PZT 패치를 이용한 슬로싱 에너지 하베스팅 > 논문 검색첫페이지로 이동

"최근 소형 전자기기 사용이 늘어났으며 그 전원 장치로 소형 배터리가 쓰이곤 한다. 그러나 효율, 환경 문제 등 몇 가지 단점이 존재하며, 이를 해결할 수 있는 에너지 하베스팅 연구가 주목받고 있다. 본 연구에서는 슬로싱 현상에서의 에너지 하베스팅 시스템을 제안하고자 한다. LNG 수송선 등 액상 화물 운반시 슬로싱 현상이 발생, 벽면에 큰 충격력을 수반하기 때문에 기존 연구는 이를 감소시키는 방향으로 진행되었다. 본 연구는 이러한 특성을 역이용하여 충격압 발생 지점에 PZT 패치를 놓아 압전 에너지 하베스팅을 통해 전력을 생산하고자 한다.
슬로싱 현상이 일어나는 탱크 안에 PZT 패치를 설치하면 물의 격렬한 유동에 패치가 휘어지고 에너지가 발생한다. 이때 더 큰 충격압을 발생시키기 위해 물의 높이 및 가진 진동수 등 최적의 가진 조건을 찾았다. 그 후, PZT 패치를 수조 안에 설치하고 각도 및 잠긴 길이를 조절하며 최대 전압이 발생하는 조건을 찾고, 전력밀도가 최대가 되는 저항값을 찾았다. 3개 패치를 연결한 새로운 하베스터를 이용해 추가 연구를 진행하였다.
한 개의 PZT 패치로는 최대 52.5 의 전력 밀도를 얻을 수 있었다. 개선된 에너지 하베스터 EH-II에서는 최대 순간 전압 115 V, 전력밀도 810 가 발생하였다. 기존에 연구되지 않았던 슬로싱 에너지 하베스팅 시스템에서 의미 있는 전압 값과 전력밀도를 얻었다는 데에 이 연구의 의의가 있다. 또, 여러 변수가 이 시스템에 미치는 영향을 분석한 것을 바탕으로 실제 슬로싱 현상에도 이를 적용해볼 수 있으리라 기대한다."

"Sloshing, an extreme irregular movement of a free surface, happens when the water-filled tank is excited. Prior research on sloshing mainly focused on how to reduce the sudden high pressure on the wall due to sloshing. This paper intends to generate electricity through piezoelectric energy harvesting by placing a PZT patch at the point of impact pressure.
When a PZT patch is placed inside the tank, the violent water movement bends the patch and generates energy. To maximize the peak pressure, the optimal excitation conditions(water height, excitation frequency) were found. Then, the placement of the patch(angle, immersed length) was varied to find the condition for the maximum voltage. Lastly, the resistance value of the energy harvesting circuit for the maximum power density was found. The improved energy harvester EH-II was developed to enhance the energy harvesting efficiency.
The maximum power density of 52.5 was obtained from one-patch-harvester EH-I. For the three-patch-har