KR100751200B1 - 부력을 이용하는 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수조와 부구 그리고 부구의 부력에 의한 상승과 중력에 의한 낙하력을 이용하여 터빈을 가동함으로써, 동력을 발생하는 발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 내측 상부에 경사 그물망이 설치된 수조와, 수조의 상부 일측 개구부에는 중심축으로 축설되고 일 측 단에는 그물 바스켓을 일체로 결합한 안내 관통박스를 설치하고 수조의 상부에는 핀으로 유동하게 결합한 상하작동 유압실린더를 설치하여 그 하부 말단을 안내 관통박스와 편 축으로 연결한 구조와, 수조와 근접하여 상,하 지지기어 및 다수의 구동기어에 권회된 체인벨트와 이 체인벨트의 외면으로는 다수의 바스켓을 등 간격으로 장착하고 각 구동기어의 구동축은 다수의 터비과 구동벨트로 연동하여 구조, 상기 체인벨트를 중심으로 하여 상부에는 상부 부구안내관을, 그리고 하부에는 하부 부구안내관을 각각 설치하는 한편, 하부 부구안내관의 저부에는 수평작동 유압실린더를 설치하여 그 상면에는 부구를 수용하여 수조 내측으로 공급하는 부구 수용홈을 형성하여 된 일련의 관련구성을 특징으로 한다.

수조, 부력, 개구부, 경사 그물망, 편축, 체인벨트, 바스켓, 유압실린더

Description

부력을 이용하는 발전장치{ELECTRIC POWER GENERATOR BY BUOYANCY}

도 1 은 본 발명에 의한 발전장치의 전체적인 구조를 도시한 사시도.

도 2 는 본 발명에 의한 발전장치의 일부를 절개 도시한 정단면도.

도 3a는 본 발명에 의한 발전장치의 제 1 작동상태를 도시한 정단면도.

도 3b는 본 발명에 의한 발전장치의 제 2 작동상태를 도시한 정단면도.

도 4 는 본 발명에 의한 발전장치의 다른 실시 예를 도시한 예시도.

도 5a는 본 발명에 의한 부구 수용홈 주요부를 도시한 일부확대 사시도.

도 5b는 본 발명에 의한 부구 수용홈 주요부를 도시한 일부확대 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 수조 10a : 개구부

11 : 경사 그물망 12, 12' : 안내 관통박스

13 : 중심축 14 : 편축

15 : 핀 16 : 그물 바스켓

17 : 볼탑 18 : 스토퍼

19 : 체결 가이드

20 : 상하작동 유압실린더 30 : 수평작동 유압실린더

30': 이동 부재 31 : 부구 수용홈

32 : 방수 패킹 33 : 드레인 호스

34 : 드레인 박스 35 : 관통공

40 : 상부 부구안내관 41 : 부구 투입구

50 : 하부 부구안내관 51 : 하부 수거함

60 : 체인벨트 61 : 바스켓

70 : 터빈 80 : 구동기어

81 : 구동축 82 : 지지대

83 : 구동벨트 90 : 지지기어

91 : 지지축 92 : 지지대

100 : 부구

본 발명은 수조와 부구 그리고 부구의 낙하력을 이용하여 터빈을 가동함으로써, 동력을 발생하는 발전장치에 관한 것이다.

우리나라는 비산유국으로서 원유의 수입의존도가 매우 높아 에너지의 절약을 국가적인 목표로 추구하고 있으나, 산업화의 다양화 및 고도 성장에 따른 에너지의 소비가 날로 증대되고 있다.

특히 수입되는 원유 중 다량의 원유가 전력을 생산하는 화력발전용으로 쓰이고 있으므로 원유를 사용하지 않고 전력을 생산한다면 국가 재정에 큰 도움이 될 수 있음은 물론, 환경오염도 효과적으로 줄일 수 있다.

풍력이나 조력 그리고 수력 등 자연으로부터 전력을 얻는 방법이 친환경적이고 특히 적은 비용으로 고효율의 효과를 기대할 수 있으나 날씨나 이는 적합한 지리적 조건에 한계가 있고 설치비용 또한 상당하다.

따라서 제한된 자연조건을 극복하고 친환경적으로 전력을 생산할 수 있는 구조적 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 물에서 부상하는 부구를 수조에 투입하고 ,이를 또 외부로 낙하시켜 그 중력으로 회전체를 회전시킴으로서 이와 연동된 터빈을 가동하여 전력을 생산하고자 한다.

즉, 본 발명은 부구가 투입되는 수조와, 이 수조에서 부상된 부구를 외부로 낙하시키고 또 이와 같이 낙하되는 부구에 의해 회전하는 바스켓을 가진 체인벨트와 이 체인벨트의 회전에 의해 구동되는 다수의 구동기어 및 이 구동기어의 구동력을 구동벨트로 연동한 터빈의 구성으로 이루어진다.

또한 상기 체인을 회전시킨 후 낙하하는 부구를 수용하여 다시 수조 내측으로 공급하는 수평작동 유압실린더 등의 유기적 관련구성으로 이루어져 부구의 낙하 및 재 공급이 반복하여 이루어지도록 함으로서 전력의 지속적인 생산이 이루어질 수 있도록 한 장치를 제공하고자 한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

내측 상부에 경사 그물망(11)이 설치된 수조(10)와, 수조(10)의 상부 일측 개구부(10a)에는 중심축(13)으로 측설되고 일측단에는 그물 바스켓(16)을 일체로 결합한 안내 관통박스(12)를 설치하고 수조(10)의 상부에는 핀(15)으로 유동되게 결합한 상하작동 유압실린더(20)를 설치하여 그 하부 말단을 안내 관통박스(12)와 편축(14)으로 연결한 구조와, 수조(10)와 근접하여 상,하 지지기어(90) 및 다수의 구동기어(80)에 권회된 체인벨트(60)와 이 체인벨트(60)의 외면으로는 다수의 바스켓(61)을 등간격으로 장착하고 각 구동기어(80)의 구동축(81)은 다수의 터빈(70)과 구동벨트(83)로 연동하여 된 구조, 상기 체인벨트(60)를 중심으로 하여 상부에는 상부 부구안내관(40)을 구비한 부구 투입구(41)을 설치하고, 그리고 하부에는 하부 부구안내관(50)을 구비한 하부 수거함(51)을 설치한다.
한편, 하부 부구안내관(50)의 저부에는 수평작동 유압실린더(30)를 설치하고, 상기 실린더와 연결되는 이동 부재(30')를 구비하며, 상기 이동 부재(30')의 상면에는 부구(100)를 수용하여 수조(10) 내측으로 공급하는 부구 수용홈(31)을 형성하여 된 일련의 관련구성을 특징으로 한다.

도면부호중 (82)는 구동기어(80)를 축설하여 지지하는 각각의 지지대를 나타낸 것으로 도면의 다른 중요부분을 나타내기 위해 도 1에서는 이러한 지지구조를 갖추고 있음을 약식으로 나타내고 있으며, 도 2 이하에서는 도시를 생략하고 있다.

또한, 부호 (92) 역시 지지대로서 상,하로 대응 설치된 지지기어(90)를 지지하기 위하여 상기 지지기어(90)의 지지축(91)을 축설하면서 상,하 지지기어(90)를 지지하고 있다.

그리고 이 지지기어(90)는 다수의 구동기어(80)와 함께 체인벨트(60)를 권회하고 있으나, 터빈(70)과 구동벨트(83)로 연동되는 각 구동기어(80)와는 달리 체인벨트(60)를 지지하기 위한 수단으로만 제공된다.

물론 터빈(70)은 상기 각 구동기어(80)마다 각각으로 구성되어 연동된다.

부호(200)은 수도전을 나타낸다.

한편, 본 발명에서 부구(100)는 그 내측 중앙에 공기주머니를 넣은 공기실을 구비하여 이 공기실에 공기를 주입한 다음, 주입구를 마개로 밀폐하여 부구(100)가 수조(10)의 수면 위로 부상할 수 있도록 부력을 유도하거나 또는, 내부에 부력을 갖는 중공부가 구비된 일체형 금속구(金屬球)로 구성하는 것을 특징으로 한다.

그리고 부구(100)는 그 낙하력으로 체인벨트(60)를 회전시키게 되므로 무거울수록 유리하나 부력을 동시에 구비하여야 하므로 부구(100)의 크기 및 재질과 그 내측의 공기실(101)의 규모 등 그 상호관계의 역학적인 구성이 필요하다.

따라서 부구(100)는 중량이 있으면서 부력을 가진 모든 물체는 가능하나 본 발명에서의 실험결과 스테인리스 볼의 형태가 가장 무난하여 이를 채택하고 있는 것이다.

본 발명은 최초에는 다량의 부구(100)를 수조(10)에 인위적으로 투입하고 이와 함께 저부의 수평작동 유압실린더(30)에 의한 부구 수용홈(31) 내에도 다수의 부구(100)를 수용한다.

이때 수조(10)에 투입된 부구(100)는 수조(10) 내측의 경사 그물망(11)에 의해 수면위에 광범위하게 흩어지지 않고 상부 일측의 개구부(10a) 쪽으로 몰리게 된 다.

이와 같은 상태에서 상하작동 유압실린더(20) 및 수평작동 유압실린더(30)를 유기적으로 가동시키게 되며, 상하작동 유압실린더(20)가 하강하게 되면 수평작동 실린더(30)에 의한 이동 부재(30')는 수평이동하면서 수조(10) 내측으로 진입을 시작한다.

즉, 상하작동 유압실린더(20)는 하강하여 이와 편축(14)으로 연결된 안내 관통박스(20)의 일단(수조의 외부쪽)을 하방으로 밀어주게 된다.

이때의 본 발명의 상하작동 유압실린더(20)는 상기 안내 관통박스(12)의 회전에 따른 회전반경의 차이를 극복하기 위해 일단의 핀(15)으로 유동 가능하게 축설되어 있다.

한편, 상기한 바와 같이 안내 관통박스(20)는 그 일단이 상하작동 유압실린더(20)에 의해 하방으로 눌러짐에 따라 중심축(13)을 축으로 하여 시소 작동하면서 수조(10)의 내측으로 위치한 대응된 일단은 상방으로 들려지게 된다.

이러한 안내 관통박스(12)의 시소 작동에 의해 그 일단에 결합한 그물 바스켓(16)도 상측으로 들어 올려지면서 다수의 부구(100)를 퍼 올리게 된다.

상기 동작과 유기적으로 하부의 수평작동 유압실린더(30)는 그 부구 수용홈(31)이 수조(10)의 내측으로 막 진입하려는 위치로 이동하게 된다.

상기한 상태는 도 3a에서 도시하고 있다.

도 3b에서와 같이 상하작동 유압실린더(20)의 계속된 하강에 의해 안내 관통박스(12)는 상기 시소 작동이 진행되면서 수조(10) 내측으로 위치한 그물 바스켓(16)의 일단은 최대한 상측으로 이동한 상태가 되며, 이에 따라 상기 그물 바스켓(16)에 수용된 부구(100)는 아래로 흘러내리면서 안내 관통관(12)의 내측으로 유도되어 부구 투입구(41)에 수집되고, 상부 부구안내관(40) 내측으로 유입된다.

이와 같이 상부 부구안내관(40)으로 유입된 부구(100)는 계속 하강하여 체인 벨트(60)에 등 간격으로 배열하여 장착된 바스켓(61) 내측으로 낙하함에 따라 그 중력으로 체인벨트(60)는 회전되고 동시에 이와 치합된 각 구동기어(80)가 회전하여 그 구동축(81)과 구동벨트(83)로 연동된 터빈(70)에서는 상기 구동축(81)의 회전력에 의한 발전이 이루어지게 된다.

한편, 상기 부구(100)가 바스켓(61)에 진입하여 체인벨트(60)를 구동시키려고할 즈음에는 저부의 수평작동 유압실린더(30)에 의한 이동 부재(30')는 수조(10) 내측에 완전히 진입하여 부구 수용홈(31) 내에 수용된 부구(100)를 수면 위로 부상시킨 후 거의 원상 복귀하려는 상태가 되며 동시에 상부의 상하작동 유압실린더(20)도 다시 수축되면서 안내 관통박스(12)를 역방향으로 시소 작동시켜 일단의 그물 바스켓(16)을 수조(10) 내측으로 재차 잠수시키려는 상태로 임하게 된다.

상기와 같은 이동 부재(30')에 구비되는 부구 수용홈(31)이 수조(10) 내에 유입되었다가 토출하는 과정에서 수조(10) 속의 물이 수압에 의해 부구 수용홈(31)을 따라 수조(10) 밖으로 분출되는 것을 방지하기 위하여, 수조(10)와 이동 부재(30')의 인접 면에 방수 패킹(32)이 마련되며, 상기 방수 패킹(32)의 설치구간은 부구 수용홈(31)이 수조(10)로부터 외부로 삽탈되는 과정에서 수조(10) 속의 물이 외부로 분출되는 것을 방지하기 위해, 부구 수용홈(31)의 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 상부 부구안내관(40)으로부터 하향 배출되어 바스켓(61)에 유입되어 체인벨트(60)를 회전시킨 후 낙하하는 부구(100)가 하부 수거함(51)에 수집된 후, 하부 부구안내관(50)에 유도되어 외부로 하향 배출될 때에는 상기 수평작동 유압실린더(30)는 도 2에서와 같이 원상태로 복귀된 상태가 되며 이에 따라 그 부구 수용홈(31) 내측으로는 상기 하부 부구안내관(50)에 유도되어 배출되는 부구(100)를 다시 수용하게 되며 이러한 상태가 완료되면 수평작동 유압실린더(30)의 이동부재(30')는 수조(10) 내측으로의 재 진입을 시도하게 된다.

또한, 동시에 상부의 상하작동 유압실린더(20)가 다시 하강 작동하여 안내 관통박스(12)의 일단을 밀어주게 되고 동시에 그 타단에 결합된 그물 바스켓(16)을 들어올려 수조(10)의 수면 위로 부상된 부구(100)를 다시 퍼 올리게 된다.

즉, 본 발명을 최초 작동시 수조(10)내의 다량의 부구(100)를 수용하고 또 저부의 수평작동 유압실린더(30)에 연결된 이동부재(30')의 부구 수용홈(31) 내에 다수의 부구(100)를 수용한 다음, 상하작동 유압실린더(20) 및 수평작동 유압실린더(30)를 작동시키면 안내 관통박스(12)의 지속적인 시소 작동 및 수평작동 유압실린더(30)의 수조(10) 내ㆍ외측으로 반복출입이 지속적으로 이루어지게 되는 구조이며, 이러한 상하작동 유압실린더(20)와 수평작동 유압실린더(30)의 진행상태는 이미 설정된 소정의 컨트롤 박스(도시없음)의 지시에 의해 정밀한 진행과정을 반복 수행하게 된다.

상기의 과정을 통해 낙하하는 부구(100)에 의해 체인벨트(60)가 회전하면서, 부구(100)가 하부 부구안내관(50)을 빠져나올 때에는 수평작동 유압실린더(30)에 결합된 이동부재(30')의 부구 수용홈(31)이 하부 부구안내관(50)과 일치되는 위치에 다시 도달하도록 설정되어 있으며 이러한 부구 수용홈(31)이 다시 수조(10) 내에 완전히 진입하여 부구(100)를 재차 수면위로 부상시키는 시각에는 상기 그물 바스켓(16)이 부구(100)를 다시 퍼 올려 상부 부구안내관(40)을 통하여 체인 벨트(60)의 바스켓(61) 상부로 낙하하도록 설정되어 있다.

물론 상기 부구(100)가 체인벨트(60)를 구동시킨 후 하부 부구안내관(50)을 통하여 배출될 때에는 상기 수평작동 유압실린더(30)의 부구 수용홈(31)은 또다시 원상 복귀하여 상기 부구(100)가 배출되는 위치에 도달해 있게 되는 작용을 반복한다.

이와 같이 본 발명은 상하작동 유압실린더(20) 및 수평작동 유압실린더(30)의 계속된 작동으로 부구(100)의 낙하와 함께 부구 수용홈(31)에 재유입된 부구(100)를 수조(10) 내측으로 공급하고 체인벨트(60)를 구동시킨 후 낙하되는 부구(100)를 다시 수조(10) 내측으로 공급하는 일련의 작용을 반복적으로 수행함에 따라 부구(100)는 한번 투입 후 재투입 없이 공급 및 낙하가 지속적으로 이루어지는 것이며, 따라서 바스켓 원형회전체(60)의 계속적인 회전에 의해 이와 구동축(61)으로 연동된 터빈(70)에 의해 지속적인 발전을 얻게 된다.

도 4 는 본 발명에 의한 발전장치의 다른 실시 예를 도시한 예시도로서, 이는 수조(10)의 상부에 위치한 상하작동 유압실린더(20)를 제거하여 발전장치의 구동에 따른 소비전력을 최소화하는 특징이 있는 것으로, 수조(10)의 개구부(10a)에 하향 경사지고 고정된 안내관통 박스(12')를 마련하고, 상기 안내관통 박스(12')를 통하여 수조(10) 내의 물이 흘러내리지 않도록 수조(10) 상부에 고정된 축을 구비한 체결 가이드(19)의 일 측에 볼탑(17)을 장착하고, 타 측에 수도전(200)의 장착되어 유수 동작을 제어하는 스토퍼(18)를 마련하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 발전장치는 수도전(200)이 개방되어 수조(10) 내의 수위가 올라가는 경우, 볼탑(17)이 상승하게 되고, 상승된 볼탑(17)은, 자신과 연결된 체결 가이드(19) 일 측을 상승시키게 되며, 축에 고정된 체결 가이드(19)의 타 측은 하강하면서 이에 연결된 스토퍼(18)가 개방된 수도전(200)을 폐쇄시키게 되는 구조로 수위의 조절이 완성된다.

따라서, 수위는 항시 수조(10) 내 안내관통 박스(12')의 높이를 초과하지 않으며, 수위가 부족한 경우 물이 공급되어 안내관통 박스(12')의 입구와 일정한 수평상태를 이루게 되고, 경사그물망(11)이 수위보다 높게 설치되어 부력에 의해 부상하는 부구(100)는 수위보다 높게 위치하여 안내관통 박스(12')로 유입되면서 상부 부구안내관(40)을 통하여 낙하하여 체인벨트(60)를 회전시키게 되는 것이다.

이와 같은 발전장치는 별도의 컨트롤박스를 요구하지 않아, 제작이 용이하고 전력소모에 따른 효율성이 뛰어난 특징이 있으며, 하부 부구안내관(50)으로부터 낙하하여 부구 수용홈(31)에 유입된 수구(100)가 수조(10) 내에 유입되고, 다시 이동부재(30')가 원상태로 복귀하기 전까지, 하부 수거함(51)에 적체된 부구(100)가 하부 부구안내관(50)을 통하여 외부로 이탈하는 것을 방지하기 위하여 하부 부구안내관(50)과 이동부재(30') 간의 설치 간격은 부구(100)의 지름을 넘지않도록 되어있는 것이 바람직하다.

도 5a 및 5b 는 본 발명에 의한 부구 수용홈 주요부를 일부를 확대 도시한 것으로 도면에서와 같이 본 발명의 부구 수용홈(31)의 저면에는 다수의 관통공(35)을 뚫어 수조(10)내의 물이 상기 관통공(35)을 통하여 유입되면서 부구(100)를 밀어 올리도록 하여 부구(100)의 신속한 부상을 유도할 수 있는 특징이 있으며 또한, 수평작동 유압실린더(30)에 의해 이동부재(30')가 수조(10)를 빠져나오면서 부구 수용홈(31) 안에 유입된 물은 상기 관통공(35)을 통하여 드레인박스(34) 내로 유입되고, 상기 드레인박스(34)는 저면에 배출공이 구비되어, 유입된 물은 드레인호스(33)를 통해 외부로 배출되거나, 펌프(미도없음)를 연결하여 다시 수조(10) 내로 재순환되는 특징이 있는 것이다.

또한 본 발명은 수조(10) 상부 일 측에 수도전(200)이 구비되어 있어 본 발명의 지속적이고 장기적인 사용에 의해 조금씩 소모되는 수조(10) 내의 물을 보충하게 되는 것이다.

본 발명은 유압 실린더만의 가동에 따른 소형 시스템의 실시 예에 대하여 기재하였으나, 이를 대형화할 경우, 상당한 전력을 생산할 수 있다.

한편, 본 발명은 수조 대신에 땜이나 저수지를 이용할 경우 시설비를 절감할 수 있으며, 외딴 시골이나 섬마을 등에 설치할 경우 전력의 이송이나 생산에 따른 비용을 절감할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 내측 상부에 경사 그물망(11)이 설치된 수조(10)와, 수조(10)의 상부 일측 개구부(10a)에는 중심축(13)으로 측설되고 일측단에는 그물 바스켓(16)을 일체로 결합한 안내 관통박스(12)를 설치하고 수조(10)의 상부에는 핀(15)으로 유동되게 결합한 상하작동 유압실린더(20)를 설치하여 그 하부 말단을 안내 관통박스(12)와 편축(14)으로 연결한 구조와;

   수조(10)와 근접하여 상,하 지지기어(90) 및 다수의 구동기어(80)에 권회된 체인벨트(60)와 이 체인벨트(60)의 외면으로는 다수의 바스켓(61)을 등 간격으로 장착함과;

   상기 구동기어(80)의 구동축(81)은 다수의 터빈(70)과 구동벨트(83)로 연동하여 구동되는 구조와;

   상기 체인벨트(60)를 중심으로 하여 상부에는 상부 부구안내관(40)을 구비한 부구 투입구(41)가 설치되고, 상기 체인벨트(60) 하부에는 하부 부구안내관(50)을 구비한 하부 수거함(51)이 각각 설치됨과;

   상기 하부 부구안내관(50)의 저부에는 수평작동 유압실린더(30)를 설치하고, 상기 실린더와 연결되는 이동 부재(30')를 구비하며, 상기 이동 부재(30')의 상면에는 부구(100)를 수용하여 수조(10) 내측으로 공급하는 부구 수용홈(31)과;

   상기 수조(10) 내의 물을 보충하기 위해 수조 상부 일측에 수도전(200)을 형성하여 된 일련의 관련된 구성을 특징으로 하는 부력을 이용하는 발전장치.
2. 청구항 1에 의한 발전장치를 실시하는데 있어서;

   수조(10)의 상부에 위치한 상하작동 유압실린더(20)와 그에 부수되는 중심축(13), 편축(14), 핀(15)을 제거하는 대신, 수조(10)의 개구부(10a)에 하향 경사지게 마련되는 고정된 안내관통 박스(12')와, 상기 안내관통 박스(12')를 통하여 수조(10) 내의 물이 흘러내리지 않도록 수조(10) 상부에 고정된 축을 구비한 체결 가이드(19)와, 상기 체결 가이드(19)의 일 측에 장착되는 볼탑(17)과, 타 측에 유수 동작을 제어하기 위해 수도전(200)에 장착된 스토퍼(18)를 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 부력을 이용하는 발전장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

   부구 수용홈(31)의 저면에는 다수의 관통공(35)이 구비되는 것과, 관통공(35)을 통해 배출되는 물을 수용하는 드레인박스(34)와, 상기 드레인박스(34)의 저면에 물을 외부로 배출하기 위한 드레인호스(33)가 구비되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용하는 발전장치.
4. 청구항 1에 있어서;

   부구(100)는 부력을 얻기위해 내부에 중공부를 형성하는 금속구로 구비되는 것과, 발전장치 일 측에 상하작동 유압실린더(20)와 수평작동 유압실린더(30)의 유기적인 반복 동작을 위해 이를 제어하기 위한 별도의 컨트롤 박스가 구비되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용하는 발전장치.

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