KR20200079621A - Energy harvesting installation using a rainwater - Google Patents

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KR20200079621A
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이명준
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이명준
신성준
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Abstract

The present invention provides an energy harvesting device using rainwater, which can easily convert rainwater energy into electrical energy using an integrated structure. The energy harvesting device, according to the present invention, is an energy harvesting device for performing conversion into electrical energy by using falling energy of the rainwater. The device comprises: a rotating body having rainwater receiving portions uniformly disposed on an outer circumferential surface thereof to receive the rainwater falling to the ground, and having a cylindrical structure to form rotational power by a load of the received rainwater; a pressing device extending from a rotation shaft of the rotating body and having a plurality of protrusions to convert the rotational power into impact energy; a piezoelectric device installed near the pressing device and converting the impact energy into electrical energy by the protrusions of the pressing device; and a holding panel for supporting the piezoelectric device and the rotating body using an integrated structure. Therefore, the present invention stores the rainwater and performs power generation by dropping the stored rainwater in a certain amount, thereby simplifying a system and increasing cost-effectiveness of a facility. In addition, in the present invention, due to the simplification of the system, the device can be easily installed and utilized in places requiring a small amount of power.

Description

빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치{ENERGY HARVESTING INSTALLATION USING A RAINWATER}Energy harvesting device using rainwater{ENERGY HARVESTING INSTALLATION USING A RAINWATER}

본 발명은 에너지 하베스터(Harvester)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빗물을 수집하여 일정 방향으로 낙하시키고, 낙하 에너지를 물리적 회전 에너지로 변환시킨 후, 이를 이용하여 압전소자를 구동시켜 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvester (Harvester), more specifically, collecting rain water and dropping it in a certain direction, converting the falling energy into physical rotational energy, and then using this to drive a piezoelectric element to generate electrical energy. Energy harvesting device using rainwater.

최근 과학기술의 발전으로 전자기기는 소형화, 저전력, 유연성 등이 요구되고 휴대폰 등과 같은 필수 생활기기가 개발되었지만 배터리는 수명, 사이즈 등에 대한 문제로 여전히 새로운 기술에 대한 요구가 증가하는 추세이다. 따라서 현재의 배터리를 대체 또는 보완하기 위해 주변 환경에서 버려지는 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 기술이 주목을 받고 있다.With recent advances in science and technology, electronic devices require miniaturization, low power, and flexibility, and essential living devices such as mobile phones have been developed, but the demand for new technologies is still increasing due to problems with lifespan and size. Therefore, energy harvesting technology using energy that is wasted in the surrounding environment to replace or supplement the current battery is drawing attention.

기계적 에너지를 전기에너지로 전환하는 압전 에너지 발전 기술은 주변 환경의 버려지는 에너지를 전기에너지로 전환하는 기술이며, 최근 바이오 메디컬 디바이스와 신발, 시계 등에 장착하는 웨어러블 디바이스, 그리고 스마트폰과 MP3 플레이어 등의 주전원 또는 보조전원으로 활용 가능하다.Piezoelectric energy generation technology that converts mechanical energy into electrical energy is a technology that converts the waste energy of the surrounding environment into electrical energy. Recently, biomedical devices, wearable devices mounted on shoes, watches, etc., and smart phones and MP3 players, etc. It can be used as main power or auxiliary power.

이와 같이 전기에너지를 발전하기 위한 다수의 수단이 개시되고 있는데, 일 예로서 빗물을 이용한 발전기가 공개되고 있다. 이는 첨부와 같이, 비가 내릴 때 통상적으로 각도가 있는 지붕의 처마 밑으로 낙차 하는 빗물에 의하여 회전할 수 있는 회전체를 설치하여 회전체가 회전하면서 발생시키는 운동에너지가 발전기를 발전시켜 전기에너지를 생산토록 하고 있다.As described above, a number of means for generating electric energy have been disclosed, and as an example, a generator using rainwater has been disclosed. As shown in the attachment, when a rain falls, a rotating body that can be rotated by rainwater falling under the eaves of an angled roof is installed to generate electrical energy by generating a generator of kinetic energy generated while the rotating body rotates. It is doing so.

즉, 도 1에서 인지되는 바와 같이 종래의 빗물을 이용한 발전수단은, 통상적인 각도가 없는 옥상(13)에서는 옥상(13)의 빗물이 밑으로 흐를 수 있도록 구성하여 놓은 빗물 관(65)이 지면으로 향하게 되어 있으며 지면 빗물관 끝에 결합 구성한 빗물발전기(71)를 제공한 것과, 빗물 관(61)의 끝에 빗물을 모을 수 있도록 결합 구성된 물탱크(60)를 형성하고, 상기 물탱크(60)의 밑에 빗물이 밑으로 흐를 수 있도록 결합 구성된 흡입관(63)을 형성하고, 상기 흡입관(63)의 밑에 빗물발전기(70)가 결합 구성하여 이루어진다.That is, as can be seen in Figure 1, the conventional power generation means using rainwater, the rainwater pipe 65, which is constructed so that rainwater of the rooftop 13 flows downward on the rooftop 13 without a conventional angle, is grounded. The water tank 60 is configured to be coupled to collect rainwater at the end of the rainwater pipe 61 and the rainwater generator 71 configured to be coupled to the end of the ground rainwater pipe, and the water tank 60 The suction pipe 63 is configured to be coupled so that rainwater can flow downward, and the rainwater generator 70 is configured under the suction pipe 63 to be combined.

또한, 각도가 없는 옥상(13)에서의 연결된 빗물관(61)과, 상기 빗물 관(61)의 끝에 물탱크(60)를 결합 구성한 빗물발전기(70)를 제공함으로써, 낙차 하는 빗물의 낙차의 힘에 의하여 통상적인 각도가 없는 옥상(13)에서도 빗물을 이용한 빗물발전기(70)가 발전하면서 전기에너지를 생산할 수 있도록 한다.In addition, by providing a rainwater generator 70 configured to combine the water tank 60 at the end of the rainwater pipe 61 and the connected rainwater pipe 61 on the roof 13 having no angle, the drop of rainwater falling It is possible to produce electric energy while the rain water generator 70 using rain water is generated even on the roof 13 where there is no conventional angle by force.

따라서, 종래의 빗물을 이용한 발전장치는, 비가 내릴 때 빗물의 낙차를 이용하여 회전하는 회전체의 회전력에 의하여 발전기가 발전하여서 전기 에너지를 생산하도록 하는 것으로서, 비가 내리면 전기에너지를 생산하지 못하는 태양광 발전기와 같이 복합적 발전설비로 이용할 수 있게 된다. 이는 비를 이용하여 전기에너지를 생산하므로 무한한 자원을 활용하게 되며, 무공해 자원 개발이므로 친환경적으로 운용될 수 있는 신재생 대체에너지 개발에 일조할 수 있게 된다.Therefore, the conventional power generation device using rainwater is a generator that generates electricity by the rotational force of the rotating body using the drop of rainwater when the rain falls, and produces electrical energy when it rains. It can be used as a complex power generation facility like a generator. Since it uses rain to produce electrical energy, it utilizes infinite resources, and since it is a pollution-free resource development, it can contribute to the development of new and renewable alternative energy that can be operated environmentally.

그러나, 이와 같이 종래의 빗물 발전장치는 별도의 발전기를 구축해야 하기 때문에, 발전 설비로서의 투자대비 그 효율이 낮을 수밖에 없는 실정이다. 즉, 시스템을 간소화하고 제작 단가를 격감시켜야 그 활용도를 높을 수 있는바, 종래의 발전장치는 제작 비용의 증대로 인해 생활속에서 다양하게 적용할 수 없는 문제가 발생한다.However, in this way, the conventional rainwater power generation device is required to construct a separate generator, so the efficiency of the investment as a power generation facility is inevitably low. That is, the utilization can be increased only by simplifying the system and reducing the production cost, and the conventional power generation device has a problem that cannot be applied in various ways in daily life due to an increase in manufacturing cost.

대한민국 공개특허 10-2010-0015047, 공개일자 2010년 02월 12일, 발명의 명칭 : 빗물 발전기Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0015047, date of publication February 12, 2010, title of invention: rainwater generator

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 빗물을 이용하여 에너지를 수집함에 있어, 시스템의 간소화를 통해 에너지 하베스터의 가성비를 높일 수 있는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치를 제공함에 있다.The present invention was created to solve such a problem, and an object of the present invention is to collect energy using rainwater, an energy harvesting apparatus using rainwater that can increase the cost ratio of an energy harvester through simplification of a system. In providing.

본 발명의 다른 목적은, 빗물을 수집하고 수집된 빗물을 낙하시킴으로써, 빗물의 낙하에너지를 물리적 충격으로 변환한 후, 이를 전기 에너지로 변환 및 충전할 수 있도록 함으로써, 에너지의 축전 효율을 높일 수 있는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention, by collecting rainwater and dropping the collected rainwater, after converting the falling energy of the rainwater into a physical shock, by converting and charging it into electrical energy, it is possible to increase the energy storage efficiency It is to provide an energy harvesting device using rainwater.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치는, 빗물의 낙하 에너지를 이용하여 전기 에너지로 변환하기 위한 에너지 하베스팅 장치에 있어서, 지면으로 낙하는 빗물을 수용하기 위한 빗물 수용부가 외주면 상으로 균일하게 배치되고, 수용된 빗물의 하중으로 회전 동력을 형성하기 위해 원통 구조를 갖는 회전체; 상기 회전체의 회전축으로부터 연장되며, 회전동력을 충격 에너지로 전환하기 위해 다수 개의 돌기를 갖는 가압장치; 상기 가압장치의 근접 위치에 설치되며 상기 가압장치의 돌기에 의해 충격 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전장치; 및 상기 압전장치 및 회전체를 일체화된 구조로 지지하기 위한 거치 패널로 이루어진 것을 특징으로 한다.Energy harvesting apparatus using rainwater according to the aspect of the present invention for achieving the above object, in the energy harvesting apparatus for converting to electrical energy using the falling energy of rainwater, for receiving rainwater falling to the ground A rainwater receiving portion is uniformly disposed on the outer circumferential surface, and a rotating body having a cylindrical structure to form rotational power under the load of the received rainwater; A pressing device extending from the rotating shaft of the rotating body and having a plurality of protrusions to convert rotational power into impact energy; A piezoelectric device installed at a position close to the pressing device and converting shock energy into electrical energy by projection of the pressing device; And a mounting panel for supporting the piezoelectric device and the rotating body in an integrated structure.

또한, 본 발명에 따른 압전장치는, 상기 가압장치의 회전동력을 전기 에너지로 변환하기 위한 피에죠 패널을 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric device according to the present invention is characterized in that it constitutes a piezo panel for converting the rotational power of the pressing device into electrical energy.

또한, 본 발명에 따른 상기 압전장치는, 피에죠 패널로부터 발생하는 전기 에너지를 축전 가능한 직류 전원으로 변환하는 평활회로를 포함하며; 상기 평활회로는 전파 정류를 수행하는 브릿지 다이오드(D1 ~ D4)를 구성하고, 상기 브릿지 다이오드의 출력단으로 저항(R) 및 캐패시터(C)를 연결하여 전파정류를 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric device according to the present invention includes a smoothing circuit for converting electrical energy generated from a piezo panel into a DC power supply that can be stored; The smoothing circuit is characterized in that it constitutes bridge diodes D1 to D4 that perform full-wave rectification, and performs full-wave rectification by connecting a resistor R and a capacitor C to the output terminal of the bridge diode.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 회전체의 상단으로 이격된 위치에서 빗물을 저장하고, 저장된 빗물이 일정량 낙하하도록 구성된 빗물 저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, it is characterized in that it further comprises a rainwater storage tank configured to store rainwater at a position spaced apart from the top of the rotating body, and to store a certain amount of rainwater stored therein.

본 발명에서 제시하는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치는, 빗물을 저장하고 저장된 빗물을 일정량으로 낙하시켜 발전을 수행함으로써, 시스템의 간소화 및 설비의 가성비를 높일 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에서는 시스템의 간소화로 인해, 소량의 전력을 필요로 하는 장소에 용이하게 설치 및 활용할 수 있는 효과가 있다.The energy harvesting apparatus using rainwater proposed by the present invention provides the effect of simplifying the system and increasing the cost-effectiveness of equipment by performing power generation by storing rainwater and dropping the stored rainwater to a predetermined amount. In addition, in the present invention, due to the simplification of the system, there is an effect that can be easily installed and utilized in a place requiring a small amount of power.

특히, 바다의 부표위에 태양광 발전기와 함께 설치하여 배터리 교환이나 전력공급이 힘든 부표의 무한 동력 전원으로 사용할 수 있고, 비가 오는 날에 자동으로 강수량을 측정하는 장치에 사용하는 등 활용범위가 매우 넓어 시스템의 활용성을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.In particular, it can be used as an infinite power source of a buoy that is difficult to replace or supply electricity by installing it with a solar power generator on the buoy of the sea, and it is used in a device that automatically measures precipitation on a rainy day. It provides the effect to maximize the usability of the system.

도 1은 종래 빗물을 이용한 발전장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명으로 적용되는 평활회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치의 전체 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram showing a conventional power generation device using rainwater.
2 is a configuration diagram for explaining an energy harvesting apparatus using rainwater according to the present invention.
3 is a view for explaining a smoothing circuit applied to the present invention.
4 is a view for explaining the overall structure of the energy harvesting device according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 빗물을 이용한 에너지 하베스터를 일 예로 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 지면으로 낙하는 빗물을 수용하기 위한 빗물 수용부(211)가 외주면 상으로 균일하게 배치되고, 수용된 빗물의 하중으로 회전 동력을 형성하기 위해 원통 구조를 갖는 회전체(210)와, 상기 회전체(210)의 회전축으로부터 연장되며, 회전동력을 충격 에너지로 전환하기 위해 다수 개의 돌기를 갖는 가압장치(213)와, 상기 가압장치(213)의 근접 위치에 설치되며 상기 가압장치(213)의 돌기에 의해 충격 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전장치(220)와, 상기 압전장치(220) 및 회전체(210)를 일체화된 구조로 지지하기 위한 거치 패널(230)로 이루어진다.2 is a perspective view showing an example of an energy harvester using rainwater according to the present invention. As shown, the rainwater receiving portion 211 for receiving rainwater falling to the ground is uniformly disposed on the outer circumferential surface, and the rotating body 210 having a cylindrical structure to form a rotational power under the load of the received rainwater , It extends from the rotating shaft of the rotating body 210, the pressing device 213 having a plurality of projections to convert the rotational power into shock energy, and the pressing device 213 is installed in the proximity of the pressing device ( It consists of a piezoelectric device 220 for converting the impact energy into electrical energy by the projection of 213, and a mounting panel 230 for supporting the piezoelectric device 220 and the rotating body 210 in an integrated structure.

상기 압전장치(220)는 상기 가압장치(213)의 회전동력을 전기 에너지로 변환하기 위한 피에죠 패널(221)을 포함하며, 피에죠 패널(221)은 압전효과를 유도하기 위한 소자로써, 전기쌍극자 구조로 이루어진다. 따라서, 외부의 물리적 충격에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.The piezoelectric device 220 includes a piezo panel 221 for converting the rotational power of the pressurization device 213 into electrical energy, and the piezo panel 221 is an element for inducing a piezoelectric effect. , It is made of an electric dipole structure. Therefore, electric energy is generated by an external physical impact.

상기 가압장치(213)는 회전체(210)의 회전 축에 연장되고 상기 압전장치(220)의 피에죠 패널(221)을 가압시키기 위한 장치로써, 상기 가압장치(213)의 돌기가 피에죠 패널(221)의 종단부를 가압시켜, 상기 피에죠 패널(221)의 휨 상태를 유도한다. 상기 피에죠 패널(221)은 가압장치(213)의 반복적인 가압 동작에 의해, 상기 피에죠 패널(223)의 휨 상태 및 복원 상태가 반복되며, 피에죠 패널(221)의 반복적이고 물리적인 휨 동작으로 인해 피에죠 패널(221)로부터 전기 에너지가 발생한다.The pressing device 213 is a device that extends to the rotation axis of the rotating body 210 and presses the piezo panel 221 of the piezoelectric device 220, and the projections of the pressing device 213 are pierced. The end portion of the jaw panel 221 is pressed to induce a bending state of the piezo panel 221. The piezo panel 221 repeats the bending state and the restoration state of the piezo panel 223 by the repetitive pressing operation of the pressing device 213, and the repeating of the piezo panel 221 Electrical energy is generated from the piezo panel 221 due to the physical bending operation.

한편, 상기 압전장치(220)는 상기 거치패널(230)의 일단에 고정 설치됨에 따라, 상기 회전체(210)와의 일체화된 구조로서 연동하게 된다. 이는 회전체(210)와 압전장치(220)의 일체화 구조를 기반으로 에너지 하베스터의 활용 범위를 넓히게 된다. 예컨대, 낙하한 빗물들이 일정하게 떨어지는 장소에 빗물을 모으는 장치와 함께 하베스팅 시스템을 설치하여 비가 오는 어두운 날씨에 바닥을 밝혀주는 LED에 전류를 공급할 수 있을 것이다. 또한, 건물의 옥상으로부터 빗물이 모여 흐르는 하수관 출구에 설치하여 건물에서 소모되는 자잘한 전력을 생산하는 등 다양한 장소와 위치에서 활용이 가능하게 된다.Meanwhile, as the piezoelectric device 220 is fixedly installed at one end of the mounting panel 230, it interlocks as an integrated structure with the rotating body 210. This expands the utilization range of the energy harvester based on the integrated structure of the rotating body 210 and the piezoelectric device 220. For example, a harvesting system may be installed together with a device for collecting rainwater in a place where falling rainwater falls regularly to supply current to the LED that illuminates the floor in dark rainy weather. In addition, it can be used in various places and locations, such as installing small sewage pipes from the rooftop of a building and producing small electricity consumed in the building.

필요에 따라, 바다의 부표위에 태양광 발전기와 함께 설치하여 배터리 교환이나 전력공급이 힘든 부표의 무한 동력 전원으로 사용할 수 있고, 비가 오는 날에 자동으로 강수량을 측정하는 장치에 사용할 수 있다.If necessary, it can be installed on a buoy in the sea along with a solar generator to be used as an infinite power source for buoys that are difficult to exchange batteries or supply power, and can be used for devices that automatically measure precipitation on a rainy day.

도 3은 본 발명에 따른 압전장치(220)를 설명하기 위한 회로도이다. 인지되는 바와 같이, 압전장치(220)는 피에죠 패널(221)로부터 발생하는 전기 에너지를 축전 가능한 직류 전원으로 변환하는 평활회로를 포함한다.3 is a circuit diagram for explaining the piezoelectric device 220 according to the present invention. As will be appreciated, the piezoelectric device 220 includes a smoothing circuit that converts electrical energy generated from the piezo panel 221 into a DC power supply that can be stored.

상기 피에죠 패널(221)은 규칙적인 충격량을 전기 에너지를 변환하기 때문에, 교류전기의 성질을 갖게 되는데 교류 전기를 평활회로를 통해 직류 전원으로 전환한다. 이를 위해, 피에죠 패널(221)의 출력단에 접속되어 전파 정류를 수행하는 브릿지 다이오드(D1 ~ D4)를 구성하며, 브릿지 다이오드의 출력단으로 저항(R) 및 캐패시터(C)를 연결하여 전파정류를 수행한다.Since the piezo panel 221 converts electrical energy into a regular amount of impact, it has the properties of alternating current, but converts alternating current into direct current through a smoothing circuit. To this end, it is connected to the output terminal of the piezo panel 221 to form bridge diodes D1 to D4 that perform full-wave rectification, and connects the resistor R and the capacitor C to the output terminal of the bridge diode to perform full-wave rectification. To perform.

즉, 상기 피에죠 패널(221)로부터 발생하는 교류성 전원(AC)은 전기 신호의 극성이 반복적으로 전환되는데, 피에죠 패널(221)의 일단(도면의 상단부)이 + 극성인 경우에, 도시된 다이오드(D2)를 통해 캐패시터(C)로 충전된다. 물론, 상기 저항(R)은 캐패시터(C)의 충전 전압을 유지하기 위한 소자이다. 이때, 상기 피에죠 패널(221)의 타단(도면의 하단부)은 - 극성이 형성되며, 이는 도시된 다이오드(D3)을 통해 저항(R) 및 캐패시터(C)의 - 단자로 공급된다.That is, in the AC power source AC generated from the piezo panel 221, the polarity of the electrical signal is repeatedly switched. When one end (the upper part of the drawing) of the piezo panel 221 is + polarity. , Is charged to the capacitor (C) through the diode (D2) shown. Of course, the resistor R is an element for maintaining the charging voltage of the capacitor C. At this time, the other end (lower end of the drawing) of the piezo panel 221 is formed with a polarity, which is supplied to the terminal of the resistor R and the capacitor C through the illustrated diode D3.

반면, 상기 피에죠 패널(221)의 일단(도면의 상단부)이 - 극성인 경우에는 상기 다이오드(D1)를 통해 캐패시터(C)의 - 단자로 공급되고, 상기 피에죠 패널(221)의 타단(도면의 하단부)은 + 극성으로서, 상기 다이오드(D4)을 통해 저항(R) 및 캐패시터(C)의 + 단자로 공급된다. 따라서, 캐패시터(C)의 + 전극으로 지속적인 + 전원이 공급되어 충전되며, 캐패시터(C)의 충방전 기능에 따라 직류성 전원이 출력된다.On the other hand, if the one end (the upper end of the drawing) of the piezo panel 221 is-polarized, it is supplied to the-terminal of the capacitor C through the diode D1, and of the piezo panel 221. The other end (lower part of the drawing) is + polarity, and is supplied to the + terminal of the resistor R and the capacitor C through the diode D4. Therefore, a constant + power is supplied to the + electrode of the capacitor C to be charged and charged, and a DC power is output according to the charge/discharge function of the capacitor C.

이와 같이 전파정류가 이루어진 출력 전원은 직류전원으로 별도의 충전 장치 또는 배터리 관리 시스템(BMS)으로 공급되어 전기 에너지의 충전 또는 활용이 가능하게 된다.The output power with full-wave rectification is supplied to a separate charging device or a battery management system (BMS) as direct current power, so that electric energy can be charged or utilized.

한편, 본 발명에서 제시하는 압전장치는 피에죠 패널(221)을 이용한 압전효과로부터 전기 에너지를 생산하고 있으나, 회전체(210)의 충격량을 전기에너지로 변환하기 때문에, 회전체(210)의 설치크기 또는 피에죠 패널(221)의 구성(소자 두께) 등으로 출력 전류가 낮고 출력 전압이 높게 형성된다. 따라서, 실용 가능한 전원 즉, 출력 전류량을 높이기 위해서는 출력 전압을 낮춘 후 전술된 평활회로를 통해 직류 전원으로 변환함이 바람직할 것이다.On the other hand, the piezoelectric device proposed in the present invention produces electric energy from the piezoelectric effect using the piezo panel 221, but since the impact amount of the rotating body 210 is converted into electric energy, the piezoelectric device 210 The output current is low and the output voltage is formed high due to the installation size or the configuration (element thickness) of the piezo panel 221. Therefore, in order to increase the practical power source, that is, the amount of output current, it is desirable to lower the output voltage and convert it to DC power through the smoothing circuit described above.

따라서, 피에죠 패널(221)과 평활회로 사이에 설치되어 전류량을 높이기 위한 트랜스 코일을 부가할 수 있을 것이다. 상기 트랜스 코일은 1차 측 코일의 권취 턴 수를 높이고, 2차 측 코일의 권취 턴 수를 낮춰 출력 전압을 낮춤과 동시에 출력 전류량을 높일 수 있게 된다. 이는 피에죠 패널(221)로부터 유도되는 전기 에너지의 높은 전압을 낮추고 전류량을 높이기 위한 방안으로 제시된다.Therefore, it may be installed between the piezo panel 221 and the smoothing circuit to add a transformer coil to increase the amount of current. The transcoil increases the number of turns of the primary coil and lowers the number of turns of the secondary coil, thereby reducing the output voltage and increasing the amount of output current. This is proposed as a method for lowering the high voltage of electric energy induced from the piezo panel 221 and increasing the amount of current.

도 4는 본 발명에 따른 빗물을 이용한 발전 장치를 예시하고 있으며, 도시한 바와 같이, 상기 회전체(210)의 상단으로 이격된 위치에서 빗물을 저장하고, 저장된 빗물이 일정량 낙하하도록 구성된 빗물 저장탱크(310)를 포함한다. 빗물 저장탱크(310)는 환경에 따라 그 크기 및 용량을 달리할 수 있으며, 빗물이 모여 낙하할 수 있는 구조라면 빗물 저장탱크(310)로 상정될 수 있을 것이다.FIG. 4 illustrates a power generation device using rainwater according to the present invention, and as shown, stores rainwater at a position spaced apart from the top of the rotating body 210, and the rainwater storage tank configured to drop a certain amount of stored rainwater. 310. The rainwater storage tank 310 may have a different size and capacity depending on the environment, and a structure in which rainwater may collect and fall may be assumed as the rainwater storage tank 310.

상기 빗물 저장탱크(310)로 축적된 빗물은 하단에 마련된 토출구(311)를 통해 지면으로 낙하한다. 상기 토출구(311)는 상기 빗물 수용부(211)와 대응하도록 토출 용량이 설정됨이 바람직할 것이다. 상기 토출 용량과 빗물 저장탱크(310)의 설치 위치는 회전체(210)의 회전 속도를 결정하기 때문에, 빗물 저장탱크(3100의 설치 위치에 반비례하여 상기 토출구(311)의 토출 용량을 설정함으로써, 상기 회전체(210)의 지속적인 회전을 유도할 수 있다.The rainwater accumulated in the rainwater storage tank 310 falls to the ground through the discharge port 311 provided at the bottom. It is preferable that the discharge port 311 has a discharge capacity set to correspond to the rainwater receiving portion 211. Since the discharge capacity and the installation position of the rainwater storage tank 310 determine the rotation speed of the rotating body 210, by setting the discharge capacity of the discharge port 311 in inverse proportion to the installation position of the rainwater storage tank 3100, Continuous rotation of the rotating body 210 may be induced.

회전체(210)의 지속적인 회전력은 압전장치(220)에 의해 직류성 전기 에너지로 변환되며, 변환 출력된 직류 전력은 압전장치(220)의 일단에 마련된 전력선(223)을 통해 부하로 공급되거나 배터리 또는 배터리 관리 시스템(BMS)로 공급된다.The continuous rotational force of the rotating body 210 is converted into direct current electric energy by the piezoelectric device 220, and the converted DC power is supplied to the load through the power line 223 provided at one end of the piezoelectric device 220 or the battery Or a battery management system (BMS).

한편, 본 발명에서 제시되는 회전체(210)는 물레방아 구조로 예시하고 있으나, 프로펠러 구조로서 풍력에 사용되거나, 회전체(210)의 표면으로 브레이드를 형성하여 흐르는 유체로부터 동력을 제공받을 수 있을 것이다.On the other hand, the rotating body 210 presented in the present invention is illustrated as a watermill structure, but may be used for wind power as a propeller structure or may be provided with power from a flowing fluid by forming a braid on the surface of the rotating body 210. will be.

210 : 회전체 211 : 빗물 수용부
213 : 가압장치 220 : 압전장치
221 : 피에죠 패널 223 : 전력선
230 : 거치패널 310 : 빗물 저장탱크
311 : 토출구 D1 ~ D4 : 다이오드
R : 저항 C : 캐패시터210: rotating body 211: rain water receiving portion
213: pressurization device 220: piezoelectric device
221: Piezo panel 223: power line
230: Mounting panel 310: Rainwater storage tank
311: outlet D1 ~ D4: diode
R: Resistance C: Capacitor

Claims (4)

빗물의 낙하 에너지를 이용하여 전기 에너지로 변환하기 위한 에너지 하베스팅 장치에 있어서,
지면으로 낙하는 빗물을 수용하기 위한 빗물 수용부(211)가 외주면 상으로 균일하게 배치되고, 수용된 빗물의 하중으로 회전 동력을 형성하기 위해 원통 구조를 갖는 회전체(210);
상기 회전체(210)의 회전축으로부터 연장되며, 회전동력을 충격 에너지로 전환하기 위해 다수 개의 돌기를 갖는 가압장치(213);
상기 가압장치(213)의 근접 위치에 설치되며 상기 가압장치(213)의 돌기에 의해 충격 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전장치(220); 및
상기 압전장치(220) 및 회전체(210)를 일체화된 구조로 지지하기 위한 거치 패널(230)로 이루어진 것을 특징으로 하는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치.In the energy harvesting device for converting to electrical energy using the falling energy of rain water,
A rainwater accommodating portion 211 for accommodating rainwater falling to the ground is uniformly disposed on the outer circumferential surface, and a rotating body 210 having a cylindrical structure to form rotational power under the load of the received rainwater;
A pressing device 213 extending from the rotating shaft of the rotating body 210 and having a plurality of protrusions to convert rotational power into impact energy;
A piezoelectric device 220 installed at a position close to the pressing device 213 and converting impact energy into electrical energy by projections of the pressing device 213; And
Energy harvesting apparatus using rainwater, characterized in that consisting of a mounting panel 230 for supporting the piezoelectric device 220 and the rotating body 210 in an integrated structure. 제 1 항에 있어서,
상기 압전장치(220)는 상기 가압장치(213)의 회전동력을 전기 에너지로 변환하기 위한 피에죠 패널(221)을 구성하는 것을 특징으로 하는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치.According to claim 1,
The piezoelectric device 220 is an energy harvesting device using rainwater, characterized in that it constitutes a piezo panel 221 for converting the rotational power of the pressing device 213 into electrical energy. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 압전장치(220)는 피에죠 패널(221)로부터 발생하는 전기 에너지를 축전 가능한 직류 전원으로 변환하는 평활회로를 포함하며;
상기 평활회로는 전파 정류를 수행하는 브릿지 다이오드(D1 ~ D4)를 구성하고, 상기 브릿지 다이오드의 출력단으로 저항(R) 및 캐패시터(C)를 연결하여 전파정류를 수행하는 것을 특징으로 하는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1 or 2,
The piezoelectric device 220 includes a smoothing circuit that converts electrical energy generated from the piezo panel 221 into a DC power that can be stored;
The smoothing circuit constitutes bridge diodes D1 to D4 that perform full-wave rectification, and connects a resistor R and a capacitor C to the output terminal of the bridge diode to perform full-wave rectification. Energy harvesting device. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 회전체(210)의 상단으로 이격된 위치에서 빗물을 저장하고, 저장된 빗물이 일정량 낙하하도록 구성된 빗물 저장탱크(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빗물을 이용한 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 1 or 2,
Energy harvesting device using rainwater, characterized in that it further comprises a rainwater storage tank (310) configured to store rainwater at a position spaced apart from the top of the rotating body (210) and to store a certain amount of rainwater stored therein.
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