KR102319023B1 - 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터에 관한 것이다.
본 발명은 쉘터 벽체; 쉘터 벽체의 일단에 장착되고, 쉘터 벽체의 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생시키기 위하여 동작하는 송풍팬; 송풍팬과 자기적인 연결관계를 가지고, 송풍팬의 동작시에 에너지를 생성하고, 이를 전기로 변환하여 저장하는 에너지 하베스팅 장치; 쉘터 내에 설치되어서 에너지 하베스팅 장치에서 생산된 전기를 이용하여 송풍팬의 동작을 제어하되, 센서의 이슬점 감지신호에 기반해서 송풍팬의 정지와 작동을 조절하는 회로카드를 포함한다.
본 발명은 쉘터 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생시키기 위하여 동작하는 송풍팬의 동작시에 에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 장치를 포함한다. 따라서 본 발명은 쉘터에서 결로 제거시에 동작하는 송풍팬의 회전운동을 에너지 생산에 재이용하는 효과를 얻는다.

Description

에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터{Shelter with energy harvesting device}
본 발명은 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
쉘터(shelter)는 내부에 단열, EMI(Electro Magnetic Interference) 차폐, RFI(Radio Frequency Interference)차폐, 방수가 되는 수용공간을 제공한다. 쉘터는 야외에서 훈련, 생활 등을 해야 하는 군 운용 환경과 같이 특수 목적에 의해서 많이 사용되어진다. 따라서 쉘터는 야외에서 사용하는 군 운용 환경에 적합하도록 단열, EMI 차폐, 방수 및 혹한과 혹서에 대비할 수 있는 기능들을 갖추는 것이 바람직하다.
또한, 대한민국 특허등록번호 10-1135085호(발명의 명칭 : 조립식 경량 컨테이너)에서와 같이, 군사용 컨테이너 쉘터의 경우, EMI 차폐, RFI 차폐, 방수, 혹한 및 혹서에 대비하는 기능을 구현함은 물론, 내부에 다양한 전자장비가 탑재되거나 설치되도록 구성되고 있다.
그리고 쉘터는 이동용 장치이다. 그렇기 때문에 쉘터 내에 필요로 하는 전력을 공급하기 위해서는 휴대용 전력장치가 필요하고, 휴대용 전력장치의 특성 상 효율적인 전력사용을 필요로 한다.
종래 쉘터는 쉘터 내부 공기와 쉘터 외부 공기를 순환시키기 위한 송풍장치, 쉘터 내의 각종 전기적 장치들을 제어하기 위한 전자장비 등을 쉘터 일단에 장착하고 사용하고 있다. 특히, 야외에서 사용되는 쉘터의 경우, 쉘터 내부온도와 외부온도의 차이로 인하여 쉘터 벽체 및 각종 전기적 장치들을 제어하는 전자장비 등에 결로가 발생하고, 발생된 결로를 지속적으로 모니터링하여 제거하는 것이 번거로운 문제점이 있었다. 또한, 이때 결로 제거를 위한 송풍장치의 동작을 위하여 휴대용 전력장치를 추가적으로 구비해야만 하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 쉘터 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생시키기 위하여 동작하는 송풍팬의 동작시에 에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 하베스팅 장치에서 생산된 에너지를 이용하여 송풍팬의 동작을 제어하는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 쉘터 내부의 환경요건을 감시하고, 감시된 값에 기반해서 송풍팬을 자동 제어하는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터를 제공함에 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터는 쉘터 벽체; 쉘터 벽체의 일단에 장착되고, 쉘터의 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생시키기 위하여 동작하는 송풍팬; 송풍팬과 자기적인 연결관계를 가지고, 송풍팬의 동작시에 에너지를 생성하고, 이를 전기로 변환하여 저장하는 에너지 하베스팅 장치; 쉘터 내부에 설치되어서 에너지 하베스팅 장치에서 생산된 전기를 이용하여 송풍팬의 동작을 제어하되, 센서의 이슬점 감지신호에 기반해서 송풍팬의 정지와 작동을 조절하는 회로카드를 포함한다.
바람직하게는 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치는 기구적으로 결합되고, 쉘터 벽체에 기구적으로 결합된 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치를 장착할 수 있도록 쉘터의 내부와 외부를 관통하는 홈부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 쉘터 벽체에 형성된 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치를 장착하기 위한 홈부는
Figure 112020018521913-pat00001
형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 송풍팬은 중앙부분이 천공된 케이싱에 축 고정되어서 회전되고, 에너지 하베스팅 장치는 케이싱의 일단에 천공된 홈부를 통하여 송풍팬의 회전시 자기적 연결구성을 통하여 상하운동이 가능하도록 구성하여 에너지를 생산하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 에너지 하베스팅 장치는 송풍팬의 날개에 장착된 다수개의 제1자석; 누르는 압력에 의해서 에너지를 생산하는 압전패치; 제1자석과 동일한 극을 갖고, 제1자석이 일정거리 이내에 접근했을 때, 압전패치에 압력을 가하는 제2자석; 및 압전패치와 제2자석 사이에 장착된 스프링을 포함하고, 압전패치에서 생성된 에너지는 전기로 변환하여 배터리에 저장되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제2자석은 제1자석과 자기적 연결구성을 통하여 상하운동을 할 수 있도록 실험치에 의해 결정된 값(크기)으로 구성되고, 제2자석의 상하운동시에 압전패치에 압력이 가해지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제1자석은 송풍팬에 구비된 다수개의 날개 중에서 일정 간격을 두고 일부의 날개 끝단부에 장착되고, 송풍팬의 회전에 영향을 주지 않으면서, 제2자석과 자기적 연결구성으로 제2자석이 하측으로 밀릴 수 있도록 실험치에 의해 결정된 값(크기)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 쉘터 내벽체에 이슬점 감지온도를 검출하는 온습도센서; 쉘터 내부의 결로 발생을 감지하는 결로센서를 포함하고, 온습도센서에서 이슬점 감지온도에 도달하거나 결로센서에서 결로 발생을 감지했을 때 송풍팬의 동작을 작동상태로 제어하고, 온습도센서 또는 결로센서의 감지신호가 조건을 만족하지 못할 때 송풍팬의 동작을 정지상태로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제어부는 제2자석이 누르는 힘과 눌려지는 시간에 따른 패턴을 기설정하고, 이를 기반으로 송풍팬의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터는 쉘터 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생시키기 위하여 동작하는 송풍팬의 동작시에 에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 장치를 포함한다. 따라서 본 발명은 쉘터에서 결로 제거시에 동작하는 송풍팬의 회전운동을 에너지 생산에 재이용하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터는 에너지 하베스팅 장치에서 생산된 에너지를 이용하여 송풍팬의 동작을 제어한다. 따라서 본 발명은 쉘터에 발생된 결로를 제거하기 위해서 필요한 전력을 쉘터에서 자체적으로 생산하여 사용하는 것이 가능한 효과를 얻는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터는 쉘터 내부의 환경요건을 감시하고, 감시된 값에 기반해서 송풍팬을 자동 제어한다. 따라서 본 발명은 쉘터 내부의 환경요건을 모니터링하고, 모니터링 된 결과에 기반해서 송풍팬을 제어하므로서 효율적인 결로 제거 및 별도의 전력없이 저장된 에너지(전기)를 이용하여 송풍팬을 제어 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터의개략적인 구성을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 상세 구성도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치의 기구적 결합 상태도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치의 기구적 관계에서 에너지 하베스팅 장치의 상하운동 상태를 보여주는 예시도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터의 송풍팬 제어를 위한 제어 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터의 송풍팬 제어를 위한 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터의개략적인 구성을 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 쉘터를 구성하는 쉘터 벽체(1)를 포함한다. 쉘터 벽체(1)는 쉘터 외벽체(10)와 쉘터 내벽체(12)로 구분되고, 쉘터 외벽체(10)는 야외와 같이 외부온도의 영향을 직접 받는 상태가 되고, 쉘터 내벽체(12)는 외부와 차단하여 쉘터 내부의 전자장비를 보호하는 상태가 된다.
쉘터 벽체(1)의 일단에 하우징의 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생하기 위한 송풍팬(22)과, 송풍팬(22)의 동작시에 에너지를 생산하여 전기로 변환하는 에너지 하베스팅 장치가 장착되어진다.
쉘터 벽체(1)는 쉘터의 외벽체(10)와 내벽체(12)를 관통하는 홈부(70)를 형성하고, 홈부(70)에 기구적으로 하나의 장치로 결합한 송풍팬(22)과 에너지 하베스팅 장치를 장착한다. 홈부(70)의 모양은 기구적으로 결합한 송풍팬(22)과 에너지 하베스팅 장치의 외관을 따라서 형성 가능하고, 하나의 실시 형태로
Figure 112020018521913-pat00002
형상으로 구성 가능하다. 송풍팬(22)과 에너지 하베스팅 장치는 자기적 연결구성으로 이루어지도록 기구적으로 하나의 장치로 구성하는 것이 바람직하다.
그리고 쉘터 벽체의 일단에는 송풍팬(22)의 동작 제어를 위한 각종 전기적 구성품들이 장착되고 있다. 송풍팬(22)과 근접한 위치의 쉘터 내부 일단에 결로센서(14), 온습도센서(16), 제어부(18) 그리고 배터리(20) 등이 각각 설치되어진다. 결로센서(14)는 일반적인 구성으로, 쉘터 내부 또는 전자장비의 결로 발생을 감지하는 센서이고, 온습도센서(16)는 일반적인 구성으로 쉘터 내부 또는 전자장비의 이슬점 발생을 감지하는 센서이다.
도시되고 있는 도 1의 구성에서 결로센서, 온습도센서, 제어부, 배터리 등이 각각 구성하고 있으나, 쉘터 내벽체와 외벽체 사이에 위치하는 신호라인(도시하지 않음)을 통해서 모두 전기적으로 연결되고 있음은 당연하다.
다른 실시예로 결로센서(14), 온습도센서(16), 제어부(18) 그리고 배터리(20) 등은 하나의 회로카드(100)에 전기적 패턴 및 집적화하여 구성하는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 상세 구성도를 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 송풍팬(22)이 회전동작시에 송풍팬(22)의 회전력을 이용하여 에너지를 생산하도록 구성한다. 송풍팬(22)에는 다수개의 날개(26,27, 28,29,30,31,32,..)들이 장착되고 있다. 다수개의 날개들(26,27, 28,29,30,31,32,..) 중에서 일부의 날개(27,29,30) 끝단에 같은 극성을 갖는 제1자석(34,36,38)을 장착한다.
제1자석(34,36,38)은 다수의 날개 사이에서 일정 간격을 두고 장착된다. 도시되는 실시예에서는 제1자석(36)이 설치된 날개(27)는 두개의 날개 간격을 갖고 다음 제1자석(34)이 설치된 날개(30)가 위치하도록 구성하고, 연속해서 두개의 날개 간격을 갖고 다음 제1자석(38)이 설치된 날개(29)가 위치하도록 구성하고 있다. 여기서 제1자석이 설치된 날개 사이의 간격은 후술되는 스프링의 탄성이 복원되는 시간을 갖도록 하기 위함이다.
그리고 송풍팬(22)은 중앙부분이 천공된 케이싱(24) 내에서 축 고정되어서 회전되도록 구성되고, 케이싱(24)의 모서리에 천공된 나사홈(48,50,..)을 통해서 쉘터 벽체(1)에 고정 장착되도록 구성된다.
또한, 에너지 하베스팅 장치는 송풍팬(22)의 케이싱(24)의 일단에 천공된 홈부(80)를 통하여 상하운동이 가능하도록 제2자석(40)이 장착되고, 제2자석(40)은 송풍팬(22)의 회전시에 날개에 장착된 제1자석(34,36,38)이 일정 거리 이내로 접근하면 하부로 밀리도록 위치한다. 즉, 제2자석(40)은 제1자석(34,36,38)과 동일 극성을 갖도록 구성하고, 제2자석과 제1자석은 자기적 연결구성을 통하여 상하운동을 할 수 있도록 구성한다.
이때 제2자석(40)은 송풍팬(22)의 회전에 영향을 주지 않으면서 제1자석(34,36,38)과 자기적 연결구성을 통하여 상하운동을 할 수 있도록 실험치에 의해 결정된 값(크기)으로 구성되고, 제2자석(40)의 상하운동시에 압전패치(42)에 에너지 생산을 위한 압력이 가해진다. 마찬가지로 제1자석(34,36,38)은 송풍팬(22)의 회전에 영향을 주지 않으면서 제2자석(40)과 자기적 연결구성으로 제2자석(40)이 하측으로 밀릴 수 있도록 실험치에 의해 결정된 값(크기)으로 구성된다. 제1자석은 송풍팬에 구비된 다수개의 날개 중에서 일정 간격을 두고 일부의 날개 끝단부에 장착된다.
따라서 제1자석(34,36,38)이 일정 거리 이내로 접근했을 때, 동일 극성의 미는 힘으로 제2자석(40)이 하부로 밀릴 수 있도록 구성한다. 또한 제2자석(40)은 하부로 밀렸을 때, 압전패치(42)에서 에너지 발생이 가능한 크기의 압력을 제공할 수 있도록 구성한다. 따라서 다수의 제1자석 사이의 장착 간격, 제1자석과 제2자석의 크기, 압전패치(42)에 가해지는 압력, 그리고 최종 생산되는 에너지 크기 등의 관계 설정을 위해서 다수의 실험을 수행하고, 실험을 통해서 각 값들을 결정한다.
즉, 제1자석와 제2자석은 같은 극성으로 구성되고, 제1자석이 근접했을 때, 제2자석이 하부로 밀리면서 압전패치(42) 측으로 압력을 가할 수 있도록 구성한다. 제2자석(40)은 스프링(40)의 상단에 위치하고, 스프링(40)의 하단에는 누르는 압력에 의해서 에너지를 발생하는 압전패치(42)를 장착한다.
스프링(40)이 갖는 스프링복원력은 제1자석(34,36,38)이 순차적으로 제2자석(40)과 맞닿은 위치에 오기까지의 회전시간과 비례하도록 구성 가능하다. 즉, 제1자석(34)이 제2자석(40)과 맞닿는 위치에 있을 때, 제2자석(40)이 하부로 밀리고, 제1자석(34)이 회전되면서 다음 제1자석(36)이 제2자석(40)과 맞닿는 위치에 오기까지 스프링(40)은 복원력을 작용하여 제2자석(40)을 상부로 복원시킨다.
그리고 본 발명에서 에너지 하베스팅 장치(200)는 압전용 세라믹 소재 등을 이용하여 외부에너지를 효율적으로 전기에너지로 변환시키는 압전소자, 발생된 에너지의 형태를 변환시켜주는 교류-직류 정류용 전력소자, 전력으로 변환된 전기에너지를 저장하는 충전회로, 직류전력을 부스팅할 수 있는 직류-직류 컨버팅 회로 등이 포함되어서 생산된 전기를 배터리에 인가하도록 구성 가능하다.
이와 같이 구성되는 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터는 송풍팬(22)이 회전하지 않는 초기 동작상태에서 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 제2자석(40)이 케이싱(24)의 일단에 형성된 홈부(80)를 통해서 상부에 돌출된 상태를 유지한다. 이때 제2자석(40)은 스프링력에 의해서 지지되고, 압전패치(42)는 제2자석(40)의 미는 압력을 제공받지 못한다.
송풍팬(22)의 회전이 시작되면, 송풍팬(22)의 날개에 장착된 제1자석(34,36,38)이 제2자석(40)과 사이의 자기적 연결구성을 통해서, 제2자석(40)에 미는 힘이 작용된다. 이때 제2자석(40)은 홈부(80)를 통하여 하부측으로 밀리게 되고, 제2자석(40)의 하단에 위치한 압전패치(42)에 에너지 생산이 가능한 압력이 제공되어진다. 이때의 상태를 도 4에 도시하고 있다.
이와 같이 송풍팬(22)의 회전과 함께 제2자석(40)이 도 3과 도 4에 화살표로 도시하고 있는 바와 같이, 상하운동을 하면서 에너지 생산을 위한 진동을 발생한다.
다음, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터에서 송풍팬의 동작을 제어하기 위한 제어 구성을 도시하고 있다.
본 발명은 에너지 하베스팅 장치(200)에서 생산한 에너지를 전기로 변환하여 배터리(20)에 저장하고, 배터리(20)의 저장 전원을 이용하여 송풍팬(22)의 회전동작을 제어 가능하도록 구성한다.
이를 위해서 결로 발생을 감지하는 결로센서(14), 이슬점 발생을 감지하는 온습도센서(16)를 포함하고, 각 센서의 감지값은 제어부(18)에 입력되어진다. 제어부(18)는 온습도센서(16)에서 이슬점 감지온도에 도달하거나 결로센서(14)에서 결로 발생을 감지했을 때 송풍팬(22)의 동작을 작동상태로 제어하고, 온습도센서 (16)또는 결로센서(14)의 감지신호가 조건을 만족하지 못할 때 송풍팬(22)의 동작을 정지상태로 제어한다.
이때, 제어부(18)는 회로카드(100) 내, 각종 전기적 소자들의 제어를 위해서 에너지 하베스팅 장치(200)에서 생산한 전기를 저장하고 있는 배터리(20) 전원을 이용한다.
다음, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함한 쉘터에서 송풍팬의 동작 제어 흐름도를 도시하고 있다.
쉘터를 구성하는 쉘터 벽체(1)는 컨테이너 쉘터와 같이 유리 섬유 강화 플라스틱(glass fiber reinforced plastic: FRP)으로 이루어지는 판넬이거나, 알루미늄 스킨-알루미늄 프레임-단열재로 이루어진 복합 재질로 구성 가능하고, 조립식으로 구성 가능하다. 또한 쉘터 벽체(1) 내에 다수의 전자장비를 설치하고 이용할 경우, 외부와의 전파 차단을 위하여 전자파 차폐제를 추가적으로 설치하고, 쉘터의 내부와 외부 사이의 전파를 차단할 수 있다.
한편, 쉘터 내에서 각종 전자장비를 사용할 때, 방열 또는 환기 등의 이유로 송풍팬(22)을 작동시키게 된다(300 단계).
300 단계에서 송풍팬(22)의 작동이 이루어질 때, 송풍팬(22)의 회전력으로 에너지 하베스팅 장치(200)는 에너지를 생산하고, 배터리(20)에 전기를 축적한다(310 단계). 즉, 송풍팬(22)이 회전하면서 에너지 하베스팅이 이루어지고, 배터리(20)가 충전된다.
제어부(18)는 송풍팬(22)의 작동상태를 제어하기 위하여 기설정된 온습도센서(16)의 이슬점 감지온도에 도달하는지 여부를 감시한다. 또한 기설정된 결로센서(14)의 결로 감지온도에 도달하는지 여부를 감시한다.
제어부(18)에서 기설정된 온습도센서(16)의 이슬점 감지온도와 결로센서(14)의 결로 감지온도는 외부 환경 및 쉘터 내부 환경에 따라서 적응적으로 가변 가능하도록 제어한다. 일 예로 겨울철의 쉘터 외부온도와 여름철의 쉘터 외부온도, 새벽의 쉘터 외부온도와 낮의 쉘터 외부온도는 다르고, 그에 따라서 이슬점이 발생하는 온도와 결로가 발생하는 온도에 차이가 발생된다. 본 발명에서는 이러한 조건이 반영될 수 있도록 지속적인 학습 모니터링을 통해서 적응적으로 이슬점 감지온도와 결로 감지온도를 가변적으로 제어한다(320 단계).
320 단계에서 이슬점 감지온도에 도달하거나, 결로 감지온도에 도달했을 때, 제어부(18)의 제어하에 송풍팬(22)은 작동상태로 조절되어서 에너지 하베스팅이 이루어진다(340 단계).
320 단계에서 온습도센서(16)와 결로센서(14)에 의한 김지온도의 조건이 만족되지 않으면 제어부(18)의 제어하에 송풍팬(22)의 작동은 중단된다(330 단계).
이 과정에서 에너지 하베스팅 장치(200)는 송풍팬(22)의 날개 끝단에 부분적으로 장착된 제1자석(34,36,38)과 제2자석(40)이 맞닿을 때, 제1자석과 제2자석의 자기적 연결구성에 의해서 제2자석(40)이 하단으로 밀리게 된다. 이때 제2자석(40)의 하단에 위치하고 있는 압전패치(42)에 압력이 가해지면서 에너지가 생산된다.
송풍팬(22)을 구성하고 있는 다수개의 날개 중에서 제1자석이 장착되지 않은 날개가 제2자석(40)에 근접할 때, 제2자석(40)에 밀리는 힘이 작용하지 않게 되고, 이때 제2자석(40)은 원위치로 복귀한다. 이와 같이 제1자석과 자기적으로 연결된 제2자석(40)이 상하운동(진동)이 이루어질 수 있도록 제2자석(40)과 압전패치(42) 사이에는 스프링(46)이 장착되어 있다.
압전패치(42)는 제2자석(40)에서 상하운동에 의해서 발생되는 진동으로 압력이 가해지면서 에너지를 생산하고, 이때 생산된 에너지는 전기신호로 변환되어서 배터리(20)에 저장된다. 압전패치(42)는 수정, 리튬, 세라믹 등의 재료를 이용하여 구성 가능하고, 압전소자 등의 소자도 적용할 수 있다.
본 발명에서 제어부(18)는 송풍팬(22)의 작동/정지를 위한 제어 알고리즘을 기설정하고, 그 조건을 추가적으로 더 적용할 수 있다.
제어부(18)는 송풍팬(22)의 회전속도에 따라서 제2자석(40)의 상하운동에 의해서 압전패치(42)에 가해지는 진동상태를 조절할 필요성이 있을 때, 송풍팬(22)의 회전속도를 조절하는 것이 가능하다. 이를 위해서 제어부(18)는 송풍팬(22)에 공급되는 전원의 공급시간과 차단시간을 제어할 수 있도록 구성된 제어 알고리즘을 저장하고, 이에 기반해서 송풍팬(22)의 작동/정지를 조절하여 압전패치(42)에 가해지는 진동상태를 조절할 수 있다.
이 과정에서 송풍팬(22)의 작동을 통해서 얻고자 하는 환기, 방열, 결로 제거 등의 목적이 충분히 달성되면서 압전패치(42)에 가해지는 진동상태를 조절 가능하도록 실험치에 의해서 얻어진 결과를 기반으로 송풍팬의 전원공급시간과 전원차단시간을 제어하는 제어 알고리즘을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 제어부(18)는 송풍팬(22)의 회전에 따라서 제2자석(40)의 상하운동에 의한 압전패치(42)에 가해지는 진동상태를 조절할 필요성이 있을 때, 송풍팬(22)의 날개에 장착되는 제1자석의 수를 조절할 수 있다. 즉, 제1자석이 제2자석과 근접거리에 위치하면, 제2자석에 미는 힘을 작용하여 압전패치(42)에 압력을 가하고, 제1자석이 제2자석으로부터 멀어지면, 제2자석이 원위치로 복원되는 과정이 반복해서 수행되면서 압전패치(42)에 적절한 크기의 진동이 가해진다. 따라서 본 발명의 실시예에서와 같이 송풍팬(22)의 날개에 장착되는 제1자석의 수가 3개로 한정되는 것은 아니고, 진동에 의한 에너지 생산이 가능하도록 송풍팬(22)의 날개에 장착되는 제1자석의 수는 송풍팬의 회전속도, 진동주파수, 진동주기 등이 고려되어서 실험치에 의한 결과에 기반해서 구성되는 것이 바람직하다.
이 과정에서 송풍팬(22)의 작동을 통해서 얻고자 하는 환기, 방열, 결로 제거 등의 목적이 충분히 달성되면서 압전패치(42)에 가해지는 진동상태를 조절 가능하도록 실험치에 의해서 얻어진 결과를 기반으로 송풍팬에 장착되는 제1자석의 수를 조절하는 것이 바람직하다.
즉, 압전패치를 구성하는 압전소재의 특성이 단순히 압전 상수나 외부의 힘 또는 압력에 대응하여 에너지 변환이 이루어지는 것이 아니라 외부 힘과 힘의 시간에 따른 패턴에 따라서 에너지 변환이 이루어진다. 그러므로 제어부는 제2자석이 누르는 힘과 눌려지는 시간에 따른 패턴을 기설정하고, 이를 기반으로 송풍팬의 동작을 제어하는 것이 바람직하다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1 : 쉘터 벽체
14 : 결로센서
16 : 온습도센서
18 : 제어부
20 : 배터리
22 : 송풍팬
34,36,38 : 제1자석
40 ; 제2자석
42 : 압전패치
46 : 스프링
100 : 회로카드
200 : 에너지 하베스팅 장치

Claims (9)

  1. 쉘터 벽체;
    쉘터 벽체의 일단에 장착되고, 쉘터의 내부와 외부 사이의 공기 유동을 발생시키기 위하여 동작하는 송풍팬;
    송풍팬과 자기적인 연결관계를 가지고, 송풍팬의 동작시에 에너지를 생성하고, 이를 전기로 변환하여 저장하는 에너지 하베스팅 장치;
    쉘터 내벽체에 설치되어서 에너지 하베스팅 장치에서 생산된 전기를 이용하여 송풍팬의 동작을 제어하되, 센서의 이슬점 감지신호에 기반해서 송풍팬의 정지와 작동을 조절하는 회로카드를 포함하고,
    송풍팬은 중앙부분이 천공된 케이싱에 축 고정되어서 회전되고, 에너지 하베스팅 장치는 케이싱의 일단에 천공된 홈부를 통하여 송풍팬의 회전시 자기적 연결구성을 통하여 상하운동이 가능하도록 구성하여 에너지를 생산하며,
    에너지 하베스팅 장치는 송풍팬의 날개에 장착된 다수개의 제1자석; 누르는 압력에 의해서 에너지를 생산하는 압전패치; 제1자석과 동일한 극을 갖고, 제1자석이 일정거리 이내에 접근했을 때, 압전패치에 압력을 가하는 제2자석; 및 압전패치와 제2자석 사이에 장착된 스프링을 포함하고, 압전패치에서 생성된 에너지는 전기로 변환하여 배터리에 저장되는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    송풍팬과 에너지 하베스팅 장치는 기구적으로 결합되고,
    쉘터 벽체는 기구적으로 결합된 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치를 장착할 수 있도록 쉘터의 내부와 외부를 관통하는 홈부를 형성하는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    쉘터 벽체에 형성된 송풍팬과 에너지 하베스팅 장치를 장착하기 위한 홈부는
    Figure 112021070818179-pat00010
    형상으로 구성되는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 3에 있어서,
    제2자석은 제1자석과 자기적 연결구성을 통하여 상하운동을 할 수 있도록 실험치에 의해 결정된 값(크기)으로 구성되고, 제2자석의 상하운동시에 압전패치에 에너지 생산을 위한 압력이 가해지는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제1자석은 송풍팬에 구비된 다수개의 날개 중에서 일정 간격을 두고 일부의 날개 끝단부에 장착되고, 송풍팬의 회전에 영향을 주지 않으면서, 제2자석과 자기적 연결구성으로 제2자석이 하측으로 밀릴 수 있도록 실험치에 의해 결정된 값(크기)으로 구성되는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    회로카드는 쉘터 내의 이슬점 감지온도를 검출하는 온습도센서;
    쉘터 내의 결로 발생을 감지하는 결로센서를 포함하고,
    온습도센서에서 기설정된 이슬점 감지온도에 도달하거나 결로센서에서 기설정된 결로 감지온도에 도달했을 때 송풍팬의 동작을 작동상태로 제어하고,
    온습도센서 또는 결로센서의 감지신호가 조건을 만족하지 못할 때 송풍팬의 동작을 정지상태로 제어하는 제어부를 포함하는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
  9. 청구항 8 있어서,
    제어부는 제2자석이 누르는 힘과 눌려지는 시간에 따른 패턴을 기설정하고, 이를 기반으로 송풍팬의 동작을 제어하는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 쉘터.
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