KR100555888B1 - 부력과 중력을 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부력과 중력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 저장하는 담수조와, 담수조 내로 물이 유입되면 부양력에 의해 상승하고, 물이 배출되면 그 자체의 중력에 의해 하강하도록 담수조 내에 설치된 부양체와, 담수조의 바닥면에 고정적으로 설치되고 피스톤 로드가 부양체와 연결되어 부양체의 상승 및 하강의 운동에 따라 신장 및 축소되면서 피스톤을 작동시켜 실린더 내부의 유체에 압력을 가하는 복수개의 유압 실린더와, 일단은 유압 실린더의 상단 일측에 실린더 내부와 연통되도록 설치되고, 타단은 유압 실린더의 하단 일측에 실린더 내부와 연통되도록 설치되며, 유압 실린더의 피스톤 작동에 의한 압력에 따라 유체가 일방향 또는 역방향으로 이송되는 관로와, 관로의 일부분에 설치되어 유체가 관로를 따라 일방향 또는 역방향으로 이송될 때 어느 한 부분에서는 유체가 일방향으로만 흐를 수 있게 하는 바이패스 밸브와, 관로 상에서 유체가 일방향으로만 흐르는 부분에 설치되어 유체의 이송력에 의해 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바, 담수조에 물이 유입/배출되고, 이로인해 부양체가 상승 및 하강되는 부력과 중력을 통해 전기 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 부양체를 해안에 방치되어 있는 폐선박 및 범선등을 재활용하여 사용할 수 있으며, 내부의 공간을 용도에 따라 주거 및 카페등의 상업용 등으로 다양하게 활용할 수 있다.

부력, 중력, 부양체, 피스톤 로드, 실린더, 발전기

Description

부력과 중력을 이용한 발전장치{GENERATE APPARATUS USING GRAVITY AND BUOYANCY}

도 1은 종래의 담수를 이용한 발전장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치의 제 1실시예를 개략적으로 도시한 측면도,

도 3은 도 2에서 부양체가 상승한 작동 상태를 나타낸 측면도,

도 4는 도 3의 정면도,

도 5는 본 발명에 사용되는 바이패스 밸브의 유체 흐름도,

도 6은 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치의 제 2실시예를 개략적으로 도시한 정면도,

도 7은 도 6에서 부양체 및 유압 실린더가 설치된 상태를 도시한 사시도,

도 8은 본 발명에 대한 제 2실시예의 작동도,

도 9는 본 발명의 담수조 수문을 계략적으로 나타낸 측단면도.

◎ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ◎

10 : 물 20 : 담수조

20-1 : 1차담수조 20-2 : 2차담수조

30 : 부양체 32 : 베이스 프레임

34 : 고정 지지대 36 : 아암

40 : 유압 실린더 50 : 이송관

50a : 제 1이송관 50b : 제 2이송관

60 : 바이패스 밸브 70 : 발전기

80 : 오일탱크 100 : 수문

본 발명은 부력과 중력을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 일정양의 물을 유입할 수 있도록 수문이 설치된 담수조 내에 물이 유입되면 부력에 의해 상승하고, 배출되면 중력에 의해 하강하는 부양체의 하부에 유압 실린더를 연결 설치하여, 부양체의 상승 및 하강으로 인해 유압 실린더내의 유압으로 발전기의 터빈을 돌려 에너지를 생산하는 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 생산하는 방법으로는 화력, 수력, 원자력 또는 조력을 이용한 대규모 발전과 풍력 및 태양에너지를 이용한 소규모 발전이 있다.

그러나, 화력 발전과 원자력 발전의 경우, 대기 오염과 방사능 유출 우려가 있어 일반인이 기피하는 경향이 있고, 풍력 발전의 경우 많은 양의 전기를 발전하려면 매우 큰 공간이 필요하고, 바람이 적정하게 불어 주어야만 하는 지역적 한계가 크다.

또한, 수력 발전은 하천의 본류를 막아 만든 댐의 고낙차에 의해 발전하므로 일부지역에 국한되어 전국적으로 전기가 필요한 곳에 공급할 수 없으며, 조력 발전은 조수간만의 차가 심한 해안에 댐을 건설하고 바다와 연한 댐의 일정위치에 스크류 형식의 발전터빈을 설치하여 만조시 저장된 해수를 상기 발전 터빈을 통하게 함으로서 전기를 얻을수 있도록 한 것이므로 이는 간조시에는 저수지내의 수위보다 바다의 수위차가 있어 발전이 가능하나 상기 수위가 같아지는 만조시에는 발전이 불가능 하였으며 특히 공사비에 비해 전력의 발전량이 미비하여 경제성이 낮은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 최근에는 물위에 부상하는 부구의 부력을 이용한 부구의 부상압력과 부구의 자중에 의한 하강압력을 발전에 이용하므로서 비교적 간단한 장치로 많은 발전량을 얻고 해안가나 호수등 물이 있는 곳이면 어느 곳이나 간단히 설치하여 실용성과 경제성이 있는 부력과 중력을 이용한 발전장치가 사용되고 있다.

이러한 발전장치의 일예가 대한민국 등록실용신안 제 247571호에 개시되어있으며, 종래의 발전장치는 이를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

해수면(1) 주변에 해수면(1) 아래로 약 50~80m깊이로 설치되는 담수조(2)와, 전기 담수조(2)의 내부에 좌우 유동없이 상하 이동만이 가능하도록 설치하는 부양체(3)와, 상면 양측에 입설된 랙기어(4)와, 이에 치합되는 발전설비(6)의 피니언기어(5)으로 이루어져 부양체(3)의 승강시 발전설비(6)를 가동시키는 회전부와, 부양체(3)의 물을 해수면으로 배수하는 펌프(7)와 배수관(8)으로 이루어진 배수장치와, 해수면(1)과 담수조의 최저부를 연결하는 수로(9)에 설치되는 수차식 발전기(11)로 구성된다.

수로(9)에 설치된 밸브(10)를 열어 수로(9)를 개방하면 수로(9)에 설치된 수차를 회전시켜 발전기(11)를 작동시키므로 1차 전기를 생산하고, 담수조(2)에 유입된 물의 수위가 상승함에 따라 부양체(3)가 상승됨과 동시에, 이의 상면 외주에 설치된 랙기어(4)가 상승되어 이와 치합된 피니언기어(5)을 회전시키게 되므로서 피니언(5)과 연결된 발전 설비(6)를 구동시켜 전기를 생산하게 된다.

이어서 담수조(2)의 수위면이 만수위가 되면 부양체(3)의 상승압력이 소멸되어 끝나게 되며, 이때 수로(9)의 밸브(10)를 차단한 상태에서 제3의 전력으로 펌프(7)를 가동시켜 수위가 낮아지면서 부양체(3)가 빠르게 하강하여 랙기어(4)에 의해 피니언기어(5)을 회전시켜 발전설비(6)를 가동하여 전기를 생산하게 된다.

그러나 이러한 발전장치는 랙기어와 피니언기어에 맞물려 구동하면서 동력을 전달하기 때문에, 일정기간이 지나면 기어가 마모되는 현상이 생기고, 이로인해 고장이 빈번하게 발생되는 문제점이 있다.

또한, 담수조 내로 유입된 물을 배출하기 위하여 별도의 전력을 사용하여 펌프를 가동시키기 때문에 필요 이상의 전력 소모가 생기는 문제점이 있다. 즉 전기를 생산하는 것과 동시에 전력을 소모하기 때문에 비효율적인 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 제반되는 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 담수조내에 설치되어 유입되는 물과 자중에 의해 상승 및 하강하면서 그 동력으로 유압 실린더를 작동시켜 유체의 흐름을 이용해 발전기를 구동시키 는 부력과 중력을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 담수조 내의 물을 배출시킬 때 별도의 전력을 사용하지 않고, 물의 압력 차를 이용해 담수조 내의 물을 배출시킬 수 있도록 한 부력과 중력을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.

상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치는 수문을 통해 유입된 물을 저장하는 담수조와, 상기 담수조 내로 물이 유입되면 부력에 의해 상승하고, 물이 배출되면 그 자체의 중력에 의해 하강하도록 담수조 내에 설치된 부양체와, 상기 담수조의 바닥면에 고정적으로 설치되고, 피스톤 로드가 상기 부양체와 연결되어 부양체의 상승 및 하강의 운동에 따라 신장 및 축소되면서 피스톤을 작동시켜 실린더 내부의 유체에 압력을 가하는 복수개의 유압 실린더와, 일단은 상기 유압 실린더의 상단 일측에 실린더 내부와 연통되도록 설치되고, 타단은 상기 유압 실린더의 하단 일측에 실린더 내부와 연통되도록 설치되며, 유압 실린더의 피스톤 작동에 의한 압력에 따라 유체가 일방향 또는 역방향으로 이송되는 이송관과, 상기 이송관의 일부분에 설치되어 유체가 이송관을 따라 일방향 또는 역방향으로 이송될 때 어느 한 부분에서는 유체가 일방향으로만 흐를 수 있게 하는 바이패스 밸브와, 상기 이송관 상에서 유체가 일방향으로만 흐르는 부분에 설치되어 유체의 이송력에 의해 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치는 수문을 통해 유입된 물을 저장하는 담수조와, 상기 담수조 내로 물이 유입되면 부력에 의해 상승하고, 물이 배출되면 그 자체의 중력에 의해 하강하도록 담수조 내에 설치되고, 양측 상면에는 다수개의 브라켓이 상방향으로 연장 설치된 부양체와, 상기 담수조 양측의 상면에 고정지지대를 통해 중심부가 핀 결합되며 회전 가능하게 설치되고, 일단은 상기 부양체의 브라켓과 회전 가능하게 결합된 아암과, 상기 담수조의 외측 바닥면에 고정적으로 설치되고, 피스톤 로드가 상기 아암의 타단과 회전 가능하게 연결되며 아암의 회동에 따라 신장 및 축소되면서 피스톤을 작동시켜 실린더 내부의 유체에 압력을 가하는 복수개의 유압 실린더와, 일단은 상기 유압 실린더의 상단 일측에 실린더 내부와 연통되도록 설치되고, 타단은 상기 유압 실린더의 하단 일측에 실린더 내부와 연통되도록 설치되며, 유압 실린더의 피스톤 작동에 의한 압력에 따라 유체가 일방향 또는 역방향으로 이송되는 이송관과, 상기 이송관의 일부분에 설치되어 유체가 이송관을 따라 일방향 또는 역방향으로 이송될 때 어느 한 부분에서는 유체가 일방향으로만 흐를 수 있게 하는 바이패스 밸브와, 상기 이송관 상에서 유체가 일방향으로만 흐르는 부분에 설치되어 유체의 이송력에 의해 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 구성된다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 대한 발전장치는 조수간만의 차가 있는 바닷가나 강, 하천, 하수종말처리장 또는 아파트와 같은 대단위 인구 밀집 지역 등과 같이 대량의 물을 보유 할 수 있는 곳이라면 어디든지 설치가 가능하다. 그리고, 물의 양, 발전 용량 및 지역의 특성에 따라 가장 적합한 방법을 선택하면 된다.

먼저, 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치의 제 1실시예를 설명한다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치의 제 1실시예를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 3은 도 2에서 부양체가 상승한 작동 상태를 나타낸 측면도이며, 도 4는 도 3의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 사용되는 바이패스 밸브의 유체 흐름도이다.

첨부된 도 2와 도 4를 참조하면, 본 발명은 담수조(20), 부양체(30), 유압 실린더(40), 제 1압력조절밸브(44), 제 2압력조절밸브(46), 이송관(50), 바이패스 밸브(60), 발전기(70) 및 오일탱크(80)로 구성된다.

담수조(20)는 대용량의 물을 저장할 수 있는 저장부로서, 일측 하단에는 수문(100)이 설치되어 물의 유입양을 조절할 수 있도록 구성된다. 담수조(20) 내의 상부에는 규모에 따라 대형 구조물과 소형 구조물로 이루어진 부양체(30)가 설치된다.

여기에서 부양체(30)는 해변에 방치되어 있는 폐선박 및 범선등을 재활용하여 사용하는 것이 바람직하나, 별도로 제작하여 사용할 수도 있다. 그리고 이용 목적에 따라 다양한 형상을 갖도록 개조하여 주거 및 카페등의 상업용의 목적으로 이용할 수 있다.

담수조(20) 내에는 피스톤 로드(41)와 피스톤(43) 및 실린더 몸체(42)로 구성된 유압 실린더(40)가 길이방향을 따라 소정의 간격을 두고 다수개가 설치된다.

각각의 피스톤 로드(41)는 상기 부양체(30)의 하부와 연결된다. 따라서 부양체(30)의 상하운동을 하면, 피스톤 로드(41)가 신장 축소되면서 피스톤(43)을 작동 시켜 실린더 몸체(42) 내의 유체에 압력을 가하게 된다.

각각의 실린더 몸체(42)의 상단 일측에는 실린더몸체(42) 내부와 연통되도록 제 1이송관(50a)이 설치되고, 실린더 몸체(42)의 하단 타측으로는 실린더 몸체(42)의 내부와 연통되도록 제 2이송관(50b)이 연결 설치되며, 제 1이송관(50a)과 제 2이송관(50b)이 서로 연결된다. 그러므로, 피스톤(43)이 작동되므로서 유체에 압력을 가하게 되면, 유체는 제 1이송관(50a)을 통해 제 2이송관(50b)으로 이송되거나, 제 2이송관(50b)을 통해 제 1이송관(50a)으로 이송된다. 그리고 각각의 유압 실린더(40)에서 연장된 이송관(50)은 모두 하나의 이송관(50)으로 모여지게 되어 유체가 하나의 이송관(50)을 통해 이송된다.

그리고 유압 실린더(40)와 이송관(50)이 연결되는 부분에는 실린더 몸체(42)에서 배출되는 유체의 압력을 조절하는 제 1압력조절밸브(44)가 설치된다.

제 1압력조절밸브(44)는 부양체(30)의 상승 또는 하강할 때 물의 유입량을 고려하여 부력에 의한 상승속도와 중력에 의한 하강속도를 조절해 주는 역할을 한다. 또한, 부양체(30)가 주거용 또는 상업용 등으로 활용이 되는 관계로 인해 부양체(30)의 무게 중심이 유동되어 외부 요인으로 인해 부양체(30)의 수평무게 중심이 어긋나게 되는 것을 제 1압력조절밸브(44)에서 압력을 조절하여 부양체(30)가 물에 대하여 수평으로 상승 및 하강되도록 한다.

그리고, 유체가 한 곳에 모이는 부분의 제 1이송관(50a) 및 제 2이송관(50b) 에는 제 2압력조절밸브(46)가 설치된다. 제 2압력조절밸브(46)는 모여진 유체가 하나의 이송관(50)을 통해 이송될 때 이 유체의 압력을 조절하는 역할을 한다.

그리고, 제 1이송관(50a)과 제 2이송관(50b)에서 제 2압력조절밸브(46)를 통과한 유압유가 어느 일방향으로 흐를수 있도록 하는 바이패스 밸브(60)가 설치된다.

도 5를 참조하여 바이패스 밸브(60)의 구조를 설명하면, 제 1이송관(50a) 라인상에는 는 제 1밸브(60-1)와 제 2밸브(60-2)가 구비되며, 제 2이송관 라인상에는 제 3밸브(60-3)와 제 4밸브(60-4)가 구비된다. 제 1밸브(60-1)와 제 2밸브(60-1)는 제 1연결관(60-5)을 통해 연결되고, 제 3밸브(60-3)와 제 4밸브(60-4)는 제 2연결관(60-6)에 의해 연결된다. 또한, 제 3밸브(60-3)와 제 2밸브(60-2)는 제 3연결관(60-7)에 의해 연결되고, 제 4밸브(60-4)와 제 1밸브(60-1)는 제 4연결관(60-8)으로 연결된다.

이러한, 바이패스 밸브(60)는 부양체(30)의 부력으로 인하여 실린더 몸체 상단에 연결된 제 1이송관(50a)으로 유압유가 배출되면, 바이패스 밸브(60)의 제 1밸브(60-1)와 제 2밸브(60-2)를 연결하는 제 1연결관(60-5)을 통해 발전기(70)의 유입구(72)로 유입되고 발전기(70)의 배출구(74)를 통해 이송된 유압유는 바이패스 밸브(60)의 제 4밸브(60-4)와 제 3밸브(60-3)를 연결하는 제 2연결관(60-6)을 통해 실린더 몸체(42)의 하단에 연결되어 있는 제 2이송관(50b)을 통해 실린더 몸체(42)로 유입된다. 이때 제 1밸브(60-1)의 일측으로 제 4밸브(60-4)와 연결된 제 4연결관(60-8)과, 제 2밸브(60-2)의 일측으로 제 3밸브(60-3)와 연결된 제 3연결관(60- 7)은 차단된다.

또한, 부양체(30)의 자중으로 인하여 실린더 몸체(42)의 하단에 연결된 제 2이송관(50b)으로 유압유가 배출되며, 바이패스 밸브(60)의 제 3밸브(60-3)와 제 2밸브(60-2)를 연결하는 제 3연결관(60-7)을 통해 발전기(70)의 유입구(72)로 유입되고 발전기(70)의 배출구(74)를 통해 이송된 유압유는 바이패스 밸브(60)의 제 4밸브(60-4)와 제 1밸브(60-1)를 연결하는 제 4연결관(60-8)을 통해 실린더 몸체(42)의 상단에 연결되어 있는 제 1이송관(50a)을 통해 실린더 몸체(42)로 유입된다. 이때에는, 제 1밸브(60-1)의 일측으로 제 2밸브(60-2)와 연결된 제 1연결관(60-5)과, 제 4밸브(60-4)의 일측으로 제 3밸브(60-3)와 연결된 제 2연결관(60-6)은 차단된다.

상기 바이패스 밸브(60)를 통과한 유압유가 발전기의 터빈을 회전시키도록 이송관(50)에는 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기(70)가 설치된다.

즉, 발전기(70)는 유체를 유입할 수 있는 유입구(72)와 터빈을 회전시킨 후 유체를 배출할 수 있는 배출구(74)가 구비되며, 유입구(72)에는 제 1이송관(50a)이 연결되고 배출구에는 제 2이송관(50b)이 연결된다.

따라서 유입구(72)를 통해 유입된 유체는 발전기(70)의 터빈을 회전시킨 후 배출구(74)를 통해 배출되어 제 2이송관(50b)을 통해 제 2이송관(50b) 상에 마련된 오일탱크로 이송된다.

이 오일탱크(80)는 발전기(70)의 터빈을 회전시키는 작동 등으로 인해 유체가 소모되는 유량을 보충해 주는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

담수조(20) 내로 물이 유입되기 전에는 도 2에 도시된 바와 같이 부양체(30)가 담수조(20)의 하부에 위치하고 있다.

이 상태에서 밀물 등으로 인해 담수조(20) 내로 물이 유입되면 , 도 3에 도시된 바와 같이 수위가 높아지면서 부양체(30)가 상승한다.

따라서, 부양체(30)에 연결된 피스톤 로드(41)가 신장하게 되고, 피스톤 로드(41)의 신장으로 인하여 실린더 몸체(42) 내에 있는 유체에 압력이 가해지게 된다. 그러면 유체는 실린더 몸체(42) 상단에 설치된 제 1압력조절밸브(44a)에 의해 일정 압력을 유지된 상태로 각각의 제 1이송관(50a)으로 배출된다. 그리고 각각의 제 1이송관(50a)을 통해 이송되는 유체는 하나의 제 1이송관(50a)으로 보내진 상태에서, 제 2압력조절밸브(46a)를 통해 2차적으로 압력이 조절된다 제 2압력조절밸브(46a)를 통과한 유체는 바이패스 밸브(60)를 통해 발전기(70)의 유입구(72)로 유입된다. 그리고 유입구(72)로 유입된 유체는 일정한 압력으로 발전기(70)의 터빈을 회전시킨 후 배출구(74)로 배출된다. 이때 터빈이 회전하면서 에너지를 생산하게 된다.

발전기(70)를 구동시킨 유압유는 배출구(74)를 통하여 오일 탱크(80)로 이송된 후, 제 2이송관을 통해 바이패스 밸브(60)를 통과한 상태에서 실린더 몸체(42) 하단으로 유입된다.

이해를 돕기 위해 첨부된 도 5를 참조하면, 바이패스 밸브를 통한 유체의 흐 름을 설명하면 다음과 같다. 실선으로 표시된 화살표의 방향은 부양체의 상승에 따른 유체의 흐름을 나타낸 것이고, 점선으로 표시된 화살표의 방향은 부양체의 하강에 따른 유체의 흐름을 나타낸 것이다.

제 2압력조절밸브(46a)에서 조절된 유체는 바이패스 밸브(60)의 제 1밸브(60-1)를 거쳐 제 1연결관(60-5)을 통해 제 2밸브(60-2)를 경유하여 발전기(70)로 유입구(52)로 유입되어 유체의 유압으로 발전기(70)의 터빈을 회전시켜 에너지를 생산한다. 터빈을 회전시킨 유체는 발전기(70)의 배출구(74)와 연결된 제 2이송관(50b)을 통해 오일탱크(80)를 경유하여 바이패스 밸브(60)의 제 4밸브(60-4)를 거쳐 제 2연결관(60-6)으로 이송되어 제 3밸브(60-3)에 의해 제 2이송관(50b)상에 설치된 제 2압력조절밸브(46b)를 거쳐 각각의 실린더 몸체(42) 하단에 설치되어 있는 제 1압력조절밸브(44b)를 통해 실린더 몸체(42) 내로 유입된다.

이어서 담수조(20)내로 유입된 물이 만수위가 되어 부양체(30)의 상승이 정지되면 부력에 의한 발전이 끝나게 된다.

다음으로 담수조(20)내로 유입된 물이 썰물 등과 같이 수문(100)을 통해 배출되면, 수위가 낮아지면서 부양체(30)가 자중에 의해 하강하게 된다.

따라서, 부양체(30)에 연결된 피스톤 로드(41)가 축소되고, 피스톤 로드(41)의 축소로 인하여 실린더 몸체(42) 내에 있는 유체에 압력이 가해지게 된다. 그러면 유체는 실린더 몸체(42) 하단에 설치된 제 1압력조절밸브(44b)에 의해 일정 압력을 유지된 상태로 각각의 제 2이송관(50b)으로 배출된다. 그리고 각각의 제 2이송관(50b)을 통해 이송되는 유체는 하나의 제 2이송관(50b)으로 보내진 상태에서, 제 2압력조절밸브(46b)를 통해 2차적으로 압력이 조절된다 제 2압력조절밸브(46b)를 통과한 유체는 바이패스 밸브(60)를 통해 발전기(70)의 유입구(72)로 유입된다. 그리고 유입구(72)로 유입된 유체는 일정한 압력으로 발전기(70)의 터빈을 회전시킨 후 배출구(74)로 배출된다. 이때에도 터빈이 회전하면서 에너지를 생산하게 된다.

상기 바이패스 밸브(60)는 제 2압력조절밸브(46b)에서 일정압력으로 조절되어 이송된 유체를 바이패스 밸브(60)의 제 2이송관(50b) 라인상에 구비된 제 3밸브(60-3)에 의해 제 3연결관(60-7)을 거쳐 제 1이송관(50a) 상에 마련된 제 2밸브(60-2)를 통해 유체를 이송시켜 발전기(70)의 터빈을 돌려 에너지를 생산한 후, 배출구(74)에 연결된 제 2이송관(50b)을 거쳐 오일탱크(80)를 경유한 후, 바이패스 밸브(60) 제 2이송관(50a) 상에 마련된 제 4밸브(60-4)에 의해 제 4연결관(60-8)을 유동하여 제 1이송관 (50a) 상에 마련된 제 1밸브(60-1)를 통과하여 제 1이송관(50a)상에 설치된 제 2압력조절밸브(46a)를 거쳐 각각의 실린더 몸체(42) 상단에 설치되어 있는 제 1압력조절밸브(44a)를 통해 실린더 몸체(42) 내로 유입된다.

한편, 도 6내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 2실시예를 설명한다.

첨부된 도 6은 본 발명에 따른 부력과 중력을 이용한 발전장치의 제 2실시예를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 7은 도 6에서 부양체 및 유압 실린더가 설치된 상태를 도시한 사시도이며, 도 8은 본 발명에 대한 제 2실시예의 작동도이고, 도 9는 본 발명의 담수조 수문을 계략적으로 나타낸 측단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 발전장치는 담수조(20), 부양체(30), 브라켓(33)(35)고정지지대(34), 아암(36), 유압 실린더(40), 제 1압력조절밸브(44), 제 2압력조절밸브(46), 이송관(50), 바이패스 밸브(60), 발전기(70) 및 오일탱크(80)를 포함하여 구성된다.

상기 담수조는 1차 담수조(20-1)와 2차 담수조(20-2)로 이루어지며, 이들은 계단식으로 설치된다. 1차 담수조(20-1)에는 2차 담수조(20-2)로 물이 흐를수 있도록 수로가 형성된다. 이 수로에는 물의 유입량을 조절할 수 있는 하단수문(101)(102)이 구성된다. 여기서 1차 담수조(20-1)는 담수된 물을 2차담수조(20-2)로 공급하거나, 공급되는 물을 차단하는 역할을 한다.

또한, 1차 담수조(20-1)와 2차 담수조(20-2)의 바닥에는 물(10)의 압력으로 개폐되는 바닥수문(103)이 설치된다. 이 바닥수문(103)은 담수조 바닥면에 쌓이는 토사를 배출하는 기능을 한다.

2차담수조(20-2) 내부에는 부양체(30)가 마련되고, 이 부양체(30)는 물(10)의 부력과 자중에 의해 상하운동을 하도록 설치된다.

상기 부양체(30)의 양측에는 길이방향을 따라 소정의 등간격을 두고 베이스 프레임(32)이 각각 설치되고, 이 베이스 프레임(32)에는 브라켓(33)이 설치된다.

부양체(30)가 위치하는 2차담수조(20-2)의 양측 상면에는 소정의 등간격을 두고 고정 지지대(34)가 설치된다. 그리고, 고정 지지대(34)의 상단에는 아암(36)의 중심부가 핀(34a) 결합되어, 이를 중심으로 회전 가능하게 설치된다.

그리고, 아암(36)의 양단에는 장공(36a)(36b)이 형성된다. 일측의 장공(36a) 에는 베이스 프레임(32)의 상단에 설치된 브라켓(33)이 핀(33a)으로 결합되어 회동 가능하게 연결된다. 아암(36)의 타측 장공(36b)에는 유압 실린더(40)가 연결 설치된다.

상기 유압 실린더(40)는 피스톤 로드(41)와 피스톤(43) 및 실린더(42)로 구성하며, 이 유압 실린더(40)의 피스톤 로드(41) 상단에는 브라켓(35)이 설치되어 상기 아암(36)의 타측에 형성된 장공(36b)에 핀결합되어, 부양체(30)의 상하운동에 따라 아암(36)이 작동하고 이에따라 피스톤 로드(41)가 신장 축소되어 실린더(42) 내부의 유체에 압력을 가하게 된다.

실린더 몸체(42)의 상단 일측에는 실린더몸체(42) 내부와 연통되도록 제 1이송관(50a)이 설치되고, 실린더 몸체(42)의 하단 타측으로는 실린더 몸체(42)의 내부와 연통되도록 제 2이송관(50b)이 연결 설치된다. 따라서, 피스톤(43) 작동에 의한 압력에 따라 유체가 제 1이송관(50a)을 통해 제 2이송관(50b)으로 이송되거나, 제 2이송관(50b)을 통해 제 1이송관(50a)으로 이송된다. 그리고 각각의 유압 실린더(40)에서 연장된 이송관(50)은 모두 하나의 이송관(50)으로 모여지게 되어 유체가 하나의 이송관(50)을 통해 이송된다.

그리고 유압 실린더(40)와 이송관(50)이 연결되는 부분에는 실린더 몸체(42)에서 배출되는 유체의 압력을 조절하는 제 1압력조절밸브(44)가 설치된다.

제 1압력조절밸브(44)는 부양체(30)의 상승 또는 하강할 때 물의 유입량을 고려하여 부력에 의한 상승속도와 중력에 의한 하강속도를 조절해 주며, 부양체(30)가 물에 대하여 수평으로 상승 및 하강되도록 한다.

그리고, 유체가 한 곳에 모이는 부분의 제 1이송관(50a) 및 제 2이송관(50b)에는 제 2압력조절밸브(46)가 설치된다. 제 2압력조절밸브(46)는 모여진 유체가 하나의 이송관(50)을 통해 이송될 때 이 유체의 압력을 조절하는 역할을 한다.

그리고, 제 1이송관(50a)과 제 2이송관(50b)에서 제 2압력조절밸브(46)를 통과한 유압유가 어느 일방향으로 흐를수 있도록 하는 바이패스 밸브가 설치된다.

바이패스 밸브(60)는 상술한 제 1실시예의 바이패스 밸브(60)와 동일하게 구성되어 작동되기 때문에 그 설명은 생략하기로 한다.

상기 바이패스 밸브(60)에 의해 유체가 일방향으로만 흐르는 부분의 이송관(50)에 유체의 이송력에 의해 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기(70)가 설치된다.

즉, 발전기(70)는 유체를 유입할 수 있는 유입구(72)와 터빈을 회전시킨 후 유체를 배출할 수 있는 배출구(74)가 구비되며, 유입구(72)에는 제 1이송관(50a)이 연결되고 배출구에는 제 2이송관(50b)이 연결된다.

따라서 유입구를 통해 유입된 유체는 발전기(70)의 터빈을 회전시킨 후 배출구(74)를 통해 배출되어 제 2이송관(50b)을 통해 제 2이송관(50b) 상에 마련된 오일탱크(80)로 이송된다.

이 오일탱크(80)는 발전기(70)의 터빈을 회전시키는 작동 등으로 인해 유체가 소모되는 유량을 보충해 주는 역할을 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명인 부력과 중력을 이용한 발전장치의 제 2실시예에 따른 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

부양체가 담수조의 하부에 위치한 상태에서는 1차 담수조(20-1)의 수문(101)을 개방하고, 2차 담수조(20-2)의 수문(102)은 닫히게 된다. 따라서 물(10)이 공급되면 물은 1차 담수조(20-1)의 수문(101)을 통과하여 2차 담수조(20-1) 내에 저장된다.

따라서 유입되는 물(10)의 수위에 따라 부양체(30)가 상승한다.

도 6과 같이 부양체(30)가 상승하게 되면 부양체에 연결된 베이스 프레임(32)의 브라켓(33)이 상승하게 되고, 아암(36)은 고정지지대(34)의 결합 핀(34a)을 중심으로 회동하게 된다.

상기 아암(36)이 회동되면 타측으로 연결된 피스톤 로드(41)가 축소되면서, 며, 피스톤(43)도 하강하게 된다. 그러면 피스톤(43)은 실린더 몸체(42) 내에 저장되어 있던 유압유에 압력을 가하게 된다. 그러면 유체는 실린더 몸체(42) 하단에 설치된 제 1압력조절밸브(44b)에 의해 일정 압력을 유지된 상태로 각각의 제 2이송관(50b)으로 배출된다. 그리고 각각의 제 2이송관(50b)을 통해 이송되는 유체는 하나의 제 2이송관(50b)으로 보내진 상태에서, 제 2압력조절밸브(46b)를 통해 2차적으로 압력이 조절된다 제 2압력조절밸브(46b)를 통과한 유체는 바이패스 밸브(60)를 통해 발전기(70)의 유입구(72)로 유입된다. 그리고 유입구(72)로 유입된 유체는 일정한 압력으로 발전기(70)의 터빈을 회전시킨 후 배출구(74)로 배출된다. 이때에도 터빈이 회전하면서 에너지를 생산하게 된다.

상기 바이패스 밸브(60)는 제 2압력조절밸브(46b)에서 일정압력으로 조절되어 이송된 유체를 바이패스 밸브(60)의 제 2이송관 라인상에 구비된 제 3밸브(60- 3)에 의해 제 3연결관(60-7)을 거쳐 제 1이송관(50a) 상에 마련된 제 2밸브(60-2)를 통해 유체를 이송시켜 발전기(70)의 터빈을 돌려 에너지를 생산한 후, 배출구(74)에 연결된 제 2이송관(50b)을 거쳐 오일탱크(80)를 경유한 후, 바이패스 밸브(60) 제 2이송관(50b) 상에 마련된 제 4밸브(60-4)에 의해 제 4연결관(60-8)을 유동하여 제 1이송관 (50a) 상에 마련된 제 1밸브(60-1)를 통과하여 제 1이송관(50a)상에 설치된 제 2압력조절밸브(46a)를 거쳐 각각의 실린더 몸체(42) 상단에 설치되어 있는 제 1압력조절밸브(44a)를 통해 실린더 몸체(42) 내로 유입된다.

첨부된 도 5를 참조하면, 제 1실시예와는 반대로, 바이패스 밸브를 통한 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다. 실선으로 표시된 화살표의 방향은 부양체의 하강에 따른 유체의 흐름을 나타낸 것이고, 점선으로 표시된 화살표의 방향은 부양체의 상승에 따른 유체의 흐름을 나타낸 것이다.

바이패스 밸브(60)는 제 2압력조절밸브(46b)에서 일정압력으로 조절되어 이송된 유체를 바이패스 밸브(60)의 제 2이송관(50b) 라인상에 구비된 제 3밸브(60-3)에 의해 제 3연결관(60-7)을 거쳐 제 1이송관(50a) 상에 마련된 제 2밸브(60-2)를 통해 유체를 이송시켜 발전기(70)의 터빈을 돌려 에너지를 생산한 후, 배출구(74)에 연결된 제 2이송관(50b)을 거쳐 오일탱크(80)를 경유한 후, 바이패스 밸브(60) 제 2이송관(50b) 상에 마련된 제 4밸브(60-4)에 의해 제 4연결관(60-8)을 유동하여 제 1이송관 (50a) 상에 마련된 제 1밸브(60-1)를 통과하여 제 1이송관(50a)상에 설치된 제 2압력조절밸브(46a)를 거쳐 각각의 실린더 몸체(42) 상단에 설치되어 있는 제 1압력조절밸브(44a)를 통해 실린더 몸체(42) 내로 유입된다.

이어서 담수조(20)내로 유입된 물이 만수위가 되어 부양체(30)의 상승이 정지되면 부력에 의한 발전이 끝나게 된다.

한편, 상기 2차담수조(20-2) 내로 유입된 물이 만수위가 되면 2차담수조(20-2)의 수문을 개방하고 1차 담수조의 수문은 닫히게 된다. 따라서 2차 담수조 내로 유입된 물은 하단수문과 바닥수문을 통해 배출하기 시작하고, 수위가 낮아짐에 따라 부양체(30)가 자중으로 인해 하강하게 된다.

이때, 1차담수조(20-1)는 2차담수조(20-2)에 물(1)이 빠질 때까지 물을 1차담수조(20-1)내에 채우게 된다.

도 8과 같이, 부양체(30)가 하강하게 되면 부양체(30)에 연결된 베이스 프레임(32)의 브라켓(33)이 하강하게 되고, 아암(36)은 고정지지대(34)의 결합 핀(34a)을 중심으로 회동하게 된다.

상기 아암(36)이 회동되면 타측으로 연결된 피스톤 로드(41)가 신장되면서, 며, 피스톤(43)도 상승하게 된다. 그러면 피스톤(43)은 실린더 몸체(42) 내에 저장되어 있던 유압유에 압력을 가하게 된다. 그러면 유체는 실린더 몸체(42) 상단에 설치된 제 1압력조절밸브(44a)에 의해 일정 압력을 유지된 상태로 각각의 제 1이송관(50a)으로 배출된다. 그리고 각각의 제 1이송관(50a)을 통해 이송되는 유체는 하나의 제 1이송관(50a)으로 보내진 상태에서, 제 2압력조절밸브(46a)를 통해 2차적으로 압력이 조절된다 제 2압력조절밸브(46a)를 통과한 유체는 바이패스 밸브(60) 를 통해 발전기(70)의 유입구(72)로 유입된다. 그리고 유입구(72)로 유입된 유체는 일정한 압력으로 발전기(70)의 터빈을 회전시킨 후 배출구(74)로 배출된다. 이때 터빈이 회전하면서 에너지를 생산하게 된다.

첨부된 도 5를 참조하면, 제 2압력조절밸브(46a)에서 조절된 유체는 바이패스 밸브(60)의 제 1밸브(60-1)를 거쳐 제 1연결관(60-5)을 통해 제 2밸브(60-2)를 경유하여 발전기(70)로 유입구(72)로 유입되어 유체의 유압으로 발전기(70)의 터빈을 회전시켜 에너지를 생산한다. 터빈을 회전시킨 유체는 발전기(70)의 배출구(74)와 연결된 제 2이송관(50b)을 통해 오일탱크(80)를 경유하여 바이패스 밸브(60)의 제 4밸브(60-4)를 거쳐 제 2연결관(60-6)으로 이송되어 제 3밸브(60-3)에 의해 제 2이송관(50b)상에 설치된 제 2압력조절밸브(46b)를 거쳐 각각의 실린더 몸체(42) 하단에 설치되어 있는 제 1압력조절밸브(44b)를 통해 실린더 몸체(42) 내로 유입되며 자중에 의한 발전이 끝나게 된다.

상술한 제 1실시예 및 제 2실시예에 따른 본 발명은 담수조 내로 유입/유출 되는 물로 인해 부양체(30)가 상승 및 하강하면서 유압 실린더(40)를 작동시켜 유체의 흐름에 따라 발전기(70)의 터빈을 회전시켜 전기 에너지를 얻을 수 있게 된다.

또한, 부양체(30)는 해변등에 방치되어 있는 폐선박 및 범선을 이용할 수 있기 때문에 재활용 측면에서 경제적이며, 부양체(30)의 내부는 수리하여 거주용 및 카페등의 상업용으로 활용이 가능하다.

또한, 부양체(30)를 소형으로 구성할 경우 아파트 단지 및 주거가 밀집된 지 역등의 하수배관시설에 설치하여, 하수 처리장으로 배출되는 하수를 활용할 수 있으며, 버려지는 물을 재활용할 수 있어 여러곳에서 다양한 형식과 다양한 규모로 에너지를 얻을수 있다.

한편, 상술한 실시예 중에서 제 1실시예는 해안가에 설치하는 것이 바람직하며, 제 2실시예는 강이나 하천 등에 설치하는 것이 바람직하다.

이상에서 같이 본 발명은 물의 부력과 부양체의 자중에 의해 유체를 이송시켜 터빈을 회전시키면서 전기 에너지를 얻을수 있는 효과가 있으며, 해안등에 방치되는 폐선박 이나 범선을 부양체로 재활용할 수 있기 때문에 친환경적이고 경제적인 효과가 있다.

Claims (6)

1. 수문을 통해 유입되는 물을 저장하는 담수조;

   상기 담수조 내로 물이 유입되면 부력에 의해 상승 또는 하강할 수 있는 부양체;

   상기 담수조의 바닥면에 고정적으로 설치되고, 피스톤 로드가 상기 부양체의 하부에 연결되는 복수개의 유압실린더;

   일단은 상기 유압실린더의 상단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되고, 타단은 상기 유압실린더의 하단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되며, 유압실린더의 피스톤 작동에 의한 압력에 따라 유체가 일방향 또는 역방향으로 이송되는 이송관;

   상기 유압실린더와 상기 이송관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 유압실린더에서 배출되는 유체의 압력을 조절하는 압력조절밸브;

   상기 이송관의 일부분에 설치되어 유체가 이송관을 따라 일방향 또는 역방향으로 이송되는 유체를 일방향으로 바꾸는 바이패스 밸브;

   상기 바이패스 밸브를 통해 배출되는 유체 이송력에 의해 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력과 중력을 이용한 발전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력조절밸브는

   상기 유압 실린더와 이송관이 연결되는 부분에 설치되어 실린더에서 배출되는 유체의 압력을 조절하는 제 1압력조절밸브와,

   상기 각각의 유압 실린더에서 배출된 유체가 한 곳에 모이는 부분의 이송관 상에 설치되어 모여진 유체가 하나의 이송관을 통해 이송될 때 이 유체의 압력을 조절하는 제 2압력조절밸브가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 중력을 이용한 발전장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 이송관은 상기 유압 실린더의 상단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되어 발전기의 유입구와 연결되는 제 1이송관과,

   상기 유압 실린더의 하단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되어 발전기의 배출구와 연결되는 제 2이송관으로 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 중력을 이용한 발전장치.
4. 수문을 통해 유입된 물을 저장하는 담수조;

   상기 담수조 내로 물이 유입되면 부력에 의해 상승하고, 물이 배출되면 그 자체의 중력에 의해 하강하도록 담수조 내에 설치되고, 양측 상면에는 다수개의 브라켓이 상방향으로 연장 설치된 부양체;

   상기 담수조 양측의 상면에 고정지지대를 통해 중심부가 핀 결합되며 핀을 중심으로 회동 가능하게 설치되고, 일단은 상기 부양체의 브라켓에 회전 가능하게 결합된 아암;

   상기 담수조의 외측 바닥면에 고정적으로 설치되고, 피스톤 로드가 상기 아암의 타단과 회전 가능하게 연결되며 아암의 회동에 따라 신장 및 축소되면서 피스톤을 작동시켜 실린더 몸체 내부의 유체에 압력을 가하는 복수개의 유압 실린더;

   일단은 상기 유압 실린더의 상단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되고, 타단은 상기 유압 실린더의 하단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되며, 유압 실린더의 피스톤 작동에 의한 압력에 따라 유체가 일방향 또는 역방향으로 이송되는 이송관;

   상기 유압실린더와 상기 이송관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 유압실린더에서 배출되는 유체의 압력을 조절하는 압력조절밸브;

   상기 이송관의 일부분에 설치되어 유체가 이송관을 따라 일방향 또는 역방향으로 이송될 때 어느 한 부분에서는 유체가 일방향으로만 흐를 수 있게 하는 바이패스 밸브;

   상기 이송관 상에서 유체가 일방향으로만 흐르는 부분에 설치되어 유체의 이송력에 의해 터빈이 회전하면서 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 중력을 이용한 발전장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 압력조절밸브는

   상기 유압 실린더와 이송관이 연결되는 부분에 설치되어 실린더 몸체에서 배출되는 유체의 압력을 조절하는 제 1압력조절밸브와,

   상기 각각의 유압 실린더에서 배출된 유체가 한 곳에 모이는 부분의 이송관 상에 설치되어 모여진 유체가 하나의 이송관을 통해 이송될 때 이 유체의 압력을 조절하는 제 2압력조절밸브가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 중력을 이용한 발전장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 이송관은 상기 유압 실린더의 상단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되어 발전기의 유입구와 연결되는 제 1이송관과,

   상기 유압 실린더의 하단 일측에 실린더 몸체 내부와 연통되도록 설치되어 발전기의 배출구와 연결되는 제 2이송관으로 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 중력을 이용한 발전장치.

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