KR20100024877A - 고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치에 관한 것으로, 그 주요 구성은, 고탄성진동자(1)와, 상기 고탄성진동자(1) 하단에 연결 설치되어, 고탄성진동자(1)의 진동을 전달 받아 전기적 에너지로 변화하도록 구성되는 압전소자(5) 또는 고탄성 진동자에 압전소자를 코팅하여 자체 소자구조를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 하나의 고탄성진동자(1)와 하나의 압전소자(5)는 발전단위체(10)를 구성하도록 하고, 이 발전단위체(10)의 조합으로 단위 셀(3)을 구성하도록 하고, 셀(3)의 조합으로 단위 모듈(3)이 이루어지게 구성하는 것을 특징으로 하며, 상기한 고탄성진동자(1)는 니켈-티타늄 합금에 폴리머 코팅을 한 것으로 이루어 지는 것을 특징으로 하며, 상기한 고탄성진동자(1)는 나노 또는 마이크로 급 진동자로 이루어 지는 것을 특징으로 한다. 진동자에 의한 전력발생장치는 도6에 나타낸 바와 같이 소형크기의 독립전원용 RFID 리더기에 적용될 수 있다.

풍력, 고탄성, 진동자, 전기

Description

고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치{ELECTRIC GENERATION APPARATUS HAVING ELASTIC VIBRATOR USING WIND POWERG}

본 발명은 풍력을 이용한 발전 장치에 관한 것으로, 특히 바람이 진동자에 진동을 야기시켜 전기를 포집할 수 있는 고탄성 진동자를 이용한 전기발전장치에 관한 것이다

종래 경우 풍력 발전 시스템을 구비하기 위하여는 거대한 프로펠러와 이 프로펠라에서 생성되는 전기를 포집하기 위한 복잡한 시스템 시설이 요구되어 그 시설비 및 가동비가 매우 많이 들어 간다

또한 풍력 발전기는 바람이 많고 바람의 세기가 큰 곳에 설치하여야 하는 등 여러 제한이 많다. 또한 매우 큰 면적을 차지하며 그 소음이 매우 커 주택가에는 설치 할 수 없다.

본 발명은 작은 바람에도 작동이 가능하고 소형으로 저렴하게 제작 가능하고 일반 가정의 주택, 건축물, 기타 독립전원에도 임의로 편리하게 설치 가능한 혁신적인 풍력 발전 시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 주요 구성은, 고탄성진동자(1)와, 상기 고탄성진동자(1) 하단에 연결 설치되어, 고탄성진동자(1)의 진동을 전달 받아 전기적 에너지로 변화하도록 구성되는 압전소자(5)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 하나의 고탄성진동자(1)와 하나의 압전소자(5)는 발전단위체(10)를 구성하도록 하고, 이 발전단위체(10)의 조합으로 단위 셀(3)을 구성하도록 하고, 셀(3)의 조합으로 단위 모듈(3)이 이루어지게 구성하는 것을 특징으로 하며, 상기한 고탄성진동자(1)는 니켈-티타늄 합금에 폴리머 코팅을 한 것으로 이루어 지는 것을 특징으로 하며, 상기한 고탄성진동자(1)는 나노 또는 마이크로 급 진동자로 이루어 지는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 고탄성진동자(1)에 압전소자 물질로 이루어지는 압전소자코팅층(21)과 도전성물질로 이루어지는 도전코팅층(22)이 코팅되어, 진동에 의한 기계적 변형을 전기적 에너지로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 풍력발전의 거대한 발전 시스템을 소형화 가능하며, 풍속 이 약한 곳에도 설치 가능하며, 소음이 거의 없고, 각 집, 건물 등 단위 공간으로 내재화가 가능하다.

본 발명에 의하면 기존의 태양광 발전 설비 시스템을 활용 가능하고, 환경친화적이며, 경제적으로도 지극히 효율적인 발전시스템이다.

도 1 은 본 발명에 따른 진동자 풍력 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 예를 들어 건축물의 지붕에 여러 개의 모듈(13)로 이루어지는 발전장치(2)가 설치되고, 모듈(13)에는 많은 고탄성진동자(1)가 설치된다

그리하여 바람이 불면 고탄성진동자(1)가 진동을 일으키고 이 진동을 압전소자(5)에 전달되어 전기적 에너지로 변환시킨다. 이때, 예를 들어 수직하게 세워진 고탄성진동자(1) 구조는 외부 바람에 의해 진동이 용이하도록 다양한 설계가 가능하다.

예를 들어 도 2 에 도시한 바와 같이, 고탄성진동자(1)에 추가로 날개(31)를 더 설치하여 고탄성진동자(1)의 진동이 더욱 효율적으로 즉, 작은 바람에도 쉽게 진동될 수 있게 구성할 수 있다

고탄성진동자(1)의 재질은 예를 들어, 니켈-티타늄합금을 이용한다. 이 재질을 사용하면, 작은 바람에도 매우 진동이 크게 발생하며 탄성이 우수하고 견고하다

이에 의해 발생되는 주파수는 50-53키로헤르츠이다. 니켈-티타늄합금에 폴리 머 코팅을 하면 더욱 탄성이 좋아지므로 바람직하며 발생 주파수를 제어 가능하다.

고탄성진동자(1)는 예를 들어 길이를 5-20mm 정도로 하고 두께는 100마이크로미터 정도로 만든다

진동에너지를 전기적 에너지로 변환하는데 있어, 이 전기적 에너지 변환장치는 도 2 에서 보듯이, 압전 등의 기존의 전기 포집장치를 이용할 수도 있고, 또는 나노 또는 마이크로 급 배선기술을 이용하여 직렬배열 및 위상차 극복 배선 설계를 통하여 전기에너지 축적이 가능하다. 도 7 은 파워하베스팅(전기 포집)의 기본 회로도를 예시한다. 그 외 여러 어떠한 구성도 가능함은 물론이다

도 2 에서는 고탄성진동자(1)와 압전소자(5)와의 연결 구성을 2 가지 형태로 나타내었다

도 2 의 도면과 같이, 하나의 고탄성진동자(1)와 하나의 압전소자(5)가 조합되어 하나의 발전단위체(10)가 구성되고, 이들 각각의 발전단위체(10)가 조합되어 단위 셀(3)에 나란히 배열되게 구성한다

그리하여, 셀(3)에 바람이 통과하면 고탄성진동자(1)에 진동이 발생하여 그 진동이 압전소자(5)에 전달되어 전기를 생성하게 구성한다.

참고로, 압전소자를 이용한 발전 기술은 이미 공개된 기술이며, 예를 들어 한국공개특허공부 1999-4764 호의 "압전형 발전기 및 그 제조 방법"에 관한 것이 있으며, 또한 다른 예를 들어 특허등록 10-720141 호의 "압전형 발전기"가 공개되어 있으므로 압전 소자에 의한 발전 기술을 이용한 본 발명은 실현 가능한 기술이다.

실제 예를 들어, 직경 100마이크로미터의 고탄성진동자(1)을 갖는 발전단위체(10)에서는 예를 들어, 3mW 까지 전력 양산 가능하므로, 1평방미터 모듈에 25×1,000,000개 배열하면 최대 75키로와트 까지 발전 가능하다

이와 같이, 모듈 또는 블록 등의 형상으로 건물 등 단위 공간 내,외부에 효과적으로 부착가능하도록 제작할 수 있다. 예를 들어, 도 3 은 모듈을 연결한 것을 예시한다

고탄성진동자로 사용할 수 있는 다른 재료의 예를 들면, 마이크로파이버-나노선이 있는데, 이것은 초극세 섬유간 마찰로 전기 에너지가 발생한다.

이것은 나노 섬유에 의한 고집적화가 가능하며 전기에너지 집적도 향상 가능하다.

도 4 는 고탄성진동자에 압전소자코팅물질과 도전소자물질이 코팅된 구조를 나타낸다.

고탄성진동자(1) 양면에 압전소자를 코팅하여 그 양면에 압전소자코팅층(21)이 형성되게 하고, 그 외면에 구리 등의 물질로 이루어지는 도전코팅층(22)을 형성한다. 이와 같이 고탄성 진동자 표면에 ZnO 등과 같은 압전소재를 코팅하여 진동자 자체를 소자화할 수 있다. 또한, 압전소재가 코팅된 진동자 구조에 추가로 Cu와 같은 도전체를 더 코팅할 수 있다

상기 구성에 의하면, 외부 풍력에 의해 전달된 기계적 변형이 전기를 발생시키는 구조를 제공할 수 있다

도 5 는 본 발명의 적용을 예시한 것으로, 발전 모듈셀(13)이 독립전원을 구성할 때 접근가능한 회로도를 예시한다

도 6 은 실제로 RFID리더기 제품을 구성할 때 전원부분은 본 발명에서 제시한 고탄성진동자가 조립된 모듈(13), RF, 센서, 콘트롤러, 안테나로 구성된 구조이다.

그 외 여러 적용 가능한 실시 예로 여러 형태로 적용 가능함은 물론이다

도 1 은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 도면

도 2 는 본 발명에 의한 발전 원리를 설명하기 위한 도면

도 3 는 본 발명에 따라 고탄성진동자를 이용하여 전기 발전을 위한 모듈(3)을 구성한 것을 예시하는 도면

도 4 는 고탄성진동자(1)의 다른 구성 예를 설명하기 위한 도면

도 5 및 도 6 은 본 발명의 적용 예를 설명하기 위한 도면

도 7 은 본 발명을 이용하여 전기포집(파워하베스팅)하는 것에 대한 기본 회로도를 예시하는 도면

Claims (5)

1. 고탄성진동자(1)와,

   상기 고탄성진동자(1) 하단에 연결 설치되어, 고탄성진동자(1)의 진동을 전달 받아 전기적 에너지로 변화하도록 구성되는 압전소자(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고탄성진동자(1)에 압전소자 물질로 이루어지는 압전소자코팅층(21)과 도전성물질로 이루어지는 도전코팅층(22)이 코팅되어, 진동에 의한 기계적 변형을 전기적 에너지로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고탄성진동자를 이용한 풍력발전장치
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기한 하나의 고탄성진동자(1)와 하나의 압전소자(5)는 발전단위체(10)를 구성하도록 하고, 이 발전단위체(10)의 조합으로 단위 셀(3)을 구성하도록 하고, 셀(3)의 조합으로 단위 모듈(13)이 이루어지게 구성하는 것을 특징으로 하는 고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 고탄성진동자(1)는 니켈-티타늄 합금에 폴리머 코팅을 한 것으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치
5. 제 1 항에 있어서,

   상기한 고탄성진동자(1)는 나노 또는 마이크로 급 진동자로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 고탄성 진동자를 이용한 풍력발전 장치

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