KR102410214B1 - Energy harvesting apparatus - Google Patents

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KR102410214B1
KR102410214B1 KR1020170121080A KR20170121080A KR102410214B1 KR 102410214 B1 KR102410214 B1 KR 102410214B1 KR 1020170121080 A KR1020170121080 A KR 1020170121080A KR 20170121080 A KR20170121080 A KR 20170121080A KR 102410214 B1 KR102410214 B1 KR 102410214B1
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김진아
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Abstract

광열 특성을 이용하여 전력을 수집할 수 있는 에너지 수집 장치에 관한 것으로, 특정 파장대의 광에 의해 열이 발생하는 발열부, 발열부로부터 발생된 열을 전기로 변환하는 열전 변환부, 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고 저장된 전력을 공급하는 전력 공급부, 그리고 전력 공급부에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고 저장된 전력이 기준값에 도달하면 저장된 전력이 출력되도록 전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.It relates to an energy collection device capable of collecting power using photothermal characteristics, from a heat generating unit generating heat by light in a specific wavelength band, a thermoelectric conversion unit converting heat generated from the heat generating unit into electricity, and a thermoelectric conversion unit The power supply unit that collects the converted electricity, stores power and supplies the stored power, and checks whether the power stored in the power supply reaches a preset reference value, and controls the power supply so that the stored power is output when the stored power reaches the reference value. It may include a control unit.

Description

에너지 수집 장치{ENERGY HARVESTING APPARATUS}Energy Harvesting Device {ENERGY HARVESTING APPARATUS}

본 발명은 에너지 수집 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 광열 특성을 이용하여 전력을 수집할 수 있는 에너지 수집 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy collecting device, and more particularly, to an energy collecting device capable of collecting electric power using photothermal characteristics.

최근에는 다양한 IoT 무선 센서 제품들이 개발되고 있다.Recently, various IoT wireless sensor products are being developed.

이러한 기기들의 개발 이슈 중 하나가 전원 문제이며, 주로 전력 소모량으로 인해 배터리를 사용하고 있다.One of the development issues of these devices is a power problem, and mainly uses a battery due to power consumption.

하지만, 배터리 크기 및 용량에 따른 제약으로 인해 제품의 크기, 디자인뿐만 아니라, 주기적인 교체나 충전이 필요한 상황이다.However, due to restrictions according to the size and capacity of the battery, not only the size and design of the product, but also periodic replacement or charging is required.

이를 해결하기 위해, 빛, 열, 기계적 에너지 등 주변에 존재하는 다양한 에너지원을 이용할 수 있는 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술들이 개발되고 있다.In order to solve this problem, energy harvesting technologies that can use various energy sources existing in the vicinity, such as light, heat, and mechanical energy, are being developed.

그러나, 에너지 하베스팅 기술은, 사용 환경에 많은 제약이 따른다.However, the energy harvesting technology is subject to many restrictions on the use environment.

예를 들어, 태양 전지의 경우, 빛이 없는 지하 환경에서는 사용할 수 없고, 열전 소자의 경우, 열이 발생하는 특정 위치에서만 사용할 수 있다.For example, in the case of a solar cell, it cannot be used in an underground environment without light, and in the case of a thermoelectric device, it can be used only in a specific location where heat is generated.

이러한 배경에 의해 에너지 하베스팅 기술을 이용한 IoT 무선 센서의 경우, 사용자가 센서값이 필요한 상황에서만 에너지를 생성하여 전달함으로써, 센서를 구동시킬 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 에너지 수집 장치의 개발이 요구되고 있으며, 특정 환경에 영향을 받지 않고도 에너지를 생성 및 수집할 수 있는 에너지 수집 장치의 개발이 요구되고 있다.Based on this background, in the case of IoT wireless sensors using energy harvesting technology, the on-demand type of energy collection device that can drive the sensor by generating and delivering energy only when the user needs the sensor value Development is required, and the development of an energy collection device capable of generating and collecting energy without being affected by a specific environment is required.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 발열부와 열전 변환부를 이용하여 광에 의해 발생된 열을 전력으로 변환하여 수집하고, 수집한 전력이 기준값에 도달하면 전력을 공급함으로써, 사용자의 요구에 따라 센서 등과 같은 특정 소자에 전력을 공급할 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 에너지 수집 장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems. Another object is to convert heat generated by light into electric power using a heat generating unit and a thermoelectric converter to collect and supply power when the collected electric power reaches a reference value, so that a specific device such as a sensor or the like is required according to the user's request. To provide an on-demand type energy collecting device that can supply power to

또 다른 목적은, 무선 센서, 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부를 일체형으로 패키징하여 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성함으로써, 에너지원이 없는 환경에서도 전력을 공급할 수 있는 에너지 수집 장치를 제공하고자 한다.Another object is to provide an energy collection device capable of supplying power even in an environment without an energy source by forming a wireless sensor power supply module by integrally packaging a wireless sensor, a heating unit, a thermoelectric conversion unit, a power supply unit, and a control unit do.

또 다른 목적은, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있는 에너지 수집 장치를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide an energy collecting device capable of efficiently collecting electric power by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, thereby improving heat generation characteristics and preventing deterioration.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able

본 발명의 일실시예에 의한 에너지 수집 장치는, 특정 파장대의 광에 의해 열이 발생하는 발열부, 발열부로부터 발생된 열을 전기로 변환하는 열전 변환부, 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고 저장된 전력을 공급하는 전력 공급부, 그리고 전력 공급부에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고 저장된 전력이 기준값에 도달하면 저장된 전력이 출력되도록 전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The energy collection device according to an embodiment of the present invention collects electricity converted from a heat generating unit generating heat by light of a specific wavelength band, a thermoelectric conversion unit converting heat generated from the heat generating unit into electricity, and a thermoelectric conversion unit A power supply unit that stores power and supplies stored power, and a control unit that checks whether the power stored in the power supply unit reaches a preset reference value, and controls the power supply unit so that the stored power is output when the stored power reaches the reference value Can include have.

여기서, 발열부는 약 900nm ~ 1000nm 파장대의 광을 흡수하여 열을 생성하는 물질을 포함할 수 있다.Here, the heating unit may include a material that generates heat by absorbing light in a wavelength range of about 900 nm to 1000 nm.

그리고, 발열부는 적어도 하나의 발열제와 유기물이 혼합된 혼합물일 수 있다.In addition, the heating part may be a mixture of at least one heating agent and an organic material.

이어, 전력 공급부는 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하는 저장부와, 저장부에 저장된 전력이 출력되도록 제어 신호에 따라 스위칭되는 스위칭부를 포함할 수 있다.Next, the power supply unit may include a storage unit that collects electricity converted from the thermoelectric conversion unit and stores power, and a switching unit that is switched according to a control signal so that the power stored in the storage unit is output.

다음, 제어부는 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 센싱하고, 센싱된 전력이 미리 설정된 기준 전압에 도달하는지를 비교하며, 비교 결과, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 온(on)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 출력시키고, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 오프(off)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력의 출력을 차단할 수 있다.Next, the control unit senses the power stored in the storage unit of the power supply unit, compares whether the sensed power reaches a preset reference voltage, as a result of the comparison, when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned on to output the power stored in the storage unit of the power supply unit, and when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned off to block the output of the power stored in the storage unit of the power supply unit.

그리고, 본 발명은 발열부와 열전 변환부 사이에 배치되는 열 전달부를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a heat transfer unit disposed between the heat generating unit and the thermoelectric conversion unit.

여기서, 열 전달부는 열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층들이 적층될 수 있으며, 다수의 열 전달층은 발열부로부터 멀어지고 열전 변환부에 인접할수록 열전도율이 높은 열 전달층이 배치되고, 열전 변환부로부터 멀어지고 발열부에 인접할수록 열전도율이 낮은 열 전달층이 배치될 수 있다.Here, in the heat transfer unit, a plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity may be stacked, and a heat transfer layer having high thermal conductivity is disposed as the plurality of heat transfer layers move away from the heat generating unit and close to the thermoelectric conversion unit, and thermoelectric conversion. A heat transfer layer having a low thermal conductivity may be disposed as it moves away from the unit and is adjacent to the heat generating unit.

다음, 본 발명은 발열부의 주변에 배치되어 내부 열의 유출을 차단하는 투명 단열부를 더 포함할 수도 있다.Next, the present invention may further include a transparent insulating portion disposed around the heat generating portion to block the outflow of internal heat.

여기서, 투명 단열부는 발열부를 마주하는 내측면에 무반사(AR) 코팅막이 형성될 수 있다.Here, the transparent heat insulating part may be formed with an anti-reflective (AR) coating film on the inner surface facing the heating part.

이어, 본 발명은 전력 공급부로부터 전력이 공급되면 공급된 전력을 토대로 센싱 기능을 수행하는 무선 센서를 더 포함할 수도 있다.Subsequently, the present invention may further include a wireless sensor that performs a sensing function based on the supplied power when power is supplied from the power supply unit.

여기서, 무선 센서는 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부와 함께 일체형으로 패키징되어 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성할 수 있다.Here, the wireless sensor may be integrally packaged together with a heating unit, a thermoelectric conversion unit, a power supply unit, and a control unit to form a wireless sensor power supply module.

그리고, 본 발명은 무선 센서 전력 공급 모듈의 발열부로 특정 파장대의 광을 조사하는 광 조사부를 더 포함할 수 있다.And, the present invention may further include a light irradiator for irradiating light in a specific wavelength band to the heating unit of the wireless sensor power supply module.

여기서, 광 조사부는 생성된 광의 출사 방향을 제어하는 방향 제어부를 포함할 수 있다.Here, the light irradiation unit may include a direction control unit for controlling the emission direction of the generated light.

또한, 광 조사부는 무선 센서 전력 공급 모듈이 다수 개일 때, 방향 제어부의 제어에 따라 광의 출사 방향을 제어하여 각 무선 센서 전력 공급 모듈의 발열부로 순차적으로 광을 조사할 수 있다.In addition, when there are a plurality of wireless sensor power supply modules, the light irradiation unit may control the emission direction of light according to the control of the direction control unit to sequentially irradiate light to the heating unit of each wireless sensor power supply module.

본 발명에 따른 에너지 수집 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the energy collecting device according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 발열부와 열전 변환부를 이용하여 광에 의해 발생된 열을 전력으로 변환하여 수집하고, 수집한 전력이 기준값에 도달하면 전력을 공급함으로써, 사용자의 요구에 따라 센서 등과 같은 특정 소자에 전력을 공급할 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 구동이 가능하다.According to at least one of the embodiments of the present invention, heat generated by light is converted into electric power by using a heat generating unit and a thermoelectric conversion unit and collected, and when the collected power reaches a reference value, power is supplied by the user's request Accordingly, an on-demand type of driving capable of supplying power to a specific device such as a sensor is possible.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 무선 센서, 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부를 일체형으로 패키징하여 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성함으로써, 에너지원이 없는 환경에서도 전력을 공급할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by integrally packaging the wireless sensor, the heat generating unit, the thermoelectric conversion unit, the power supply unit and the control unit to form a wireless sensor power supply module, power is supplied even in an environment without an energy source can supply

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, heat generation characteristics are improved and deterioration phenomenon is prevented, so that electric power can be efficiently collected.

따라서, 본 발명은, 빛, 열 등으로부터 에너지 하베스팅을 위한 주변 에너지원이 없는 환경, 굴뚝과 같이 인체에 유해한 유독 가스가 있는 환경, 유선으로 일일이 연결할 수 없는 넓은 장소를 갖는 환경 등 다양한 곳에 적용이 가능하다.Therefore, the present invention is applied to various places, such as an environment without a surrounding energy source for energy harvesting from light, heat, etc., an environment with toxic gas harmful to the human body such as a chimney, an environment with a wide area that cannot be individually connected by wire, etc. This is possible.

본 발명은, 환경적 제약이 많은 에너지 하베스팅 기술을 보완하고, 필요에 따라 사용할 수 있는 온 디멘드 타입의 소자 제작이 가능하여 에너지 하베스팅의 적용 분야를 확장할 수 있다.The present invention supplements energy harvesting technology, which has many environmental restrictions, and enables manufacturing of an on-demand type device that can be used as necessary, thereby expanding the field of application of energy harvesting.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, it should be understood that the detailed description and specific embodiments such as preferred embodiments of the present invention are given by way of example only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 전력 공급부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 4는 도 1의 전력 공급부를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 5는 도 1의 제어부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 6은 도 1의 제어부를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 7은 본 발명 제2 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 열 전달부를 보여주는 구조 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 에너지 수집 장치의 투명 단열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 무선 센서가 부착된 무선 센서 전력 공급 모듈을 보여주는 전면 사시도이다.
도 12는 무선 센서가 부착된 무선 센서 전력 공급 모듈을 보여주는 후면 사시도이다.
도 13은 도 11은 무선 센서가 부착된 무선 센서 전력 공급 모듈을 보여주는 분해도이다.
도 14는 도 1의 발열부의 혼합 비율에 따른 발열 특성을 설명하기 위한 도표이다.
도 15는 무선 센서 전력 공급 모듈의 전력 공급에 따른 무선 센서의 동작 타이밍을 보여주는 도면이다.
도 16은 다수의 무선 센서 전력 공급 모듈을 포함하는 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram illustrating an energy collecting device according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the heat generating unit of FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram illustrating the power supply unit of FIG. 1 .
FIG. 4 is a circuit configuration diagram for explaining the power supply unit of FIG. 1 .
FIG. 5 is a block diagram illustrating the control unit of FIG. 1 .
FIG. 6 is a circuit configuration diagram for explaining the control unit of FIG. 1 .
7 is a block diagram illustrating an energy collecting device according to a second embodiment of the present invention.
8 and 9 are structural cross-sectional views illustrating the heat transfer unit of FIG. 7 .
10 is a view for explaining a transparent insulating portion of the energy collecting device according to the present invention.
11 is a front perspective view showing a wireless sensor power supply module to which a wireless sensor is attached.
12 is a rear perspective view showing a wireless sensor power supply module to which a wireless sensor is attached.
13 is an exploded view illustrating a wireless sensor power supply module to which a wireless sensor is attached;
FIG. 14 is a chart for explaining the heating characteristics according to the mixing ratio of the heating part of FIG. 1 .
15 is a diagram illustrating an operation timing of a wireless sensor according to power supply of a wireless sensor power supply module.
16 is a diagram for explaining an energy collection device including a plurality of wireless sensor power supply modules.

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 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 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. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

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.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

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.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명 제1 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.1 is a block diagram illustrating an energy collecting device according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 수집 장치는, 발열부(110), 열전 변환부(120), 전력 공급부(130), 그리고 제어부(140)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the energy collecting device according to the present invention may include a heating unit 110 , a thermoelectric conversion unit 120 , a power supply unit 130 , and a control unit 140 .

여기서, 발열부(110)는, 특정 파장대의 광에 의해 열이 발생할 수 있다.Here, the heat generating unit 110 may generate heat by light of a specific wavelength band.

일 예로, 발열부(110)는, 근적외선 파장대의 광이 입사될 때, 최대 온도의 열이 생성될 수 있다.For example, the heat generating unit 110 may generate heat of a maximum temperature when light of a near-infrared wavelength band is incident.

여기서, 근적외선 파장대는, 약 900nm ~ 약 1000nm일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.Here, the near-infrared wavelength band may be about 900 nm to about 1000 nm, but is not limited thereto.

즉, 발열부(110)는, 약 900nm ~ 약 1000nm 파장대의 광을 흡수하여 열을 생성하는 물질을 포함할 수 있다.That is, the heating unit 110 may include a material that generates heat by absorbing light in a wavelength range of about 900 nm to about 1000 nm.

또한, 발열부(110)는, 적어도 하나의 발열제와 유기물이 혼합된 혼합물로 이루어질 수 있다.Also, the heat generating unit 110 may be formed of a mixture of at least one heat generating agent and an organic material.

예를 들면, 발열제는, 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO), 헥사고날-보론 나이트라이드(hexagonal-boron nitride, h-BN), 그래핀(graphene), 카본 나노튜브(carbon nanotubes, CNTs) 중 적어도 어느 하나일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.For example, the exothermic agent, graphene oxide (GO), hexagonal-boron nitride (hexagonal-boron nitride, h-BN), graphene (graphene), carbon nanotubes (CNTs) of It may be at least one, but is not limited thereto.

그리고, 유기물은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the organic material may include polydimethylsiloxane (PDMS), but is not limited thereto.

또한, 발열부(110)는, 발열제와 유기물의 혼합 비율이, 1 : 20 ~ 1 : 100일 수 있다.In addition, in the heat generating unit 110, a mixing ratio of the heat generating agent and the organic material may be 1:20 to 1:100.

그 이유는, 발열부(110)에 유기물의 양이 너무 적으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)에 유기물의 양이 너무 많으면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that if the amount of the organic material in the heat generating unit 110 is too small, a deterioration phenomenon occurs and the lifespan is reduced.

또한, 발열부(110)는, 약 0.1mm ~ 약 3mm의 두께를 갖는 필름 타입일 수 있다.Also, the heating unit 110 may be of a film type having a thickness of about 0.1 mm to about 3 mm.

그 이유는, 발열부(110)의 두께가 너무 얇으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)의 두께가 너무 두꺼우면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that, if the thickness of the heating part 110 is too thin, a deterioration phenomenon may occur and the lifespan may be reduced, and if the thickness of the heating part 110 is too thick, the heating characteristics may be deteriorated.

다음, 열전 변환부(120)는, 발열부(110)로부터 발생된 열을 전기로 변환할 수 있다.Next, the thermoelectric conversion unit 120 may convert heat generated from the heat generating unit 110 into electricity.

이어, 전력 공급부(130)는, 열전 변환부(120)로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고, 저장된 전력을 공급할 수 있다.Subsequently, the power supply unit 130 may collect electricity converted from the thermoelectric conversion unit 120 , store power, and supply the stored power.

여기서, 전력 공급부(130)는, 열전 변환부(120)로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하는 저장부와, 저장부에 저장된 전력이 출력되도록 제어 신호에 따라 스위칭되는 스위칭부를 포함할 수 있다.Here, the power supply unit 130 may include a storage unit that collects electricity converted from the thermoelectric conversion unit 120 and stores power, and a switching unit that is switched according to a control signal so that the power stored in the storage unit is output. .

일 예로, 전력 공급부(130)의 저장부는, 열전 변환부(120)로부터 입력되는 전력을 저장하는 캐패시터와, 열전 변환부(120)의 출력단과 캐패시터의 입력단 사이에 전기적으로 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.For example, the storage unit of the power supply unit 130 may include a capacitor for storing power input from the thermoelectric conversion unit 120 and a diode electrically connected between the output terminal of the thermoelectric conversion unit 120 and the input terminal of the capacitor. can

그리고, 제어부(140)는, 전력 공급부(130)에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고, 저장된 전력이 기준값에 도달하면 저장된 전력이 출력되도록 전력 공급부(130)를 제어할 수 있다.In addition, the control unit 140 may check whether the power stored in the power supply unit 130 reaches a preset reference value, and control the power supply unit 130 to output the stored power when the stored power reaches the reference value.

여기서, 제어부(140)는, 전력 공급부(130)의 저장부에 저장된 전력을 센싱하고, 센싱된 전력이 미리 설정된 기준 전압에 도달하는지를 비교하며, 비교 결과, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부(130)의 스위칭부를 온(on)시켜 전력 공급부(130)의 저장부에 저장된 전력을 출력시키고, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부(130)의 스위칭부를 오프(off)시켜 전력 공급부(130)의 저장부에 저장된 전력의 출력을 차단할 수 있다.Here, the controller 140 senses the power stored in the storage unit of the power supply unit 130 and compares whether the sensed power reaches a preset reference voltage, and as a result of the comparison, when the stored power reaches the reference voltage, the power supply unit The switching unit of 130 is turned on to output power stored in the storage unit of the power supply unit 130, and when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit 130 is turned off to turn off the power supply unit ( 130) may block the output of the power stored in the storage unit.

일 예로, 제어부(140)는, 전력 공급부(130)의 저장부에 저장된 전력을 센싱하는 센싱부, 소정의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부, 그리고 센싱된 전력이 기준 전압에 도달하는지를 비교하여 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함할 수 있다.For example, the control unit 140 compares whether a sensing unit sensing power stored in the storage unit of the power supply unit 130, a reference voltage generating unit generating a predetermined reference voltage, and the sensed power reaches a reference voltage. It may include a control signal generator for generating a control signal.

여기서, 센싱부는, 전력 공급부(130)의 캐패시터와 병렬로 연결되는 저항을 포함할 수 있다.Here, the sensing unit may include a resistor connected in parallel with the capacitor of the power supply unit 130 .

그리고, 기준 전압 생성부는, 제1 저항과 제2 저항이 직렬 연결되어 기준 전압을 생성하는 분배 저항을 포함할 수 있다.In addition, the reference voltage generator may include a division resistor in which a first resistor and a second resistor are connected in series to generate a reference voltage.

일 예로, 기준 전압(Ref)은, Ref = X * {R2/(R1+R2)} (여기서, X는 분배 저항에 인가되는 전압값, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.For example, the reference voltage Ref is Ref = X * {R2/(R1+R2)} (where X is a voltage value applied to the divider resistor, R1 is a first resistance value, R2 is a second resistance value) It can be calculated by a formula determined by .

다음, 제어 신호 생성부는, 센싱부로부터 센싱된 전력이 기준 전압에 도달하는지를 비교하여 제어 신호를 생성하는 비교기와, 비교기로부터 생성된 제어 신호를 전력 공급부(130)로 전송시키는 다이오드를 포함할 수 있다.Next, the control signal generator may include a comparator for generating a control signal by comparing whether the power sensed by the sensing unit reaches a reference voltage, and a diode for transmitting the control signal generated from the comparator to the power supply unit 130 . .

경우에 따라, 본 발명은, 발열부(110)와 열전 변환부(120) 사이에 배치되는 열 전달부를 더 포함할 수도 있다.In some cases, the present invention may further include a heat transfer unit disposed between the heat generating unit 110 and the thermoelectric conversion unit 120 .

여기서, 열 전달부는, 열전도성 그리스(grease)일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.Here, the heat transfer unit, may be a thermally conductive grease (grease), but is not limited thereto.

일 예로, 열 전달부는, 소정의 열 전도율을 갖는 단일층일 수도 있지만, 다른 경우로서, 열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층들이 적층될 수도 있다.As an example, the heat transfer unit may be a single layer having a predetermined thermal conductivity, but in another case, a plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity may be stacked.

여기서, 다수의 열 전달층은, 발열부(110)로부터 멀어지고 열전 변환부(120)에 인접할수록 열전도율이 높은 열 전달층이 배치되고, 열전 변환부(120)로부터 멀어지고 발열부(110)에 인접할수록 열전도율이 낮은 열 전달층이 배치될 수 있다.Here, as the plurality of heat transfer layers are farther from the heat generating unit 110 and closer to the thermoelectric conversion unit 120 , a heat transfer layer having high thermal conductivity is disposed, and the heat transfer layer is further away from the thermoelectric conversion unit 120 and the heat generating unit 110 . A heat transfer layer having a lower thermal conductivity may be disposed closer to the .

다른 경우로서, 본 발명은, 발열부(110)의 주변에 배치되어 내부 열의 유출을 차단하는 투명 단열부를 더 포함할 수도 있다.As another case, the present invention may further include a transparent heat insulating unit disposed around the heat generating unit 110 to block the outflow of internal heat.

여기서, 투명 단열부는, 발열부(110)를 마주하는 내측면에 무반사(AR) 코팅막이 형성될 수 있다.Here, the transparent heat insulating unit, an anti-reflection (AR) coating film may be formed on the inner surface facing the heating unit 110 .

또 다른 경우로서, 본 발명은, 전력 공급부(130)로부터 전력이 공급되면 공급된 전력을 토대로 센싱 기능을 수행하는 무선 센서를 더 포함할 수도 있다.As another case, the present invention may further include a wireless sensor that performs a sensing function based on the supplied power when power is supplied from the power supply unit 130 .

여기서, 무선 센서는, 발열부(110), 열전 변환부(120), 전력 공급부(130) 및 제어부(140)와 함께 일체형으로 패키징되어 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성할 수 있다.Here, the wireless sensor may be integrally packaged together with the heating unit 110 , the thermoelectric conversion unit 120 , the power supply unit 130 , and the control unit 140 to form a wireless sensor power supply module.

경우에 따라, 무선 센서는, 개별적으로 분리되어, 본 발명의 에너지 수집 장치를 통해 전력을 공급받을 수도 있다.In some cases, the wireless sensors may be individually separated and powered by the energy harvesting device of the present invention.

또한, 본 발명은, 무선 센서 이외에도 다양한 기능을 수행하는 디바이스들에 필요한 전력을 공급할 수도 있다.In addition, the present invention may supply power required for devices performing various functions in addition to the wireless sensor.

또 다른 경우로서, 본 발명은, 무선 센서 전력 공급 모듈의 발열부(110)로 특정 파장대의 광을 조사하는 광 조사부를 더 포함할 수도 있다.As another case, the present invention may further include a light irradiator for irradiating light in a specific wavelength band to the heating unit 110 of the wireless sensor power supply module.

여기서, 광 조사부는, 무선 센서 전력 공급 모듈로부터 일정 간격 떨어져 배치되어, 무선 센서 전력 공급 모듈의 발열부(110)로 광을 조사할 수 있다.Here, the light irradiation unit may be disposed at a predetermined distance from the wireless sensor power supply module to irradiate light to the heat generating unit 110 of the wireless sensor power supply module.

경우에 따라, 광 조사부는, 생성된 광의 출사 방향을 제어하는 방향 제어부를 포함할 수 있다.In some cases, the light irradiation unit may include a direction control unit for controlling the emission direction of the generated light.

일 예로, 광 조사부는, 무선 센서 전력 공급 모듈이 다수 개일 때, 방향 제어부의 제어에 따라 광의 출사 방향을 제어하여 각 무선 센서 전력 공급 모듈의 발열부로 순차적으로 광을 조사할 수도 있다.For example, when there are a plurality of wireless sensor power supply modules, the light irradiation unit may control the emission direction of light according to the control of the direction control unit to sequentially irradiate light to the heating unit of each wireless sensor power supply module.

예를 들면, 광 조사부의 주변부에 다수의 무선 센서 전력 공급 모듈이 배치되면, 광 조사부는 방향 제어부에 의해 회전하면서 각 무선 센서 전력 공급 모듈로 순차적으로 광을 조사할 수 있다.For example, when a plurality of wireless sensor power supply modules are disposed in the periphery of the light irradiation unit, the light irradiation unit may sequentially radiate light to each wireless sensor power supply module while rotating by the direction control unit.

이 경우, 광 조사부로부터 출사된 광을 수신하는 각 무선 센서 전력 공급 모듈은, 수신된 광에 의해 발열부(110)가 열을 생성하고, 생성된 열을 전력으로 변환하여 전력을 공급함으로써, 무선 센서 기능을 수행할 수 있다.In this case, each wireless sensor power supply module that receives the light emitted from the light irradiation unit, the heat generating unit 110 generates heat by the received light, converts the generated heat into power to supply power, wirelessly It can perform a sensor function.

따라서, 본 발명은, 발열부와 열전 변환부를 이용하여 광에 의해 발생된 열을 전력으로 변환하여 수집하고, 수집한 전력이 기준값에 도달하면 전력을 공급함으로써, 사용자의 요구에 따라 센서 등과 같은 특정 소자에 전력을 공급할 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 구동이 가능하다.Accordingly, the present invention converts heat generated by light into electric power using a heat generating unit and a thermoelectric conversion unit and collects it, and supplies power when the collected power reaches a reference value. On-demand type driving that can supply power to the device is possible.

또한, 본 발명은, 무선 센서, 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부를 일체형으로 패키징하여 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성함으로써, 에너지원이 없는 환경에서도 전력을 공급할 수 있다.In addition, according to the present invention, by integrally packaging the wireless sensor, the heat generating unit, the thermoelectric conversion unit, the power supply unit and the control unit to form a wireless sensor power supply module, power can be supplied even in an environment without an energy source.

또한, 본 발명은, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있다.In addition, in the present invention, by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, heat generation characteristics are improved, and power can be efficiently collected by preventing deterioration.

그리고, 본 발명은, 빛, 열 등으로부터 에너지 하베스팅을 위한 주변 에너지원이 없는 환경, 굴뚝과 같이 인체에 유해한 유독 가스가 있는 환경, 유선으로 일일이 연결할 수 없는 넓은 장소를 갖는 환경 등 다양한 곳에 적용이 가능하다.In addition, the present invention is applied to various places, such as an environment where there is no surrounding energy source for energy harvesting from light, heat, etc., an environment with toxic gas harmful to the human body such as a chimney, an environment with a wide place that cannot be individually connected by wire, etc. This is possible.

본 발명은, 환경적 제약이 많은 에너지 하베스팅 기술을 보완하고, 필요에 따라 사용할 수 있는 온 디멘드 타입의 소자 제작이 가능하여 에너지 하베스팅의 적용 분야를 확장할 수 있다.The present invention supplements energy harvesting technology, which has many environmental restrictions, and enables manufacturing of an on-demand type device that can be used as necessary, thereby expanding the field of application of energy harvesting.

도 2는 도 1의 발열부를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining the heat generating unit of FIG. 1 .

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 수집 장치에서, 발열부(110)는, 특정 파장대의 광이 입사되면, 화학적 반응에 의해 열이 발생할 수 있다.2, in the energy collecting device of the present invention, the heat generating unit 110, when light of a specific wavelength band is incident, heat may be generated by a chemical reaction.

일 예로, 발열부(110)는, 근적외선 파장대의 광이 입사될 때, 최대 온도의 열이 생성될 수 있는 재료를 사용할 수 있다.For example, the heating unit 110 may use a material capable of generating heat of a maximum temperature when light of a near-infrared wavelength band is incident.

여기서, 근적외선 파장대는, 약 900nm ~ 약 1000nm일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.Here, the near-infrared wavelength band may be about 900 nm to about 1000 nm, but is not limited thereto.

즉, 발열부(110)는, 약 900nm ~ 약 1000nm 파장대의 광을 흡수하여 열을 생성하는 물질을 포함할 수 있다.That is, the heating unit 110 may include a material that generates heat by absorbing light in a wavelength range of about 900 nm to about 1000 nm.

또한, 발열부(110)는, 적어도 하나의 발열제(112)와 유기물(114)이 혼합된 혼합물로 이루어질 수 있다.Also, the heat generating unit 110 may be formed of a mixture of at least one heat generating agent 112 and an organic material 114 .

예를 들면, 발열제(112)는, 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO), 헥사고날-보론 나이트라이드(hexagonal-boron nitride, h-BN), 그래핀(graphene), 카본 나노튜브(carbon nanotubes, CNTs) 중 적어도 어느 하나일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.For example, the heating agent 112 is, graphene oxide (GO), hexagonal-boron nitride (hexagonal-boron nitride, h-BN), graphene (graphene), carbon nanotubes (carbon nanotubes, CNTs), but may be at least one, but is not limited thereto.

그리고, 유기물(114)은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the organic material 114 may include polydimethylsiloxane (PDMS), but is not limited thereto.

또한, 발열부(110)는, 발열제(112)와 유기물(114)의 혼합 비율이, 1 : 20 ~ 1 : 100일 수 있다.In addition, in the heat generating unit 110 , a mixing ratio of the heat generating agent 112 and the organic material 114 may be 1:20 to 1:100.

그 이유는, 발열부(110)에 유기물(114)의 양이 너무 적으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)에 유기물(114)의 양이 너무 많으면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that if the amount of the organic material 114 in the heat generating unit 110 is too small, a deterioration phenomenon occurs and the lifespan is reduced. because it can

또한, 발열부(110)는, 약 0.1mm ~ 약 3mm의 두께 t를 갖는 필름 타입일 수 있다.In addition, the heating unit 110 may be a film type having a thickness t of about 0.1 mm to about 3 mm.

그 이유는, 발열부(110)의 두께 t가 너무 얇으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)의 두께 t가 너무 두꺼우면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that if the thickness t of the heating part 110 is too thin, a deterioration phenomenon may occur and the lifespan may be reduced, and if the thickness t of the heating part 110 is too thick, the heating characteristics may be deteriorated.

따라서, 본 발명은, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있다.Accordingly, in the present invention, by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, heat generation characteristics are improved and deterioration phenomenon is prevented, thereby efficiently collecting electric power.

도 3은 도 1의 전력 공급부를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 4는 도 1의 전력 공급부를 설명하기 위한 회로 구성도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating the power supply unit of FIG. 1 , and FIG. 4 is a circuit diagram illustrating the power supply unit of FIG. 1 .

도 3에 도시된 바와 같이, 전력 공급부(130)는, 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고, 저장된 전력을 공급할 수 있다.As shown in FIG. 3 , the power supply unit 130 may collect electricity converted from the thermoelectric converter, store power, and supply the stored power.

여기서, 전력 공급부(130)는, 저장부(132)와 스위칭부(134)를 포함할 수 있다.Here, the power supply unit 130 may include a storage unit 132 and a switching unit 134 .

전력 공급부(130)의 저장부(132)는, 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고, 전력 공급부(130)의 스위칭부(134)는, 저장부(132)에 저장된 전력이 출력되도록 제어 신호에 따라 스위칭될 수 있다.The storage unit 132 of the power supply unit 130 collects electricity converted from the thermoelectric conversion unit and stores power, and the switching unit 134 of the power supply unit 130 stores the power stored in the storage unit 132 . It may be switched according to a control signal to be output.

일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력 공급부(130)의 저장부(132)는, 열전 변환부로부터 입력되는 전력을 저장하는 캐패시터(132-2)를 포함할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4 , the storage unit 132 of the power supply unit 130 may include a capacitor 132 - 2 for storing power input from the thermoelectric conversion unit.

그리고, 전력 공급부(130)는, 열전 변환부의 출력단과 캐패시터(132-2)의 입력단 사이에 전기적으로 연결되는 다이오드(132-1)를 포함할 수 있다.In addition, the power supply unit 130 may include a diode 132-1 electrically connected between the output terminal of the thermoelectric converter and the input terminal of the capacitor 132-2.

도 5는 도 1의 제어부를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 6은 도 1의 제어부를 설명하기 위한 회로 구성도이다.FIG. 5 is a block diagram illustrating the control unit of FIG. 1 , and FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the control unit of FIG. 1 .

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는, 전력 공급부에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고, 저장된 전력이 기준값에 도달하면 저장된 전력이 출력되도록 전력 공급부를 제어할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the controller 140 may check whether the power stored in the power supply reaches a preset reference value, and control the power supply so that the stored power is output when the stored power reaches the reference value.

일 예로, 제어부(140)는, 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 센싱하는 센싱부(142), 소정의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부(144), 그리고 센싱된 전력이 기준 전압에 도달하는지를 비교하여 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부(146)를 포함할 수 있다.For example, the controller 140 may include a sensing unit 142 sensing power stored in a storage unit of the power supply unit, a reference voltage generating unit 144 generating a predetermined reference voltage, and the sensed power reaching the reference voltage. It may include a control signal generating unit 146 that generates a control signal by comparing the .

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 센싱부(142)는, 전력 공급부(132)의 캐패시터와 병렬로 연결되는 저항(142)을 포함할 수 있다.Here, as shown in FIG. 6 , the sensing unit 142 may include a resistor 142 connected in parallel with the capacitor of the power supply unit 132 .

그리고, 기준 전압 생성부(144)는, 제1 저항 R1과 제2 저항 R2이 직렬 연결되어 기준 전압을 생성하는 분배 저항을 포함할 수 있다.In addition, the reference voltage generator 144 may include a division resistor in which a first resistor R1 and a second resistor R2 are connected in series to generate a reference voltage.

일 예로, 기준 전압(Ref)은, Ref = X * {R2/(R1+R2)} (여기서, X는 분배 저항에 인가되는 전압값, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.For example, the reference voltage Ref is Ref = X * {R2/(R1+R2)} (where X is a voltage value applied to the divider resistor, R1 is a first resistance value, R2 is a second resistance value) It can be calculated by a formula determined by .

다음, 제어 신호 생성부(146)는, 센싱부(142)로부터 센싱된 전력이 기준 전압에 도달하는지를 비교하여 제어 신호를 생성하는 비교기(146-1)와, 비교기(146-1)로부터 생성된 제어 신호를 전력 공급부(130)의 스위칭부로 전송시키는 다이오드(146-2)를 포함할 수 있다.Next, the control signal generating unit 146 compares whether the power sensed by the sensing unit 142 reaches a reference voltage to generate a control signal by comparing the comparator 146-1 and the comparator 146-1 generated from the comparator 146-1. A diode 146 - 2 for transmitting a control signal to the switching unit of the power supply unit 130 may be included.

즉, 제어부(140)는, 센싱부(142)를 통해 전력 공급부(132)의 저장부에 저장된 전력을 센싱하고, 기준 신호 생성부(144)를 통해 미리 설정된 기준 전압을 생성하며, 제어 신호 생성부(146)를 통해 센싱된 전력이 미리 설정된 기준 전압에 도달하는지를 비교하며, 비교 결과, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 온(on)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 출력시키고, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 오프(off)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력의 출력을 차단할 수 있다.That is, the controller 140 senses the power stored in the storage unit of the power supply unit 132 through the sensing unit 142 , generates a preset reference voltage through the reference signal generation unit 144 , and generates a control signal It is compared whether the power sensed through the unit 146 reaches a preset reference voltage, and as a result of the comparison, when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned on and the power stored in the storage unit of the power supply unit is turned on. output, and when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit may be turned off to cut off the output of the power stored in the storage unit of the power supply unit.

따라서, 본 발명은, 발열부와 열전 변환부를 이용하여 광에 의해 발생된 열을 전력으로 변환하여 수집하고, 수집한 전력이 기준값에 도달하면 전력을 공급함으로써, 사용자의 요구에 따라 센서 등과 같은 특정 소자에 전력을 공급할 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 구동이 가능하다.Accordingly, the present invention converts heat generated by light into electric power using a heat generating unit and a thermoelectric conversion unit and collects it, and supplies power when the collected power reaches a reference value. On-demand type driving that can supply power to the device is possible.

도 7은 본 발명 제2 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 8 및 도 9는 도 7의 열 전달부를 보여주는 구조 단면도이다.7 is a block diagram illustrating an energy collecting device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 8 and 9 are structural cross-sectional views showing the heat transfer unit of FIG. 7 .

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명 제2 실시예에 따른 에너지 수집 장치는, 발열부(110), 열 전달부(150), 열전 변환부(120), 전력 공급부(130), 그리고 제어부(140)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7 , the energy collecting device according to the second embodiment of the present invention includes a heat generating unit 110 , a heat transfer unit 150 , a thermoelectric conversion unit 120 , a power supply unit 130 , and a control unit ( 140) may be included.

여기서, 열 전달부(150)를 제외한 나머지 구성 요소는 본 발명 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.Here, since the remaining components except for the heat transfer unit 150 are the same as those of the first embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명 제2 실시예는, 발열부(110)와 열전 변환부(120) 사이에 열 전달부(150)가 배치될 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the heat transfer unit 150 may be disposed between the heat generating unit 110 and the thermoelectric conversion unit 120 .

여기서, 열 전달부(150)는, 열전도성 그리스(grease)일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.Here, the heat transfer unit 150 may be a thermally conductive grease, but is not limited thereto.

일 예로, 열 전달부(150)는, 소정의 열 전도율을 갖는 단일층일 수도 있지만, 다른 경우로서, 열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층들이 적층될 수도 있다.For example, the heat transfer unit 150 may be a single layer having a predetermined thermal conductivity, but in another case, a plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity may be stacked.

도 8에 도시된 바와 같이, 열 전달부(150)는, 발열부(110)와 열전 변환부(120) 사이에 배치되고, 소정의 열 전도율을 갖는 단일층일 수 있다.As shown in FIG. 8 , the heat transfer unit 150 may be disposed between the heat generating unit 110 and the thermoelectric conversion unit 120 and may be a single layer having a predetermined thermal conductivity.

여기서, 열 전달부(150)는, 발열부(110)에서 생성된 열을 열전 변환부(120)로 전달할 수 있다.Here, the heat transfer unit 150 may transfer the heat generated by the heat generating unit 110 to the thermoelectric conversion unit 120 .

경우에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 열 전달부(150)는, 발열부(110)와 열전 변환부(120) 사이에 배치되고, 열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층들이 적층될 수도 있다.In some cases, as shown in FIG. 9 , the heat transfer unit 150 is disposed between the heat generating unit 110 and the thermoelectric conversion unit 120 , and a plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity may be stacked. may be

여기서, 다수의 열 전달층(150)은, 발열부(110)로부터 멀어지고 열전 변환부(120)에 인접할수록 열전도율이 높은 열 전달층이 배치되고, 열전 변환부(120)로부터 멀어지고 발열부(110)에 인접할수록 열전도율이 낮은 열 전달층이 배치될 수 있다.Here, in the plurality of heat transfer layers 150 , a heat transfer layer having high thermal conductivity is disposed as it moves away from the heat generating unit 110 and is close to the thermoelectric conversion unit 120 , and is farther from the thermoelectric conversion unit 120 and the heat generating unit is disposed. A heat transfer layer having a lower thermal conductivity may be disposed closer to 110 .

일 예로, 다수의 열 전달층(150)은, 발열부(110)로부터 열전 변환부(120) 방향으로, 제1 열 전달층(152), 제2, 열 전달층(154), 제3 열 전달층(156)이 순차적으로 적층될 수 있다.For example, the plurality of heat transfer layers 150 may include a first heat transfer layer 152 , a second heat transfer layer 154 , and a third heat in a direction from the heat generating unit 110 to the thermoelectric conversion unit 120 . The transport layer 156 may be sequentially stacked.

여기서, 다수의 열 전달층(150) 중, 발열부(110)에 인접한 제1 열 전달층(152)의 열 전도율이 가장 낮고, 열전 변환부(120)에 인접한 제3 열 전달층(156)의 열전도율이 가장 높을 수 있다.Here, among the plurality of heat transfer layers 150 , the first heat transfer layer 152 adjacent to the heat generating unit 110 has the lowest thermal conductivity, and the third heat transfer layer 156 adjacent to the thermoelectric conversion unit 120 . may have the highest thermal conductivity.

열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층을 배치하는 이유는, 발열부(110)에서 생성된 열을 손실 없이 효율적으로 균일하고 신속하게 열전 변환부(120)로 전달할 수 있기 때문이다.The reason for disposing the plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity is that the heat generated in the heat generating unit 110 can be efficiently and uniformly and rapidly transferred to the thermoelectric conversion unit 120 without loss.

도 10은 본 발명에 따른 에너지 수집 장치의 투명 단열부를 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining the transparent insulating portion of the energy collecting device according to the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 발열부(110)의 주변에 배치되어 내부 열의 유출을 차단하는 투명 단열부(160)를 더 포함할 수도 있다.As shown in FIG. 10 , the present invention may further include a transparent insulating unit 160 disposed around the heat generating unit 110 to block the outflow of internal heat.

여기서, 투명 단열부(160)는, 발열부(110)를 마주하는 내측면에 무반사(AR) 코팅막(162)이 형성될 수 있다.Here, the transparent heat insulating unit 160, an anti-reflection (AR) coating film 162 may be formed on the inner surface facing the heating unit 110 .

무반사 코팅막을 형성하는 이유는, 외부에서 입사되는 특정 파장대의 광이 무반사 코팅막에 의해 반사되어 손실되지 않고 발열부(110)에 바로 입사되므로 에너지 손실을 줄이면서도 효율을 높일 수 있다.The reason for forming the anti-reflection coating film is that light in a specific wavelength band incident from the outside is directly incident on the heating unit 110 without being reflected and lost by the anti-reflection coating film, thereby reducing energy loss and increasing efficiency.

도 11 내지 도 13은 본 발명 제3 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 도 11은 무선 센서가 부착된 무선 센서 전력 공급 모듈을 보여주는 전면 사시도이고, 도 12는 무선 센서가 부착된 무선 센서 전력 공급 모듈을 보여주는 후면 사시도이며, 도 13은 도 11은 무선 센서가 부착된 무선 센서 전력 공급 모듈을 보여주는 분해도이다.11 to 13 are views for explaining an energy collection device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a front perspective view showing a wireless sensor power supply module to which a wireless sensor is attached, and FIG. It is a rear perspective view showing a wireless sensor power supply module, and FIG. 13 is an exploded view showing a wireless sensor power supply module to which a wireless sensor is attached.

도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 전력 공급부로부터 전력이 공급되면 공급된 전력을 토대로 센싱 기능을 수행하는 무선 센서(170)를 더 포함할 수 있다.11 to 13 , the present invention may further include a wireless sensor 170 that performs a sensing function based on the supplied power when power is supplied from the power supply unit.

여기서, 무선 센서(170)는, 발열부(110), 열 전달부(150), 열전 변환부(120), 투명 단열부(160), 전력 공급부 및 제어부와 함께 일체형으로 패키징되어 무선 센서 전력 공급 모듈(180)을 형성할 수 있다.Here, the wireless sensor 170 is integrally packaged with the heating unit 110 , the heat transfer unit 150 , the thermoelectric conversion unit 120 , the transparent insulation unit 160 , the power supply unit and the control unit to supply power to the wireless sensor. A module 180 may be formed.

경우에 따라, 무선 센서(170)는, 개별적으로 분리되어, 본 발명의 에너지 수집 장치를 통해 전력을 공급받을 수도 있다.In some cases, the wireless sensor 170 may be individually separated and receive power through the energy collecting device of the present invention.

또한, 본 발명은, 무선 센서(170) 이외에도 다양한 기능을 수행하는 디바이스들에 필요한 전력을 공급할 수도 있다.In addition, the present invention may supply power required for devices performing various functions in addition to the wireless sensor 170 .

또 다른 경우로서, 본 발명은, 무선 센서 전력 공급 모듈(180)의 발열부(110)로 특정 파장대의 광을 조사하는 광 조사부를 더 포함할 수도 있다.As another case, the present invention may further include a light irradiator for irradiating light in a specific wavelength band to the heating unit 110 of the wireless sensor power supply module 180 .

여기서, 광 조사부는, 무선 센서 전력 공급 모듈로부터 일정 간격 떨어져 배치되어, 무선 센서 전력 공급 모듈의 발열부(110)로 광을 조사할 수 있다.Here, the light irradiation unit may be disposed at a predetermined distance from the wireless sensor power supply module to irradiate light to the heat generating unit 110 of the wireless sensor power supply module.

이와 같이, 구성되는 무선 센서 전력 공급 모듈(180)에서, 발열부(110)는, 근적외선 파장대의 광에 의해 열이 발생할 수 있다.In the wireless sensor power supply module 180 configured as described above, the heat generating unit 110 may generate heat by light in the near-infrared wavelength band.

여기서, 근적외선 파장대는, 약 900nm ~ 약 1000nm일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.Here, the near-infrared wavelength band may be about 900 nm to about 1000 nm, but is not limited thereto.

즉, 발열부(110)는, 약 900nm ~ 약 1000nm 파장대의 광을 흡수하여 열을 생성하는 물질을 포함할 수 있다.That is, the heating unit 110 may include a material that generates heat by absorbing light in a wavelength range of about 900 nm to about 1000 nm.

또한, 발열부(110)는, 적어도 하나의 발열제와 유기물이 혼합된 혼합물로 이루어질 수 있다.Also, the heat generating unit 110 may be formed of a mixture of at least one heat generating agent and an organic material.

예를 들면, 발열제는, 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO), 헥사고날-보론 나이트라이드(hexagonal-boron nitride, h-BN), 그래핀(graphene), 카본 나노튜브(carbon nanotubes, CNTs) 중 적어도 어느 하나일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.For example, the exothermic agent, graphene oxide (GO), hexagonal-boron nitride (hexagonal-boron nitride, h-BN), graphene (graphene), carbon nanotubes (CNTs) of It may be at least one, but is not limited thereto.

그리고, 유기물은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the organic material may include polydimethylsiloxane (PDMS), but is not limited thereto.

또한, 발열부(110)는, 발열제와 유기물의 혼합 비율이, 1 : 20 ~ 1 : 100일 수 있다.In addition, in the heat generating unit 110, a mixing ratio of the heat generating agent and the organic material may be 1:20 to 1:100.

그 이유는, 발열부(110)에 유기물의 양이 너무 적으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)에 유기물의 양이 너무 많으면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that if the amount of the organic material in the heat generating unit 110 is too small, a deterioration phenomenon occurs and the lifespan is reduced.

또한, 발열부(110)는, 약 0.1mm ~ 약 3mm의 두께를 갖는 필름 타입일 수 있다.Also, the heating unit 110 may be of a film type having a thickness of about 0.1 mm to about 3 mm.

그 이유는, 발열부(110)의 두께가 너무 얇으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)의 두께가 너무 두꺼우면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that, if the thickness of the heating part 110 is too thin, a deterioration phenomenon may occur and the lifespan may be reduced, and if the thickness of the heating part 110 is too thick, the heating characteristics may be deteriorated.

다음, 열전 변환부(120)는, 발열부(110)로부터 발생된 열을 전기로 변환할 수 있다.Next, the thermoelectric conversion unit 120 may convert heat generated from the heat generating unit 110 into electricity.

이어, 발열부(110)와 열전 변환부(120) 사이에는, 열 전달부(150)가 더 배치될 수 있다.Next, a heat transfer unit 150 may be further disposed between the heat generating unit 110 and the thermoelectric conversion unit 120 .

여기서, 열 전달부(150)는, 열전도성 그리스(grease)일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.Here, the heat transfer unit 150 may be a thermally conductive grease, but is not limited thereto.

일 예로, 열 전달부(150)는, 소정의 열 전도율을 갖는 단일층일 수도 있지만, 다른 경우로서, 열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층들이 적층될 수도 있다.For example, the heat transfer unit 150 may be a single layer having a predetermined thermal conductivity, but in another case, a plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity may be stacked.

다음, 전력 공급부는, 열전 변환부(120)로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고, 저장된 전력을 공급할 수 있다.Next, the power supply unit may collect electricity converted from the thermoelectric conversion unit 120 , store power, and supply the stored power.

그리고, 제어부는, 전력 공급부에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고, 저장된 전력이 기준값에 도달하면 저장된 전력이 출력되도록 전력 공급부를 제어할 수 있다.In addition, the controller may check whether the power stored in the power supply unit reaches a preset reference value, and control the power supply unit to output the stored power when the stored power reaches the reference value.

여기서, 제어부는, 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 센싱하고, 센싱된 전력이 미리 설정된 기준 전압에 도달하는지를 비교하며, 비교 결과, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부(130)의 스위칭부를 온(on)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 출력시키고, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 오프(off)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력의 출력을 차단할 수 있다.Here, the control unit senses the power stored in the storage unit of the power supply unit, compares whether the sensed power reaches a preset reference voltage, and as a result of the comparison, when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit 130 is It is turned on to output the power stored in the storage unit of the power supply unit, and when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned off to block the output of the power stored in the storage unit of the power supply unit.

또한, 투명 단열부(160)는, 발열부(110)의 주변에 배치되어 내부 열의 유출을 차단할 수 있다.In addition, the transparent heat insulating unit 160 may be disposed around the heat generating unit 110 to block the outflow of internal heat.

여기서, 투명 단열부(160)는, 발열부(110)를 마주하는 내측면에 무반사(AR) 코팅막이 형성될 수 있다.Here, the transparent heat insulating unit 160, an anti-reflection (AR) coating film may be formed on the inner surface facing the heating unit 110 .

이와 같이, 광 조사부로부터 출사된 광을 수신하는 무선 센서 전력 공급 모듈(180)은, 수신된 광에 의해 발열부(110)가 열을 생성하고, 생성된 열을 전력으로 변환하여 전력을 공급함으로써, 무선 센서 기능을 수행할 수 있다.In this way, the wireless sensor power supply module 180 for receiving the light emitted from the light irradiation unit, the heat generating unit 110 generates heat by the received light, and converts the generated heat into power to supply power. , it can perform a wireless sensor function.

따라서, 본 발명은, 발열부와 열전 변환부를 이용하여 광에 의해 발생된 열을 전력으로 변환하여 수집하고, 수집한 전력이 기준값에 도달하면 전력을 공급함으로써, 사용자의 요구에 따라 센서 등과 같은 특정 소자에 전력을 공급할 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 구동이 가능하다.Accordingly, the present invention converts heat generated by light into electric power using a heat generating unit and a thermoelectric conversion unit and collects it, and supplies power when the collected power reaches a reference value. On-demand type driving that can supply power to the device is possible.

또한, 본 발명은, 무선 센서, 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부를 일체형으로 패키징하여 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성함으로써, 에너지원이 없는 환경에서도 전력을 공급할 수 있다.In addition, according to the present invention, by integrally packaging the wireless sensor, the heat generating unit, the thermoelectric conversion unit, the power supply unit and the control unit to form a wireless sensor power supply module, power can be supplied even in an environment without an energy source.

또한, 본 발명은, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있다.In addition, in the present invention, by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, heat generation characteristics are improved, and power can be efficiently collected by preventing deterioration.

그리고, 본 발명은, 빛, 열 등으로부터 에너지 하베스팅을 위한 주변 에너지원이 없는 환경, 굴뚝과 같이 인체에 유해한 유독 가스가 있는 환경, 유선으로 일일이 연결할 수 없는 넓은 장소를 갖는 환경 등 다양한 곳에 적용이 가능하다.In addition, the present invention is applied to various places, such as an environment where there is no surrounding energy source for energy harvesting from light, heat, etc., an environment with toxic gas harmful to the human body such as a chimney, an environment having a wide place that cannot be individually connected by wire. This is possible.

본 발명은, 환경적 제약이 많은 에너지 하베스팅 기술을 보완하고, 필요에 따라 사용할 수 있는 온 디멘드 타입의 소자 제작이 가능하여 에너지 하베스팅의 적용 분야를 확장할 수 있다.The present invention supplements energy harvesting technology, which has many environmental restrictions, and enables manufacturing of an on-demand type device that can be used as necessary, thereby expanding the field of application of energy harvesting.

도 14는 도 1의 발열부의 혼합 비율에 따른 발열 특성을 설명하기 위한 도표이다.FIG. 14 is a chart for explaining the heating characteristics according to the mixing ratio of the heating part of FIG. 1 .

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 수집 장치는, 발열부에 사용되는 재료에 따라 발열 특성이 조절되며, 그에 따라 생성되는 전력량도 가변되는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 14 , it can be seen that, in the energy collection device according to the present invention, the heating characteristic is adjusted according to the material used for the heating part, and the amount of power generated accordingly is also varied.

에너지 수집 장치의 발열부는, 약 900nm ~ 약 1000nm 파장대의 광을 흡수하여 열을 생성하는 물질을 포함할 수 있는데, 발열부는, 적어도 하나의 발열제와 유기물이 혼합된 혼합물로 이루어질 수 있다.The heating part of the energy collection device may include a material that absorbs light in a wavelength range of about 900 nm to about 1000 nm to generate heat, and the heating part may be made of a mixture of at least one heating agent and an organic material.

여기서, 발열제는, 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO), 헥사고날-보론 나이트라이드(hexagonal-boron nitride, h-BN), 그래핀(graphene), 카본 나노튜브(carbon nanotubes, CNTs) 중 적어도 어느 하나일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.Here, the heating agent, graphene oxide (graphene oxide, GO), hexagonal-boron nitride (hexagonal-boron nitride, h-BN), graphene (graphene), carbon nanotubes (carbon nanotubes, CNTs) at least any It may be one, but is not limited thereto.

그리고, 유기물은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the organic material may include polydimethylsiloxane (PDMS), but is not limited thereto.

또한, 발열부(110)는, 발열제와 유기물의 혼합 비율이, 1 : 20 ~ 1 : 100일 수 있다.In addition, in the heat generating unit 110, a mixing ratio of the heat generating agent and the organic material may be 1:20 to 1:100.

그 이유는, 발열부(110)에 유기물의 양이 너무 적으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)에 유기물의 양이 너무 많으면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that if the amount of the organic material in the heat generating unit 110 is too small, a deterioration phenomenon occurs and the lifespan is reduced.

또한, 발열부(110)는, 약 0.1mm ~ 약 3mm의 두께를 갖는 필름 타입일 수 있다.Also, the heating unit 110 may be of a film type having a thickness of about 0.1 mm to about 3 mm.

그 이유는, 발열부(110)의 두께가 너무 얇으면 열화 현상이 발생하여 수명이 저하되고, 발열부(110)의 두께가 너무 두꺼우면 발열 특성이 저하될 수 있기 때문이다.The reason is that, if the thickness of the heating part 110 is too thin, a deterioration phenomenon may occur and the lifespan may be reduced, and if the thickness of the heating part 110 is too thick, the heating characteristics may be deteriorated.

예를 들면, 도 14와 같이, 발열제인 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)와 유기물인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)를 약 1 : 100의 혼합 비율로 혼합하여 제작된 발열부를 에너지 수집 장치에 배치할 경우, 발열부에 약 980nm 파장을 갖는 적외선을 입사시키면, 발열부의 표면 온도는 약 81.3도로 상승하고, 약 81.3도의 열을 전기로 변환하면, 약 230.16mV의 전력을 수집할 수 있다.For example, as shown in FIG. 14 , a heat generating unit manufactured by mixing graphene oxide (GO) as a heat generating agent and polydimethylsiloxane (PDMS) as an organic material in a mixing ratio of about 1: 100 is applied to the energy collecting device. In the case of arrangement, when infrared rays having a wavelength of about 980 nm are incident on the heating part, the surface temperature of the heating part rises to about 81.3 degrees, and when the heat of about 81.3 degrees is converted into electricity, power of about 230.16 mV can be collected.

또한, 도 14와 같이, 발열제인 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)와 유기물인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)를 약 1 : 20의 혼합 비율로 혼합하여 제작된 발열부를 에너지 수집 장치에 배치할 경우, 발열부에 약 980nm 파장을 갖는 적외선을 입사시키면, 발열부의 표면 온도는 약 150도 이상 상승하고, 약 150도 이상의 열을 전기로 변환하면, 약 235.06mV의 전력을 수집할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 14 , a heat generating unit manufactured by mixing graphene oxide (GO), which is a heat generating agent, and polydimethylsiloxane (PDMS), an organic material, in a mixing ratio of about 1: 20 to be disposed in the energy collection device. In this case, when infrared rays having a wavelength of about 980 nm are incident on the heating part, the surface temperature of the heating part rises by about 150 degrees or more, and when heat of about 150 degrees or more is converted into electricity, power of about 235.06 mV can be collected.

따라서, 본 발명은, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있다.Accordingly, in the present invention, by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, heat generation characteristics are improved and deterioration phenomenon is prevented, thereby efficiently collecting electric power.

도 15는 무선 센서 전력 공급 모듈의 전력 공급에 따른 무선 센서의 동작 타이밍을 보여주는 도면이다.15 is a diagram illustrating an operation timing of a wireless sensor according to power supply of a wireless sensor power supply module.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 전력 공급부로부터 전력이 공급되면 공급된 전력을 토대로 센싱 기능을 수행하는 무선 센서를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 15 , the present invention may include a wireless sensor that performs a sensing function based on the supplied power when power is supplied from the power supply unit.

여기서, 무선 센서는, 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부를 포함하는 에너지 수집 장치와 함께 일체형으로 패키징되어 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성할 수 있다.Here, the wireless sensor may be integrally packaged with an energy collection device including a heat generating unit, a thermoelectric conversion unit, a power supply unit, and a control unit to form a wireless sensor power supply module.

에너지 수집 장치의 제어부는, 전력 공급부에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고, 저장된 전력이 기준값에 도달하면 저장된 전력이 무선 센서로 출력되도록 전력 공급부를 제어할 수 있다.The control unit of the energy collection device may check whether the power stored in the power supply unit reaches a preset reference value, and when the stored power reaches the reference value, control the power supply unit to output the stored power to the wireless sensor.

여기서, 제어부는, 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 센싱하고, 센싱된 전력이 미리 설정된 기준 전압에 도달하는지를 비교하며, 비교 결과, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 온(on)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 무선 센서로 출력시키고, 저장된 전력이 기준 전압에 도달하면 전력 공급부의 스위칭부를 오프(off)시켜 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력의 출력을 차단할 수 있다.Here, the controller senses the power stored in the storage unit of the power supply unit, compares whether the sensed power reaches a preset reference voltage, and turns on the switching unit of the power supply unit when the stored power reaches the reference voltage as a result of the comparison. ) to output the power stored in the storage unit of the power supply unit to the wireless sensor, and when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned off to block the output of the power stored in the storage unit of the power supply unit.

따라서, 무선 센서는, 제어부의 제어에 따라 전력 공급부로부터 전력을 공급받아 동작되어 센서 기능을 수행할 수 있다.Accordingly, the wireless sensor may be operated by receiving power from the power supply unit under the control of the controller to perform a sensor function.

즉, 무선 센서는 전력 공급부의 전력 출력 시간에 대응하여 구동될 수 있다.That is, the wireless sensor may be driven in response to the power output time of the power supply unit.

본 발명은, 무선 센서 이외에도 다양한 가능을 수행하는 디바이스를 구동시킬 수 있다.The present invention can drive a device that performs various functions in addition to the wireless sensor.

도 16은 다수의 무선 센서 전력 공급 모듈을 포함하는 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 도면이다.16 is a diagram for explaining an energy collection device including a plurality of wireless sensor power supply modules.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 무선 센서(170)가 장착된 다수의 무선 센서 전력 공급 모듈(180)과 각 무선 센서 전력 공급 모듈(170)에 배치되는 발열부로 특정 파장대의 광을 조사하는 광 조사부(190)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 16 , the present invention emits light in a specific wavelength band to a plurality of wireless sensor power supply modules 180 equipped with a wireless sensor 170 and a heat generating unit disposed in each wireless sensor power supply module 170 . It may include a light irradiator 190 to irradiate.

여기서, 광 조사부(190)는, 무선 센서 전력 공급 모듈(180)로부터 일정 간격 떨어져 배치되어, 무선 센서 전력 공급 모듈(180)의 발열부로 광을 조사할 수 있다.Here, the light irradiator 190 may be disposed at a predetermined distance from the wireless sensor power supply module 180 to irradiate light to the heating part of the wireless sensor power supply module 180 .

경우에 따라, 광 조사부(190)는, 생성된 광의 출사 방향을 제어하는 방향 제어부(192)를 포함할 수 있다.In some cases, the light irradiation unit 190 may include a direction control unit 192 for controlling the emission direction of the generated light.

일 예로, 광 조사부(190)는, 무선 센서 전력 공급 모듈(180)이 다수 개일 때, 방향 제어부(192)의 제어에 따라 광의 출사 방향을 제어하여 각 무선 센서 전력 공급 모듈(180)의 발열부로 순차적으로 광을 조사할 수 있다.For example, when there are a plurality of wireless sensor power supply modules 180 , the light irradiation unit 190 controls the emission direction of light according to the control of the direction control unit 192 to the heating unit of each wireless sensor power supply module 180 . Light may be irradiated sequentially.

즉, 광 조사부(190)의 주변부에 다수의 무선 센서 전력 공급 모듈(180)이 배치되면, 광 조사부(190)는 방향 제어부(192)에 의해 회전하면서 각 무선 센서 전력 공급 모듈(180)로 순차적으로 광을 조사할 수 있다.That is, when a plurality of wireless sensor power supply modules 180 are disposed in the periphery of the light irradiation unit 190 , the light irradiation unit 190 is rotated by the direction control unit 192 and sequentially to each wireless sensor power supply module 180 . can be irradiated with light.

이 경우, 광 조사부(190)로부터 출사된 광을 수신하는 각 무선 센서 전력 공급 모듈(180)은, 수신된 광에 의해 발열부가 열을 생성하고, 생성된 열을 전력으로 변환하여 전력을 공급함으로써, 무선 센서 기능을 수행할 수 있다.In this case, each wireless sensor power supply module 180 that receives the light emitted from the light irradiator 190 generates heat by the received light, and converts the generated heat into power to supply power. , it can perform a wireless sensor function.

따라서, 본 발명은, 발열부와 열전 변환부를 이용하여 광에 의해 발생된 열을 전력으로 변환하여 수집하고, 수집한 전력이 기준값에 도달하면 전력을 공급함으로써, 사용자의 요구에 따라 센서 등과 같은 특정 소자에 전력을 공급할 수 있는 온 디맨드(On-demand) 타입의 구동이 가능하다.Accordingly, the present invention converts heat generated by light into electric power using a heat generating unit and a thermoelectric conversion unit and collects it, and supplies power when the collected power reaches a reference value. On-demand type driving that can supply power to the device is possible.

또한, 본 발명은, 무선 센서, 발열부, 열전 변환부, 전력 공급부 및 제어부를 일체형으로 패키징하여 무선 센서 전력 공급 모듈을 형성함으로써, 에너지원이 없는 환경에서도 전력을 공급할 수 있다.In addition, according to the present invention, by integrally packaging the wireless sensor, the heat generating unit, the thermoelectric conversion unit, the power supply unit and the control unit to form a wireless sensor power supply module, power can be supplied even in an environment without an energy source.

또한, 본 발명은, 적어도 하나의 발열제와 유기물을 혼합한 발열 재료를 적용함으로써, 발열 특성이 향상되고 열화 현상을 방지하여 효율적으로 전력을 수집할 수 있다.In addition, in the present invention, by applying a heat generating material in which at least one heat generating agent and an organic material are mixed, heat generation characteristics are improved, and power can be efficiently collected by preventing deterioration.

그리고, 본 발명은, 빛, 열 등으로부터 에너지 하베스팅을 위한 주변 에너지원이 없는 환경, 굴뚝과 같이 인체에 유해한 유독 가스가 있는 환경, 유선으로 일일이 연결할 수 없는 넓은 장소를 갖는 환경 등 다양한 곳에 적용이 가능하다.In addition, the present invention is applied to various places, such as an environment where there is no surrounding energy source for energy harvesting from light, heat, etc., an environment with toxic gas harmful to the human body such as a chimney, an environment having a wide place that cannot be individually connected by wire. This is possible.

본 발명은, 환경적 제약이 많은 에너지 하베스팅 기술을 보완하고, 필요에 따라 사용할 수 있는 온 디멘드 타입의 소자 제작이 가능하여 에너지 하베스팅의 적용 분야를 확장할 수 있다.The present invention supplements energy harvesting technology, which has many environmental restrictions, and enables manufacturing of an on-demand type device that can be used as necessary, thereby expanding the field of application of energy harvesting.

이상, 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. Above, it is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다.The present invention described above can be implemented as computer-readable codes on a medium in which a program is recorded. The computer-readable medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of the computer-readable medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., and may also be implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet). also includes In addition, the computer may include a control unit of the terminal.

따라서, 상기의 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.Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

100: 에너지 수집 장치
110: 발열부
120: 열전 변환부
130: 전력 공급부
140: 제어부
150: 열 전달부
100: energy collecting device
110: heating part
120: thermoelectric conversion unit
130: power supply
140: control unit
150: heat transfer unit

Claims (10)

특정 파장대의 광에 의해 열이 발생하는 발열부;
상기 발열부로부터 발생된 열을 전기로 변환하는 열전 변환부;
상기 발열부와 상기 열전 변환부 사이에 배치되는 열 전달부;
상기 발열부의 주변에 배치되어 내부 열의 유출을 차단하는 투명 단열부;상기 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하고, 상기 저장된 전력을 공급하는 전력 공급부; 그리고,
상기 전력 공급부에 저장된 전력이 미리 설정된 기준값에 도달하는지를 확인하고, 상기 저장된 전력이 기준값에 도달하면 상기 저장된 전력이 출력되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 열 전달부는
열 전도율이 서로 다른 다수의 열 전달층을 포함하고,
상기 다수의 열 전달층들은 상기 발열부로부터 멀어지고 상기 열전 변환부에 인접할수록 열전도율이 높은 열 전달층이 배치되고, 상기 열전 변환부로부터 멀어지고 상기 발열부에 인접할수록 열전도율이 낮은 열 전달층이 배치되고,
상기 투명 단열부는
상기 발열부를 마주하는 내측면에 배치되는 무반사 코팅막을 포함하고,
상기 무반사 코팅막은 외부로부터 입사되는 상기 특정 파장대의 광을 반사하여 상기 발열부로 입사하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
a heat generating unit generating heat by light in a specific wavelength band;
a thermoelectric conversion unit converting heat generated from the heating unit into electricity;
a heat transfer unit disposed between the heat generating unit and the thermoelectric conversion unit;
A transparent insulating unit disposed around the heating unit to block the leakage of internal heat; A power supply unit for collecting electricity converted from the thermoelectric conversion unit, storing power, and supplying the stored power; and,
A control unit for checking whether the power stored in the power supply unit reaches a preset reference value, and controlling the power supply unit to output the stored power when the stored power reaches the reference value,
The heat transfer unit
A plurality of heat transfer layers having different thermal conductivity,
In the plurality of heat transfer layers, a heat transfer layer having high thermal conductivity is disposed as it moves away from the heat generating unit and is adjacent to the thermoelectric conversion unit, and a heat transfer layer having low thermal conductivity as it moves away from the thermoelectric conversion unit and close to the heat generating unit is disposed. placed,
The transparent insulation
It includes an anti-reflective coating film disposed on the inner surface facing the heating unit,
The anti-reflection coating layer reflects the light of the specific wavelength band incident from the outside, and energy collection device, characterized in that the incident to the heating unit.
제1 항에 있어서, 상기 발열부는,
근적외선 파장대의 광이 입사될 때, 최대 온도의 열이 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
The method of claim 1, wherein the heating unit,
An energy collecting device, characterized in that when light of a near-infrared wavelength band is incident, heat having a maximum temperature is generated.
제1 항에 있어서, 상기 발열부는,
적어도 하나의 발열제와 유기물이 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
The method of claim 1, wherein the heating unit,
An energy collecting device, characterized in that it is a mixture of at least one heat generating agent and an organic material.
제3 항에 있어서, 상기 발열제와 유기물의 혼합 비율은,
1 : 20 ~ 1 : 100인 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
According to claim 3, wherein the mixing ratio of the heating agent and the organic material,
1: 20 to 1: 100, characterized in that the energy collection device.
제1 항에 있어서, 상기 전력 공급부는,
상기 열전 변환부로부터 변환된 전기를 수집하여 전력을 저장하는 저장부; 그리고,
상기 저장부에 저장된 전력이 출력되도록, 제어 신호에 따라 스위칭되는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
According to claim 1, wherein the power supply unit,
a storage unit for collecting electricity converted from the thermoelectric conversion unit and storing power; and,
and a switching unit switched according to a control signal so that the power stored in the storage unit is output.
제5 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 센싱하고, 상기 센싱된 전력이 미리 설정된 기준 전압에 도달하는지를 비교하며, 상기 비교 결과, 상기 저장된 전력이 상기 기준 전압에 도달하면 상기 전력 공급부의 스위칭부를 온(on)시켜 상기 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 출력시키고, 상기 저장된 전력이 상기 기준 전압에 도달하면 상기 전력 공급부의 스위칭부를 오프(off)시켜 상기 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력의 출력을 차단하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
According to claim 5, wherein the control unit,
The power stored in the storage unit of the power supply is sensed, and whether the sensed power reaches a preset reference voltage is compared, and as a result of the comparison, when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned on ( on) to output the power stored in the storage unit of the power supply, and when the stored power reaches the reference voltage, the switching unit of the power supply unit is turned off to block the output of the power stored in the storage unit of the power supply unit Energy collection device, characterized in that.
제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 전력 공급부의 저장부에 저장된 전력을 센싱하는 센싱부;
소정의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부; 그리고,
상기 센싱된 전력이 상기 기준 전압에 도달하는지를 비교하여 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
According to claim 1, wherein the control unit,
a sensing unit for sensing power stored in the storage unit of the power supply unit;
a reference voltage generator generating a predetermined reference voltage; and,
and a control signal generator configured to generate a control signal by comparing whether the sensed power reaches the reference voltage.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 전력 공급부로부터 전력이 공급되면 상기 공급된 전력을 토대로 센싱 기능을 수행하는 무선 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.
According to claim 1,
When power is supplied from the power supply unit, the energy collection device further comprising a wireless sensor that performs a sensing function based on the supplied power.
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