는 회전계자형 발전기에 본 실시예가 채용되는 경우에는, 상기 자기장 발생체에 마련된다.

상기 제2커버층(51b)은, 상기 제1커버부(51a)를 감싸는 형태로 배치됨으로써, 상기 제1커버층(51a)과의 사이에 환형의 공간(51d)을 형성시킨다. 상기 유전체층(51c)은, 상기 제1커버층(51a)과 제2커버층(51b) 사이의 환형의 공간(51d)에, 상기 유전물질(51c)이 충진됨으로써 형성되고, 상기 전극층(51e)은, 상기 유전체층(51c)과 제2커버층(51b) 사이에 형성된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 전기를 생성하는 발전기에 적용함으로써, 발전기에서 손실되는 에너지를 수확할 수 있도록 하여 발전기의 전기 에너지 생성 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 실시예가 적용되는 발전기는, 회전전기자형 발전기이나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 예컨대 최근 대체에너지의 하나로 각광받고 있는 마찰대전 발전기일 수 있음은 물론이다.

이러한 마찰대전 발전기에 적용되는 실시예는, 상기 제1커버층 내부에 마찰대전에 의한 에너지 수확을 가능하게 하는 한 쌍의 대전체들이 배치되고, 상기 제1커버층은 그 한 쌍의 대전체들을 원주방향을 따라 감싸는 형태로 배치되도록 구성된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 손실 에너지 하베스팅 장치의 사시도이다.

본 실시예가 적용되는 사용환경은, 지하수가 흐르는 유체관(61)과 송전선 유닛(C)이 함께 매설되는 유체 및 전력 전달 시스템이다. 즉, 본 실시예에 채용된 전자 장치는, 지하에 매설되는 송전선 유닛(C)이고, 케이스는, 상기 송전선 유닛(C)과 인접한 위치에 설치되고 상기 유전물질인 지하수(66)가 흐르는 유체관(61)이며, 전극(62)은, 상기 유체관(61)의 내부에 상기 지하수(66)를 감싸는 형태로 배치된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 지하에 매설되는 유체 및 전력 전달 시스템에 적용됨으로써, 송전선 유닛(C)에 의한 전력 송신시 손실되는 에너지를 수확하여 그 송전선 유닛(C)에 의한 전력 송신 데이타 또는 유체의 흐름 데이터를 원활하게 수집할 수 있게 하는 장점을 도출한다.

그리고, 본 실시예는, 상기 전극(62)에서 발생한 전기에너지를 저장할 수 있도록, 상기 유체관(61)과 전극(62) 사이에 배치되는 커패시터(63)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

11:케이스 12:전극
13:커패시터 14:커넥터
15:캡부재

Claims (9)

1. 전자 장치에서 발생된 전기장에 의해 손실된 에너지를 수확하기 위한 것으로,
   상기 전자 장치의 에너지 손실층과 인접한 위치에 배치되고, 유전 물질(dielectric substance)이 충진되어 있는 케이스; 및
   상기 전자 장치로부터 나오는 전기장 에너지를 상기 유전물질을 통해 전달 받아 에너지 수확이 가능하도록, 일측은 상기 케이스 내부의 유전 물질과 접촉 가능하게 배치되고 타측은 그 케이스 외부로 노출되는 전극;을 포함하여 이루어지고,
   상기 유전물질은 물분자와 같은 액상 고유전물질인 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는, 상기 전자 장치의 에너지 손실층과 최대한 가깝게 배치될 수 있도록, 상기 전자 장치의 절연체와 접촉되게 배치되는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는, 상기 전자 장치와 함께 휴대할 수 있도록, 그 전자 장치를 수용하기 위한 홈부를 포함하여 이루어지고,
   상기 케이스의, 상기 홈부를 한정하고 상기 전자 장치의 일면과 마주하는 커버부는, 상기 유전물질이 충진됨으로써 형성된 유전체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는,
   상기 전자 장치에 놓여질 수 있는 입체적 공간을 형성시키는 내벽부; 및
   상기 내벽부와의 사이에 상기 유전물질이 충진될 수 있는 충진공간을 형성시키고, 상기 전극이 관통하여 일측이 유전물질에 접촉되게 하고 타측이 외부와 접속될 수 있게 하는 외벽부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는,
   발전기를 구성하는 도체와 자기장 발생체 중 외곽에 배치되는 어느 하나에 마련된 제1커버층;
   상기 제1커버층과의 사이에 환형의 공간을 형성시킬 수 있도록, 그 제1커버부를 감싸는 형태로 배치되는 제2커버층;
   상기 제1커버층과 제2커버층 사이의 환형의 공간에, 상기 유전물질이 충진됨으로써 형성된 유전체층; 및
   상기 유전체층과 제2커버층 사이에 형성된 전극층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는,
   마찰대전에 의한 에너지 수확을 가능하게 하는 한 쌍의 대전체들을 원주방향을 따라 감싸는 형태로 배치되는 제1커버층;
   상기 제1커버층과의 사이에 환형의 공간을 형성시킬 수 있도록, 그 제1커버부를 감싸는 형태로 배치되는 제2커버층;
   상기 제1커버층과 제2커버층 사이의 환형의 공간에, 상기 유전물질이 충진됨으로써 형성된 유전체층; 및
   상기 유전체층과 제2커버층 사이에 형성된 전극층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전기장을 발생시키는 전자 장치는 지하에 매설되는 송전선 유닛이고,
   상기 케이스는, 상기 송전선 유닛과 인접한 위치에 설치되고, 상기 유전물질인 지하수가 흐르는 유체관이며,
   상기 전극은, 상기 유체관의 내부에 상기 지하수를 감싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전극에서 발생한 전기에너지를 저장할 수 있도록, 상기 유체관과 전극 사이에 배치되는 커패시터;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 손실 에너지 하베스팅 장치.

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