KR20160028216A - 페로플루이드를 이용한 에너지 하베스터, 이를 포함하는 방법 및 장치 - Google Patents

페로플루이드를 이용한 에너지 하베스터, 이를 포함하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

페로 플루이드를 이용한 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 전기 기기에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 에너지 하베스터는 하우징; 상기 하우징 외측에 배치되며, 영구 자석을 포함하여 미리 정해진 자기장을 형성하는 자석부; 자성 입자와 유체를 포함하며, 상기 하우징 내에 저장되며, 풍력 또는 파력과, 상기 자석부에 의해 구동되어 미리 정해진 자기장을 변화시키는 페로 플루이드; 상기 하우징을 감싸는 형태로 형성되며, 상기 페로 플루이드 구동에 따른 자기장 변화에 의해 전기 에너지가 유도되는 도전체부; 및 상기 도전체부와 연결되어, 발생된 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

페로플루이드를 이용한 에너지 하베스터, 이를 포함하는 방법 및 장치 {ENERGY HARVESTER USING FERRO-FLUID, METHOD AND APPARATUS WITH THE ENERGY HARVESTER}
본 발명은 에너지 하베스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페로프루이드를 이용한 해양용 에너지 하베스터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 에너지 하베스터에 의해 생성된 전기 에너지로 구동되는 전기 기기에 관한 것이다.
예를 들어, 해양에는 항공기, 선박의 위치 확인을 위한 통신 부이(buoy)가 설치되어 있다. 이러한 부이는 통신에 필요한 회로 등을 구동하기 위해 전력 공급원이 필요한데, 일반적으로는 배터리가 이용되고 있다. 그러나, 배터리의 경우, 일정 시간 경과하면 완전 방전되고, 이 경우에는 부이가 더 이상 기능할 수 없다.
이에, 태양전지를 이용한 부이가 개발되고 있다. 그러나, 태양전지의 경우, 흐린 날이나 비가 오는 날같이 기상 상태가 좋지 않은 날에는 제 기능을 발휘할 수 없다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0112195 (2006.10.31. 공개)에 개시된 부이가 있다.
본 발명의 목적은 페로플루이드를 이용한 해양용 에너지 하베스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 에너지 하베스터로부터 전기 에너지를 공급받는 전기 기기를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 해양용 에너지 하베스터는 해양에 배치되어 전기 에너지를 발생시키는 해양용 에너지 하베스터에 있어서, 하우징; 상기 하우징 외측에 배치되며, 영구 자석을 포함하여 미리 정해진 자기장을 형성하는 자석부; 자성 입자와 유체를 포함하며, 상기 하우징 내에 저장되며, 풍력 또는 파력과, 상기 자석부에 의해 구동되어 미리 정해진 자기장을 변화시키는 페로 플루이드; 상기 하우징을 감싸는 형태로 형성되며, 자기장 변화에 의해 전기 에너지가 유도되는 도전체부; 및 상기 도전체부와 연결되어, 발생된 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 하우징은 일부가 해수면 아래에 위치하고, 나머지 일부가 해수면 위에 위치할 수 있다. 또한, 상기 하우징에는 무게추가 연결되어, 상기 하우징이 해수면 아래에 위치할 수 있다. 또한, 상기 하우징에는 부력 제공 수단이 결합되어, 상기 하우징이 해수면 위에 위치할 수 있다.
또한, 상기 자석부는 상기 하우징의 상부 및 하부 중 하나 이상에 위치할 수 있다. 또한, 상기 자석부는 상기 하우징의 측면에 위치할 수도 있다.
또한, 상기 도전체부는 판 형태로서 상기 하우징을 감싸는 형태일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기 기기는 하우징과, 상기 하우징 외측에 배치되며, 영구 자석을 포함하여 미리 정해진 자기장을 형성하는 자석부와, 자성 입자와 유체를 포함하며, 상기 하우징 내에 저장되며, 풍력 또는 파력과, 상기 자석부에 의해 구동되어 미리 정해진 자기장을 변화시키는 페로 플루이드와, 상기 하우징을 감싸는 형태로 형성되며, 상기 페로 플루이드 구동에 따른 자기장 변화에 의해 전기 에너지가 유도되는 도전체부와, 상기 도전체부와 연결되어, 발생된 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장부;를 포함하는 에너지 하베스터; 및 전기 에너지에 의해 구동되는 부품을 포함하며, 상기 에너지 하베스터의 전기 에너지 저장부로부터 전기 에너지를 공급받아 상기 부품이 구동되는 본체부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전기 기기는 통신용, 발광용 또는 센싱용 부이일 수 있다.
본 발명에 따른 해양용 에너지 하베스터는 풍력 또는 파력과, 자석부의 복합 작용에 의하여 페로 플루이드의 자성 입자가 구동되면서 자기장이 변화되고, 자기장 변화에 의하여 도전체부에 전기 에너지가 유도될 수 있다.
본 발명에 따른 해양용 에너지 하베스터는 페로 플루이드를 이용함으로써 태양전지와 달리 날씨에 구애받지 않는 특징이 있다.
이를 통하여, 본 발명에 따른 해양용 에너지 하베스터는 통신용 부이와 같은 각종 해양용 전기 기기의 전기 에너지공급부로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 페로 플루이드를 이용한 에너지 하베스터를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 하우징의 위치들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 영구자석의 배치 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 자성입자의 운동 방향을 설명하기 위한 x-z 좌표를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페로 플루이드를 이용한 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 전기 기기에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 페로 플루이드를 이용한 에너지 하베스터는 해양에 배치되어 전기 에너지를 발생시키는 해양용 에너지 하베스터이다.
도 1은 본 발명에 따른 페로 플루이드를 이용한 에너지 하베스터를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 해양용 에너지 하베스터는 하우징(110), 페로 플루이드(120), 자석부(130) 및 도전체부(140)을 포함한다.
하우징(110)은 내부가 비어 있는 통 형상으로 형성될 수 있다. 하우징(110)은 고분자, 세라믹 등의 재질로 형성될 수 있다.
페로 플루이드(120)는 하우징 내에 저장되며, 유체(121)와 FeO와 같은 자성 입자(122)를 포함한다.
자석부(130)는 하우징 외측에 배치되며, 영구 자석을 포함하여 미리 정해진 자기장을 형성한다. 이러한 자석부(130)는 풍력이나 파력과 함께 페로 플루이드의 자성 입자를 구동하는 역할을 한다. 즉, 풍력이나 파력이 작용하면 페로 플루이드 및 이에 포함된 자성 입자에 운동에너지가 부여되고, 자성 입자는 운동 에너지와 자기장에 의해 특정한 방향으로 구동되며, 이러한 자성입자의 구동에 의하여 자기장이 변화하게 된다. 해양의 경우 풍력이나 파력이 지속적으로 인가되므로, 자성입자 구동 및 이에 의한 자기장 변화도 지속적으로 발생할 수 있다.
도전체부(140)는 하우징(110)을 감싸는 형태로 형성된다. 페로 플루이드(120) 구동에 따른 자기장 변화에 의해, 도전체부(140)에 전기 에너지가 유도된다.
이러한 도전체부(140)는 판(plate) 형태로서 하우징(110)을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
전기 에너지 저장부(150)는 도전체부(140)와 연결되어, 도전체부에 발생된 전기 에너지를 저장한다.
이러한 전기 에너지 저장부(150)는 이른 바 ESS(Energy Storage System)로서, 계통운용시스템(PMS), 전력변환장치(PCS) 등을 포함할 수 있다.
도 2는 하우징의 위치들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 하우징은 해수면 바로 아래에 위치할 수 있다. 이를 위해 하우징과 연결되어 부력과 중력에 의해 하우징을 해수면 바로 아래에 위치시키기 위한 무게추(210)가 포함될 수 있다.
또한, 하우징은 도 2의 (b)와 같이 일부가 해수면 아래에 위치하고, 나머지 일부가 해수면 위에 위치할 수 있다. 이 경우, 물론 도 2의 (a) 및 (c)의 경우도 마찬가지로, 하우징이 파도나 바람에 의해 위치가 변경되지 않도록 닻과 같은 위치 고정 수단(220)이 하우징에 연결될 수 있다.
또한, 도 2의 (c)와 같이, 하우징에는 부력 제공 수단(230)이 결합되어, 상기 하우징이 해수면 위에 위치할 수 있다.
도 3은 자석부의 배치 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3의 (a), (b)에 도시된 예와 같이, 자석부는 하우징의 상부 및 하부 모두에 배치될 수 있다. 또한, 도 3의 (c)에 도시된 예와 같이, 자석부는 하우징의 상부 혹은 하부 어느 한 곳에만 배치될 수도 있다. 또한, 자석부는 도 3의 (d)에 도시된 예와 같이, 하우징의 측면에 배치될 수 있다.
동일한 힘과 방향으로 파력 또는 풍력이 작용한다고 하더라도, 자석부의 위치에 따라 페로플루이드의 자성 입자의 구동 방향이 달라질 수 있으며, 또한 자석부의 극성, 즉 도 3 (a)에 도시된 예와 같은 N극과 S극이 마주보는 형태나 도 3의 (b)에 도시된 예와 같은 N극과 N극이 마주보는 형태 등에 따라서 페로플루이드의 자성 입자의 구동 방향이 달라질 수 있다. 이에 따라, 파력 또는 풍력과, 자석부의 복합 작용에 의해 구동되는 페로플루이드의 자성 입자는 자석부 배치 형태에 따라 다양한 형태로 구동될 수 있다.
도 4는 자성입자의 운동 방향을 설명하기 위한 x-z 좌표를 나타낸 것이다.
도 4에서 x 방향은 횡방향을 의미하고, z 방향은 종방향을 의미한다. 자성입자는 자석부의 배치 형태에 따라, 그리고 파도나 바람의 방향에 따라 x 방향 혹은 z 방향으로 구동할 수 있고, 이들 방향이 조합된 x-z 방향으로 구동할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 기기는 전기 에너지에 의해 구동되는 부품(201)을 포함한다. 이때, 상기 부품(201)에는 전술한 바와 같은 하우징, 페로 플루이드, 자석부, 도전체부 및 전기 에너지 저장부를 포함하는 에너지 하베스터의 전기 에너지 저장부로부터 전기 에너지를 공급받아 구동된다.
이대, 전기 기기는 통신용, 발광용 또는 센싱용 부이일 수 있다.
예를 들어, 통신용 부이는 통신 칩을 포함하며, 에너지 하베스터로부터 전기 에너지를 공급받아 상기 통신 칩이 구동된다.
에너지 하베스터는 부이 외부에 배치될 수 있으며, 경우에 따라서는 부이 내부에 장착될 수 있다.
한편, 부이의 위치를 유지하기 위하여, 닻과 같은 부이에 연결되는 위치 고정 수단을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양용 에너지 하베스터는 날씨에 구애받지 않고, 바람이나 파도에 의해 페로 플루이드의 자성 입자가 구동되고, 이에 의해 지속적으로 전기 에너지를 발생시킬 수 있어, 통신용 부이와 같은 전기 기기 구동을 위한 전기 에너지로 활용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
110 : 하우징
120 : 페로 플루이드
121 : 유체
122 : 자성 입자
130 : 자석부
140 : 코일
150 : 전기 에너지 저장부
201 : 전기 기기의 부품

Claims (9)

  1. 해양에 배치되어 전기 에너지를 발생시키는 해양용 에너지 하베스터에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 외측에 배치되며, 영구 자석을 포함하여 미리 정해진 자기장을 형성하는 자석부;
    자성 입자와 유체를 포함하며, 상기 하우징 내에 저장되며, 풍력 또는 파력과, 상기 자석부에 의해 구동되어 미리 정해진 자기장을 변화시키는 페로 플루이드;
    상기 하우징을 감싸는 형태로 형성되며, 상기 페로 플루이드 구동에 따른 자기장 변화에 의해 전기 에너지가 유도되는 도전체부; 및
    상기 도전체부와 연결되어, 발생된 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 일부가 해수면 아래에 위치하고, 나머지 일부가 해수면 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는 무게추가 연결되어, 상기 하우징이 해수면 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는 부력 제공 수단이 결합되어, 상기 하우징이 해수면 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자석부는 상기 하우징의 상부 및 하부 중 하나 이상에 위치하는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석부는 상기 하우징의 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전체부는 판 형태로서 상기 하우징을 감싸는 것을 특징으로 하는 해양용 에너지 하베스터.
  8. 하우징과, 상기 하우징 외측에 배치되며, 영구 자석을 포함하여 미리 정해진 자기장을 형성하는 자석부와, 자성 입자와 유체를 포함하며, 상기 하우징 내에 저장되며, 풍력 또는 파력과, 상기 자석부에 의해 구동되어 미리 정해진 자기장을 변화시키는 페로 플루이드와, 상기 하우징을 감싸는 형태로 형성되며, 상기 페로 플루이드 구동에 따른 자기장 변화에 의해 전기 에너지가 유도되는 도전체부와, 상기 도전체부와 연결되어, 발생된 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장부;를 포함하는 에너지 하베스터; 및
    전기 에너지에 의해 구동되는 부품을 포함하며, 상기 에너지 하베스터의 전기 에너지 저장부로부터 전기 에너지를 공급받아 상기 부품이 구동되는 본체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기 기기는 통신용, 발광용 또는 센싱용 부이인 것을 특징으로 하는 전기 기기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180067353A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 서울여자대학교 산학협력단 위치 에너지 변화를 이용한 전기 에너지 하베스팅 및 생성 장치 및 이를 포함하는 전기 기기
KR20190140710A (ko) * 2018-06-12 2019-12-20 차의과학대학교 산학협력단 전기 에너지 하베스터 및 이를 이용한 전기 기기의 위상 변화와 발생 방법

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