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KR20190055667A - Surface structure capable of generating micro-vortex for self-energy generation for surface heating - Google Patents

Surface structure capable of generating micro-vortex for self-energy generation for surface heating Download PDF

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Publication number
KR20190055667A
KR20190055667A KR1020170152650A KR20170152650A KR20190055667A KR 20190055667 A KR20190055667 A KR 20190055667A KR 1020170152650 A KR1020170152650 A KR 1020170152650A KR 20170152650 A KR20170152650 A KR 20170152650A KR 20190055667 A KR20190055667 A KR 20190055667A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
airfoil
heater
ultrafine
vortex
generating
Prior art date
Application number
KR1020170152650A
Other languages
Korean (ko)
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KR102042975B1 (en
Inventor
강신일
이준상
김태경
정명기
임재훈
성중현
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
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    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B2214/02Heaters specially designed for de-icing or protection against icing

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

The present invention relates to a surface structure capable of generating an ultrafine vortex to generate heat through self-generation. In a body existing in a fluid flow, the surface structure capable of generating an ultrafine vortex to generate heat through self-generation comprises: a plurality of ultrafine structures located on the surface of the body; a heater disposed inside the body to remove ice from the body surface; a controller controlling the driving of the heater; and at least one piezoelectric element unit disposed on the surface of the body, and generating electricity by utilizing a flow of fluid flowing toward the body so as to drive the heater. The ultrafine structure can generate a vortex on the body surface. By providing the structure including the ultrafine structure as described above, energy efficiency can be improved by removing ice generated on a surface of a transportation means running on a low-temperature fluid such as an aircraft and a ship with minimum energy.

Description

초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체 {Surface structure capable of generating micro-vortex for self-energy generation for surface heating}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a surface structure capable of generating ultrafine vortex and generating heat through self-generation,

본 발명은 초미세 와류를 발생시키는 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로 초미세 와류를 일으키는 표면 구조체 표면에 유체가 유동을 일으키며 발생하는 와류를 통해 자가발전을 수행하고, 수집된 에너지로 히터를 구동하여 구조체 표면에 발생하는 결빙을 제거할 수 있는 구조체에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a structure for generating ultrafine vortices, and more particularly, to a method of generating a super vortex by performing self-power generation through a vortex generated by a fluid flowing on a surface structure causing ultrafine vortices, To a structure capable of removing freezing occurring on the surface of the structure.

항공기, Airfoil 및 유체 내에서 구조체의 표면에 발생하는 결빙은 항공기의 무게를 증가시킴은 물론, 항공기 날개의 공기유동을 방해하기 때문에 표면에 발생하는 결빙을 방지하기 위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다. 현재는 주로 ADF(Aircraft Deicing Fluid)가 제빙 및 방빙을 위해 사용되고 있으나, ADF는 인체 및 환경에 유해함은 물론 처리 후 방빙을 위해서는 효과가 유지되는 HOT(Holdover Time)내에 비행을 수행해야 할 필요가 있다는 문제점이 존재한다.A variety of methods have been investigated to prevent freezing on the surface of airplanes, airfoils and fluids on the surface of the structures in order to increase the weight of the aircraft and to prevent airflow in the aircraft wing. At present, ADF (Aircraft Deicing Fluid) is mainly used for deicing and icing, but it is necessary to carry out flight in HOT (Holdover Time), which is harmful to the human body and environment as well as the effect is maintained for after- .

이러한 문제점을 해결하기 위해 비행 중 결빙을 제거하기 위하여 bleed air system, heater mat 등의 active한 방법들이 연구되어 왔으나, 이러한 방법들은 엔진 효율을 저하시키거나, 수십~수백kW수준의 큰 에너지를 필요로 한다는 문제가 있다.In order to solve these problems, active methods such as bleed air system and heater mat have been studied in order to remove freezing during flight. However, these methods have been required to reduce engine efficiency or require large energy of several tens to several hundred kW .

이러한 이유로 상기의 결빙 이슈를 해결하기 위하여 친환경적으로 결빙 제거가 가능한 방법이 요구되는 실정이다.For this reason, in order to solve the above-mentioned freezing problem, there is a need for a method capable of freezing and freezing environmentally.

한국공개특허공보(공개번호 : 10-2014-0072560) “압전재료를 이용한 풍력 발전기의 블레이드”Korean Laid-open Patent Publication No. 10-2014-0072560 " Blade of a wind power generator using a piezoelectric material "

본 발명은 저온 유체 내에서 운행되는 항공기 및 선박 등의 표면에 형성된 구조체를 통해 표면에서 초미세 와류를 발생시키며, 이러한 와류 및 압력을 에너지원으로 하여 내장된 히터를 통해 열 발생이 가능한 표면 구조체를 제공하고자 한다. The present invention relates to a surface structure capable of generating ultrafine vortexes at the surface through a structure formed on the surface of an aircraft or a ship or the like which is operated in a low temperature fluid and generating heat through the built-in heater using such vortex and pressure as energy sources .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body)에 있어서, 상기 바디의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물; 상기 바디 내부에 위치하여 바디 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터; 상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및 상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부;를 포함하고,According to an aspect of the present invention, there is provided a body which exists in a fluid flow in an embodiment, comprising: a plurality of ultra-fine structures located on a surface of the body; A heater positioned inside the body to remove ice from the body surface; A controller for controlling driving of the heater; And at least one piezoelectric element which is positioned on the surface of the body and utilizes fluid flow flowing in a body direction to generate electricity to drive the heater,

상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 제공한다.Wherein the ultrafine structure is capable of generating a vortex on the surface of the body. The present invention provides an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-power generation.

본 발명의 구조체는 상기 바디의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.The structure of the present invention may further include a temperature sensing unit for measuring the temperature of the surface of the body.

이 때, 상기 제어부는 상기 바디 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the controller drives the heater when a temperature rise is sensed by the temperature sensing unit due to latent heat release due to freezing generated on the body surface.

또한, 상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 바디의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may drive the heater when the time when the surface temperature of the body does not change is equal to or greater than a first reference value as a result of the temperature sensing unit.

아울러, 본 발명의 구조체는 상기 바디의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the structure of the present invention may further include an ice sensing unit for sensing a freezing area generated on the surface of the body.

이 때, 상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 바디의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the controller drives the heater when the surface freezing area of the body is detected as being frozen to a second reference value or more in the freezing detection unit.

또한, 상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 유체의 유동에 의해 상기 바디의 표면에서 유발되는 와류(Vortex) 및 압력 변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric element unit is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer, and is characterized in that electricity can be generated using a vortex and a pressure change induced on the surface of the body by the flow of the fluid.

본 발명은 또 다른 실시예로 공기 유동 흐름 내에 존재하는 에어 포일(Air foil)에 있어서, 상기 에어 포일의 표면에 위치하는 초미세 와류를 발생시키는 복수 개의 초미세구조물; 상기 에어 포일 내부에 위치하여 에어포일의 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터; 상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및 상기 에어 포일의 표면에 위치하여 에어 포일 방향으로 흐르는 공기 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 압전 소자부;를 포함하고,In another embodiment, the present invention provides an air foil in an air flow stream, comprising: a plurality of ultrafine structures generating ultrafine vortexes located on a surface of the airfoil; A heater positioned inside the airfoil to remove ice from the surface of the airfoil; A controller for controlling driving of the heater; And a piezoelectric element part positioned on the surface of the airfoil and utilizing the air flow flowing in the airfoil direction to generate electricity to drive the heater,

상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일을 제공한다.Wherein the ultrafine structure is capable of generating a vortex on the body surface. The airfoil has an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-power generation.

특히, 상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 공기의 유동에 의해 상기 에어 포일의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.In particular, the piezoelectric element unit is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer, and is characterized in that electricity can be generated using a vortex and a pressure change caused on the surface of the airfoil by the flow of air.

또한, 본 발명의 에어 포일은 상기 에어 포일의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부 또는 상기 에어 포일의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙감지부를 더 포함할 수 있다.The airfoil of the present invention may further include a temperature sensing unit for measuring the temperature of the surface of the airfoil, or an ice detection unit for sensing a freezing area generated on the surface of the airfoil.

이 때, 상기 제어부는 상기 에어 포일 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the controller drives the heater when a temperature rise is sensed by the temperature sensing unit due to latent heat emission due to freezing generated on the surface of the airfoil.

또한, 상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 에어 포일의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may drive the heater when the time when the surface temperature of the airfoil does not change is equal to or greater than a first reference value as a result of the temperature sensing unit.

아울러, 상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 에어 포일의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.Further, the controller may drive the heater when the surface freezing area of the airfoil is detected as being frozen to a second reference value or more in the freezing sensing unit.

또한, 상기 압력 소자부는 제1 압력 소자부와 제2 압력 소자부로 구성되며,In addition, the pressure element unit may include a first pressure element unit and a second pressure element unit,

상기 제1 압력 소자부, 초미세 구조물, 제2 압력 소자부는 상기 에어 포일의 표면 상에 순서대로 배치되는 것을 특징으로 한다.Wherein the first pressure element, the ultrafine structure, and the second pressure element are arranged in order on the surface of the airfoil.

이 때, 상기 제1 압력 소자부는 상기 에어 포일의 리딩 엣지(Leading edge)에 배치될 수 있다.At this time, the first pressure element may be disposed at a leading edge of the airfoil.

본 발명은 표면에서 초미세 와류를 발생시킬 수 있는 초미세구조물을 포함한 구조체를 제공하고, 이를 통해 발생하는 와류 및 압력 변화로부터 압전 소자를 활용하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 자가발전을 통해 생산된 에너지를 사용하여 히터를 구동시키므로 최소한의 에너지로 표면에 생성된 결빙을 제거할 수 있다.The present invention provides a structure including an ultrafine structure capable of generating ultrafine vortices on a surface, performs energy harvesting using a piezoelectric element from vortex and pressure changes generated through the structure, Energy is used to drive the heater, so that the icing generated on the surface can be removed with minimal energy.

도 1은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 초미세구조물을 통하여 초미세 와류가 발생하는 원리에 대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 초미세구조물의 형상에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 초미세구조물이 배치된 형상에 대한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제어부가 구조체 표면의 결빙을 제거하기 위하여 히터의 구동을 제어하는 과정에 대해 나타낸 흐름도이다.
도 6은 구조체 표면의 결빙이 발생함에 따라 잠열에 의해 표면의 온도가 변화하는 과정을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조를 갖는 에어 포일(Air foil)의 일 실시예에 대한 도면이다.
1 is a schematic view of a surface structure capable of generating ultrafine vortex of the present invention to generate heat through self generation.
FIG. 2 is a view showing the principle of ultrafine vortex generated by the ultrafine structure of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the shape of the ultrafine structure of the present invention.
4 is a front view of a shape in which an ultrafine structure of the present invention is disposed.
5 is a flowchart illustrating a process of controlling the driving of the heater to remove icing on the surface of the structure of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a process in which the temperature of the surface changes due to latent heat as the surface of the structure is freezing.
7 is a view showing an embodiment of an air foil having a surface structure capable of generating heat through self generation by generating ultrafine vortices of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be noted that the same elements among the drawings are denoted by the same reference numerals whenever possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.It is to be understood that when an element is referred to as being connected or connected to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but it should be understood that there may be other elements in between. Further, when a member is referred to as being " on " another member throughout the specification, this includes not only when a member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the term " comprises " or " having " or the like is intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 에너지 하베스팅을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 구조체에 대하여 살펴본다.1 and 2, a micro vortex generating structure capable of generating heat through energy harvesting of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조체에 대한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 초미세구조물을 통하여 초미세 와류가 발생하는 원리에 대하여 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a surface structure capable of generating ultrafine vortex of the present invention and capable of generating heat through self-power generation, FIG. 2 is a diagram illustrating a principle of generating ultrafine vortices through the ultrafine structure of the present invention to be.

본 발명은 일 실시예로 유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body, 10)에 있어서, 상기 바디(10)의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물(200), 상기 바디(10) 내부에 위치하여 바디(10) 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터(300), 상기 히터(300)의 구동을 제어하는 제어부(400) 및 상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부(500)를 포함하는 자가 발전(에너지 하베스팅)을 통하여 열을 발생시켜 결빙 제거가 가능한 초미세 와류 발생 구조체를 제공한다.In one embodiment, the present invention provides a body (10) in a fluid flow stream, comprising a plurality of ultra-fine structures (200) positioned on a surface of the body (10) A controller 400 for controlling the driving of the heater 300 and a control unit 400 for controlling the operation of the heater 300. The control unit 400 is disposed on the surface of the body and uses the flow of fluid flowing in the body direction to generate electricity The present invention provides a super vortex generating structure capable of generating heat through self-power generation (energy harvesting) including at least one piezoelectric element part (500) for driving the heater to remove ice.

이 때, 상기 바디(10)의 형상은 도 1 내지 도 2에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니며, 유체 유동 흐름 내에 존재한다면 다른 형상으로 형성되더라도 무관하다.At this time, the shape of the body 10 is not limited to the shapes shown in FIGS. 1 and 2, and may be formed in other shapes if they exist in the fluid flow.

이하에서는 본 발명의 초미세 와류 발생 구조체를 구성하는 각각의 요소에 대하여 구체적으로 살펴본다. 먼저, 본 발명의 핵심 구성 요소 중 하나인 초미세 구조물(200)은 상기 바디(10)의 표면과 수직한 방향으로 돌출 형성된 복수 개의 초미세구조물(200)로 구성된다. 이 때, 상기 초미세구조물(200)은 일반적으로 마이크로 또는 나노 사이즈의 구조체를 의미한다.Hereinafter, each element constituting the ultrafine vortex generating structure of the present invention will be described in detail. First, the ultrafine structure 200, which is one of the essential components of the present invention, is composed of a plurality of ultrafine structures 200 protruding in a direction perpendicular to the surface of the body 10. At this time, the ultrafine structure 200 generally refers to a micro or nano-sized structure.

바디(10) 방향으로 유체가 유동함에 따라 도 2와 같이 바디 표면에는 1차 와류(Primary Vortex)가 유도되고, 상기 복수 개의 초미세구조물(200)은 일정 간격을 두고 배치되어 각각의 초미세구조물(200) 사이에는 2차 와류(Secondary Vortex)가 유도된다.As the fluid flows in the direction of the body 10, a primary vortex is induced on the body surface as shown in FIG. 2, and the plurality of ultrafine structures 200 are arranged at regular intervals, A secondary vortex is induced between the first electrode 200 and the second electrode.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 초미세구조물(200)의 형상 및 배치에 대하여 살펴본다.Next, the shape and arrangement of the ultrafine structure 200 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

도 3은 본 발명의 초미세구조물의 형상에 대한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 초미세구조물이 배치된 형상에 대한 정면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a shape of an ultrafine structure of the present invention, and FIG. 4 is a front view of a shape of an ultrafine structure of the present invention.

상기 초미세구조물(200)의 수직 단면은 도 3 (a)와 같이 상어 이빨(Sawtooth) 형상(∧)일 수 도 있으며, 또는 도 3 (b)와 같이 상어의 표면 형상과 같은 곡면 형상(∩)일 수도 있으며, 또는 도 3 (c)와 같이 스캘럽트(Scalloped) 형상일 수도 있고, 또는 도 3 (d)와 같이 요철 형상일 수도 있다.The vertical cross section of the ultrafine structure 200 may be a Sawtooth shape as shown in FIG. 3 (a), or a curved shape like a surface shape of a shark as shown in FIG. 3 (b) Or may have a scalloped shape as shown in Fig. 3 (c), or may have a concavo-convex shape as shown in Fig. 3 (d).

또한, 상기 초미세구조물(200)은 상면에서 볼 때 도 4 (a)와 같이 세로 방향으로 길게 형성될 수도 있고, 또는 도 4 (b)와 같이 세로 방향으로도 일정 간격 이격되어 배치될 수도 있으며, 또는 도 4 (c)와 같이 길이가 상이한 복수 개의 초미세구조물(200)이 그룹(Group)을 이루고, 복수 개의 초미세구조물 그룹이 일정 간격 이격되어 배치될 수도 있다. In addition, the ultrafine structure 200 may be formed to be long in the vertical direction as seen in FIG. 4 (a) or may be spaced evenly in the vertical direction as shown in FIG. 4 (b) Or a plurality of ultrafine structures 200 having different lengths as shown in FIG. 4 (c) may form a group, and a plurality of ultrafine structures may be spaced apart by a predetermined distance.

이 때, 상기 초미세구조물 그룹을 형성하는 각각의 초미세구조물(200)은 길이가 가장 긴 초미세구조물(200)을 중심으로 높이 순서대로 좌우 대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 상기 초미세구조물 그룹을 형성하는 각각의 초미세구조물(200)은 상면에서 볼 때 마름모 형상(◇)으로 배치될 수도 있다.At this time, each of the ultrafine structures 200 forming the ultrafine structure group may be arranged symmetrically in order of height with respect to the ultrafine structure 200 having the longest length. In other words, each ultrafine structure 200 forming the ultrafine structure group may be arranged in a rhombic shape ()) when viewed from the upper surface.

다만, 상기 초미세구조물(200)의 형상 및 배치는 도 3 내지 도 4에 도시된 형상 및 배치에 한정되지 않으며, 바디(10) 표면에서 초미세 와류를 유발시킬 수 있다면 초미세구조물이 도 3과 다른 형상으로 형성되거나 도 4와 다른 형태로 배치되더라도 무관하다.However, if the ultrafine structure 200 is capable of inducing ultrafine vortexes on the surface of the body 10, the ultrafine structure 200 is not limited to the shapes and arrangements shown in FIGS. 3 to 4, Or may be disposed in a different form from that shown in Fig.

다음으로, 바디(10) 표면에 생성되는 결빙을 제거하는 히터(300)에 대하여 살펴본다.Next, the heater 300 that removes ice formed on the surface of the body 10 will be described.

바디(10) 표면에 결빙이 생성되면 바디(10)의 무게가 증가할 뿐 아니라, 바디(10) 표면에 작용하는 항력도 증가하게 되며, 이로 인해 바디(10) 주변의 공기 유동에 악영향을 끼쳐 양력(Lift)과 추력(Thrust)이 감소하게 된다는 문제점이 있다.When ice is formed on the surface of the body 10, not only the weight of the body 10 is increased but also the drag force acting on the surface of the body 10 is increased, thereby adversely affecting the air flow around the body 10 There is a problem that the lift and the thrust are reduced.

이에 따라, 본 발명은 히터(300)를 통해 바디 표면(10)의 결빙을 제거함으로써 상기 문제점을 해결하고자 한다.Accordingly, the present invention attempts to solve the above-mentioned problem by removing freezing of the body surface 10 through the heater 300.

상기 히터(300)는 상기 바디(10) 내부에 위치하여 표면의 결빙을 제거할 수 있으며, 특히 상기 히터(300)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 히터여서 바디(10) 내부에 embedded 되어 상기 바디(10) 표면과 MEMS 히터 사이의 공간을 최소화하여 표면에 열을 가하는 것을 방해하는 열 저항을 최소화 시켜 표면의 결빙을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.The heater 300 may be disposed inside the body 10 to remove freezing of the surface of the body 300. Particularly, the heater 300 is embedded in the body 10 using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) The space between the surface of the MEMS heater 10 and the surface of the MEMS heater 10 is minimized, thereby minimizing the thermal resistance that hinders heat to the surface, thereby more effectively removing freezing of the surface.

또한, 상기 히터(300)는 도 2와 같이 상기 바디(10)의 표면의 온도를 측정할 수 있는 온도 감지부(600) 또는 상기 바디의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지할 수 있는 결빙 감지부(700)와 일체로 결합될 수도 있다.2, the heater 300 may include a temperature sensing unit 600 capable of measuring the temperature of the surface of the body 10 or an ice sensing unit 600 capable of sensing a freezing area generated on the surface of the body. (Not shown).

다시 말해, 상기 히터(300)는 온도 감지부(600)와 일체로 결합될 수도 있고, 결빙 감지부(700)와 일체로 결합될 수도 있으며, 온도 감지부(600)와 결빙 감지부(700)가 함께 결합될 수도 있다.In other words, the heater 300 may be integrally coupled to the temperature sensing unit 600, may be integrally coupled to the ice sensing unit 700, and may include the temperature sensing unit 600 and the ice sensing unit 700, May be combined together.

이 때, 상기 온도 감지부(600)는 적어도 하나 이상의 온도 센서로 구성되어 바디(10) 표면의 온도 변화를 감지할 수 있으며, 상기 결빙 감지부(700)는 적어도 하나 이상의 광학 센서 또는 무게 센서로 구성되어 바디(10) 표면의 결빙 면적을 감지할 수 있다.At this time, the temperature sensing unit 600 may include at least one temperature sensor to sense a temperature change on the surface of the body 10, and the ice sensing unit 700 may include at least one optical sensor or a weight sensor So that the freezing surface area of the surface of the body 10 can be detected.

앞서 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)는 상기 히터(300)와 일체로 결합될 수 있다고 기술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)는 히터(300)와 결합되지 않고 바디(10)의 표면에 위치할 수도 있다. The temperature sensing unit 600 or the ice sensing unit 700 may be integrated with the heater 300. The temperature sensing unit 600 or the ice sensing unit 700 may be integrated with the heater 300, May be located on the surface of the body (10) without being coupled with the heater (300).

또한, 상기 결빙 감지부(700)는 바디(10) 표면의 결빙을 감지할 수 있다면 광학 센서, 무게 센서 외의 다른 센서를 사용하더라도 무관하다.The freezing sensor 700 may be any sensor other than the optical sensor and the weight sensor as long as the freezing of the surface of the body 10 can be detected.

아울러, 상기 히터(300)는 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)에 의해 감지된 정보를 토대로 구동되는데 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.In addition, the heater 300 is driven based on information sensed by the temperature sensing unit 600 or the ice sensing unit 700, which will be described later in detail.

다음으로, 도 5와 도 6을 참조하여 제어부(400)에 대하여 구체적으로 살펴본다.Next, the control unit 400 will be described in detail with reference to FIG. 5 and FIG.

도 5는 본 발명의 제어부가 구조체 표면의 결빙을 제거하기 위하여 히터의 구동을 제어하는 과정에 대해 나타낸 흐름도이고, 도 6은 구조체 표면의 결빙이 발생함에 따라 잠열에 의해 표면의 온도가 변화하는 과정을 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of controlling the driving of the heater to remove ice on the surface of the structure of the present invention. FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of changing the surface temperature by latent heat Fig.

상기 제어부(400)는 후술할 압전 소자부(500)에서 생성된 전기를 이용하여 상기 히터(300)의 구동을 제어하는 역할을 하는 구성요소이며, 특히 바디(10) 표면에 결빙이 생성되지 않은 경우에는 히터(300)를 구동할 필요가 없으므로, 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 히터(300)의 구동이 필요한 시점을 판단하고, 그에 따라 히터(300)를 구동시키는 역할을 한다.The controller 400 controls the driving of the heater 300 using electric power generated by the piezoelectric element unit 500. In particular, the controller 400 controls the operation of the heater 300, It is not necessary to drive the heater 300 and the time required to drive the heater 300 based on the state change of the surface of the body 10 sensed by the temperature sensing unit 600 or the ice sensing unit 700 And drives the heater 300 accordingly.

먼저, 상기 제어부(400)가 상기 온도 감지부(600)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 히터(300)를 제어하는 과정에 대하여 살펴본다. First, a process of controlling the heater 300 based on a state change of the surface of the body 10 sensed by the temperature sensing unit 600 will be described.

ⅰ) 유체가 바디(10) 표면에서 빙결되면 유체로부터 잠열이 방출되어 도 8과 같이 바디(10) 표면의 온도가 상승하게 되고, 상기 온도 감지부(600)는 이와 같은 온도 상승을 감지할 수 있다.I) If the fluid freezes on the surface of the body 10, latent heat is released from the fluid to raise the temperature of the surface of the body 10 as shown in FIG. 8, and the temperature sensing unit 600 senses the temperature rise have.

따라서, 온도 감지부(600)에서 바디(10) 표면의 온도 상승을 감지하면, 상기 제어부(400)는 표면에 결빙이 생성된 것으로 판단하고 상기 히터(300)를 구동시켜 바디(10) 표면의 결빙을 제거할 수 있다.Accordingly, when the temperature sensing unit 600 senses an increase in the temperature of the surface of the body 10, the controller 400 determines that ice is formed on the surface of the body 10, drives the heater 300, Freezing can be removed.

또한, ⅱ) 온도의 변화가 미세하거나 상기 바디(10)까 저온의 환경에 위치하는 경우에는 상기 온도 감지부(600)가 바디(10) 표면의 온도 변화를 감지하지 못할 수도 있으므로, 이를 대비하여 상기 제어부(400)는 상기 온도 감지부(600)의 측정 결과, 상기 바디(10)의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시킬 수도 있다. 이 때, 제1 기준값은 상기 제어부(400)에 기 설정해둔 값으로, 제1 기준값은 바디(10)의 주변 환경(날씨, 온도 등)을 고려하여 달리 설정할 수 있다.Further, in case that the temperature change is small or the temperature is lower than the temperature of the body 10, the temperature sensing unit 600 may not detect the temperature change of the surface of the body 10, The control unit 400 may drive the heater when the time when the surface temperature of the body 10 does not change is equal to or greater than a first reference value as a result of the temperature sensing unit 600. In this case, the first reference value is a value previously set in the controller 400, and the first reference value can be set differently in consideration of the surrounding environment (weather, temperature, etc.) of the body 10.

다음으로, 상기 제어부(400)가 상기 결빙 감지부(700)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 히터(300)를 제어하는 과정에 대하여 살펴본다.Next, a process of controlling the heater 300 based on the state change of the surface of the body 10 sensed by the ice sensing unit 700 will be described.

상기 제어부(400)는 바디(10) 표면의 광학 이미지 변화 또는 바디(10)의 무게 변화를 토대로 상기 결빙 감지부(700)에서 상기 바디(10)의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터(300)를 구동시켜 바디(10) 표면에 생성된 결빙을 제거할 수 있다.The control unit 400 controls the freeze surface area of the body 10 to be frozen at a temperature equal to or higher than the second reference value on the basis of the optical image change on the surface of the body 10 or the weight change of the body 10 It is possible to remove the ice formed on the surface of the body 10 by driving the heater 300.

예를 들어, 제2 기준값을 바디 전체 면적의 10%로 설정한 경우에는 상기 결빙 감지부(700)에서 바디(10)의 표면 결빙 면적이 10% 이상인 것으로 감지되는 경우에만 상기 히터(300)를 구동시킨다.For example, when the second reference value is set to 10% of the entire body area, the heater 300 is heated only when the surface freezing area of the body 10 is detected as 10% .

이 때, 상기 제2 기준값은 상기 제1 기준값과 마찬가지로 상기 제어부(400)에 기 설정되어 있는 값이며, 상기 제2 기준값은 상기 바디(10)의 사용 용도에 따라 제2 기준값을 달리 설정할 수 있다.In this case, the second reference value is a value preset in the controller 400, and the second reference value may be set to a second reference value differently depending on the use of the body 10 .

상기 제어부(400)는 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)에서 감지된 바디(10) 표면의 상태 변화를 토대로 상기와 같이 히터(300)를 구동시킴으로써, 도 9와 같이 바디(10) 표면에 결빙이 생성되는 것을 최소화할 수 있고, 바디 표면에 결빙이 없어짐에 따라 바디(10)에 작용하는 결빙의 영향을 최소화할 수 있다.The controller 400 operates the heater 300 based on the state change of the surface of the body 10 sensed by the temperature sensing unit 600 or the ice sensing unit 700 so that the body 10 The occurrence of freezing on the surface of the body 10 can be minimized and the effect of freezing on the body 10 as the freezing of the body surface can be minimized.

마지막으로, 압전 소자부(500)는 도 2와 같이 압전 소자층(510, Piezoelectric effect element)과 전극층(520)으로 구성되며, 상기 바디(10)의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 다시 말해, 바디(10) 표면에 유발된 와류 및 압력이 상기 바디(10)의 표면에 위치한 압전 소자층(510)을 가압하게 되고, 이에 따라 전기가 생성된다.2, the piezoelectric element unit 500 includes a piezoelectric element layer 510 and an electrode layer 520. The piezoelectric element unit 500 has a vortex and a pressure change induced on the surface of the body 10, Can be used to produce electricity. In other words, the eddy current and pressure induced on the surface of the body 10 press the piezoelectric element layer 510 located on the surface of the body 10, and electricity is generated accordingly.

와류 및 압력에 의해 가압된 압전 소자층(510)은 전기를 생성하는 에너지 하베스팅을 수행하게 되고, 생성된 전기는 전극층(520)을 통하여 상기 제어부(400)에 전달되며, 상기 제어부(400)는 상기 압전 소자층(510)에서 생성된 전기를 이용하여 상기 히터(300)를 구동시킬 수 있다.The piezoelectric element layer 510 pressed by the vortex and pressure is subjected to energy harvesting to generate electricity and the generated electricity is transmitted to the controller 400 through the electrode layer 520, The heater 300 can be driven by using the electricity generated in the piezoelectric element layer 510.

이 때, 상기 압전 소자층(510)은 상기 바디(10) 표면에 효율적으로 배치하기 위하여 필름 형태로 제작될 수도 있다.At this time, the piezoelectric element layer 510 may be formed in a film form so as to be efficiently disposed on the surface of the body 10.

정리하면, 본 발명의 구조체는 복수 개의 초미세구조물(200)을 통해 바디(10) 표면에서 초미세 와류를 발생시키고, 본 발명의 바디(10) 표면에 위치한 압전 소자부(500)는 초미세구조물(210)에 의해 유도된 와류 및 압력 변화를 활용하여 자가 발전을 수행하고, 이를 통해 생산된 전기를 이용하여 히터(300)를 구동시킴으로써, 최소한의 에너지를 사용하여 바디(10) 표면의 결빙을 제거할 수 있다.In summary, the structure of the present invention generates ultrafine vortexes at the surface of the body 10 through a plurality of ultrafine structures 200, and the piezoelectric element unit 500 located on the surface of the body 10 of the present invention is ultra- And the heater 300 is driven using the electricity generated through the self-power generation by utilizing the vortex and pressure change induced by the structure 210. The freezing of the surface of the body 10 using the minimum energy Can be removed.

다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일(Air foil)에 대하여 살펴본다.Next, referring to FIG. 7, an air foil having an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-power generation, which is another embodiment of the present invention, will be described.

도 7은 본 발명의 초미세 와류를 발생시켜 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 표면 구조를 갖는 에어 포일(Air foil)의 일 실시예에 대한 도면이다.7 is a view showing an embodiment of an air foil having a surface structure capable of generating heat through self generation by generating ultrafine vortices of the present invention.

본 발명의 공기 유동 흐름 내에 존재하는 에어 포일(Air foil, 100)에 있어서, 상기 에어 포일(100)의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물(200), 상기 에어 포일(100) 내부에 위치하여 에어 포일(100)의 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터(300), 상기 히터(300)의 구동을 제어하는 제어부(400) 및 상기 에어 포일의 표면에 위치하여 에어 포일(100) 방향으로 흐르는 공기 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터(300)를 구동시키는 압전 소자부(500)를 포함하는 자가발전(에너지 하베스팅)을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 구조체를 갖는 에어 포일(100)을 제공한다.In an air foil 100 present in the air flow of the present invention, a plurality of ultra-fine structures 200 located on the surface of the airfoil 100 are positioned within the airfoil 100 A controller 400 for controlling the driving of the heater 300 and a controller 400 for controlling the operation of the heater 300. The controller 300 controls the operation of the heater 300, An air foil 100 having an ultrafine vortex generating structure capable of generating heat through self-power generation (energy harvesting) including a piezoelectric element unit 500 that generates electricity by utilizing a flow to drive the heater 300, .

이 때, 상기 초미세구조물(200)은 앞서 본 발명의 일 실시예인 초미세 와류 발생 구조체에 대한 설명에서 언급했던 바와 에어 포일(100) 표면에서 와류가 유도되는 형상으로 형성된 것이 특징이다.At this time, the ultrafine structure 200 is formed in such a shape that a vortex is induced on the surface of the airfoil 100 as mentioned in the description of the ultrafine vortex generating structure, which is one embodiment of the present invention.

본 발명의 에너지 하베스팅을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 갖는 에어 포일을 구성하는 상기 압전 소자부(500)는 압전 소자층(510)과 전극층(520)으로 구성되며, 공기의 유동에 의해 상기 에어 포일의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력 변화에 의해 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric element unit 500 constituting the air foil having the ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through the energy harvesting of the present invention is composed of the piezoelectric element layer 510 and the electrode layer 520, And is capable of generating electricity by a vortex and a pressure change caused by the flow on the surface of the airfoil.

이 때, 상기 압전 소자층(510)은 에어 포일(100)의 표면에 배치되기 적합하도록 필름 형태일 수도 있다.At this time, the piezoelectric element layer 510 may be in the form of a film adapted to be disposed on the surface of the airfoil 100.

또한, 본 발명의 에너지 하베스팅을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체를 갖는 에어 포일은 상기 에어 포일(100)의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부(600) 또는 상기 에어 포일(100)의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙 감지부(700)를 더 포함할 수 있고, 상기 결빙 감지부(700)는 무게 센서 또는 광학 센서를 활용하여 에어 포일(100)에 생성된 결빙 면적을 감지할 수 있다.The airfoil having an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through the energy harvesting of the present invention may further include a temperature sensing unit 600 for measuring the temperature of the surface of the airfoil 100, The ice detecting unit 700 may detect the iced area generated on the surface of the airfoil 100 by using a weight sensor or an optical sensor. Lt; / RTI >

이 때, 상기 온도 감지부(600) 또는 결빙 감지부(700)는 상기 히터(300)와 결합되어 일체를 구성할 수도 있고, 히터(300)와 이격되어 에어 포일(100)의 표면에 배치될 수도 있다.At this time, the temperature sensing unit 600 or the ice sensing unit 700 may be integrated with the heater 300 and may be disposed on the surface of the airfoil 100, separated from the heater 300 It is possible.

상기 제어부(400)는 ⅰ) 에어 포일(100)의 표면에 생성된 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부(600)에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터(300)를 구동시킬 수 있고, 또는 ⅱ) 상기 온도 감지부(600)의 측정 결과, 상기 에어 포일(100)의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터(300)를 구동시킬 수 있다.The control unit 400 can drive the heater 300 when the temperature sensing unit 600 senses a temperature rise due to latent heat emission due to freezing generated on the surface of the airfoil 100, Or ii) when the time when the surface temperature of the airfoil 100 does not change is equal to or greater than the first reference value as a result of the temperature sensing unit 600, the heater 300 may be driven.

또한, ⅲ) 상기 제어부(400)는 상기 결빙 감지부(700)에서 상기 에어 포일의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터(300)를 구동시킬 수도 있다.Iii) The controller 400 may drive the heater 300 when the surface freezing area of the airfoil in the freeze sensing unit 700 is detected to be frozen to a second reference value or more.

상기 제어부(400)의 상기와 같은 히터(300)를 구동 과정은 앞서 구체적으로 설명하였으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.Since the process of driving the heater 300 of the controller 400 has been described in detail, the detailed description will be omitted here.

본 발명의 자가발전을 통하여 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일을 구성하는 상기 압력 소자부(500)는 제1 압력 소자부(510)와 제2 압력 소자부(520)로 구성되며, 상기 에어 포일(100)의 표면 상에 상기 제1 압력 소자부(510), 초미세 구조물(200), 제2 압력 소자부(520)는 이 순서대로 배치될 수 있다.The pressure element part 500 constituting the airfoil having an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-power generation according to the present invention comprises a first pressure element part 510 and a second pressure element part 520 And the first pressure element part 510, the ultrafine structure 200, and the second pressure element part 520 may be disposed in this order on the surface of the airfoil 100.

특히, 도 10과 같이 상기 제1 압력 소자부(510)는 상기 에어 포일(100)의 리딩 엣지(Leading edge)에 배치되고, 상기 제2 압력 소자부(520)는 상기 에어 포일(100)의 트레일링 엣지(Trailing edge)에 배치될 수 있는데,10, the first pressure element part 510 is disposed at a leading edge of the airfoil 100, and the second pressure element part 520 is disposed at a leading edge of the airfoil 100, Can be placed at the trailing edge,

ⅰ) 상기 제1 압력 소자부(510)가 에어 포일(100)에서 공기 유동에 따른 압력의 변화가 가장 큰 리딩 엣지에 위치하여, 상기 압력 변화를 활용하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있고,I) the first pressure element part (510) is located at the leading edge where the change in pressure due to the air flow in the airfoil (100) is the greatest, so that energy harvesting can be performed utilizing the pressure change,

ⅱ) 상기 제2 압력 소자부(520)는 유체 유동에 따른 마찰력(Friction)과 와류(Vortex)가 주로 발생되는 트레일링 엣지에 위치하여, 상기 마찰력과 와류로 인하여 발생하는 압력 변화 및 공기의 진동 등을 활용하여 에너지 하베스팅을 수행하여 상기 히터(300)를 구동시킬 전기를 생산할 수 있다.Ii) The second pressure element 520 is located at the trailing edge where friction and vortex are mainly generated due to the fluid flow, and the pressure change due to the frictional force, The heater 300 may be driven by an energy harvesting process.

즉, 본 발명은 공기의 유동에 따라 변화하는 에어 포일(100)의 압력 변화와 에어 포일(100) 표면에 유도되는 와류를 고려하여 상기 제1 압력 소자부(510)를 에어 포일(100) 내에서 표면의 압력 변화가 가장 큰 리딩 엣지에 배치하고, 제2 압력 소자부(520)를 마찰과 와류가 주로 발생되는 트레일링 엣지에 배치함으로써, 에너지 하베스팅의 효율을 높일 수 있다.That is, in the present invention, the first pressure element part 510 is disposed in the airfoil 100 in consideration of a change in the pressure of the airfoil 100, which changes with the flow of air, The efficiency of the energy harvesting can be increased by disposing the second pressure element portion 520 on the leading edge having the largest pressure change on the surface thereof and disposing the second pressure element portion 520 on the trailing edge where friction and vorticity are mainly generated.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Furthermore, the terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10 : 바디
100 : 에어 포일
200 : 초미세구조물
300 : 히터
400 : 제어부
500 : 압전 소자부
510 : 제1 압전 소자부
520 : 제2 압전 소자부
600 : 온도 감지부
700 : 결빙 감지부
10: Body
100: airfoil
200: ultrafine structure
300: heater
400:
500: piezoelectric element portion
510: first piezoelectric element portion
520: second piezoelectric element part
600: Temperature sensing unit
700:

Claims (15)

유체 유동 흐름 내에 존재하는 바디(Body)에 있어서,
상기 바디의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물;
상기 바디 내부에 위치하여 바디 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터;
상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및
상기 바디의 표면에 위치하여 바디 방향으로 흐르는 유체 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 적어도 하나 이상의 압전 소자부;를 포함하고,
상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
For a body present in a fluid flow stream,
A plurality of ultrafine structures located on a surface of the body;
A heater positioned inside the body to remove ice from the body surface;
A controller for controlling driving of the heater; And
And at least one piezoelectric element part positioned on the surface of the body and utilizing the flow of fluid flowing in the body direction to generate electricity to drive the heater,
Characterized in that the ultrafine structure is capable of generating a vortex on the body surface. The ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-
제 1항에 있어서,
상기 바디의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method according to claim 1,
Further comprising a temperature sensing unit for measuring the temperature of the surface of the body. The micro-vortex generating surface structure
제 2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 바디 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
3. The method of claim 2,
Wherein the control unit drives the heater when a temperature rise is sensed by the temperature sensing unit due to the latent heat release due to freezing generated on the body surface. The micro vortex generating surface structure
제 2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 바디의 표면 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
3. The method of claim 2,
Wherein the control unit drives the heater when a time period during which the surface temperature of the body does not change is equal to or greater than a first reference value as a result of measurement by the temperature sensing unit,
제 1항에 있어서,
상기 바디의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method according to claim 1,
And a freezing sensor for sensing the freezing area generated on the surface of the body. The micro-vortex generating surface structure
제 5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 바디의 표면 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
6. The method of claim 5,
Wherein the controller drives the heater when the surface freezing area of the body is detected to be frozen at a second reference value or more in the freezing sensing unit. The micro vortex generating surface structure
제 1항에 있어서,
상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 유체의 유동에 의해 상기 바디의 표면에서 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조체
The method according to claim 1,
Wherein the piezoelectric element portion is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer and is capable of generating electricity using a vortex and a pressure change induced on the surface of the body by the flow of the fluid, Ultra-fine vortex generating surface structure
공기 유동 흐름 내에 존재하는 에어 포일(Air foil)에 있어서,
상기 에어 포일의 표면에 위치하는 복수 개의 초미세구조물;
상기 에어 포일 내부에 위치하여 에어 포일의 표면에 생기는 결빙을 제거하는 히터;
상기 히터의 구동을 제어하는 제어부; 및
상기 에어 포일의 표면에 위치하여 에어 포일 방향으로 흐르는 공기 유동을 활용하여 전기를 생산하여 상기 히터를 구동시키는 압전 소자부;를 포함하고,
상기 초미세구조물은 상기 바디 표면에 와류(Vortex)를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
In an air foil present in an air flow stream,
A plurality of ultrafine structures located on a surface of the airfoil;
A heater positioned inside the airfoil to remove ice from the surface of the airfoil;
A controller for controlling driving of the heater; And
And a piezoelectric element part which is positioned on the surface of the airfoil and utilizes an air flow flowing in an airfoil direction to generate electricity to drive the heater,
Characterized in that the ultrafine structure is capable of generating a vortex on the body surface. The airfoil having an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat through self-
제 8항에 있어서,
상기 압전 소자부는 압전 소자층과 전극층으로 구성되며, 공기의 유동에 의해 상기 에어 포일의 표면에 유발되는 와류(Vortex) 및 압력변화를 이용하여 전기를 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
9. The method of claim 8,
Wherein the piezoelectric element part is composed of a piezoelectric element layer and an electrode layer and is capable of generating electricity using a vortex and a pressure change induced on the surface of the airfoil by the flow of air, An airfoil having an ultrafine vortex generating surface structure capable of generating heat
제 8항에 있어서,
상기 에어 포일의 표면의 온도를 측정하는 온도 감지부 또는 상기 에어 포일의 표면에 생성된 결빙 면적을 감지하는 결빙 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
9. The method of claim 8,
Further comprising a temperature sensing unit for measuring a temperature of the surface of the airfoil or an ice sensing unit for sensing a freezing area generated on a surface of the airfoil. Airfoil
제 10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 에어 포일 표면에 생성되는 빙결로 인한 잠열 방출에 의해 상기 온도 감지부에서 온도 상승이 감지되는 경우에는 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
11. The method of claim 10,
Wherein the control unit drives the heater when a temperature rise is detected in the temperature sensing unit due to the latent heat release due to freezing generated on the surface of the airfoil, Airfoil
제 10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도 감지부의 측정 결과, 상기 에어 포일의 표면의 온도가 변화하지 않는 시간이 제1 기준값 이상인 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
11. The method of claim 10,
Wherein the control unit drives the heater when a time period during which the temperature of the surface of the airfoil does not change is equal to or greater than a first reference value as a result of the temperature sensing unit. An airfoil having a surface structure
제 10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결빙 감지부에서 상기 에어 포일의 표면의 결빙 면적이 제2 기준값 이상으로 결빙된 것으로 감지되는 경우에는 상기 히터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
11. The method of claim 10,
Wherein the controller drives the heater when the freezing area of the surface of the airfoil is detected to be frozen at a second reference value or more in the freezing sensor unit. An airfoil having a surface structure
제 8항에 있어서,
상기 압력 소자부는 제1 압력 소자부와 제2 압력 소자부로 구성되며,
상기 제1 압력 소자부, 항력 저감부, 제2 압력 소자부는 상기 에어 포일의 표면 상에 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
9. The method of claim 8,
Wherein the pressure element part comprises a first pressure element part and a second pressure element part,
Wherein the first pressure element portion, the drag reduction portion, and the second pressure element portion are arranged in order on the surface of the airfoil.
제 14항에 있어서,
상기 제1 압력 소자부는 상기 에어 포일의 리딩 엣지(Leading edge)에 배치되는 것을 특징으로 하는 자가발전을 통한 열 발생이 가능한 초미세 와류 발생 표면 구조를 갖는 에어 포일
15. The method of claim 14,
Wherein the first pressure element portion is disposed at a leading edge of the airfoil. 2. The airfoil of claim 1, wherein the first pressure element portion is disposed at a leading edge of the airfoil.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112165275B (en) * 2020-08-26 2022-02-11 浙江大学 Dynamic diode generator capable of working at extremely low temperature and preparation method thereof
US11828226B2 (en) 2022-04-13 2023-11-28 General Electric Company Compressor bleed air channels having a pattern of vortex generators

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040083447A (en) * 2002-02-11 2004-10-01 더 트러스티즈 오브 다트마우스 칼리지 Systems and methods for modifying an ice-to-object interface related applications
WO2011096851A1 (en) * 2010-01-14 2011-08-11 Saab Ab Multifunctional de-icing/anti-icing system of a wind turbine
KR20120103845A (en) * 2011-03-11 2012-09-20 이진용 Apparatus for generating electricity using piezoelectric element
KR20130074722A (en) * 2011-12-26 2013-07-04 실버레이 주식회사 Pipe with generating function and generating system using it
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040083447A (en) * 2002-02-11 2004-10-01 더 트러스티즈 오브 다트마우스 칼리지 Systems and methods for modifying an ice-to-object interface related applications
WO2011096851A1 (en) * 2010-01-14 2011-08-11 Saab Ab Multifunctional de-icing/anti-icing system of a wind turbine
KR20120103845A (en) * 2011-03-11 2012-09-20 이진용 Apparatus for generating electricity using piezoelectric element
KR20130074722A (en) * 2011-12-26 2013-07-04 실버레이 주식회사 Pipe with generating function and generating system using it
KR20140072560A (en) 2012-12-05 2014-06-13 대우조선해양 주식회사 Blade of wind power generator using piezoelectric matereal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. Mohseni and A. Amirfazli, "A novel electro-thermal anti-icing system for fiber-reinforced polymer composite airfoils," Cold Regions Science and Technology, vol. 87, pp. 47-58, 2013. *

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