KR102402974B1 - 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치는, 바람이 통과할 수 있도록, 양측이 개방된 수용공간을 가지는 케이스;상기 케이스의 서로 대향 배치되는 면들 중 적어도 일면에 마련되어서, 전위차 형성에 따른 전하 이동을 가능하게 하는 전극; 및 상기 케이스의 서로 대향 배치되는 면들 사이에 배치되고 상기 수용공간에 유입된 바람에 의해 펄럭임으로써 상기 전극과 마찰대전을 일으키는 대전부와, 일측은 상기 대전부에 연결되고 타측은 상기 케이스의 걸림부에 걸어지는 지지부들을 구비하는 대전 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치{Wind energy utilization type energy harvesting apparatus}

본 발명은 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람 에너지를 이용하여 에너지를 수확하되 간소한 구성에 의해서도 바람방향이 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측 모든 방향에서 에너지 수확을 할 수 있도록, 구조가 개선된 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치에 관한 것이다.

최근 세계적으로 화석연료의 무분별한 사용으로 인한 에너지 고갈, 온실가스 배출에 의한 환경오염, 인체에 대한 유해성 문제가 심각한 사회적 이슈로 제기되고 있다. 때문에, 전 세계적으로 화석연료만큼 전기에너지로의 변환효율이 높을 뿐만 아니라, 친환경적이고 지속 가능한 대체에너지를 찾으려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 에너지 자립도가 3%미만인 우리나라는 대부분의 시스템이 화석연료에 의존하고 있기 때문에 대체에너지의 개발이 더욱 더 시급한 실정이다. 에너지 하베스팅 기술에는 단일 원리가 아닌 온도 차에 의한 에너지 수확, 빛 에너지의 수확, 전자기장 변화에 의한 에너지 수확, 마찰전기로 인한 정전기 유도현상에 의한 에너지 수확 등 여러 가지 원리가 사용되고 있다. 이와 같은 기계적 에너지를 수확하는 방법 중 마찰전기를 이용한 에너지 하베스팅은 압전, 열전 에너지 하베스팅보다 큰 에너지를 생산하는 것으로 보고되었다. 이와 같은 마찰대전 발전소자의 발전 방식으로는 마찰대전 재료 사이의 수직 접촉-분리 방법을 통해 발전소 자뿐만 아니라 수평 접촉-분리 방법 (Sliding) 및 단일 전극 (Single-Electrode)에 의한 방법 등 다양한 방식을 통한 나노발전기의 개발이 이루어지고 있다.

마찰대전에 의한 발전 방식은 물, 바람, 신체, 기계 등 다양한 에너지원으로부터 에너지를 수확할 수 있고, 그 중 바람 에너지는 자연 에너지 중 물과는 달리 구조적 간소화를 이룰 수 있어서 다양한 분야에 활용이 가능한 장점이 있다.

1. 대한민국 등록특허공보 등록번호 제1745222호 2. 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2020-0106264호

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 바람 에너지를 이용하여 에너지를 수확하되 간소한 구성에 의해서도 일직선을 기준으로 한 양방향에서 모두 에너지 수확을 할 수 있게 하여 에너지 수확 효율을 높일 수 있게 하는 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치는, 바람이 통과할 수 있도록, 양측이 개방된 수용공간을 가지는 케이스;상기 케이스의 서로 대향 배치되는 면들 중 적어도 일면에 마련되어서, 전위차 형성에 따른 전하 이동을 가능하게 하는 전극; 및 상기 케이스의 서로 대향 배치되는 면들 사이에 배치되고 상기 수용공간에 유입된 바람에 의해 펄럭임으로써 상기 전극과 마찰대전을 일으키는 대전부와, 일측은 상기 대전부에 연결되고 타측은 상기 케이스의 걸림부에 걸어지는 지지부들을 구비하는 대전 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 대전 유닛의 지지부는, 각각 상기 케이스의 한 쌍의 개방된 부위와 대응되는 위치에 배치되고, 일방향으로 길게 형성된 봉 형상으로 이루어져서 양측 단부가 상기 케이스의 걸림부에 걸어지는 한 쌍의 지지바들인 것이 바람직하다.

상기 케이스의 걸림부는, 상기 한 쌍의 지지부들 중 어느 하나가 걸린 상태에서 다른 하나가 펄럭이게 되어 서로 대향 배치되는 전극들과 교번하여 접촉될 수 있도록, 상기 어느 하나의 지지부가 상기 전극들 사이를 가로 지르는 중심선과 동축 상에 안내되게 하는 한 쌍의 가이드면을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 케이스의 걸림부는, 상기 각 지지부의 양측 단부가 걸어지는 걸림홈을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 걸림홈은, 홈의 깊이가 중심이 가장 깊고 양측 가장자리로 갈수록 얕게 형성되어서, 바람이 불 때 중심측에 상기 각 지지바가 위치되게 하여 대전부와 전극 간의 마찰이 원활하게 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치는, 양측이 개방되고 마주하는 면에 전극이 배치된 케이스와 그 케이스 내부에 배치되어 상기 전극과 마찰대전을 일으키되 어느 한쪽이 고정된 상태에서 다른 한쪽이 반복적으로 마찰대전을 일으키는 대전 유닛이 서로 유기적으로 결합됨으로써, 간소한 구성에 의해서도 바람 방향이 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측인 것과 관계없이 양방향에서 에너지 수확을 할 수 있게 하여 에너지 수확 효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치의 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예의 부분 절개 사시도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명 일실시예의 동작상태도.
도 6은 본 발명 일실시예의 발전 원리를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명 다른 실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치의 단면도.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 부분 절개 사시도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명 일실시예의 동작상태도이며, 도 6은 본 발명 일실시예의 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치는, 케이스(1)와 전극(21)(22)과 대전 유닛(3)을 포함하여 이루어진다.

상기 케이스(1)는 바람이 통과할 수 있도록 개방된 부분을 포함하되, 한 방향이 아닌 양방향에서 불어오는 바람 에너지에 의한 에너지 수확이 가능하도록 양측이 개방된 수용공간을 가진다.

상기 전극(21)(22)은 상기 케이스(1)의 서로 대향 배치되는 면들 중 적어도 일면에 마련되어서, 전위차 형성에 따른 전하 이동을 가능하게 한다.

상기 대전 유닛(3)은, 상기 케이스(1)의 서로 대향 배치되는 면들 사이에 배치되는 것으로, 대전부(31)와 지지부(32)(33)들을 포함하여 이루어진다. 상기 대전부(31)는 상기 수용공간에 유입된 바람에 의해 펄럭임으로써 상기 전극(21)(22)과 마찰대전을 일으키는 부분으로, 대전이 이루어지는 다양한 소재로 구현될 수 있음은 물론이나, 본 실시예에서는 폴리머, PDMS, Teflon 등과 같이 (-)로 대전되기 쉬운 재질로 구현되었다.

이러한 대전부(31)는 바람에 의해 펄럭임이 가능하고 대전이 이루어지는 다양한 재질과 구조로 구현될 수 있음은 물론이나, 본 실시예에서는 작은 풍력에 의해서도 상기 전극(21)(22)과 마찰대전이 원활하게 이루어질 수 있도록 얇은 필름 형태로 제작되었다. 상기 각 지지부(32)(33)는, 일측은 상기 대전부(31)에 연결되고 타측은 상기 케이스(1)의 걸림부(11)에 걸어진다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예의 발전 원리는 아래와 같다.

즉, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 케이스(1) 내부로 들어온 바람에 의해 상기 대전 유닛(3)은 항력을 받아 한 쌍의 지지부(32)(33)들 중 어느 하나(32)가 케이스(1)의 걸림부(11)의 움축 패인 부분에 고정되고, 다른 하나의 지지부(33)는 상대적으로 자유로워져 대전부(31)와 함께 펄럭일 수 있는 상태가 된다. 상기 대전부(31)가 펄럭이면 케이스(1)의 천장과 바닥에 설치된 전극(21)(22)과 접촉을 하고, 다시 두 소재가 분리되면 정전기적 평형을 유지하기 위해서 외부회로를 통해 한 쪽 전극(21)에서 다른 쪽 전극(22)으로 전자의 흐름이 유도된다. 이런 싸이클을 반복하며 연속적인 AC출력을 얻게 된다.

상술한 바와 같은 구성과 작동 원리를 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치는, 도 3과 같이 대전 유닛(3)이 펄럭임 없이 케이스(1)의 바닥에 접촉되어 있는 상태에서 도 4와 같이 케이스(1)의 우측 방향에서 좌측 방향으로 바람이 불게 되면, 대전 유닛(3)의 한 쌍의 지지부(32)(33)들 중 어느 하나(32)가 케이스(1)의 걸림부(11)에 걸어진 상태에서 다른 하나(33)가 대전부(31)와 함께 펄럭이게 됨으로써 케이스(1)의 상하에 마련된 전극(21)(22)과 반복적인 마찰대전을 일으킴에 따라, 마찰대전에 의한 에너지 수확을 가능하게 하고, 반대로 도 5와 같이 케이스(1)의 좌측 방향에서 우측 방향으로 바람이 불게 되면, 한 쌍의 지지부(32)(33)들 중 다른 하나(33)가 케이스(1)의 걸림부(11)에 걸어진 상태에서 어느 하나(32)가 대전부(31)와 함께 펄럭이게 됨으로써 에너지 수확을 가능하게 한다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예는 양측이 개방되고 마주하는 면에 전극(21)(22)이 배치된 케이스(1)와 그 케이스(1) 내부에 배치되어 상기 전극(21)(22)과 마찰대전을 일으키되 어느 한쪽이 고정된 상태에서 다른 한쪽이 반복적으로 마찰대전을 일으키는 대전 유닛(3)이 서로 유기적으로 결합됨으로써, 간소한 구성에 의해서도 바람 방향이 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측인 것과 관계없이 양방향에서 에너지 수확을 할 수 있게 하여 에너지 수확 효율을 높일 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.

상기 대전 유닛(3)의 지지부(32)(33)들은, 상기 대전부(31)를 펄럭임 가능하게 지지시켜 줄 수있는 구조인 것으로 족하나, 본 실시예에서는 구조 간소화를 위해 각각 상기 케이스(1)의 한 쌍의 개방된 부위와 대응되는 위치에 배치되고, 일방향으로 길게 형성된 봉 형상으로 이루어져서 양측 단부가 상기 케이스(1)의 걸림부(11)에 걸어지는 한 쌍의 지지바들로 구현되었다.

상기 케이스(1)의 걸림부(11)는, 상기 한 쌍의 지지부(32)(33)들 중 어느 하나가 걸린 상태에서 다른 하나가 펄럭이게 되어 서로 대향 배치되는 전극(21)(22)들과 교번하여 접촉될 수 있도록, 상기 어느 하나의 지지부(32)(33)가 상기 전극(21)(22)들 사이를 가로 지르는 중심선과 동축 상에 안내되게 하는 한 쌍의 가이드면(11a)을 포함하여 이루어진다.

이러한 걸림부(11)를 가지는 본 실시예는, 상기 어느 하나의 지지부(32)가 케이스(1)의 전극(21)(22)들 사이의 중심에 위치되어 마치 캔틸레버의 고정단과 같은 역할을 수행하게 하고, 다른 하나의 지지부(33)가 대전부(31)와 함께 자유롭게 유동할 수 있게 하여 마치 캔틸레버의 자유단과 같은 역할을 수행하게 함으로써, 바람의 방향 관계없이 대전 유닛(3)과 케이스(1)의 전극(21)(22)이 반복적으로 마찰대전을 일으킬 수 있게 한다.

한편, 도 7은 본 발명 다른 실시예에 따른 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치의 단면도이다.

본 실시예에에 채용된 케이스의 걸림부(41)는, 각 지지부(32)(33)의 양측 단부가 걸어지는 걸림홈(41a)을 포함하여 이루어져서, 지지부를 안정적으로 지지시켜 줄 수 있게 한다.

그리고, 걸림홈(41a)은, 홈의 깊이가 중심이 가장 깊고 양측 가장자리로 갈수록 얕게 형성되어서, 바람이 불 때 중심측에 상기 각 지지부(32)(33)가 위치되게 하여 대전부(31)와 전극(21)(22) 간의 마찰이 원활하게 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

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

1:케이스 11:걸림부
11a:가이드면 21,22:전극
3:대전 유닛 31:대전부
32,33:지지부

Claims (5)

1. 바람이 통과할 수 있도록, 양측이 개방된 수용공간을 가지는 케이스;
   상기 케이스의 서로 대향 배치되는 면들 중 적어도 일면에 마련되어서, 전위차 형성에 따른 전하 이동을 가능하게 하는 전극; 및
   상기 케이스의 서로 대향 배치되는 면들 사이에 배치되고 상기 수용공간에 유입된 바람에 의해 펄럭임으로써 상기 전극과 마찰대전을 일으키는 대전부와, 일측은 상기 대전부에 연결되고 타측은 상기 케이스의 걸림부에 걸어지는 지지부들을 구비하는 대전 유닛;을 포함하여 이루어지고,
   상기 대전 유닛의 지지부는, 각각 상기 케이스의 한 쌍의 개방된 부위와 대응되는 위치에 배치되고, 일방향으로 길게 형성된 봉 형상으로 이루어져서 양측 단부가 상기 케이스의 걸림부에 걸어지는 한 쌍의 지지바들이고,
   상기 케이스의 걸림부는, 상기 한 쌍의 지지부들 중 어느 하나가 걸린 상태에서 다른 하나가 펄럭이게 되어 서로 대향 배치되는 전극들과 교번하여 접촉될 수 있도록, 상기 어느 하나의 지지부가 상기 전극들 사이를 가로 지르는 중심선과 동축 상에 안내되게 하는 한 쌍의 가이드면을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 케이스의 걸림부는, 상기 각 지지부의 양측 단부가 걸어지는 걸림홈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 걸림홈은, 홈의 깊이가 중심이 가장 깊고 양측 가장자리로 갈수록 얕게 형성되어서, 바람이 불 때 중심측에 상기 각 지지바가 위치되게 하여 대전부와 전극 간의 마찰이 원활하게 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 바람 에너지 활용 타입 에너지 수확 장치.

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