WO2023153874A1 - 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리 및 이를 포함하는 장치 Download PDF

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WO2023153874A1
WO2023153874A1 PCT/KR2023/002017 KR2023002017W WO2023153874A1 WO 2023153874 A1 WO2023153874 A1 WO 2023153874A1 KR 2023002017 W KR2023002017 W KR 2023002017W WO 2023153874 A1 WO2023153874 A1 WO 2023153874A1
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WO
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assembly
polar solution
unit
present
membranes
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/002017
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English (en)
French (fr)
Inventor
임상진
Original Assignee
임상진
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Definitions

  • the present invention relates to an assembly for harvesting energy and a device including the same.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2021-0084121 (2021.7.7)
  • the object of the present invention is to solve all the problems of the prior art described above.
  • Another object of the present invention is to increase energy production efficiency and utilization by dynamically controlling an electrical energy production process according to environmental information such as temperature and humidity.
  • another object of the present invention is to be used as an energy source for charging a battery of an electric vehicle by implementing an assembly or a device in a form that can be mounted on an electric vehicle.
  • an assembly for harvesting energy a body portion formed by stacking a plurality of unit modules in which a plurality of membranes coated with a conductive material are electrically connected and disposed, and a polar solution for the body portion
  • An assembly including a polar solution supply unit supplying a wet region to form a wet region in the plurality of membranes, and an evaporation unit heating internal air to evaporate the polar solution of the plurality of membranes.
  • a device for harvesting energy includes a body portion formed by stacking a plurality of unit modules in which a plurality of membranes coated with a conductive material are electrically connected and disposed, and a polar solution for the body portion.
  • At least one assembly including a polar solution supply unit supplying a wet region to form a wet region in the plurality of membranes, and an evaporator unit heating internal air to evaporate the polar solution of the plurality of membranes,
  • a storage unit for storing the polar solution to be provided to the polar solution supply unit included in the assembly of, a transformer unit for transforming the voltage applied from the at least one assembly into a predetermined output voltage, and a charge using the output voltage
  • a device comprising a battery is provided.
  • the present invention it is possible to increase energy production efficiency and utilization by dynamically controlling an electrical energy production process according to ambient environment information such as temperature and humidity.
  • an assembly or device in a form that can be mounted on an electric vehicle, it can be used as an energy source for charging a battery of an electric vehicle.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams schematically illustrating an apparatus for harvesting energy according to an embodiment of the present invention.
  • 3(a) to 3(c) are diagrams illustrating a laminated structure of an assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an assembly for harvesting energy according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustratively illustrating a form in which a device for harvesting energy according to an embodiment of the present invention is disposed inside an electric vehicle.
  • control unit 140 control unit
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams schematically illustrating an apparatus 10 for harvesting energy according to an embodiment of the present invention.
  • a device 10 includes an assembly 100, a storage unit 200, a transformer unit 300, a battery 400, and a conversion unit 500.
  • the assembly 100 may perform a function of generating electrical energy using a membrane (specifically, a membrane coated with a conductive material) or a unit module, which will be described later.
  • the electrical energy produced by the assembly 100 may be produced in the form of direct current (ie, the form of direct current voltage and current).
  • the assembly 100 according to an embodiment of the present invention may be combined with at least one other assembly 100.
  • the assembly 100 according to an embodiment of the present invention includes a coupling portion 101 for coupling with another assembly 100 on at least one outer surface; this coupling portion 101 is a slide coupling method or a bracket coupling method. method, a magnetic coupling method, etc. may be applied to form a coupling part 101 and each other).
  • this coupling portion 101 is a slide coupling method or a bracket coupling method. method, a magnetic coupling method, etc. may be applied to form a coupling part 101 and each other).
  • the coupling portion 101a formed on the upper surface of the first assembly 100a and the coupling portion 101b formed on the lower surface of the second assembly 100b are coupled to each other. Accordingly, the first assembly 100a and the second assembly 100b may be vertically stacked.
  • coupling portions 101c and 101d formed on the respective side surfaces of the first assembly 100a and the second assembly 100b may be coupled to each other, and thus The first assembly 100a and the second assembly 100b may be horizontally stacked.
  • the assembly 100 according to an embodiment of the present invention can be easily transformed into various coupling forms (eg, see the form shown in (c) of FIG. 3) based on the above vertical or horizontal stacking structure, Accordingly, the coupling shape of the assembly 100 shown in FIG. 2 may also be modified into various shapes.
  • the assembly 100 can be structurally coupled to at least one other assembly 100 through the coupling portion 101, and at least through the coupling portion 101. It may be electrically connected to one other assembly 100 .
  • the membrane or unit module included in the first assembly 100a and the membrane or unit module included in the second assembly 100b are respectively assemblies 100a and 100b.
  • each The coupling parts 101a and 101b formed in the assemblies 100a and 100b may include terminals (not shown) electrically connected to membranes or unit modules included in the assemblies 100a and 100b, and the terminals Therefore, the membrane or unit module included in the first assembly 100a and the membrane or unit module included in the second assembly 100b are linked to each other to generate electrical energy. be able to produce
  • the assembly 100 according to an embodiment of the present invention is preferably formed in a box shape, that is, a hexahedron shape, but is not limited thereto, and within the range that can achieve the object of the present invention It should be noted that it may be formed in various shapes (eg, tetrahedron, triangular prism, cylinder, etc.). In addition, it should be noted that the size of the shape of the assembly 100 according to an embodiment of the present invention may be variously changed according to usage.
  • the assembly 100 according to an embodiment of the present invention may be formed of a material having heat resistance, water resistance, and electrical insulation on its exterior.
  • the outside eg, a case or cover for maintaining the shape of the assembly 100 and covering and protecting the inside
  • the outside is a styrol resin
  • phenolic resin phenolic resin
  • polyester resin or the like.
  • the storage unit 200 may perform a function of storing the polar solution, and furthermore, the polarity corresponding to the polar solution supply unit 120 included in the at least one assembly 100 It can perform the function of providing a solution.
  • the storage unit 200 includes the polar solution supply unit 120 included in the assembly 100 (in the case of a plurality of assemblies 100, each of the plurality of assemblies 100) It is possible to provide a polar solution to the polar solution supply unit 120).
  • the storage unit 200 according to an embodiment of the present invention may adjust the amount of the polar solution provided to the polar solution supply unit 120 using a valve (not shown).
  • the storage unit 200 includes a filter (for example, impurities or foreign substances) for removing substances (eg, impurities or foreign substances) that do not correspond to the polar solution in at least a part of the path along which the polar solution moves. shown).
  • the filter according to an embodiment of the present invention is formed on at least a part of the path in which the polar solution moves inside the storage unit 200, and the polar solution is transferred from the storage unit 200 to the polar solution supply unit 120.
  • Impurities or foreign substances included in the polar solution may be removed (eg, removed using a hollow fiber membrane method or a nano method) before the solution is provided.
  • the filter according to an embodiment of the present invention may be detachable or replaceable so as to facilitate maintenance.
  • acetone, acetic acid, water, ethanol, acetonitrile, ammonia, methanol , At least one of isopropanol, pyridine, formic acid, n-butanol, and n-propanol may be included.
  • a corrosion inhibitor may be further included in the polar solution according to an embodiment of the present invention to prevent corrosion of at least a part of a path along which the polar solution moves.
  • the polar solution according to an embodiment of the present invention may further include sulfonates, chromates, phosphates, silicates, and the like as corrosion inhibitors.
  • the polar solution according to an embodiment of the present invention may further include an antifreeze to prevent the polar solution from freezing.
  • the polar solution according to an embodiment of the present invention may further include propylene glycol as an antifreeze.
  • the transformer 300 may transform the voltage applied from at least one assembly 100 into a preset output voltage.
  • the transformer 300 compares a voltage applied from at least one assembly 100 with a preset output voltage, and based on the comparison result, at least one assembly ( 100) may be transformed into a preset output voltage. More specifically, the transformer 300 according to an embodiment of the present invention, the voltage (eg, 3.7 V) applied from at least one assembly 100 is a preset output voltage (eg, 15 V) ), the voltage applied from at least one assembly 100 (eg, 3.7 V) may be boosted to a predetermined output voltage (eg, 15 V). That is, the transformer 300 according to an embodiment of the present invention may be at least partially similar to a conventional DC/DC converter.
  • the battery 400 is charged using the voltage output from the transformer 300 (voltage applied from at least one assembly 100 when the voltage is not required) , It can perform a function of storing electrical energy produced by at least one assembly 100.
  • the battery 400 according to an embodiment of the present invention may include a lithium ion (Li-ion) battery, a solid-state battery, a lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) battery, and the like. . That is, the battery 400 according to an embodiment of the present invention may be at least partially similar to a conventional secondary battery.
  • the battery 400 may be a battery 400 used in an electric vehicle (EV).
  • EV electric vehicle
  • at least a part of components other than the battery 400 and the battery 400 among components of the device 10 may be disposed (or formed) inside the electric vehicle.
  • the assembly 100, the storage unit 200, the transformer unit 300, and the battery 400 may be disposed (or formed) inside the electric vehicle.
  • the device 10 (more specifically, the device 10 excluding the battery 400) according to an embodiment of the present invention may be used as an energy source for charging the battery 400 of an electric vehicle.
  • the use of the battery 400 or device 10 according to an embodiment of the present invention is not limited to the battery 400 of an electric vehicle or an energy source for charging the battery 400 of an electric vehicle, and the present invention It is revealed that various changes can be made within the scope of achieving the purpose of.
  • the battery 400 according to an embodiment of the present invention may function as an energy source for operating the at least one assembly 100 when the operation of the at least one assembly 100 starts.
  • at least one assembly 100 according to an embodiment of the present invention may be operated using power output from the battery 400 from the start of operation to a predetermined battery charging reference point.
  • the battery charging reference point in time is a point in time when the battery 400 is charged by at least one assembly 100 (for example, power of at least one assembly 100 above a predetermined level). point at which this occurs).
  • at least one assembly 100 according to an embodiment of the present invention may be operated using power generated by the at least one assembly 100 itself from the above reference point in charging the battery.
  • the at least one assembly 100 is removed from an energy source other than the battery 400. energy can be supplied.
  • the conversion unit 500 may perform a function of converting the type of voltage output from the battery 400 .
  • the conversion unit 500 may perform a function of converting a DC voltage output from the battery 400 into an AC voltage. That is, the conversion unit 500 according to an embodiment of the present invention may be at least partially similar to a conventional inverter.
  • the conversion unit 500 according to an embodiment of the present invention may be configured to be connected or disconnected from the battery 400 as needed.
  • the conversion unit 500 according to an embodiment of the present invention may be selectively connected to the battery 400 when it is necessary to use the device 10 for home use.
  • the conversion unit 500 according to an embodiment of the present invention is connected to the battery 400, and the DC voltage output from the battery 400 is a standard voltage used at home (ie, AC 220 V) can be converted to
  • the use of the conversion unit 500 according to an embodiment of the present invention is not limited to using the device 10 for home use, and various changes within the scope of achieving the object of the present invention make it clear that it can be
  • the voltage value converted by the conversion unit 500 may be variously changed according to various usage aspects of the conversion unit 500 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an assembly 100 for harvesting energy according to an embodiment of the present invention.
  • an assembly 100 may include a body part 110, a polar solution supply part 120, an evaporation part 130, and a control part 140.
  • the body portion 110 may be formed by stacking a plurality of unit modules (not shown) in which a plurality of membranes (not shown) coated with a conductive material are electrically connected and disposed.
  • a plurality of conductive material-coated membranes may be electrically connected to form one unit module.
  • a plurality of membranes coated with a conductive material are physically (specifically, electrically) connected in various combinations in series or parallel within a frame having a predetermined shape (eg, square) to form one unit module.
  • a single unit module may form the body portion 110, but a plurality of unit modules may form the body portion 110.
  • the plurality of unit modules may be stacked in the z-axis direction based on the 3D coordinate system to form the body portion 110.
  • the plurality of unit modules may be stacked in the x-axis or y-axis direction based on the 3D coordinate system to form the body portion 110.
  • a membrane coated with a conductive material is a solution containing a conductive material (or a mixture of a conductive material and a conductive polymer) (for example, in a concentration range of 0.01 to 50 wt%).
  • the loading amount of the conductive material (eg MXene particles) applied to the hydrophilic fibrous membrane can be controlled by adjusting the number of times the membrane is immersed (eg, immersion) in the solution), and thus the conductive material layer (eg, , MXene layer) may be produced by binding the corresponding conductive material to the membrane by adjusting the electrical characteristics (eg, resistance) of the membrane (furthermore, drying at a predetermined temperature (eg, 80 degrees) in an oven, etc.) may be further performed).
  • the electrical characteristics eg, resistance
  • the membrane according to an embodiment of the present invention may be formed of a material having the ability to absorb or contain the polar solution described above.
  • the membrane according to an embodiment of the present invention is made of cotton fabric, mulberry paper, polypropylene membrane, oxygen plasma-treated nonwoven fabric, hydrophilic surface-treated fabric, and nano It may contain at least one of the fibers.
  • the conductive material according to an embodiment of the present invention includes acetylene black, activated carbon, super-P, ketjen black, denka black, At least one of graphene, carbon nanotube, and MXene may be included.
  • MXene according to an embodiment of the present invention, Ti 2 C, (Ti 0.5 , Nb 0.5 ) 2 C, V 2 C, Nb 2 C, Mo 2 C, Mo 2 N, Ti 3 C 2 , Ti 3 CN, Zr 3 C 2 , Hf 3 C 2 , Ti 4 N 3 , Nb 4 C 3 , Ta 4 C 3 , Mo 2 TiC 2 , Cr 2 TiC 2 and Mo 2 Ti 2 C 3 may include at least one.
  • the conductive polymer according to an embodiment of the present invention, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT: PSS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), poly (p-phenylene vinylene) (PPV), poly At least one of (acetylene)s (PAC) and poly(p-phenylene sulfide) (PPS) may be included.
  • PDOT poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
  • PANI polyaniline
  • PPPy polypyrrole
  • PV poly (p-phenylene vinylene)
  • PAC poly At least one of (acetylene)s
  • PPS poly(p-phenylene sulfide)
  • such a conductive polymer may be mixed with MXene among the aforementioned conductive materials to form a mixture.
  • the main body 110 may generate electrical energy by using a potential difference formed in the process of adsorbing the polar solution to the membrane coated with the conductive material.
  • the membrane when a polar solution is adsorbed on a membrane coated with a conductive material, the membrane is divided into a wet region and a dry region (ie, formation of an asymmetric wet structure), and in the wet region An electric double layer is formed on the surface of the particle of the conductive material, and the surface of the particle of the conductive material becomes negatively charged. Accordingly, the wet region forms a negative potential.
  • the main body 110 may produce electrical energy using a current appearing in a process in which the polar solution diffuses from a wet area to a dry area according to the potential difference formed as described above.
  • the membrane when a polar solution is adsorbed on a membrane coated with MXene as a conductive material, the membrane is divided into a wet region and a dry region (ie, formation of an asymmetric wetted structure), and an electrical double layer is formed on the surface of the MXene particle in the wet region. is formed, and the surface of the MXene particle becomes negatively charged. Accordingly, the wet region forms a negative potential. That is, according to an embodiment of the present invention, as an electric double layer is formed on the surface of MXene particles in the wet region, the wet region and the dry region form opposite poles to each other, and a potential difference is formed between the wet region and the dry region. It becomes.
  • the main body 110 may produce electrical energy using a current appearing in a process in which the polar solution diffuses from a wet area to a dry area according to the potential difference formed as described above.
  • the process of producing the conductive material-coated membrane and the process of producing electrical energy from the conductive material-coated membrane are not limited to those described above, and Korean Laid-Open Patent Publication No. 10 With reference to the content disclosed in No. -2021-0135158, it is revealed that at least a part of the process may be changed or added (the specification of the above publication should be considered incorporated herein in its entirety).
  • the polar solution supply unit 120 may supply the polar solution to the main body 110 to form a wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material.
  • various methods such as spraying and diffusion may be applied to the polar solution supply unit 120 supplying the polar solution to the main body 110 .
  • the polar solution supply unit 120 supplies the polar solution to the main body 110 using a spraying method
  • the polar solution is formed into micro particles, so that the conductive material is coated.
  • a wet region and a dry region may be uniformly formed in the plurality of membranes.
  • the polar solution supply unit 120 may supply the polar solution to the body unit 110 using a timer method.
  • the polar solution supply unit 120 may supply the polar solution to the body unit 110 at predetermined time intervals.
  • the predetermined time may be set as a default value or dynamically determined according to a ratio of wet areas of a plurality of conductive material-coated membranes.
  • the polar solution supply unit 120 has at least one surface inside the assembly 100 (eg, at least one surface among the top, bottom and side surfaces of the inside of the assembly 100). Alternatively, at least one may be disposed between a plurality of unit modules.
  • the polar solution supply unit 120 when the polar solution supply unit 120 is disposed on at least one surface inside the assembly 100, the polar solution supply unit 120 is a single unit module in the entirety of a plurality of unit modules (or the body unit 110).
  • the polar solution may be supplied to the unit module) or to the unit module to be supplied (for example, the polar solution supply unit 120 sprays the polar solution to all of the plurality of unit modules at once (eg, For example, it is supplied by spraying on one end of a membrane (specifically, a membrane coated with a conductive material) of a plurality of unit modules, or a unit module to be supplied (or a specific membrane of a unit module to be supplied (specifically, (e.g., a membrane coated with a conductive material) (e.g., a membrane coated with a conductive material) (e.g., a membrane coated with a conductive material) (e.g., a membrane coated with a conductive material) It can be supplied by spraying
  • the polar solution supply unit 120 when the polar solution supply unit 120 is disposed between a plurality of unit modules, the polar solution supply unit 120 includes each membrane (specifically, a plurality of membranes coated with a conductive material) included in the unit modules.
  • a polar solution can be supplied to
  • the polar solution supply unit 120 may be disposed coupled to a support (not shown) formed between a plurality of unit modules or a frame forming unit modules.
  • Polar solution supply unit 120 in this example, based on one unit module, the number of membranes (specifically, a plurality of membranes coated with a conductive material) included in the corresponding unit module It can be formed with the same number as Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the polar solution supply unit 120 and the membrane are matched one-to-one, so that the polar solution supply unit 120 can supply the polar solution to the single matched membrane (ie, membrane unit control). is possible).
  • the polar solution supply unit 120 according to an embodiment of the present invention, in this example, on the basis of one unit module, is a membrane (specifically, a plurality of membranes coated with a conductive material) included in the corresponding unit module.
  • the polar solution supply unit 120 and the membranes are matched one-to-many so that the polar solution supply unit 120 can supply the polar solution to the plurality of matched membranes.
  • the arrangement form of the polar solution supply unit 120 according to an embodiment of the present invention is not limited to the above examples, and may be variously changed within the scope of achieving the object of the present invention.
  • the evaporator 130 may evaporate the polar solution of the plurality of membranes coated with the conductive material by heating the internal air.
  • the evaporation unit 130 can heat the air inside the assembly 100 to a predetermined temperature or higher by using a heating means such as a coil, and the heated air can heat the membrane. (Specifically, the polar solution adsorbed on the plurality of membranes coated with the conductive material) may be evaporated.
  • the evaporation unit 130 according to an embodiment of the present invention, at least one surface inside the assembly 100 (eg, at least one surface of the upper surface, lower surface and side surface inside the assembly 100) or At least one may be disposed between a plurality of unit modules.
  • the evaporation unit 130 when the evaporation unit 130 is disposed on at least one surface inside the assembly 100, the evaporation unit 130 is disposed on all of the plurality of unit modules (or a single unit module is disposed on the body unit 110). If it is, the polar solution can be evaporated in the unit module).
  • a plurality of evaporation units 130 may be disposed on the one surface. Be careful.
  • the evaporation unit 130 when the evaporation unit 130 is disposed between a plurality of unit modules, the evaporation unit 130 has a polarity in each membrane (specifically, a plurality of membranes coated with a conductive material) included in the unit module.
  • the solution may be allowed to evaporate.
  • the evaporation unit 130 may be disposed coupled to a support (not shown) formed between a plurality of unit modules or a frame forming unit modules.
  • the evaporation unit 130 according to an embodiment of the present invention, in this example, based on one unit module, the number of membranes (specifically, a plurality of membranes coated with a conductive material) included in the unit module It can be formed with the same number.
  • the evaporation unit 130 and the membrane are matched one-to-one, so that the evaporation unit 130 can evaporate the polar solution in a single matched membrane (ie, membrane unit control). is possible; for example, spatial separation between membranes can be made).
  • the evaporation unit 130 in this example, based on one unit module, the membrane (specifically, a plurality of membranes coated with a conductive material) included in the unit module It can be formed in fewer than the number of Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the evaporation unit 130 and the membranes are matched one-to-many so that the evaporation unit 130 can evaporate the polar solution from the plurality of matched membranes.
  • the arrangement form of the evaporation unit 130 according to an embodiment of the present invention is not limited to the above examples, and it is revealed that various changes can be made within the scope of achieving the object of the present invention. .
  • control unit 140 may determine at least one of polar solution supply information and internal air heating information by referring to electricity generation environment information associated with the assembly 100. .
  • the amount of the polar solution supplied from the polar solution supply unit 120 is excessive so that the ratio of the wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material corresponds to a predetermined level (specifically, the wet area When this occupied ratio corresponds to 100%), electrical energy is not produced in the main body 110 .
  • the ratio occupied by the wet area in the entirety of the plurality of membranes coated with the conductive material does not correspond to the predetermined level
  • the ratio occupied by the wet area in any one membrane corresponds to the predetermined level. In this case, the amount of electrical energy produced by the body portion 110 is reduced.
  • the electricity production environment information associated with the assembly 100 includes the amount of power (or amount of electrical energy produced) produced by the body portion 110 (this amount of power is one end of the body portion 110). It can be measured by a power sensor (not shown) formed on the internal temperature of the assembly 100 (this internal temperature can be measured by a temperature sensor (not shown) disposed inside the assembly 100). present) and internal humidity of the assembly 100 (the internal humidity may be measured by a humidity sensor (not shown) disposed inside the assembly 100).
  • the ratio occupied by the wet area (in each of the membranes of ) corresponds to a predetermined level.
  • At least one of the internal temperature and humidity of the assembly 100 is the temperature and humidity at the time when the amount of power produced by the main body unit 110 is lowered to a predetermined level or less (such temperature and humidity may be pre-established in the database), the ratio occupied by the wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material (or in each of the plurality of membranes coated with the conductive material) is at a predetermined level can be determined to correspond to
  • the assembly 100 and the assembly 100 determine whether the ratio of the wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material (or in each of the plurality of membranes coated with the conductive material) corresponds to a predetermined level. It may be determined (determined) with reference to information other than the associated electricity production environment information.
  • image information obtained by photographing a plurality of membranes coated with a conductive material (or each of a plurality of membranes coated with a conductive material) (such image information is disposed inside the assembly 100)
  • image module not shown
  • the ratio occupied by the wet area in a plurality of membranes coated with a conductive material (or in each of a plurality of membranes coated with a conductive material) is at a predetermined level. It can be determined (or judged) whether it is applicable.
  • the plurality of membranes (or each of the plurality of membranes) in the image information obtained by photographing the plurality of membranes coated with the conductive material (or each of the plurality of membranes coated with the conductive material) Wet region in the plurality of membranes (or in each of the plurality of membranes), referring to the color of the first color all changing from the second color to the second color (eg, all changing from a light color to a dark color) It may be determined that this occupied ratio corresponds to a predetermined level.
  • the control unit 140 refers to the electricity production environment information (or other information other than electricity production environment information) associated with the assembly 100 as described above to supply information (for example, of the polar solution). , supply amount or supply time, supply cycle, etc. of the polar solution and heating information of the internal air (eg, heating time, heating temperature, heating cycle, etc. for which the temperature of the internal air can reach a predetermined temperature) and, using at least one of supply information of the polar solution and heating information of the internal air, the ratio occupied by the wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material (or in each of the plurality of membranes coated with the conductive material) is can be regulated.
  • supply information for example, of the polar solution.
  • supply amount or supply time, supply cycle, etc. of the polar solution and heating information of the internal air eg, heating time, heating temperature, heating cycle, etc. for which the temperature of the internal air can reach a predetermined temperature
  • the control unit 140 uses the supply information of the polar solution means that the control unit 140 uses a control signal based on the supply information of the polar solution to supply the polar solution supply unit 120. ) can mean controlling.
  • the fact that the controller 140 uses the heating information of the internal air means that the controller 140 uses a control signal based on the heating information of the internal air to heat the evaporator 130. can mean controlling.
  • control unit 140 refers to electricity production environment information (or other information other than electricity production environment information) associated with the assembly 100 (or the conductive material is coated).
  • electricity production environment information or other information other than electricity production environment information
  • the polar solution supply unit 120 stops supplying the polar solution.
  • the controller 140 determines the amount of power or assembly produced by the body unit 110 ( 100) so that the polar solution of the membrane coated with the conductive material has a predetermined evaporation rate or evaporation amount with reference to at least one of the internal temperature and humidity (the relationship between the temperature and humidity (or amount of power) and the evaporation rate and evaporation amount of the polar solution may be pre-established in the database) supply information of the polar solution and heating information of the internal air may be determined).
  • control unit 140 uses the supply information of the polar solution and the heating information of the internal air to control the plurality of membranes coated with the conductive material (or the plurality of membranes coated with the conductive material). (more specifically, in a plurality of membranes coated with a conductive material (or in each of a plurality of membranes coated with a conductive material)) so that the wet area and the dry area exist together ( Preferably, the proportion of the wet area in one membrane may correspond to 0.1% to 99%)).
  • control unit 140 refers to electricity production environment information (or other information other than electricity production environment information) associated with the assembly 100 (or the conductive material is coated).
  • electricity production environment information or other information other than electricity production environment information
  • the polar solution supply unit 120 sets the supply level of the polar solution (for example, For example, supply information of the polar solution may be determined to maintain a supply amount and cycle), and heating information of the internal air may be determined such that the evaporator 130 starts heating the internal air.
  • control unit 140 uses the supply information of the polar solution and the heating information of the internal air to control the plurality of membranes coated with the conductive material (or the plurality of membranes coated with the conductive material). (more specifically, in a plurality of membranes coated with a conductive material (or in each of a plurality of membranes coated with a conductive material)) so that the wet area and the dry area exist together ( Preferably, the proportion of the wet area in one membrane may correspond to 0.1% to 99%)).
  • control unit 140 determines the supply information of the polar solution so that the polar solution supply unit 120 stops supplying the polar solution, and the evaporation unit 130 ) determines the heating information of the internal air so that the evaporator 130 heats the internal air to a temperature higher than the temperature at which the evaporator 130 heats the internal air.
  • the heating information of the air can be determined.
  • control unit 140 is configured to adjust the ratio occupied by the wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material (or in each of the plurality of membranes coated with the conductive material).
  • control unit 140 is the aforementioned storage unit.
  • the valve of 200 may be controlled to adjust the proportion of the wet area in the plurality of membranes (or in each of the plurality of membranes).
  • control unit 140 refers to electricity production environment information (or other information other than electricity production environment information) associated with the assembly 100 (or the conductive material is coated). With reference to the determination that the ratio occupied by the wet area in the plurality of membranes (or each of the plurality of membranes coated with the conductive material) corresponds to a predetermined level, the valve of the storage unit 200 is switched from the open state to the closed state.
  • valve that is, blocking supply (or movement) of the polar solution from the storage unit 200 to the polar solution supply unit 120
  • a plurality of membranes coated with conductive material or a plurality of membranes coated with conductive material
  • the valve controls the valve (that is, blocking supply (or movement) of the polar solution from the storage unit 200 to the polar solution supply unit 120)
  • a plurality of membranes coated with conductive material or a plurality of membranes coated with conductive material
  • the proportion of the wet area in one membrane may correspond to 0.1% to 99%
  • the polar solution supply unit 120 cannot supply the polar solution to the main body unit 110 from the time the valve of the storage unit 200 is switched from the open state to the locked state, Accordingly, the ratio occupied by the wet area in the plurality of membranes coated with the conductive material (or in each of the plurality of membranes coated with the conductive material) may be adjusted from that point in time. Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the operation of the evaporator 130 may also be started at the time when the valve of the storage unit 200 is switched from an open state to a locked state.
  • the adjusting unit 140 may be provided for each assembly 100 to individually control each assembly 100, , In order to control the entire plurality of assemblies 100, only one adjusting unit 140 may be provided.

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Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리로서, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인이 전기적으로 연결되어 배치되는 단위 모듈을 복수 적층하여 형성되는 본체부, 상기 본체부에 대해 극성 용액을 공급하여 상기 복수의 멤브레인에 젖은 영역이 형성되도록 하는 극성 용액 공급부, 및 내부 공기를 가열하여 상기 복수의 멤브레인의 상기 극성 용액을 증발시키는 증발부를 포함하는 어셈블리가 제공된다.

Description

에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리 및 이를 포함하는 장치
본 발명은 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 에너지 자원의 효율적인 이용 측면에서, 태양광, 진동, 열, 풍력 등과 같은 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 저장 또는 사용하는 기술인 에너지 하베스팅 기술에 대한 관심이 급속도로 증가하고 있다.
특히, 최근에는 물 자원을 이용한 에너지 하베스팅 기술에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 구체적으로, 물 자원을 이용한 에너지 하베스팅 기술로서, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인에 대한 극성 용액의 비대칭적 젖음 구조에 의해 발생하는 전위 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 기술이 소개된 바 있다.
다만, 물 자원을 이용한 에너지 하베스팅 기술은 온도, 습도 등 주변 환경의 변화에 따라 에너지 생산 효율이 크게 영향을 받는다는 점에서 실생활에 적용하기에는 다소 제한적인 문제가 존재하였다.
<선행기술문헌>
<특허문헌>
(특허문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2021-0084121호(2021.7.7)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 온도, 습도 등의 주변 환경 정보에 따라 전기 에너지 생산 과정을 동적으로 제어함으로써 에너지 생산 효율 및 활용성을 높이는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 전기차에 탑재될 수 있는 형태로 어셈블리 또는 장치를 구현함으로써 전기차의 배터리를 충전하기 위한 에너지원으로 사용되는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리로서, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인이 전기적으로 연결되어 배치되는 단위 모듈을 복수 적층하여 형성되는 본체부, 상기 본체부에 대해 극성 용액을 공급하여 상기 복수의 멤브레인에 젖은 영역이 형성되도록 하는 극성 용액 공급부, 및 내부 공기를 가열하여 상기 복수의 멤브레인의 상기 극성 용액을 증발시키는 증발부를 포함하는 어셈블리가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 에너지를 하베스팅하기 위한 장치로서, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인이 전기적으로 연결되어 배치되는 단위 모듈을 복수 적층하여 형성되는 본체부, 상기 본체부에 대해 극성 용액을 공급하여 상기 복수의 멤브레인에 젖은 영역이 형성되도록 하는 극성 용액 공급부, 및 내부 공기를 가열하여 상기 복수의 멤브레인의 상기 극성 용액을 증발시키는 증발부를 포함하는 적어도 하나의 어셈블리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 어셈블리에 포함되는 상기 극성 용액 공급부에 제공할 상기 극성 용액을 저장하는 저장부, 상기 적어도 하나의 어셈블리로부터 인가되는 전압을 기설정된 출력 전압으로 변압하는 변압부, 및 상기 출력 전압을 이용하여 충전되는 배터리를 포함하는 장치가 제공된다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 어셈블리 및 다른 장치가 더 제공된다.
본 발명에 의하면, 온도, 습도 등의 주변 환경 정보에 따라 전기 에너지 생산 과정을 동적으로 제어함으로써 에너지 생산 효율 및 활용성을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 전기차에 탑재될 수 있는 형태로 어셈블리 또는 장치를 구현함으로써 전기차의 배터리를 충전하기 위한 에너지원으로 사용될 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지를 하베스팅하기 위한 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 적층 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 에너지를 하베스팅하기 위한 장치가 전기차 내부에 배치되는 형태를 예시적으로 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
10: 장치
100: 어셈블리
101: 결합부
110: 본체부
120: 극성 용액 공급부
130: 증발부
140: 조절부
200: 저장부
300: 변압부
400: 배터리
500: 변환부
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
에너지를 하베스팅하기 위한 장치의 구성
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지를 하베스팅하기 위한 장치(10)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(10)는, 어셈블리(100), 저장부(200), 변압부(300), 배터리(400) 및 변환부(500)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 후술할 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인) 또는 단위 모듈을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 어셈블리(100)에서 생산되는 전기 에너지는 직류 형태(즉, 직류 전압 및 전류의 형태)로 생산될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 적어도 하나의 다른 어셈블리(100)와 서로 결합될 수도 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 적어도 하나의 외부 면에 다른 어셈블리(100)와 결합하기 위한 결합부(101; 이러한 결합부(101)는 슬라이드 결합 방식, 브래킷 결합 방식, 자석 결합 방식 등이 적용되어 다른 결합부(101)와 서로 결합할 수 있음)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 (a)를 참조하면, 제1 어셈블리(100a)의 상면에 형성되는 결합부(101a)와 제2 어셈블리(100b)의 하면에 형성되는 결합부(101b)가 서로 결합할 수 있고, 이에 따라 제1 어셈블리(100a)와 제2 어셈블리(100b)는 수직으로 적층될 수 있다. 다른 예를 들어, 도 3의 (b)를 참조하면, 제1 어셈블리(100a) 및 제2 어셈블리(100b) 각각의 측면에 형성되는 결합부(101c 및 101d)가 서로 결합할 수 있고, 이에 따라 제1 어셈블리(100a)와 제2 어셈블리(100b)는 수평으로 적층될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 위와 같은 수직 또는 수평 적층 구조에 기초하여 다양한 결합 형태(예를 들어, 도 3의 (c)에 도시된 형태 참조)로 쉽게 변형될 수 있고, 이에 따라 도 2에 도시된 어셈블리(100)의 결합 형태 또한 다양한 형태로 변형될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 결합부(101)를 통해 적어도 하나의 다른 어셈블리(100)와 구조적으로 결합될 수 있는 것과 함께, 해당 결합부(101)를 통해 적어도 하나의 다른 어셈블리(100)와 전기적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 다시 도 3의 (a)를 참조하면, 제1 어셈블리(100a)에 포함되는 멤브레인 또는 단위 모듈과 제2 어셈블리(100b)에 포함되는 멤브레인 또는 단위 모듈이, 각 어셈블리(100a 및 100b)에 형성되는 결합부(101a 및 101b; 즉, 제1 어셈블리(100a)와 제2 어셈블리(100b)를 구조적으로 결합시키는 결합부(101))를 통해 전기적으로 연결될 수 있고(예를 들어, 각 어셈블리(100a 및 100b)에 형성되는 결합부(101a 및 101b)에는, 각 어셈블리(100a 및 100b)에 포함되는 멤브레인 또는 단위 모듈과 전기적으로 연결되는 단자(미도시됨)가 포함될 수 있고, 그 단자 간 서로 맞물리거나 결합됨에 따라 전기적으로 연결될 수 있음), 이에 따라 제1 어셈블리(100a)에 포함되는 멤브레인 또는 단위 모듈과 제2 어셈블리(100b)에 포함되는 멤브레인 또는 단위 모듈이 서로 연계되어 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 박스(box) 형상, 즉 육면체 형상으로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양한 형상(예를 들어, 사면체, 삼각기둥, 원기둥 등)으로 형성될 수도 있음을 밝혀 둔다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)의 형상의 크기는 사용 양태에 따라 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 그 외부가 내열성, 내수성 및 전기 절연성이 있는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 그 외부(예를 들어, 어셈블리(100) 형상을 유지하고, 내부를 덮어 보호하기 위한 케이스 또는 커버)가 스티롤 수지(styrol resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리에스테르 수지(polyester resin) 등의 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(200)는, 극성 용액을 저장하는 기능을 수행할 수 있고, 나아가 적어도 하나의 어셈블리(100)에 포함되는 극성 용액 공급부(120)에 해당 극성 용액을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(200)는, 어셈블리(100)에 포함되는 극성 용액 공급부(120)(어셈블리(100)가 복수 개인 경우에는 복수의 어셈블리(100) 각각에 포함되는 극성 용액 공급부(120))에 극성 용액을 제공할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(200)는 밸브(미도시됨)를 이용하여 극성 용액 공급부(120)에 제공되는 극성 용액의 양을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(200)는, 극성 용액이 이동하는 경로의 적어도 일부에 극성 용액에 해당하지 않는 물질(예를 들어, 불순물 또는 이물질)을 제거하기 위한 필터(미도시됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터는, 저장부(200) 내부에서 극성 용액이 이동하는 경로의 적어도 일부에 형성되어, 저장부(200)에서 극성 용액 공급부(120)로 극성 용액이 제공되기 이전에 해당 극성 용액에 포함되는 불순물 또는 이물질을 제거(예를 들어, 중공사막 방식, 나노 방식 등을 이용하여 제거)할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터는, 유지 보수가 용이하도록 착탈 또는 교환이 가능하게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액에는, 아세톤(acetone), 아세트산(acetic acid), 물(water), 에탄올(ethanol), 아세토니트릴(acetonitrile), 암모니아(ammonia), 메탄올(methanol), 아이소프로판올(isopropanol), 피리딘(pyridine), 폼산(formic acid), n-부탄올(n-butanol) 및 n-프로판올(n-propanol) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액에는, 전해질 또는 흡수성 물질로서 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼륨(KCl), 브롬화 나트륨(NaBr), 브롬화 칼륨(KBr), 염화 칼슘(CaCl2), 꿀(honey), 오산화 인(P2O5), 수산화 칼륨(KOH), 수산화 나트륨(NaOH), 염화 아연(ZnCl2) 및 황산(H2SO4) 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액에는, 해당 극성 용액이 이동하는 경로의 적어도 일부에 대한 부식을 방지하기 위하여 부식 억제제가 더 포함될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액에는, 부식 억제제로서 술폰산염, 크롬산염, 인산염, 규산염 등이 더 포함될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액에는, 해당 극성 용액이 어는 것을 방지하기 위하여 부동액이 더 포함될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액에는, 부동액으로서 프로필렌 글리콜(propylene glycol) 등이 더 포함될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압부(300)는, 적어도 하나의 어셈블리(100)로부터 인가되는 전압을 기설정된 출력 전압으로 변압할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압부(300)는, 적어도 하나의 어셈블리(100)로부터 인가되는 전압과 기설정된 출력 전압을 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 적어도 하나의 어셈블리(100)로부터 인가되는 전압을 기설정된 출력 전압으로 변압할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압부(300)는, 적어도 하나의 어셈블리(100)로부터 인가되는 전압(예를 들어, 3.7 V)이 기설정된 출력 전압(예를 들어, 15 V)보다 낮은 경우에, 적어도 하나의 어셈블리(100)로부터 인가되는 전압(예를 들어, 3.7 V)을 기설정된 출력 전압(예를 들어, 15 V)으로 승압할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압부(300)는, 종래의 DC/DC 컨버터와 적어도 일부 유사할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(400)는, 변압부(300)에서 출력되는 전압(변압이 필요없는 경우에는 적어도 하나의 어셈블리(100)로부터 인가되는 전압)을 이용하여 충전되어, 적어도 하나의 어셈블리(100)에서 생산되는 전기 에너지를 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(400)는, 리튬 이온(Li-ion) 배터리, 전고체(solid-state) 배터리, 리튬인산철(LiFePO4) 배터리 등을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(400)는, 종래의 이차 전지와 적어도 일부 유사할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(400)는, 전기차(EV; Electric Vehicle)에 사용되는 배터리(400)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 장치(10)의 구성 중 배터리(400) 외의 다른 구성 적어도 일부 및 배터리(400)가 전기차 내부에 배치(또는 형성)될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 어셈블리(100), 저장부(200) 및 변압부(300)와 배터리(400)가 전기차 내부에 배치(또는 형성)될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(10)(보다 구체적으로, 배터리(400)를 제외한 장치(10))는, 전기차의 배터리(400)를 충전하는 에너지원으로 사용될 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기차의 충전 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 전기차의 항속 거리를 늘릴 수 있게 된다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(400) 또는 장치(10)의 사용 양태가 전기차의 배터리(400) 또는 전기차의 배터리(400)를 충전하기 위한 에너지원에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(400)는, 적어도 하나의 어셈블리(100)의 작동 개시 시점에 적어도 하나의 어셈블리(100)를 작동시키는 에너지원으로 기능할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 어셈블리(100)는, 작동 개시 시점부터 소정의 배터리 충전 기준 시점까지는 배터리(400)에서 출력되는 전력을 이용하여 작동될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 충전 기준 시점은 적어도 하나의 어셈블리(100)에 의해 배터리(400)가 충전되는 시점(예를 들어, 적어도 하나의 어셈블리(100)에서 소정 수준 이상의 전력이 발생되는 시점)을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 어셈블리(100)는, 위의 배터리 충전 기준 시점 이후부터는 적어도 하나의 어셈블리(100) 자체에서 생산되는 전력을 이용하여 작동될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 어셈블리(100)의 작동 개시 시점에 배터리(400)가 방전된 경우에는, 적어도 하나의 어셈블리(100)는 배터리(400) 외의 다른 에너지원으로부터 에너지를 공급받을 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)는, 배터리(400)에서 출력되는 전압의 종류를 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)는, 배터리(400)에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)는, 종래의 인버터와 적어도 일부 유사할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)는, 필요에 따라 배터리(400)와 연결 또는 연결 해제되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)는, 장치(10)를 가정용으로 사용되도록 할 필요가 있는 경우에 선택적으로 배터리(400)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)는, 배터리(400)와 연결되어, 배터리(400)에서 출력되는 직류 전압을 가정에서 사용하는 표준 전압(즉, 교류 220 V)으로 변환할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)의 사용 양태가 장치(10)를 가정용으로 사용되도록 하는 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부(500)의 다양한 사용 양태에 따라, 변환부(500)에 의해 변환되는 전압 값도 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리의 구성
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리(100)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리(100)는, 본체부(110), 극성 용액 공급부(120), 증발부(130) 및 조절부(140)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 본체부(110)는, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인(미도시됨)이 전기적으로 연결되어 배치되는 단위 모듈(미도시됨)을 복수 적층하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인은 복수 개가 전기적으로 연결되어 하나의 단위 모듈을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인은 소정 형상(예를 들어, 사각형)의 프레임 내에서 직렬 또는 병렬의 다양한 조합으로 물리적(구체적으로, 전기적)으로 연결되어 하나의 단위 모듈을 형성할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일의 단위 모듈이 본체부(110)를 형성할 수 있으나, 복수의 단위 모듈이 본체부(110)를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 단위 모듈이 본체부(110)를 형성하는 경우, 복수의 단위 모듈이 3차원 좌표계를 기준으로 z축 방향으로 적층되어 본체부(110)를 형성할 수 있다. 다른 예를 들어, 복수의 단위 모듈이 본체부(110)를 형성하는 경우, 복수의 단위 모듈이 3차원 좌표계를 기준으로 x축 또는 y축 방향으로 적층되어 본체부(110)를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질이 코팅된 멤브레인은, 전도성 물질(또는 전도성 물질과 전도성 고분자가 혼합된 혼합물)을 포함하는 용액(예를 들어, 0.01 내지 50 wt%의 농도 범위의 용액)에 멤브레인이 침지(예를 들어, 침지 횟수를 조절하여 친수성 섬유 멤브레인에 도포된 전도성 물질(예를 들어, 맥신 입자)의 적재 양이 조절될 수 있고, 이에 따라 전도성 물질층(예를 들어, 맥신층)의 전기적 특성(예를 들어, 저항)이 조절될 수 있음)됨으로써 멤브레인에 해당 전도성 물질이 결착되어 생성될 수 있다(나아가, 오븐 등에서 소정 온도(예를 들어, 80도)로 건조가 더 수행될 수 있음).
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인은, 친수성 섬유 멤브레인으로서 전술한 극성 용액의 흡수 또는 함유 능력을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인은, 면 직물(cotton fabric), 한지(mulberry paper), 폴리프로필렌 멤브레인(polypropylene membrane), 산소 플라즈마 처리된 부직포, 친수성 표면 처리가 이루어진 직물 및 나노 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질에는, 아세틸렌 블랙(acetylene black), 활성 탄소(activated carbon), 수퍼 P(super-P), 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denka black), 그래핀(graphene), 탄소 나노튜브(carbon nanotube) 및 맥신(MXene) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥신에는, Ti2C, (Ti0.5, Nb0.5)2C, V2C, Nb2C, Mo2C, Mo2N, Ti3C2, Ti3CN, Zr3C2, Hf3C2, Ti4N3, Nb4C3, Ta4C3, Mo2TiC2, Cr2TiC2 및 Mo2Ti2C3 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
그리고, 본발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자에는, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT:PSS), polyaniline(PANI), polypyrrole(PPy), poly(p-phenylene vinylene)(PPV), poly(acetylene)s(PAC) 및 poly(p-phenylene sulfide)(PPS) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 전도성 고분자는 전술한 전도성 물질 중 맥신(MXene)과 혼합되어 혼합물을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 본체부(110)는, 위의 전도성 물질이 코팅된 멤브레인에 극성 용액이 흡착되는 과정에서 형성되는 전위 차를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인에 극성 용액이 흡착되면 해당 멤브레인은 젖은 영역과 마른 영역이 나뉘게 되고(즉, 비대칭적 젖음 구조의 형성), 젖은 영역에서의 전도성 물질의 입자 표면에는 전기 이중층이 형성되어 해당 전도성 물질의 입자 표면이 음전하를 띄게 된다. 이에 따라, 젖은 영역은 음전위를 형성하게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 젖은 영역에서의 전도성 물질의 입자 표면에 전기 이중층이 형성됨에 따라 젖은 영역과 마른 영역은 서로 반대 극을 형성하게 되고, 해당 젖은 영역과 마른 영역 사이에는 전위 차가 형성되게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 본체부(110)는, 위와 같이 형성되는 전위 차에 따라 극성 용액이 젖은 영역에서 마른 영역으로 확산되는 과정에서 나타나는 전류를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
예를 들어, 전도성 물질로서 맥신이 코팅된 멤브레인에 극성 용액이 흡착되면 해당 멤브레인은 젖은 영역과 마른 영역이 나뉘게 되고(즉, 비대칭적 젖음 구조의 형성), 젖은 영역에서의 맥신 입자 표면에는 전기 이중층이 형성되어 해당 맥신 입자의 표면이 음전하를 띄게 된다. 이에 따라, 젖은 영역은 음전위를 형성하게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 젖은 영역에서의 맥신 입자 표면에 전기 이중층이 형성됨에 따라 젖은 영역과 마른 영역은 서로 반대 극을 형성하게 되고, 해당 젖은 영역과 마른 영역 사이에는 전위 차가 형성되게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 본체부(110)는, 위와 같이 형성되는 전위 차에 따라 극성 용액이 젖은 영역에서 마른 영역으로 확산되는 과정에서 나타나는 전류를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인이 생산되는 과정 및 전도성 물질이 코팅된 멤브레인에서 전기 에너지가 생산되는 과정이 위에서 설명한 바에 한정되는 것은 아니며, 한국 공개특허공보 제10-2021-0135158호에 개시된 내용을 참조하여 해당 과정의 적어도 일부가 변경 또는 추가될 수 있음을 밝혀 둔다(상기 공보의 명세서는 그 전체로서 본 명세서에 편입된 것으로 간주되어야 한다).
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)는, 본체부(110)에 대해 극성 용액을 공급하여 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에 젖은 영역이 형성되도록 할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)가 본체부(110)에 대해 극성 용액을 공급하는 방식은 분사, 확산 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)가 분사 방식을 이용하여 본체부(110)에 대해 극성 용액을 공급하는 경우, 극성 용액이 마이크로 입자로 형성되게 되므로 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서 젖은 영역과 마른 영역이 균일하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)는, 타이머 방식을 이용하여 본체부(110)에 대해 극성 용액을 공급할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)는, 소정 시간 간격으로 본체부(110)에 대해 극성 용액을 공급할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 위의 소정 시간은 기본값(default value)으로 설정되거나, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인의 젖은 영역의 비율에 따라 동적으로 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)는, 어셈블리(100) 내부의 적어도 하나의 면(예를 들어, 어셈블리(100) 내부의 상면, 하면 및 측면 중 적어도 하나의 면) 또는 복수의 단위 모듈 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
예를 들어, 극성 용액 공급부(120)가 어셈블리(100) 내부의 적어도 하나의 면에 배치되는 경우, 극성 용액 공급부(120)는 복수의 단위 모듈 전체(또는 본체부(110)에 단일의 단위 모듈이 배치되는 경우에는 그 단위 모듈) 또는 공급 대상 단위 모듈에 극성 용액을 공급할 수 있다(예를 들어, 극성 용액 공급부(120)는 복수의 단위 모듈 전체를 대상으로 극성 용액을 한 번에 분사(예를 들어, 복수의 단위 모듈의 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인)의 일 단에 분사)하여 공급하거나, 복수의 단위 모듈 중 공급 대상 단위 모듈(또는 공급 대상 단위 모듈의 특정 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 특정 멤브레인))이 존재하는 특정 방향으로만 극성 용액을 분사(즉, 지향 분사)(예를 들어, 공급 대상 단위 모듈의 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 멤브레인)의 일 단에 분사)하여 공급할 수 있다). 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)가 어셈블리(100) 내부의 하나의 면에만 배치되는 경우에도, 그 하나의 면에 극성 용액 공급부(120)가 복수 개 배치될 수 있음에 유의하여야 한다.
다른 예를 들어, 극성 용액 공급부(120)가 복수의 단위 모듈 사이에 배치되는 경우, 극성 용액 공급부(120)는 단위 모듈에 포함되는 각각의 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)에 극성 용액을 공급할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)는 복수의 단위 모듈 사이에 형성되는 지지대(미도시됨) 또는 단위 모듈을 형성하는 프레임에 결합되어 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)는, 본 예시에서, 하나의 단위 모듈을 기준으로, 해당 단위 모듈에 포함되는 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)의 수와 동일한 수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)와 멤브레인이 일대일로 매칭되어 극성 용액 공급부(120)는 매칭된 단일의 멤브레인에 극성 용액을 공급할 수 있다(즉, 멤브레인 단위 제어가 가능함). 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)는, 본 예시에서, 하나의 단위 모듈을 기준으로, 해당 단위 모듈에 포함되는 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)의 수보다 적은 수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)와 멤브레인이 일대다로 매칭되어 극성 용액 공급부(120)는 매칭된 복수의 멤브레인에 극성 용액을 공급할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 용액 공급부(120)의 배치 형태가 전술한 예시들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발부(130)는, 내부 공기를 가열하여 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인의 극성 용액을 증발시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발부(130)는, 코일 등의 가열 수단을 이용하여 어셈블리(100) 내부의 공기를 소정 온도 이상으로 가열할 수 있고, 그 가열된 공기에 의해 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)에 흡착된 극성 용액이 증발되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발부(130)는, 어셈블리(100) 내부의 적어도 하나의 면(예를 들어, 어셈블리(100) 내부의 상면, 하면 및 측면 중 적어도 하나의 면) 또는 복수의 단위 모듈 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
예를 들어, 증발부(130)가 어셈블리(100) 내부의 적어도 하나의 면에 배치되는 경우, 증발부(130)는 복수의 단위 모듈 전체(또는 본체부(110)에 단일의 단위 모듈이 배치되는 경우에는 그 단위 모듈)에서 극성 용액이 증발되도록 할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발부(130)가 어셈블리(100) 내부의 하나의 면에만 배치되는 경우에도, 그 하나의 면에 증발부(130)가 복수 개 배치될 수 있음에 유의하여야 한다.
다른 예를 들어, 증발부(130)가 복수의 단위 모듈 사이에 배치되는 경우, 증발부(130)는 단위 모듈에 포함되는 각각의 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)에서 극성 용액이 증발되도록 할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발부(130)는 복수의 단위 모듈 사이에 형성되는 지지대(미도시됨) 또는 단위 모듈을 형성하는 프레임에 결합되어 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증발부(130)는, 본 예시에서, 하나의 단위 모듈을 기준으로, 해당 단위 모듈에 포함되는 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)의 수와 동일한 수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발부(130)와 멤브레인이 일대일로 매칭되어 증발부(130)는 매칭된 단일의 멤브레인에서 극성 용액이 증발되도록 할 수 있다(즉, 멤브레인 단위 제어가 가능함; 예를 들어, 멤브레인 간에 공간 분리가 이루어질 수 있음). 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발부(130)는, 본 예시에서, 하나의 단위 모듈을 기준으로, 해당 단위 모듈에 포함되는 멤브레인(구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인)의 수보다 적은 수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발부(130)와 멤브레인이 일대다로 매칭되어 증발부(130)는 매칭된 복수의 멤브레인에서 극성 용액이 증발되도록 할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발부(130)의 배치 형태가 전술한 예시들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보를 참조하여 극성 용액의 공급 정보 및 내부 공기의 가열 정보 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 극성 용액 공급부(120)에서 공급되는 극성 용액의 양이 과다하여 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당(구체적으로, 젖은 영역이 차지하는 비율이 100%에 해당)하는 경우에는, 본체부(110)에서 전기 에너지가 생산되지 않게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 전체에서 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하지 않더라도, 어느 하나의 멤브레인에서 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는 경우에는, 본체부(110)에서 생산되는 전기 에너지의 양이 감소되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는지는 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보를 참조하여 결정(또는 판단)될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보에는 본체부(110)에서 생산되는 전력량(또는 전기 에너지의 생산량)(이러한 전력량은 본체부(110)의 일단에 형성되는 전력 센서(미도시됨)에 의해 측정될 수 있음), 어셈블리(100)의 내부 온도(이러한 내부 온도는 어셈블리(100) 내부에 배치되는 온도 센서(미도시됨)에 의해 측정될 수 있음) 및 어셈블리(100)의 내부 습도(이러한 내부 습도는 어셈블리(100) 내부에 배치되는 습도 센서(미도시됨)에 의해 측정될 수 있음) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체부(110)에서 생산되는 전력량이 소정 수준 이하로 저하되는 것을 참조하여, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는 것으로 결정될 수 있다.
다른 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 어셈블리(100)의 내부 온도 및 습도 중 적어도 하나가 본체부(110)에서 생산되는 전력량이 소정 수준 이하로 저하되는 시점의 온도 및 습도(이러한 온도 및 습도는 데이터베이스에 미리 구축되어 있을 수 있음)에 해당하는 것을 참조하여, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는 것으로 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는지는 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보 외의 다른 정보를 참조하여 결정(판단)될 수도 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각)을 촬영한 영상 정보(이러한 영상 정보는 어셈블리(100) 내부에 배치되는 영상 모듈(미도시됨)에 의해 획득될 수 있음)를 참조하여, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는지가 결정(또는 판단)될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각)을 촬영한 영상 정보에서 그 복수의 멤브레인(또는 복수의 멤브레인 각각)의 색상이 제1 색상에서 제2 색상으로 모두 변화하는 것(예를 들어, 옅은 색상에서 짙은 색상으로 모두 변화하는 것)을 참조하여, 해당 복수의 멤브레인에서(또는 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당하는 것으로 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 위와 같은 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보(또는 전기 생산 환경 정보 외의 다른 정보)를 참조하여 극성 용액의 공급 정보(예를 들어, 극성 용액의 공급량 또는, 공급 시간, 공급 주기 등) 및 내부 공기의 가열 정보(예를 들어, 내부 공기의 온도가 소정 온도가 될 수 있는 가열 시간, 가열 온도, 가열 주기 등) 중 적어도 하나를 결정하고, 해당 극성 용액의 공급 정보 및 내부 공기의 가열 정보 중 적어도 하나를 이용하여, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 조절되도록 할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조절부(140)가 극성 용액의 공급 정보를 이용한다는 것은, 조절부(140)가 극성 용액의 공급 정보에 기초한 제어 신호를 이용하여 극성 용액 공급부(120)를 제어하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조절부(140)가 내부 공기의 가열 정보를 이용한다는 것은, 조절부(140)가 내부 공기의 가열 정보에 기초한 제어 신호를 이용하여 증발부(130)를 제어하는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보(또는 전기 생산 환경 정보 외의 다른 정보)를 참조하여(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당한다는 결정을 참조하여), 극성 용액 공급부(120)가 극성 용액의 공급을 중단하도록 극성 용액의 공급 정보를 결정하고, 증발부(130)가 내부 공기의 가열을 개시하도록 내부 공기의 가열 정보를 결정할 수 있다(한편, 조절부(140)는 본체부(110)에서 생산되는 전력량 또는 어셈블리(100)의 내부 온도 및 습도 중 적어도 하나를 참조하여 전도성 물질이 코팅된 멤브레인의 극성 용액이 소정 증발 속도 또는 증발량이 되도록(이러한 온도 및 습도(또는 전력량)와 극성 용액의 증발 속도 및 증발량과의 관계는 데이터베이스에 미리 구축되어 있을 수 있음) 극성 용액의 공급 정보 및 내부 공기의 가열 정보를 결정할 수도 있다). 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 해당 극성 용액의 공급 정보 및 내부 공기의 가열 정보를 이용하여 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 조절되도록(보다 구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역과 마른 영역이 함께 존재하도록(바람직하게는, 하나의 멤브레인에서 젖은 영역이 차지하는 비율이 0.1% 내지 99%에 해당하도록)) 할 수 있다.
다른 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보(또는 전기 생산 환경 정보 외의 다른 정보)를 참조하여(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당한다는 결정을 참조하여), 극성 용액 공급부(120)가 극성 용액의 공급 수준(예를 들어, 공급 양 및 주기)을 유지하도록 극성 용액의 공급 정보를 결정하고, 증발부(130)가 내부 공기의 가열을 개시하도록 내부 공기의 가열 정보를 결정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 해당 극성 용액의 공급 정보 및 내부 공기의 가열 정보를 이용하여 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 조절되도록(보다 구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역과 마른 영역이 함께 존재하도록(바람직하게는, 하나의 멤브레인에서 젖은 영역이 차지하는 비율이 0.1% 내지 99%에 해당하도록)) 할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 앞의 예시(즉, 극성 용액 공급부(120)가 극성 용액의 공급을 중단하도록 극성 용액의 공급 정보를 결정하고, 증발부(130)가 내부 공기의 가열을 개시하도록 내부 공기의 가열 정보를 결정하는 예시)에서의 증발부(130)가 내부 공기를 가열하는 온도보다 더 높은 온도로 증발부(130)가 내부 공기를 가열하도록 내부 공기의 가열 정보를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율을 조절하기 위해 조절부(140)가 극성 용액 공급부(120) 및 증발부(130) 중 적어도 하나를 제어(즉, 극성 용액의 공급 정보 및 내부 공기의 가열 정보 중 적어도 하나를 이용)하는 것으로 설명되었으나, 조절부(140)는 전술한 저장부(200)의 밸브를 제어하여 복수의 멤브레인에서(또는 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율을 조절할 수도 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(140)는, 어셈블리(100)와 연관되는 전기 생산 환경 정보(또는 전기 생산 환경 정보 외의 다른 정보)를 참조하여(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 소정 수준에 해당한다는 결정을 참조하여), 저장부(200)의 밸브가 열림 상태에서 잠금 상태로 전환되도록 해당 밸브를 제어(즉, 저장부(200)에서 극성 용액 공급부(120)로 극성 용액의 제공(또는 이동)을 차단)함으로써, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 조절되도록(보다 구체적으로, 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역과 마른 영역이 함께 존재하도록(바람직하게는, 하나의 멤브레인에서 젖은 영역이 차지하는 비율이 0.1% 내지 99%에 해당하도록)) 할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장부(200)의 밸브가 열림 상태에서 잠금 상태로 전환되는 시점부터 극성 용액 공급부(120)가 본체부(110)에 극성 용액을 공급할 수 없게 되며, 이에 따라 해당 시점부터 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인에서(또는 전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인 각각에서) 젖은 영역이 차지하는 비율이 조절될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장부(200)의 밸브가 열림 상태에서 잠금 상태로 전환되는 시점에 증발부(130)의 작동이 함께 개시될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 어셈블리(100)가 복수인 경우에, 각각의 어셈블리(100)를 개별적으로 제어하기 위해 각각의 어셈블리(100)마다 조절부(140)가 구비될 수도 있고, 복수의 어셈블리(100) 전체를 제어하기 위해 하나의 조절부(140)만이 구비될 수도 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 에너지를 하베스팅하기 위한 어셈블리로서,
    전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인이 전기적으로 연결되어 배치되는 단위 모듈을 복수 적층하여 형성되는 본체부,
    상기 본체부에 대해 극성 용액을 공급하여 상기 복수의 멤브레인에 젖은 영역이 형성되도록 하는 극성 용액 공급부, 및
    내부 공기를 가열하여 상기 복수의 멤브레인의 상기 극성 용액을 증발시키는 증발부를 포함하는
    어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극성 용액 공급부는, 소정 시간 간격으로 상기 본체부에 대해 상기 극성 용액을 공급하는
    어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 극성 용액 공급부는, 상기 단위 모듈 또는 상기 단위 모듈에 포함되는 각각의 멤브레인에 상기 극성 용액을 공급하는
    어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어셈블리와 연관되는 전기 생산 환경 정보를 참조하여 상기 극성 용액의 공급 정보 및 상기 내부 공기의 가열 정보 중 적어도 하나를 결정하는 조절부를 더 포함하는
    어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조절부는, 상기 극성 용액의 공급 정보 및 상기 내부 공기의 가열 정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 복수의 멤브레인에서 상기 젖은 영역의 비율이 조절되도록 하는
    어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전기 생산 환경 정보에는, 상기 본체부에서 생산되는 전력량, 상기 내부 공기의 온도 및 상기 내부 공기의 습도 중 적어도 하나가 포함되는
    어셈블리.
  7. 에너지를 하베스팅하기 위한 장치로서,
    전도성 물질이 코팅된 복수의 멤브레인이 전기적으로 연결되어 배치되는 단위 모듈을 복수 적층하여 형성되는 본체부,
    상기 본체부에 대해 극성 용액을 공급하여 상기 복수의 멤브레인에 젖은 영역이 형성되도록 하는 극성 용액 공급부, 및
    내부 공기를 가열하여 상기 복수의 멤브레인의 상기 극성 용액을 증발시키는 증발부를 포함하는
    적어도 하나의 어셈블리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 어셈블리에 포함되는 상기 극성 용액 공급부에 제공할 상기 극성 용액을 저장하는 저장부,
    상기 적어도 하나의 어셈블리로부터 인가되는 전압을 기설정된 출력 전압으로 변압하는 변압부, 및
    상기 출력 전압을 이용하여 충전되는 배터리를 포함하는
    장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리에서 출력되는 전압의 종류를 변환하는 변환부를 더 포함하는
    장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 어셈블리는 복수이고,
    상기 복수의 어셈블리 중 제1 어셈블리는, 상기 복수의 어셈블리 중 제2 어셈블리와 서로 결합될 수 있는
    장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 저장부는, 상기 극성 용액이 이동하는 경로의 적어도 일부에 상기 극성 용액에 해당하지 않는 물질을 제거하기 위한 필터를 포함하는
    장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 어셈블리는, 작동 개시 시점부터 배터리 충전 기준 시점까지는 상기 배터리에서 출력되는 전력을 이용하여 작동되고, 상기 배터리 충전 기준 시점 이후부터는 상기 적어도 하나의 어셈블리에서 생산되는 전력을 이용하여 작동되는
    장치.
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