KR101002798B1 - 수풍발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수풍발전기에 있어서, 특히 배관을 흐르는 물과 수차의 날개가 접면되도록하되 접면되는 지점의 배관의 폭을 좁혀서 물의 흐름을 빠르게 변환시키고, 유속 및 물의 양에 따라서 수차의 높낮이를 조절하여 전기발생량을 적절히 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수풍발전기에 관한 것으로,
유체가 흐르는 일반관로 사이에 설치되며 중앙이 지면으로부터 일정 높이로 라운드진 호 형상으로 제작하거나, 관로의 내부에 라운드진 호 형상의 지지대를 부가하여 이루어지는 발전용 배수관로와; 상기 발전용 배수관로의 외측면 일단에 설치되어 발전 장비를 지지하는 발전용 지지대와; 상기 발전용 지지대의 상부에 설치되어 발전작용을 일으키는 발전용 모터와; 상기 발전용 지지대의 상부에 설치되는 발전용 모터를 지지하여 보호하는 발전용 모터 케이스와; 상기 발전용 모터를 상하로 유동할 수 있는 구동수단으로서 발전용 모터를 하강시키거나 발전용 모터를 상승시키는 상하 유동 수단과; 상기 발전용 모터에 연결되며 방사형으로 다수개 설치되어 회전운동을 하는 것으로, 그 끝단부가 발전용 배수관로 내측을 흐르는 물과 접촉되도록하여 물이 흐르는 동력에 의해서 날개부가 회전할 수 있도록 하는 발전용 날개부를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

Description

수풍발전기{Water and wind generator}
본 발명은 수풍발전기에 관한 것으로, 특히 배관을 흐르는 물과 수차의 날개가 접면되도록하되 접면되는 지점의 배관의 폭을 좁혀서 물의 흐름을 빠르게 변환시키고, 유속 및 물의 양에 따라서 수차의 높낮이를 조절하여 전기발생량을 적절히 조절할 수 있도록 하며, 물이 없을시에는 바람에 의해서 회전이 되면서 전기를 생산토록 한 것을 특징으로 하는 수풍발전기에 관한 것이다.
지금까지는 물이 흐르는 운동에너지를 유체기기의 회전동력으로 전환하여 전기를 발전하는 장치는 댐에 저장된 물이 갖는 위치 에너지를 이용하는데 치중했기 때문에 대형장치로 수차 효율은 낮고 생산기술이 낙후 되어 있다.
국내의 현실은 에너지변환장치기술의 핵심이라고 할 수 있는 스팀터번이나 가스터빈은 물론이며 수력발전용의 수차를 만드는 생산업체가 없기 때문에 수돗물을 비롯하여 연료공급관이나 오수배수관 등의 각종 배관계통 내부에 다양하게 흐르고 있는 유체의 운동에너지를 그대로 낭비해 버리고 있으며, 특히 소형 제품으로는 에너지효율이 높은 유체기기가 거의 없는 실정이다.
즉, 소수력발전은 다른 대체에너지원에 비하여 에너지밀도가 매우 크기 때문에 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가되고 있고, 이러한 관점에서 해수를 이용하여 어패류를 양식하는 육상 양식장에서 배출되는 물은 소수력발전이 가능하지
만 유실되고 있는 에너지원이라고 할 수 있으며, 이에 따라 종래에는 수조에 저장되어 있던 해수가 배출되는 과정에서 배출수를 재활용하는 방안이 구체적으로 마련되지 못하여 귀중한 에너지원이 유실되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 관을 통해 배출되는 물을 이용하여 효율적으로 전기적 에너지를 추출할 수 있도록 하며, 물이 없을시에는 바람을 이용하여 전기적 에너지를 추출할 수 있도록 하는 수풍 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 수풍발전기는 유속 및 유량에 따라서 지지수단의 높이를 달리함으로서 발전효율을 극대화시킴과 동시에 모터 과열로 인한 고장을 사전에 방지토록하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 유체가 흐르는 일반관로 사이에 설치되며 중앙이 지면으로부터 일정 높이로 라운드진 호 형상으로 제작하거나, 관로의 내부에 라운드진 호 형상의 지지대를 부가하여 이루어지는 발전용 배수관로(20)와; 상기 발전용 배수관로의 내부 중앙에 설치되어 발전용 배수관로의 중앙을 흐르는 물의 유속을 센싱하는 유속 센서(30)와; 상기 발전용 배수관로의 내부 측면에 설치되어 발전용 배수관로를 흐르는 물의 높이를 측정하는 유량센서(40)와; 상기 발전용 배수관로의 외측면 일단에 설치되어 발전 장비를 지지하는 발전용 지지대(50)와; 상기 발전용 지지대의 상부에 설치되어 발전작용을 일으키는 발전용 모터(60)와; 상기 발전용 모터를 상하로 유동할 수 있는 구동수단으로서 발전용 모터를 하강시키거나 발전용 모터를 상승시키는 상하 유동 수단(70)과; 상기 발전용 모터에 연결되며 방사형으로 다수개 설치되어 회전운동을 하는 것으로, 그 끝단부가 발전용 배수관로 내측을 흐르는 물과 접촉되도록하여 물이 흐르는 동력에 의해서 날개부가 회전할 수 있도록 하는 발전용 날개부(80)와; 상기 유속 센서 및 유량 센서로부터 배수관로를 흐르는 물의 유속 및 유량을 체크하여 유량이 기준 이상이거나 또는 유속이 기준 이상인 경우 상하 유동수단을 가동하여 발전용 모터를 상승시킴으로서 발전용 날개부와 물 접촉면을 줄여서 과속으로 회전되지 않토록하고, 유량이 기준 이하이거나 또는 유속이 기준 이하인 경우 상하 유동수단을 가동하여 발전용 모터를 하강시킴으로서 발전용 날개부의 끝단부와 물의 접촉면을 최대화시켜 회전동력을 충분이 얻을 수 있도록 하는 제어부(90)를 포함하여 이루어짐이 특징이다.
또한, 상기 발전용 배수관로는 유체가 흐르는 통로를 좁혀서 유속을 빠르게 하기 위하여 내부 양측면에 폐쇄용 지지대를 더 부가한 것이 특징이다.
또한, 발전용 날개부(80)의 전면에는 랙기어(82) 및 랙기어 회전모터(83)가 설치되고, 발전용 날개부의 본체에는 날개를 피니언 기어(81)로 결합시켜 이루어지며, 상기 랙기어 회전모터(83)를 이용하여 랙기어(82)을 회전시키면 피니언 기어(81)가 회전되는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 배관을 통해 배출되는 다양한 에너지원을 이용하여 효율적으로 전기적 에너지를 추출할 수 있도록하는 효과가 있다.
또한, 상기 수풍발전기는 유속 및 유량에 따라서 지지수단의 높이를 달리함으로서 발전효율을 극대화시킴과 동시에 모터 과열로 인한 고장을 사전에 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 배수관로 제 1 실시예 구성도.
도 2는 본 발명의 배수관로 제 2 실시예 구성도.
도 3은 본 발명의 발전용 배수관로 내부 단면도.
도 4는 본 발명의 수풍 발전기 구성도.
도 5는 본 발명의 수풍 발전기의 높낮이를 조절한 상태도.
도 6은 본 발명의 발전용 날개부 구성도.
도 7은 본 발명의 수풍 발전기를 설치한 설치 상태도.
도 8은 본 발명의 구성 블록도.
도 9는 본 발명의 발전용 날개부의 각도 비틀림 구성도.
도 10은 본 발명의 발전용 날개부의 수력을 이용하는데 따른 각도 상태도.
도 11은 본 발명의 발전용 날개부의 풍력만을 이용하는데 따른 각도 상태도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 배수관로 제 1 실시예 구성도.
도 2는 본 발명의 배수관로 제 2 실시예 구성도.
도 3은 본 발명의 발전용 배수관로 내부 단면도.
도 4는 본 발명의 수풍 발전기 구성도.
도 5는 본 발명의 수풍 발전기의 높낮이를 조절한 상태도.
도 6은 본 발명의 발전용 날개부 구성도.
도 7은 본 발명의 수풍 발전기를 설치한 설치 상태도.
도 8은 본 발명의 구성 블록도.
도 9는 본 발명의 발전용 날개부의 각도 비틀림 구성도.
도 10은 본 발명의 발전용 날개부의 수력을 이용하는데 따른 각도 상태도.
도 11은 본 발명의 발전용 날개부의 풍력만을 이용하는데 따른 각도 상태도로서,
본 발명의 구성요소는 크게 일반관로(10)와, 발전용 배수관로(20)와, 유속 센서(30)와, 유량센서(40)와, 발전용 지지대(50)와, 발전용 모터(60)와, 상하 유동수단(70)과, 발전용 날개부(80)와, 제어부(90)로 이루어진다.
발전용 배수관로(20)는 일반관로(10)들 사이에 설치되며 중앙이 지면으로부터 일정 높이로 라운드진 호 형상으로 제작하거나, 관로의 내부에 라운드진 호 형상의 지지대를 부가하여 이루어진다.
유속 센서(30)는 발전용 배수관로(20)의 내부 중앙에 설치되어 발전용 배수관로(20)의 중앙을 흐르는 물의 유속을 센싱한다. 상기 유속 센서(30)는 발전용 배수관로에 다수개 설치되며 유속센서의 데이터를 평균하여 유속을 측정한다.
유량센서(40)는 발전용 배수관로(20)의 내부 측면에 설치되어 발전용 배수관로(20)를 흐르는 물의 높이를 측정한다. 상기 유량 센서(40)는 발전용 배수관로에 다수개 설치되며 유량 센서의 데이터를 평균하여 유량을 측정한다.
발전용 지지대(50)는 발전용 배수관로(20)의 외측면 일단에 설치되어 발전 장비를 지지한다.
발전용 모터(60)는 발전용 지지대(50)의 상부에 설치되어 발전작용을 일으키는 역할을 한다.
상하 유동 수단(70)은 발전용 모터(60)를 상하로 유동할 수 있는 구동수단으로서 발전용 모터(60)를 하강시키거나 발전용 모터(60)를 상승시킨다. 상기 상하 유동 수단(70)은 유압모터 또는 전동모터를 이용하여 구동되며 유압이나 전기를 이용하여서 발전용 모터를 들어 올리거나 내린다. 그리고, 발전용 모터를 들어올리거나 내리는 길이는 약 1 - 2m 정도인 것이 바람직하며, 아울러 발전용 모터의 높낮이 높이가 상기 수치에 반드시 한정되는 것은 아니며 수풍 발전기의 전체 크기에 따라서 높낮이 길이를 달리할 수 있다.
발전용 날개부(80)는 발전용 모터(60)에 연결되며 방사형으로 다수개 설치되어 회전운동을 하는 것으로, 그 끝단부가 발전용 배수관로(20)의 내측을 흐르는 물과 접촉되도록하여 물이 흐르는 동력에 의해서 날개부가 회전할 수 있도록 한다. 또한, 발전용 날개부(80)는 배수관로에 물이 없을시에 바람에 의해서 회전되면서 전기에너지를 생산한다.
본 발명은 바람을 이용하여서 전기 에너지를 얻기 위하여 상기 발전용 날개부(80)의 전면에는 랙기어 및 랙기어 회전모터가 설치되며, 발전용 날개부의 본체에는 날개를 피니언으로 결합시켜서 상기 랙기어 회전모터를 이용하여 랙기어을 회전시키면 피니언기어가 회전하면서 발전용 날개부를 일정각도로 비틀게 된다.
상기와 같이 발전용 날개부를 일정각도로 비틀게 되면 전면부에서 불어오는 바람에 따라서 발전용 날개부의 회전이 용이하게 이루어질 수 있다. 만약에 발전용 날개부의 각도를 비틀지 않게 되면 바람과 발전용 날개부가 수직하게 만나게 되어 바람이 발전용 날개부를 그대로 통과하게 되며, 본 발명에서와 같이 발전용 날개부를 일정각도로 비틀게 되면 바람개비의 회전과 동일한 원리로 바람이 발전용 날개부를 터치하게 되면서 발전용 날개부가 원할하게 회전할 수 있게 된다.
제어부(90)는 유속 센서(30) 및 유량 센서(40)로부터 배수관로(20)를 흐르는 물의 유속 및 유량을 체크하여 유량이 기준 이상이거나 또는 유속이 기준 이상인 경우 상하 유동수단을 가동하여 발전용 모터(60)를 상승시킴으로서 발전용 날개부(80)를 상승시켜 발전용 날개부(80)가 과속으로 회전되지 않토록하고, 유량이 기준이하이거나 또는 유속이 기준 이하인 경우 상하 유동수단(70)을 가동하여 발전용 모터(60)를 하강시킴으로서 발전용 날개부(80)를 하강시켜 발전용 날개부(80)의 끝단부가 물과 충분히 접촉하여 회전동력을 충분히 얻을 수 있도록 한다.
또한, 제어부는 유량 센서(40)로부터 물의 양을 검출한 결과 유량이 전혀 존재하지 않는 경우 랙기어 회전모터를 작동시켜서 랙기어를 일정한 길이만큼 움직여서 발전용 날개부를 일정각도로 비틀어 바람의 힘만으로 수풍 발전기의 날개부를 회전시켜 전기를 얻는다.
이하에서 본원발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 일반관로(10)를 통해 물이 흐르면 배관 중간에 설치된 발전용 배수관로(20)를 통과하게 된다.
상기 발전용 배수관로(20)는 상부가 오픈된 형태이고, 오픈된 공간에는 발전용 날개부(80)가 유동될 수 있도록 하였다.
즉, 발전용 배수관로(20)의 상부로 발전용 날개부(80)가 유동하도록 설계되어 있으므로 발전용 배수관로(20)를 흐르는 물이 발전용 날개부(80)를 터치하게 되고 이에 따라 발전용 날개부(80)가 회전되는 것이다.
이때, 발전용 배수관로(20)는 라운드진 호 형상으로 이루어져 발전용 날개부(80)의 접촉면을 높이도록 하고, 또한 발전용 배수관로(20)의 양측면을 지지대(21)로 폐쇄하여 유체가 흐르는 너비를 줄임으로서 발전용 배수관로(20)를 흐르는 유체의 흐름을 빠르게 유지시켰다.
즉, 일반관로(10)와 동일한 너비로 발전용 배수관로(20)를 제작하게 되면 일반관로(10)를 흐르는 유체의 속도나 발전용 배수관로(20)를 흐르는 유체의 속도가 동일하지만 발전용 배수관로(20)의 양측면을 폐쇄하게 되면 배수관로의 중앙을 흐르는 유체의 속도가 빨라져 그만큼 발전용 날개에 강한 힘으로 접촉하게 되므로 발전용 날개의 회전에 따른 발전량을 높일 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서는 발전용 배수관로(20)에 유속센서(30)와 유량센서(40)를 더 설치하여 상기 센서(30, 40)의 측정결과에 따라서 발전용 날개부(80)의 유체 접촉량을 조절하는바, 유속이 필요이상으로 빨라지거나 유량이 필요이상으로 많아지게 되면 발전용 날개부(80)의 회전속도가 기준치를 초과하게 되고, 그렇게 되면 발전용 날개부(80)가 과속회전하게 되어 고장을 일으킬 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 발전용 지지대(50)에 상하 유동수단(70)을 더 부가 설치하여 유량이 기준치를 초과하거나 유속이 기준치를 초과하게 되면 상하 유동수단(70)을 작동시켜 다단으로 형성된 발전용 지지대(50)의 높이를 높임으로서 발전용 날개부(80)가 지면으로부터 높이 올라가게 되어 유체와 발전용 날개부(80)가 접촉되는 영역을 축소시킨다.
그리고, 유량이 기준치 이하이거나 유속이 기준치 이하이면 상하 유동수단(70)을 작동시켜 다단으로 형성된 발전용 지지대(50)의 높이를 낮춤으로서 발전용 날개부(80)를 하강시켜 유체와 발전용 날개부(80)가 접촉되는 영역을 최대화시켜 충분한 발전이 이루어지도록 한다.
실제로는 유량이 기준치 이하이거나 유속이 기준치 이하이면 발전용 날개부(80)를 발전용 배수관로(20)의 바닥면까지 근접시켜 배수관로(20)의 바닥면을 흐르는 유체에 발전용 날개부(80)가 최대면적으로 접촉되도록하여 발전량이 최대가 되도록 한다.
결국, 본 발명은 일반관로(10) 사이에 발전용 배수관로(20)를 설치하고 상기 배수관로(20) 상부에 수력에 의해서 발전되는 수풍발전기를 설치하되 유속 및 유량에 따라서 높이를 조절토록함으로서 최적의 발전효율로 가동되도록하고 과부하를 방지하여 고장의 위험성을 최소화시키도록 하는 효과가 있다. 아울러, 발전용 배수관로에 물이 없으면 랙기어 회전모터를 작동시켜 랙기어를 움직여 피니언 기어를 움직임으로서 발전용 날개부의 각도를 일정각도로 비틀어 바람을 이용하여 회전하면서 전기에너지를 생산할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
10: 일반관로
20: 발전용 배수관로
30: 유속 센서
40: 유량센서
50: 발전용 지지대
60: 발전용 모터
70: 상하 유동수단
80: 발전용 날개부
81: 피니언기어
82: 랙기어
83: 랙기어 회전모터
90: 제어부

Claims (3)

  1. 유체가 흐르는 일반관로 사이에 설치되며 중앙이 지면으로부터 일정 높이로 라운드진 호 형상으로 제작하거나, 관로의 내부에 라운드진 호 형상의 지지대를 부가하여 이루어지는 발전용 배수관로(20)와;
    상기 발전용 배수관로의 내부 중앙에 설치되어 발전용 배수관로의 중앙을 흐르는 물의 유속을 센싱하는 유속 센서(30)와;
    상기 발전용 배수관로의 내부 측면에 설치되어 발전용 배수관로를 흐르는 물의 높이를 측정하는 유량센서(40)와;
    상기 발전용 배수관로의 외측면 일단에 설치되어 발전 장비를 지지하는 발전용 지지대(50)와;
    상기 발전용 지지대의 상부에 설치되어 발전작용을 일으키는 발전용 모터(60)와;
    상기 발전용 모터를 상하로 유동할 수 있는 구동수단으로서 발전용 모터를 하강시키거나 발전용 모터를 상승시키는 상하 유동 수단(70)과;
    상기 발전용 모터에 연결되며 방사형으로 다수개 설치되어 회전운동을 하는 것으로, 그 끝단부가 발전용 배수관로 내측을 흐르는 물과 접촉되도록하여 물이 흐르는 동력에 의해서 날개부가 회전할 수 있도록 하는 발전용 날개부(80)와;
    상기 유속 센서 및 유량 센서로부터 배수관로를 흐르는 물의 유속 및 유량을 체크하여 유량이 기준 이상이거나 또는 유속이 기준 이상인 경우 상하 유동수단을 가동하여 발전용 모터를 상승시킴으로서 발전용 날개부와 물 접촉면을 줄여서 과속으로 회전되지 않토록하고, 유량이 기준 이하이거나 또는 유속이 기준 이하인 경우 상하 유동수단을 가동하여 발전용 모터를 하강시킴으로서 발전용 날개부의 끝단부와 물의 접촉면을 최대화시켜 회전동력을 충분이 얻을 수 있도록 하는 제어부(90)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수풍발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전용 배수관로는 유체가 흐르는 통로를 좁혀서 유속을 빠르게 하기 위하여 내부 양측면에 폐쇄용 지지대를 더 부가한 것을 특징으로 하는 수풍발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발전용 날개부(80)의 전면에는 랙기어(82) 및 랙기어 회전모터(83)가 설치되고, 발전용 날개부의 본체에는 날개를 피니언 기어(81)로 결합시켜 이루어지며, 상기 랙기어 회전모터(83)를 이용하여 랙기어(82)을 회전시키면 피니언 기어(81)가 회전되는 것을 특징으로 하는 수풍발전기.
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