KR102185838B1 - Energy generating system with energy generator and energy storage - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 외부 운동 에너지를 이용하여 에너지 발전 및 저장을 하며, 에너지 저장체에 저장되는 전압에 의해 발전소자의 발전 출력이 향상된다. 향상된 발전소자의 발전 출력에 의해 에너지 저장체의 저장 효율을 더욱 증가 된다. 또한, 에너지 발전 및 저장 시스템을 일체화 하여 에너지 발전 부피밀도를 향상 시킬 수 있다. The present invention relates to an energy generation system in which an energy generation unit and an energy storage unit are integrated. According to the present invention, energy is generated and stored using external kinetic energy, and the power generation output of the power plant is improved by the voltage stored in the energy storage body. The storage efficiency of the energy storage body is further increased by the improved power generation output of the power plant. In addition, it is possible to improve the energy generation bulk density by integrating the energy generation and storage system.
Description
본 발명은 에너지 생성부 및 에너지 저장부를 포함한 에너지 생성 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an energy generating system including an energy generating unit and an energy storage unit.
기존의 에너지 발전 및 저장 시스템의 경우 각각 독립되어 있기 때문에, 상호간의 영향을 주지 않았다. 또한, 각각 다른 부품으로 사용되어왔기 때문에 발전 소자 및 저장 시스템의 부피 효율이 떨어진다는 단점이 있었다. 즉, 종래 기술의 경우 에너지 발전 및 저장 시스템을 각각 따로 구성하여 비효율적으로 공간 사용을 하였다.In the case of the existing energy generation and storage systems, since each is independent, it did not affect each other. In addition, since each has been used as a different component, there is a disadvantage in that the volumetric efficiency of the power generation device and the storage system is lowered. That is, in the case of the prior art, energy generation and storage systems were separately configured to use space inefficiently.
정리하면 종래 기술의 경우 에너지 생성부와 에너지 저장부가 별도의 독립적인 구성을 형성하고 있고, 서로 간에 영향이 전혀 없는 형태를 이루고 있었으며, 따라서 설치 부피도 크다는 단점을 갖고 있었다.In summary, in the case of the prior art, the energy generation unit and the energy storage unit form separate and independent configurations, have no influence on each other, and thus have a disadvantage in that the installation volume is also large.
에너지 생성부와 에너지 저장부를 포함하는 에너지 생성 시스템은 전극이 단순한 이등분 형태로 제작되어 있었지만, 본 발명에서는 효율을 높이기 위한 구조를 제시하고자 한다.In the energy generation system including the energy generation unit and the energy storage unit, the electrode was manufactured in a simple halve form, but in the present invention, a structure for increasing efficiency is proposed.
본 발명은 에너지 생성부와 에너지 저장부의 전극 패턴 모양을 제어 및 세분화함으로써 상호 선순환 효과를 상승시켜 에너지 발전, 저장의 효율 향상을 시키고자 한다.The present invention is to improve the efficiency of energy generation and storage by increasing the mutual virtuous cycle effect by controlling and subdividing the electrode pattern shape of the energy generating unit and the energy storage unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템은, 금속으로 이루어지며 제 1 전극 역할을 하는 제 1 마찰 대전체; 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하도록 배치된 제 2 마찰 대전체; 상기 제 2 마찰 대전체의 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 일부분에 배치된 제 2 전극; 상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 배치되며, 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 나머지 부분에 배치되고, 상기 제 2 전극과 절연되어 있는 제 3 전극; 상기 제 2 전극 및 제 3 전극의 상기 제 2 마찰 대전체와 접하는 면의 반대면에 배치된, 에너지 저장부; 및 상기 에너지 저장부의 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 접하는 면의 반대면에 배치된 제 4 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 각각 중심으로부터 둘레를 향해 다각형 또는 원형을 지속적으로 이루면서 발산하는 형태로 배치되며, 이 경우 제 2 전극과 제 3 전극이 서로 다각형 또는 원형을 이루면서 끼워진 형태를 이루며, 상기 제 2 마찰 대전체는 상기 제 1 마찰 대전체와 대전 특성이 상이한 물질로 이루어지며, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체는 에너지 생성부를 이루고, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체가 대향하는 방향과 평행한 방향을 따라 접촉 상태 및 비접촉 상태를 이룸에 따라 마찰 전기가 발생되고, 발생된 마찰 전기는 정류기를 통해 각각 제 3 전극 및 제 4 전극으로 전달되어 상기 에너지 저장부에서 저장되면서 제 3 전극 및 제 4 전극 간에 전위차를 생성하며, 생성된 전위차에 의해, 상기 에너지 생성부의 발전 출력이 향상된다.An energy generating system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated according to an exemplary embodiment of the present invention includes: a first friction charger made of metal and serving as a first electrode; A second friction charger disposed to face the first friction charger; A second electrode disposed on a surface of the second friction charger opposite to a surface of the second friction charger and disposed on a portion of an area of the second friction charger; A third electrode disposed on the same plane as the second electrode, disposed on the remaining portion of the area of the second friction charger, and insulated from the second electrode; An energy storage unit disposed on a surface opposite to a surface of the second electrode and the third electrode in contact with the second frictional charge body; And a fourth electrode disposed on a surface opposite to a surface in contact with the second electrode and the third electrode of the energy storage unit, wherein the second electrode and the third electrode each have a polygonal or circular shape from the center toward the circumference. The second electrode and the third electrode form a polygonal or circular shape and are inserted into each other, and the second friction charger is made of a material having different charging characteristics from the first friction charger. Wherein the first friction charger and the second friction charger constitute an energy generating unit, and a contact state and a non-contact state along a direction parallel to a direction in which the first friction charger and the second friction charger face each other. As a result of this, triboelectricity is generated, and the generated triboelectric is transferred to the third electrode and the fourth electrode through a rectifier, respectively, and stored in the energy storage unit, generating a potential difference between the third electrode and the fourth electrode. The generated potential difference improves the power generation output of the energy generation unit.
이 경우 상기 제 1 마찰 대전체가 금속으로 이루어져 제 1 전극 역할을 동시에 할 수 있다. In this case, the first friction charger may be made of metal, and may simultaneously serve as a first electrode.
상기 제 1 전극 및 상기 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결된다.Each of the first electrode and the second electrode is connected to a lead portion, and is connected to a rectifier through the lead portion.
상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결된다.A lead portion is connected to the third electrode and the fourth electrode, respectively, and connected to a rectifier through the lead portion.
상기 제 2 전극이 차지하는 면적과 상기 제 3 전극이 차지하는 면적이 동일한 것이 바람직하다.It is preferable that the area occupied by the second electrode and the area occupied by the third electrode are the same.
상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극은 동일한 면적에서 최대한 많은 수의 다각형 또는 원형을 이루며 배치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the second electrode and the third electrode are arranged to form as many polygons or circles as possible in the same area.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템은, 제 1 전극이 일면에 배치된 제 1 마찰 대전체; 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하도록 배치된 제 2 마찰 대전체; 상기 제 2 마찰 대전체의 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 일부분에 배치된 제 2 전극; 상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 배치되며, 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 나머지 부분에 배치되고, 상기 제 2 전극과 절연되어 있는 제 3 전극; 상기 제 2 전극 및 제 3 전극의 상기 제 2 마찰 대전체와 접하는 면의 반대면에 배치된, 에너지 저장부; 및 상기 에너지 저장부의 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 접하는 면의 반대면에 배치된 제 4 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 각각 일 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 수직한 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 이루어진 전극 패턴을 이루며, 상기 제 2 전극의 연결 전극 및 상기 제 3 전극의 연결 전극은 서로 평행하고, 상기 제 2 전극의 전극 패턴의 다수의 서브 전극들과 상기 제 3 전극의 다수의 서브 전극들은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치되어 있으며, 상기 제 2 마찰 대전체는 상기 제 1 마찰 대전체와 대전 특성이 상이한 물질로 이루어지며, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체는 에너지 생성부를 이루고, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체가 대향하는 방향과 평행한 방향을 따라 접촉 상태 및 비접촉 상태를 이룸에 따라 마찰 전기가 발생되고, 발생된 마찰 전기는 정류기를 통해 각각 제 3 전극 및 제 4 전극으로 전달되어 상기 에너지 저장부에서 저장되면서 제 3 전극 및 제 4 전극 간에 전위차를 생성하며, 생성된 전위차에 의해, 상기 에너지 생성부의 발전 출력이 향상된다.An energy generation system in which an energy generation unit and an energy storage unit are integrated according to a further exemplary embodiment of the present invention includes: a first friction charger having a first electrode disposed on one surface thereof; A second friction charger disposed to face the first friction charger; A second electrode disposed on a surface of the second friction charger opposite to a surface of the second friction charger and disposed on a portion of an area of the second friction charger; A third electrode disposed on the same plane as the second electrode, disposed on the remaining portion of the area of the second friction charger, and insulated from the second electrode; An energy storage unit disposed on a surface opposite to a surface of the second electrode and the third electrode in contact with the second frictional charge body; And a fourth electrode disposed on a surface opposite to a surface in contact with the second electrode and the third electrode of the energy storage unit, wherein the second electrode and the third electrode each extend in one direction and a connection electrode and the connection An electrode pattern consisting of a plurality of sub-electrodes branched in a vertical direction from the electrode is formed, and the connection electrode of the second electrode and the connection electrode of the third electrode are parallel to each other, and a plurality of electrode patterns of the second electrode are formed. The sub-electrodes and the plurality of sub-electrodes of the third electrode are arranged to be interdigitated, and the second friction charger is made of a material having different charging characteristics from the first friction charger, and the first The friction charger and the second friction charger constitute an energy generating unit, and as the first friction charger and the second friction charger form a contact state and a non-contact state along a direction parallel to the opposite direction, the friction electricity Is generated, and the generated triboelectric is transferred to the third electrode and the fourth electrode through a rectifier, respectively, and stored in the energy storage unit to generate a potential difference between the third electrode and the fourth electrode, and by the generated potential difference, the The power generation output of the energy generating unit is improved.
상기 제 1 전극 및 상기 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결된다.Each of the first electrode and the second electrode is connected to a lead portion, and is connected to a rectifier through the lead portion.
상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결된다.A lead portion is connected to the third electrode and the fourth electrode, respectively, and connected to a rectifier through the lead portion.
상기 제 2 전극이 차지하는 면적과 상기 제 3 전극이 차지하는 면적이 동일한 것이 바람직하다.It is preferable that the area occupied by the second electrode and the area occupied by the third electrode are the same.
상기 제 1 마찰 대전체가 금속으로 이루어져 제 1 전극 역할을 동시에 할 수 있다.The first friction charger may be made of metal and may simultaneously serve as a first electrode.
상기 제 2 전극의 서브 전극들과 상기 제 3 전극의 서브 전극들은 패턴이 동일 면적상에 최대한 많은 수가 배치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the sub-electrodes of the second electrode and the sub-electrodes of the third electrode have as many patterns as possible on the same area.
기존에 단순한 이등분 형태로 구성된 에너지 생성부와 에너지 저장부 전극 형태를 세밀화, 세분화시킴으로써 두 부분간의 상호 선순환 효과를 향상시킨다. By subdividing and subdividing the shape of the electrodes of the energy generation unit and the energy storage unit, which were previously composed of a simple bisecting shape, the mutual virtuous circulation effect between the two parts is improved.
또한 선 패턴 형태뿐만 아니라, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 원형 등 패턴의 형태를 제어할수록 상호 선순환 효과가 향상되어 최종적으로 에너지 발전, 저장 효율이 향상된다.In addition, as the shape of the pattern, such as triangle, square, pentagon, hexagon, octagon, and circle, as well as the line pattern shape is controlled, the mutual virtuous cycle effect is improved, resulting in energy generation and storage efficiency.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, in which like reference numbers are used to indicate like elements throughout the drawings. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the invention. However, it is clear that these embodiments may be implemented without this specific description. In other instances, well-known structures and devices are presented in block diagram form to facilitate description of the embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the existence of features, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템을 도시한다. 1 illustrates an energy generation system in which an energy generation unit and an energy storage unit are integrated according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템은, 제 1 전극(51)이 일면에 배치된 제 1 마찰 대전체(10); 제 1 마찰 대전체와 대향하도록 배치된 제 2 마찰 대전체(20); 상기 제 2 마찰 대전체의 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 일부분에 배치된 제 2 전극(52); 상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 배치되며, 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 나머지 부분에 배치되고, 상기 제 2 전극과 절연되어 있는 제 3 전극(53); 상기 제 2 전극 및 제 3 전극의 상기 제 2 마찰 대전체와 접하는 면의 반대면에 배치된, 에너지 저장부(30); 및 상기 에너지 저장부의 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 접하는 면의 반대면에 배치된 제 4 전극(54)을 포함한다.An energy generation system in which an energy generation unit and an energy storage unit are integrated according to an exemplary embodiment of the present invention includes: a
제 1 전극(51)은 제 1 마찰 대전체(10)의 일면에 형성된다. 제 1 전극으로 이용되는 물질은 전극으로 이용 가능한 물질이면 어느 것이나 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다.The
제 1 마찰 대전체(10)의 일면에는 제 1 전극이 배치되며, 제 1 마찰 대전체는 제 2 마찰 대전체와 대향하도록 배치되어 있다. 일정 간격이 이격되어 있으며, 외부의 힘 등에 의해 제 1 마찰 대전체(10) 및 제 2 마찰 대전체(20)는 서로 접촉 상태 및 비접촉 상태를 이룰 수 있다.A first electrode is disposed on one surface of the
제 2 마찰 대전체(20)는 제 1 마찰 대전체(10)와 대향하고 있다. 상기 제 2 마찰 대전체는 상기 제 1 마찰 대전체와 대전 특성이 상이한 물질로 이루어지며, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체는 에너지 생성부를 이룬다. 이 경우 대전열 상에서 서로 대전 특성이 차이가 클수록 마찰에 의한 마찰 전기 발생은 더욱 커질 수 있다.The
제 2 전극(52)은 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며, 제 2 마찰 대전체의 면적 중 일부분에 배치된다. 도 1에서는 제 2 마찰 대전체의 면적 중 절반에 해당하는 부분에 배치되어 있다. 제 2 전극으로 이용되는 물질은 전극으로 이용 가능한 물질이면 어느 것이나 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다.The
제 3 전극(53)은 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며, 제 2 마찰 대전체의 면적 중 나머지 부분에 배치된다. 도 1에서는 제 2 마찰 대전체의 면적 중 제 2 전극이 배치된 나머지 부분의 절반에 해당하는 부분에 배치되어 있다. 제 2 전극이 차지하는 면적과 제 3 전극이 차지하는 면적이 동일한 것이 바람직하다. The
제 3 전극으로 이용되는 물질은 전극으로 이용 가능한 물질이면 어느 것이나 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다. 또한, 제 3 전극은 제 2 전극과 서로 절연되도록 배치되어야 한다. 이러한 절연을 위해 제 2 전극과 제 3 전극 간에는 이격이 존재할 수 있거나 또는 비전도성 물질(비전도성 접착제) 등이 그 사이에 배치될 수도 있다.The material used as the third electrode may be any material as long as it can be used as an electrode, and there is no particular limitation on this. In addition, the third electrode should be arranged to be insulated from each other from the second electrode. For this insulation, a separation may exist between the second electrode and the third electrode, or a non-conductive material (non-conductive adhesive) or the like may be disposed therebetween.
에너지 저장부(30)는 에너지 생성부에서 생성된 에너지를 저장하는 부분으로써 에너지 저장부로는 고유전 물질 혹은 고유전 물질이 혼합된 콤포짓 물질체를 이용하여도 가능하며, 유전체의 유전율에 따라 에너지 저장체로의 저장 용량에는 차이가 있다. 한편, 에너지 저장부는 제 2 전극 및 제 3 전극의 제 2 마찰 대전체와 접하는 면의 반대면에 배치되고, 제 3 전극 및 제 4 전극이 그 상하부에 배치되어 각각 전극을 이룬다.The
제 4 전극(54)은 에너지 저장부의 제 2 전극 및 제 3 전극과 접하는 면의 반대면에 배치된다. 제 4 전극으로 이용되는 물질은 전극으로 이용 가능한 물질이면 어느 것이나 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다.The
이 경우 제 2 전극(52) 및 제 3 전극(53)은 각각 일 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 수직한 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 이루어진 전극 패턴을 이룬다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템에서 제 2 전극 및 제 3 전극의 배치 형태의 평면도를 도시한다. 도 2에서 보는 것처럼, 평면도로 봤을 때 제 2 전극(52)은 일 방향으로 연장된 연결 전극(52-1) 및 이러한 연결 전극으로부터 수직한 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들(52-2)로 이루어진 전극 패턴을 이루고, 제 3 전극(53)은 일 방향으로 연장된 연결 전극(53-1) 및 이러한 연결 전극으로부터 수직한 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들(53-2)로 이루어진다. 제 2 전극의 연결 전극(52-1) 및 제 3 전극의 연결 전극(53-1)은 서로 평행하고, 제 2 전극의 전극 패턴의 다수의 서브 전극들(52-2)과 제 3 전극의 다수의 서브 전극들(53-2)은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치되어 있다. 이 경우 제 2 전극과 제 3 전극은 서로 절연되어 있다. 도 2에서 제 2 전극과 제 3 전극 사이에 이격이 매우 큰 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 이격은 매우 작고 서로 절연체로 연결되어 있을 수도 있다.In this case, the
한편, 제 2 전극이 차지하는 면적과 제 3 전극이 차지하는 면적이 동일한 것이 바람직하며, 제 2 전극의 서브 전극들과 제 3 전극의 서브 전극들은 패턴이 점점 세밀해질수록 출력이 향상되므로 서브 전극들은 동일면 상에 최대한 많은 수가 배치되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the area occupied by the second electrode and the area occupied by the third electrode are the same, and the sub-electrodes of the second electrode and the sub-electrodes of the third electrode improve the output as the pattern becomes more detailed. It is desirable that as many as possible are arranged on the bed.
제 2 마찰 대전체는 제 1 마찰 대전체와 대전 특성이 상이한 물질로 이루어지며, 제 1 마찰 대전체와 제 2 마찰 대전체는 에너지 생성부를 이룬다.The second friction charger is made of a material having different charging characteristics from the first friction charger, and the first friction charger and the second friction charger form an energy generating unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템은, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체가 대향하는 방향과 평행한 방향을 따라 접촉 상태 및 비접촉 상태를 이룸에 따라 마찰 전기가 발생되고, 발생된 마찰 전기는 정류기를 통해 각각 제 3 전극 및 제 4 전극으로 전달되어 상기 에너지 저장부에서 저장되면서 제 3 전극 및 제 4 전극 간에 전위차를 생성하며, 생성된 전위차에 의해, 상기 에너지 생성부의 발전 출력이 향상된다.The energy generation system in which the energy generating unit and the energy storage unit are integrated according to an embodiment of the present invention includes a contact state and a non-contact state along a direction parallel to a direction in which the first friction charger and the second friction charger face each other. As a result of this, triboelectricity is generated, and the generated triboelectric is transferred to the third electrode and the fourth electrode through a rectifier, respectively, and stored in the energy storage unit, generating a potential difference between the third electrode and the fourth electrode. The generated potential difference improves the power generation output of the energy generation unit.
제 1 전극 및 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 이러한 인출부를 통해 정류기(40)로 연결된다. 제 3 전극 및 제 4 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 인출부를 통해 정류기(40)로 연결된다.Each of the first electrode and the second electrode is connected to a lead portion, and is connected to the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템의 경우 제 1 마찰 대전체에 별도의 제 1 전극이 배치되지 아니하고, 제 1 마찰 대전체 자체가 금속으로 이루어지며 제 1 전극 역할을 할 수 있다. 이 경우 제 1 전극 역할을 하는 제 1 마찰 대전체로서는 전도성 금속 물질을 이용하며, 이용 가능한 금속의 예로는 납, 알루미늄, 철, 구리, 은, 금, 플라티늄 등이 있다.On the other hand, in the case of the energy generation system in which the energy generation unit and the energy storage unit according to an embodiment of the present invention are integrated, a separate first electrode is not disposed on the first friction charger, and the first friction charger itself is made of metal. And can serve as a first electrode. In this case, a conductive metal material is used as the first frictional charger serving as the first electrode, and examples of the available metals include lead, aluminum, iron, copper, silver, gold, and platinum.
도 3은 비교예를 위한 종래 기술에 따른 소자의 모식도를 도시한다. 도 4는 각각 종래 기술에 따른 소자와 본 발명에 따른 소자에 대한 커패시터 전압 출력값을 도시한다. 도 5는 각각 종래 기술에 따른 소자와 본 발명에 따른 소자에 대한 전압 및 전류 값을 도시한다.3 shows a schematic diagram of a device according to the prior art for a comparative example. 4 shows capacitor voltage output values for a device according to the prior art and a device according to the present invention, respectively. 5 shows voltage and current values for a device according to the prior art and a device according to the present invention, respectively.
도 4 및 도 5에서 좌측은 종래 기술에 따른 소자에 대한 그래프이고, 우측은 본 발명에 따른 소자에 대한 그래프이다. 도 4 및 도 5에서 보는 것처럼, 에너지 생성 및 에너지 저장에 대한 일체형 시스템인 본 발명의 경우 종래 기술 대비 약 20% 이상의 에너지 저장 효율의 향상을 보였으며, 높은 충전 전압이나 낮은 충전 전압 영역 모든 곳에서 유사하게 효과를 나타내었다. In FIGS. 4 and 5, the left side is a graph of the device according to the prior art, and the right side is a graph of the device according to the present invention. As shown in FIGS. 4 and 5, the present invention, which is an integrated system for energy generation and energy storage, showed an improvement in energy storage efficiency of about 20% or more compared to the prior art, and in all areas of high charging voltage or low charging voltage. Similar effects were shown.
도 6은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템의 전극 구조체를 도시한다. 도 6의 실시예는 도 1의 실시예와 모두 동일하며, 제 2 전극 및 제 3 전극의 형태 및 배치가 상이하다. 이하에서는 위에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 생략하고, 전극 형태 및 배치 부분을 중점적으로 설명하도록 하겠다.6 illustrates an electrode structure of an energy generating system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated according to an exemplary embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 6 is the same as the embodiment of FIG. 1, and the second electrode and the third electrode are different in shape and arrangement. Hereinafter, portions overlapping with the above description will be omitted, and the shape and arrangement of electrodes will be mainly described.
도 6에서 보는 것처럼 마찰 대전 소자의 제 2 전극(52) 및 커패시터의 상부 전극인 제 3 전극(53)은 각각 중심으로부터 둘레로 사각형을 지속적으로 이루면서 발산하는 형태로 배치되며, 이 경우 제 2 전극과 제 3 전극이 서로 사각형을 이루면서 끼워진 형태를 이룬다.As shown in FIG. 6, the
이러한 전극 형상은 전체 전극이 이루는 형상에 따라 다각형 또는 원형을 이룰 수 있고, 원형일 경우 가장 효율이 높았다. 패턴이 세밀화, 세분화 될수록 상호선순환 효과가 증가하며, 선 패턴에서 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 원형이 될수록 상호 선순환 효과가 증가하여 에너지 발전, 저장 효율이 증가하였다.This electrode shape can be a polygonal or circular shape depending on the shape of the entire electrode, and the most efficient is the case of a circular shape. As the pattern was subdivided and subdivided, the mutual virtuous circulation effect increased, and as the line pattern became triangular, square, pentagonal, hexagonal, octagonal, and circular, the mutual virtuous circulation effect increased, resulting in increased energy generation and storage efficiency.
도 7는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 시스템에서 제 2 전극 및 제 3 전극의 배치 형태의 평면도를 도시한다. 도 7에서는 사각형 및 원형 전극 패턴의 평면도를 도시하였다. 도 7에서 원형 전극 패턴은 제 2 전극(52) 및 커패시터의 상부 전극인 제 3 전극(53)은 각각 중심으로부터 둘레로 원형을 지속적으로 이루면서 발산하는 형태로 배치되며, 이 경우 제 2 전극과 제 3 전극이 서로 원형을 이루면서 끼워진 형태를 이룬다.7 shows a plan view of the arrangement of the second electrode and the third electrode in a system according to a further embodiment of the present invention. 7 shows a plan view of a rectangular and circular electrode pattern. In FIG. 7, in the circular electrode pattern, the
한편, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템의 경우 제 1 마찰 대전체에 별도의 제 1 전극이 배치되지 아니하고, 제 1 마찰 대전체 자체가 금속으로 이루어지며 제 1 전극 역할을 할 수 있다. 이 경우 제 1 전극 역할을 하는 제 1 마찰 대전체로서는 전도성 금속 물질을 이용하며, 이용 가능한 금속의 예로는 납, 알루미늄, 철, 구리, 은, 금, 플라티늄 등이 있다.On the other hand, in the case of the energy generation system in which the energy generation unit and the energy storage unit according to an additional embodiment of the present invention are integrated, a separate first electrode is not disposed on the first friction charger, and the first friction charger itself is made of metal. And can serve as a first electrode. In this case, a conductive metal material is used as the first frictional charger serving as the first electrode, and examples of the available metals include lead, aluminum, iron, copper, silver, gold, and platinum.
도 8은 비교예를 위한 종래 기술에 따른 소자의 모식도를 도시한다. 도 9는 각각 종래 기술에 따른 소자와 본 발명에 따른 소자에 대한 커패시터 전압 출력값을 도시한다. 8 shows a schematic diagram of a device according to the prior art for a comparative example. 9 shows capacitor voltage output values for a device according to the prior art and a device according to the present invention, respectively.
도 9에서 좌측은 종래 기술에 따른 소자에 대한 그래프이고, 우측은 본 발명에 따른 소자에 대한 그래프이다. 도 9에서 보는 것처럼, 에너지 생성 및 에너지 저장에 대한 일체형 시스템인 본 발명의 경우 종래 기술 대비 약 3배 정도의 커패시터 전압 출력값을 나타내었다.In FIG. 9, the left side is a graph of the device according to the prior art, and the right side is a graph of the device according to the present invention. As shown in FIG. 9, in the case of the present invention, which is an integrated system for energy generation and energy storage, the capacitor voltage output value is approximately three times that of the prior art.
또한, 도 7의 전극 구조에서 발전소자의 전극과 저장 소자의 전극이 최대한 복잡하게, 밀접하게 구성될수록 출력값은 더욱 높아진다. 즉, 제 2 전극과 제 3 전극의 패턴이 점점 세밀해질수록 출력이 향상되므로 동일한 면적에서 최대한 많은 수의 다각형 또는 원형을 이루며 배치되는 것이 바람직하다.In addition, in the electrode structure of FIG. 7, the output value becomes higher as the electrode of the power plant and the electrode of the storage element are configured as closely and as complex as possible. That is, since the output is improved as the pattern of the second electrode and the third electrode becomes more detailed, it is preferable to arrange as many polygons or circles as possible in the same area.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 소자와 종래 기술의 소자와의 에너지 저장 효율을 비교한 그래프로서, 약 20% 이상의 에너지 저장 효율 차이가 남을 알 수 있었다.10 is a graph comparing energy storage efficiency between a device according to an embodiment of the present invention and a device of the prior art, and it was found that the difference in energy storage efficiency of about 20% or more remains.
본 발명에 따르면, 외부 운동 에너지를 이용하여 에너지 발전(생성) 및 저장을 하며, 에너지 저장부에 저장되는 전압에 의해 에너지 생성부의 발전 출력이 향상된다. 향상된 에너지 생성부의 발전 출력에 의해 에너지 저장부의 저장 효율 또한 더욱 증가 된다.According to the present invention, energy is generated (generated) and stored using external kinetic energy, and the power generation output of the energy generating unit is improved by the voltage stored in the energy storage unit. The storage efficiency of the energy storage unit is further increased by the power generation output of the improved energy generating unit.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or implement the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and the general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (12)
상기 제 1 마찰 대전체와 대향하도록 배치된 제 2 마찰 대전체;
상기 제 2 마찰 대전체의 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 일부분에 배치된 제 2 전극;
상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 배치되며, 상기 제 2 마찰 대전체 상에서 상기 제 2 전극이 배치된 면적을 제외한 나머지 부분에 배치되고, 상기 제 2 전극과 절연되어 있는 제 3 전극;
상기 제 2 전극 및 제 3 전극의 상기 제 2 마찰 대전체와 접하는 면의 반대면에 배치된, 에너지 저장부; 및
상기 에너지 저장부의 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 접하는 면의 반대면에 배치된 제 4 전극을 포함하고,
상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 각각 중심으로부터 둘레를 향해 다각형 또는 원형을 지속적으로 이루면서 발산하는 형태로 배치되며, 이 경우 제 2 전극과 제 3 전극이 서로 다각형 또는 원형을 이루면서 끼워진 형태를 이루며,
상기 제 2 마찰 대전체는 상기 제 1 마찰 대전체와 대전 특성이 상이한 물질로 이루어지며, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체는 에너지 생성부를 이루고,
상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체가 대향하는 방향과 평행한 방향을 따라 접촉 상태 및 비접촉 상태를 이룸에 따라 마찰 전기가 발생되고, 발생된 마찰 전기는 정류기를 통해 각각 제 3 전극 및 제 4 전극으로 전달되어 상기 에너지 저장부에서 저장되면서 제 3 전극 및 제 4 전극 간에 전위차를 생성하며, 생성된 전위차에 의해, 상기 에너지 생성부의 발전 출력이 향상되는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
A first friction charger made of metal and serving as a first electrode;
A second friction charger disposed to face the first friction charger;
A second electrode disposed on a surface of the second friction charger opposite to a surface of the second friction charger and disposed on a portion of an area of the second friction charger;
A third electrode disposed on the same plane as the second electrode, disposed on the second friction charger except for an area where the second electrode is disposed, and insulated from the second electrode;
An energy storage unit disposed on a surface opposite to a surface of the second electrode and the third electrode in contact with the second frictional charge body; And
And a fourth electrode disposed on a surface opposite to a surface in contact with the second electrode and the third electrode of the energy storage unit,
The second electrode and the third electrode are disposed in a form that continuously forms a polygonal or circular shape from the center to the circumference, and radiates, and in this case, the second electrode and the third electrode form a polygonal or circular shape and are inserted ,
The second friction charger is made of a material having different charging characteristics from the first friction charger, and the first friction charger and the second friction charger constitute an energy generating unit,
Triboelectricity is generated as a contact state and a non-contact state are achieved along a direction parallel to a direction in which the first frictional charge body and the second frictional charge body face each other, and the generated triboelectricity is each third electrode through a rectifier. And generating a potential difference between the third electrode and the fourth electrode while being transferred to the fourth electrode and stored in the energy storage unit, and the power generation output of the energy generation unit is improved by the generated potential difference.
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 1 마찰 대전체가 금속으로 이루어져 제 1 전극 역할을 동시에 하는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 1,
The first frictional charger is made of metal and serves as a first electrode at the same time,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 1 전극 및 상기 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결되는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 1,
Each of the first electrode and the second electrode is connected to a lead part, and connected to a rectifier through the lead part,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결되는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 1,
Each of the third electrode and the fourth electrode is connected to a lead part, and connected to a rectifier through the lead part,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 2 전극이 차지하는 면적과 상기 제 3 전극이 차지하는 면적이 동일한,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 1,
The area occupied by the second electrode and the area occupied by the third electrode are the same,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 1 마찰 대전체와 대향하도록 배치된 제 2 마찰 대전체;
상기 제 2 마찰 대전체의 상기 제 1 마찰 대전체와 대향하는 면의 반대면에 배치되며 상기 제 2 마찰 대전체의 면적의 일부분에 배치된 제 2 전극;
상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 배치되며, 상기 제 2 마찰 대전체 상에서 상기 제 2 전극이 배치된 면적을 제외한 나머지 부분에 배치되고, 상기 제 2 전극과 절연되어 있는 제 3 전극;
상기 제 2 전극 및 제 3 전극의 상기 제 2 마찰 대전체와 접하는 면의 반대면에 배치된, 에너지 저장부; 및
상기 에너지 저장부의 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 접하는 면의 반대면에 배치된 제 4 전극을 포함하고,
상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 각각 일 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 수직한 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 이루어진 전극 패턴을 이루며, 상기 제 2 전극의 연결 전극 및 상기 제 3 전극의 연결 전극은 서로 평행하고, 상기 제 2 전극의 전극 패턴의 다수의 서브 전극들과 상기 제 3 전극의 다수의 서브 전극들은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치되어 있으며,
상기 제 2 마찰 대전체는 상기 제 1 마찰 대전체와 대전 특성이 상이한 물질로 이루어지며, 상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체는 에너지 생성부를 이루고,
상기 제 1 마찰 대전체와 상기 제 2 마찰 대전체가 대향하는 방향과 평행한 방향을 따라 접촉 상태 및 비접촉 상태를 이룸에 따라 마찰 전기가 발생되고, 발생된 마찰 전기는 정류기를 통해 각각 제 3 전극 및 제 4 전극으로 전달되어 상기 에너지 저장부에서 저장되면서 제 3 전극 및 제 4 전극 간에 전위차를 생성하며, 생성된 전위차에 의해, 상기 에너지 생성부의 발전 출력이 향상되는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
A first friction charger having a first electrode disposed on one surface;
A second friction charger disposed to face the first friction charger;
A second electrode disposed on a surface of the second friction charger opposite to a surface of the second friction charger and disposed on a portion of an area of the second friction charger;
A third electrode disposed on the same plane as the second electrode, disposed on the second friction charger except for an area where the second electrode is disposed, and insulated from the second electrode;
An energy storage unit disposed on a surface opposite to a surface of the second electrode and the third electrode in contact with the second frictional charge body; And
And a fourth electrode disposed on a surface opposite to a surface in contact with the second electrode and the third electrode of the energy storage unit,
The second electrode and the third electrode each form an electrode pattern consisting of a connection electrode extending in one direction and a plurality of sub-electrodes branched in a vertical direction from the connection electrode, and the connection electrode of the second electrode and the The connection electrodes of the third electrode are parallel to each other, and a plurality of sub-electrodes of the electrode pattern of the second electrode and a plurality of sub-electrodes of the third electrode are interdigitated,
The second friction charger is made of a material having different charging characteristics from the first friction charger, and the first friction charger and the second friction charger constitute an energy generating unit,
Triboelectricity is generated as a contact state and a non-contact state are achieved along a direction parallel to a direction in which the first frictional charge body and the second frictional charge body face each other, and the generated triboelectricity is each third electrode through a rectifier. And generating a potential difference between the third electrode and the fourth electrode while being transferred to the fourth electrode and stored in the energy storage unit, and the power generation output of the energy generation unit is improved by the generated potential difference.
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 1 전극 및 상기 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결되는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 7,
Each of the first electrode and the second electrode is connected to a lead part, and connected to a rectifier through the lead part,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있으며, 상기 인출부를 통해 정류기로 연결되는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 7,
Each of the third electrode and the fourth electrode is connected to a lead part, and connected to a rectifier through the lead part,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 2 전극이 차지하는 면적과 상기 제 3 전극이 차지하는 면적이 동일한,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 7,
The area occupied by the second electrode and the area occupied by the third electrode are the same,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
상기 제 1 마찰 대전체가 금속으로 이루어져 제 1 전극 역할을 동시에 하는,
에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템.
The method of claim 7,
The first frictional charger is made of metal and serves as a first electrode at the same time,
An energy generation system in which an energy generating unit and an energy storage unit are integrated.
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KR1020190047748A KR102185838B1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Energy generating system with energy generator and energy storage |
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KR1020190047748A KR102185838B1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Energy generating system with energy generator and energy storage |
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Non-Patent Citations (2)
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"Integrated self-charging power unit with flexible supercapacitor and triboelectric nanogenerator", Yu Song etc., J. Mater. Chem. A, 2016 (2016.08.19. 공개)* |
"Integration of micro-supercapacitors with triboelectric nanogenerators for a flexible self-charging power unit", Jianjun Luo, etc., NANO research 2015 (2015.11.12. 공개)* |
Also Published As
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