• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.243-248
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• 2022

휴대형, 착용형 전자기기의 활용범위가 넓어지면서, 무겁고 부피가 큰 고체 배터리의 한계점이 드러나고 있으며, 배터리의 역할을 일부 분담할 수 있는 소형 에너지 수확 장치의 개발이 시급한 가운데, 일상 생활 속에서 버려지는 에너지원에 대한 활용도가 중요해지고 있다. 정전발전 기술은 두 물질 표면의 접촉과 분리에 의해 발생되는 마찰대전 효과와 전하유도 현상에 기반해 전기를 생산할 수 있기 때문에, 주변환경에 존재하는 역학적, 기계적 에너지원을 복잡한 중간과정을 거치지 않고도 효과적으로 수확할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 인간의 주변환경에 존재하는 에너지원 중에서도 바람에너지는 자연환경에 존재하는 무한한 친환경 에너지원으로써, 그 수확과 활용에 대한 관심이 높은 신재생 에너지원이다. 본 연구에서는 정전발전 기술을 기반으로 하여 이러한 바람에너지의 효과적 수확을 위한 에너지 수확 장치의 최적화와 정전발전 기술의 활용도를 극대화할 수 있는 활용 방안에 대해 분석하였다. Fluttering film을 이용한 Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG)를 개발하였으며, 바람에너지의 효과적 수확을 위해 설계 최적화를 진행하였다. 또한 낮은 전류와 높은 전압을 발생시키는 TENG의 고유 특징을 부각하여 안전한 고전압 발생 시스템을 개발하여 고전압을 요구하는 분야에서의 활용 방안을 제안하였다. 따라서 본 연구에서 도출한 연구 결과는 정전발전 기술을 기반으로 하는 소형 에너지 수확장치를 이용해 일상생활 속에서 버려지는 바람에너지를 수확하여 고전압이 필요한 분야에서 폭넓게 활용할 수 있는 방법으로써 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제14권3호
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• pp.143-147
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• 2013

This paper describes a low frequency driven electromagnetic energy harvester (EMEH) which consists of a thin flame resistant (FR-4) planar spring, NdFeB permanent magnets, and a copper coil. The FR-4 spring was fabricated using a desk computer numerical control (CNC) 3D modeling machine. Mathematical modeling and ANSYS finite element analysis (FEA) were used totheoretically investigate the mechanical properties of the spring mass system. The proposed EMEH generates a maximum power of 65.33 ${\mu}W$ at a resonance frequency of 8 Hz with an acceleration of 0.2 g (1 g = 9.8 $m/s^2$) and a superior normalized power density (NPD) of 77 ${\mu}W/cm^3{\cdot}g^2$.

• Smart Structures and Systems
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• 제14권2호
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• pp.247-266
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• 2014

Conventional cantilevered piezoelectric energy harvesters (PEHs) are usually fabricated with continuous electrode configuration (CEC), which suffers from the electrical cancellation at higher vibration modes. Though previous research pointed out that the segmented electrode configuration (SEC) can address this issue, a comprehensive evaluation of the PEH with SEC has yet been reported. With the consideration of delivering power to a common load, the AC outputs from all segmented electrode pairs should be rectified to DC outputs separately. In such case, theoretical formulation for power estimation becomes challenging. This paper proposes a method based on equivalent circuit model (ECM) and circuit simulation to evaluate the performance of the PEH with SEC. First, the parameters of the multi-mode ECM are identified from theoretical analysis. The ECM is then established in SPICE software and validated by the theoretical model and finite element method (FEM) with resistive loads. Subsequently, the optimal performances with SEC and CEC are compared considering the practical DC interface circuit. A comprehensive evaluation of the advantageous performance with SEC is provided for the first time. The results demonstrate the feasibility of using SEC as a simple and effective means to improve the performance of a cantilevered PEH at a higher mode.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권5호
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• pp.437-441
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• 2014

본 논문은 미세유체 시스템에서 농도차에 의한 역전기투석을 이용하여 에너지발전을 할 수 있는 장치를 제안한다. 역전기투석을 위한 이온교환막은 미세유체칩의 적정 위치에 자기조립화된 나노입자 사이의 공극으로 이루어지며, 이는 마이크로 용량의 나노입자가 분산된 용액 방울을 제어함으로써 쉽고 저렴한 방법으로 제작이 가능하다. 본 제안 시스템은 미세유체칩의 형상을 변형하거나 나노입자의 사이즈, 혹은 나노입자의 종류를 손쉽게 바꿔가며 최대 파워와 에너지 변환 효율을 향상 시킬 수 있다는 장점이 있다. 앞으로, 본 연구에서 제안하는 디바이스는 랩온어칩 시스템에서 다른 미세장치로 에너지를 공급하는 매개체로 이용 될 수 있을 뿐 아니라 더 다양한 재료를 이용함으로써 이온 교환현상 및 에너지 발전의 기초 연구에 활용될 수 있을 것이라 기대한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권11호
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• pp.1679-1685
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• 2022

본 논문에서는 무선전력 통신 네트워크에서 소스에서 목적지 노드까지 종단간 데이터 전송률을 최대화하기 위한 최적의 멀티홉 전송 방식을 제안한다. 에너지 하베스팅을 하면서 멀티홉 전송을 위한 프레임 구조를 제시하고, 노드간 서로 다른 에너지 수확량과 링크 품질을 고려하여 종단간 전송률을 최대화하는 각 노드의 전송 시간을 수학적 분석을 통하여 도출한다. 아울러, 고려하는 무선전력기반 멀티홉 전송의 시스템 모델링을 통하여 최적화 문제를 도출하고, 이 최적화 문제가 convex 함을 보임으로써 전역 최적해가 존재함을 증명한다. 이를 통하여 최적화 문제를 계산 가능한 형태로 변형하여 손쉽게 최적해를 찾는다. 제안한 최적 멀티홉 전송 방식은 모든 링크의 전송률이 같아지도록 노드별 전송 시간을 최적으로 할당함으로써 종단간 전송률을 최대화한다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제27권12호
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• pp.17-27
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• 2022

본 논문은 커패시터와 에너지 하베스터의 특성이 적용된 최적의 실시간 스케줄링 알고리즘인 ED-H 알고리즘을 적용할 때 적용되는 지능형 전원 관리 유닛에 의한 의도적인 전원 공급 차단 상태인 블랙아웃에서 시간 제약성을 만족하도록 알고리즘을 확장한다. 전원 공급 시스템에서 생산되는 에너지가 충분하지 않은 경우 회로와 커패시터를 보호하기 위해 전력 공급을 일시적으로 차단하고 커패시터가 충분히 충전되었을 때 다시 공급을 재개하므로 이러한 블랙아윳 시간 동안 태스크의 수행이 지연될 수 있으므로 해당 이벤트의 발생에 따른 시간을 계산하였다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 원형 ED-H 알고리즘에 의해 태스크 수행이 지연되는 경우라 하더라도 본 논문에서 제안된 알고리즘은 뒤에 이어지는 시간 유닛 중에서 더 이상 태스크의 수행을 지연시킬 여력이 없는 경우, 즉 태스크를 이번 시간 유닛에 수행하지 않으면 시간 제약성을 위배하게 되는 경우의 잔여 시간을 계산하여 잔여 시간이 부족한 경우 시간 제약성을 만족하도록 강제로 스케줄링한다. 시뮬레이션을 통해 본 눈문에서 제안한 알고리즘이 ED-H 알고리즘에 대해 태스크 집합의 유형 특성에 따라 0.4%~7.7%까지 스케줄링 성능이 높은 것을 확인하였다.

• 센서학회지
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• 제23권3호
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• pp.202-206
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• 2014

The common vibration energy harvester effectively converts mechanical vibration to electric power at a specific resonance frequency that must match the ambient excitation frequency. The resonance frequencies of energy harvesters are fixed during the design process and could not be changed after fabrication. In this paper, we proposed the new frequency tuning which uses the rotatable spring in order to adjust the spring constants. By this tuning method, the resonance frequency of the system can simply be manipulated using spring rotation. The proposed energy harvester has been successfully tuned to a resonance frequency between 23 and 32 Hz. The experimental results demonstrated that the proposed energy harvester could generate a maximum output power of $60{\mu}W$ with an acceleration of 0.5 g ($1g=9.81m/s^2$), and that the resonance frequency of the harvester was able to tune approximately 31.4%. When the proposed harvester was attached to an automobile engine, the maximum open circuit voltage of 1.78 Vpp was produced at 700 rpm.

• 상하수도학회지
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• 제34권6호
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• pp.403-410
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• 2020

The difficulty of securing freshwater sources is increasing with global climate change. On the other hand, seawater is less affected by climate change and regarded as a stable water source. For utilizing seawater as freshwater, seawater desalination technologies should be employed to reduce the concentration of salts. However, current desalination technologies might accelerate climate change and create problems for the ecosystem. The desalination technologies consume higher energy than conventional water treatment technologies, increase carbon footprint with high electricity use, and discharge high salinity of concentrate to the ocean. Thus, it is critical to developing green desalination technologies for sustainable desalination in the era of climate change. The energy consumption of desalination can be lowered by minimizing pump irreversibility, reducing feed salinity, and harvesting osmotic energy. Also, the carbon footprint can be reduced by employing renewable energy sources to the desalination system. Furthermore, the volume of concentrate discharge can be minimized by recovering valuable minerals from high-salinity concentrate. The future green seawater desalination can be achieved by the advancement of desalination technologies, the employment of renewable energy, and the utilization of concentrate.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제15권7호
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• pp.478-488
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• 2009

태양 에너지를 이용한 무선 센서 네트워크에서는 공급되는 에너지의 변화가 크고 저장할 수 있는 배터리 용량이 제한적이기 때문에 이에 적응적으로 대처할 필요가 있다. 또한, 이렇게 변화하는 에너지 공급에 대처하기 위해 노드의 동작을 빈번히 변화시키는 것과는 달리, 일정한 수준 이상으로 안정되게 동작 하는 것을 필요로 하는 응용이 있을 수 있다. 따라서 태양 에너지 기반 센서 시스템에서 사용 가능한 에너지를 최대한 이용함과 동시에 일정 수준의 에너지를 안정적으로 제공하기 위해서는, 각 노드가 자신이 수집 할 수 있는 에너지의 양을 예측하고 이를 효율적으로 할당하는 기법이 필요하다. 본 논문에서는 시간 슬롯 단위의 수집 가능 에너지량에 대한 기댓값 모델을 기반으로, 각 시간 슬롯에 할당되는 에너지의 변화를 최소화함과 동시에, 주기적으로 수집되는 태양 에너지를 최대한 활용하기 위한 효율적인 에너지 할당 기법을 제안한다. 또한 이들의 유효성을 확인하기 위하여 테스트베드 구축하고, 우리의 기법을 평가하였다.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제14권3호
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• pp.171-176
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• 2016

In this study, we investigate the physical layer secrecy performance of RF energy harvesting (EH) networks over Rayleigh fading channels. The RF-EH system considered here consists of one power transfer station, one source, one destination, and multiple passive eavesdroppers. The source harvests energy from the power transfer station and transmits the information to the destination by using a time switching-based relaying protocol. The eavesdroppers try to extract the transmitted information without an active attack. By using the statistical characteristics of the signal-to-noise ratio (SNR), the exact closed-form expressions of the existence probability of the secrecy capacity and the secrecy outage probability are derived. Further, we analyze the secrecy performance of the system with respect to various system parameters, such as the location of the system elements and the number of eavesdroppers. Finally, the equivalent Monte Carlo simulation results are provided to confirm the correctness of our calculations.