KR100389617B1 - 물시계와 인력(人力)양수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물시계의 시간을 정확하게 맞도록 하기 위하여 별도의 기구를 병설(竝設)하는 방법과 장식을 목적으로 하여 인력(人力)으로 양수하는 방법과 그리고 조상님들이 수력을 이용하여 사용하여 온 여러 가지 방아에 관한 것이다.

Description

물시계와 인력(人力)양수기{Clock, operated by falling of waterdrop ＆ Waterpump, powered by man}

시간의 정확도를 기하기 위하여 기존의 부정확한 물시계의 시간을 정확하게 맞도록 한 새로운 물시계의 관한 것과 물의 중력으로 에너지를 얻어 사용해온 통물방아, 물레방아, 현대식 도정방아 등을 차례로 설치하고 거기에 공급하는 물을 늠늠한 인형이 족답식(足踏式)으로 양수하는 방법을 연구하여 관람하는 대중들이 신기로워 고도의 만족감을 불러 일으키며 또한 자라나는 초등학교 아동과 어린이들의 교육용으로 많은 도움이 되도록 하고 관광용으로도 좋은 볼거리가 되겠금 장식을 겸한 물시계를 발명하게 되었음.

종래의 물시계는 시간이 맞지 않았고, 개량식 물시계도 계절에 따라 시간의 차이가 많이 생겼다. 그 원인은 일정한 출수공에 일정한 수압을 가하여도 여름과 겨울의 기온차이로 출수공의 면적의 변동과 액체의 점도의 변화로 인하여, 춘하추동 다양한 시간 차이가 발생한다.

위에 결점을 완전히 해소하고 시간이 정확히 맞도록 하기 위하여 본 발명은 진동주기가 정확한 수정진동자(GUARTZ) 방식을 응용하여 이 연약한 맥박교류 전류를 증폭(트랜지스터류로서)하여 소형, 초저속모터로서 일정한 시간으로 물시계의 물높이를 따라 상승시키는 기구를 병설(竝設)하였고 물시계에 공급하는 물을 양수하는 과정에서 장식을 겸하여 인형이 두발로 승강기를 회전시켜서 물을 높은 곳에 올려 보내고 올라간 물을 집수통에 모을 때 한방울의 물도 밑으로는 떨어지지 않도록 한 특수한 형태의 컵 등에 관한 것이다.

도 1은 본 발명을 시공한 실시도.

도 2는 본 발명의 정확한 시간 지시용 장치도.

도 3은 도 2의 평면도.

도 4는 도 2의 직사각기둥(44)내에 설치한 직사각 부력스위치판(44)의 평면도.

도 5는 양수과정 중 상부의 상세설명도이다.

(부호의 명칭)

1: 공동 저수조 2: 물레방아 저수조

3: 물시계의 공급수조 4: 무게를 첨부한 부구

5. 스위치 6: 물을 넣은 추

7: 스위치 8: 급수조정 밸브

9: 통물방아 10: 수문조절판

11: 수차 12: 물레방아

13: 터빈의수로 14: 터빈

15: 정미기 16: 송풍기

17: 곡식(현미) 18: 왕겨

19: 일정수위 부력밸브 20: 시간조절 밸브

21: 스위계측사각 투명기둥 22: 시계문자판

23: 솔레로이드 24: 대형인장스프링

25: 크랭크(2기동용) 26: 후라이휠바퀴

27: 벨트 28: 컵, 승강용바퀴

28':양수용바퀴 29: 특수형태의 컵

29': 옆으로 누은 컵 30: (29)의 부착용벨트

31: 손잡이 겸 축 31': 레바

31": 완충기 32: 의자

33: 잔여수(殘餘水)퇴출관 A: 시간계측용기어

B: 시간환원용 기어 35: 수정진동 초·저속모터

36: 일정속도 모터 37: 놋드레바

37': 페달 37": 고정된 축

38: 코일스프링 39: 축

40: 감속오옴기어 41: 시간환원 솔레로이드

42: 장 볼트회전봉 43: (42)의 결합너트

44: 직사각 부력 스위치판 45: 부구

46: (44)와의 도통부 47: (46)의 접전판

48: 유연성 전선 49: 밸브용 솔레로이드

50: (51)과의 작동용 촉 51: 시간환원용 스위치

51': (51)의 작동부 52: 하강중단지시부

53: (51)과의 작동부 54: (52)와 (53)의 연결레바

55: 코일스프링 56: 코일스프링

57: 판스프링 58: (54)의 거리조절너트

59: 플라스틱 절연도르래 60: 추

61: (54)의 삽입공 62: (42)의 삽입너트공

63: (29)의 끝부분의 회전 진행점 64: (29)의 돌출부

65: 액체(물) 66: 투명, 외벽

67: 직사각형 기둥 68: 액체의 출입구69: 바람개비 70: 천세력

※각 축수(軸受)부분 등은 복잡성을 피하기 위해 미도시(未圖示)하였고, 견학을 목적으로 중요부분은 투명성 재질로 제작해야 함.

첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 가동타임 스위치를 누르면 도1의 숨겨져 있는 솔레로이드(23)는 통전되므로 인장스프링(24)과 나란히 부착된 레바(31')를 당기게 되니(31')에 고착한 손잡이 겸 축(31)을 중심으로 하여 약간 하향회전하면서((31)과 인형의 손이 고착되어 있고, 손과 몸도 고정되었음) 의자(32)에 앉아 쉬고 있는 인형이 일어서게 되고(완충기(31")를 부착하여 동작이 유연함), 크랭크(2기동용)(25)의 축에 감속옴기어를 설치하고 모터로서 저속으로 회전하게 한다(숨겨진 곳에 설치하였음). (25)가 회전하니까 크랭크의 작용으로 놋드레바(37)가 한쪽 끝은 고정된 축(37")에 부착한 페달(37')을 밀고 당겨서 2개의 페달(37')이 교대로 상하로 왕복하여, 페달 위에 올려 놓은 인형의 두 다리는 도1과 같이 엉덩이, 무릎고뱅이, 발목 등의 3곳에 지지하고 있는 축이 일직선이 아니기 때문에 꼬부러졌다 펴졌다 하게 된다.

크랭크(25)의 축에 삽입한 바퀴(보이지 않음)와 양수용 바퀴(28')에 벨트(27)를 걸어서 회전시키고 컵승강기용 바퀴(28)도(28')과 동일한 축이므로 회전하는데, (28)에 걸려 있는 벨트(30)에 부착시킨 특수형태의 컵(29)이 상승하게 된다. 빈컵(29) (내용물을 쏟은 것)은 거꾸로 되어 밑으로 내려가 돌면서 바로 서서 올라올 때 도 5와 같이 액체가 액체의 출입구(68)의 점선의 밑부분까지만 담겨져서 올라온다. 가장 높은 곳에 올라가면 도 5의 옆으로 누워있는 컵(29')처럼 액체가 컵(29)의 돌출부(64) 부분에서 쏟아져 내리게 되며 조금 더 내려가서 점선으로 그려놓은 컵(29) 위치에서는 100% 완전히 공동저수조(1) 내에 쏟아져 내린다(컵(29) 내의 출입구는 점선으로 표시한 액체의 출입구(68) 구간뿐이다.) 기존의 승강기 방식에서는 바가지의 올라가는 속도가 빠르거나 느리면 바가지에 담긴 내용물이 밑으로 다시 내려가는 결점이 있으나 이 방법은 속도가 아주 늦어도 한방울의 물도 밑으로 되돌아 내려가지 않는 것이 특징이다.

양수된 액체가 공동저수조(1)의 조정밸브(8)를 통과하여 통물방아(9)의 꼬리부분의 물통에 고여지면 무거워지니까 허리의 축을 중심으로 하여 내려가고 반면에 머리부분은 올라가게 된다. 내려간 물통은 기울어졌으므로 액체가 쏟아지니까 가벼워져서 올라오게 되므로 방아(9) 머리는 밑으로 떨어지게 되는 것이다.

쏟아진 액체는 물레방아 저수조(2)에 모이고 다시 수문조절판(10)의 수문을 통하여 내려와서 수차(11)를 회전시키고, 그 회전력으로 물레방아(12)의 머리의 반대편을 누르면서 회전하니까 (12)가 올라갔다 떨어지게 되는 것이다.

터빈의 수로(13)를 통과한 급류(急流)의 액체는 터빈(14)를 회전시키고 이 동력으로 정미기(15)를 벨트로서 회전시키고 또 송풍기(16)를 가동시켜 왕겨를 날려보낸다. 양수과정 중에 공동저수조(1)의 액체가 과다하게 많을 때에는 잔여수(殘餘水) 퇴출관(33)를 통하여 물레방아저수조(2)에 내려온다. 물레방아저수조(2)에 액체가 과다할 때에는 액체를 넣은 추(6)와 연동되여 있는 스위치(7)가 OFF되여, 인형은 양수작업을 중지하면서 의자(32)에 내려앉아 휴식을 취하게 되는데, 본 휴식작용은 스위치(7)와 연결된 솔레로이드(23)는 단전되니까 해탈하게 되고 솔레로이드(23)에 연동된 레바(31')는 상승하고 손잡이 겸 축(31)을 붓잡고 있는 인형은 하강하여 의자(32)에 앉게 된다. 대형인장스프링(24)의 역할은 인형의 체중을 거의 들어올릴 수 있을정도의 강도를 유지시켜서 인형을 일으키는 솔레로이드(23)는 소형화할 수 있어 절전이 되는 것이고 물론 이 솔레로이드(23)도 이중코일로 하고 작동 후 1개 코일은 차단토록 한다.

장식을 목적으로한 인형은 앉으나 서나 불규칙하게 좌우를 번갈아 돌아다 보게 하고 또 담뱃불의 점멸과 눈을 깜빡하는 전류도 불규칙하게 통전되도록 몸 속에 설치하면 되고 또 관람객이 좌 또는 우측에서 벨을 누르거나 소리를 지를 때 돌아다 보게 하는 것도 머리속에 설치하면 된다.

물시계의 공급수조(3)에 일정수위부력밸브(19)를 설치하여 시간조절밸브(20)에 일정한 수압을 유지토록 하였다. 시간조절밸브(20)를 통과한 액체는 수위계측사각투명기둥(21)내에 떨어져 모이게 되고 그 높이를 인접한 시계문자판(22)으로 시간을 알리게 된다. 그러나 계절에 따른 기온 차이로 시간이 맞지 않으므로 문자판(22) 뒤에 별도의 기구를 제작하여 병설(竝設)하였는데 그 구조는 도 3의 일정속도모터(36)와 수정진동, 초·저속모터(35)부를 일체(一體)로 고정시키고 축(39)를 중심으로 하여 코일스프링(38)으로 시간계측용 기어(A)의 뒤축을 밀어서 감속옴기어(40)에 맞물리게 된다. 모터(35)가 회전하니까 (40)에 삽설(揷設)한 장볼트 회전봉(42)이 회전하고 여기에 삽입된 너트(43)에 의하여 동체(同體)인 직사각부력스위치판(44)이 서서히 상승한다. 그 속도는 시계문자판(22) 물시계의 시간과 동일하다. 시간조절밸브(20)를 통하여 내려오는 액체가 과다하여 시간이 빨라지려고 할 때에는 부구(45)가 상승하여 (46)과 (47)이 접촉되는데 여기에 저(底)전류를 통전시켜서 별도의 릴레이를 작동시켜 밸브용 솔레로이드949)를 열리게 하여 과다한 분량의액체만 배출시키면 닫히게 된다((21)과 (67)내의 액체는 저부에서 왕래하고, (47)과 (44)는 절연상태로 결합함).

직사각형부력스위치판(44)이 상승하여 시계문자판(22)이 12시 59분이 되면, 도 2의 (50)이 (51')를 올려밀어서 시간 환원용스위치(51)가 ON이 되어 시간환원솔레로이드(41)가 (A)부분을 당겨서 (40)과의 결합을 해탈시킴과 동시에 (B)가 결합되면서 일정속도모터(36)가 회전하여 (40)을 역회전시켜 (44)를 하강시킨다(소요시간 1분). 이때에 밸브(49)도 열리므로 양쪽(21)과 (67)내의 액체가 전부 배출된다. (44)가 문자판(22)의 1시 위치까지 하강하면 (44)가 (52)를 눌러서 (52)에 연결된 레바(54)에 반대편에 (53)이 ON으로 인해 올라가 있는 (51')을 내려 눌러서 스위치(51)가 OFF되니까 모든 과정이 멈춰져서 원상복귀되며 1시부터 다시 시간을 계측하게 된다. 우천시나 심야에는 관람객이 없으므로 인형이 양수작업을 하지 않아 공동저수조(1)의 액체가 조금있을 때에는 무게를 첨부한 부구(4)가 하강하므로, 스위치(5)가 ON이 되어서 인형이 잠시만 양수하여 수조(1)의 중간위치까지 양수가 되면 부구(4)의 부력으로 스위치(5)를 OFF시켜 양수는 중단된다. 이로인해 물시계의 급수는 항시 중단되지 않는다.

견학에 도움을 주기 위하여 수조(1)에는 부력을 응용한 스위치, 수조(2)에는 중량 차이를 응용한 스위치를 시도하였는데도 1에 물을 넣은 추(6)의 상대방에는 곱절이 되도록 추(6)를 2개를 달아 놓아서 그 쪽으로 기울어지나 저수조(2) 내의 물이 높아지면 높아질수록 그 쪽에 두 개의 추가 더 떠올라오게 된다. 그 원리는 2개의 추는 상대방에 비해 무거움으로 반쯤 물속으로 들어가게 되는데 물속에 잠겨진 두 개의 추(6) 속에 물은 같은 물이므로 비중이 같아서 무게는 비겨서 없어지는 것인데 수면위에 올라와 있는 2개의 추(6)내의 물을 합친 것이 수조(2)의 바깥에 매달린 1개의 추속에 물무게와 동일하게 되는 것이다. *여기에 소요되는 액체는 부동액을 사용하여야 함.

본 발명은 주로 자라나는 청소년들의 교육에 도움을 주는 것을 주 목적으로 하여 자연의 유체(流體)학적, 역학적, 역사학적 도움이 되는 것으로서 물시계는 일정한 시간을 구하려고 출수공을 정확하게 조정하기 위한 시간조절밸브(20)에 항상 똑같은 압력을 가하기 위하여 일정수위 부력밸브(19)를 설치하고 시간을 알리고저 수위계측사각투명기둥(21)과 시계문자판(22)을 이용한 것이며 인류의 발달과정에서 통물방아(9)는 만여년전에 절구(손으로 찧는 것)로 찧는 것을 발전시켜 인간을 다소 편안하게 하였고, 그후 약 2천여년 전에 능률을 올릴 수 있는 수차(11)를 개발하여 2개의 물레방아(12)로서 더욱 호평을 받았다. 그러나 왕겨를 분리시키는 과정도 역시 손으로 키를 사용하였는데 이것을 80여년전까지 사용해 왔다. 그후 현대식 터빈(14)을 이용한 회전식 정미기(15)로 도정하여 송풍기로 현미와 왕겨를 분리시키는 능률적인 기계방식으로 발전되였다.

자동적으로 작동시키기 위한 각 스위치(5)(7)(51)는 일부러 각각 다른 3가지 방식을 채택하여서 교육상 도움이 많이 될 것인데 즉, 스위치(5)는 부력을 응용한 것이고 스위치(7)은 무게의 차이를 채택하였고, 스위치(51)는 이동하는 물체를 응용한 것이다. 양수과정에 있어서 늠늠한 청년이 활력있게 두발로 젊음을 과시하며, 양수할 때에 승강기 상부에서 한컵, 한컵 조리있게 쏟아지게 하는 것이며, 앉아서 휴식을 취할 때에도 좌우를 살피며 담배를 피우는 그 모습 등이 생동감을 불러일으킴으로 교육용으로도 좋을뿐더러 장식용으로도 좋은 작품이 될 것이다.

Claims (2)

1. 물시계의 공급수조(3)내에 일정수위부력밸브(19)를 설치하고 수위계측사각 투명기둥(21)과 그 곁에 시계문자판(22)을 설치하고, 시간조절밸브(20)로서 급수하여 시간을 계측하도록 하고 그 후면에 (67)을 병설(竝設)하여 일정속도 모터(36)와 수정진동, 초·저속모터(35)를 일체(一體)로 고정시키고 축(39)을 중심으로 하여 코일스프링(38)으로 시간계측용 기어(A)의 뒤축을 밀어서 감속오옴기어(40)에 맞물리도록 하고 저속모터(35)를 가동시켜 (40)에 삽설(揷設)한 장볼트(42)를 회전시켜 여기에 삽입된 너트(43)와 동체인 직사각부력스위치판(44)을 서서히 상승시킬 때 (20)을 통하여 내려온 물이 과다할 때에 부구(45)가 상승하여 (46)과 (47)이 접촉될 때에 그것에 전류를 통과시켜 릴레이를 거쳐 밸브(49)를 열어서 과다한 량만 배출시킨 후 닫히고 (44)가 (22)의 시간이 12시 59분이 되었을 때 (50)이 (51')를 밀어 올려서 (51)이 ON이 되어 (41)이 (A)부분을 당겨서 (40)과의 결합을 해탈시킴과 동시에 (B)가 결합되면서 (36)이 회전하여 (40)을 역회전시켜서 (44)가 하강토록 하고 동시에 밸브(49)를 열어서 (21)과 (67)내의 액체를 전부 배출하도록 하고 (44)가 (22)의 1시 스위치에 하강할 때 (52)를 눌러서 반대편에 (53)이 ON으로 인하여 올라가 있는 (51')를 내려눌러서 스위치(51)가 OFF되니까 그 작동은 멎고 한시(1시)부터 다시 시간을 계측하는 것으로 구성함을 특징으로 하는 정확한 물시계.
2. 제1항에 있어서 액체를 공급하기 위하여 가동스위치를 누르면 솔레로이드(23)는 레바(31')를 당겨 이에 고착한 손잡이겸 축(31)을 중심으로 약간 하향회전하면서 (31)에 고착한 손에 붙은 몸이 올라가 서게 되고 크랭크(25)의 축을 모터로서 감속하여 회전시키고 크랭크(2기둥용) (25)의 회전작용으로 2개의 페달(37')을 윤번제로 상하 왕복운동을 시켜서 여기에 올려놓은 두 다리를 꼬부라졌다 펴졌다 하게 하고 크랭크(25)의 축의 회전력으로 승강기 상부의 양수용 바퀴(28')를 회전시킬 때 벨트(30)에 부착한 특수형태의 컵(29)들이 거꾸로 되어 하부로 내려가 돌아서 바로 서면서 액체를 담아 올라올 때 컵(29)의 액체의 출입구(68)의 점선구간의 하부지점까지만 담겨지도록 하고 컵(29)이 상부에 올라가서 기울어지며 액체가 쏟아질 때 (29)의 돌출부(64) 부분에서만 낙하하도록 특수형태의 컵(29) 등으로 구성한 것을 특징으로 하는 물시계와 인력양수기.