KR102042975B1 - Surface structure capable of generating micro-vortex for self-energy generation for surface heating - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체에 관한 것이다.
본 발명은 유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body)에 있어서, 상기 바디의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물, 상기 바디 내부에 위치하여 바디 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터, 상기 히터의 구동을 제어하는 제어부 및 상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부를 포함하고, 상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 제공한다.
상기와 같이 초미세구조물을 포함한 구조체를 제공함으로써, 항공기 및 선박 등 저온 유체에서 운행되는 운송 수단 표면에 발생하는 결빙을 최소한의 에너지로 제거하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a surface structure capable of generating heat through self-generation by generating ultra-fine vortices.
The present invention provides a body in the fluid flow flow, a plurality of ultra-fine structure located on the surface of the body, a heater located inside the body to remove the frost on the body surface, the drive of the heater And a control unit for controlling and at least one piezoelectric element unit which generates electricity by using a fluid flow flowing in the body direction and located on the surface of the body to drive the heater, wherein the ultra-fine structure has a vortex on the body surface (Vortex It provides an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, characterized in that it can generate.
By providing the structure including the ultra-fine structure as described above, it is possible to improve the energy efficiency by removing the ice generated on the surface of the vehicle, such as aircraft and ships, operating in low temperature fluid with minimal energy.

Description

초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체 {Surface structure capable of generating micro-vortex for self-energy generation for surface heating}Surface structure capable of generating micro-vortex for self-energy generation for surface heating

본 발명은 초미세 와류를 발생시키는 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로 초미세 와류를 일으키는 표면 구조체 표면에 유체가 유동을 일으키며 발생하는 와류를 통해 자가발전을 수행하고, 수집된 에너지로 히터를 구동하여 구조체 표면에 발생하는 결빙을 제거할 수 있는 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a structure for generating ultra-fine vortices, more specifically, to perform self-power generation through the vortices generated by the flow of fluid on the surface of the surface structure causing the ultra-fine vortex, and to drive the heater with the collected energy The present invention relates to a structure capable of removing freezing occurring on the surface of the structure.

항공기, Airfoil 및 유체 내에서 구조체의 표면에 발생하는 결빙은 항공기의 무게를 증가시킴은 물론, 항공기 날개의 공기유동을 방해하기 때문에 표면에 발생하는 결빙을 방지하기 위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다. 현재는 주로 ADF(Aircraft Deicing Fluid)가 제빙 및 방빙을 위해 사용되고 있으나, ADF는 인체 및 환경에 유해함은 물론 처리 후 방빙을 위해서는 효과가 유지되는 HOT(Holdover Time)내에 비행을 수행해야 할 필요가 있다는 문제점이 존재한다.Various methods have been studied to prevent freezing occurring on surfaces because freezing occurring on the surface of structures in aircraft, airfoils and fluids not only increases the weight of the aircraft, but also interferes with the air flow of the aircraft wing. Currently, ADF (Aircraft Deicing Fluid) is mainly used for de-icing and deicing, but ADF does not need to fly within HOT (Holdover Time), which is not only harmful to humans and the environment, but also maintains its effectiveness for after-treatment. There is a problem.

이러한 문제점을 해결하기 위해 비행 중 결빙을 제거하기 위하여 bleed air system, heater mat 등의 active한 방법들이 연구되어 왔으나, 이러한 방법들은 엔진 효율을 저하시키거나, 수십~수백kW수준의 큰 에너지를 필요로 한다는 문제가 있다.In order to solve this problem, active methods such as a bleed air system and a heater mat have been studied to remove icing during flight, but these methods reduce engine efficiency or require large energy levels of tens to hundreds of kW. There is a problem.

이러한 이유로 상기의 결빙 이슈를 해결하기 위하여 친환경적으로 결빙 제거가 가능한 방법이 요구되는 실정이다.For this reason, in order to solve the above-mentioned ice issue, there is a need for an environment-friendly method of removing ice.

한국공개특허공보(공개번호 : 10-2014-0072560) “압전재료를 이용한 풍력 발전기의 블레이드”Korean Laid-Open Patent Publication (Publication No. 10-2014-0072560) “Blade of Wind Power Generator Using Piezoelectric Materials”

본 발명은 저온 유체 내에서 운행되는 항공기 및 선박 등의 표면에 형성된 구조체를 통해 표면에서 초미세 와류를 발생시키며, 이러한 와류 및 압력을 에너지원으로 하여 내장된 히터를 통해 열 발생이 가능한 표면 구조체를 제공하고자 한다. The present invention generates an ultra-fine vortex on the surface through the structure formed on the surface of the aircraft, ship, etc. that operate in the low-temperature fluid, the surface structure capable of generating heat through the built-in heater using the vortex and pressure as an energy source To provide.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body)에 있어서, 상기 바디의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물; 상기 바디 내부에 위치하여 바디 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터; 상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및 상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부;를 포함하고,In order to solve the above problems, the present invention in the body (body) present in the fluid flow flow in one embodiment, a plurality of ultra-fine structure located on the surface of the body; A heater positioned inside the body to remove freezing generated on the body surface; A control unit controlling driving of the heater; And at least one piezoelectric element unit positioned on the surface of the body to generate electricity by using a fluid flow flowing in the body direction to drive the heater.

상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 제공한다.The ultrafine structure provides an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, which may generate a vortex on the body surface.

본 발명의 구조체는 상기 바디의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.The structure of the present invention may further include a temperature sensing unit for measuring the temperature of the surface of the body.

이 때, 상기 제어부는 상기 바디 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.At this time, the control unit is characterized in that for driving the heater when the temperature rise is detected by the latent heat discharge due to freezing generated on the body surface.

또한, 상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 바디의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may drive the heater when the time when the surface temperature of the body does not change is greater than or equal to a first reference value as a result of the measurement of the temperature sensing unit.

아울러, 본 발명의 구조체는 상기 바디의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the structure of the present invention is characterized in that it further comprises a freezing detection unit for detecting the freezing area generated on the surface of the body.

이 때, 상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 바디의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the control unit drives the heater when the freezing detection unit detects that the surface freezing area of the body is more than a second reference value.

또한, 상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 유체의 유동에 의해 상기 바디의 표면에서 유발되는 와류(Vortex) 및 압력 변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric element portion is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer, it is characterized in that it is possible to generate electricity by using the vortex (Vortex) and pressure changes caused on the surface of the body by the flow of the fluid.

본 발명은 또 다른 실시예로 공기 유동 흐름 내에 존재하는 에어 포일(Air foil)에 있어서, 상기 에어 포일의 표면에 위치하는 초미세 와류를 발생시키는 복수 개의 초미세구조물; 상기 에어 포일 내부에 위치하여 에어포일의 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터; 상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및 상기 에어 포일의 표면에 위치하여 에어 포일 방향으로 흐르는 공기 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 압전 소자부;를 포함하고,In another embodiment, the present invention provides an air foil in an air flow stream, the air foil comprising: a plurality of ultra-fine structures for generating ultra-fine vortices positioned on the surface of the air foil; A heater positioned inside the air foil to remove freezing generated on the surface of the air foil; A control unit controlling driving of the heater; And a piezoelectric element unit positioned on a surface of the air foil to generate electricity by using air flow flowing in the air foil direction to drive the heater.

상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일을 제공한다.The ultra-fine structure provides an air foil having an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, which is capable of generating a vortex on the body surface.

특히, 상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 공기의 유동에 의해 상기 에어 포일의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.In particular, the piezoelectric element portion is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer, it is characterized in that it is possible to generate electricity by using the vortex (Vortex) and pressure change caused on the surface of the air foil by the flow of air.

또한, 본 발명의 에어 포일은 상기 에어 포일의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부 또는 상기 에어 포일의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙감지부를 더 포함할 수 있다.In addition, the air foil of the present invention may further include a temperature sensor for measuring the temperature of the surface of the air foil or a freezing detector for detecting the freezing area generated on the surface of the air foil.

이 때, 상기 제어부는 상기 에어 포일 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the controller is characterized in that when the temperature rise is detected by the latent heat discharge due to freezing generated on the surface of the air foil is characterized in that for driving the heater.

또한, 상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 에어 포일의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may drive the heater when the time when the surface temperature of the air foil does not change is greater than or equal to a first reference value as a result of the measurement of the temperature sensing unit.

아울러, 상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 에어 포일의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.The controller may drive the heater when the surface freezing area of the air foil is detected to be greater than or equal to a second reference value by the freezing detector.

또한, 상기 압전 소자부는 제1 압전 소자부와 제2 압전 소자부로 구성되며,The piezoelectric element portion may include a first piezoelectric element portion and a second piezoelectric element portion.

상기 제1 압전 소자부, 초미세 구조물, 제2 압전 소자부는 상기 에어 포일의 표면 상에 순서대로 배치되는 것을 특징으로 한다.The first piezoelectric element portion, the ultrafine structure, and the second piezoelectric element portion may be disposed in order on the surface of the air foil.

이 때, 상기 제1 압전 소자부는 상기 에어 포일의 리딩 엣지(Leading edge)에 배치될 수 있다.In this case, the first piezoelectric element may be disposed at a leading edge of the air foil.

본 발명은 표면에서 초미세 와류를 발생시킬 수 있는 초미세구조물을 포함한 구조체를 제공하고, 이를 통해 발생하는 와류 및 압력 변화로부터 압전 소자를 활용하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 자가발전을 통해 생산된 에너지를 사용하여 히터를 구동시키므로 최소한의 에너지로 표면에 생성된 결빙을 제거할 수 있다.The present invention provides a structure including an ultra-fine structure that can generate ultra-fine vortex on the surface, and performs energy harvesting using piezoelectric elements from the vortex and pressure changes generated through this, and produced through self-power generation The energy is used to drive the heater, eliminating the icing on the surface with minimal energy.

도 1은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 초미세구조물을 통하여 초미세 와류가 발생하는 원리에 대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 초미세구조물의 형상에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 초미세구조물이 배치된 형상에 대한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제어부가 구조체 표면의 결빙을 제거하기 위하여 히터의 구동을 제어하는 과정에 대해 나타낸 흐름도이다.
도 6은 구조체 표면의 결빙이 발생함에 따라 잠열에 의해 표면의 온도가 변화하는 과정을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조를 갖는 에어 포일(Air foil)의 일 실시예에 대한 도면이다.1 is a schematic diagram of a surface structure capable of generating heat through self-generation by generating an ultrafine vortex of the present invention.
2 is a view showing the principle of generating the ultra-fine vortex through the ultra-fine structure of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the shape of the ultra-fine structure of the present invention.
Figure 4 is a front view of the shape in which the ultra-fine structure of the present invention is disposed.
5 is a flowchart illustrating a process of controlling the driving of the heater to remove icing of the surface of the structure by the control unit of the present invention.
6 is a graph illustrating a process of changing the temperature of the surface by latent heat as freezing of the structure surface occurs.
FIG. 7 is a view illustrating an embodiment of an air foil having a surface structure capable of generating heat through self-generation by generating an ultrafine vortex of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail. It should be noted that the same elements in the figures are represented by the same numerals wherever possible. In addition, detailed description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it is to be understood that although the component may be directly connected or connected to the other component, other components may exist in the middle. In addition, when a member is located "on" another member throughout this specification, this includes not only when a member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the term “comprises” or “having” is intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more. It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of other features or numbers, steps, operations, components, components or combinations thereof.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 에너지 하베스팅을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 구조체에 대하여 살펴본다.1 and 2 will be described with respect to the ultra-fine vortex generating structure capable of generating heat through the energy harvesting of the present invention.

도 1은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체에 대한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 초미세구조물을 통하여 초미세 와류가 발생하는 원리에 대하여 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram of a surface structure capable of generating heat through self-generation by generating an ultrafine vortex of the present invention, and FIG. 2 is a view illustrating a principle of generating an ultrafine vortex through an ultrafine structure of the present invention. to be.

본 발명은 일 실시예로 유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body, 10)에 있어서, 상기 바디(10)의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물(200), 상기 바디(10) 내부에 위치하여 바디(10) 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터(300), 상기 히터(300)의 구동을 제어하는 제어부(400) 및 상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부(500)를 포함하는 자가 발전(에너지 하베스팅)을 통하여 열을 발생시켜 결빙 제거가 가능한 초미세 와류 발생 구조체를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, in a body 10 present in a fluid flow flow, a plurality of ultra-fine structures 200 located on the surface of the body 10 and located inside the body 10 Heater 300 to remove the frost generated on the surface of the body 10, the control unit 400 for controlling the driving of the heater 300 and located on the surface of the body to produce electricity by utilizing the fluid flow flowing in the body direction By providing heat through self-power generation (energy harvesting) including at least one piezoelectric element unit 500 for driving the heater to provide an ultra-fine vortex generating structure capable of removing icing.

이 때, 상기 바디(10)의 형상은 도 1 내지 도 2에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니며, 유체 유동 흐름 내에 존재한다면 다른 형상으로 형성되더라도 무관하다.At this time, the shape of the body 10 is not limited to the shape shown in Figs. 1 to 2, and if present in the fluid flow flow may be formed in other shapes.

이하에서는 본 발명의 초미세 와류 발생 구조체를 구성하는 각각의 요소에 대하여 구체적으로 살펴본다. 먼저, 본 발명의 핵심 구성 요소 중 하나인 초미세 구조물(200)은 상기 바디(10)의 표면과 수직한 방향으로 돌출 형성된 복수 개의 초미세구조물(200)로 구성된다. 이 때, 상기 초미세구조물(200)은 일반적으로 마이크로 또는 나노 사이즈의 구조체를 의미한다.Hereinafter, each element of the ultrafine vortex generating structure of the present invention will be described in detail. First, the ultrafine structure 200, which is one of the core components of the present invention, includes a plurality of ultrafine structures 200 protruding in a direction perpendicular to the surface of the body 10. In this case, the ultra-fine structure 200 generally refers to a micro or nano size structure.

바디(10) 방향으로 유체가 유동함에 따라 도 2와 같이 바디 표면에는 1차 와류(Primary Vortex)가 유도되고, 상기 복수 개의 초미세구조물(200)은 일정 간격을 두고 배치되어 각각의 초미세구조물(200) 사이에는 2차 와류(Secondary Vortex)가 유도된다.As the fluid flows toward the body 10, primary vortices are induced on the body surface as shown in FIG. 2, and the plurality of ultra-fine structures 200 are disposed at regular intervals, respectively. Secondary vortex is induced between 200.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 초미세구조물(200)의 형상 및 배치에 대하여 살펴본다.Next, the shape and arrangement of the ultrafine structure 200 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 본 발명의 초미세구조물의 형상에 대한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 초미세구조물이 배치된 형상에 대한 정면도이다.3 is a cross-sectional view of the shape of the ultra-fine structure of the present invention, Figure 4 is a front view of the shape in which the ultra-fine structure of the present invention is disposed.

상기 초미세구조물(200)의 수직 단면은 도 3 (a)와 같이 상어 이빨(Sawtooth) 형상(∧)일 수 도 있으며, 또는 도 3 (b)와 같이 상어의 표면 형상과 같은 곡면 형상(∩)일 수도 있으며, 또는 도 3 (c)와 같이 스캘럽트(Scalloped) 형상일 수도 있고, 또는 도 3 (d)와 같이 요철 형상일 수도 있다.The vertical cross-section of the ultra-fine structure 200 may be a shark tooth (도) shape as shown in Figure 3 (a), or a curved shape such as the surface shape of the shark as shown in Figure 3 (b) ), Or may be a scalloped shape as shown in FIG. 3 (c), or may be an uneven shape as shown in FIG. 3 (d).

또한, 상기 초미세구조물(200)은 상면에서 볼 때 도 4 (a)와 같이 세로 방향으로 길게 형성될 수도 있고, 또는 도 4 (b)와 같이 세로 방향으로도 일정 간격 이격되어 배치될 수도 있으며, 또는 도 4 (c)와 같이 길이가 상이한 복수 개의 초미세구조물(200)이 그룹(Group)을 이루고, 복수 개의 초미세구조물 그룹이 일정 간격 이격되어 배치될 수도 있다. In addition, the ultra-fine structure 200 may be formed long in the vertical direction as shown in Figure 4 (a), or may be arranged at regular intervals in the vertical direction as shown in Figure 4 (b) Alternatively, as shown in FIG. 4C, a plurality of ultrafine structures 200 having different lengths form a group, and the plurality of ultrafine structures groups may be spaced apart from each other at regular intervals.

이 때, 상기 초미세구조물 그룹을 형성하는 각각의 초미세구조물(200)은 길이가 가장 긴 초미세구조물(200)을 중심으로 높이 순서대로 좌우 대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 상기 초미세구조물 그룹을 형성하는 각각의 초미세구조물(200)은 상면에서 볼 때 마름모 형상(◇)으로 배치될 수도 있다.In this case, each of the ultrafine structures 200 forming the ultrafine structure group may be arranged to have left and right symmetry in the order of height about the longest ultrafine structure 200. In other words, each of the ultrafine structures 200 forming the ultrafine structure group may be arranged in a rhombus shape (◇) when viewed from an upper surface.

다만, 상기 초미세구조물(200)의 형상 및 배치는 도 3 내지 도 4에 도시된 형상 및 배치에 한정되지 않으며, 바디(10) 표면에서 초미세 와류를 유발시킬 수 있다면 초미세구조물이 도 3과 다른 형상으로 형성되거나 도 4와 다른 형태로 배치되더라도 무관하다.However, the shape and arrangement of the ultrafine structure 200 is not limited to the shapes and arrangements shown in FIGS. 3 to 4, and if the ultrafine structure can cause ultra-vortex on the surface of the body 10, the ultrafine structure is shown in FIG. 3. It may be formed in a shape different from or arranged in a shape different from FIG. 4.

다음으로, 바디(10) 표면에 생성되는 결빙을 제거하는 히터(300)에 대하여 살펴본다.Next, the heater 300 for removing frost generated on the surface of the body 10 will be described.

바디(10) 표면에 결빙이 생성되면 바디(10)의 무게가 증가할 뿐 아니라, 바디(10) 표면에 작용하는 항력도 증가하게 되며, 이로 인해 바디(10) 주변의 공기 유동에 악영향을 끼쳐 양력(Lift)과 추력(Thrust)이 감소하게 된다는 문제점이 있다.When freezing is formed on the surface of the body 10, not only the weight of the body 10 increases, but also the drag acting on the surface of the body 10 increases, which adversely affects the air flow around the body 10. There is a problem that lift and thrust are reduced.

이에 따라, 본 발명은 히터(300)를 통해 바디 표면(10)의 결빙을 제거함으로써 상기 문제점을 해결하고자 한다.Accordingly, the present invention seeks to solve the above problem by removing icing of the body surface 10 through the heater 300.

상기 히터(300)는 상기 바디(10) 내부에 위치하여 표면의 결빙을 제거할 수 있으며, 특히 상기 히터(300)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 히터여서 바디(10) 내부에 embedded 되어 상기 바디(10) 표면과 MEMS 히터 사이의 공간을 최소화하여 표면에 열을 가하는 것을 방해하는 열 저항을 최소화 시켜 표면의 결빙을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.The heater 300 may be located inside the body 10 to remove icing of the surface. In particular, the heater 300 is a MEMS (Micro Electro Mechanical System) heater, which is embedded in the body 10 and thus the body. (10) By minimizing the space between the surface and the MEMS heater to minimize the heat resistance that interferes with the heat applied to the surface can be removed more effectively the surface freezing.

또한, 상기 히터(300)는 도 2와 같이 상기 바디(10)의 표면의 온도를 측정할 수 있는 온도 감지부(600) 또는 상기 바디의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지할 수 있는 결빙 감지부(700)와 일체로 결합될 수도 있다.In addition, the heater 300 is a temperature sensor 600 that can measure the temperature of the surface of the body 10 as shown in Figure 2 or a freezing detector that can detect the freezing area generated on the surface of the body It may be combined with the 700.

다시 말해, 상기 히터(300)는 온도 감지부(600)와 일체로 결합될 수도 있고, 결빙 감지부(700)와 일체로 결합될 수도 있으며, 온도 감지부(600)와 결빙 감지부(700)가 함께 결합될 수도 있다.In other words, the heater 300 may be integrally coupled with the temperature sensing unit 600, or may be integrally coupled with the freezing sensing unit 700, and the temperature sensing unit 600 and the freezing sensing unit 700 are integrated. May be combined together.

이 때, 상기 온도 감지부(600)는 적어도 하나 이상의 온도 센서로 구성되어 바디(10) 표면의 온도 변화를 감지할 수 있으며, 상기 결빙 감지부(700)는 적어도 하나 이상의 광학 센서 또는 무게 센서로 구성되어 바디(10) 표면의 결빙 면적을 감지할 수 있다.In this case, the temperature sensor 600 may be configured of at least one temperature sensor to detect a temperature change on the surface of the body 10, and the freezing detector 700 may be at least one optical sensor or a weight sensor. It is configured to detect the freezing area of the body 10 surface.

앞서 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)는 상기 히터(300)와 일체로 결합될 수 있다고 기술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)는 히터(300)와 결합되지 않고 바디(10)의 표면에 위치할 수도 있다. Although the temperature sensing unit 600 or the icing sensing unit 700 has been described as being integrated with the heater 300, the present invention is not limited thereto, and the temperature sensing unit 600 or the icing sensing unit 700 is not limited thereto. May not be coupled to the heater 300 and may be located on the surface of the body 10.

또한, 상기 결빙 감지부(700)는 바디(10) 표면의 결빙을 감지할 수 있다면 광학 센서, 무게 센서 외의 다른 센서를 사용하더라도 무관하다.In addition, the freezing detector 700 may use other sensors other than an optical sensor and a weight sensor as long as it can detect freezing of the surface of the body 10.

아울러, 상기 히터(300)는 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)에 의해 감지된 정보를 토대로 구동되는데 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.In addition, the heater 300 is driven based on the information detected by the temperature sensor 600 or the ice detector 700, which will be described later.

다음으로, 도 5와 도 6을 참조하여 제어부(400)에 대하여 구체적으로 살펴본다.Next, the controller 400 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 본 발명의 제어부가 구조체 표면의 결빙을 제거하기 위하여 히터의 구동을 제어하는 과정에 대해 나타낸 흐름도이고, 도 6은 구조체 표면의 결빙이 발생함에 따라 잠열에 의해 표면의 온도가 변화하는 과정을 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of controlling a driving of a heater to remove freezing of the surface of the structure by the control unit of the present invention, and FIG. 6 is a process of changing the temperature of the surface by latent heat as freezing of the structure surface occurs Is a graph.

상기 제어부(400)는 후술할 압전 소자부(500)에서 생성된 전기를 이용하여 상기 히터(300)의 구동을 제어하는 역할을 하는 구성요소이며, 특히 바디(10) 표면에 결빙이 생성되지 않은 경우에는 히터(300)를 구동할 필요가 없으므로, 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 히터(300)의 구동이 필요한 시점을 판단하고, 그에 따라 히터(300)를 구동시키는 역할을 한다.The control unit 400 is a component that controls the driving of the heater 300 by using electricity generated by the piezoelectric element unit 500 to be described later, in particular, freezing is not generated on the surface of the body 10. In this case, since the heater 300 does not need to be driven, a point in time at which the heater 300 is required to be driven is determined based on a change in the state of the surface of the body 10 detected by the temperature sensing unit 600 or the icing sensing unit 700. And the heater 300 is driven accordingly.

먼저, 상기 제어부(400)가 상기 온도 감지부(600)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 히터(300)를 제어하는 과정에 대하여 살펴본다. First, the process of controlling the heater 300 based on the state change of the surface of the body 10 sensed by the temperature sensing unit 600 will be described.

ⅰ) 유체가 바디(10) 표면에서 빙결되면 유체로부터 잠열이 방출되어 도 8과 같이 바디(10) 표면의 온도가 상승하게 되고, 상기 온도 감지부(600)는 이와 같은 온도 상승을 감지할 수 있다.Iii) When the fluid freezes on the surface of the body 10, latent heat is released from the fluid to increase the temperature of the surface of the body 10 as shown in FIG. 8, and the temperature sensing unit 600 can detect such a temperature rise. have.

따라서, 온도 감지부(600)에서 바디(10) 표면의 온도 상승을 감지하면, 상기 제어부(400)는 표면에 결빙이 생성된 것으로 판단하고 상기 히터(300)를 구동시켜 바디(10) 표면의 결빙을 제거할 수 있다.Therefore, when the temperature sensing unit 600 detects a temperature rise on the surface of the body 10, the controller 400 determines that freezing is generated on the surface and drives the heater 300 to operate the surface of the body 10. Freezing can be removed.

또한, ⅱ) 온도의 변화가 미세하거나 상기 바디(10)까 저온의 환경에 위치하는 경우에는 상기 온도 감지부(600)가 바디(10) 표면의 온도 변화를 감지하지 못할 수도 있으므로, 이를 대비하여 상기 제어부(400)는 상기 온도 감지부(600)의 측정 결과, 상기 바디(10)의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시킬 수도 있다. 이 때, 제1 기준값은 상기 제어부(400)에 기 설정해둔 값으로, 제1 기준값은 바디(10)의 주변 환경(날씨, 온도 등)을 고려하여 달리 설정할 수 있다.In addition, ii) when the temperature change is minute or located in a low temperature environment near the body 10, the temperature sensing unit 600 may not detect the temperature change on the surface of the body 10. The controller 400 may drive the heater when the time that the surface temperature of the body 10 does not change is greater than or equal to a first reference value as a result of the measurement by the temperature sensor 600. In this case, the first reference value is a value previously set in the controller 400, and the first reference value may be differently set in consideration of the surrounding environment (weather, temperature, etc.) of the body 10.

다음으로, 상기 제어부(400)가 상기 결빙 감지부(700)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 히터(300)를 제어하는 과정에 대하여 살펴본다.Next, the control unit 400 looks at the process of controlling the heater 300 based on the change in the state of the surface of the body 10 detected by the freezing detection unit 700.

상기 제어부(400)는 바디(10) 표면의 광학 이미지 변화 또는 바디(10)의 무게 변화를 토대로 상기 결빙 감지부(700)에서 상기 바디(10)의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터(300)를 구동시켜 바디(10) 표면에 생성된 결빙을 제거할 수 있다.The controller 400 is configured to freeze the surface freezing area of the body 10 by more than a second reference value based on the optical image change of the surface of the body 10 or the weight change of the body 10. If it is detected that the ice 300 generated on the surface of the body 10 by driving the heater 300 can be removed.

예를 들어, 제2 기준값을 바디 전체 면적의 10%로 설정한 경우에는 상기 결빙 감지부(700)에서 바디(10)의 표면 결빙 면적이 10% 이상인 것으로 감지되는 경우에만 상기 히터(300)를 구동시킨다.For example, when the second reference value is set to 10% of the total body area, the heater 300 is turned on only when the freezing detection unit 700 detects that the surface freezing area of the body 10 is 10% or more. Drive it.

이 때, 상기 제2 기준값은 상기 제1 기준값과 마찬가지로 상기 제어부(400)에 기 설정되어 있는 값이며, 상기 제2 기준값은 상기 바디(10)의 사용 용도에 따라 제2 기준값을 달리 설정할 수 있다.In this case, the second reference value is a value preset in the control unit 400 similarly to the first reference value, and the second reference value may be differently set according to a use purpose of the body 10. .

상기 제어부(400)는 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 상기와 같이 히터(300)를 구동시킴으로써, 도 9와 같이 바디(10) 표면에 결빙이 생성되는 것을 최소화할 수 있고, 바디 표면에 결빙이 없어짐에 따라 바디(10)에 작용하는 결빙의 영향을 최소화할 수 있다.The controller 400 drives the heater 300 as described above based on the change in the state of the surface of the body 10 detected by the temperature sensor 600 or the icing sensor 700, as shown in FIG. 9. The formation of freezing on the surface can be minimized, and the effect of freezing on the body 10 can be minimized as the freezing on the body surface is eliminated.

마지막으로, 압전 소자부(500)는 도 2와 같이 압전 소자층(510, Piezoelectric effect element)과 전극층(520)으로 구성되며, 상기 바디(10)의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 다시 말해, 바디(10) 표면에 유발된 와류 및 압력이 상기 바디(10)의 표면에 위치한 압전 소자층(510)을 가압하게 되고, 이에 따라 전기가 생성된다.Lastly, the piezoelectric element part 500 includes a piezoelectric effect element 510 and an electrode layer 520, as shown in FIG. 2, and a vortex and pressure change induced on the surface of the body 10. Can be used to produce electricity. In other words, the vortex and pressure induced on the surface of the body 10 pressurizes the piezoelectric element layer 510 located on the surface of the body 10, thereby generating electricity.

와류 및 압력에 의해 가압된 압전 소자층(510)은 전기를 생성하는 에너지 하베스팅을 수행하게 되고, 생성된 전기는 전극층(520)을 통하여 상기 제어부(400)에 전달되며, 상기 제어부(400)는 상기 압전 소자층(510)에서 생성된 전기를 이용하여 상기 히터(300)를 구동시킬 수 있다.The piezoelectric element layer 510 pressed by the vortex and the pressure performs energy harvesting to generate electricity, and the generated electricity is transmitted to the controller 400 through the electrode layer 520, and the controller 400 May drive the heater 300 using electricity generated by the piezoelectric element layer 510.

이 때, 상기 압전 소자층(510)은 상기 바디(10) 표면에 효율적으로 배치하기 위하여 필름 형태로 제작될 수도 있다.In this case, the piezoelectric element layer 510 may be manufactured in the form of a film in order to efficiently arrange the surface of the body 10.

정리하면, 본 발명의 구조체는 복수 개의 초미세구조물(200)을 통해 바디(10) 표면에서 초미세 와류를 발생시키고, 본 발명의 바디(10) 표면에 위치한 압전 소자부(500)는 초미세구조물(210)에 의해 유도된 와류 및 압력 변화를 활용하여 자가 발전을 수행하고, 이를 통해 생산된 전기를 이용하여 히터(300)를 구동시킴으로써, 최소한의 에너지를 사용하여 바디(10) 표면의 결빙을 제거할 수 있다.In summary, the structure of the present invention generates ultra-vortex on the surface of the body 10 through the plurality of ultra-fine structure 200, the piezoelectric element portion 500 located on the surface of the body 10 of the present invention is ultra-fine By using the vortex and pressure change induced by the structure 210 to perform self-generation and drive the heater 300 using the electricity produced through this, the ice on the surface of the body 10 using a minimum of energy Can be removed.

다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일(Air foil)에 대하여 살펴본다.Next, with reference to Figure 7 looks at with respect to the air foil (Air foil) having a super-fine vortex generating surface structure capable of heat generation through self-power generation according to another embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조를 갖는 에어 포일(Air foil)의 일 실시예에 대한 도면이다.FIG. 7 is a view illustrating an embodiment of an air foil having a surface structure capable of generating heat through self-generation by generating an ultrafine vortex of the present invention.

본 발명의 공기 유동 흐름 내에 존재하는 에어 포일(Air foil, 100)에 있어서, 상기 에어 포일(100)의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물(200), 상기 에어 포일(100) 내부에 위치하여 에어 포일(100)의 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터(300), 상기 히터(300)의 구동을 제어하는 제어부(400) 및 상기 에어 포일의 표면에 위치하여 에어 포일(100) 방향으로 흐르는 공기 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터(300)를 구동시키는 압전 소자부(500)를 포함하는 자가발전(에너지 하베스팅)을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 구조체를 갖는 에어 포일(100)을 제공한다.In the air foil (100) present in the air flow stream of the present invention, a plurality of ultra-fine structure 200 located on the surface of the air foil 100, located inside the air foil 100 Heater 300 to remove the frost generated on the surface of the air foil 100, the control unit 400 for controlling the driving of the heater 300 and the air flows in the direction of the air foil 100 located on the surface of the air foil 100 Air foil 100 having an ultra-fine vortex generating structure capable of generating heat through self-power generation (energy harvesting) including a piezoelectric element unit 500 driving the heater 300 by using electricity to generate electricity. To provide.

이 때, 상기 초미세구조물(200)은 앞서 본 발명의 일 실시예인 초미세 와류 발생 구조체에 대한 설명에서 언급했던 바와 에어 포일(100) 표면에서 와류가 유도되는 형상으로 형성된 것이 특징이다.At this time, the ultra-fine structure 200 is characterized in that the vortex is induced in the surface of the air foil 100 as mentioned in the description of the ultra-fine vortex generating structure as an embodiment of the present invention.

본 발명의 에너지 하베스팅을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 갖는 에어 포일을 구성하는 상기 압전 소자부(500)는 압전 소자층(510)과 전극층(520)으로 구성되며, 공기의 유동에 의해 상기 에어 포일의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력 변화에 의해 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric element part 500 constituting the air foil having an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through the energy harvesting of the present invention is composed of a piezoelectric element layer 510 and an electrode layer 520, It is characterized in that the electricity can be generated by the vortex (Vortex) and the pressure change caused on the surface of the air foil by the flow.

이 때, 상기 압전 소자층(510)은 에어 포일(100)의 표면에 배치되기 적합하도록 필름 형태일 수도 있다.In this case, the piezoelectric element layer 510 may have a film shape so as to be suitable to be disposed on the surface of the air foil 100.

또한, 본 발명의 에너지 하베스팅을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 갖는 에어 포일은 상기 에어 포일(100)의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부(600) 또는 상기 에어 포일(100)의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙 감지부(700)를 더 포함할 수 있고, 상기 결빙 감지부(700)는 무게 센서 또는 광학 센서를 활용하여 에어 포일(100)에 생성된 결빙 면적을 감지할 수 있다.In addition, the air foil having an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through the energy harvesting of the present invention is a temperature sensing unit 600 or the air foil 100 for measuring the temperature of the surface of the air foil 100 The freezing sensor 700 may further include a freezing detector 700 configured to detect a freezing area generated on the surface of the surface, and the freezing detector 700 may be formed on the air foil 100 using a weight sensor or an optical sensor. Can be detected.

이 때, 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)는 상기 히터(300)와 결합되어 일체를 구성할 수도 있고, 히터(300)와 이격되어 에어 포일(100)의 표면에 배치될 수도 있다.In this case, the temperature sensing unit 600 or the icing sensing unit 700 may be combined with the heater 300 to form an integrated body, and may be spaced apart from the heater 300 to be disposed on the surface of the air foil 100. It may be.

상기 제어부(400)는 ⅰ) 에어 포일(100)의 표면에 생성된 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부(600)에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터(300)를 구동시킬 수 있고, 또는 ⅱ) 상기 온도 감지부(600)의 측정 결과, 상기 에어 포일(100)의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터(300)를 구동시킬 수 있다.The controller 400 may drive the heater 300 when a temperature rise is detected by the temperature sensing unit 600 by latent heat release due to freezing generated on the surface of the air foil 100. Alternatively, ii) when the time when the surface temperature of the air foil 100 does not change is greater than or equal to a first reference value as a result of the measurement by the temperature sensing unit 600, the heater 300 may be driven.

또한, ⅲ) 상기 제어부(400)는 상기 결빙 감지부(700)에서 상기 에어 포일의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터(300)를 구동시킬 수도 있다.In addition, iii) the controller 400 may drive the heater 300 when the freezing detection unit 700 detects that the surface freezing area of the air foil is more than a second reference value.

상기 제어부(400)의 상기와 같은 히터(300)를 구동 과정은 앞서 구체적으로 설명하였으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.Since the driving process of the heater 300 as described above has been described in detail above, detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 자가발전을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일을 구성하는 상기 압전 소자부(500)는 제1 압전 소자부(510)와 제2 압전 소자부(520)로 구성되며, 상기 에어 포일(100)의 표면 상에 상기 제1 압전 소자부(510), 초미세 구조물(200), 제2 압전 소자부(520)는 이 순서대로 배치될 수 있다.The piezoelectric element part 500 constituting the air foil having an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through the self-power generation of the present invention is the first piezoelectric element part 510 and the second piezoelectric element part 520. The first piezoelectric element portion 510, the ultrafine structure 200, and the second piezoelectric element portion 520 may be disposed in this order on the surface of the air foil 100.

특히, 도 10과 같이 상기 제1 압전 소자부(510)는 상기 에어 포일(100)의 리딩 엣지(Leading edge)에 배치되고, 상기 제2 압전 소자부(520)는 상기 에어 포일(100)의 트레일링 엣지(Trailing edge)에 배치될 수 있는데,In particular, as illustrated in FIG. 10, the first piezoelectric element unit 510 is disposed at a leading edge of the air foil 100, and the second piezoelectric element unit 520 is disposed on the air foil 100. Can be placed on the trailing edge,

ⅰ) 상기 제1 압전 소자부(510)가 에어 포일(100)에서 공기 유동에 따른 압력의 변화가 가장 큰 리딩 엣지에 위치하여, 상기 압력 변화를 활용하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있고,Iii) the first piezoelectric element 510 is located at the leading edge where the change in pressure according to the air flow in the air foil 100 is greatest, and thus energy harvesting may be performed by utilizing the change in pressure.

ⅱ) 상기 제2 압전 소자부(520)는 유체 유동에 따른 마찰력(Friction)과 와류(Vortex)가 주로 발생되는 트레일링 엣지에 위치하여, 상기 마찰력과 와류로 인하여 발생하는 압력 변화 및 공기의 진동 등을 활용하여 에너지 하베스팅을 수행하여 상기 히터(300)를 구동시킬 전기를 생산할 수 있다.Ii) The second piezoelectric element unit 520 is located at a trailing edge where friction and vortex are mainly generated due to fluid flow, and a pressure change and vibration of air generated by the friction and vortex are generated. Energy harvesting may be performed by using the same to produce electricity to drive the heater 300.

즉, 본 발명은 공기의 유동에 따라 변화하는 에어 포일(100)의 압력 변화와 에어 포일(100) 표면에 유도되는 와류를 고려하여 상기 제1 압전 소자부(510)를 에어 포일(100) 내에서 표면의 압력 변화가 가장 큰 리딩 엣지에 배치하고, 제2 압전 소자부(520)를 마찰과 와류가 주로 발생되는 트레일링 엣지에 배치함으로써, 에너지 하베스팅의 효율을 높일 수 있다.That is, the present invention takes the first piezoelectric element portion 510 into the air foil 100 in consideration of the pressure change of the air foil 100 that changes according to the flow of air and the vortices induced on the surface of the air foil 100. By arranging at the leading edge where the surface pressure change is greatest and the second piezoelectric element portion 520 at the trailing edge where friction and vortex are mainly generated, the efficiency of energy harvesting can be improved.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments and applications of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments and applications described above, the invention without departing from the gist of the invention claimed in the claims Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 바디
100 : 에어 포일
200 : 초미세구조물
300 : 히터
400 : 제어부
500 : 압전 소자부
510 : 제1 압전 소자부
520 : 제2 압전 소자부
600 : 온도 감지부
700 : 결빙 감지부10: body
100: air foil
200: ultra fine structure
300: heater
400: control unit
500: piezoelectric element portion
510: first piezoelectric element portion
520: second piezoelectric element portion
600: temperature sensing unit
700: freezing detection unit

Claims (15)

유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body)에 있어서,
상기 바디의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물;
상기 바디 내부에 위치하여 바디 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터;
상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및
상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부;를 포함하고,
상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
For a body present in a fluid flow stream,
A plurality of ultrafine structures positioned on the surface of the body;
A heater positioned inside the body to remove freezing generated on the body surface;
A control unit controlling driving of the heater; And
And at least one piezoelectric element unit positioned on the surface of the body to generate electricity by using a fluid flow flowing in the body direction to drive the heater.
The ultra-fine structure is a super-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, characterized in that to generate a vortex (Vortex) on the body surface
제 1항에 있어서,
상기 바디의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method of claim 1,
Ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, characterized in that it further comprises a temperature sensing unit for measuring the temperature of the surface of the body
제 2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 바디 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method of claim 2,
The control unit drives a heater when a temperature rise is sensed by the temperature sensing unit due to latent heat release due to freezing generated on the surface of the body.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 바디의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method of claim 2,
The control unit drives the heater when the time for which the surface temperature of the body does not change is greater than or equal to a first reference value, as a result of the measurement of the temperature sensing unit.
제 1항에 있어서,
상기 바디의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method of claim 1,
Ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, characterized in that it further comprises a freezing detection unit for detecting the freezing area generated on the surface of the body
제 5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 바디의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method of claim 5,
The control unit drives the heater when it is detected that the surface freezing area of the body is greater than or equal to a second reference value by the freezing detection unit.
제 1항에 있어서,
상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 유체의 유동에 의해 상기 바디의 표면에서 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method of claim 1,
The piezoelectric element portion is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer, the heat through the self-generation, characterized in that to generate electricity by using a vortex (Vortex) and pressure change induced on the surface of the body by the flow of the fluid Ultra-fine vortex generating surface structure that can be generated
공기 유동 흐름 내에 존재하는 에어 포일(Air foil)에 있어서,
상기 에어 포일의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물;
상기 에어 포일 내부에 위치하여 에어 포일의 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터;
상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및
상기 에어 포일의 표면에 위치하여 에어 포일 방향으로 흐르는 공기 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 압전 소자부;를 포함하고,
상기 초미세구조물은 상기 에어 포일의 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
In an air foil present in an air flow stream,
A plurality of ultrafine structures positioned on the surface of the air foil;
A heater positioned inside the air foil to remove freezing generated on the surface of the air foil;
A control unit controlling driving of the heater; And
And a piezoelectric element unit positioned on a surface of the air foil to generate electricity by using an air flow flowing in an air foil direction to drive the heater.
The ultra-fine structure is an air foil having an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation, characterized in that it can generate a vortex on the surface of the air foil.
제 8항에 있어서,
상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 공기의 유동에 의해 상기 에어 포일의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
The method of claim 8,
The piezoelectric element portion includes a piezoelectric element layer and an electrode layer, and generates electricity by using a vortex and a pressure change induced on the surface of the air foil by the flow of air. Air foil with ultra-fine vortex generating surface structure capable of heat generation
제 8항에 있어서,
상기 에어 포일의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부 또는 상기 에어 포일의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
The method of claim 8,
An ultra-fine vortex generating surface capable of generating heat through self-generation, further comprising a temperature sensing unit measuring a temperature of the surface of the air foil or a freezing detector detecting a freezing area generated on the surface of the air foil. Air foil with frame
제 10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 에어 포일 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
The method of claim 10,
The control unit drives a heater when a temperature rise is sensed by the temperature sensing unit due to latent heat release due to freezing generated on the surface of the air foil, thereby allowing ultra heat vortex generating surface to generate heat through self-generation. Air foil with frame
제 10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 에어 포일의 표면의 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
The method of claim 10,
The control unit drives the heater when the time when the temperature of the surface of the air foil does not change is greater than or equal to a first reference value as a result of the measurement of the temperature sensing unit. Air foil with surface structure
제 10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 에어 포일의 표면의 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
The method of claim 10,
The controller is configured to drive the heater when the freezing area of the surface of the air foil is detected to be greater than or equal to a second reference value by the freezing detection unit. Air foil with surface structure
제 8항에 있어서,
상기 압전 소자부는 제1 압전 소자부와 제2 압전 소자부로 구성되며,
상기 제1 압전 소자부, 초미세구조물, 제2 압전 소자부는 상기 에어 포일의 표면 상에 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
The method of claim 8,
The piezoelectric element portion includes a first piezoelectric element portion and a second piezoelectric element portion.
The first piezoelectric element portion, the ultra-fine structure, the second piezoelectric element portion is arranged in order on the surface of the air foil air foil having an ultra-fine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-generation
제 14항에 있어서,
상기 제1 압전 소자부는 상기 에어 포일의 리딩 엣지(Leading edge)에 배치되고, 상기 제2 압전 소자부는 상기 에어 포일의 트레일링 엣지(Trailing edge)에 배치되는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일The method of claim 14,
The first piezoelectric element portion is disposed on a leading edge of the air foil, and the second piezoelectric element portion is disposed on a trailing edge of the air foil. Airfoil with ultra-fine vortex-generating surface structure possible
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112165275A (en) * 2020-08-26 2021-01-01 浙江大学 Dynamic diode generator capable of working at extremely low temperature and preparation method thereof
US11828226B2 (en) 2022-04-13 2023-11-28 General Electric Company Compressor bleed air channels having a pattern of vortex generators

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011096851A1 (en) 2010-01-14 2011-08-11 Saab Ab Multifunctional de-icing/anti-icing system of a wind turbine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4597527B2 (en) * 2002-02-11 2010-12-15 ザ トラスティーズ オブ ダートマウス カレッジ System and method for changing the ice-object interface
KR101283207B1 (en) * 2011-03-11 2013-07-05 이진용 Apparatus for generating electricity using piezoelectric element
KR20130074722A (en) * 2011-12-26 2013-07-04 실버레이 주식회사 Pipe with generating function and generating system using it
KR20140072560A (en) 2012-12-05 2014-06-13 대우조선해양 주식회사 Blade of wind power generator using piezoelectric matereal

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011096851A1 (en) 2010-01-14 2011-08-11 Saab Ab Multifunctional de-icing/anti-icing system of a wind turbine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. Mohseni and A. Amirfazli, "A novel electro-thermal anti-icing system for fiber-reinforced polymer composite airfoils," Cold Regions Science and Technology, vol. 87, pp. 47-58, 2013.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112165275A (en) * 2020-08-26 2021-01-01 浙江大学 Dynamic diode generator capable of working at extremely low temperature and preparation method thereof
US11828226B2 (en) 2022-04-13 2023-11-28 General Electric Company Compressor bleed air channels having a pattern of vortex generators

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