KR20110111051A - Energy harvesting system using the temperature difference of human-environment relations - Google Patents

Energy harvesting system using the temperature difference of human-environment relations Download PDF

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Abstract

에너지 하베스팅 시스템이 게시된다. 상기에너지 하베스팅 시스템은 의복 외측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 외측의 온도를 검출하는 제1정션부; 의복의 내측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 내측의 온도를 검출하는 제2정션부; 상기 제1정션부와 상기 제2정션부의 출력신호들을 수신하고, 상기 제1정션부와 상기 제2정션부 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생하는 에너지 하비스터부; 상기 에너지 하비스터부로부터 전력을 수신하여 저장하는 배터리부; 및 상기 배터리부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함한다.An energy harvesting system is posted. The energy harvesting system is mounted on the outer side of the garment made of a thermoelectric material for detecting the temperature of the outer side of the garment; A second junction part mounted on the inner side of the garment and made of a thermoelectric material to detect a temperature of the inner side of the garment; An energy harvester unit configured to receive output signals of the first junction unit and the second junction unit, and generate power based on a temperature difference between the first junction unit and the second junction unit; A battery unit for receiving and storing power from the energy harvester unit; And a microprocessor for controlling the battery unit.

Description

인체-환경간 온도차를 이용한 에너지 하베스팅 시스템{Energy harvesting system using the temperature difference of human-environment relations}Energy harvesting system using the temperature difference of human-environment relations}

본 발명은 인체-환경간 온도차를 이용한 에너지 하베스팅 시스템 및 그 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 유연기판의 열전소자(thermopile)를 이용하여 의복의 내외 온도차를 전기적 에너지로 변환하여 저장하는 인체-환경 간 온도차 기반의 에너지 하베스팅 시스템, 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting system and a method using a temperature difference between the human body and the environment, and more particularly, a human body for converting and storing a temperature difference between clothing into and out of the garment using a thermopile of a flexible substrate. An energy harvesting system based on temperature difference between environments, and a method thereof.

에너지 하베스팅(환경 발전) 기술은 운동 에너지나 광에너지, 열에너지라고 하는 환경 에너지를 압전 소자나 태양전지, 열전소자, 전자 유도등을 이용하여 전력으로 변환하는 것을 말한다. 이렇게 해서 얻은 전력은 축전되어 무선 커뮤니케이션 인터페이스를 탑재한 센서나 감시장치, 제어장치의 전원으로서 이용된다.Energy harvesting (environmental power generation) technology refers to the conversion of environmental energy such as kinetic energy, light energy, and thermal energy into electric power using piezoelectric elements, solar cells, thermoelectric elements, and electromagnetic induction. The electric power thus obtained is stored and used as a power source for a sensor, a monitoring device, and a control device equipped with a wireless communication interface.

에너지 하베스팅 기술에서 현재 새로운 분야로서 일어나고 있는 것은 효율을 큰 폭으로 높인 전력 변환 IC나 전력제어 IC, 그리고 혁신적인 축전기술로서 저비용이며 저소비인 전력의 IC를 조합하고 환경 발전에 의해서 얻을 수 있는 단위 전력 당의 기능을 높인 솔루션이 최근에 등장하기 시작하고 있다.What is currently happening as a new field in energy harvesting technology is the combination of power conversion ICs and power control ICs with greatly increased efficiency, and low cost and low power ICs as innovative power storage technologies. Solutions that increase the function of the party are starting to emerge recently.

민생기기의 분야에서는 열에너지나 운동 에너지를 이용한 의료용 어플리케이션의 개발, 태양전지를 탑재한 Bluetooth 단말기, 태양전지를 전력원으로 하는 휴대 전화기용 충전기 등에 관한 연구가 현재 다양하게 이루어지고 있다.In the field of consumer devices, various researches are currently being conducted on the development of medical applications using thermal energy or kinetic energy, Bluetooth terminals equipped with solar cells, and chargers for mobile phones using solar cells as a power source.

에너지 하베스팅 모듈은 예를 들면, 미국 Texas Instruments사는 저소비 전력 마이크로컴퓨터 'MSP430'에 미국 AdaptiveEnergy사나 영국 Perpetuum사 등이 보유하는 변환 기술이나, 미 Cymbet사의 혁신적인 배터리 기술 등을 조합한 에너지 하베스팅 모듈인 'Joule-Thief'를 기기 메이커에 공급하고 있다. 그러나 아직까지 의복에 적용한 에너지 하베스팅 시스템은 어디에도 찾아 볼 수 없었다.For example, the energy harvesting module is an energy harvesting module that combines a low-power microcomputer 'MSP430' with conversion technology owned by American AdaptiveEnergy, Perpetuum, etc., or innovative battery technology of Cymbet, USA. It is supplying 'Joule-Thief' to device makers. However, no energy harvesting system has ever been found in clothing.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 의복에 장착되는 열전소자의 각각 내부와 외부에 장착되는 제1정션부와 제2정션부의 온도차를 크게 함으로 에너지 하베스팅 효율을 높일 수 있는 에너지 하베스팅 시스템, 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is an energy harvesting system that can increase the energy harvesting efficiency by increasing the temperature difference between the first junction portion and the second junction portion respectively mounted inside and outside the thermoelectric elements mounted on the garment, And a method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 일반 환경에서도 의류, 물품에 부착가능하게 제작하거나 휴대할 수 있도록 제작하여 일상 생확에서도 에너지를 하베스팅할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템, 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an energy harvesting system, and a method for harvesting energy in everyday life by making it possible to manufacture or to attach to clothing, articles in a general environment. have.

발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 의복 외측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 외측의 온도를 검출하는 제1정션부; 의복의 내측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 내측의 온도를 검출하는 제2정션부; 상기 제1정션부와 상기 제2정션부의 출력신호들을 수신하고, 상기 제1정션부와 상기 제2정션부 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생하는 에너지 하비스터부; 상기 에너지 하비스터부로부터 전력을 수신하여 저장하는 배터리부; 및 상기 배터리부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함한다.Energy harvesting system according to an embodiment of the invention is mounted to the outer side of the garment made of a thermoelectric material for detecting the temperature outside the garment; A second junction part mounted on the inner side of the garment and made of a thermoelectric material to detect a temperature of the inner side of the garment; An energy harvester unit configured to receive output signals of the first junction unit and the second junction unit, and generate power based on a temperature difference between the first junction unit and the second junction unit; A battery unit for receiving and storing power from the energy harvester unit; And a microprocessor for controlling the battery unit.

상기 에너지 하베스팅 시스템은 상기 제1정션부와 상기 제2정션부가 장착되는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 의복의 외측에 접촉되어 열에너지, 및 광에너지를 흡수할 수 있는 흡광 축열 소재로 구성된 제1하우징부; 및 의복의 내측에 접촉되어 상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 하우징 내부로 반사할 수 있는 열반사 소재로 구성된 제2하우징부를 포함한다.The energy harvesting system includes a housing in which the first junction portion and the second junction portion are mounted, and the housing is configured to include a first absorbing heat storage material capable of absorbing thermal energy and light energy by contacting an outer side of the garment. A housing part; And a second housing part made of a heat reflection material that is in contact with the inside of the garment and can reflect the absorbed heat energy and light energy into the housing.

상기 제1정션부는 냉각 시스템 구조를 가지고, 상기 제2정션부는 축열 보온 시스템 구조를 가진다. 상기 제1정션부는 콜드정션(cold junction)이고, 상기 제2정션부는 핫정션(hot junction)이다. 상기 에너지 하베스팅 시스템은 유연 기판으로 제작된다. The first junction has a cooling system structure, and the second junction has a heat storage insulating system structure. The first junction is a cold junction, and the second junction is a hot junction. The energy harvesting system is made of a flexible substrate.

발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템 모듈은 각각이 제1정션부 및 제2정션부를 포함하는 적어도 하나의 열전소자; 대응되는 열전소자의 제1정션부와 제2정션부의 출력신호를 수신하고 상기 제1정션부와 상기 제2정션부 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생하는 적어도 하나의 에너지 하비스터; 상기 에너지 하비스터로부터 출력되는 전력을 수신하여 저장하는 배터리부; 및 상기 배터리부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함한다.An energy harvesting system module according to an embodiment of the present invention includes at least one thermoelectric element each including a first junction portion and a second junction portion; At least one energy harvester for receiving output signals of a first junction portion and a second junction portion of a corresponding thermoelectric element and generating power based on a temperature difference between the first junction portion and the second junction portion; A battery unit configured to receive and store power output from the energy harvester; And a microprocessor for controlling the battery unit.

상기 에너지 하베스팅 시스템 모듈은 열전소자의 상기 제1정션부와 상기 제2정션부가 장착되는 각각의 하우징들을 포함하고, 상기 각각의 하우징들은 의복의 외측에 접촉되어 열에너지, 및 광에너지를 흡수할 수 있는 흡광 축열 소재로 구성된 제1하우징부; 및 의복의 내측에 접촉되어 상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 하우징 내부로 반사할 수 있는 열반사 소재로 구성된다.The energy harvesting system module includes respective housings in which the first junction portion and the second junction portion of the thermoelectric element are mounted, and the respective housings may be in contact with an outer side of the garment to absorb thermal energy and light energy. A first housing made of a light absorbing heat storage material; And a heat reflection material that is in contact with the inside of the garment and can reflect the absorbed heat energy and light energy into the housing.

상기 제1정션부는 냉각 시스템 구조를 가지고, 상기 제2정션부는 축열 보온 시스템 구조를 가진다. 상기 제1정션부는 콜드정션(cold junction)이고, 상기 제2정션부는 핫정션(hot junction)이다. 상기 에너지 하베스팅 시스템 모듈은 유연 기판으로 제작된다.The first junction has a cooling system structure, and the second junction has a heat storage insulating system structure. The first junction is a cold junction, and the second junction is a hot junction. The energy harvesting system module is made of a flexible substrate.

본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법은 외부로부터 입사되는 열에너지, 광에너지를 흡수하는 단계; 상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 하우징 내부에서 반사시켜 하우징 내부 온도를 높이는 단계; 의복의 외측의 온도와 의복 내측의 온도를 검출하는 단계; 상기 검출된 의복 외측의 온도와 의복 내측의 온도 차에 기초하여 전력을 발생하는 단계; 및 상기 발생된 전력을 저장하는 단계를 포함한다.Energy harvesting method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of absorbing heat energy, light energy incident from the outside; Reflecting the absorbed thermal energy and light energy in the housing to increase the internal temperature of the housing; Detecting a temperature outside the garment and a temperature inside the garment; Generating power based on the detected temperature outside the garment and a temperature difference inside the garment; And storing the generated power.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에너지 하베스팅 시스템은 열전소자의 제1정션부와 제2정션부의 온도차를 크게 함으로써 에너지의 하베스팅 효율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.The energy harvesting system using the thermoelectric device according to the present invention has an effect of improving the harvesting efficiency of energy by increasing the temperature difference between the first junction and the second junction of the thermoelectric device.

또한, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에너지 하베스팅 시스템은 의류, 물품 등에 부착하거나 휴대용으로 제작하여 일상생활에서도 열전소자를 이용하여 에너지를 저장할 수 있는 효과가 있다.In addition, the energy harvesting system using a thermoelectric device according to the present invention has the effect of storing energy by using a thermoelectric element in everyday life by attaching to clothes, articles or the like and portable.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도1은 일반적인 열전소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 열전소자 하우징의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법을 나타내는 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.
1 is a view for explaining the operation of a general thermoelectric element.
2 is a view showing an embodiment of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the operation of the thermoelectric housing shown in FIG.
4 is a view showing an energy harvesting system module according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an energy harvesting method according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도1은 일반적인 열전소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 일반적으로 열전소자(10)는 특성이나 성질이 서로 다른 금속으로 구성되고, 서로 다른 두 금속(11, 12)의 각각의 양단이 접속되어 제1정션부(13), 및 제2정션부(14)를 형성한다. 상기 제1정션부(13)는 콜드정션(cold junction)이고, 상기 제2정션부(14)는 핫정션(hot junction)이다.1 is a view for explaining the operation of a general thermoelectric element. Referring to FIG. 1, a thermoelectric element 10 generally includes metals having different characteristics or properties, and both ends of two different metals 11 and 12 are connected to each other to form a first junction 13, and The second junction 14 is formed. The first junction 13 is a cold junction, and the second junction 14 is a hot junction.

상기 열전소자(10)는 제1정션부(13), 및 상기 제2정션부(14)의 온도차가 발생하게 되면 두 금속 사이로 폐회로가 형성되고 전류가 흐르게 된다. 예컨대, 상기 제1정션부(13)의 온도가 'T'도이고, 상기 제2정션부(14)의 온도가 'T+ΔT'도일 때, 상기 제1정션부(13)과 상기 제2정션(14)은 'ΔT'도 만큼의 온도차가 발생하게 되고 그 온도차(ΔT)에 상응하는 전압이 발생한다. 그리고, 상기 제1정션부(13)와 상기 제2정션부(14)의 온도차를 더 크게 하면, 그에 상응하여 더 많은 전압을 발생하게 된다.When the temperature difference between the first junction 13 and the second junction 14 occurs in the thermoelectric element 10, a closed circuit is formed between the two metals, and a current flows. For example, when the temperature of the first junction 13 is 'T' degrees and the temperature of the second junction 14 is 'T + ΔT' degrees, the first junction 13 and the second The junction 14 generates a temperature difference as much as 'ΔT' degrees and a voltage corresponding to the temperature difference ΔT. In addition, when the temperature difference between the first junction 13 and the second junction 14 is greater, more voltage is generated correspondingly.

그런데, 일반적인 환경에서는 상기 제1정션부(13)와 상기 제2정션부(14)의 온도차가 미약하여 전압을 발생하는 데에 있어 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 또한, 의복 등에 부착하여 사용하는 데에 있어서 어려움이 있고, 전기 에너지로 변화하는 효율이 떨어지는 문제가 있었다.However, in a general environment, the temperature difference between the first junction portion 13 and the second junction portion 14 is weak and there is a problem in that efficiency is low in generating a voltage. In addition, there is a problem in attaching and using clothes, etc., and there is a problem that the efficiency of changing into electrical energy is inferior.

따라서, 일반적인 환경에서도 상기 제1정션부(13)와 상기 제2정션부(14)의 온도차를 크게하여 에너지 하베스팅 효율을 높여 일상의 환경에서도 의복 등에 열전소자를 이용하여 에너지를 하베스팅 할 수 있는 시스템 및 방법이 요구된다.Therefore, in the general environment, the temperature difference between the first junction 13 and the second junction 14 may be increased to increase energy harvesting efficiency, and thus, energy may be harvested using thermoelectric elements in clothes or the like even in everyday environments. Systems and methods are required.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 실시예를 나타낸다. 도 3은 도 2에 하우징을 설명하기 위한 도면이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 상기 에너지 하베스팅 시스템(100)은 제1정션부(111)와 제2정션부(112)를 포함하는 열전소자(110), 상기 제1정션부(111)와 상기 제2정션부(112)의 온도차를 크게 하기 위한 열전소자 하우징(120), 에너지 하비스터(130), 및 배터리부(140)를 포함한다. 2 shows an embodiment of an energy harvesting system according to an embodiment of the invention. 3 is a view for explaining the housing in FIG. 2 and 3, the energy harvesting system 100 includes a thermoelectric element 110 including a first junction portion 111 and a second junction portion 112, and the first junction portion 111. And a thermoelectric element housing 120, an energy harvester 130, and a battery part 140 to increase the temperature difference between the second junction part 112.

상기 열전소자(110)는 서로 다른 재질을 가지는 두 개의 금속이 쌍으로 이루어져 제1정션(111)과 제2정션부(112)를 형성한다. 상기 제1정션부(111)는 의복 외측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 외측의 온도를 검출한다. 상기 제2정션부(112)는 의복 내측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 내측의 온도를 검출한다. The thermoelectric element 110 is formed of a pair of two metals having different materials to form a first junction 111 and a second junction portion 112. The first junction 111 is mounted on the outer side of the garment and made of a thermoelectric material to detect the temperature of the outer side of the garment. The second junction 112 is mounted inside the garment and is made of a thermoelectric material to detect the temperature inside the garment.

상기 열전소자 하우징(120)은 소재가 서로 다른 제1하우징부(121), 및 제2하우징부(122)를 포함하고, 상기 열전소자(110)가 장착된다. 상기 열전소자의 제1정션부는(111) 상기 열전소자 하우징(120) 외측 장착되고, 상기 제2정션부(112)는 상기 열전소자 하우징(120) 내부에 장착된다. The thermoelectric element housing 120 includes a first housing portion 121 and a second housing portion 122 with different materials, and the thermoelectric element 110 is mounted. The first junction portion 111 of the thermoelectric element 111 is mounted outside the thermoelectric element housing 120, and the second junction portion 112 is mounted inside the thermoelectric element housing 120.

상기 열전소자 하우징(120)은 외부로부터 수신되는 열에너지 또는 광에너지를 내부로 입사시키고, 상기 내부로 입사된 열에너지에 기초하여 내부 온도를 상승시킨다. 좀더 상세히 설명하면, 일반적인 열전소자(110)에서 상기 열전소자(110)가 장착된 의복 외측의 온도가 'T'도이고, 의복 내측의 온도가 'T+ΔT'도일 때, 본 발명에 따른 상기 열전소자 하우징(120) 내부의 온도는 'T+ΔT+α'로 상승하게 된다.The thermoelectric element housing 120 receives heat energy or light energy received from the outside into the inside, and increases an internal temperature based on the heat energy incident into the inside. In more detail, in the general thermoelectric element 110, when the temperature of the outer side of the garment on which the thermoelectric element 110 is mounted is 'T' degree, and the temperature of the inner side of the garment is 'T + ΔT' degree, according to the present invention. The temperature inside the thermoelement housing 120 rises to 'T + ΔT + α'.

상기 제1하우징부(121)는 의복 외측에 접촉되어 열에너지, 및 광에너지를 흡수하여 상기 열전소자 하우징(120) 내부로 입사시킨다. The first housing 121 contacts the outer side of the garment to absorb thermal energy and light energy to enter the thermoelectric housing 120.

상기 제2하우징부(122)는 의복 내측에 위치하여 상기 제1하우징부(121)를 통하여 내부로 입사된 열에너지, 및 광에너지를 상기 열전소자 하우징(120) 내부로 반사시켜 상기 열전소자(110) 내부 온도를 상승시킨다. 상기 제1하우징부(121)는 열에너지, 및 광에너지를 입사시킬 수 있는 흡광 축열 소재로 구성되고, 상기 제2하우징부(122)는 내부로 입사된 열너지, 및 광에너지를 반사시킬 수 있는 열반사 소재(예컨대, 알루미늄 코팅소재)로 구성된다. 상기 열전소자 하우징(120)은 파우치형 형상으로 구현될 수 있다.The second housing part 122 is located inside the garment and reflects thermal energy and light energy incident therein through the first housing part 121 to the inside of the thermoelectric device housing 120 to thereby heat the thermoelectric element 110. ) Increase the internal temperature. The first housing 121 is composed of a heat absorbing heat storage material that can inject thermal energy and light energy, and the second housing 122 can reflect thermal energy and light energy incident therein. It is composed of a heat reflection material (for example, aluminum coating material). The thermoelectric element housing 120 may be implemented in a pouch shape.

상기 에너지 하비스터(130)는 상기 제1정션부(111)와 상기 제2정션부(112)의 출력신호들을 수신하고, 상기 제1정션부(111)와 상기 제2정션부(112) 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생한다.The energy harvester 130 receives the output signals of the first junction 111 and the second junction 112, and between the first junction 111 and the second junction 112. Generates power based on the temperature difference of.

좀더 상세히 설명하면, 예컨대 의복 외측의 온도가 'T'도이고, 의복 내측의 온도, 즉 열전소자 하우징(120) 내부의 온도가 'T+ΔT+α'도일 때, 상기 제1졍션부(111)는 'T'도의 의복 외측 온도, 즉 열전소자 하우징(120) 외측의 온도를 검출하고, 상기 제2정션부(112)는 'T+ΔT+α'도의 열전소자 하우징(120) 내측의 온도를 검출한다. 결국, 상기 열전소자(110)는 상기 제1정션부(111)와 상기 제2정션부(112)가 검출한 온도의 차인 'ΔT+α'만큼의 온도에 상응하는 출력신호를 출력한다.In more detail, for example, when the temperature outside the garment is 'T' degrees, and the temperature inside the garment, that is, the temperature inside the thermoelectric element housing 120 is 'T + ΔT + α' degrees, the first section 111 ) Detects the outer temperature of the garment at the 'T' degree, that is, the temperature outside the thermoelectric element housing 120, and the second junction 112 measures the temperature inside the thermoelectric element housing 120 at the 'T + ΔT + α' degree. Detect. As a result, the thermoelectric element 110 outputs an output signal corresponding to a temperature of 'ΔT + α', which is a difference between the temperatures detected by the first junction 111 and the second junction 112.

상기 에너지 하비스터(130)는 상기 출력신호에 기초하여 제1정션부(111)와 제2정션부(112)의 온도차인 'ΔT+α'에 상응하는 전력을 발생하여 출력한다. 상기 제1정션부(111)는 콜드정션(Cold junction)이고, 상기 제2정션부(112)은 핫 정션(hot junction)으로 구현된다.The energy harvester 130 generates and outputs power corresponding to 'ΔT + α', which is a temperature difference between the first junction 111 and the second junction 112 based on the output signal. The first junction 111 is a cold junction, and the second junction 112 is implemented as a hot junction.

상기 배터리부(140)는 상기 에너지 하비스터(130)로부터 출력되는 전력을 수신하여 저장한다. 상기 배터리부(140)는 상기 에너지 하베스팅 시스템에 필요한 소규모 전력을 공급할 수 있는 충방전 시스템으로 구현될 수 있고, 에너지 하베스팅 시스템 외부에 별도로 구현될 수 있다. 상기 에너지 하베스팅 시스템(100)은 유연 기판으로 구현될 수 있다.The battery unit 140 receives and stores power output from the energy harvester 130. The battery unit 140 may be implemented as a charge / discharge system capable of supplying a small amount of power required for the energy harvesting system, and may be separately implemented outside the energy harvesting system. The energy harvesting system 100 may be implemented as a flexible substrate.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템 모듈을 나타내는 도면이다. 도2와 도4를 참조하면, 상기 에너지 하베스팅 시스템 모듈(200)은 각각이 제1정션부(111) 및 제2정션부(112)를 포함하는 적어도 하나의 열전소자(110), 열전소자 하우징(120), 적어도 하나의 에너지 하비스터(120), 및 배터리부(130)를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템, 및 마이크로프로세서(210)를 포함한다. 4 is a view showing an energy harvesting system module according to an embodiment of the present invention. 2 and 4, the energy harvesting system module 200 includes at least one thermoelectric element 110 and a thermoelectric element, each of which includes a first junction 111 and a second junction 112. An energy harvesting system including a housing 120, at least one energy harvester 120, and a battery unit 130, and a microprocessor 210.

상기 열전소자(110)는 서로 다른 재질을 가지는 두 개의 금속이 쌍으로 이루어지며 제1정션부(111)와 제2정션부(112)를 형성한다. 상기 제1정션부(111)는 의복 외측에 장착되어 열전소재로 이루어져 의복 외측의 온도를 검출한다. 상기 제2정션부(112)는 의복의 내측에 장착되어 열전소재(110)로 이루어져 의복 내측의 온도를 검출한다.The thermoelectric element 110 is formed of a pair of two metals having different materials and forms a first junction 111 and a second junction 112. The first junction 111 is mounted on the outer side of the garment and made of a thermoelectric material to detect the temperature of the outer side of the garment. The second junction 112 is mounted on the inner side of the garment and consists of a thermoelectric material 110 to detect the temperature inside the garment.

상기 에너지 하비스터(120)는 대응되는 열전소자의 제1정션부(111)와 제2정션부(112)의 출력신호를 수신하고 상기 제1정션부(111)와 상기 제2정션부(112) 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생한다. 상기 에너지 하비스터(120)는 상기 열전소자(110) 각각에 대응하여 구비될 수 있고, 다수의 상기 열전소자(110)에 공동으로 접속되어 구현될 수 있다.The energy harvester 120 receives the output signals of the first junction 111 and the second junction 112 of the corresponding thermoelectric element, and the first junction 111 and the second junction 112. Generate power based on the temperature difference between The energy harvester 120 may be provided corresponding to each of the thermoelectric elements 110, and may be implemented by being connected to a plurality of the thermoelectric elements 110 jointly.

상기 배터리부(130)는 상기 에너지 하비스터(120)로부터 출력되는 전력을 수신하여 저장한다. 상기 배터리부(130)는 상기 에너지 하비스터(120) 각각에 대응되어 구비될 수 있고, 다수의 에너지 하비스터(120)에 공동으로 접속되어 구비될 수 있다. The battery unit 130 receives and stores power output from the energy harvester 120. The battery unit 130 may be provided corresponding to each of the energy harvesters 120, and may be provided by being connected to a plurality of energy harvesters 120 jointly.

상기 열전소자(110), 에너지 하비스터(120)에 관한 상세한 설명은 도2와 도3을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 생략하고자 한다.Detailed descriptions of the thermoelectric element 110 and the energy harvester 120 are the same as those described with reference to FIGS. 2 and 3, and thus will be omitted.

상기 마이크로 프로세서(210)는 상기 배터리부(130)를 제어하고, 신호를 증폭하거나 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.The microprocessor 210 controls the battery unit 130 and amplifies a signal or converts an analog signal into a digital signal.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법을 나타내는 도면이다. 도 2와 도5를 참조하면, 상기 에너지 하베스팅 시스템(100)은 외부로부터 열에너지, 및 광에너지를 흡수하고(S110), 상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 열전소자 하우징(120) 내부에서 반사시켜 열전소자 하우징(120) 내부의 온도를 높인다(S120).5 is a view showing an energy harvesting method according to an embodiment of the present invention. 2 and 5, the energy harvesting system 100 absorbs heat energy and light energy from the outside (S110), and reflects the absorbed heat energy and light energy in the thermoelectric housing 120. By increasing the temperature inside the thermoelectric housing 120 (S120).

상기 에너지 하베스팅 시스템(100)은 의복 외측의 온도와 의복 내측의 온도를 검출하고(S130), 상기 검출된 의복 외측의 온도와 의복 내측의 온도차에 기초하여 전력을 발생한다(S130). 즉, 상기 의복 내측에 위치하는 열전소자 하우징(120)의 내부의 온도가 상승하게 되므로, 제1정션부(111)와 제2정션부(112)와의 온도차가 커지게 된다. 따라서, 더 많은 전력을 발생한다.The energy harvesting system 100 detects the temperature of the outer side of the garment and the temperature of the inner side of the garment (S130), and generates power based on the detected temperature difference of the outer side of the garment and the temperature of the inner side of the garment (S130). That is, since the temperature inside the thermoelectric element housing 120 located inside the garment is increased, the temperature difference between the first junction 111 and the second junction 112 is increased. Thus, more power is generated.

상기 에너지 하베스팅 시스템(100)은 상기 발생된 전력을 수신하여 저장하고 상기 에너지 하베스팅 시스템(100) 내부의 소규모 전력으로 이용하거나, 외부기기로 전송하여 이용한다(S150).The energy harvesting system 100 receives and stores the generated power and uses the small power inside the energy harvesting system 100, or transmits the generated power to an external device (S150).

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 에너지 하베스팅 시스템 110: 열전소자
111: 제1정션부 112: 제2정션부
113: 에너지 하비스터 114: 배터리부
200: 에너지 하베스팅 시스템 모듈100: energy harvesting system 110: thermoelectric element
111: first junction portion 112: second junction portion
113: energy harvester 114: battery unit
200: energy harvesting system module

Claims (11)

의복 외측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 외측의 온도를 검출하는 제1정션부;
의복의 내측에 장착되며 열전소재로 이루어져 의복 내측의 온도를 검출하는 제2정션부;
상기 제1정션부와 상기 제2정션부의 출력신호들을 수신하고, 상기 제1정션부와 상기 제2정션부 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생하는 에너지 하비스터부;
상기 에너지 하비스터부로부터 전력을 수신하여 저장하는 배터리부; 및
상기 배터리부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.A first junction unit mounted to the outer side of the garment and made of a thermoelectric material to detect a temperature of the outer side of the garment;
A second junction part mounted on the inner side of the garment and made of a thermoelectric material to detect a temperature of the inner side of the garment;
An energy harvester unit configured to receive output signals of the first junction unit and the second junction unit, and generate power based on a temperature difference between the first junction unit and the second junction unit;
A battery unit for receiving and storing power from the energy harvester unit; And
An energy harvesting system comprising a microprocessor for controlling the battery unit. 제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 시스템은 상기 제1정션부와 상기 제2정션부가 장착되는 하우징을 포함하고,
상기 하우징은,
의복의 외측에 접촉되어 열에너지, 및 광에너지를 흡수할 수 있는 흡광 축열 소재로 구성된 제1하우징부; 및
의복의 내측에 접촉되어 상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 하우징 내부로 반사할 수 있는 열반사 소재로 구성된 에너지 하베스팅 시스템.The method of claim 1,
The energy harvesting system includes a housing in which the first junction portion and the second junction portion are mounted.
The housing,
A first housing made of a light absorbing heat storage material which is in contact with the outer side of the garment to absorb thermal energy and light energy; And
An energy harvesting system comprising a heat reflecting material that is in contact with the inside of the garment and can reflect the absorbed heat energy and light energy into the housing. 제1항에 있어서,
상기 제1정션은 냉각 시스템으로 구조를 가지고, 상기 제2정션은 축열 보온 시스템 구조를 가지는 에너지 하베스팅 시스템.The method of claim 1,
Wherein said first junction has a structure as a cooling system and said second junction has a heat storage thermal insulation system structure. 제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 시스템은 유연 기판으로 제작되는 에너지 하베스팅 시스템.The method of claim 1,
The energy harvesting system is an energy harvesting system is made of a flexible substrate. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1정션은 콜드정션(cold junction)이고, 상기 제2정션은 핫정션(hot junction)인 에너지 하베스팅 시스템.The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein said first junction is a cold junction and said second junction is a hot junction. 각각이 제1정션부 및 제2정션부를 포함하는 적어도 하나의 열전소자;
대응되는 열전소자의 제1정션부와 제2정션부의 출력신호를 수신하고 상기 제1정션부와 상기 제2정션부 사이의 온도차에 기초하여 전력을 발생하는 적어도 하나의 에너지 하비스터;
상기 에너지 하비스터로부터 출력되는 전력을 수신하여 저장하는 배터리부; 및
상기 배터리부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는 에너지 하비스팅 시스템 모듈.At least one thermoelectric element each including a first junction portion and a second junction portion;
At least one energy harvester for receiving output signals of a first junction portion and a second junction portion of a corresponding thermoelectric element and generating power based on a temperature difference between the first junction portion and the second junction portion;
A battery unit configured to receive and store power output from the energy harvester; And
An energy harvesting system module comprising a microprocessor for controlling the battery unit. 제6항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 시스템 모듈은 열전소자의 상기 제1정션부와 상기 제2정션부가 장착되는 각각의 하우징들을 포함하고,
상기 각각의 하우징들은,
의복의 외측에 접촉되어 열에너지, 및 광에너지를 흡수할 수 있는 흡광 축열 소재로 구성된 제1하우징부; 및
의복의 내측에 접촉되어 상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 하우징 내부로 반사할 수 있는 열반사 소재로 구성된 에너지 하베스팅 시스템 모듈.The method of claim 6,
The energy harvesting system module includes respective housings on which the first junction portion and the second junction portion of the thermoelectric element are mounted.
Each of the housings,
A first housing made of a light absorbing heat storage material which is in contact with the outer side of the garment to absorb thermal energy and light energy; And
An energy harvesting system module, comprising: a heat reflection material capable of reflecting the absorbed heat energy and light energy into a housing in contact with the inside of the garment. 제6항에 있어서,
상기 제1정션부는 냉각 시스템 구조를 가지고, 상기 제2정션부는 축열 보온 시스템 구조를 가지는 에너지 하베스팅 시스템 모듈.The method of claim 6,
And said first junction portion has a cooling system structure and said second junction portion has a heat storage thermal insulation system structure. 제6항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 시스템 모듈은 유연 기판으로 제작되는 에너지 하베스팅 시스템 모듈.The method of claim 6,
The energy harvesting system module is an energy harvesting system module is made of a flexible substrate. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1정션부는 콜드정션(cold junction)이고, 상기 제2정션부는 핫정션(hot junction)인 에너지 하베스팅 시스템 모듈.The method according to any one of claims 6 to 9,
And said first junction portion is a cold junction and said second junction portion is a hot junction. 외부로부터 입사되는 열에너지, 광에너지를 흡수하는 단계;
상기 흡수된 열에너지, 및 광에너지를 하우징 내부에서 반사시켜 하우징 내부 온도를 높이는 단계;
의복의 외측의 온도와 의복 내측의 온도를 검출하는 단계;
상기 검출된 의복 외측의 온도와 의복 내측의 온도 차에 기초하여 전력을 발생하는 단계; 및
상기 발생된 전력을 저장하는 단계를 포함하는 에너지 하베스팅 방법.Absorbing heat energy and light energy incident from the outside;
Reflecting the absorbed thermal energy and light energy in the housing to increase the internal temperature of the housing;
Detecting a temperature outside the garment and a temperature inside the garment;
Generating power based on the detected temperature outside the garment and a temperature difference inside the garment; And
And storing the generated power.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014112677A1 (en) * 2013-01-21 2014-07-24 연세대학교 산학협력단 Energy harvesting system and method
KR20200027222A (en) * 2018-09-04 2020-03-12 유장석 Device for Charging using Temperature Difference

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101417961B1 (en) 2013-05-27 2014-07-14 한국전기연구원 Power supply device of portable electric glasses using thermoelectric element
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Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2919431B1 (en) 2007-07-23 2010-08-27 Commissariat Energie Atomique THERMOELECTRIC MEDIUM AND FABRIC TYPE STRUCTURE INTEGRATING SUCH A MEANS.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014112677A1 (en) * 2013-01-21 2014-07-24 연세대학교 산학협력단 Energy harvesting system and method
KR20200027222A (en) * 2018-09-04 2020-03-12 유장석 Device for Charging using Temperature Difference

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