KR101387155B1 - 관체 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관체 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배관 내부에 흐르는 유체의 유속을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있고, 배관 내부에 흐르는 유체의 유속 저하를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 유체 배관 라인 상에 다수 설치가 가능하여 발전 용량을 용이하게 증가시킬 수 있는 관체 발전장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 유체 배관 라인 상에 설치되는 관체 발전장치에 있어서, 유체 배관 사이에 고정되는 고정관과; 고정관 내에 배치되어 유체가 개방된 일측을 통해 개방된 타측으로 배출되고, 내주면에 날개가 부착되어 유체의 흐름에 의해 회전하며, 자기력이 부가되는 회전관; 및 고정관에 형성되고, 회전관의 회전에 따라 유도기전력이 발생되는 전력발생수단; 을 포함하는 관체 발전장치를 제공한다.

Description

관체 발전장치{APPARATUS FOR POWER GENERATOR USING FLUID PIPE}

본 발명은 관체 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배관 내부에 흐르는 유체의 유속을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있고, 배관 내부에 흐르는 유체의 유속 저하를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 유체 배관 라인 상에 다수 설치가 가능하여 발전 용량을 용이하게 증가시킬 수 있는 관체 발전장치에 관한 것이다.

유체의 흐름 혹은 유체의 압력을 이용하여 기계적인 움직임을 만드는 장치로는 풍차나 수차와 같은 동력발생장치가 있고, 이들 회전 장치의 움직임은 발전기에 연결되어 발전에 이용될 수 있다.

이렇게 발전 등에 이용되는 동력발생장치의 구조에 대해서는 풍차 등과 같은 유형이 많이 알려져 있다.

통상, 유체의 흐름을 통하여 발전하는 방법은 날개가 유체의 흐름에 의해 회전하도록 구성되는데, 그 구조가 매우 단순한 원시적인 형태로 이루어져 있기 때문에 전력 생산의 효율성이 떨어지고, 날개에 의해 유체의 흐름이 방해되는 문제가 있었다.

이에, 유체의 흐름을 방해하지 않기 위해 날개의 크기를 작게 하기도 하였으나, 이러한 경우 전력 생산의 효율이 저하되는 단점이 있었다.

더군다나, 유체의 흐름에 의해 회전하는 날개의 경우 다양한 지름을 가진 관체나, 관체 내부를 흐르는 유량 및 유속의 변화에 충분히 대응하지 못하여 유체가 이동하면서 발생하는 이동에너지를 운동에너지로 변환시키는데 효율성이 떨어지는 단점이 있다.
선행기술문헌으로는 아래와 같은 것들이 있다.
[선행기술문헌]
특허문헌
선행기술문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 (공개번호)제10-2011-0104628호
선행기술문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 (공개번호)제10-2011-0086274호

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 관체 발전장치에서 기인되는 제반 문제점을 해결 보완하기 위한 것으로,

본 발명의 목적은 배관 내부에 흐르는 유체의 유속을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 관체 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배관 내부에 흐르는 유체의 유속 저하를 최소화할 수 있는 관체 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유체 배관 라인 상에 다수 설치가 가능하여 발전 용량을 용이하게 증가시킬 수 있는 관체 발전장치를 제공하는 데 있다.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면 유체 배관 라인 상에 설치되는 관체 발전장치에 있어서, 유체 배관 사이에 고정되는 고정관과; 고정관 내에 배치되어 유체가 개방된 일측을 통해 개방된 타측으로 배출되고, 내주면에 날개가 부착되어 유체의 흐름에 의해 회전하며, 자기력이 부가되는 회전관; 및 고정관에 형성되고, 회전관의 회전에 따라 유도기전력이 발생되는 전력발생수단; 을 포함하는 관체 발전장치를 제공한다.

회전관은 다수의 영구자석 또는 전자석으로 이루어지도록 구성될 수 있다.

회전관의 직경은 유체 배관의 직경과 같도록 구성될 수 있다.

날개는 유체가 와류로 배출되도록 구성될 수 있다.

전력발생수단은, 고정관의 내주 또는 외주를 따라 상호 떨어져 배치되는 다수의 지지대; 및 지지대에 마련되는 코일; 을 포함하도록 구성될 수 있다.

고정관은, 원주를 따라 도체와 부도체가 교번되어 형성되고, 지지대는 도체와 접하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 관체 발전장치에 의하면, 배관 내부에 흐르는 유체의 유속을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 배관 내부에 흐르는 유체의 유속 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유체 배관 라인 상에 다수 설치가 가능하여 발전 용량을 용이하게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 관체 발전장치를 나타낸 도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 관체 발전장치를 나타낸 도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 관체 발전장치의 정단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 관체 발전장치의 정단면도이다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치를 설치하여 사용하는 상태를 나타낸 사용상태도이다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들 도면은 예시적인 목적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 하기에 서술하는 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 관체 발전장치는 유체 배관 라인, 예를 들어 상수도나 하수도 배관 라인 상에 설치될 수 있으며, 이러한 상수도나 하수도 배관 내부를 흐르는 상수도나 하수도의 유속에 의해 발전하게 된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 관체 발전장치를 나타낸 도로써, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 관체 발전장치를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 관체 발전장치가 결합된 상태의 측단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 관체 발전장치의 정단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 관체 발전장치(100)는 크게 고정관(110)과 회전관(120) 및 전력발생수단(130)을 포함하여 구성된다.

고정관(110)은 유체 배관(도 11의 200) 사이에 고정되는 구성요소이며, 하기에 서술하는 회전관(120)이 회전 가능하도록 감싸게 된다. 고정관(110)의 양측말단에는 유체 배관(도 11의 200)과 체결할 수 있도록 체결부(112)가 형성된다.

회전관(120)은 고정관(110) 내에 배치되는 구성요소로써, 이러한 회전관(120)의 직경은 유체 배관(도 11의 200)의 직경과 같게, 다시 말해서 내경이 동일하도록 구성하여 저항력을 최소화하게 된다. 이에 따라 유체 배관(도 11의 200)을 통해 흐르던 유체가 원활하게 회전관(120)의 개방된 일측을 통해 개방된 타측으로 배출되도록, 즉 계속해서 유체 배관(도 11의 200)을 통해 흘러갈 수 있게 된다.

회전관(120)의 내주면에는 날개(122)가 부착되며, 회전관(120)의 내부를 지나는 유체의 흐름, 즉 날개(122)에 부딪혀 가압하는 유체의 힘에 의해 회전관(120)이 중심축을 중심으로 회전한다. 여기서, 유체는 날개(122)와 부딪치면서 회전관(120)을 회전시키게 되므로 유속이 저하될 우려가 있다. 이에, 본 발명에서는 날개(122)의 형상이나 날개(122)의 배치, 날개(122)의 개수 등을 조절하여 회전관(120)을 통과하는 유체가 와류로 배출되도록 한다. 이에 따라 유체의 흐름이 가속화되어 유체의 유속 저하를 최소화하게 된다. 도면에서는 회전관(120)의 내측 일부분에 다수의 날개(122)가 서로 떨어져 부착되도록 도시되어 있으나, 유체의 흐름을 와류로 바꾸어 배출할 수 있는 형상이면 족하다. 즉, 예를 들어 날개(122)가 회전관(120)의 내측 전부분에 형성되도록 구성될 수도 있고, 스크류 형상을 갖는 하나의 날개(122)가 회전관(120) 내측에 부착되어 사용될 수도 있다.

그리고, 회전관(120)에는 하기에 서술하는 전력발생수단(130)을 통해 유도기전력이 발생할 수 있도록 자기력이 부가된다. 이때, 자기력은 회전관(120)을 영구자석(120a)으로 형성하여 부가될 수도 있고, 회전관(120)을 전자석으로 이루어지도록 하여 부가될 수도 있다. 여기서, 본 발명에서는 다수의 영구자석(120a)이 외주를 따라 N극과 S극이 교번하여 접하도록 배열된 회전관(120)을 사용하게 된다.

전력발생수단(130)은 고정관(110)에 형성되어 회전관(120)의 회전에 따라 유도기전력이 발생되도록 하는 구성요소이다. 전력발생수단(130)은 크게 지지대(132)와 코일(134)을 포함하여 이루어진다.

지지대(132)는 다수가 구비되어 고정관(110), 특히 고정관(110)의 내주를 따라 상호 떨어져 배치되고, 코일(134)은 고정관(110)의 길이방향을 따라 지지대(132)에 감겨서 마련된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 관체 발전장치를 나타낸 도이다.

도 4 및 도 5에서 나타나는 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 관체 발전장치(100)는 전술한 제1 실시예에 따른 관체 발전장치(100)과 비교했을 때 전력발생수단(300)이 다르게 구성된다.

즉, 제2 실시예에서는 제1 실시예에 비해 지지대(310)가 더 많은 개수로 구비되고, 각각의 지지대(310)마다 코일(320)이 감기게 된다. 또한, 지지대(310)는 코일(320)이 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 말단의 직경이 더 크게 형성된다는 점에서 제1 실시예와 다른 것이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치의 정단면도이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치(100)는 전술한 제1 실시예에 따른 관체 발전장치(100)와 유사하게 구성되나, 전력발생수단(130)이 형성되는 위치에서 서로 구분된다.

즉, 제1 실시예의 경우 전력발생수단(130)이 고정관(110)의 내주에 형성되지만, 제3 실시예에서는 고정관(110)의 외주에 전력발생수단(130)이 형성된다.

특히, 회전관(120)은 유체의 흐름에 의해 회전하기 때문에, 유체 배관(도 11의 200)과 회전관(120) 사이에는 미새한 틈이 형성되고, 이러한 미세한 틈을 통해 유체가 고정관(110)측으로 새어나올 수 있다.

따라서, 본 발명의 제3 실시예에서는 고정관(110)의 외주에 전력발생수단(130)이 형성되도록 구성하여, 회전관(120) 내부를 흐르는 유체가 고정관(110)측으로 새어나오더라도 전기적인 안전사고가 발생할 가능성을 최소화할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 관체 발전장치의 정단면도이다.

도 9를 살펴보면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 관체 발전장치(100)는 전술한 제3 실시예와 형상이 동일하며, 다만 고정관(110)을 이루는 재질에서 차이가 있다.

다시 말해서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 관체 발전장치(100)에서 사용되는 고정관(110)은 원주를 따라 도체(110a)와 부도체(110b)가 교번되어 형성되고 전력발생수단(130), 특히 지지대(132)는 도체(110a)와 접하도록 구성된다.

따라서, 보다 원활하게 발전할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 관체 발전장치의 정단면도이다.

도 10에 나타나는 것과 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 관체 발전장치(100) 또한 제3 또는 제4 실시예와 유사하나, 고정관(110)을 감싸도록 외부관(140)이 더 포함된다는 점에서 차이가 있다.

외부관(140)은 고정관(110)의 외주에 형성된 전력발생수단(130)에 접하지 않도록 어느 정도 간격을 두고 고정관(110)을 감싸게 되며, 내측에 위치하는 고정관(110)과 전력발생수단(130)을 보호하게 된다.

이하에서는 이러한 구성에 따른 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이때, 본 발명의 제1 및 제2 실시예, 제4 및 제5 실시예의 경우 제3 실시예와 유사하게 구성 및 동작되므로, 여기에서는 제1 및 제2 실시예, 제4 및 제5 실시예에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 11의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치를 설치하여 사용하는 상태를 나타낸 사용상태도이며, 도면에 표시된 화살표는 유체의 흐름 상태를 나타낸다.

먼저, 도 11의 (a)와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치(100)를 유체 배관(200) 라인 상에 설치하기 위하여 유체 배관(200) 라인 일부를 절단, 즉 관체 발전장치(100)가 설치될 수 있는 길이로 절단한다. 물론, 이는 유체 배관(200) 라인이 기설치되어 있는 경우이며, 유체 배관(200) 라인을 신설하는 경우에는 관체 발전장치(100)를 설치할 수 있는 공간을 쉽게 확보할 수 있다.

유체 배관(200) 라인을 절단한 경우 절단된 유체 배관(200) 일부를 사용하거나, 별도의 체결밴드 등을 유체 배관(200)에 장착하여 고정관(110)의 체결부(112)와 체결될 수 있도록 준비한다.

다음, 도 11의 (b)에서와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 관체 발전장치(100)를 유체 배관(200) 라인 사이에 위치시키고, 나사와 볼트 등을 이용하여 유체 배관(200)과 고정관(110)의 체결부(112)를 고정한다. 이때, 유체 배관(200)과 회전관(120)의 직경은 동일하도록 하여 유체 흐름의 저항이 최소화되도록 한다.

이후, 도 11의 (c)에서 나타나는 것처럼 유체 배관(200) 사이에 관체 발전장치(100)가 완전히 고정된 상태에서 유체가 유체 배관(200)의 내부를 따라 도면상 좌측에서 우측으로 흘러가게 된다.

유체가 회전관(120)의 개방된 일측을 통해 유입되면 날개(122)에 부딪히고, 이에 따라 회전관(120)이 회전하게 된다.

이때, 회전관(120)은 다수의 영구자석(120a)으로 이루어져 자기력이 부가되어 있으며, 회전관(120)의 회전에 따라 전력발생수단(130), 특히 코일(134)에 유도기전력이 발생하게 된다.

이와 같이 회전관(120)과 고정관(110)에 형성된 전력발생수단(130)을 통해 전기가 발전되는 원리는 회전자와 고정자를 이용하여 발전하는 것과 같이 이미 널리 알려진 통상의 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

여기서, 도시하지는 않았으나 전력발생수단(130)은 별도의 전기장치, 예를 들어 상시 전원을 공급받기 어려운 지하시설물용 전기장치에 공급되도록 하거나 별도의 충전기 등에 충전되도록 할 수 있다. 또한, 송전 케이블을 통해 단거리 또는 장거리로 송전하여 외부에 전기를 공급 및 판매함으로써 판매수입을 얻도록 구성될 수도 있다.

한편, 날개(122)에 부딪힌 유체는 날개(122)를 지나면서 회전관(120) 내에서 회전하면서 와류 형태로 변화되어 유체 배관(200)으로 배출된다. 즉, 유체 흐름이 가속화되어 유체의 유속 저하를 최소화할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명에 다른 관체용 발전장치(100)는 유체 배관(200) 라인 상에 다수를 설치할 수 있으며, 따라서 각각의 관체용 발전장치(100)를 통해 동시에 전기를 발전시킬 수 있으므로 발전 용량을 용이하게 증가시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 관체 발전장치 110: 고정관
110a: 도체 110b: 부도체
112: 체결부 120: 회전관
120a: 영구자석 122: 날개
130: 전력발생수단 132: 지지대
134: 코일 140: 외부관
200: 유체 배관

Claims (6)

1. 유체 배관(200) 라인 상에 설치되는 관체 발전장치(100)에 있어서,
   유체 배관(200) 사이에 고정되는 고정관(110)과:
   상기 고정관(110) 내에 배치되어 유체가 개방된 일측을 통해 개방된 타측으로 배출되고, 내주면에 날개(122)가 부착되어 유체의 흐름에 의해 회전하며, 자기력이 부가되도록 다수의 영구자석(120a) 또는 전자석으로 이루어지되, 상기 유체 배관(200)의 직경과 같은 직경의 회전관(120)과:
   상기 고정관(110)에 형성되고, 상기 회전관(120)의 회전에 따라 유도기전력이 발생되는 전력발생수단(130): 및
   상기 전력발생수단(130)과 떨어져 상기 고정관(110)을 감싸 상기 고정관(110)과 상기 전력발생수단(130)을 보호하는 외부관(140): 을 포함하고,
   상기 날개(122)는 상기 유체가 와류로 배출되도록 하며,
   상기 전력발생수단(130)은,
   상기 고정관(110)의 내주 또는 외주를 따라 상호 떨어져 배치되는 다수의 지지대(132); 및
   상기 고정관(110)의 길이방향을 따라 상기 지지대(132)에 감겨 마련되고, 상기 영구자석(120a) 또는 전자석에 대응되어 상기 회전관(120)의 회전시 유도기전력이 발생하게 되는 코일(134);
   을 포함하는 관체 발전장치(100).
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