WO2020141865A1 - 전력 생산 모듈, 및 전력 생산 방법 - Google Patents

전력 생산 모듈, 및 전력 생산 방법 Download PDF

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김건중
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김성민
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    • F05B2220/60—Application making use of surplus or waste energy
    • F05B2220/602—Application making use of surplus or waste energy with energy recovery turbines

Definitions

  • the present invention relates to a power generation module and a power generation method, and more particularly, to a power generation module and a power generation method for generating power using a change in the potential value of the power generation fiber.
  • the gas inflation space formed therein, the jacket portion that expands through the injection of gas, and the face of the user It includes a mask portion formed to surround, the jacket portion, and has an air storage space isolated from the gas expansion space in the interior, the mask portion, the air storage space and the air connection line to receive the air in the air storage space
  • a life jacket is disclosed, which is connected through a body and is integrally formed with the jacket part, and includes a frame having an elastic material so that the shape is changed according to the shape of the jacket part and stored on the jacket part. .
  • life-saving equipment to which various electronic devices are added includes a battery inevitably to drive it.
  • the battery has a fixed capacity to store electricity, so if it is discharged, it needs to be charged, and its life is limited, so periodic replacement is also required. Accordingly, studies have been made to solve the above-mentioned problems.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a power generation module and a power generation method for generating power by itself.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a power generation module and a power generation method applicable to various offshore rescue equipment.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a power generation module and a power generation method for improving the probability of survival of the distressed.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a power generation module.
  • the power generation module, the cylinder, the piston reciprocating in the cylinder, and one end is fixed to the piston and the other end is fixed to the cylinder, the power of which the length is changed according to the reciprocating motion of the piston It includes a power generating fiber, but the potential value of the power generating fiber is changed according to a change in the length of the power generating fiber, and may include generating electric power using the changed potential value of the power generating fiber. have.
  • the piston comprises a piston head having a diameter corresponding to the inner diameter of the cylinder, and a piston rod connected to the piston head and extending in the longitudinal direction of the cylinder, the one end of the power generating fiber May be fixed to the piston head, and the other end of the power generating fiber may be fixed to a bottom surface inside the cylinder.
  • the plurality of power-producing fibers are provided, and the ends of the plurality of power-producing fibers are fixed to the edge of the piston head and connected to the central portion of the piston head to connect the piston to the cylinder.
  • it may further include an elastic structure.
  • the power generation module may further include a first buoyancy structure fixedly connected to the piston, and a second buoyancy structure fixedly connected to the cylinder and having a smaller buoyancy than the first buoyancy structure.
  • the power generation module is provided to a fluid environment, and a movement difference between the first buoyancy structure and the second buoyancy structure is generated by the movement of the fluid, and the first buoyancy structure and The piston may reciprocate within the cylinder due to a difference in movement of the second buoyancy structure.
  • the first buoyancy structure includes a life jacket
  • the life jacket includes a signal unit including at least one of GPS and LED
  • energy generated by the power generation module May include being supplied to the signal unit.
  • the power generation module is provided to the fluid environment, and further comprises a first buoyancy structure floating on the fluid and fixedly connected to the piston, wherein the cylinder is a wearer of the first buoyancy structure It is fixedly connected to, the piston may include reciprocating the inside of the cylinder by the external force of the wearer.
  • the surface area of the power-producing fiber may be changed according to a change in the length of the power-producing fiber, and the potential value of the power-producing fiber may be changed according to a change in the surface area of the power-producing fiber.
  • the power generation module is provided in a fluid environment, and the power generation fiber has a twisted structure, but when the length of the power production fiber increases, the number of twists of the power production fiber decreases.
  • the surface area of the power-producing fiber is increased to increase the contact area with the fluid, and when the length of the power-producing fiber decreases, the surface area of the power-producing fiber decreases as the number of twists of the power-producing fiber decreases, thereby increasing the contact area with the fluid. It may include that the contact area is reduced.
  • the fluid may include sea water (see water).
  • the cylinder may include a plurality of fluid inlets communicating with the outside.
  • the power generation fiber may include twisted carbon nanotubes (CNTs) arranged in one direction.
  • CNTs twisted carbon nanotubes
  • the present invention provides a power generation method.
  • the method for generating power includes electric power including a cylinder, a piston reciprocating within the cylinder, and a power generating fiber with one end fixed to the piston and the other end fixed to the cylinder.
  • the piston In the production module, the piston, the step of reciprocating the inside of the cylinder by an external force, the length of the power generating fiber is changed according to the reciprocating motion of the piston, the power production according to the length change of the power producing fiber
  • the surface area of the fiber is changed, and the potential value of the power-producing fiber is changed according to the change in the surface area of the power-producing fiber, and generating electric power using the changed potential value of the power-producing fiber.
  • the power generation module is provided in a fluid environment, and the power generation fiber has a twisted structure, but in the step of changing the potential value, when the length of the power generation fiber is increased, the power production fiber As the number of twists of the surface of the power-producing fiber increases, the contact area with the fluid increases, and when the length of the power-producing fiber decreases, the surface area of the power-producing fiber increases as the number of twists of the power-producing fiber increases. This may be reduced to include reducing the contact area with the fluid.
  • the cylinder, the piston reciprocating in the cylinder, and one end is fixed to the piston and the other end is fixed to the cylinder, the power of which the length is changed according to the reciprocating motion of the piston It includes a power generating fiber, but the potential value of the power generating fiber is changed according to a change in the length of the power generating fiber, and may include generating electric power using the changed potential value of the power generating fiber. have.
  • the power generation module may generate power permanently because the piston is reciprocated by seawater. Accordingly, by permanently supplying power to electronic devices such as GPS and LED included in the life jacket, it is possible to improve the survival probability of the distressed.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a power generation module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a combined perspective view of a power generation module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a cylinder included in the power generation module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line T 1 -T 1 ′ of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line T 2 -T 2 ′ of FIG. 2 .
  • FIG 6 to 9 are views showing the operation of the power generation module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 to 15 are views showing a specific application example of the power generation module according to the first embodiment of the present invention.
  • 16 and 17 are views showing a power generation module according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 18 to 20 are views showing a power generation module according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • 21 and 22 are views showing a power generation module according to a third modification of the first embodiment of the present invention.
  • 23 and 24 are views showing a power generation module according to a second embodiment of the present invention.
  • 25 and 26 are views showing a power generation module according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a view showing a power generation module according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a flowchart illustrating a power generation method according to an embodiment of the present invention.
  • 29 is a graph showing electrical characteristics of a power generation module according to an experimental example of the present invention in various electrolyte environments.
  • a component when referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them.
  • a third component may be interposed between them.
  • the thicknesses of the films and regions are exaggerated for effective description of technical content.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment
  • second component in another embodiment
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification,'and/or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
  • the word'twisted' may indicate the number of twisted times. That is, a large number of twists may mean that there are many twists. On the other hand, a small number of twists may mean that the degree of twist is low.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a power production module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a combined perspective view of a power production module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a first embodiment of the present invention 4 is a perspective view of a cylinder included in the power generation module
  • FIG. 4 is a T 1 -T 1 'cross-sectional view of FIG. 2
  • FIG. 5 is a T 2 -T 2 ' cross-sectional view of FIG. 2
  • FIGS. It is a view showing the operation of the power generation module according to the first embodiment of the invention
  • Figures 10 to 15 are diagrams showing a specific application example of the power generation module according to the first embodiment of the present invention.
  • the power production module (EM) according to the first embodiment of the present invention, the cylinder 100, the piston 200, the power production fiber 300, the counter electrode 400, the circuit unit 500, and an elastic structure 600.
  • EM power production module
  • an empty space may be formed in the cylinder 100.
  • a piston 200, a power generation fiber 300, a counter electrode 400, and a circuit part 500, which will be described later, may be disposed.
  • the cylinder 100 may have a cylindrical shape.
  • the cylinder 100 may have various shapes. That is, the shape of the cylinder 100 is not limited.
  • the cylinder 100 may include a plurality of fluid inlets 100h.
  • the fluid inlet 100h may communicate the outside and the inside of the cylinder. Accordingly, when the cylinder 100 is provided in a fluid environment, fluid may be introduced into the cylinder 100 through the fluid inlet 100h.
  • the fluid may include sea water (see water). That is, the power generation module EM according to the first embodiment may be provided in a sea environment. In this case, the power generation module EM according to the first embodiment may use the fluid (eg, seawater) as an electrolyte.
  • the fluid eg, seawater
  • the piston 200 may include a piston rod 210 and a piston head 220.
  • the piston head 220 may be disposed inside the cylinder 100.
  • the piston head 220 may have a disc shape having a diameter corresponding to the inner diameter of the cylinder 100.
  • the piston rod 210 has a shape extending in the longitudinal direction of the cylinder 100, one end may be connected to the piston head 220.
  • the piston rod 210 may be arranged to penetrate the outside and the inside of the cylinder 100 in the longitudinal direction of the cylinder 100.
  • the piston 200 may reciprocate inside the cylinder 100 by an external force. Description of the reciprocating motion of the piston 200 by external force will be described later.
  • the power generating fiber 300 may be disposed in the cylinder 100. According to one embodiment, the power generating fiber 300 may be disposed between the piston 200 and the cylinder 100. More specifically, one end of the power generation fiber 300 may be fixed to the piston 200. On the other hand, the other end of the power generation fiber 300 may be fixed to the cylinder 100.
  • the power generation fiber 300 may be provided in plural.
  • the plurality of power generation fibers 300 may be disposed along the edge of the piston head 210. That is, the one end of the plurality of the power-producing fibers 300 may be fixed to the edge of the piston head 210.
  • the power-producing fiber 300 may have a twisted structure and elasticity.
  • the power generation fiber 300 may include carbon nano tube (CNT) fibers. More specifically, the power generation fiber 300 may be manufactured by twisting a carbon nanotube sheet (CNT sheet).
  • the carbon nanotube sheet may be manufactured from a carbon nanotube forest (CNT forest). That is, after the carbon nanotube sheet is manufactured from the carbon nanotube forest, the carbon nanotube sheet is twisted to produce the power-producing fiber 300. Accordingly, the power generation fiber 300 may be a plurality of twisted carbon nanotubes arranged in one direction.
  • the length of the power-producing fiber 300 may be changed according to the reciprocating motion of the piston 200.
  • the power-producing fiber 300 may increase or decrease in length according to the reciprocating motion of the piston 200. More specifically, when the piston 200 is moved in a direction away from the lower surface of the cylinder 100, as shown in FIG. 6, the length of the power generating fiber 300 may be increased. Alternatively, when the piston 200 is moved in a direction closer to the lower surface of the cylinder 100, as shown in FIG. 8, the length of the power generating fiber 300 may be reduced.
  • the surface area of the power producing fiber 300 may be changed. Accordingly, the potential value of the power-producing fiber 300 may be changed.
  • the number of twists of the power-producing fiber 300 may be reduced. That is, when the length of the power-producing fiber 300 is increased, the twist structure of the power-producing fiber 300 may be released. Accordingly, the surface area where the power-producing fiber 300 is exposed to the outside is increased, so that the contact area with the fluid can be increased.
  • the fluid eg, seawater
  • the potential value of the electric power producing fiber 300 may be changed.
  • the number of twists of the power producing fiber 300 may be increased. That is, when the length of the power-producing fiber 300 is reduced, the power-producing fiber 300 may be further twisted. Accordingly, the surface area of the power-producing fiber 300 exposed to the outside is reduced, so that the contact area with the fluid is reduced, so that the potential value of the power-producing fiber 300 can be changed.
  • the counter electrode 400 may be disposed in the cylinder 100. According to an embodiment, a change in the potential value of the power-producing fiber 300 may be measured through the counter electrode 400. According to one embodiment, the counter electrode 400 may have a cylindrical shape with a hollow formed therein. Alternatively, according to another embodiment, the counter electrode 400 may have various shapes. That is, the shape of the counter electrode 400 is not limited.
  • the circuit unit 500 may be disposed in the cylinder 100. According to an embodiment, the circuit unit 500 may be disposed in the cylinder 100 to be surrounded by the plurality of power producing fibers 300. As described above, the circuit unit 500 may rectify and amplify power according to the changed potential value of the power-producing fiber 300. For example, the current value generated by the power producing fiber 300 is relatively high, but the voltage value can be relatively low. Accordingly, amplification of a voltage value may be performed in the circuit unit 500 so that it can be easily used in an external electronic device. Also, according to an embodiment, the circuit unit 500 may store generated power. have.
  • the elastic structure 600 may be disposed in the cylinder 100 to penetrate the hollow of the counter electrode 400.
  • the elastic structure 600 may connect the piston 200 and the circuit part 500.
  • one end of the elastic structure 600 may be connected to the piston head 220. More specifically, one end of the elastic structure 600 may be connected to the central portion of the piston head 220. On the other hand, the other end of the elastic structure 600 may be connected to the circuit unit 500.
  • the elastic structure 600 may apply an elastic force in a direction in which the piston 200 is inserted into the cylinder 100. Accordingly, the elastic structure 600 may prevent a sudden movement of the piston 200, thereby preventing a sudden change in the length of the power-producing fiber 300. In addition, the length change of the power generation fiber 300 may be more easily generated.
  • the power generation module EM may further include a first electrode 710 and a second electrode 720.
  • the first electrode 710 and the second electrode 720 may be connected to the circuit unit 500. Accordingly, power stored in the circuit unit 500 may be used through the first electrode 710 and the second electrode 720.
  • the power generation module EM may further include a first buoyancy structure (not shown) and a second buoyancy structure (not shown).
  • the first buoyancy structure and the second buoyancy structure may be an object floating on the fluid (eg, seawater).
  • the second buoyancy structure may have a smaller buoyancy than the first buoyancy structure.
  • the first buoyancy structure may be a life jacket.
  • the life jacket may include a signal unit including GPS and LED.
  • the second buoyancy structure may be a wearer wearing the first buoyancy structure.
  • the second buoyancy structure may be a wearable device.
  • the wearable device may be a sea suit.
  • the first buoyancy structure may be fixedly connected to the piston rod 210 included in the piston 200.
  • the second buoyancy structure may be fixedly connected to the cylinder 100.
  • the piston rod 210 may be fixedly connected to the life jacket.
  • the cylinder 100 may be attached to a wearer's back, as shown in FIG. 10.
  • the cylinder 100 may be attached to a wearer's arm, as shown in FIG. 11.
  • the attachment portion of the cylinder 100 is not limited.
  • the power generation module EM When the power generation module EM according to the first embodiment is provided in the fluid (eg, seawater) environment, a movement difference between the first buoyancy structure and the second buoyancy structure by the movement of the fluid May occur. Accordingly, the piston 200 may reciprocate within the cylinder 100.
  • the fluid eg, seawater
  • the power generation module according to the first embodiment of the present invention can dramatically improve the lifespan of electronic devices such as GPS and LED included in the life jacket by generating its own power by waves. Accordingly, the probability of survival of the distressed can be improved.
  • the piston 200 may reciprocate inside the cylinder 100 by an external force of the wearer. That is, when the wearer grips and shakes the cylinder 100, the piston 200 may reciprocate inside the cylinder 100. Accordingly, power is generated through the power generation fiber 300, and electronic devices such as GPS and LED mounted on the life jacket can be driven using the generated power.
  • the wearer when power generation is not generated by the waves, the wearer generates power by itself, such as GPS and LEDs included in the life jacket.
  • the life of the device can be improved.
  • the power generation module according to the first embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, a power generation module according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described.
  • 16 and 17 are views showing a power generation module according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
  • the power generation module according to the first modification of the first embodiment of the present invention may include a first electrode 710 and a second electrode 720.
  • Each configuration included in the power generation module according to the first modification of the first embodiment may be the same as each configuration of the power generation module according to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 15. Accordingly, detailed description is omitted.
  • the cylinder 100 included in the power generation module according to the first modification of the first embodiment may be divided into an upper region and a lower region.
  • a plurality of fluid inlets 100h may be formed in an upper region of the cylinder 100.
  • the plurality of fluid inlets 100h may communicate the outside and the inside of the cylinder 100.
  • the piston 200, the power generating fiber 300, and the counter electrode 400 may be disposed in the upper region of the cylinder 100.
  • the power generation fiber 300 one end is fixed to the piston 200, the other end may be fixed to the counter electrode 400. Accordingly, the other end of the power generation fiber 300 may be fixed to the cylinder 100 through the counter electrode 400.
  • the circuit part 500, the first electrode 710, and the second electrode 720 may be disposed in the lower region of the cylinder 100.
  • a change in potential value is generated through the electric power producing fiber 300, and in the lower region of the cylinder 100, a change in the generated potential value and the circuit part 500 ), rectification, amplification, and storage can be performed.
  • FIGS. 18 to 20 are views showing a power generation module according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the power generation module according to the second modification of the first embodiment of the present invention includes a first cylinder 100a, a second cylinder 100b, a piston rod 210, and a piston head ( 220), a power generating fiber 300, a counter electrode 400, a circuit unit 500, a first electrode 710, and a second electrode 720.
  • the piston rod 210, the piston head 220, the power production fiber 300, the counter electrode 400, the circuit unit 500, the first electrode included in the power production module according to the first modification of the first embodiment 710, and the second electrode 720 may be the same as each configuration of the power generation module according to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 15. Accordingly, detailed description is omitted.
  • the piston rod 210, the piston head 220, the power generating fiber 300, and the counter electrode 400 may be disposed on the first cylinder 100a.
  • a plurality of fluid inlets 100h may be formed in the first cylinder 100a.
  • the plurality of fluid inlets 100h may communicate the outside and the inside of the cylinder 100.
  • the power generation fiber 300, one end is fixed to the piston 200, the other end may be fixed to the counter electrode 400. Accordingly, the other end of the power generation fiber 300 may be fixed to the cylinder 100 through the counter electrode 400.
  • the second cylinder 100b may be combined with the first cylinder 100a.
  • the first cylinder (100a) and the second cylinder (100b), as shown in Figure 18, may be combined to form a stacked structure.
  • the circuit part 500, the first electrode 710, and the second electrode 720 may be disposed on the second cylinder 100b.
  • a change in potential value is generated through the power producing fiber 300, and in the second cylinder 100b, a change in the generated potential value and the circuit portion 500 Rectification, amplification, and storage by can be performed.
  • 21 and 22 are views showing a power generation module according to a third modification of the first embodiment of the present invention.
  • the power generation module according to the third modification of the first embodiment of the present invention may include a first electrode 710 and a second electrode 720.
  • Each configuration included in the power generation module according to the first modification of the first embodiment is the same as each configuration of the power generation module according to the first modification of the first embodiment described with reference to FIGS. 16 and 17. Can. Accordingly, detailed description is omitted.
  • the cylinder 100 included in the power generation module according to the third modification of the first embodiment may have a dome shape having a flat bottom and an upper half-sphere shape. have.
  • 23 and 24 are views showing a power generation module according to a second embodiment of the present invention.
  • the power generation module according to the second embodiment of the present invention includes a cylinder 810, a weight 820, a power generation fiber 830, a gas supply 840, a balloon 850 ), lighting 860, piston 870, and cap (cap, 880).
  • the power generation module according to the second embodiment may also be used with a life jacket, like the power generation module according to the first embodiment described above. Each configuration will be described below.
  • An empty space may be formed in the cylinder 100.
  • a power generating fiber 830, a gas supply 840, a balloon 850, a light 860, and a piston 870 may be disposed.
  • the cylinder 100 may be divided into an upper region and a lower region.
  • the upper region and the lower region of the cylinder 100 may be divided by a partition plate (not shown).
  • the balloon 850 and the light 860 may be disposed in the upper region.
  • the power generation fiber 830, the gas supply 840, and the piston 870 may be disposed in the lower region.
  • the weight 820 and the cap 880 may be coupled to the lower region and the upper region of the cylinder 100, respectively.
  • the cylinder 810 may include a plurality of fluid inlets (not shown).
  • the fluid inlet port may communicate with the outside and the inside of the cylinder. Accordingly, when the cylinder 810 is provided to the fluid environment, fluid may be introduced into the cylinder 810 through the fluid inlet.
  • the fluid may include sea water (see water). That is, the power generation module according to the second embodiment may be provided in a sea environment. In this case, the power generation module according to the second embodiment may use the fluid (eg, seawater) as an electrolyte.
  • the fluid eg, seawater
  • the balloon 850 and the lighting 860 may be disposed in an upper region of the cylinder 810.
  • the lighting 860 may be provided in a state coupled to the balloon 850.
  • the lighting 860 may include an LED.
  • the balloon 850 may be supplied with gas from the gas supply 840. In this case, while the cap 880 is separated from the cylinder 810, the balloon 850 may be expanded.
  • the piston 870 is disposed in the lower region of the cylinder 810, and may be connected to the weight 820 through a wire. According to an embodiment, the piston 870 may reciprocate inside the cylinder 810 according to the movement of the weight 820.
  • the weight 820 can be moved by an external force. Specifically, the weight 820 may be moved by waves. Alternatively, unlike this, the weight 820 may be moved by the external force of the wearer of the life jacket.
  • the power producing fiber 830 may be disposed within the lower region of the cylinder. According to one embodiment, the power generating fiber 830 may be disposed between the partition plate (not shown) and the piston 870 that separate the upper and lower regions of the cylinder 810. More specifically, one end of the power-producing fiber 830 may be fixed to the separator (not shown). On the other hand, the other end of the power generating fiber 830 may be fixed to the piston 870.
  • the length of the power generating fiber 830 may be changed according to the reciprocating motion of the piston 870.
  • the power-producing fiber 830 may increase or decrease in length according to the reciprocating motion of the piston 870.
  • the surface area of the power generation fiber 830 may be changed. Accordingly, the potential value of the power-producing fiber 830 may be changed. Consequently, power can be produced using the changed potential value.
  • the generated power may be supplied to the lighting 860.
  • the number of twists of the power producing fiber 830 may be reduced. That is, when the length of the power generating fiber 830 is increased, the twist structure of the power generating fiber 830 may be released. Accordingly, by increasing the surface area of the power generating fiber 830 exposed to the outside, the contact area with the fluid may be increased. As described above, as the fluid (eg, seawater) is used as the electrolyte, the potential value of the power generating fiber 830 may be changed.
  • the fluid eg, seawater
  • the number of twists of the power producing fiber 830 may be increased. That is, when the length of the power-producing fiber 830 is reduced, the power-producing fiber 830 may be further twisted. Accordingly, the surface area of the power-producing fiber 830 exposed to the outside is reduced, so that the contact area with the fluid is reduced, so that the potential value of the power-producing fiber 830 can be changed.
  • 25 and 26 are views showing a power generation module according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • a power generation module includes a cylinder 810, a weight 820, a power generation fiber 830, a gas supply 840, a balloon 850, lighting 860, piston 870, and caps (cap, 880).
  • Each configuration included in the power generation module according to the modified example of the second embodiment may be the same as each configuration of the power generation module according to the second embodiment described with reference to FIGS. 23 and 24. Accordingly, detailed description is omitted.
  • the gas supply 840, the balloon 850, and the lighting 860 may be disposed in the cylinder 810.
  • an empty space is formed in the weight 820, and the piston 870 and the power generating fiber 830 may be disposed in the empty space of the weight 820.
  • One end of the power generating fiber 830 may be fixed to the piston 870, and the other end may be fixed to the weight 820.
  • the piston 870 may reciprocate the inside of the weight (820).
  • FIG. 27 is a view showing a power generation module according to a third embodiment of the present invention.
  • the power production module includes: stop yarn 910, half moon bead 920, hole float 930, first buffer rubber 940, power production fiber ( 950), hand float (960), the second buffer rubber (970), and dora (980), a bongdol (990), and may include a fishing needle (not shown).
  • stop yarn 910 half moon bead 920
  • hole float 930 first buffer rubber 940
  • power production fiber 950
  • hand float 960
  • the second buffer rubber 970
  • dora 980
  • a bongdol 990
  • a fishing needle not shown
  • the detent cotton yarn 910 may be used for depth control.
  • the half-moon bead 920 may serve as a hole 930 to be described later, which is caught by the detent cotton yarn 910.
  • the hole 930 can be used for catching fish and riding a bird.
  • the first cushioning rubber 940 is an O-type cushioning rubber, and can reduce the impact of a hand-held chisel and a hole chisel.
  • the underwater jji 960 may attenuate the buoyancy of the hole jji 930 and stabilize the base ratio.
  • the second cushioning rubber 970 is a V-type cushioning rubber, and can reduce the impact of a hand-held chisel and a mandrake and protect a knot.
  • the top door 980 is not rotated and can be used as a neckline.
  • the bongdol (990) reduces the difference in buoyancy between the perforator and the perforator, and can produce an ideal angle of the neckline.
  • the electric potential of the electric power producing fiber 950 is changed according to a change in length, and electric power can be produced using the changed electric potential value of the electric power generating fiber 950.
  • FIG. 28 is a flowchart illustrating a power generation method according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation method according to the embodiment the piston reciprocating the inside of the cylinder (S100), the step of changing the potential value of the power production fiber (S200), and using the changed potential value It may include the step of generating power (S300).
  • S100 the step of changing the potential value of the power production fiber
  • S300 the step of generating power
  • each step will be described in detail.
  • the power generation module according to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 15 will be described as an example.
  • the piston 200 may reciprocate inside the cylinder 100 by external force.
  • the piston 200 is the cylinder (by the difference in motion between the first buoyancy structure (eg, life jacket) and the second buoyancy structure (eg, life jacket wearer), 100) It can reciprocate inside.
  • a difference in movement between the first buoyancy structure and the second buoyancy structure may be generated by a wave.
  • the length of the power generating fiber 300 may be changed according to the reciprocating motion of the piston 200.
  • the power-producing fiber 300 may increase or decrease in length according to the reciprocating motion of the piston 200.
  • the surface area of the power producing fiber 300 may be changed. Accordingly, the potential value of the power-producing fiber 300 may be changed.
  • the number of twists of the power generation fiber 300 may be reduced. That is, when the length of the power-producing fiber 300 is increased, the twist structure of the power-producing fiber 300 may be released. Accordingly, the surface area where the power-producing fiber 300 is exposed to the outside is increased, so that the contact area with the fluid can be increased.
  • the fluid eg, seawater
  • the potential value of the electric power producing fiber 300 may be changed.
  • the number of twists of the power generating fiber 300 may be increased. That is, when the length of the power-producing fiber 300 is reduced, the power-producing fiber 300 may be further twisted. Accordingly, the surface area of the power-producing fiber 300 exposed to the outside is reduced, so that the contact area with the fluid is reduced, so that the potential value of the power-producing fiber 300 can be changed. In the step S300, power may be produced using the changed potential value of the power generation fiber 300.
  • CNT sheet is prepared.
  • the other end of the prepared CNT sheet was fixed, and one end was weighed by applying a pressure of 54 MPa. Thereafter, one end of the CNT sheet was twisted at 1666 turns/m to prepare twist CNT fibers.
  • one end of the twist CNT fiber was twisted at 1666 turns/m in a direction opposite to the direction in which the CNT sheet was twisted to produce a non-twist CNT fiber.
  • Twist CNT fiber was used as a working electrode, and non-twist CNT fiber was used as a counter electrode, thereby producing a power generation module according to an experimental example.
  • 29 is a graph showing electrical characteristics of a power generation module according to an experimental example of the present invention in various electrolyte environments.
  • a power generation module according to the above experimental example is prepared, but a charging system for each electric energy using HCl electrolyte, H 2 SO 4 electrolyte, Na 2 SO 4 electrolyte, NaCl electrolyte, and KOH electrolyte is provided. Prepared, Energy (J/g) and Power (W/kg) were measured for each.
  • the power generation module according to the experiment example it was confirmed that all of the energy is produced in the HCl electrolyte, H 2 SO 4 electrolyte, Na 2 SO 4 electrolyte, NaCl electrolyte, and KOH electrolyte. Accordingly, it can be seen that the power generation module according to the experiment example can be used in a seawater environment.
  • the power generation module and the power generation method according to an embodiment of the present invention may be used as a marine rescue device that increases the probability of survivors of a distress.

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Abstract

전력 생산 모듈이 제공된다. 상기 전력 생산 모듈은, 실린더, 상기 실린더 내부에서 왕복운동 하는 피스톤, 및 일단이 상기 피스톤에 고정되고 타단이 상기 실린더에 고정되어 상기 피스톤의 왕복운동에 따라 길이가 변화되는 전력 생산 섬유(power generating fiber)를 포함하되, 상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되며, 상기 전력 생산 섬유의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 것을 포함할 수 있다.

Description

전력 생산 모듈, 및 전력 생산 방법
본 발명은 전력 생산 모듈 및 전력 생산 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전력 생산 섬유의 전위 값 변화를 이용하여 전력을 생성하는 전력 생산 모듈 및 전력 생산 방법에 관련된 것이다.
해양 응급상황 시, 조난자의 생존 확률을 높이기 위하여 LED, 전열기, GPS 위치송신기 등의 다양한 기능이 추가된 구명장비들에 대하여 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 등록 번호 10-1930170(출원번호: 10-2017-0113742, 출원인: 박충현)에는, 내부에 형성되는 가스 팽창공간으로 가스의 주입을 통해 팽창되는 자켓부, 및 사용자의 얼굴을 둘러싸도록 형성되는 마스크부를 포함하고, 상기 자켓부는, 상기 내부에 상기 가스 팽창공간과 격리되는 공기 저장공간을 가지고, 상기 마스크부는, 상기 공기 저장공간 내의 공기를 공급받도록 상기 공기 저장공간과 공기 연결라인을 통해 연결되어 상기 자켓부와 일체 형성되되, 상기 자켓부의 형태에 맞춰 형상이 변경되어 상기 자켓부 상에 보관될 수 있도록 탄성의 재질을 가지는 프레임을 포함하는 것을 특징으로하는 구명 조끼가 개시되어 있다.
하지만, 다양한 전자장치들이 추가된 구명장비들에는, 이를 구동하기 위하여 필연적으로 배터리가 포함되기 된다. 배터리는 전기를 저장할 수 있는 용량이 정해져 있어 방전된다면 충전을 요구하고, 수명이 유한하여 주기적인 교체 또한 필요하다. 이에 따라, 상술된 문제점들을 해결하기 위한 연구들이 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 전력을 자가 생성하는 전력 생산 모듈 및 전력 생산 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 다양한 해양 구조 장비에 적용 가능한 전력 생산 모듈 및 전력 생산 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 조난자의 생존 확률을 향상시키는 전력 생산 모듈 및 전력 생산 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 전력 생산 모듈을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 모듈은, 실린더, 상기 실린더 내부에서 왕복운동 하는 피스톤, 및 일단이 상기 피스톤에 고정되고 타단이 상기 실린더에 고정되어 상기 피스톤의 왕복운동에 따라 길이가 변화되는 전력 생산 섬유(power generating fiber)를 포함하되, 상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되며, 상기 전력 생산 섬유의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤은, 상기 실린더 내경에 대응하는 직경을 갖는 피스톤 헤드, 및 상기 피스톤 헤드에 연결되고 상기 실린더의 길이 방향으로 연장하는 피스톤 로드를 포함하고, 상기 전력 생산 섬유의 상기 일단은 상기 피스톤 헤드에 고정되고, 상기 전력 생산 섬유의 상기 타단은 상기 실린더의 내부의 바닥면에 고정되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유는 복수로 제공되고, 복수의 상기 전력 생산 섬유의 상기 일단들은, 상기 피스톤 헤드의 가장자리에 고정되고, 상기 피스톤 헤드의 중앙부에 연결되어, 상기 피스톤을 상기 실린더에 삽입하는 방향으로 탄성력을 인가하는, 탄성 구조체를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 모듈은 상기 피스톤에 고정 연결된 제1 부력 구조체, 및 상기 실린더에 고정 연결되고, 상기 제1 부력 구조체보다, 작은 부력을 갖는 제2 부력 구조체를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 모듈은, 유체 환경에 제공되고, 상기 유체의 움직임에 의해, 상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체 사이에 움직임 차이가 발생되고, 상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체의 움직임 차이에 의해, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복운동하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 부력 구조체는 라이프 자켓(life jacket)을 포함하고, 상기 라이프 자켓은, GPS 및 LED 중 적어도 어느 하나를 포함하는 신호부를 포함하되, 상기 전력 생산 모듈에서 생성된 에너지는, 상기 신호부로 공급되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 모듈은 유체 환경에 제공되고, 상기 피스톤에 고정 연결되고 상기 유체 상에 뜨는(float) 제1 부력 구조체를 더 포함하되, 상기 실린더는 상기 제1 부력 구조체의 착용자에 고정 연결되고, 상기 피스톤은, 상기 착용자의 외력에 의해 상기 실린더 내부를 왕복운동 하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 변화되고, 상기 전력 생산 섬유의 표면적 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 모듈은 유체 환경에 제공되고, 상기 전력 생산 섬유는 꼬임(twisted) 구조를 갖되, 상기 전력 생산 섬유의 길이가 늘어나는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 감소함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 증가되어 상기 유체와의 접촉 면적이 증가되고, 상기 전력 생산 섬유의 길이가 줄어드는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 증가함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 감소되어 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유체는 바닷물(see water)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 실린더는, 외부와 내부를 연통하는 복수의 유체 유입구를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유는, 일 방향으로 배열된 탄소나노튜브(CNT)들이 꼬인 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 전력 생산 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 방법은, 실린더, 상기 실린더 내부에서 왕복운동하는 피스톤, 및 일단이 상기 피스톤에 고정되고 타단이 상기 실린더에 고정된 전력 생산 섬유(power generating fiber)를 포함하는 전력 생산 모듈에 있어서, 상기 피스톤이, 외력에 의하여 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 단계, 상기 피스톤의 왕복운동에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 길이가 변화되고, 상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 변화되고, 상기 전력 생산 섬유의 표면적 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되는 단계, 및 상기 전력 생산 섬유의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 모듈은 유체 환경에서 제공되고, 상기 전력 생산 섬유는 꼬임(twisted) 구조를 갖되, 상기 전위 값 변화 단계에서, 상기 전력 생산 섬유의 길이가 늘어나는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 감소함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 증가되어 상기 유체와의 접촉 면적이 증가되고, 상기 전력 생산 섬유의 길이가 줄어드는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 증가함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 감소되어 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은, 실린더, 상기 실린더 내부에서 왕복운동 하는 피스톤, 및 일단이 상기 피스톤에 고정되고 타단이 상기 실린더에 고정되어 상기 피스톤의 왕복운동에 따라 길이가 변화되는 전력 생산 섬유(power generating fiber)를 포함하되, 상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되며, 상기 전력 생산 섬유의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 생산 모듈은 바닷물에 의하여 상기 피스톤이 왕복운동 됨으로, 전력을 반영구적으로 생성할 수 있다. 이에 따라, 라이프 자켓 등에 포함되는 GPS, LED 등의 전자장치에 전력을 반영구적으로 공급함으로써, 조난자들의 생존 확률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생상 모듈이 포함하는 실린더의 사시도이다.
도 4는 도 2의 T1-T1' 단면도이다.
도 5는 도 2의 T2-T2' 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 구체적인 적용 예를 나타내는 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 27은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 방법을 설명하는 순서도이다.
도 29는 본 발명의 실험 예에 따른 전력 생산 모듈이 다양한 전해질 환경에서 갖는 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
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 설명은 생략할 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 '꼬임수'라는 단어는 꼬여진(twisted) 횟수를 나타낼 수 있다. 즉, 꼬임수가 많다는 것은 꼬임 정도가 많다는 것을 의미할 수 있다. 반면, 꼬임수가 적다는 것은 꼬임 정도가 낮다는 것을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생상 모듈이 포함하는 실린더의 사시도이고, 도 4는 도 2의 T1-T1' 단면도이고, 도 5는 도 2의 T2-T2' 단면도이고, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 동작을 나타내는 도면이고, 도 10 내지 도 15는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 구체적인 적용 예를 나타내는 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈(EM)은, 실린더(100), 피스톤(200), 전력 생산 섬유(300), 상대 전극(400), 회로부(500), 및 탄성 구조체(600)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
도 3을 참조하면, 상기 실린더(100)는 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다. 상기 빈 공간에는 후술되는 피스톤(200), 전력 생산 섬유(300), 상대 전극(400), 및 회로부(500)가 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 실린더(100)는 원통 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 실린더(100)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 실린더(100)의 형상은 제한되지 않는다.
상기 실린더(100)는 복수의 유체 유입구(100h)를 포함할 수 있다. 상기 유체 유입구(100h)는 상기 실린더의 외부와 내부를 연통할 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더(100)가 유체 환경에 제공되는 경우, 상기 유체 유입구(100h)를 통하여, 유체가 상기 실린더(100)의 내부로 유입될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유체는 바닷물(see water)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈(EM)은 바다 환경에 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈(EM)은 상기 유체(예를 들어, 바닷물)을 전해질로 사용할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 피스톤(200)은 피스톤 로드(210) 및 피스톤 헤드(220)를 포함할 수 있다. 상기 피스톤 헤드(220)는 상기 실린더(100) 내부에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤 헤드(220)는 상기 실린더(100)의 내경에 대응하는 직경을 갖는 원판 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 피스톤 로드(210)는 상기 실린더(100)의 길이 방향으로 연장하는 형상을 갖고, 일단이 상기 피스톤 헤드(220)와 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤 로드(210)는 상기 실린더(100)의 외부 및 내부를, 상기 실린더(100)의 길이 방향으로 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 피스톤(200)은 외력에 의하여, 상기 실린더(100) 내부를 왕복운동 할 수 있다. 외력에 의한 상기 피스톤(200)의 왕복운동에 관한 설명은, 후술된다.
상기 전력 생산 섬유(power generating fiber, 300)는 상기 실린더(100) 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)는 상기 피스톤(200) 및 상기 실린더(100) 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전력 생산 섬유(300)의 일단은 상기 피스톤(200)에 고정될 수 있다. 반면, 상기 전력 생산 섬유(300)의 타단은 상기 실린더(100)에 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)는 복수로 제공될 수 있다. 복수의 상기 전력 생산 섬유(300)는, 상기 피스톤 헤드(210)의 가장자리를 따라서 배치될 수 있다. 즉, 상기 복수의 상기 전력 생산 섬유(300)의 상기 상기 일단들은, 상기 피스톤 헤드(210)의 가장자리에 고정될 수 있다.
상기 전력 생산 섬유(300)는 꼬임(twisted) 구조, 및 신축성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 생산 섬유(300)는 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 섬유를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전력 생산 섬유(300)는 탄소나노튜브 시트(CNT sheet)가 꼬여서(twisted) 제조될 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브 시트는 탄소나노튜브 숲(CNT forest)으로부터 제조될 수 있다. 즉, 탄소나노튜브 숲으로부터 탄소나노튜브 시트를 제조한 후, 탄소나노튜브 시트가 꼬여서 상기 전력 생산 섬유(300)가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)는 일 방향으로 배열된 복수의 탄소나노튜브들이 꼬인 것일 수 있다.
상기 전력 생산 섬유(300)는 상기 피스톤(200)의 왕복운동에 따라 길이가 변화될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)는 상기 피스톤(200)의 왕복운동에 따라서, 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 피스톤(200)이 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(100)의 하부면으로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 늘어날 수 있다. 이와 달리, 상기 피스톤(200)이 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(100)의 하부면과 가까워지는 방향으로 이동되는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 줄어들 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 변화되는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 표면적이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)의 전위 값이 변화될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 늘어나는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 꼬임수가 감소될 수 있다. 즉, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 늘어나는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 꼬임 구조가 풀릴 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)가 외부에 노출되는 표면적이 증가하게 됨으로써, 상기 유체와의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 유체(예를 들어, 바닷물)이 전해질로 사용됨에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)는 전위 값이 변화될 수 있다.
이와 달리, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 줄어드는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 꼬임수가 증가될 수 있다. 즉, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 줄어드는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)는 더 꼬일 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)가 외부에 노출되는 표면적이 감소하게 됨으로써, 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되어, 상기 전력 생산 섬유(300)의 전위 값이 변화될 수 있다.
상기 상대 전극(counter electrode, 400)은 상기 실린더(100) 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)의 전위 값 변화는, 상기 상대 전극(400)을 통해 측정될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 상대 전극(400)은, 내부에 중공이 형성된 원통 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 상대 전극(400)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 상대 전극(400)의 형상은 제한되지 않는다.
상기 회로부(500)는 상기 실린더(100) 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 회로부(500)는 상기 복수의 전력 생산 섬유(300)에 둘러싸이도록, 상기 실린더(100) 내에 배치될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 회로부(500)는 상기 전력 생산 섬유(300)의 변화된 전위 값에 따른 전력을 정류하고, 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 생산 섬유(300)에 의해 생성된 전류 값은 상대적으로 높지만, 전압 값은 상대적으로 낮을 수 있다. 이에 따라, 외부 전자 기기에서 용이하게 사용될 수 있도록, 전압 값에 대한 증폭이 상기 회로부(500)에서 수행될 수 있다.또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 회로부(500)는 생성된 전력을 저장할 수 있다.
상기 탄성 구조체(600)는, 상기 상대 전극(400)의 중공을 관통하도록, 상기 실린더(100) 내에 배치될 수 있다. 또한, 상기 탄성 구조체(600)는 상기 피스톤(200) 및 상기 회로부(500)를 연결할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 탄성 구조체(600)의 일단은 상기 피스톤 헤드(220)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄성 구조체(600)의 일단은 상기 피스톤 헤드(220)의 중앙부에 연결될 수 있다. 반면, 상기 탄성 구조체(600)의 타단은 상기 회로부(500)와 연결될 수 있다.
상기 탄성 구조체(600)는, 상기 피스톤(200)이 상기 실린(100)에 삽입되는 방향으로 탄성력을 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 탄성 구조체(600)는 상기 피스톤(200)의 급격한 이동을 방지하여, 상기 전력 생산 섬유(300)의 급격한 길이 변화를 방지할 수 있다. 또한, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이 변화가 보다 용이하게 발생될 수 있다.
상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈(EM)은 제1 전극(710), 및 제2 전극(720)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(710) 및 상기 제2 전극(720)은 상기 회로부(500)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 회로부(500)에 저장된 전력은, 상기 제1 전극(710) 및 상기 제2 전극(720)을 통해 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈(EM)은 제1 부력 구조체(미도시), 및 제2 부력 구조체(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체는 상기 유체(예를 들어, 바닷물) 상에 뜨는(float) 물체일 수 있다. 또한, 상기 제2 부력 구조체는 상기 제1 부력 구조체 보다 작은 부력을 가질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제1 부력 구조체는 라이프 자켓(life jacket)일 수 있다. 상기 라이프 자켓은, GPS 및 LED 등을 포함하는 신호부를 포함할 수 있다. 반면, 상기 제2 부력 구조체는 상기 제1 부력 구조체를 착용하는 착용자일 수 있다. 또는, 이와 달리, 상기 제2 부력 구조체는 웨어러블 디바이스 일 수 있다. 예를 들어, 상기 웨어러블 디바이스는 해상 슈트일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 부력 구조체는 상기 피스톤(200)이 포함하는 상기 피스톤 로드(210)에 고정 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 부력 구조체는 상기 실린더(100)에 고정 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실린더(100)가 라이프 자켓의 착용자에게 부착된 상태에서, 상기 피스톤 로드(210)는 라이프 자켓에 고정 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 실린더(100)는 도 10에 도시된 바와 같이, 착용자의 등(back) 부위에 부착될 수 있다. 이와 달리, 다른 예를 들어, 상기 실린더(100)는 도 11에 도시된 바와 같이, 착용자의 팔(arm) 부위에 부착될 수 있다. 상기 실린더(100)의 부착 부위는 제한되지 않는다.
상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈(EM)이 상기 유체(예를 들어, 바닷물) 환경에 제공되는 경우, 상기 유체의 움직임에 의해 상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체 사이에 움직임 차이가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 피스톤(200)이 상기 실린더(100) 내부에서 왕복운동 될 수 있다.
즉, 라이프 자켓의 착용자가 바다에 빠진 경우, 파도(wave)에 의하여 라이프 자켓과 착용자 사이에 움직임의 차이가 발생될 수 있다. 이 경우, 라이프 자켓은 상기 피스톤(200)에 고정연결되어 있고, 착용자는 상기 실린더(100)에 고정연결되어 있음에 따라, 상기 피스톤(200)은 상기 실린더(100)의 내부를 왕복운동 할 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이 상기 피스톤(200)이 왕복운동 하는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)를 통하여 전력이 생성될 수 있다. 생성된 전력은, 라이프 자켓이 포함하는 신호부에 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 라이프 자켓에 장착된 GPS 및 LED 등의 전자장치들이 구동될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은 파도의 의하여 자체적으로 전력을 생성함으로써, 라이프 자켓이 포함하는 GPS 및 LED 등의 전자장치의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 조난자들의 생존 확률이 향상될 수 있다.
이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 피스톤(200)은 착용자의 외력에 의하여 상기 실린더(100) 내부를 왕복운동 할 수 있다. 즉, 착용자가 상기 실린더(100)를 잡고 흔드는 경우, 상기 피스톤(200)은 상기 실린더(100) 내부를 왕복운동 할 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)를 통하여 전력이 생성되고, 생성된 전력을 이용하여 라이프 자켓에 장착된 GPS 및 LED 등의 전자장치들이 구동될 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은, 파도에 의하여 자체적으로 전력 생성이 이루어지지 않는 경우, 착용자가 자체적으로 전력을 생성함으로써, 라이프 자켓이 포함하는 GPS 및 LED 등의 전자장치의 수명을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈이 설명되었다. 이하, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 설명된다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈은, 실린더(100), 피스톤(200), 전력 생산 섬유(300), 상대 전극(400), 회로부(500), 제1 전극(710), 및 제2 전극(720)을 포함할 수 있다. 상기 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 포함하는 각 구성은, 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 각 구성과 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
다만, 상기 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 포함하는 실린더(100)는 상부 영역 및 하부 영역으로 구분될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 실린더(100)의 상부 영역에는 복수의 유체 유입구(100h)가 형성될 수 있다. 상기 복수의 유체 유입구(100h)는, 상기 실린더(100)의 외부와 내부를 연통할 수 있다.
상기 실린더(100)의 상부 영역에는, 상기 피스톤(200), 상기 전력 생산 섬유(300), 및 상기 상대 전극(400)이 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)는, 일단이 상기 피스톤(200)에 고정되고, 타단이 상기 상대 전극(400)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)의 타단은 상기 상대 전극(400)을 통하여 상기 실린더(100)에 고정될 수 있다. 반면, 상기 실린더(100)의 하부 영역에는, 상기 회로부(500), 상기 제1 전극(710), 및 상기 제2 전극(720)이 배치될 수 있다.
즉, 상기 실린더(100)의 상부 영역에서는, 상기 전력 생산 섬유(300)를 통하여 전위 값의 변화가 발생되고, 상기 실린더(100)의 하부 영역에서는, 발생된 전위 값의 변화 및 상기 회로부(500)에 의한 정류, 증폭, 및 저장이 수행될 수 있다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 전력 생산 모듈은, 제1 실린더(100a), 제2 실린더(100b), 피스톤 로드(210), 피스톤 헤드(220), 전력 생산 섬유(300), 상대 전극(400), 회로부(500), 제1 전극(710), 및 제2 전극(720)을 포함할 수 있다. 상기 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 포함하는 피스톤 로드(210), 피스톤 헤드(220), 전력 생산 섬유(300), 상대 전극(400), 회로부(500), 제1 전극(710), 및 제2 전극(720)은 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 각 구성과 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
상기 제1 실린더(100a)에는 상기 피스톤 로드(210), 상기 피스톤 헤드(220), 상기 전력 생산 섬유(300), 및 상기 상대 전극(400)이 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 실린더(100a)에는 복수의 유체 유입구(100h)가 형성될 수 있다. 상기 복수의 유체 유입구(100h)는, 상기 실린더(100)의 외부와 내부를 연통할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)는, 일단이 상기 피스톤(200)에 고정되고, 타단이 상기 상대 전극(400)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)의 타단은 상기 상대 전극(400)을 통하여 상기 실린더(100)에 고정될 수 있다.
상기 제2 실린더(100b)는, 상기 제1 실린더(100a)와 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 1 실린더(100a) 및 상기 제2 실린더(100b)는, 도 18에 도시된 바와 같이, 적층 구조를 이루도록 결합될 수 있다. 상기 제2 실린더(100b)에는 상기 회로부(500), 상기 제1 전극(710), 및 상기 제2 전극(720)이 배치될 수 있다.
즉, 상기 제1 실린더(100a)에서는, 상기 전력 생산 섬유(300)를 통하여 전위 값의 변화가 발생되고, 상기 제2 실린더(100b)에서는, 발생된 전위 값의 변화 및 상기 회로부(500)에 의한 정류, 증폭, 및 저장이 수행될 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전력 생산 모듈은, 실린더(100), 피스톤(200), 전력 생산 섬유(300), 상대 전극(400), 회로부(500), 제1 전극(710), 및 제2 전극(720)을 포함할 수 있다. 상기 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 포함하는 각 구성은, 도 16 및 도 17을 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전력 생산 모듈의 각 구성과 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다. 다만, 상기 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 포함하는 실린더(100)는 평평(flat)한 하부와 반구(half-sphere) 형태의 상부를 갖는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예 및 제1 실시 예의 변형 예들에 따른 전력 생산 모듈이 설명되었다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈이 설명된다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은, 실린더(810), 무게추(820), 전력 생산 섬유(830), 가스 공급기(840), 벌룬(850), 조명(860), 피스톤(870), 및 캡(cap, 880)을 포함할 수 있다. 상기 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈 또한, 상술된 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈과 같이, 라이프 자켓과 함께 사용될 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
상기 실린더(100)는 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다. 상기 빈 공간에는 전력 생산 섬유(830), 가스 공급기(840), 벌룬(850), 조명(860), 및 피스톤(870)이 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 실린더(100)는 상부 영역 및 하부 영역으로 구분될 수 있다. 또한, 상기 실린더(100)의 상부 영역 및 하부 영역은, 구분판(미표시)에 의하여 구분될 수 있다. 상기 상부 영역에는, 상기 벌룬(850) 및 조명(860)이 배치될 수 있다. 반면, 상기 하부 영역에는 상기 전력 생산 섬유(830), 상기 가스 공급기(840), 및 상기 피스톤(870)가 배치될 수 있다. 상기 실린더(100)의 하부 영역 및 상부 영역에는 각각 상기 무게추(820)와 상기 캡(880)이 결합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 실린더(810)는 복수의 유체 유입구(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 유체 유입구는 상기 실린더의 외부와 내부를 연통할 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더(810)가 유체 환경에 제공되는 경우, 상기 유체 유입구를 통하여 유체가 상기 실린더(810)의 내부로 유입될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유체는 바닷물(see water)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은 바다 환경에 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은 상기 유체(예를 들어, 바닷물)을 전해질로 사용할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 벌룬(850), 및 상기 조명(860)은 상기 실린더(810)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 조명(860)은 상기 벌룬(850)에 결합된 상태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 조명(860)은 LED를 포함할 수 있다. 상기 벌룬(850)은 상기 가스 공급기(840)로부터 가스를 공급받을 수 있다. 이 경우, 상기 캡(880)이 상기 실린더(810)로부터 분리되면서, 상기 벌룬(850)이 팽창될 수 있다.
상기 피스톤(870)은 상기 실런더(810)의 하부 영역에 배치되되, 상기 무게추(820)와 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤(870)은 상기 무게추(820)의 움직임에 따라 상기 실린더(810) 내부를 왕복운동 할 수 있다. 상기 무게추(820)는, 외력에 의하여 움직일 수 있다. 구체적으로, 상기 무게추(820)는 파도(wave)에 의하여 움직일 수 있다. 또는, 이와 달리, 상기 무게추(820)는 라이프 자켓 착용자의 외력에 의하여 움직일 수 있다.
상기 전력 생산 섬유(830)는 상기 실린더의 하부 영역 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(830)는 상기 실린더(810)의 상부 영역 및 하부 영역을 구분하는 상기 구분판(미표시)과 상기 피스톤(870) 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전력 생산 섬유(830)의 일단은 상기 구분판(미표시)에 고정될 수 있다. 반면, 상기 전력 생산 섬유(830)의 타단은 상기 피스톤(870)에 고정될 수 있다.
상기 전력 생산 섬유(830)는 상기 피스톤(870)의 왕복운동에 따라 길이가 변화될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(830)는 상기 피스톤(870)의 왕복운동에 따라서, 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있다. 이 경우, 상기 전력 생산 섬유(830)의 표면적이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(830)의 전위 값이 변화될 수 있다. 결과적으로, 변화된 전위 값을 이용하여 전력이 생산될 수 있다. 생산된 전력은, 상기 조명(860)에 공급될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전력 생산 섬유(830)의 길이가 늘어나는 경우, 상기 전력 생산 섬유(830)의 꼬임수가 감소될 수 있다. 즉, 상기 전력 생산 섬유(830)의 길이가 늘어나는 경우, 상기 전력 생산 섬유(830)의 꼬임 구조가 풀릴 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(830)가 외부에 노출되는 표면적이 증가하게 됨으로써, 상기 유체와의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 유체(예를 들어, 바닷물)이 전해질로 사용됨에 따라, 상기 전력 생산 섬유(830)는 전위 값이 변화될 수 있다.
이와 달리, 상기 전력 생산 섬유(830)의 길이가 줄어드는 경우, 상기 전력 생산 섬유(830)의 꼬임수가 증가될 수 있다. 즉, 상기 전력 생산 섬유(830)의 길이가 줄어드는 경우, 상기 전력 생산 섬유(830)는 더 꼬일 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(830)가 외부에 노출되는 표면적이 감소하게 됨으로써, 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되어, 상기 전력 생산 섬유(830)의 전위 값이 변화될 수 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈은, 실린더(810), 무게추(820), 전력 생산 섬유(830), 가스 공급기(840), 벌룬(850), 조명(860), 피스톤(870), 및 캡(cap, 880)을 포함할 수 있다. 상기 제2 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 포함하는 각 구성은, 도 23 및 도 24를 참조하여 설명된 상기 제2 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 각 구성과 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
다만, 상기 제2 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈은, 상기 실린더(810) 내에 상기 가스 공급기(840), 상기 벌룬(850), 및 상기 조명(860)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 무게추(820)는 내부에 빈 공간이 형성되고, 상기 무게추(820)의 빈 공간에 상기 피스톤(870) 및 상기 전력 생산 섬유(830)가 배치될 수 있다.
상기 전력 생산 섬유(830)의 일단은 상기 피스톤(870)에 고정되고, 타단은 상기 무게추(820)에 고정될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤(870)은 상기 무게추(820)의 내부를 왕복운동 할 수 있다.
이상, 본 발명의 제2 실시 예 및 제2 실시 예의 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 설명되었다. 이하, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 생산 모듈이 설명된다.
도 27은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 생산 모듈을 나타내는 도면이다.
도 27을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 생산 모듈은, 찌멈춤 면사(910), 반달구슬(920), 구멍찌(930), 제1 완충고무(940), 전력 생산 섬유(950), 수중찌(960), 제2 완충고무(970), 앤도래(980), 봉돌(990), 및 낚시바늘(미표시)을 포함할 수 있다. 이하 각 구성에 대해 설명된다.
상기 찌멈춤 면사(910)는 수심조절에 사용될 수 있다. 상기 반달구슬(920)은 후술되는 구멍찌(930)가 상기 찌멈춤 면사(910)에 걸리는 역할을 수행할 수 있다. 상기 구멍찌(930)는 어신파악과 조류타기에 사용될 수 있다. 상기 제1 완충고무(940)는 O형 완충고무로서, 수중찌와 구멍찌의 충격을 감소할 수 있다. 상기 수중찌(960)는 상기 구멍찌(930)의 부력을 감쇠시키고, 밑채비를 안정시킬 수 있다. 상기 제2 완충고무(970)는 V형 완충고무로서, 수중찌와 맨도래의 충격을 감소하고, 매듭을 보호할 수 있다. 상기 맨도래(980)는 양방향 회전이 원활한 도래와 달리, 회전이 되지 않으며, 목줄로 사용될 수 있다. 상기 봉돌(990)은 구멍찌와 수중찌의 부력 차이를 감소시키며, 목줄의 이상적인 각도를 연출할 수 있다. 상기 전력 생산 섬유(950)는 길이 변화에 따라서 전위가 변화되며, 상기 전력 생산 섬유(950)의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 따른 전력 생산 모듈이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 방법이 설명된다.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 방법을 설명하는 순서도이다.
도 28을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전력 생산 방법은, 피스톤이 실린더 내부를 왕복운동 하는 단계(S100), 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되는 단계(S200), 및 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다. 또한, 상기 실시 예에 따른 전력 생산 방법을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 전력 생산 모듈이 예를 들어 설명된다.
상기 S100 단계에서는 상기 피스톤(200)이 외력에 의하여 상기 실린더(100) 내부를 왕복운동 할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤(200)은 상기 제1 부력 구조체(예를 들어, 라이프 자켓) 및 상기 제2 부력 구조체(예를 들어, 라이프 자켓 착용자) 사이의 움직임 차이에 의하여, 상기 실린더(100) 내부를 왕복운동 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체는, 파도(wave)에 의하여 움직임의 차이가 발생될 수 있다.
상기 S200 단계에서는, 상기 피스톤(200)의 왕복운동에 따라서 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 변화될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 섬유(300)는 상기 피스톤(200)의 왕복운동에 따라서 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있다.
상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 변화되는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 표면적이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)의 전위 값이 변화될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 늘어나는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 꼬임수가 감소될 수 있다. 즉, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 늘어나는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 꼬임 구조가 풀릴 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)가 외부에 노출되는 표면적이 증가하게 됨으로써, 상기 유체와의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 유체(예를 들어, 바닷물)이 전해질로 사용됨에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)는 전위 값이 변화될 수 있다.
이와 달리, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 줄어드는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)의 꼬임수가 증가될 수 있다. 즉, 상기 전력 생산 섬유(300)의 길이가 줄어드는 경우, 상기 전력 생산 섬유(300)는 더 꼬일 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 생산 섬유(300)가 외부에 노출되는 표면적이 감소하게 됨으로써, 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되어, 상기 전력 생산 섬유(300)의 전위 값이 변화될 수 있다. 상기 S300 단계에서는, 상기 전력 생산 섬유(300)의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 모듈의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실험 예에 따른 전력 생산 모듈 제조
CNT시트가 준비된다. 준비된 CNT 시트의 타 단을 고정시키고, 일 단에는 54MPa의 압력을 가하는 무게추를 달았다. 이후, CNT 시트의 일 단을 1666turns/m 로 꼬아서, twist CNT 섬유를 제조하였다.
또한, twist CNT 섬유의 일 단을 CNT 시트를 꼬은 방향과 반대 방향으로 1666 turns/m로 꼬아서 non-twist CNT 섬유를 제조하였다.
Twist CNT 섬유는 working electrode로 사용하고, non-twist CNT 섬유는 counter electrode로 사용하여, 실험 예에 따른 전력 생산 모듈을 제조하였다.
도 29는 본 발명의 실험 예에 따른 전력 생산 모듈이 다양한 전해질 환경에서 갖는 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 29를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 전력 생산 모듈을 준비하되, HCl 전해질, H2SO4 전해질, Na2SO4 전해질, NaCl 전해질, 및 KOH 전해질이 사용된 각각의 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하고, 각각에 대해 Energy(J/g) 및 Power(W/kg)를 측정하여 나타내었다.
도 29에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예에 따른 전력 생산 모듈은, HCl 전해질, H2SO4 전해질, Na2SO4 전해질, NaCl 전해질, 및 KOH 전해질에서 모두 에너지가 생산되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실험 예에 따른 전력 생산 모듈은, 바닷물 환경에서 사용될 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 생산 모듈 및 전력 생산 방법은 조난자의 생존 확률을 높이는 해양 구조 장치로서 이용될 수 있다.
100: 실린더
200: 피스톤
300: 전력 생산 섬유
400: 상대 전극
500: 회로부
600: 탄성 구조체
710: 제1 전극
720: 제2 전극

Claims (14)

  1. 실린더;
    상기 실린더 내부에서 왕복운동 하는 피스톤; 및
    일단이 상기 피스톤에 고정되고 타단이 상기 실린더에 고정되어 상기 피스톤의 왕복운동에 따라 길이가 변화되는 전력 생산 섬유(power generating fiber)를 포함하되,
    상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되며, 상기 전력 생산 섬유의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    상기 실린더 내경에 대응하는 직경을 갖는 피스톤 헤드; 및
    상기 피스톤 헤드에 연결되고 상기 실린더의 길이 방향으로 연장하는 피스톤 로드를 포함하고,
    상기 전력 생산 섬유의 상기 일단은 상기 피스톤 헤드에 고정되고, 상기 전력 생산 섬유의 상기 타단은 상기 실린더의 내부의 바닥면에 고정되는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전력 생산 섬유는 복수로 제공되고,
    복수의 상기 전력 생산 섬유의 상기 일단들은, 상기 피스톤 헤드의 가장자리에 고정되고,
    상기 피스톤 헤드의 중앙부에 연결되어, 상기 피스톤을 상기 실린더에 삽입하는 방향으로 탄성력을 인가하는, 탄성 구조체를 더 포함하는 전력 생산 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 피스톤에 고정 연결된 제1 부력 구조체; 및
    상기 실린더에 고정 연결되고, 상기 제1 부력 구조체보다, 작은 부력을 갖는 제2 부력 구조체를 더 포함하는 전력 생산 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전력 생산 모듈은, 유체 환경에 제공되고,
    상기 유체의 움직임에 의해, 상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체 사이에 움직임 차이가 발생되고,
    상기 제1 부력 구조체 및 상기 제2 부력 구조체의 움직임 차이에 의해, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복운동하는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 부력 구조체는 라이프 자켓(life jacket)을 포함하고,
    상기 라이프 자켓은, GPS 및 LED 중 적어도 어느 하나를 포함하는 신호부를 포함하되,
    상기 전력 생산 모듈에서 생성된 에너지는, 상기 신호부로 공급되는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 생산 모듈은 유체 환경에 제공되고,
    상기 피스톤에 고정 연결되고 상기 유체 상에 뜨는(float) 제1 부력 구조체를 더 포함하되,
    상기 실린더는 상기 제1 부력 구조체의 착용자에 고정 연결되고, 상기 피스톤은, 상기 착용자의 외력에 의해 상기 실린더 내부를 왕복운동 하는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 변화되고,
    상기 전력 생산 섬유의 표면적 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 전력 생산 모듈은 유체 환경에 제공되고,
    상기 전력 생산 섬유는 꼬임(twisted) 구조를 갖되,
    상기 전력 생산 섬유의 길이가 늘어나는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 감소함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 증가되어 상기 유체와의 접촉 면적이 증가되고,
    상기 전력 생산 섬유의 길이가 줄어드는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 증가함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 감소되어 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되는 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 유체는 바닷물(see water)을 포함하는 전력 생산 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더는, 외부와 내부를 연통하는 복수의 유체 유입구를 포함하는 전력 생산 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 생산 섬유는, 일 방향으로 배열된 탄소나노튜브(CNT)들이 꼬인 것을 포함하는 전력 생산 모듈.
  13. 실린더, 상기 실린더 내부에서 왕복운동하는 피스톤, 및 일단이 상기 피스톤에 고정되고 타단이 상기 실린더에 고정된 전력 생산 섬유(power generating fiber)를 포함하는 전력 생산 모듈에 있어서,
    상기 피스톤이, 외력에 의하여 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 단계;
    상기 피스톤의 왕복운동에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 길이가 변화되고, 상기 전력 생산 섬유의 길이 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 변화되고, 상기 전력 생산 섬유의 표면적 변화에 따라서 상기 전력 생산 섬유의 전위 값이 변화되는 단계; 및
    상기 전력 생산 섬유의 변화된 전위 값을 이용하여 전력을 생성하는 단계를 포함하는 전력 생산 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전력 생산 모듈은 유체 환경에서 제공되고, 상기 전력 생산 섬유는 꼬임(twisted) 구조를 갖되,
    상기 전위 값 변화 단계에서, 상기 전력 생산 섬유의 길이가 늘어나는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 감소함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 증가되어 상기 유체와의 접촉 면적이 증가되고,
    상기 전력 생산 섬유의 길이가 줄어드는 경우 상기 전력 생산 섬유의 꼬임수가 증가함에 따라 상기 전력 생산 섬유의 표면적이 감소되어 상기 유체와의 접촉 면적이 감소되는 것을 포함하는 전력 생산 방법.
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