KR20190047949A - 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치 및 먼지측정장치 - Google Patents

탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치 및 먼지측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스프링처럼 자유자재로 늘였다가 줄일 수 있는 스트레쳐블(Stretchable) 특성을 갖는 탄소나노튜브를 이용하여 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치에 관한 것으로,
탑(top)부와 탑(top)부가 상호 마주보도록 접은 제1폴딩부와 바텀(bottom)부와 바텀(bottom)부가 상호 마주보도록 접은 제2폴딩부가 교대로 적층되도록 접은 탄소나노튜브(100)와; 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 저면인 바텀(bottom)부와 상면인 탑(top)부에 각각 연결되어, 압력 인가시 상기 폴딩형 PLA 나노섬유 웹에서 생성되는 전기적 신호인 압전신호를 수신하는 유연성 병렬 전극부(200)와; 전도성 직물로 이루어지며 상기 유연성 병렬 전극부에 연결되어 상기 폴딩형 탄소나노튜브에 가해지는 압력에 의해 생성된 교류형 압전신호를 전달하는 신호전달부(300)와; 상기 신호전달부에 전기적으로 연결되어 교류형 압전신호를 정류화시키는 브리지 다이오드(bridge diode)를 지난 후에 생성되는 직류형 전류를 저장하는 에너지 저장수단(400)과; 상기 유연성 병렬 전극부의 외부를 감싸서 불필요한 외부의 자극이나 오염물질로부터 전극부와 센서부를 보호하는 보호층(500)과; 상기 보호층의 일단에 설치되어 먼지를 측정하는 먼지 측정수단(2000)과; 상기 먼지 측정수단에 의해서 먼지가 기준이상 검출되면 제어부(3000)의 지령에 따라 알림신호를 외부로 출력하는 통신신호 자동 출력부(1000)를 포함하여 구성함이 특징이다.

Description

탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치{Electricity generating apparatus using carbon nanotube}
본 발명은 스프링처럼 자유자재로 늘였다가 줄일 수 있는 스트레쳐블(Stretchable) 특성을 갖는 탄소나노튜브를 이용하여 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치에 관한 것이다.
이차전지는 단위 무게 또는 부피당 축적할 수 있는 에너지 밀도의 측면에서는 우수하나 사용기간, 충전시간, 출력 밀도 측면에서는 많은 개선의 필요가 있다. 한편 전기화학적 커패시터는 에너지 밀도 측면에서 이차전지에 비해 작으나 사용시간, 충전시간, 출력밀도가 이차전지에 비해 우수한 특성을 보이고 있다. 상기 이차전지와 전기화학적 커패시터 사이의 간극을 채울 수 있는 차세대 에너지 저장 후보로 슈퍼커패시터에 관한 연구가 최근 주목받고 있다.
전기화학적 패러데이 반응(faradauc reaction)에서 발생되는 수도-캐패시턴스(Pseudo capacitance)를 이용하는 금속산화물계 슈퍼커패시터는 산화환원이 가능한 여러 개의 원자가를 가지는 금속산화물을 이용하는 슈퍼커패시터이다. 현재까지 보고된 금속산화물 소재로는 RuO2, IrO2, NiOx, CoOx 및 MnO2 등이 있는데, RuO2은 다른 금속산화물에 비해 높은 비축전용량을 가지고 있으나, 고가의 소재여서 산업적으로 널리 이용하기 어려운 단점이 있으며, NiOx, CoOx 및 MnO2 등의 금속산화물은 비교적 저가이나, 축전용량이 열악하다는 문제점이 있다. 그중에서도 이산화망간은 가격이 저렴하며, 환경 친화적인 특성으로 이를 이용한 전극소재 개발이 각광을 받고 있다는데, 신규한 전극 구조설계, 빠른 전자 이동 및 반응 계면적을 증대하여 전기화학적 활용도를 향상시키기 위한 새로운 다공성 전극 물질을 도입하여 전기화학적 에너지 저장 성능을 향상시키기 위한 연구들이 꾸준히 진행되고 있다.
최근에는 성능을 강화하는 것뿐만 아니라, 슈퍼커패시터에 유연성 또는 신축성 등과 같은 기계적 자율성을 부가하기 위한 연구들이 부각되고 있다. 이러한 요건들을 충족시키기 위한 방법으로 전통적인 3차원(3-D) 또는 2 차원(2-D) 구조(필름타입)에서 1 차원(1-D) 구조(실 또는 섬유 타입)으로 에너지 소자의 차원 변환에 관심을 가지고 있다. 1 차원 구조의 슈퍼커패시터는 작은 사이즈 및 다양한 모양의 구조를 가지는 장치들에 쉽게 적용시킬 수 있기 때문에 소형전자기기, 착용가능한 전자 섬유, 이식가능한 의료장비 등에 적용할 수 있는 전원으로 적합하다.
한국등록특허 제1,126,784호에서는 전기 방사를 통해 제조된 PAN계 탄소나노섬유에 망간 산화물을 증착시켜 고용량 의사커패시터(pseudo capacitor)와 이중층 커패시터의 복합적인 기능을 발휘하여 높은 에너지 밀도와 높은 동력밀도를 동시에 나타내는 부직포 구조의 하이브리드 슈퍼커패시터를 개시하고 있고, Liangbing Hu 등은 폴리에스테르로 코팅된 직물섬유 구조의 탄소 나노튜브에 이산화망간을 전기화학적으로 증착시켜 입을 수 있는 수도 -커패시터에 관해 개시하고 있으며[ACS Nano, 2011, 5 (11), pp 8904-8913], Wei Chen 등은 탄소나노튜브로 이루어진 스폰지 구조체에 이산화망간을 증착시켜 슈퍼커패시터의 성능을 향상시킨 구성을 개시하고 있다[NanoLett. 2011, 11, 5165-5172].
그러나 상기와 같은 발명들은 매우 낮은 인장변형률 또는 신축성을 가지는 것으로 단순한 휨에 불과하여, 이식가능한 의료장치, 신축성을 필요로 하는 마이크로 장치나 변형이 큰 전자제품의 전원이나, 착용 및 활동이 용이하도록 유연성 또는 신축성을 요구하는 전자섬유 등에 활용하기에는 부족한 문제가 있다.
한국등록특허 제1,126,784호
Hu et al.ACS Nano, 2011, 5 (11), 8904-8913 Chen et al. Nano Lett. 2011, 11, 5165-5172
따라서, 본 발명은 탄성 변형률이 뛰어나면서도 슈퍼커패시터 전극으로 채용시 전력 밀도 및 용량 특성이 우수한 탄소나노튜브 코일 얀 구조체에 이산화망간을 코팅하여 제조된 스프링처럼 늘일 수 있는 실 형태의 탄소나노 튜브/이산화망간 하이브리드 코일 얀 전극을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 코일 얀 전극을 이용하여 스프링처럼 잡아 늘인(stretchable) 조건에서도 우수한 에너지 저장 성능을 가지고, 나아가서 입을 수 있는(wearable) 직물 형태로 구현이 가능한 실 형태의 슈퍼커패시터를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은 탑(top)부와 탑(top)부가 상호 마주보도록 접은 제1폴딩부와 바텀(bottom)부와 바텀(bottom)부가 상호 마주보도록 접은 제2폴딩부가 교대로 적층되도록 접은 탄소나노튜브(100)와; 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 저면인 바텀(bottom)부와 상면인 탑(top)부에 각각 연결되어, 압력 인가시 상기 폴딩형 PLA 나노섬유 웹에서 생성되는 전기적 신호인 압전신호를 수신하는 유연성 병렬 전극부(200)와; 전도성 직물로 이루어지며 상기 유연성 병렬 전극부에 연결되어 상기 폴딩형 탄소나노튜브에 가해지는 압력에 의해 생성된 교류형 압전신호를 전달하는 신호전달부(300)와; 상기 신호전달부에 전기적으로 연결되어 교류형 압전신호를 정류화시키는 브리지 다이오드(bridge diode)를 지난 후에 생성되는 직류형 전류를 저장하는 에너지 저장수단(400)과; 상기 유연성 병렬 전극부의 외부를 감싸서 불필요한 외부의 자극이나 오염물질로부터 전극부와 센서부를 보호하는 보호층(500)과; 상기 보호층의 일단에 설치되어 먼지를 측정하는 먼지 측정수단(2000)과; 상기 먼지 측정수단에 의해서 먼지가 기준이상 검출되면 제어부(3000)의 지령에 따라 알림신호를 외부로 출력하는 통신신호 자동 출력부(1000)를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 상기 먼지 측정수단(2000)은, 적외선을 방출하기 위한 적외선 송신수단(A)과, 상기 적외선 송신수단과 대향되도록 위치하며 상기 적외선 송신수단으로부터 방출된 빛을 수신하여 그 수신량의 정도에 따라 먼지유입을 판단하도록 하기 위한 적외선 수신수단(B)과, 상기 적외선 수신수단(B)의 출력전압이 설정된 값보다 작으면 상기 적외선 송신수단(A)의 입력전압이 증가되도록 제어하기 위한 먼지 측정 제어부(C)를 포함하는 구성하고; 상기 적외선 송신수단(A)은, 액추에이터(3)에 권취되어 소정거리 이격되게 장착되는 다수의 유동용 전자석(2a,2b,2c)과, 상기 유동용 전자석(2a,2b,2c)과 인접된 위치에 고정 설치되는 다수의 고정용 전자석(2d,2e,2f)로 이루어지는 적외선 송신기 변환수단(2)과; 상기 유동용 전자석((2a,2b,2c)과 고정용 전자석(2d,2e,2f)에 전류를 흘려 자성을 형성시키고 이 자성에 의해 유동용 전자석((2a,2b,2c)과 고정용 전자석(2d,2e,2f) 사이에 척력과 인력을 발생시켜 액추에이터(3)를 구동시키는 송신 제어부(1)와; 상기 액츄에이터의 하단에 설치되어 적외선 송신기를 전후로 유동시키는 적외선 송신기 유동수단(4)과; 상기 적외선 송신기 유동수단에 설치되는 적외선 송신기의 출력을 변동시키기 위한 오목렌즈군(5)을 포함하여 이루어지며; 상기 적외선 송신기 유동수단(4)은, 엑츄에이터(3)의 일측 외주연에 길이방향으로 다수 형성된 오목렌즈군(5)에 근접되어 적외선을 외부로 출력하는 적외선 송신용 소자(4a)와, 상기 적외선 송신용 소자(4a)를 유동시키기 위한 이동바(4b)와, 상기 이동바를 움직여서 적외선 송신용 소자를 좌우로 유동시키는 솔레노이드(4c)로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 액츄에이터의 하단에는, 작동 민감도를 조절하기 위한 제 1 내지 제 3 끼움용 홀(6a)과, 상기 끼움용 홀에 삽입 설치되는 제 1 내지 제 3 무게조절핀(6b)을 포함하는 움직임 속도 조절수단(6)을 더 설치하여 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 오목렌즈군(5)은, 중심부의 함몰 각도에 따라서 적외선 광의 출력 정도를 달리하도록 설계되며, 적외선 송신기 변환수단의 움직임 작동에 의해서 함몰 정도가 다른 렌즈가 선택되면서 다른 강도의 적외선 광을 출력할 수 있도록 구성되고, 작동봉의 가장 중심에 설치되며 함몰각도가 25도인 제 3 오목렌즈(5c)와; 적외선 광을 조금 줄여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(5c)의 윗쪽에 설치되며 함몰각도가 15도인 제 2 오목렌즈(5b)와; 적외선 광을 더 많이 줄여서 출력해야할 경우에 사용되며 제 2 오목렌즈(152)의 윗쪽에 설치되며 함몰각도가 5도인 제 1 오목렌즈(5a)와; 적외선 광을 더 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(5c)의 아랫쪽에 설치되며 함몰각도가 35도인 제 4 오목렌즈(5d)와; 적외선 광을 더 많이 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 4 오목렌즈(5d)의 아랫쪽에 설치되며 함몰각도가 45도인 제 5 오목렌즈(5e)를 포함하여 이루어짐이 특징이다.
또한, 상기 통신신호 자동 출력부(1000)는, 자체 전원에 의해서 전원을 인가시키는 전원부(1110)와; 베이스에 입력되는 스위칭 신호에 따라 회로를 스위칭 시키는 제 1 스위칭 트랜지스터(Q1)와; 제 1 스위칭 트랜지스터의 동작에 상응하여 동작하며 전원부로부터 출력되는 전원을 스위칭시키는 제 2 스위칭 트랜지스터(Q2)와; 베이스에 입력되는 스위칭 신호에 따라 회로를 스위칭 시키는 제 3 스위칭 트랜지스터(Q3)와; 전원부의 출력단 타측에 설치되어 전원부로부터 출력되는 전원부를 스위칭 시키는 제 4 스위칭 트랜지스터(Q4)와; 제 4 스위칭 트랜지스터 출력단에 결합되며 제 4 스위칭 트랜지스터 스위칭되면 자기력을 발생시키는 릴레이 스위치(RY3)와; 상기 릴레이 스위치에 의해서 철편이 당겨지면서 회로를 통전시키는 기능을 수행하는 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와; 상기 릴레이 스위치에 의해서 철편이 당겨지면서 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원이 공급되어 통신신호가 통신신호 출력부(1150)를 통해 출력 되도록 유도하는 역할을 하는 제 2 통신 신호 출력용 전원 스위치(sw2)와; 상기 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 스위칭시켜 릴레이 스위치가 스위칭되도록 유도하며, 이에 따라 제 1 회로 연결 스위치와 제 2 통신신호 출력용 전원 스위치가 스위칭 되도록하고, 이후 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 오프시킴과 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 스위칭시켜, 릴레이 스위치는 오프시키고 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터에 연동되도록 구성된 제 1 회로 연결 스위치와 제 2 통신신호 출력용 전원 스위치의 스위칭 상태를 지속시켜 통신상태를 지속시키는 통신 제어부(1120)와; 상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)에 접점되어 제 2 스위칭 트랜지스터로부터 전달되는 전원을 중계시켜 전원의 흐름을 지속시키는 회로 작동용 철편(1131)과; 상기 회로 작동용 철편(1131)에 연동하여 동작하도록 설계되며 회로 작동용 철편(1131)이 온 되면 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원을 연결하여 통신장치가 작동되도록 유도하는 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)과; 상기 회로 작동용 철판(1131)의 하단에 설치되며 릴레이 스위치 미작동시 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와 회로 작동용 철편(1131)이 항상 오프상태를 유지하도록 유도하는제 1 탄성유지수단(1133)과; 상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)의 상부에 설치하되 제 1 탄성유지수단과 일정거리 이격되어 설치되며, 릴레이 스위치 미작동시 서로 이격된 상태가 유지되면서 전기적으로 오프 상태를 유지시키며, 릴레이 스위치 작동시 회로 작동용 철편(1131)이 끌어당겨져 제 1 탄성유지수단이 겹쳐지면서 제 1 탄성유지수단(1133)과 결합되고 동시에 제 1 회로 연결 스위치(sw1)가 스위칭되어 릴레이 스위치의 작동이 멈추어도 회로 작동용 철편(1131)의 부착 상태가 계속되어 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 통한 전원공급상태를 유지시킨다. 이때 릴레이 스위치의 작동으로 회로작동용 철편(1131)이 동작하면 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)이 자동으로 작동하여 통신신호가 외부로 출력되도록 동작하는 제 2 탄성유지수단(1134)과; 상기 제 2 탄성유지수단(1134)과 제 1 탄성유지수단(1133)이 결합시에 상호 직접 결합되지 않고 일정간극을 유지한체 결합되도록 유도하며, 제 1 탄성유지수단(1133)과 제 2 탄성유지수단(1134)을 해체시에 자연스럽게 상호 분리가 가능토록 유도하는 간격유지수단(1133a)과; 상기 회로작동용 철편과 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편에 결합되며, 통신신호 작동을 중단시키기 위해 사용자가 조작하면 회로 작동용 철편과 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편을 오프시켜 통신신호 출력부의 동작을 중단시킴으로서 더이상 통신신호가 출력되지 않토록 유도하는 수동 작동 스위치(1135)를 더 포함하여 구성함이 특징이다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 시트를 꼬아서 스프링 형태로 제조한 코일 얀 및 상기 코일 얀에 나노 크기의 이산화망간을 증착시켜 제조한 탄소나노튜브/이산화망간 기반의 하이브리드 코일 얀 전극은 기계적 특성이 뛰어나며, 에너지 저장능력과 신축성이 우수하여 이를 이용하여 제조된 슈퍼커패시터는 늘이거나, 직조하는 것과 같은 다양한 변형과 수백~수천 번의 인장 테스트에도 에너지 저장성능 및 기계적 특성이 잘 보존되고 우수한 전기화학적 성능을 유지할 수 있어서 착용 및 활동이 가능한 전자장치의 기본재료, 이식가능한 의료장치 및 전기에너지로 구동되는 액츄에이터의 에너지 공급매체로 용이하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 탄소나노튜브 개념도.
도 2는 본 발명의 탄소노나튜브 설치 예시도.
도 3은 본 발명의 먼지측정수단 및 통신신호 자동 출력부 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 먼지 측정수단을 구성하는 적외선 송신수단과 적외선 수신수단 개념도.
도 5는 본 발명의 적외선 송신수단과 적외선 수신수단을 이용하여 먼지를 측정하는 개념도.
도 6은 본 발명의 적외선 송신수단의 유동을 위한 동작 개념도.
도 7은 본 발명의 오목렌즈 각도 측정 개념도.
도 8은 본 발명에 적용되는 제 1 오목렌즈 구성도.
도 9는 본 발명에 적용되는 제 2 오목렌즈 구성도.
도 10은 본 발명에 적용되는 제 3 오목렌즈 구성도.
도 11은 본 발명에 적용되는 제 4 오목렌즈 구성도.
도 12는 본 발명에 적용되는 제 5 오목렌즈 구성도.
도 13은 본 발명의 오목렌즈 중심부 함몰각에 따른 광세기 그래프 구성도.
도 14는 본 발명의 통신신호 자동 출력부 회로도.
도 15는 도 14의 요부 확대도.
도 16은 본 발명의 통신신호 자동 출력부 동작 예시도.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 이미 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 이미 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하 실시예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 하나의 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 탄소나노튜브 개념도.
도 2는 본 발명의 탄소노나튜브 설치 예시도.
도 3은 본 발명의 먼지측정수단 및 통신신호 자동 출력부 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 먼지 측정수단을 구성하는 적외선 송신수단과 적외선 수신수단 개념도.
도 5는 본 발명의 적외선 송신수단과 적외선 수신수단을 이용하여 먼지를 측정하는 개념도.
도 6은 본 발명의 적외선 송신수단의 유동을 위한 동작 개념도.
도 7은 본 발명의 오목렌즈 각도 측정 개념도.
도 8은 본 발명에 적용되는 제 1 오목렌즈 구성도.
도 9는 본 발명에 적용되는 제 2 오목렌즈 구성도.
도 10은 본 발명에 적용되는 제 3 오목렌즈 구성도.
도 11은 본 발명에 적용되는 제 4 오목렌즈 구성도.
도 12는 본 발명에 적용되는 제 5 오목렌즈 구성도.
도 13은 본 발명의 오목렌즈 중심부 함몰각에 따른 광세기 그래프 구성도.
도 14는 본 발명의 통신신호 자동 출력부 회로도.
도 15는 도 14의 요부 확대도.
도 16은 본 발명의 통신신호 자동 출력부 동작 예시도로서,
본 발명은 본 발명은 나일론 및 탄소나노튜브를 포함하는 복합체에 관한 것으로, 하나의 예로서, 나일론; 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브를 포함하는 복합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복합체는 나일론 매트릭스 상에 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브가 분산된 형태일 수 있으며, 상기 나일론은 나일론 6 또는 나일론 6,6를 의미할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 나일론과 탄소나노튜브의 계면 접착력을 극대화 시키는 방법으로서, 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽형 또는 다중벽형이 사용될 수 있으며, 나일론의 기계적 강도 및 열안정성을 향상시키기 위해, 탄소나노튜브가 가지고 있는 높은 기계적 물성, 열안정성, 전기/열 전도성 등의 장점을 도입할 수 있다. 결과적으로, 상기 복합체는 나일론(nylon) 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브(nylon grafted CNT, nylon-g-CNT)의 복합체일 수 있다.
상기 제조된 나일론 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 복합체 100 중량부를 기준으로, 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 함량은 0.1 내지 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 함량은 0.1 내지 15 중량부, 0.5 내지 10 중량부, 0.1 내지 5 중량부 또는 0.5 내지 3 중량부일 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 함량 범위 내에서, 제조된 나일론 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 복합체는 높은 기계적 강도, 열안정성 및 인장 강도를 구현할 수 있다.
결과적으로, 제조된 본 발명에 따른 복합체의 인장 강도는 40 내지 60 MPa일 수 있다. 상기 인장 강도란, 인장하중을 부하하였을 때 파단에 이르기까지의 최대 하중을 변형 전의 시험편 단면적으로 나눈 값을 의미할 수 있다. 구체적으로, 제품을 제조하여 사용하였을 경우, 높은 인장 강도는 제품의 내구성을 향상시킬 수 있어, 제품을 오래 사용할 수 있으며, 외관의 유지력 또한 우수할 수 있다. 이를 통해, 상기 복합체는 향상된 기계적 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
상기 복합체는 충진제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 충진제는 본 발명에 따른 복합체의 물성 및 성형가공성을 향상시킬 수 있으며, 제조단가를 낮출 수 있다. 예를 들어, 상기 충진제는 글라스파이버, 실리카입자, 탈크, 마이카 및 알루미나 입자 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 충진제의 함량은 복합체 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 충진제의 함량은 1 내지 12 중량부, 1 내지 4 중량부, 3 내지 12 중량부, 3 내지 7 중량부 또는 7 내지 12 중량부일 수 있다. 상기 충진제의 범위 내에서, 제조된 복합체의 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 나일론 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 복합체의 제조방법을 제공할 수 있다. 하나의 예로서, 아민기와 반응 가능한 작용기를 갖는 탄소나노튜브; 및 나일론을 반응시키는 단계를 통해 제조될 수 있다.
구체적으로, 나일론의 작용기 중 하나 이상은 아민기를 포함하고 있으며, 상기 나일론과 탄소나노튜브는 서로 상이한 물질로, 나일론과 탄소나노튜브는 쉽게 결합되지 않는다. 따라서, 탄소나노튜브의 계면에 나일론의 아민기와 반응 가능한 작용기를 먼저 도입한 후에 나일론과 결합시킬 수 있다. 결과적으로, 탄소나노튜브에 결합된 아민기와 반응 가능한 작용기를 결합시킴으로써 나일론의 아민기와 수소결합을 통하여 강한 결합력을 구현할 수 있으며, 이를 통해, 기계적 강도를 높일 수 있다.
상기 아민기와 반응 가능한 작용기는 아실 할라이드, 방향족 아실 할라이드, 방향족 아실 할라이드 복합체, 말레익 언하이드라이드, 에스테르, 아민, 카르복실레이트 및 카르복실산 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소나노튜브의 작용기는 -COCl, -COOCSCl, -COOCOCl 또는 말레익 언하이드라이드(maleic anhydride)일 수 있다.
또한, 상기 복합체는 나일론과 탄소나노튜브는 반응압출법을 이용하여 반응시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 반응압출법이란, 고분자 및 중합 가능한 단량체의 화학적 반응 및 상변화 등을 포함할 수 있는 일련의 연속적 공정을 의미할 수 있다. 이를 통해, 한 번의 공정으로 최종 물질까지 생산할 수 있어, 경제적인 측면에서 유리하다. 또한, 회분식 반응기(batch reactor)에서 수행되던 자유라디칼, 음이온, 양이온, 그래프팅 및 축합반응 등과 같은 반응들을 이축 압출기를 이용하여 연속적으로 행할 수 있는 기술이다. 결과적으로, 상기 반응압출을 통해 본 발명에 따른 복합체를 제조함으로써, 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브; 및 나일론 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 복합체를 동시에 제조할 수 있다. 이를 통해, 공정이 단순해질 수 있고, 경제적인 측면에서 유리할 수 있다.
상기 아민기와 반응 가능한 작용기를 갖는 탄소나노튜브; 및 나일론을 반응시키는 단계 이후에, 충진제와 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제조된 나일론 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 복합체는 충진제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 충진제는 글라스파이버, 실리카 입자, 탈크, 마이카 및 알루미나 입자 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 충진제의 함량은 제조된 나일론 및 나일론이 그라프트된 탄소나노튜브의 복합체 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 충진제의 함량은 1 내지 12 중량부, 1 내지 4 중량부, 3 내지 12중량부, 3 내지 7 중량부 또는 7 내지 12 중량부일 수 있다. 상기 충진제의 범위 내에서, 제조된 복합체의 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 나일론이 수축 팽창하는 힘에 의해서 전기를 생산하며, 그 팽창속도가 20 - 30회에로 변화시에 전기적 에너지로 치환된다.
나일론 실 형태는 20-25ug 당으로 2V에서 2.5V 까지 전기발생이 가능하다.
본 발명을 이용하면 의류와, 침구류와, 양말 및 침낭과 같이 발열을 필요로 하는 제품과 핸드폰의 충전과, 전기차의 충전에 이용 가능하다.
이때, 탄소나노튜브(100)를 적층할 경우 탑(top)부와 바텀(bottom)부가 상호 접하면서 순차 적층되도록 구성될 수도 있으나, 보다 강화된 압전신호를 얻을 수 있도록 연결되어 있는 하나의 탄소나노튜브를 바텀(bottom)부와 바텀(bottom)부가 서로 마주보고 탑(top)부와 탑(top)부도 서로 마주보도록 접어서 바텀부가 마주보는 영역과 탑부가 마주보는 영역이 교대로 순차 적층되도록 구성되는 것이 바람직하다.
그에 따라, 상기 폴딩형 탄소나노튜브(100)의 상면인 탑(top)부가 서로 마주보는 영역인 제1폴딩부(110)와, 상기 탄소나노튜브의 저면인 바텀(bottom)부가 서로 마주보는 영역인 제2폴딩부(120)가 교대로 연속되면서 적층된 형태로 이루어지게 된다.
이와 같이 제1폴딩부(110)와 제2폴딩부(120)가 교대로 적층된 형태의 상기 탄소나노튜브(100)는 전도성 직물로 구성되므로, 압력 인가시 상기 제1 및 제2폴딩부가 눌려서 접히더라도 압력 제거시에는 원래의 상태로 복원되어, 스마트 슈즈나 일정 영역의 바닥과 같이 반복적으로 가해지는 압력에 의해 전기적 신호인 전단압전전류를 생성할 수 있게 된다.
또한, 상기 유연성 병렬 전극부(200)는, 상기 탄소나노튜브의 상면과 저면에 각각 연결되어 외부에서 인가되는 압력에 의해 압착되거나 복원될 때 발생되는 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 두께 변화로 인하여 생성되는 전기적 신호인 압전신호를 상기 신호전달부로 전달할 수 있는 전도성 직물로 형성되며, 상기 폴딩형 탄소나노튜브에 부착되는 제1전극(210)과, 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 상면에 부착되는 제2전극(220)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제1전극(210)은 상기 탄소나노튜브의 저면인 최하부면에 설치됨과 아울러, 상기 폴딩형 탄소나노튜브의의 저면이 서로 마주 보이도록 접힌 제2폴딩부(120)의 사이 공간에도 각각 삽입되도록 형성되고, 상기 제2전극(220)은 상기 폴딩형 탄소나노튜브(100)의 상면인 최상부면에 설치됨과 아울러, 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 상면이 서로 마주보도록 접힌 제1폴딩부(110)의 사이 공간에도 삽입되도록 형성된다.
그에 따라, 상기 유연성 병렬 전극부(200)는, 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 저면인 바텀부에 연결되어 있으며 적층되어 있는 적어도 하나 이상의 상기 제2폴딩부 사이 공간에 위치하는 제1전극(210)과, 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 상면인 탑부에 연결되어 있으며 적층되어 있는 상기 제1폴딩부 사이 공간에 위치하는 제2전극(220)으로 이루어져, 상기 폴딩형 탄소나노튜브의 같은 면에 접하는 전극들 상호간이 전기적으로 연결되어 있는 형태를 구현할 수 있게 된다.
따라서 외부에서 압력이 인가될 경우에는, 상기 제1 및 제2폴딩부가 교대로 적층되어 있는 폴딩형 탄소나노튜브가 압착됨에 따라 적층된 각 층이 압착되면서 제1 및 제2폴딩부(110, 120) 사이가 눌리게 되어 그 사이 공간에 삽입되어 있는 제2전극(220)과 제1전극(210)이 폴딩형 탄소나노튜브의 저면과 상면에 각각 접하여 접혀 있는 모든 영역으로부터 압전신호를 획득하게 된다.
따라서 접힌 상태의 탄소나노튜브의 상면과 저면에서만 압전신호를 획득하는 것보다, 압력이 인가될 때 접혀있는 탄소나노튜브의 여러 영역(제1 및 제2폴딩부에 의해 형성되는 영역)에서 동시에 압전신호를 획득할 수 있게 되므로, 보다 강한 압전신호를 획득할 수 있게 된다.
이때, 상기 유연성 병렬 전극부(200)는 상기 탄소나노튜브에 부착될 수 있는 전도성 직물로 형성되되, 폴딩형 탄소나노튜브와의 접촉면적을 증가시킴으로써 면적에 비례하는 정전용량 값을 크게 할 수 있도록 무늬가 없는 직물, 바람직하게는 평직물(Taffeta)이나 립스톱(Rip Stop) 조직에 니켈, 구리, 금, 은 또는 카본블랙 등 전도성이 우수한 도전성 물질이 코팅되어 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 신호전달부(300)는 일단이 유연성 병렬 전극부를 이루는 상기 제1전극(210)과 제2전극(220)에 각각 연결되고, 타단이 정전용량 값의 변화에 따른 전기적 신호를 전달하고자 하는 회로에 연결되어 있는 디지털사로 구성된다. 이때, 상기 신호전달부(300)는 외형상 표출되는 것을 최소화할 수 있도록 압력측정 센서의 두께보다 얇은 직경을 갖도록 구성되는 것이 바람직하며, 외부의 영향에 의한 노이즈를 줄이면서도 유연성도 우수한 디지털사로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에너지 저장수단(400)은 상기 폴딩형 탄소나노튜브(100)에 압력이 가해지거나 압력이 제거될 때 발생되는 전기적 신호인 압전신호를 상기 신호전달부를 통하여 전달받아 전기에너지로 저장하는 커패시터와 같은 저장수단으로 구성된다. 이때, 상기 에너지 저장수단(400)으로 공급되는 전기적 신호를 전파정류하여 공급하는 bridge diode형 정류기를 더 포함하여 구성되어야 함은 물론이다.
이와 같이 본 발명은 에너지 저장수단을 이루는 커패시터에 전기에너지를 누적 저장하도록 구성될 수 있음과 더불어, 발생된 전기에너지를 이용하여 열을 발생시켜 보온효과를 구현하거나 LED를 점등시키는 저항 등으로 이루어져 전기에너지를 지속적으로 소비하는 에너지 소비수단을 더 포함하여 구성될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에 따른 전기방사하여 얻은 탄소나노튜브형 나노제너레이터는, 상기 유연성 병렬 전극부(200)의 외부를 감싸서 불필요한 외부의 자극이나 오염물질로부터 전극부와 센서부를 보호하는 보호층(500)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 보호층(500)의 일단에 먼지 측정수단(2000)을 설치하여 상기 먼지 측정수단(2000)을 통해 먼지를 파악하고, 기준 이상의 먼지가 검출되면 경보신호를 통해 출력하여 사용자로 하여금 빠른 속도로 먼지 구역을 벗어나도록 유도한다.
그리고, 먼지 측정수단(2000)에 의해서 측정된 데이터는 제어부(3000)로 전송되며, 제어부(3000)는 먼지 측정수단에 의해서 측정된 데이터를 디스플레이부(4000)에 표시한다.
본 발명의 먼지 측정수단(2000)은 적외선을 방출하기 위한 적외선 송신수단(A)과, 상기 적외선 송신수단과 대향되도록 위치하며 상기 적외선 송신수단으로부터 방출된 빛을 수신하여 그 수신량의 정도에 따라 먼지유입을 판단하도록 하기 위한 적외선 수신수단(B)과, 상기 적외선 수신수단(B)의 출력전압이 설정된 값보다 작으면 상기 적외선 송신수단(A)의 입력전압이 증가되도록 제어하기 위한 먼지 측정 제어부(C)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 적외선 송신수단(A)은 먼지 측정 제어부(C)로부터 적외선 송신 제어신호를 인가받아 적외선 송신량을 결정하여 변화된 적외선 송신량을 출력한다.
즉, 적외선 수신수단(B)의 결과값을 먼지 측정 제어부(C)에 전송하면, 먼지 측정 제어부(C)는 적외선 수신수단(B)의 데이터를 근거로 먼지 발생량을 예측하고, 먼지 발생량에 따라서 적외선 송신수단(A)에 제어신호를 출력하여 적외선 송신량을 조절하여 출력토록 유도하는 것이다.
즉, 먼지 측정 제어부(C)에서 적외선 수신수단에서 출력되는 광량 데이터를 읽고, 이를 근거로 적외선 발광수단의 광량을 자동 제어하여 감도조절이 자동적으로 일정하게 유지되도록 하여 먼지로 인한 오염 상황에서도 먼지 검출을 최적의 감도상태로 유지하여 측정할 수 있도록 한 것이다.
다시말해서, 먼지 측정 제어부(C)는 적외선 수신수단(B)의 수신 광량이 미약하면 오염 정도가 높은 것으로 판단하여 보다 정밀한 먼지 측정을 위해서 적외선 송신수단(A)의 광량을 높이도록 제어신호를 출력하며, 적외선 수신수단(C)의 수신 광량이 너무 세면 오염이 없는 상태이나 정밀한 측정이 어려워지므로 적외선 송신수단(A)의 광량을 낮추도록 제어신호를 출력하는 것이다. 즉, 적외선 송신 광량을 적절한 상태로 유지할 필요가 있다. 그래야만 적외선 수신수단을 통해 측정되는 적외선량이 정확해져서 먼지 발생량을 보다 정밀하게 예측할 수 있다. 따라서, 본 발명의 먼지 측정 제어부에 의해서 측정되는 먼지량 데이터는 신뢰도가 높은 먼지 측정 결과를 출력할 수 있게 된다.
본 발명은 적외선 송신수단(A)의 광량 변화를 용이하게 하기 위해서 먼지 측정 제어부(C)가 제어신호를 출력하면 송신 제어부(1)에서 이를 인지하여 적외선 송신기 변환수단을 구동하여 가장 적절한 적외선 송신이 이루어지도록 하였다.
적외선 송신기 변환수단(2)은 액추에이터(3)에 권취되어 소정거리 이격되게 장착되는 다수의 유동용 전자석(2a,2b,2c)과, 상기 유동용 전자석(2a,2b,2c)과 인접된 위치에 고정 설치되는 다수의 고정용 전자석(2d,2e,2f)으로 이루어져,
송신 제어부(1)의 신호가 인가되면 유동용 전자석((2a,2b,2c)과 고정용 전자석(2d,2e,2f)에 전류가 흘러 자성이 형성되고 이 자성에 의해 유동용 전자석((2a,2b,2c)과 고정용 전자석(2d,2e,2f) 사이에 척력과 인력이 발생하여 액추에이터(3)를 구동하게 된다.
상기 엑츄에이터(3)는 적외선 송신기 변환수단(2)의 유동에 의해서 적외선 출력을 제한하기 위한 오목렌즈군이 다수 설치되어 이루어진다.
이를 수행하는 적외선 송신기 유동수단(4)은, 엑츄에이터(3)의 일측 외주연에 길이방향으로 다수 형성된 오목렌즈군(5)에 근접되어 적외선을 외부로 출력하는 적외선 송신용 소자(4a)와, 상기 적외선 송신용 소자(4a)를 유동시키기 위한 이동바(4b)와, 상기 이동바를 움직여서 적외선 송신용 소자를 좌우로 유동시키는 솔레노이드(4c)로 이루어진다.
상기한 구성에서 엑츄에이터(3)의 이동시 솔레노이드(4c)에 제공되는 전원인가에 의해서 적외선 송신용 소자(4a)가 좌우로 유동된다.
상기 적외선 송신용 렌즈군(5)은 작동봉에 다수개 배열되어 이루어지되, 중심부의 함몰 각도에 따라서 적외선 광의 출력 정도를 달리하도록 설계되며, 적외선 송신기 변환수단의 움직임 작동에 의해서 함몰 정도가 다른 렌즈가 선택되면서 다른 강도의 적외선 광을 출력할 수 있다.
기본적으로 작동봉의 가장 중심에 설치되는 제 3 오목렌즈(5c)를 통해 적외선 광을 출력토록하며, 적외선 광을 조금 줄여서 출력해야할 경우 제 3 오목렌즈(5c)의 윗쪽에 설치되는 제 2 오목렌즈(5b)를 통해 광을 출력하고, 적외선 광을 더 많이 줄여서 출력해야할 경우 제 2 오목렌즈(5b)의 윗쪽에 설치되는 제 1 오목렌즈(5a)를 통해 광을 출력한다. 그리고, 적외선 광을 더 높여서 출력해야할 경우 제 3 오목렌즈(5c)의 아랫쪽에 설치되는 제 4 오목렌즈(5d)를 통해 광을 출력하고, 적외선 광을 더 많이 높여서 출력해야할 경우 제 4 오목렌즈(5d)의 아랫쪽에 설치되는 제 5 오목렌즈(5e)를 통해 광을 출력한다.
그리고, 상기 오목렌즈군은 중심부의 함몰 각도에 따라서 적외선 광의 출력 정도를 달리하도록 설계되며, 적외선 송신기 변환수단의 움직임 작동에 의해서 함몰 정도가 다른 렌즈가 선택되면서 다른 강도의 적외선 광을 출력할 수 있도록 구성되는바, 제 3 오목렌즈(5c)는 기본적으로 작동봉의 가장 중심에 설치되며 함몰각도를 15도로 형성시킨다.
그리고, 제 2 오목렌즈(5b)는 적외선 광을 조금 줄여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(5c)의 윗쪽에 설치되며 함몰각도를 10도로 형성시킨다.
그리고, 제 1 오목렌즈(5a)는 적외선 광을 더 많이 줄여서 출력해야할 경우에 사용되며 제 2 오목렌즈(5b)의 윗쪽에 설치되며 함몰각도를 5도로 형성시킨다.
그리고, 제 4 오목렌즈(5d)는 적외선 광을 더 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(5c)의 아랫쪽에 설치되며 함몰각도를 25도로 형성시킨다.
그리고, 제 5 오목렌즈(5e)는 적외선 광을 더 많이 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 4 오목렌즈(5d)의 아랫쪽에 설치되며 함몰각도를 35도로 형성시킨다.
적외선의 광을 높여야할 경우 엑츄에이터(3)을 상승시키고 적외선 광을 줄여야 할 경우 엑츄에이터(3)를 하강시키는 동작을 실시한다.
작동봉의 1단계 하강을 위한 제어시 송신 제어부(1)에서 제1고정용 전자석(2d)-제1유동용 전자석(2a), 제2고정용 전자석(2e)-제2유동용전자석(2b), 제3고정용전자석(2f)-제3유동용전자석(2c)에는 척력 신호를 주고, 제2고정용전자석(2e)-제1유동용전자석(2a), 제3고정전용자석(2f)-제2유동용전자석(2b)에는 인력 신호를 주면 엑츄에이터(3)가 하강하여 제2고정용전자석(2e)의 위치에 제1장착용전자석(2a)이, 제3고정용전자석(2f)의 위치에 제2장착용전자석(2b)이 위치된다. 이에 따라 작동봉이 1단계 하강하게 되면 적외선 송신용 소자(4a)는 제 2 오목렌즈(5b)에 근접하게 되어 제 2 오목렌즈(5b)를 통해 적외선 광을 출력하게 된다.
그리고, 엑츄에이터의 1단계 상승을 위한 제어시 송신 제어부(1)에서 제1고정용 전자석(2d)-제1유동용 전자석(2a), 제2고정용 전자석(2e)-제2유동용전자석(2b), 제3고정용전자석(2f)-제3유동용전자석(2c)에는 척력 신호를 주고, 제1고정용전자석(2d)-제2유동용전자석(2b), 제2고정전용자석(2d)-제3유동용전자석(2c)에는 인력 신호를 주면 엑츄에이터(3)이 상승하여 제1고정용전자석(2d)의 위치에 제2장착용전자석(2b)이, 제2고정용전자석(2e)의 위치에 제3장착용전자석(2c)이 위치된다. 이에 따라 작동봉이 1단계 상승하게 되면 적외선 송신용 소자는 제 4 오목렌즈(5d)에 근접하게 되어 제 4 오목렌즈(5d)를 통해 적외선 광을 출력하게 된다.
그리고 작동봉의 2단계 하강을 위한 제어시 제3고정용전자석(2f)과 같은 위치에 제1유동용전자석(2a)이 위치되고, 이에 따라 적외선 송신용 소자(4a)는 제 1 오목렌즈(5a)를 통해 적외선 광을 출력하게 되고, 엑츄에이터(3)의 2단계 상승을 위한 제어시 제1고정용전자석(2d)과 같은 위치에 제3유동용전자석(2c)이 위치되며, 이에 따라 적외선 송신용 소자는 제 5 오목렌즈(5e)를 통해 광을 출력하게 된다.
또한, 본 발명은 움직임 속도 조절수단(6)을 더 부가 설치하는바, 엑츄에이터(3)의 하단에 돌출 성형되며, 상기 엑츄에이터(3)에 다수개의 끼움용 홀(6a)을 형성하고, 상기 끼움용 홀에 엑츄에이터의 무게를 조절할 수 있는 무게조절용 핀(6b)을 삽입 설치하여 엑츄에이터(3)의 움직임 속도를 조절할 수 있다.
즉, 끼움용 홀(6a)에 무게조절핀(6b)을 삽입 설치하되, 1개의 무게조절핀을 설치하면 작동봉이 가볍기 때문에 빠른 유동이 가능하고, 3개의 무게조절핀을 설치하면 작동봉이 무겁기 때문에 느린 유동이 가능하다.
상기 움직임 속도 조절수단은 엑츄에이터(3)의 움직임을 빠른게 할 것인지 느리게 할 것인지를 조절하는바, 이는 엑츄에이터(3)가 너무 빠르게 움직이면 민감도가 높아지고, 엑츄에이터(3)가 너무 느리게 움직이면 반응속도가 느려지므로 사용자가 엑츄에이터(3)의 움직임을 선택적으로 조절할 수 있도록 하였다.
즉, 사용자가 민감도를 높이고 싶으면 무게조절핀(6b)을 1개만 삽입 결합시키고, 민감도를 낮추고 싶으면 무게조절핀(6b)을 3개까지 삽입 결합시키도록 하는 것이다.
상기 끼움용 홀(6a)과 무게조절핀(6b)의 갯수는 필요에 따라 다양화시킬 수 있음은 물론이며, 본 발명의 실시예에서는 3개의 끼움홀(6a)과 3개의 무게조절핀(6b)을 예시하여 설명을 보다 편리하게 진행할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명은 먼지가 기준이상 검출되어알림상황이 발생하면 제어부(3000)가 통신신호 자동출력부(1000)를 통해 알림상황을 디스플레이하여 빠른 시간내에 해결토록 유도하는바, 상기 통신신호 자동 출력부(1000)는, 전원부(1110)와, 제 1 스위칭 트랜지스터와, 제 2 스위칭 트랜지스터와, 제 3 스위칭 트랜지스터와, 제 4 스위칭 트랜지스터와, 릴레이 스위치와, 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와, 제 2 회로 연결 스위치(sw2)와, 통신 제어부(1120)를 포함하여 이루어진다.
상기 전원부(1110)는 자체 전원에 의해서 전원을 인가시킨다.
상기 제 1 스위칭 트랜지스터(Q1)는 베이스에 입력되는 스위칭 신호에 따라 회로를 스위칭 시킨다.
상기 제 2 스위칭 트랜지스터(Q2)는 제 1 스위칭 트랜지스터의 동작에 상응하여 동작하며 전원부로부터 출력되는 전원을 스위칭시킨다.
상기 제 3 스위칭 트랜지스터(Q3)는 베이스에 입력되는 스위칭 신호에 따라 회로를 스위칭 시킨다.
상기 제 4 스위칭 트랜지스터(Q4)는 전원부의 출력단 타측에 설치되어 전원부로부터 출력되는 전원부를 스위칭 시킨다.
상기 릴레이 스위치(RL1)는 제 4 스위칭 트랜지스터 출력단에 결합되며 제 4 스위칭 트랜지스터 스위칭되면 자기력을 발생시킨다.
상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)는 릴레이 스위치에 의해서 철편이 당겨지면서 회로를 통전시키는 기능을 수행한다.
상기 제 2 통신 신호 출력용 전원 스위치(sw2)는 릴레이 스위치에 의해서 철편이 당겨지면서 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원이 공급되어 통신신호가 통신신호 출력부(1150)를 통해 출력 되도록 유도하는 역할을 한다.
상기 통신 제어부(1120)는 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 스위칭시켜 릴레이 스위치가 스위칭되도록 유도하며, 이에 따라 제 1 회로 연결 스위치와 제 2 통신신호 출력용 전원 스위치가 스위칭 되도록하고, 이후 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 오프시킴과 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 스위칭시켜, 릴레이 스위치는 오프시키고 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터에 연동되도록 구성된 제 1 회로 연결 스위치와 제 2 통신신호 출력용 전원 스위치의 스위칭 상태를 지속시켜 통신상태를 지속시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명은 회로 작동용 철편(1131)과, 통신신호 작동 제어부 전원 연결용 철편(1132)과, 제 1 탄성유지수단(1133)과, 제 2 탄성유지수단(1134)과, 간격유지수단(1133a)과, 수동 작동 스위치(1135)를 더 포함하여 구성한다.
상기 회로 작동용 철편(1131)은 제 1 회로 연결 스위치(sw1)에 접점되어 제 2 스위칭 트랜지스터로부터 전달되는 전원을 중계시켜 전원의 흐름을 지속시킨다.
상기 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)은 상기 회로 작동용 철편(1131)에 연동하여 동작하도록 설계되며 회로 작동용 철편(1131)이 온 되면 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원을 연결하여 통신장치가 작동되도록 유도한다.
상기 제 1 탄성유지수단(1133)은 회로 작동용 철판(1131)의 하단에 설치되며 릴레이 스위치 미작동시 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와 회로 작동용 철편(1131)이 항상 오프상태를 유지하도록 유도한다.
상기 제 2 탄성유지수단(1134)은 제 1 회로 연결 스위치(sw1)의 상부에 설치하되 제 1 탄성유지수단과 일정거리 이격되어 설치되며, 릴레이 스위치 미작동시 서로 이격된 상태가 유지되면서 전기적으로 오프 상태를 유지시키며, 릴레이 스위치 작동시 회로 작동용 철편(1131)이 끌어당겨져 제 1 탄성유지수단이 겹쳐지면서 제 1 탄성유지수단(1133)과 결합되고 동시에 제 1 회로 연결 스위치(sw1)가 스위칭되어 릴레이 스위치의 작동이 멈추어도 회로 작동용 철편(1131)의 부착 상태가 계속되어 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 통한 전원공급상태를 유지시킨다. 이때 릴레이 스위치의 작동으로 회로작동용 철편(1131)이 동작하면 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)이 자동으로 작동하여 통신신호가 외부로 출력되도록 동작한다.
상기 간격유지수단(1133a)은 제 2 탄성유지수단(1134)과 제 1 탄성유지수단(1133)이 결합시에 상호 직접 결합되지 않고 일정간극을 유지한체 결합되도록 유도하며, 제 1 탄성유지수단(1133)과 제 2 탄성유지수단(1134)을 해체시에 상기 간격유지수단의 작용으로 보다 자연스럽게 상호 분리가 가능토록 유도한다. 만약에 간격유지수단이 존재하지 않으면 제 1 탄성유지수단(1133)과 제 2 탄성유지수단(1134)의 직접 붙게 되므로 나중에 상호 분리가 어렵게 된다. 이에 따라 본 발명에서는 간격유지수단(1133a)을 더 부가 설치하여 제 1 탄성유지수단(1133)과 제 2 탄성유지수단(1134)이 용이하게 분리될 수 있도록 하였다.
상기 수동 작동 스위치(1135)는 회로작동용 철편과 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편에 결합되며, 통신신호 작동을 중단시키기 위해 사용자가 조작하면 회로 작동용 철편과 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편을 오프되어 통신신호 출력부의 동작을 중단시킴으로서 더이상 통신신호가 출력되지 않토록 한다.
이하에서 통신신호 자동 출력부(1000)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 통신신호 출력을 위한 제어관계를 살펴보면, 제어부에서 제 3 스위칭 트랜지스터와 제 4 스위칭 트랜지스터에 전원을 인가하여 릴레이 스위치(RL1)를 작동시킨다. 이에 따라 릴레이 스위치의 작동으로 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 통신신호 출력용 전원 스위치(sw2)가 온 되면서 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원이 인가되어 통신신호가 디스플레이 된다.
상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)가 작동하면 제어부는 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터의 작동을 차단하여 릴레이 스위치의 작동을 차단시키고, 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 작동시킨다.
한편, 만약 작업자가 통신신호가 출력되는 도중에 제 1 회로 연결 스위치 및 통신신호 출력용 전원 스위치를 오프시키게 되면 제어부에서 이를 파악하게 되고, 그러면 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 작동시켜 릴레이 스위치가 작동되도록하여 철편을 이동시키면서 폐회로를 유지시키고 동시에 통신신호 제어부(1140)로 출력되는 전원을 복귀시켜 계속적으로 통신신호 출력부(1150)를 작동시킬 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 알림 요인을 해결하지 않으면 계속적으로 통신신호를 출력시키도록하여 반드시 알림 요인을 해결하도록 유도한다.
즉, 제어부에서 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터와, 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터에 스위칭 신호를 인가하면 다시 전원을 복귀시켜 통신신호가 자동으로 출력되며, 이에 따라 알림 상황이 완전히 제거되는 것을 인지하지 못하여 통신신호를 차단하더라도 다시 재작동되므로 작업자로 하여금 통신신호의 발생원인을 확실하게 해결토록 유도할 수 있다.
만약에 제어부에서 더이상 통신신호의 출력이 필요없다고 인정되면 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터와, 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터에 더이상 전원신호를 인가하지 않게 되므로 이때에는 수동 작동 스위치(1135)를 사용자가 조작하여 통신신호를 수동으로 차단시킬 수 있게 된다.
100: 탄소나노튜브
200: 유연성 병렬 전극부
300: 신호전달부
400: 에너지 저장수단
500: 보호층
1000: 통신신호 자동 출력부
2000: 먼지 측정수단
3000: 제어부
4000: 디스플레이부

Claims (5)

  1. 탑(top)부와 탑(top)부가 상호 마주보도록 접은 제1폴딩부와 바텀(bottom)부와 바텀(bottom)부가 상호 마주보도록 접은 제2폴딩부가 교대로 적층되도록 접은 탄소나노튜브(100)와;
    상기 폴딩형 탄소나노튜브의 저면인 바텀(bottom)부와 상면인 탑(top)부에 각각 연결되어, 압력 인가시 상기 폴딩형 PLA 나노섬유 웹에서 생성되는 전기적 신호인 압전신호를 수신하는 유연성 병렬 전극부(200)와;
    전도성 직물로 이루어지며 상기 유연성 병렬 전극부에 연결되어 상기 폴딩형 탄소나노튜브에 가해지는 압력에 의해 생성된 교류형 압전신호를 전달하는 신호전달부(300)와;
    상기 신호전달부에 전기적으로 연결되어 교류형 압전신호를 정류화시키는 브리지 다이오드(bridge diode)를 지난 후에 생성되는 직류형 전류를 저장하는 에너지 저장수단(400)과;
    상기 유연성 병렬 전극부의 외부를 감싸서 불필요한 외부의 자극이나 오염물질로부터 전극부와 센서부를 보호하는 보호층(500)과;
    상기 보호층의 일단에 설치되어 먼지를 측정하는 먼지 측정수단(2000)과;
    상기 먼지 측정수단에 의해서 먼지가 기준이상 검출되면 제어부(3000)의 지령에 따라 알림신호를 외부로 출력하는 통신신호 자동 출력부(1000)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 먼지 측정수단(2000)은,
    적외선을 방출하기 위한 적외선 송신수단(A)과, 상기 적외선 송신수단과 대향되도록 위치하며 상기 적외선 송신수단으로부터 방출된 빛을 수신하여 그 수신량의 정도에 따라 먼지유입을 판단하도록 하기 위한 적외선 수신수단(B)과, 상기 적외선 수신수단(B)의 출력전압이 설정된 값보다 작으면 상기 적외선 송신수단(A)의 입력전압이 증가되도록 제어하기 위한 먼지 측정 제어부(C)를 포함하는 구성하고;
    상기 적외선 송신수단(A)은,
    액추에이터(3)에 권취되어 소정거리 이격되게 장착되는 다수의 유동용 전자석(2a,2b,2c)과, 상기 유동용 전자석(2a,2b,2c)과 인접된 위치에 고정 설치되는 다수의 고정용 전자석(2d,2e,2f)로 이루어지는 적외선 송신기 변환수단(2)과; 상기 유동용 전자석((2a,2b,2c)과 고정용 전자석(2d,2e,2f)에 전류를 흘려 자성을 형성시키고 이 자성에 의해 유동용 전자석((2a,2b,2c)과 고정용 전자석(2d,2e,2f) 사이에 척력과 인력을 발생시켜 액추에이터(3)를 구동시키는 송신 제어부(1)와; 상기 액츄에이터의 하단에 설치되어 적외선 송신기를 전후로 유동시키는 적외선 송신기 유동수단(4)과; 상기 적외선 송신기 유동수단에 설치되는 적외선 송신기의 출력을 변동시키기 위한 오목렌즈군(5)을 포함하여 이루어지며;
    상기 적외선 송신기 유동수단(4)은,
    엑츄에이터(3)의 일측 외주연에 길이방향으로 다수 형성된 오목렌즈군(5)에 근접되어 적외선을 외부로 출력하는 적외선 송신용 소자(4a)와, 상기 적외선 송신용 소자(4a)를 유동시키기 위한 이동바(4b)와, 상기 이동바를 움직여서 적외선 송신용 소자를 좌우로 유동시키는 솔레노이드(4c)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액츄에이터의 하단에는, 작동 민감도를 조절하기 위한 제 1 내지 제 3 끼움용 홀(6a)과, 상기 끼움용 홀에 삽입 설치되는 제 1 내지 제 3 무게조절핀(6b)을 포함하는 움직임 속도 조절수단(6)을 더 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 오목렌즈군(5)은
    중심부의 함몰 각도에 따라서 적외선 광의 출력 정도를 달리하도록 설계되며, 적외선 송신기 변환수단의 움직임 작동에 의해서 함몰 정도가 다른 렌즈가 선택되면서 다른 강도의 적외선 광을 출력할 수 있도록 구성되고,
    작동봉의 가장 중심에 설치되며 함몰각도가 25도인 제 3 오목렌즈(5c)와;
    적외선 광을 조금 줄여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(5c)의 윗쪽에 설치되며 함몰각도가 15도인 제 2 오목렌즈(5b)와;
    적외선 광을 더 많이 줄여서 출력해야할 경우에 사용되며 제 2 오목렌즈(152)의 윗쪽에 설치되며 함몰각도가 5도인 제 1 오목렌즈(5a)와;
    적외선 광을 더 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(5c)의 아랫쪽에 설치되며 함몰각도가 35도인 제 4 오목렌즈(5d)와;
    적외선 광을 더 많이 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 4 오목렌즈(5d)의 아랫쪽에 설치되며 함몰각도가 45도인 제 5 오목렌즈(5e)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신신호 자동 출력부(1000)는,
    자체 전원에 의해서 전원을 인가시키는 전원부(1110)와;
    베이스에 입력되는 스위칭 신호에 따라 회로를 스위칭 시키는 제 1 스위칭 트랜지스터(Q1)와;
    제 1 스위칭 트랜지스터의 동작에 상응하여 동작하며 전원부로부터 출력되는 전원을 스위칭시키는 제 2 스위칭 트랜지스터(Q2)와;
    베이스에 입력되는 스위칭 신호에 따라 회로를 스위칭 시키는 제 3 스위칭 트랜지스터(Q3)와;
    전원부의 출력단 타측에 설치되어 전원부로부터 출력되는 전원부를 스위칭 시키는 제 4 스위칭 트랜지스터(Q4)와;
    제 4 스위칭 트랜지스터 출력단에 결합되며 제 4 스위칭 트랜지스터 스위칭되면 자기력을 발생시키는 릴레이 스위치(RY3)와;
    상기 릴레이 스위치에 의해서 철편이 당겨지면서 회로를 통전시키는 기능을 수행하는 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와;
    상기 릴레이 스위치에 의해서 철편이 당겨지면서 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원이 공급되어 통신신호가 통신신호 출력부(1150)를 통해 출력 되도록 유도하는 역할을 하는 제 2 통신 신호 출력용 전원 스위치(sw2)와;
    상기 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 스위칭시켜 릴레이 스위치가 스위칭되도록 유도하며, 이에 따라 제 1 회로 연결 스위치와 제 2 통신신호 출력용 전원 스위치가 스위칭 되도록하고, 이후 제 3 스위칭 트랜지스터 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 오프시킴과 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 스위칭시켜, 릴레이 스위치는 오프시키고 동시에 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터에 연동되도록 구성된 제 1 회로 연결 스위치와 제 2 통신신호 출력용 전원 스위치의 스위칭 상태를 지속시켜 통신상태를 지속시키는 통신 제어부(1120)와;
    상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)에 접점되어 제 2 스위칭 트랜지스터로부터 전달되는 전원을 중계시켜 전원의 흐름을 지속시키는 회로 작동용 철편(1131)과;
    상기 회로 작동용 철편(1131)에 연동하여 동작하도록 설계되며 회로 작동용 철편(1131)이 온 되면 통신신호 출력 제어부(1140)에 전원을 연결하여 통신장치가 작동되도록 유도하는 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)과;
    상기 회로 작동용 철판(1131)의 하단에 설치되며 릴레이 스위치 미작동시 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와 회로 작동용 철편(1131)이 항상 오프상태를 유지하도록 유도하는제 1 탄성유지수단(1133)과;
    상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)의 상부에 설치하되 제 1 탄성유지수단과 일정거리 이격되어 설치되며, 릴레이 스위치 미작동시 서로 이격된 상태가 유지되면서 전기적으로 오프 상태를 유지시키며, 릴레이 스위치 작동시 회로 작동용 철편(1131)이 끌어당겨져 제 1 탄성유지수단이 겹쳐지면서 제 1 탄성유지수단(1133)과 결합되고 동시에 제 1 회로 연결 스위치(sw1)가 스위칭되어 릴레이 스위치의 작동이 멈추어도 회로 작동용 철편(1131)의 부착 상태가 계속되어 제 1 스위칭 트랜지스터 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 통한 전원공급상태를 유지시킨다. 이때 릴레이 스위치의 작동으로 회로작동용 철편(1131)이 동작하면 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)이 자동으로 작동하여 통신신호가 외부로 출력되도록 동작하는 제 2 탄성유지수단(1134)과;
    상기 제 2 탄성유지수단(1134)과 제 1 탄성유지수단(1133)이 결합시에 상호 직접 결합되지 않고 일정간극을 유지한체 결합되도록 유도하며, 제 1 탄성유지수단(1133)과 제 2 탄성유지수단(1134)을 해체시에 자연스럽게 상호 분리가 가능토록 유도하는 간격유지수단(1133a)과;
    상기 회로작동용 철편과 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편에 결합되며, 통신신호 작동을 중단시키기 위해 사용자가 조작하면 회로 작동용 철편과 통신신호 출력 제어부 전원 연결용 철편을 오프시켜 통신신호 출력부의 동작을 중단시킴으로서 더이상 통신신호가 출력되지 않토록 유도하는 수동 작동 스위치(1135)를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 탄소나뉴튜브를 이용한 전기생성장치.
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