KR101621711B1 - 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치 - Google Patents

압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치 Download PDF

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김창규
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Abstract

본 발명은 수력발전장치에 있어서,
물을 분사하는 분무기(100)와 분사되는 물의 힘을 받아 회전하는 수차(240)와 수차의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기(300) 및 생산된 전력을 저장하는 축전부(400)으로 구성된 수력발전장치에 있어서,
상기 분무기(100) 분무기 내부 압력을 가하는 펌핑구(120)와 분무기내 물을 분사하는 분사노즐(170)과 가압된 분무기 내 물을 분사노즐로 분사시키는 분사작동구로 구성되며,
상기 수차(240)는 수차 하우징(210)에 거치되되 상기 수차 하우징(210)은 볼베어링(242)이 외삽된 수차 축(241)의 볼베어링(242)이 장착되는 “U” 형상의 수차축 거치부(221)가 상단에 형성된 수차 하우징 몸체(220)와 수차 하우징 몸체(220)을 덮되 일측에 분사 노즐 삽입홀(231)이 형성된 수차 하우징 캡(230)으로 이루어 지며 상기 수차 하우징(210)의 재질을 투명재질로 형성함으로써 펌핑구(120)에 의해 가압된 물을 이용하여 휴대기기에 필요한 전력을 효과적으로 생산하고, 아울러 발전과정을 육안으로 관찰가능하게 함으로써 교보재용으로도 활용 가능하게 한 것이다.

Description

압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치{HYDROELECTRIC POWER APPARATUS COMBINED TRAINING AIDS USING PUMPING SPRAYER}
본 발명은 수력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물병에 인력으로 압력을 가해 물병 내 압력을 높인 다음 가압된 물병 내 물을 수차의 버킷에 분사시킴으로써 발생한 수차의 회전력을 이용하여 수차와 축 연결된 발전기에서 전기를 효과적으로 생산하는 압축식 에너지 물병을 이용한 수력발전 장치에 관한 것이다.
아울러 동 발전장치는 수차하우징을 투명용기로 구현하여 수력 발전 원리를 육안으로 관찰할 수 있게함으로써 수력발전의 이해를 돕는데 활용되는 교보재에 관한 것이다.
정보 산업의 발달과 기술의 발달로 인해 국민 생활필수품이 된 스마트폰은 기존의 전화통신 기능에 인터넷 기능 및 다양한 기능들이 더해지면서 정보 전달의 수단뿐만 아니라 인터넷, e-banking 및 각종 엔터테인먼트까지 가능한 스마트폰으로 발전되었다. 스마트폰이 많은 부분에서 다양한 용도로 사용됨에 따라 스마트폰의 성능이 향상되고, 여러 성능을 구현하기 위한 에너지원인 배터리의 크기 및 용량도 점차 확대되고 있다.
그러나 스마트폰의 배터리 용량이 기존의 배터리에 비해 비약적으로 증가하고 절전 회로를 개발 적용했음에도 불구하고 전화통신 이외의 다양한 기능의 이용으로 충전 후 배터리 사용시간은 점차 짧아지고 있다. 이로 인해 충전이 곤란한 장소에서 활동시 배터리 용량 부족에 의해 으로 정작 필요한 핸드폰의 고유기능인 전화나 문자 등의 통신기능을 사용하지 못하는 불편이 발생한다.
이에 따라 스마트폰 배터리의 자가 충전에 대한 기술개발의 필요성이 요구되고, 이에 부응하여 태양광을 이용한 태양광 충전기 압전식 충전기 라디오파를 응용하여 자가 충전하는 라디오파 자가 충전기 등이 알려져있다.
그러나 공지된 상기 충전기들은 충전시간이 매우 길므로 방전된 스마트폰의 적기 이용에 효과적이지 못하다는 면에서 문제점이 있다.
따라서 휴대기기용 전원이 방전되었을 경우 신속하고 쉽게 휴대용 기기에서 사용할 수 있는 전력 발전시스템이 필요하다.
한편 부존 에너지 자원이 부족한 우리나라는 전력생산에 필요한 화석연료를 대부분 수입하고 있음에도 불구하고 비교적 공공기관인 한국전력으로부터 양질의 전력을 공급 받음에 따라 국민들은 전력을 불필요하게 낭비하는 경향이 있으며, 이러한 전력 낭비에 대한 관심을 유발하고 절전의식에 대한 마인드를 제고하기 위해서 어린학생들에게 전력생산 원리에 대한 이해력을 높이는 것도 효과적인 방법이 될 수 있으므로 비교적 구조와 원리가 간단한 발전시스템에 대한 교보재의 개발이 필요하며, 이러한 발전시스템으로 수력발전시스템이 효과적이다.
국내 공개특허 특허 문헌 KR2012-0056633A“스마트폰 태양광 충전 케이스”
따라서 본 발명은 야외활동 중 간편하고 신속하게 전기에너지를 발생시켜 휴대기기용 전원으로 사용할 수 있게 한 수력발전장치에 관한 것으로써 노즐을 통해 분출되는 물의 분사 속도를 높이는 수단으로써 수력발전의 에너지원인 물병 내의 물의 에너지 준위를 높이기 위해 물병 내의 압력을 높이는 수단으로 펌핑구를 강구하고, 이에 더하여 발전장치가 담긴 수차하우징을 투명재로 함으로써 학생들이 수력발전의 원리를 이해하는데 도움이 되는 교보재로도 활용할 수 있는 수력발전장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수력발전장치에 있어서,
물을 분사하는 분무기와 분사되는 물의 힘을 받아 회전하는 수차와 수차의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기 및 생산된 전력을 저장하는 축전부으로 구성된 수력발전장치에 있어서,
상기 분무기 내에 압력을 가하는 펌핑구와 분무기내 물을 분사하는 분사노즐과 가압된 분무기 내 물을 분사노즐로 분사시키는 분사작동구로 구성되며,
상기 수차가 거치되는 수차 하우징이 형성되되, 상기 수차 하우징은 볼베어링이 외삽된 수차 축의 볼베어링이 장착되는 “U” 형상의 수차축 거치부가 상단에 형성된 수차 하우징 몸체와 수차 하우징 몸체를 덮되 일측에 분사 노즐 삽입홀이 형성된 수차 하우징 캡으로 이루어지되 상기 수차 하우징은 투명재질로 형성하여 펌핑구에 의해 가압된 물을 이용하여 휴대기기에 필요한 전력을 효과적으로 생산하고, 아울러 발전과정을 육안으로 관찰 가능하게 함으로써 교보재용으로도 활용 가능하게 한 것이다.
본 발명은 인력으로 물병 내부를 가압하여 고속으로 물을 분무하는 압축식 분무기의 원리를 이용하여 야외에서도 휴대기기에 필요한 전기에너지를 신속하고 효과적으로 생산하여 사용할 수 있으며, 학생들의 전력의 중요성에 대한 의식을 일깨우기 위해 수력발전의 원리를 쉽게 이해하는 교보재로도 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치의 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 발전부의 구체적인 구성도,
도 3는 본 발명의 실시 예에 의한 발전부의 분해도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하였다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치의 구성을 도면 1을 참고하여 개괄적으로 살펴본다.
본 발명의 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치는 압축식 분무기(100)의 분사 노즐(170)을 통해 분출되는 물의 속도에너지를 이용하여 투명재질의 수차 하우징(210)에 장착된 수차(240)를 회전 시키고, 수차의 회전력을 수차 축(241)과 발전기(300) 축에 의해 전달 받은 회전력에 의해 발전기(300)에서 전력을 생산하며, 생산된 전력을 축전부(400)에서 휴대기기에 사용할 수 있는 전력으로 저장하는 수력발전시스템을 이용한 축전장치이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치(이하 간단히“수력발전장치”라고도 함)는 압축식 분무기를 이용하여 야외활동 중 필요한 전기에너지를 효과적으로 발생시켜 사용할 수 있도록 구성한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수력발전장치의 물을 분사하는 분무기(100)는 다음과 같은 구성으로 형성되어 있다.
상기 분무기(100)의 물통(110)은 수력발전의 에너지 원인 물을 담는 용기로서 물통에 담긴 물을 이용하여 수차를 회전하는데 사용된다.
펌핑구(120)은 물통(110)에 수용되는 물의 양은 용량을 늘리는데 한계가 있으므로 동일한 물의 양으로 보다 증대된 수차(240)의 회전력을 얻기 위해 즉 물통 내 물의 에너지 준위를 높이기 위해 물통 내부를 가압하는 기능을 한다.
펌핑구(120)의 구조는 실린더 내에 개재된 피스톤을 인력으로 상하 왕복시키면 실린더 내의 피스톤에 의해 외부 공기가 물병 내로 유입만 되고, 배출은 되지 않으므로 피스톤의 왕복운동에 물통(110)내의 압력이 증가되고 물통 내의 물은 압축된다.
압력게이지(140)는 물통 내의 압력을 표시하는 수단으로써 무리한 가압으로 물통이 훼손되거나 고장나는 것을 방지하고, 효과적인 발전을 위해 수차에 분사되는 물의 속도를 최적화하기 위해 물통 내부의 압력 상태를 나타낸다.
손잡이(150)은 물통의 펌핑 작동시 또는 분사 노즐을 수차에 정조준 결합시 물통을 손에 잡는 수단이다.
분사작동구(160)은 분사 노즐 내의 물이 통과하는 관로를 개폐하는 수단으로써 분사 작동구(160)의 조작(누름)에 의해 가압된 물통내의 물이 노즐을 통해 분출 또는 정지하도록 하는 기능을 한다.
분사 노즐(170)은 물통(110)에서 분출된 물을 수차의 버켓(243)에 유도하기 위한 수단으로써 물통에서 분사된 물로 회전하는 수차의 회전력을 최대화하기 위해 분사된 물이 수차의 특정 위치에 분사되게 하는 기능을 한다.
바람직하게는 분사되는 물은 수차의 최상단 버켓에 직각으로 충돌하도록 분출하는 것이 바람직하다.
분사노즐(170)에서 분사되는 물이 수차의 최상단 버켓에 직각으로 충돌 되도록 물이 분사되면 분사노즐에서 분사된 물의 운동 에너지가 수차에 회전력을 주는 최대의 토크를 발생시키고, 아울러 최상단 버켓에 충돌한 이후 물은 버켓에 고인 후 중력에 의해 수차를 회전시키는 위치에너지를 제공하기 때문이다.
압력조절 마개(180)는 펌핑구(120)의 과도한 펌핑 작동시 물통 내의 압력이 안전치 이상 가압되면 압력조절 마개를 개방하여 물통내 압력을 강하시킴으로써 물통 및 펌핑구의 고장 및 파손을 방지하는 기능을 한다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수력발전장치의 발전부는 수차(240) 발전기(300) 축전부(400) 및 디스플레이부(500)로 형성되어 있으며 상기 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
수차 하우징(210)은 상단부가 개방된 물병 모양의 용기로 형성하며, 수차 하우징의 몸체(220)에는 수차를 거치/고정하는 기능과 함께 물통에서 분사되어 수차에 회전력을 제공한 물을 버리지 않고 모아두는 저수 기능을 함으로써 물통의 물을 전량 분사한 후에는 수차 하우징(210)에 담긴 물을 다시 물통(110)에 옮겨 담아 재활용함으로써 수력발전장치에 사용되는 물의 소비를 최소화 할 수 있으며, 실내에서 본 수력 장치를 가동하는 경우는 분사된 물이 바닥에 떨어져 실내가 물로 지저분해지는 것을 사전에 방지하는 기능을 한다.
아울러 수차 하우징 몸체(220)는 수차를 견고하게 고정하기 위해 수차 하우징 몸체(220) 상단부에 수차 축(241)이 거치되는 “U” 형상의 수차 축 거치부(221)가 형성된다.
수차 하우징 캡(230)은 하단부가 개방된 캡으로써 상단이 개방된 수차 하우징 몸체(220)의 상단부를 덮어 수차 하우징을 밀폐시키는 기능을 하며, 이로 인해 분사 노즐(170)에서 분사된 물이 수차 하우징 밖으로 분산되는 것을 방지하고 아울러 수차 하우징 몸체(220) 상단부에 억지끼움 결합함에 따라 수차축 거치부(221)에 장착된 수차를 견고하게 고정하는 기능을 한다.
또한 수차 하우징 캡(230) 일측에는 분사노즐 삽입홀(231)이 형성되며, 분사 노즐 삽입홀(231)은 분사노즐이 효과적으로 수차의 버켓((243)에 물을 분사할 수 있는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
분사 노즐 삽입홀(231)의 최적의 위치는 분사 노즐 삽입홀(231)에 삽입된 분사 노즐에서 분사된 물이 수차의 최상단 버켓에 직각으로 충돌하도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편 상기 수차 하우징 몸체(220) 및 수차 하우징 캡(230) 즉 수차 하우징(210)을 투명재질로 형성하여 수차 하우징(210) 내에서 동작되는 수차의 작동 상황을 육안으로 관찰 가능하게 하는 것이 바람직하다.
이는 수력발전 장치를 단순 휴대기기용 충전지 기능뿐 아니라 학생들의 수력발전기시스템에 대한 원리와 이해를 도움으로써 부존 에너지 자원이 부족한 우리 나라의 에너지 자원에 대한 중요성을 인식시키고, 자라나는 세대에 대한 절전의식을 고취하는데 이바지하게 된다.
수차(240)는 분사노즐(170)에서 분사된 물의 속도에너지 및 위치에너지를 회전운동으로 변환하는 것으로써 본 발명의 수차(240)는 수차 버켓, 수차 축 등으로 이루어진 것으로서 통상의 물레방아식 수차와 구조가 동일하므로 상세한 기술은 생략하기로 한다.
상기 수차의 수차 축(241)은 마찰손실을 최소화 하기 위해 수차 축(241)에 볼베어링(242)를 외삽하고 볼베어링(242)이 수차 하우징 몸체(220) 상단부에 형성된 “U” 형상의 수차축 거치부(221)에 장착되게 함으로써 수차 축의 마찰손실을 최소화할 수 있다.
발전기(300)는 수차의 회전력을 수차 축과 발전기 축의 연동에 의해 전달받아 발전기를 회전시키므로써 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로 발전기는 직류발전기 또는 교류발전기 중 하나를 선택적으로 채용할 수 있다. 수차 축과 발전기 축의 연동 수단은 수차 축과 발전기 축이 맞닿는 축단에 요철부를 형성하여 상호 정합되도록 하는 것이 바람직하다.
참고로 직류발전기는 생산한 전력을 축전부(400)에 저장시 별도의 정류기가 필요없으며, 교류발전기의 경우 생산한 교류전력을 직류로 변환하는 정류기를 거쳐 축전부의 배터리에 저장한다.
축전부(400)에는 축전부에 축전된 전력을 외부 기기에 연결하기 위해 휴대기기 전원단자 연결부 또는 USB 연결부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 직/교류 발전기, 정류기 및 축전부는 이미 공지될 일반화된 기술이므로 구체적 기술은 생략한다.
디스플레이부(500)은 발전기에서 발전된 전력치(순간치)를 디스플레이부를 통해 표시할 수 있으며, 상기 디스플레이부는 디지털, 아날로그 또는 LED램프의 색상에 의해 생산전력량을 나타낼 수 있다.
상기 디스플레이부(500)는 물통내 압력에 따라 발전되는 전력량을 표시함으로써 교보재로 활용시 학생들의 흥미를 유도할 수 있으며, 아울러 물통내 물을 가압하는 펌핑을 실증내지 않고 놀이처럼 재미있게 할 수 있게 한다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치는 수동으로 압력을 가하여 물을 분무하는 압축식 분무기의 원리를 이용하여 야외에서도 휴대기기에 필요한 전기에너지를 쉽게 발생시켜 사용할 수 있으며, 분무기 및 수차 하우징의 내부를 보이도록 구성함으로써 학생들이 수력발전의 원리를 이해하는 교보재로도 활용할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
본 발명은 야외활동 중 휴대기기에 필요한 전력을 생산 이용할 수 있고, 학생의 교보재용으로 활용할 수 있다.
(100)--분무기 (110)--물통
(120)--펌핑구 (140)--압력게이지
(150)--손잡이 (160)--분사작동구
(170)--분사노즐 (180)--압력조절 마개
(200)--발전부 (210)--수차 하우징
(220)--수차 하우징 몸체 (221)--수차 축 거치부
(230)--수차 하우징 캡 (231)---분사노즐 삽입홀
(240)--수차 (241)--수차 축
(242)--볼베어링 (243)--수차 버켓
(300)-- 발전기 (400)--축전부
(500)-- 디스플레이부

Claims (6)

  1. 물을 분사하는 분무기(100)와 분사되는 물의 힘을 받아 회전하는 수차(240)와 수차의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기(300) 및 생산된 전력을 저장하는 축전부(400)로 구성된 수력발전장치에 있어서,
    상기 분무기(100)는 물통(110) 내부에 압력을 가하는 펌핑구(120)와 물통(110) 내 물을 분사하는 분사노즐(170)과 가압된 물통(110) 내 물을 분사노즐로 분사시키는 분사작동구(160) 및 물통(110) 내의 압력을 표시하는 압력게이지(140)로 이루어고,
    상기 수차(240)는 투명재질로 이루어진 수차 하우징(210)에 거치되되, 상기 수차 하우징(210)은 볼베어링(242)이 외삽된 수차 축(241)의 볼베어링(242)이 장착되는 “U” 형상의 수차축 거치부(221)가 상단에 형성된 수차 하우징 몸체(220)와 수차 하우징 몸체(220)를 덮되 일측에 분사 노즐 삽입홀(231)이 형성된 수차 하우징 캡(230)으로 이루어지고,
    상기 발전기(300)에는 LED램프의 색상에 의해 발전된 전력량을 표시하는 디스플레이부(500)가 더 포함되며,
    상기 축전부(400)는 상기 발전기(300)가 직류발전기인 경우 직류발전기에서 송전된 직류 전력을 배터리에 축전하고, 교류발전기인 경우 교류를 직류로 변환하는 정류기를 거쳐 배터리에 축전하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전부(400)에는 휴대기기 전원단자 연결부 또는 USB 연결부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 압축식 에너지 물병을 이용한 교보재 겸용 수력발전장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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KR100991930B1 (ko) * 2010-01-08 2010-11-04 배영태 최적 위치에 부착된 분무액 주입부를 갖는 분무기

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