KR20160037071A - 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템 및 에너지 하베스팅 의류 - Google Patents
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Abstract
복수의 하베스팅 소자를 이용하는 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템 및 에너지 하베스팅 의류가 개시된다. 개시된 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템은 태양광 발전 소자를 포함하는 태양광 에너지 생성층; 열전 소자를 포함하는 열전 에너지 생성층; 및 상기 태양광 에너지 생성층 및 상기 열전 에너지 생성층 사이에 형성되며, 상기 태양광 에너지 생성층 및 상기 열전 에너지 생성층과의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성하는 제1마찰 에너지 생성층을 포함한다.
Description
본 발명은 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템 및 에너지 하베스팅 의류에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 하베스팅 소자를 이용하는 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템 및 에너지 하베스팅 의류에 관한 것이다.
최근에는 에너지를 하베스팅(harvesting)하는 기술이 이슈로 떠오르고 있다. 이러한 에너지를 하베스팅하는 하베스팅 소자들은 주변 환경에 존재하는 태양광, 바람이나 진동, 또는 인간의 신체열 및 움직임으로부터 발생되는 에너지 등을 전기 에너지로 변환한다.
사람이 착용하는 의류에도 에너지 하베스팅 시스템을 적용하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 관련 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2011-0111051호가 있다.
본 발명은 복수의 하베스팅 소자를 이용하여 발전량을 증가시킬 수 있는 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템 및 에너지 하베스팅 의류를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템에 있어서, 태양광 발전 소자를 포함하는 태양광 에너지 생성층; 열전 소자를 포함하는 열전 에너지 생성층; 및 상기 태양광 에너지 생성층 및 상기 열전 에너지 생성층 사이에 형성되며, 상기 태양광 에너지 생성층 및 상기 열전 에너지 생성층과의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성하는 제1마찰 에너지 생성층을 포함하는 에너지 하베스팅 시스템을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 에너지 하베스팅을 위한 의류에 있어서, 상기 의류의 외부에 노출되는 태양광 발전 소자; 열전 소자; 및 상기 태양광 발전 소자 및 상기 열전 소자 사이에 형성되며, 상기 태양광 발전 소자 및 상기 열전 소자와의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성하는 제1마찰 에너지 생성층을 포함하는 에너지 하베스팅 의류를 제공한다.
본 발명에 따르면, 복수의 하베스팅 소자 예를 들어, 태양광 발전 소자, 열전 소자, 유전체 및 금속 등을 이용함으로써, 서로 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 발전량이 증가할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 하베스팅 소자 중 하나의 발전 효율이 떨어지더라도 다른 하베스팅 소자의 발전 효율이 증가할 수 있기 때문에, 전체적인 발전 효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 하베스팅 소자를 이용하여 서로 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써, 발전량이 향상된 에너지 하베스팅 의류가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 발전 에너지에 의해 에너지 하베스팅 의류에 포함된 발광 소자가 발광됨으로써, 야간이나 어두운 환경에서 일하는 사용자가 에너지 하베스팅 의류를 착용할 경우 사고 예방에 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템이 적용된 구체적 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 발전 모듈이 에너지 하베스팅 의류에 수납된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템이 적용된 구체적 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 발전 모듈이 에너지 하베스팅 의류에 수납된 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 태양광 에너지 생성층(110), 제1마찰 에너지 생성층(120) 및 열전 에너지 생성층(130)을 포함한다. 그리고, 실시예에 따라서 제2마찰 에너지 생성층을 포함하는 발전 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 섬유에 의해 직조된 직물일 수 있으며, 복수의 섬유 층(layer)를 포함할 수 있다. 그리고 복수의 섬유 층은 태양광 에너지 생성층(110), 제1마찰 에너지 생성층(120) 및 열전 에너지 생성층(130)일 수 있다.
태양광 에너지 생성층(110)은 태양광 발전 소자를 포함하여, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 열전 에너지 생성층(130)은 열전 소자를 포함하며 열 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 제1마찰 에너지 생성층(120)은 태양광 에너지 생성층(110) 및 열전 에너지 생성층(130) 사이에 형성되며, 태양광 에너지 생성층(110) 및 열전 에너지 생성층(130)과의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성한다.
태양광 발전 소자는 황화 카드뮴(CdS) 또는 카드뮴 셀레나이드(CdSe)의 양자 점들(quantum dots)을 포함하거나, CdSe/ZnS, CdS/ZnS 및 ZnCdSe의 II-VI 족 화합물 반도체, GaAs 및 InP의 III-V족 화합물 반도체, 또는 Si, 및 Ge의 IV족 화합물 반도체 중에서 선택된 재료를 포함할 수 있다. 열전 소자는 GeTe나 AgSbTe2 재료를 포함할 수 있다.
제1마찰 에너지 생성층(120)은 마찰에 의해 용이하게 양전하 또는 음전하로 대전되는 유전체 또는 금속을 포함할 수 있다. 일실시예로서, 제1마찰 에너지 생성층(120)은 polyformaldehyde, etylcellulose, polyamide, wool, silk, paper, cotton, wood 또는 PVA 등의 유전체를 포함하거나 Al, Ni, Cu 또는 Ag 등의 금속을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 전술된 태양광 발전 소자, 열전 소자, 유전체 및 금속은 섬유와 결합하여 에너지 발생층(110, 120, 130)에 포함될 수 있으며, 또는 에너지 발생층(110, 120, 130)은 태양광 발전 소자, 열전 소자, 유전체 및 금속을 구성하는 재료가 포함된 섬유의 직조에 의해 형성될 수 있다.
에너지 발생층(110, 120, 130)에서 생성된 전기 에너지는, 태양광 에너지 생성층(110), 제1마찰 에너지 생성층(120) 및 열전 에너지 생성층(130) 각각의 전극(111, 121, 131)에 연결된 베터리에 저장될 수 있다. 실시예에 따라서, 전극(111, 121, 131)은 태양광 발전 소자, 열전 소자, 유전체 및 금속과 직접 연결될 수 있으며, 유연하고(flexible) 신축성이 있는 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 전극(111, 121, 131)은, 그래핀(graphene), CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide), 금속 또는 전도성 폴리머 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 직물 기반으로 신축성 및 유연성을 제공하기 때문에, 의류, 포터블 전자기기, 가방, 모자, 장갑, 깃발 등에 사용되거나 또는 신체 일부에 부착되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 하베스팅 소자 예를 들어, 태양광 발전 소자, 열전 소자, 유전체 및 금속 등을 이용함으로써, 서로 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 결국, 발전량이 증가할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 하베스팅 소자 중 하나의 발전 효율이 떨어지더라도 다른 하베스팅 소자의 발전 효율이 증가할 수 있기 때문에, 전체적인 발전 효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템이 의류에 적용되고, 날씨가 흐리면서 기온이 낮아지는 경우, 태양광 에너지 생성층(110)의 발전량은 적어지더라도, 사람의 체온 및 기온 차에 의한 열전 에너지 생성층(130)의 발전량은 오히려 증가할 수 있다.
한편, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 제2마찰 에너지 생성층을 포함하는 발전 모듈을 더 포함할 수 있는데, 발전 모듈은 이하, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하는 도면에서 함께 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템이 적용된 구체적 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 발광 장치(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 입은 의류(200)의 외부에 원형으로 둘러질 수 있다. 발광 장치(210)는 결합을 위한 버클(211, 213), LED(215) 및 도 1의 에너지 하베스팅 시스템을 포함할 수 있다. 베터리는 버클(211, 213)의 내부에 포함될 수 있으며, 버클(211, 213)에는 정류기가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치(210)는 벨트 형태로서, 사용자는 버클(211, 213)을 결합하여 발광 장치(210)를 착용할 수 있다. LED(215)는 베터리에 저장된 전기 에너지를 공급받아 발광할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 의류를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 의류(300)는 태양광 발전 소자(310), 제1마찰 에너지 생성층(320) 및 열전 소자(330)를 포함한다.
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 의류(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이 에너지 하베스팅 의류(300)의 복수의 부분에 삽입되는 태양광 발전 소자(310), 제1마찰 에너지 생성층(320) 및 열전 소자(330)를 포함하거나 또는 도 1에서 설명된 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템이 적용되어 제조될 수 있다. 이 때, 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템의 태양광 에너지 생성층이 외부에 노출되도록 에너지 하베스팅 의류(300)가 제조될 수 있다.
태양광 발전 소자(310)는 에너지 하베스팅 의류(300)의 외부에 노출되어 태양광을 전기 에너지로 변환한다. 열전 소자(320)는 높은 발전 효율을 제공하도록 사람의 피부에 가장 가까이 위치하도록 마련되어, 열 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
제1마찰 에너지 생성층(320)은 태양광 발전 소자(310) 및 열전 소자(330) 사이에 형성되며, 태양광 발전 소자(310) 및 열전 소자(330)와의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성한다. 제1마찰 에너지 생성층(320)은 마찰에 의해 용이하게 양전하 또는 음전하로 대전되는 유전체 또는 금속을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 에너지 하베스팅 의류(300)는 외피 및 내피를 포함할 수 있으며, 이 때, 태양광 발전 소자(310)는 외피에 포함되고 열전 소자(330)는 내피에 포함될 수 있다. 그리고 제1마찰 에너지 생성층(320)은 외피와 내피 사이에 위치하여, 외피 및 내피와의 마찰을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 의류(300)는 태양광 발전 소자(310), 열전 소자(330) 및 제1마찰 에너지 생성층(320) 각각의 전극에 연결되어 에너지를 저장하는 베터리를 더 포함할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 베터리의 전력을 공급하는 커넥터 및 커넥터와 연결되는 적어도 하나 이상의 발광 소자(440)를 더 포함할 수 있다. 발광 소자(440)는 LED일 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 복수의 하베스팅 소자를 이용하여 서로 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써, 발전량이 향상된 에너지 하베스팅 의류가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 발전 에너지에 의해 발광 소자가 발광됨으로써, 야간이나 어두운 환경에서 일하는 사용자가 에너지 하베스팅 의류(300)를 착용할 경우 사고 예방에 도움이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전 모듈을 설명하기 위한 도면으로서 도 5(b)는 도 5(a)의 발전 모듈의 단면도를 나타낸다. 그리고 도 6은 발전 모듈이 에너지 하베스팅 의류(300)에 수납된 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 발전 모듈(500)은 전술된 에너지 하베스팅 시스템(100) 또는 에너지 하베스팅 의류(300)에 탈부착될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전 모듈(500)은 내부 공간을 포함하는 박스 형태의 구조일 수 있으며, 발전 모듈(500)의 외벽(510)은 태양광 발전 소자를 포함하며, 발전 모듈(500)의 내벽(520)은 제2마찰 에너지 생성층을 포함할 수 있다. 그리고 발전 모듈(500)은 발전 모듈(500)의 내벽(520)에 의해 형성되는 내부 공간에서 이동하며 제2마찰 에너지 생성층과 마찰하는 마찰 소자(530)를 포함할 수 있다. 마찰 소자는 일실시예로서 구슬일 수 있으며, 에너지 하베스팅 의류(300)를 착용한 사용자의 움직임에 따라 움직이며 제2마찰 에너지 생성층과 마찰할 수 있다.
에너지 하베스팅 의류(300)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 발전 모듈(500)이 수납되는 수납부(610)를 포함할 수 있으며, 수납부(610)는 태양광에 의해 발전 모듈(500)의 외면에 포함된 태양광 발전 소자가 전기 에너지를 생성할 수 있도록 투명 소재를 포함할 수 있다. 에너지 하베스팅 시스템(100) 역시 수납부를 포함할 수 있으며, 수납부(610)는 태양광 에너지 생성층 상에 마련될 수 있다.
또는 실시예에 따라서, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 발전 모듈(500)은 베터리가 모바일 단말에 결합되는 형태와 같이 에너지 하베스팅 시스템(100) 또는 에너지 하베스팅 의류(300)에 탈부착될 수 있다. 발전 모듈(500)은 태양광 발전 소자 및 제2마찰 에너지 생성층의 전극(510)에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 베터리를 더 포함할 수 있으며, 또는 태양광 발전 소자 및 제2마찰 에너지 생성층의 전극(510)은 에너지 하베스팅 시스템(100) 또는 에너지 하베스팅 의류(300)의 전극(340) 또는 베터리와 연결될 수 있다.
한편, 발전 모듈(500)의 외벽(510)은 실시예에 따라서 제3마찰 에너지 생성층을 포함할 수 있으며, 제3마찰 에너지 생성층은 수납부(610), 에너지 하베스팅 시스템(100) 또는 에너지 하베스팅 의류(300)와 마찰하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (13)
- 직물 기반의 에너지 하베스팅 시스템에 있어서,
태양광 발전 소자를 포함하는 태양광 에너지 생성층;
열전 소자를 포함하는 열전 에너지 생성층; 및
상기 태양광 에너지 생성층 및 상기 열전 에너지 생성층 사이에 형성되며, 상기 태양광 에너지 생성층 및 상기 열전 에너지 생성층과의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성하는 제1마찰 에너지 생성층
을 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1마찰 에너지 생성층은
유전체 또는 금속
을 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 태양광 에너지 생성층, 상기 열전 에너지 생성층 및 상기 제1마찰 에너지 생성층 각각의 전극에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 베터리
를 더 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.
- 제 1항에 있어서,
외벽은 태양광 발전 소자를 포함하며, 내벽은 제2마찰 에너지 생성층을 포함하는 발전 모듈을 더 포함하며,
상기 발전 모듈은
상기 발전 모듈의 내부 공간에서 이동하며 상기 제2마찰 에너지 생성층과 마찰하는 마찰 소자를 포함하는
에너지 하베스팅 의류.
- 제 4항에 있어서,
상기 발전 모듈이 수납되는 수납부를 더 포함하며,
상기 수납부는 태양광을 통과시키는 투명 소재를 포함하는
에너지 하베스팅 의류.
- 에너지 하베스팅을 위한 의류에 있어서,
상기 의류의 외부에 노출되는 태양광 발전 소자;
열전 소자; 및
상기 태양광 발전 소자 및 상기 열전 소자 사이에 형성되며, 상기 태양광 발전 소자 및 상기 열전 소자와의 마찰에 따라 전기 에너지를 생성하는 제1마찰 에너지 생성층
을 포함하는 에너지 하베스팅 의류.
- 제 6항에 있어서,
상기 제1마찰 에너지 생성층은
유전체 또는 금속
을 포함하는 에너지 하베스팅 의류.
- 제 6항에 있어서,
상기 태양광 발전 소자는 상기 의류에 외피에 포함되며,
상기 열전 소자는 상기 의류의 내피에 포함되는
에너지 하베스팅 의류.
- 제 6항에 있어서,
상기 태양광 발전 소자, 상기 열전 소자 및 상기 제1마찰 에너지 생성층 각각의 전극에 연결되어 에너지를 저장하는 베터리
를 더 포함하는 에너지 하베스팅 의류.
- 제 9항에 있어서,
상기 베터리의 전력을 공급하는 커넥터; 및
상기 커넥터와 연결되는 발광 소자
를 더 포함하는 에너지 하베스팅 의류.
- 제 6항에 있어서,
외벽은 태양광 발전 소자를 포함하며 내벽은 제2마찰 에너지 생성층을 포함하는 발전 모듈을 더 포함하며,
상기 발전 모듈은
상기 발전 모듈의 내부 공간에서 이동하며 상기 제2마찰 에너지 생성층과 마찰하는 마찰 소자를 포함하는
에너지 하베스팅 의류.
- 제 11항에 있어서,
상기 발전 모듈은
상기 에너지 하베스팅 의류와 탈부착되는
에너지 하베스팅 의류.
- 제 11항에 있어서,
상기 발전 모듈이 수납되는 수납부를 더 포함하며,
상기 수납부는 태양광을 통과시키는 투명 소재를 포함하는
에너지 하베스팅 의류.
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