KR20160052917A - 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체를 에너지 전환 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치는 액체를 저장하는 액체 저장부; 상기 액체 저장부와 결합되며 상기 액체를 방울 형태로 변환하여 분사하는 액체 방울 생성부; 및 상기 액체 방울 생성부와 결합되며 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성하여 상기 분사되는 방울 형태의 액체가 접촉하도록 하고, 상기 접촉에 따라 대전되는 전극을 포함하여 상기 접촉 상태의 변화에 따라 상기 전극 간의 전위차를 발생시켜 전하의 이동을 야기시키는 에너지 전환부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 액체를 이용한 전기에너지 발생장치를 튜브형태로 응용함으로써 강물, 빗물, 생활용수, 생활하수 등에 응용이 용이하며 보다 적은양의 액체를 이용해서 효과적인 전기발생이 가능해진다. 또한, 액체를 이용하는 전기에너지 발생장치의 경우 효율적인 전하이동을 유도하기 위해서 액체방울 형태로 접촉하게 하여 간헐적이며 소량의 액체를 이용해서도 효과적으로 전기에너지 발전이 가능하다.

Description

액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치{Apparatus for energy converting using liquid droplet}

본 발명은 액체를 에너지 전환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체의 흐름에 따른 운동 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치에 관한 것이다.

종래의 유체를 이용하여 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기술들은 유전물질과 접하고 있는 액체금속의 접촉면적을 시간의 흐름에 따라 변화시켜 유전물질 아래 위치하는 전극에 전기용량(capacitance)을 발생시키는 원리를 이용한다.

종래의 유체를 이용한 에너지 전환 장치는 가늘고 긴 형상의 채널의 벽에 일정한 패턴으로 전극을 형성하고, 전극의 상부에는 유전물질층을 형성시킨다. 그리고 채널의 내부에는 작은 물방울 형태의 전도성 액체와 비전도성 액체를 주입하고, 이러한 물방울 형태의 전도성 액체에 외부전원으로부터 전압을 인가하여 전도성 액체를 분극시킨다.

종래의 장치는 물줄기와 같은 많은 양의 액체와 접촉 시 전기에너지 생성에 사용되는 액체보다 버려지는 액체가 많아 전기에너지 발전량이 작은 단점이 있었으며, 또한 액체방울 형태가 전기에너지 생성에 유리함에도 불구하고 줄기형태로 사용해야 하는 문제점이 있었다. 나아가 많은 양의 액체와 접촉 시 전기에너지를 발생시키는 액체보다 버려지는 액체가 많은 문제가 있었다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 액체저장부를 도입해서 일정량의 물방울이 에너지전환부에 보다 오랜시간 액체를 토출할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 또한 단위 에너지 전환 장치를 복수로 설치함으로써 보다 효율적인 전기에너지 발생이 가능토록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치는 액체를 저장하는 액체 저장부; 상기 액체 저장부와 결합되며 상기 액체를 방울 형태로 변환하여 분사하는 액체 방울 생성부; 및 상기 액체 방울 생성부와 결합되며 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성하여 상기 분사되는 방울 형태의 액체가 접촉하도록 하고, 상기 접촉에 따라 대전되는 전극을 포함하여 상기 접촉 상태의 변화에 따라 상기 전극 간의 전위차를 발생시켜 전하의 이동을 야기시키는 에너지 전환부를 포함한다.

상기 에너지 전환 장치는 복수의 상기 액체 방울 생성부 및 상기 에너지 전환부를 포함하고, 상기 액체 방울 생성부 및 상기 에너지 전환부는 교번하여 결합된다.

상기 에너지 전환 장치는 상기 전하의 이동으로 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 더 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치는 액체를 방울 형태로 변환하여 분사하는 액체 방울 생성부; 및 상기 액체 방울 생성부와 결합되며 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성하여 상기 분사되는 방울 형태의 액체가 접촉하도록 하고, 상기 접촉에 따라 대전되는 전극을 포함하여 상기 접촉 상태의 변화에 따라 상기 전극 간의 전위차를 발생시켜 전하의 이동을 야기시키는 에너지 전환부를 단위 에너지 전환 장치로, 상기 단위 에너지 전환 장치가 복수로 결합된 것이 바람직하다.

상기 단위 에너지 전환 장치는 직렬로 결합되는 것이 바람직하다.

상기 단위 에너지 전환 장치는 병렬로 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 액체를 이용한 전기에너지 발생장치를 튜브형태로 응용함으로써 강물, 빗물, 생활용수, 생활하수 등에 응용이 용이하며 보다 적은양의 액체를 이용해서 효과적인 전기발생이 가능해진다. 또한, 액체를 이용하는 전기에너지 발생장치의 경우 효율적인 전하이동을 유도하기 위해서 액체방울 형태로 접촉하게 하여 간헐적이며 소량의 액체를 이용해서도 효과적으로 전기에너지 발전이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액체 방울을 이용한 단위 에너지 전환 장치를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치의 에너지 전환을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액체 방울을 이용한 에너지 전환부의 단면을 나타내는 예시도이다.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액체(50) 방울을 이용한 에너지 전환 장치(100)를 나타내는 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 액체(50) 방울을 이용한 에너지 전환 장치(100)는 액체(50) 저장부(110), 액체(50) 방울 생성부(120), 에너지 전환부(130)를 포함한다.

본 실시예에서 액체(50) 저장부(110)는 액체(50)를 저장한다. 즉, 본 실시예에 따른 에너지 전환 장치(100)에서 이용되는 액체(50)를 저장하는 곳으로 도 1과 같이 원통형의 에너지 전환 장치(100)의 일부에 형성 될 수 있다.

이때 액체(50) 저장부(110)가 액체(50)를 저장하는 것은 이용되는 액체(50)를 직접 보유고 있는 것 뿐만 아니라, 일시적으로 후술하는 액체(50) 방울 생성부(120)에서 액체(50)를 방울형태로 변환하기 위한 대기시간동안 액체(50)를 보관하고 있는 경우도 포함한다.

즉, 실제로 액체(50)는 액체(50) 저장부(110)를 통과하여 액체(50) 방울 생성부(120)에서 방울형태로 변환되는 경우도 포함되며, 병목현상 등에 의해 액체(50) 방울 생성부(120)에서 분사되기 까지의 지연시간 동안 액체(50)를 일시적으로 보유하고 있는 것을 포함한다.

또한, 외부의 액체(50) 보관 장치로부터 액체(50)를 공급 받고, 액체(50) 발생부에 액체(50)를 공급하기 위하여 일시적으로 액체(50)를 보관하고 있는 경우도 포함할 수 있다.

본 실시예에서 액체(50) 방울 생성부(120)는 액체(50) 저장부(110)와 결합되며 상기 액체(50)를 방울 형태로 변환하여 분사한다.

액체(50) 방울 생성부(120)는 샤워 헤드와 같은 원리로 액체(50) 저장부(110)에 저장되어 있는 액체(50)를 물방울 형태로 분사한다. 즉 본 실시예에서는 물줄기와 같은 많은 양의 액체(50)와 접촉 시 전기에너지 생성에 사용되는 액체(50)보다 버려지는 액체(50)가 많아 전기에너지 발전량이 작고, 액체(50)방울 형태가 전기에너지 생성에 유리함에도 불구하고 줄기형태로 사용해야 하는 문제점을 개선하였다.

다음 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 에너지 전환부(130)를 설명한다.

본 실시예에서 에너지 전환부(130)는 액체(50) 방울 생성부(120)와 결합되며 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성하여 상기 분사되는 방울 형태의 액체(50)가 접촉하도록 하고, 상기 접촉에 따라 대전되는 전극(136)을 포함하여 상기 접촉 상태의 변화에 따라 상기 전극(136) 간의 전위차를 발생시켜 전하의 이동을 야기시킨다.

본 실시예에서 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성한다는 것은 도 1과 같이 원통형과 같이 측면이 막힌 형태로 구성된 다는 것으로, 따라서 액체(50) 방울 생성부(120)에서 생성된 액체(50) 방울은 원통형의 벽면과 접촉하며 전기 에너지를 발생시키게 된다.

도 3을 참조하면 도 3은 본 실시예에 따른 에너지 전환부(130)의 일부를 나타내는 예시도로서, 에너지 전환부(130)는 기판(132), 제1 전극(136), 제2 전극(137)을 포함한다.

즉, 에너지 전환부(130)에 의한 기계적에너지를 전기에너지로 전환하기 위한 사용태양으로, 도 3을 참조하면, 기판(132)이 기울어져 기판(132) 상의 액체(50)가 제1 전극(136) 및 제2 전극(137)과의 접촉면, 접촉면적 또는 접촉각이 변화하도록 흐르게 된다.

이런 흐름에 의하여, 도 4와 같은 적층구조를 가지는 액체(50)를 이용한 에너지 전환 장치(100)는 액체(50)의 움직임인 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 적층구조를 가지는 액체(50)를 이용한 에너지 전환장치는 상부면에 간격을 두고 패터닝된 제1 전극(136) 및 제2 전극(137)을 가지고 하부면에 기판(132), 제1 전극(136)과 제2 전극(137)을 포함하여 적어도 하나 이상에 형성된 에너지 전환층(134)을 포함한다.

또한 에너지 전환층(134) 상부에는 액체(50)의 성질에 따라 소수성 또는 친수성 물질층(138) 등이 형성될 수 있다.

본 실시예에서 에너지 전환층(134)은 무기물층 및/또는 유기물층이 적층되어 구성된다. 바람직하게는, 이러한 에너지 전환층(134)의 형성은 증착, 스핀코팅, 스프레이 공정등으로 형성할 수 있으며 패터닝 공정을 통해 하나이상의 분리체를

형성할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 유기물층은 유전상수(dielectric constant, K)가 4이하의 물질이 사용될 수 있고, 무기물층은 유전상수가 5이상의 물질이 사용될 수 있다.

본 실시예에서 제1 전극(136) 또는 제2 전극(137)은 상기 제1 에너지 전환층(134)상에 형성되고, 액체(50)의 이동 또는 상태변화에 따라 액체(50)와의 접촉상태가 변한다.

이상의 본 실시예에 따른 에너지 전환 장치(100)는 액체(50)의 이동 또는 상태변화에 따른 제1 전극(136), 제2 전극(137) 또는 에너지 전환층(134)과 액체(50)의 접촉상태의 변화에 따라 에너지를 발생시킨다. 즉, 액체(50)가 제1 또는 제2 전극(137) 상을 흐르면서 이에 따른 접촉상태의 변화로 정전용량의 변화가 생기고 이에 의해 발생하는 전위차를 보상하기 위하여 발생하는 전자의 이동으로부터 에너지를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 상술한 구조의 에너지 전환 장치(100)를 도 2와 같이 단위 에너지 전환 장치(100)로 하여 이를 직렬 또는 병렬로 구성하는 것도 가능하다.

즉, 액체(50) 방울 생성부(120)와 에너지 전환부(130)를 서로 교번하여 배치하여 에너지 전환부(130)를 통과한 액체(50)가 다시 액체(50) 방울 생성부(120)를 통해 액체(50) 방울로 변화되고 또 다른 에너지 전환부(130)를 이동하면서 지속적으로 전기 에너지를 발생시키도록 구성할 수 있다.

나아가 본 실시예에서는 구조를 원통형으로 도 1 및 2에 도시하고 있으나, 사용환경에 따라 다양한 단면을 갖는 구조로 구성되는 것도 가능하며, 본 실시예에 따른 에너지 전환 장치(100)에서 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부(110)를 더 포함하는 것도 가능하다.

이상의 본 발명에 따르면, 액체(50)를 이용한 전기에너지 발생장치를 튜브형태로 응용함으로써 강물, 빗물, 생활용수, 생활하수 등에 응용이 용이하며 보다 적은양의 액체(50)를 이용해서 효과적인 전기발생이 가능해진다. 또한, 액체(50)를 이용하는 전기에너지 발생장치의 경우 효율적인 전하이동을 유도하기 위해서 액체(50)방울 형태로 접촉하게 하여 간헐적이며 소량의 액체(50)를 이용해서도 효과적으로 전기에너지 발전이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 액체를 저장하는 액체 저장부;
   상기 액체 저장부와 결합되며 상기 액체를 방울 형태로 변환하여 분사하는 액체 방울 생성부; 및
   상기 액체 방울 생성부와 결합되며 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성하여 상기 분사되는 방울 형태의 액체가 접촉하도록 하고,
   상기 접촉에 따라 대전되는 전극을 포함하여 상기 접촉 상태의 변화에 따라 상기 전극 간의 전위차를 발생시켜 전하의 이동을 야기시키는 에너지 전환부를 포함하는 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 에너지 전환 장치는 복수의 상기 액체 방울 생성부 및 상기 에너지 전환부를 포함하고,
   상기 액체 방울 생성부 및 상기 에너지 전환부는 교번하여 결합되는 것을 특징으로 하는 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 에너지 전환 장치는 상기 전하의 이동으로 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치
4. 액체를 방울 형태로 변환하여 분사하는 액체 방울 생성부; 및
   상기 액체 방울 생성부와 결합되며 외주면을 따라 닫힌 공간을 형성하여 상기 분사되는 방울 형태의 액체가 접촉하도록 하고, 상기 접촉에 따라 대전되는 전극을 포함하여 상기 접촉 상태의 변화에 따라 상기 전극 간의 전위차를 발생시켜 전하의 이동을 야기시키는 에너지 전환부를 단위 에너지 전환 장치로,
   상기 단위 에너지 전환 장치가 복수로 결합된 것을 특징으로 하는 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치.
5. 제 4 항에 있이서,
   상기 단위 에너지 전환 장치는 직렬로 결합되는 것을 특징으로 하는 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치.
6. 제 4 항에 있이서,
   상기 단위 에너지 전환 장치는 병렬로 결합되는 것을 특징으로 하는 액체 방울을 이용한 에너지 전환 장치.

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