개인 단위의 친환경 에너지 하베스팅을 위한 압력 발전 신발 개발

이현승; 김승현

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자료유형: 학술저널

저자정보: 이현승 (인천대학교) 김승현 (국민대학교)

저널정보: 한국패션디자인학회 한국패션디자인학회지 한국패션디자인학회지 제22권 제4호

발행연도: 2022.12

수록면: 121 - 134 (14page)

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20세기 말부터 환경에 악영향을 미치는 화석연료 발전에 의존하지 않는 친환경적인 에너지 생산은 세계적인 화두가 되었으며, 현재는 일상에서 버려지는 압력, 진동 등의 에너지를 수집하는 에너지 재생 기술 개념인 에너지 하베스팅이 주목받고 있다. 본 연구에서는 인체 활동 시 발에 집중되는 압력을 활용하여 개인 단위의 에너지 재생을 가능하도록 하는 신발을 개발하고자 하였다. 인체의 하중이 집중되는 발에 착용되어 보행 시 단계적으로 발에 가해지는 압력을 전력 생산에 활용할 수 있는 압전 발전 시스템 및 해당 시스템을 수납하여 안정적으로 착용할 수 있도록 하는 신발 플랫폼 개발에 본 연구의 목적을 두었다. 이를 위해 보행 활동 시 발의 각 부위별로 가해지는 압력 변화에 관한 선행연구 및 압전 기술을 신발에 적용한 관련 선행연구사례, 관련 특허사례를 고찰하였다. 이를 토대로 사용자가 보행 혹은 주행 시 발과 지면의 접지 부위가 변화함을 고려하여 사용자의 발가락과 앞꿈치, 뒤꿈치 전반에 각기 크기가 다른 총 22개의 피에조 압전 소자를 복합 배치한 복층의 압전 인솔과 발전된 전력을 정류·저장하기 위한 배터리 모듈, 배터리에 저장된 전력량을 확인 가능하도록 하는 배터리 잔량 모니터링 회로, 마지막으로 압전 인솔과 배터리 모듈, 배터리 잔량 모니터링 회로를 통합적으로 수납하여 착용 가능하도록 하기 위한 신발 플랫폼을 개발하였다. 이후 실내 및 실외 환경에서 실제 착용 실험을 수행하여 개발된 프로토타입의 사용성을 파악하였다. 해당 실험 결과, 본 연구의 압력 발전 시스템은 연구에 참고한 기존 특허사례 4종에 비해 높은 발전 효율을 보임이 확인되었다. 전력 생성과 저장, 전력량 모니터링 시스템 또한 원활히 작동하였으며, 신발 플랫폼은 일상적인 보행과 주행 활동에 의해 파손되지 않는 내구성을 가지고 있음이 관측되었다. 본 연구는 제품 구조 디자인 및 기술 적용에 관한 기초자료 제시에 본 연구의 의의를 둔다.

Since the late 20th century, technologies for sustainable energy creation that does not rely on fossil fuels have become a global research topic. Currently, the technological concept of energy harvesting, which collects abandoned energies such as pressure during daily life, has been paid attention to as renewable energy creation. This study aimed to develop the wearable pressure energy generation system using the pressure applied into the feet step by step during walking and the shoes platform equipped with the energy generation system to be worn on the user’s feet stably. For the purpose, previous research on the partial pressure changes on the feet during stepwise walking motions, research cases applying pressure energy creation technologies into shoes, and the Korean patent cases related to the pressure energy generation were investigated. We developed the multi-layered piezoelectric insole applying 22 piezoelectric materials placed from the toe part to the heel part considering the partial pressure changes between the feet and the ground during walking, the battery module rectifying and storing the generated electricity, the power storage monitoring circuit to allow the user to check the quantity of the electricity, and the shoe platform integrating the whole components to be worn. After the prototype was completed, the testing on its usability were conducted twice in indoor and outdoor environments. As the results of the testing, energy harvesting system in this study showed higher performance of the power generation than the four previous cases of Korean patents. During the assessment, the power generation, storing and monitoring systems were appropriately operated and it was confirmed that the shoe platform also had the sufficient durability to endure the physical impacts during ordinary walking and running. This study is significant in that it provided the basic data of the technological application for wearable energy harvesting.

#재생 에너지 #에너지 하베스팅 #웨어러블 테크놀로지 #압력 발전 #renewable energy #energy harvesting #wearable technology #pressure energy harvesting

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