KR101687225B1 - 대형 무지개 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성요소를 최소화하면서도 자연스러운 대형 무지개를 생성할 수 있는 대형 무지개 생성 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 대형 무지개 생성 장치는, 대형 무지개 생성 장치로, 좌우로 서로 대칭되게 배치되며 물방울을 분사하는 제1 및 제2 분사건; 물이 저장된 물탱크; 상기 제1 및 제2 분사건과 상기 물탱크를 연결하는 메인 배관; 상기 물탱크의 물을 상기 제1 및 제2 분사건으로 토출시키는 펌프; 및 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

대형 무지개 생성 장치{Large rainbow generating apparatus}

본 발명은 무지개를 만드는 무지개 생성 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 무지개는 관찰자가 태양을 등지고 다량의 물방울 집단을 바라볼 때 물방울들에 의해 굴절된 빛이 망막에 맺히면서 생성된다. 이 물방울 집단의 크기, 즉 그 폭, 깊이, 그리고 길이가 클수록 멀리서도 볼 수 있는 대형 무지개가 생성된다. 물론 넓은 지역에 물방울 분사 장치를 여러 개 설치하여 물방울을 분사하면 길이와 폭이 큰 물방울 집단을 만들 수 있다.

그러나 이 경우, 여러 개의 물방울 분사 장치를 포함한 물방울 분사 시스템을 설치하는 것이 매우 번거롭고 유지 관리하는 것도 어려워 놀이 공원이나 이벤트에 사용하기가 어렵다.

또한, 아래 표 1에서 보듯이, 무지개의 색깔 분포가 항상 같은 것이 아니라, 물방울 집단을 구성하는 물방울의 크기에 따라 달라진다. 무지개의 색깔 분포를 달리할 수 있다는 것은 무지개를 여러 장소에 설치(생성)할 때, 장소마다 서로 다른 느낌이 나는 무지개를 설치(생성)할 수 있다는 것을 의미하므로, 설치(생성)된 무지개의 예술적 가치를 높여주고, 단가를 높이는데 중요한 역할을 한다.

물방울 크기 (지름)	무지개 색깔
1 ~ 2 mm	보라와 녹색이 매우 선명. 순수 빨간색 포함. 파란색은 잘 안 생김
0.5 mm	빨간색이 약한 무지개. 부수무지개는 노란색
0.2 ~ 0.3 mm	빨간색이 없는 무지개
0.08 ~ 0.10 mm	무지개의 폭이 넓고 색의 채도가 낮아 보라색만 선명. 부수무지개는 일차무지개에서 꽤 떨어진 곳에 생성되고 흰색을 보임
0.05 mm 이하	안개 무지개
아주 작은 물방울	무지개 형성 안 됨 (구름으로 보임)

한편, 종래 기술로, 미국등록특허 US 4,002,333호에 개시된 무지개 현상 생성 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 아치모양의 기계장치가 속이 비어 있는 통로를 형성하고, 통로의 벽에 노즐들을 설치하여 물방울을 통로 안쪽으로 분사시킨다. 또한, 벽에 컬러 패널이 설치되어 무지개 색을 생성하고 무지개 색을 통로의 물방울 집단("워터 커튼" 또는 "워터 스크린"이라 함)에 투영한다. 따라서, 관찰자는 이 통로를 이동하면서 워터 커튼에 투영된 무지개 색을 감상할 수 있다. 그러나, 이 색은 물방울 자체에 의해 굴절된 색이 아니므로 실제 무지개가 아니라는 단점이 있다.

다른 종래 기술로, 미국등록특허 US 4,975,811호에 개시된 무지개 생성 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 분수대 바닥에 반 원통 거울이 설치되어 옆에서 오는 인조광을 원통에 수직인 모든 방향으로 반사시킨다. 또한, 분수대 바닥에 설치된 노즐들에 의해 형성된 물방울들이 반사된 빛을 시선방향으로 굴절시켜 무지개를 형성한다. 따라서, 물방울로 입사하는 광선과 물방울에 의해 반사되는 광선과의 각도가 40~42˚가 되는 위치에 관찰자의 시점이 위치하면 무지개가 지각된다. 그러나, 이 지각된 무지개는 지형지물을 배경으로 형성되는 자연무지개가 아니라는 단점이 있다.

또 다른 종래 기술로, 미국공개특허 US2005/0024892 A1호에 개시된 인공 무지개용 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 공중에 구조물을 설치하고 거기에 노즐을 장치하여 물방울을 분사시킨다. 또한, 물방울 분사기는 태양의 위치와 관찰자의 위치를 고려하여 그 위치를 바꾼다. 따라서, 관찰자는 적정높이를 가진 관찰대에서 생성되는 무지개를 바라본다. 그러나, 자연무지개가 생성은 되지만, 상당한 규모의 인위적인 기계장치 때문에 자연스러운 무지개라고 보기는 힘들다는 단점이 있다.

또 다른 종래 기술로, 한국공개특허 제10-2011-0126331호에 개시된 무지개 자동 생성 시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상하 및 좌우 방향으로 회전 가능한 원통형의 하우징(110)과, 하우징의 끝단 가장자리에 원형으로 배치된 분사노즐(120)과, 물방울의 분사 거리를 높이기 위해 프로펠러를 돌려 풍압을 발생시키는 구동부(미도시)를 포함한다. 분사 장치를 이용할 때는 하우징을 태양광 입사각(즉, 태양의 고도)에 맞추어 회전한 후, 물방울을 분사시킨다. 도 5는 상기 분사 장치를 이용하여 무지개를 생성한 예시도로, 실제로 무지개를 생성한 후 찍은 사진이 아니고, 상상한 예시도인데, 분사 장치에서 분사되는 물방울 집단의 가로 길이 보다 훨씬 긴 무지개를 상상하여 그린 것이다. 실제로는 중앙 부분에만 무지개가 형성되며, 즉 무지개가 공중에 떠 있고, 무지개의 양쪽 사이드가 지면에 닿지 않게 된다. 참고로, 무지개는 지면에서 솟아 오른 것처럼 생성되어야 보기 좋은데, 그렇게 하기가 쉽지 않다. 그렇게 하려면 단위 장치의 성능에 따라 다르겠지만, 적당한 성능을 가정한다면, 10개 이상의 분사 장치를 가로 방향으로 나열해야 될 것이다

그러나, 이렇게 많은 수의 분사장치를 나열하는 것은 설치의 번거로움, 비용의 상승, 유지관리의 어려움을 야기시키는 문제가 있다. 그리고, 도 5에 의하면, 관찰자들이 분사 장치 뒤에서 무지개를 관찰하는 것으로 추정되는데, 다수의 분사장치들이 나열되면 미관상 좋지 않은 문제가 있다. 나열된 분사 장치 앞에 칸막이 벽을 세워 분사 장치가 보이지 않게 할 수도 있겠지만, 그렇게 되면 관찰자들 앞에 인공적인 벽이 생기게 되어 관찰자들이 갑갑한 느낌을 가지는 문제가 있다. 또한 이렇게 벽을 세우면, 무지개가 땅에서 솟아 오르는 부분을 볼 수 없게 되어, 무지개 감상 효과도 떨어지는 문제가 있다.

1. 미국등록특허 US 4,002,333 (등록일: 1977년 1월 11일) 2. 미국등록특허 US 4,975,811 (등록일: 1990년 12월 4일) 3. 미국공개특허 US 2005/0024892 A1 (공개일: 2005년 2월 3일) 4. 한국공개특허 제10-2011-0126331호 (공개일: 2011년 11월 23일)

본 발명의 기술적 과제는, 구성요소를 최소화하면서도 자연스러운 대형 무지개를 생성할 수 있는 대형 무지개 생성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는, 무지개 색깔의 분포에 따라 서로 다른 물방울 사이즈의 물방울 집단을 생성할 수 있는 대형 무지개 생성 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 대형 무지개 생성 장치는, 대형 무지개 생성 장치로, 좌우로 서로 대칭되게 배치되며 물방울을 분사하는 제1 및 제2 분사건; 물이 저장된 물탱크; 상기 제1 및 제2 분사건과 상기 물탱크를 연결하는 메인 배관; 상기 물탱크의 물을 상기 제1 및 제2 분사건으로 토출시키는 펌프; 및 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 분사건은 그 사이의 중앙의 상부를 향해 물방울이 분사되도록 배치된다.

상기 제1 및 제2 분사건 각각은, 중공된 원통형을 가지며 입구단과 출구단을 포함하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 입구단에서 상기 출구단으로 송풍력을 가하는 송풍기; 상기 하우징의 상기 출구단의 둘레에 배치되고 상기 출구단과 동심원을 이루며 그리고 상기 메인 배관과 연결되는 복수의 환형 배관; 및 상기 복수의 환형 배관 각각에 그 원주 방향을 따라 간격을 두고 구비되는 복수의 노즐을 포함할 수 있다.

상기 하우징의 상기 출구단은 상기 입구단 보다 작은 직경을 가질 수 있다.

상기 송풍기는, 상기 하우징의 내부의 중심축 상에 구비되는 송풍 모터; 상기 송풍 모터에 결합되는 송풍팬; 및 상기 송풍 모터를 상기 하우징의 내벽에 지지하는 복수의 지지대를 포함할 수 있다.

상기 송풍 모터와 상기 하우징의 내벽 사이의 간격은 최소 7 센티미터일 수 있다.

상기 제1 및 제2 분사건 각각은, 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 송풍기의 풍속을 측정하는 풍속 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 풍속 센서에서 측정된 풍속이 설정 풍속 범위에 놓이도록 상기 송풍 모터를 제어할 수 있다.

상기 제1 및 제2 분사건 각각은, 상기 복수의 환형 배관을 각각 개폐시키는 밸브를 더 포함할 있고, 상기 제어부는 상기 복수의 환형 배관으로 공급되는 물의 양이 작아 토출 수압이 설정 수압 미만으로 떨어질 경우 상기 토출 수압이 설정 수압의 범위에 있도록 상기 밸브를 이용하여 상기 복수의 환형 배관 중 하나 이상이 닫을 수 있다.

상기 제1 및 제2 분사건 각각은, 상기 하우징이 좌우로 패닝(panning)되거나 상하로 틸팅(tilting)되도록 상기 하우징을 지지하는 팬틸트 지지 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 팬틸트 지지 유닛은, 상기 하우징이 상하로 틸팅되도록 상기 하우징에 회전 가능하게 구비되는 지지 브라켓; 및 상기 지지 브라켓과 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 하우징을 틸팅시키기 위해 힘을 가하는 가압부를 포함할 수 있다.

상기 팬틸트 지지 유닛은, 상기 지지 브라켓의 저면에 좌우 회전 가능하게 구비되어 상기 하우징을 이동시킴과 동시에 상기 하우징을 좌우로 패닝시키는 바퀴부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 분사건 각각은, 상기 하우징의 내부에 구비되어 회오리 현상을 방지하는 회오리 방지 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 송풍팬은 송풍되는 방향을 기준으로 상기 송풍 모터의 전단에 구비되고, 상기 회오리 방지 부재는 송풍되는 방향을 기준으로 상기 송풍 모터의 후단에 구비될 수 있다.

상기 회오리 방지 부재는 상기 송풍되는 방향으로 점점 지름이 작아지는 원뿔 형상을 가질 수 있다.

상기 복수의 노즐로 서로 다른 크기 또는 서로 다른 형상의 분사 구멍을 가지는 적어도 2개의 타입의 노즐이 준비될 수 있다.

상기 적어도 2개의 타입의 노즐은 상기 복수의 환형 배관 중 해당 환형 배관에 착탈 가능하게 구비되며, 상기 복수의 노즐에서 나오는 물방울의 크기를 조절하기 위해 상기 해당 환형 배관에 가해지는 수압 및 유량을 고려하여 상기 2개의 타입의 노즐 중 어느 하나의 타입의 노즐이 선택될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대형 무지개 생성 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 제1 및 제2 분사건과, 물탱크와, 메인 배관과, 펌프와, 그리고 제어부를 포함하고, 특히 제1 및 제2 분사건이 가운데가 아닌 좌우로 서로 대칭되게 배치되어 물방울을 분사하는 기술구성을 제공하므로, 분사건을 많이 사용할 필요 없이 2개 만으로도 허허 벌판에서 자연스러운 대형 무지개를 보는 느낌을 줄 수 있는 등 자연스러운 대형 무지개를 생성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 하우징의 내부에 회오리 방지 부재가 구비되므로, 분사건의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 복수의 환형 배관을 각각 개폐시키는 밸브가 구비되므로, 밸브 및 제어부에 의해 복수의 환형 배관으로 공급되는 물의 양이 작아 토출 수압이 설정 수압 미만으로 떨어질 경우 토출 수압이 설정 수압의 범위에 있도록 하여 분사건의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 복수의 노즐로 다른 크기 또는 다른 형상의 분사 구멍을 가지는 적어도 2개의 타입의 노즐이 준비되는 기술구성을 가지므로, 무지개 색깔의 분포에 따라 서로 다른 물방울 사이즈의 물방울 집단을 생성할 수 있다.

도 1은 종래 기술로 무지개 현상 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 종래 기술로 무지개 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 또 다른 종래 기술로 인공 무지개용 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 또 다른 종래 기술로 무지개 자동 생성 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 무지개 자동 생성 시스템에 의해 생성된 무지개를 가상으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 무지개 생성 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 대형 무지개 생성 장치 중 분사건을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 분사건 중 하우징의 입구단에 놓인 복수의 환형 배관을 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 7의 분사건 중 하우징의 내부를 나타낸 일부 절개 단면도이다.
도 10은 도 7의 분사건의 배관 구조를 개략적을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 무지개 생성 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 대형 무지개 생성 장치 중 분사건을 나타낸 사시도이며, 그리고 도 8은 도 7의 분사건 중 하우징의 입구단에 놓인 복수의 환형 배관을 나타낸 사시도이다.

도 9는 도 7의 분사건 중 하우징의 내부를 나타낸 일부 절개 단면도이고, 도 10은 도 7의 분사건의 배관 구조를 개략적을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 대형 무지개 생성 장치는, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)과, 물탱크(220)와, 메인 배관(230)과, 펌프(240)와, 그리고 제어부(250)를 포함한다.

제1 및 제2 분사건(A1)(A2)은 무지개를 생성하기 위한 물방울을 분사하는 것으로, 도 6에 도시된 바와 같이 좌우로 서로 대칭되게 배치된다. 따라서, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)이 가운데가 아닌 좌우로 서로 대칭되게 배치되므로 분사건(A)을 많이 사용할 필요 없이 2개 만으로도 허허 벌판에서 자연스러운 대형 무지개를 보는 느낌을 줄 수 있는 등 자연스러운 대형 무지개를 생성할 수 있다.

계속해서, 도 6을 참조하면, 물탱크(220)는 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)으로 물을 공급하기 위해 물을 가두어 두는 곳이고, 메인 배관(230)은 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)과 물탱크(220)를 연결하여 물탱크(220)에서 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)으로 물의 이동을 안내하는 역할을 하고, 펌프(240)는 물탱크(220)의 물이 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)으로 이동되도록 물에 펌핑력을 가하며, 그리고 제어부(250)는 펌프(240) 등을 제어한다.

이하, 도 6 내지 도 10을 다시 참조하여, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)에 대해 보다 상세히 설명한다.

제1 및 제2 분사건(A1)(A2) 각각은, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(310), 송풍기(320), 복수의 환형 배관(330), 그리고 복수의 노즐(340)을 포함할 수 있다.

하우징(310)은 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 중공된 원통형을 가지며 입구단(311)과 출구단(312)을 포함한다. 따라서, 송풍기(320)가 가동되면 하우징(310)의 입구단(311)으로 외기가 유입되어 출구단(312)을 통해 토출된다.

나아가, 하우징(310)의 출구단(312)은 입구단(311) 보다 작은 직경을 가질 수 있다. 따라서, 하우징(310)의 출구단(312)을 통해 토출되는 공기의 압력은 입구단(311)에 비해 증가되므로 공기를 상대적으로 더 멀리 보낼 수 있는 토출압을 형성할 수 있다.

송풍기(320)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(310)의 내부에 구비되어 하우징(310)의 입구단(311)에서 출구단(312)으로 송풍력을 가하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 송풍기(320)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(310)의 내부의 중심축 상에 구비되는 송풍 모터(321)와, 송풍 모터(321)의 모터 축에 결합되는 송풍팬(322)과, 그리고 송풍 모터(321)를 하우징(310)의 내벽에 지지하는 복수의 지지대(323)를 포함할 수 있다. 따라서, 송풍 모터(321)가 가동되면 송풍팬(322)이 회전되면서 하우징(310)의 입구단(311)에서 출구단(312)으로 송풍력을 가할 수 있다.

나아가, 송풍 모터(321)와 하우징(310)의 내벽 사이의 간격은 최소 7cm 이상일 수 있다. 실험을 통해 확인한 결과, 7cm 미만일 경우, 공기의 유동에 대해 저항이 커져 생활 소음(분사건에서 10m 떨어진 지점에서 60dB 이하의 소음)보다 커지는 문제가 있었다.

이와 더불어, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2) 각각은, 도 9에 도시된 바와 같이 하우징(310)의 내부에 구비되어 송풍기(320)의 풍속을 측정하는 풍속 센서(350)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(250)는 풍속 센서(350)에서 측정된 풍속이 설정 풍속 범위에 놓이도록 송풍 모터(321)를 제어할 수 있다. 여기서, 설정 풍속 범위는 초속 30m 내외일 수 있다. 초속 30m 내외일 경우에 분사건(A)에서 토출된 물방울이 수직 방향으로 대략 30m 높이까지 올라갈 수 있음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.

이와 더불어, 상기 제1 및 제2 분사건(A1)(A2) 각각은, 도 9에 도시된 바와 같이 하우징(310)의 내부에 구비되어 회오리 현상을 방지하는 회오리 방지 부재(380)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 하우징(310) 내에서 송풍 모터(321)를 지나면서 발생되는 와류나 회오리 현상을 방지하여 분사건(A)의 성능을 향상시킬 수 있다.

계속해서, 도 9를 참조하면, 송풍팬(322)은 송풍되는 방향을 기준으로 송풍 모터(321)의 전단에 구비되고, 회오리 방지 부재(380)는 송풍되는 방향을 기준으로 송풍 모터(321)의 후단에 구비될 수 있다. 따라서, 회오리 방지 부재(380)가 송풍 모터(321)를 지나면서 회오리 등이 급속도로 발생되는 지점에 위치되므로 회오리 방지 역할을 극대화할 수 있다.

계속해서, 도 9을 참조하면, 회오리 방지 부재(380)는 송풍되는 방향으로 점점 지름이 작아지는 원뿔 형상을 가질 수 있다. 회로리 현상이 회오리 방지 부재(380)에 방지됨과 동시에 송풍 모터(321)의 후단으로 토출되는 공기의 유동에 대한 저항을 최소화할 수 있다.

복수의 환형 배관(330)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(310)의 출구단(312)의 둘레에 배치되고, 출구단(312)과 동심원을 이루며, 그리고 메인 배관(230)과 연결될 수 있다.

이와 더불어, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2) 각각은, 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 환형 배관(330)을 각각 개폐시키는 밸브(360)를 더 포함할 있다. 이 경우, 제어부(250)는 복수의 환형 배관(330)으로 공급되는 물의 양이 작아 토출 수압이 설정 수압 미만으로 떨어질 경우 토출 수압이 설정 수압의 범위에 있도록 밸브(360)를 이용하여 복수의 환형 배관(330) 중 하나 이상이 닫을 수 있다. 따라서, 밸브(360) 등을 통해 토출 수압을 설정 수압으로 관리할 수 있어, 분사건(A)의 성능을 향상시킬 수 있다.

복수의 노즐(340)은, 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 환형 배관(330) 각각에 그 원주 방향을 따라 간격을 두고 구비될 수 있다. 특히, 복수의 노즐(340)로 다른 크기 또는 다른 형상의 분사 구멍을 가지는 적어도 2개의 타입의 노즐이 준비될 수 있다. 따라서, 복수의 노즐(340)로 다른 크기 또는 다른 형상의 분사 구멍을 가지는 적어도 2개의 타입의 노즐이 준비되는 기술구성을 가지므로, 무지개 색깔의 분포에 따라 서로 다른 물방울 사이즈의 물방울 집단을 생성할 수 있다. 예를 들어 적어도 2개의 타입의 노즐로는 후술하는 플랫 타입 노즐(flat type nozzle)과 풀콘 타입 노즐(full cone type nozzle) 등이 사용될 수 있다.

특히, 이러한 적어도 2개의 타입의 노즐은 복수의 환형 배관(330) 중 해당 환형 배관에 착탈 가능하게 구비될 수 있다. 나아가, 복수의 노즐(340)에서 나오는 물방울의 크기를 조절하기 위해 해당 환형 배관에 가해지는 수압 및 유량을 고려하여 2개의 타입의 노즐 중 어느 하나의 타입의 노즐이 선택될 수 있다.

이와 더불어, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2) 각각은, 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(310)이 좌우로 패닝(panning)되거나 상하로 틸팅(tilting)되도록 하우징(310)을 지지하는 팬틸트 지지 유닛(370)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 팬틸트 지지 유닛(370)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(310)이 상하로 틸팅되도록 하우징(310)에 회전 가능하게 구비되는 지지 브라켓(371)과, 그리고 지지 브라켓(371)과 하우징(310) 사이에 구비되어 하우징(310)을 틸팅시키기 위해 힘을 가하는 가압부(372)를 포함할 수 있다. 일 예로, 가압부(372)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 지지 브라켓(371)에 회전 가능하게 구비되는 크랭크 축(372a)과, 일단이 크랭크 축(372a)의 외면에 회전 가능하게 구비되고 타단이 하우징(310)에 회전 가능하게 구비되는 커넥팅 로드(372b)를 포함하여, 크랭크 축(372a)의 회전에 의해 커넥팅 로드(372b)가 당겨지는 미는 원리로 하우징(310)이 틸팅되도록 하우징(310)을 가압할 수 있다.

나아가, 팬틸트 지지 유닛(370)은, 도 7에 도시된 바와 같이 지지 브라켓(371)의 저면에 좌우 회전 가능하게 구비되어 하우징(310)을 이동시킴과 동시에 하우징(310)을 좌우로 패닝시키는 바퀴부(373)를 더 포함할 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 10을 다시 참조하여, 분사건(A)의 설계 사양에 대해 보다 상세히 설명한다.

(1) 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)의 좌우 대칭 배치

관찰자를 기준으로 좌우로 넓게 분포된 물방울 집단을 형성하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)을 좌우에 배치하고 중앙 상부를 향하여 물방울을 분사하도록 한다. 각 분사건(A)은 물방울이 충분한 수직 높이(30 m 이내)와 충분한 수평 거리(각각 30 m 이내)를 이동할 수 있도록 설계한다. 이렇게 하면 관찰자가 제1 및 제2 분사건(A1)(A2) 뒤에서 무지개를 관찰할 필요도 없어, 미관상의 문제가 해결된다. 그리고, 좌우에 배치된 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)은 주변의 지형지물(예를 들어 나무 등)로 자연스럽게 가릴 수 있으므로, 허허 벌판에서 무지개를 보는 느낌을 가질 수 있다. 이것은 도 4 및 도 5에 도시된 종래기술에 비해 상당한 장점을 가진다. 이 종래기술에서 이런 생각을 하지 못한 것은 태양의 고도에 따라, 즉 태양광선의 입사각에 맞추어 분사건의 방향(물방울들이 분사되는 방향)을 설정해야 된다는 생각을 했기 때문이다. 이렇게 분사 방향을 조절하는 것은 무지개를 생성할 때 관찰자들을 특정 위치에 고정시키고, 이로부터 일정 거리에 무지개를 생성하려면 필요한 일이다. 그러나, 본 발명의 대형 무지개 생성 장치는 관찰자들이 다양한 위치에서 무지개를 관찰한다고 가정하고 물방울 집단을 최대한 높게 최대한 넓게 분사시키기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)을 좌우에 배치하고 중앙 상부를 향하여 물방울을 분사시킬 수 있다.

(2) 분사건(A)의 성능을 높이는 방법

도 4 및 도 5에 나타난 종래기술은 분사건의 내부 구조, 특히 상승기류를 일으키는 구동부의 작동 방식에 대한 기술이 전혀 없고, 분사건의 크기를 가늠하게 하는 설명이 전혀 없다. 이 두 가지는 분사건의 성능을 결정짓는 중요한 요소이다. 본 발명은 높이 30m 내외 길이 60m 내외의 대형 무지개를 생성을 담보하기 위한 것이므로, 분사건(A)의 성능을 적시한다.

1) 분사건(A)의 구조: 분사건(A)은 전체적으로 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 구조를 가지며, 세부적으로 다음과 같은 사양을 가진다.

1.1) 분사건(A)의 입구단(311)의 지름: 1.2m 내외

1.2) 분사건(A)의 출구단(312)의 지름: 0.7m 내외

1.3) 분사건(A)의 전체 길이: 2.5 m 내외

1,4) 상승기류 생성을 위한 송풍기(320): 분사건(A)은 초속 30m 내외의 빠른 상승기류를 생성하는 고성능 송풍기(320)를 갖추어야 한다.

1.5) 분사건(A)에 전력 입력: 송풍기(320)를 가동하는데 필요한 전력을 배급하는 전력 배급 장치(미도시)를 갖추어야 한다.

1.6) 분사건(A)의 내부 배관(도 10의 390): 분사건(A)은 물탱크(220)로부터 공급되는 20bar 내외의 고압을 견딜 수 있는 내부 배관(390)을 갖추어야 한다.

2) 분사건(A)의 운동구조: 분사건(A)은 현장 설치를 위해 지면에서 이동이 용이해야 하므로, 다음과 같은 기능을 가진다.

2.1) 분사건(A)의 기계적 장치의 하나인 하우징(310)은, 도 7에 도시된 바와 같이 삼륜구조의 바퀴부(373) 위에 조립식으로 고정한다. 삼륜구조의 바퀴부(373) 중에서 후면의 2개의 후방 바퀴(373b)는 고정 형이며, 앞쪽 1개의 전방 바퀴(373a)는 분사건(A)이 좌우 방향전환이 자유롭게 설계한다.

2.2) 삼륜구조의 바퀴부(373) 위에 고정된 하우징(310)은 상하, 좌우로 조절 가능하도록 설계된다.

3) 분사건(A)의 물방울 분사 능력 요구조건

3.1) 다양한 노즐 교체 허용 (도 8 참조)

- 노즐(340)은 하우징(310)의 출구단(312)에 동심원으로 배치된 복수(3개 내외)의 환형 배관(330)에 부착된다.

- 각 환형 배관(330) 당 20 내외 노즐(340)이 장착 가능하게 제작된다. 특히, 3개 내외의 환형 배관(330)에 100개 내외의 노즐(340)이 배치 가능하도록 제작하되, 분사건(A)에 작용되는 수압과 유량에 따라 실제로 사용하는 환형 배관(330)을 온/오프(ON/OFF) 할 수 있도록 제작한다.

- 대형 무지개 생성을 위해 분사건(A)에는 시간당 20 ~ 40톤의 물을 분사할 수 있도록 한다. 공급하는 수량이 작아지면, 분사건(A)의 내부 배관(390) 또는 환형 배관(330)을 온/오프(ON/OFF)시키거나, 배관에 부착된 노즐을 온/오프(ON/OFF) 시킨다.

3.3) 분사 높이: 분사건(A)의 수직 방향 물방울 분사 능력은 30 m 내외이다.

3.4) 분사건(A)의 내부에 설치된 내부 배관(390)은 이를 통과하는 물의 압력이 20 bar일때 이를 지탱할 수 있어야 한다. 이 분사건(A)의 내부 배관(390)의 유체 압력은 분사건(A)에 물을 공급하는 펌프(240)의 양정(head), 노즐 구멍의 크기와 수, 그리고 내부 배관(390)의 저항 등에 영향을 받는다.

4) 송풍기(320)의 구조:

4.1) 송풍기(320)는 도 9에서 보는 것과 같이 설계한다. 송풍기(320)에서 나오는 바람의 속도는 분사건(A)의 출구단에서 측정했을 때 초속 30m 내외로 한다. 송풍기(320)에서 나오는 풍속을 조절하기 위해 풍속 센서(350)가 장착된다.

4.2) 송풍기(320)를 가동하는데 필요한 전력은 15kw 이내로 한다.

4.3) 송풍기(320)의 소음: 분사건(A)에서 사용되는 송풍기(320)의 소음은 분사건(A)에서 10m 떨어진 지점의 소음이 생활소음인 60dB 이 넘지 않도록 하여야 한다.

4.4) 도 9에서 송풍기(320)의 회전축을 돌리는 송풍 모터(321)를 하우징(310)의 내부 중앙에 설치할 때, 송풍 모터(321)와 하우징(310)의 내벽을 연결하는 복수의 지지대(323)가 필요하다. 이 복수의 지지대(323)는 바람의 직진성을 향상하도록 설계되어야 한다. 이때 송풍 모터(321)와 지지대(323) 간의 간격이 너무 작으면 소음이 많이 발생되므로, 둘 사이의 간격이 최소한 7cm 는 되어야 한다.

5) 분사건(A)의 배관의 구조: 도 10에 도시된 바와 같이, 메인 배관(230)과 연결되는 내부 배관(390)과, 내부 배관(390)과 연결되는 복수의 환형 배관(330)으로 이루어진다. 여기서 내부 배관(390)은 입구관(391)과 입구관(391)에서 상기 복수의 환형 배관(330)으로 분지되는 분지관(392)으로 이루어진다.

(3) 물방울 사이즈 조절

표 1에 기술된 바와 같이, 분사되는 물방울의 사이즈에 따라, 무지개의 색깔 분포가 달라진다. 이것은 장소마다 독특한 무지개를 생성하여 무지개의 예술적 가치를 높이는데, 매우 중요한 요소이다. 따라서 본 발명의 대형 무지개 생성 장치는 필요에 따라 특정 사이즈를 가지는 물방울들을 생성하는 기법을 가진다.

이것은 어떤 종류의 노즐을 사용하여, 어느 정도의 수압과 유량을 가해주면 되는가 하는 문제로 귀착된다. 따라서 수압과 물방울의 사이즈, 물의 유량의 관계에 대한 데이터가 필요한데, 이 데이터를 얻기 위해 일련의 실험을 수행하였다. 실험 결과는 다음과 같다.

1) 노즐종류: 노즐 카탈로그에서 제공하는 정보에 근거하여 물방울을 원형 모양으로 분사하는 풀콘 노즐과 얇은 면 모양으로 분사하는 플랫 노즐을 선정하여 테스트 하였다. 노즐 타입 별로, 가해주는 수압을 조절해 가면서 압력과 유량에 따른 물방울 입자 크기를 특수 장치로 측정하여 표 2 및 3을 생성하였다.

2) 표 2 및 3의 활용 방법

예를 들어, 입자의 평균 지름이 0.7mm 인 물방울 집단을 생성하고 싶으면, 플랫 노즐 타입을 사용하고, 이 노즐에 0.5 바의 압력과 6.4 lpm의 유량을 가해주면 된다. 본 발명의 대형 무지개 생성 장치는 이렇게 다양한 물방을 사이즈를 가진 물방울 집단을 생성할 수도 있도록 이에 적합한 노즐과 각 노즐에 가해주는 압력을 정할 수 있도록 되어 있다. 수압은 물탱크(220)와 연결된 펌프(240)에 의해 생성되는데, 이 수압이 메인 배관(230)을 통해 전달되면서 감압되고 도 10에서 보는 것처럼, 물이 분사건의 입구관(391)으로 들어가 다시 분지관(392)으로 분배될 때 감압된다. 그리고, 노즐(340)에 가해지는 압력이 주어지면 이를 위해 분지관(392) 또는 환형 배관(330)에 부착된 압력 조절 밸브(360)를 이용하여 다시 미세하게 감압시킨다.

실험결과 데이터
1. 노즐 타입(플랫 노즐)
평균입자크기 (지름: mm)	압력 (bar)	유량 ( lpm, 분당 리터)
0.7	0.5	6.4
0.6	0.6	6.9
0.54	0.8	8.2
0.52	1	9
0.47	2	13.1
0.42	6	15.7
0.41	4	18.2
0.37	7	24

실험결과 데이터
2. 노즐 타입(풀콘 노즐)
평균입자크기 (mm)	압력 (bar)	유량 (lpm)
0.58	0.5	6.8
0.49	0.8	8.7
0.49	1	9.8
0.40	1.5	11.7
0.37	2	13
0.31	3	15.3
0.23	5	18.7
0.19	7	24.1

표 2 및 3은 노즐 별로 수압과 유량에 따른 평균 물방울 크기를 기술한 것이다.

위의 데이타는 분사건(A)에서 사용하는 물의 총량을 조절하는데 사용할 수도 있다. 시간당 공급할 수 있는 물의 총량에 제약이 있는 경우가 많으므로, 실제 분사를 할 때는 이를 고려하여 노즐 타입을 정해야 한다. 만약 플랫 노즐을 가해주는 수압을 7 bar로 하면, 분사되는 물의 유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

이 노즐에 7 bar 를 가하면, 표 3에 의해 노즐당 유량은 24 l/min 가 된다. 이렇게 한 시간 가동하면, 24 * 60 l /h = 1,440 l/h = 1,440 kg/h = 1.44 ton/h 가 된다. 참고로, 물 1 liter = 1000 g = 1kg 이다.

노즐을 22 개 사용하는 경우, 총유량 = 1,440 * 22 l /h =31,680 kg/h = 31.680 ton / h = 시간당 약 31 ton 이다. 만약에 시간당 제공할 수 있는 유량이 이 보다 작으면 다른 노즐을 사용해야 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 무지개 생성 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)과, 물탱크(220)와, 메인 배관(230)과, 펌프(240)와, 그리고 제어부(250)를 포함하고, 특히 제1 및 제2 분사건(A1)(A2)이 가운데가 아닌 좌우로 서로 대칭되게 배치되어 물방울을 분사하는 기술구성을 제공하므로, 분사건(A)을 많이 사용할 필요 없이 2개 만으로도 허허 벌판에서 자연스러운 대형 무지개를 보는 느낌을 줄 수 있는 등 자연스러운 대형 무지개를 생성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 하우징(310)의 내부에 회오리 방지 부재(380)가 구비되므로, 분사건(A)의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수의 환형 배관(330)을 각각 개폐시키는 밸브(360)가 구비되므로, 밸브(360) 및 제어부(250)에 의해 복수의 환형 배관(330)으로 공급되는 물의 양이 작아 토출 수압이 설정 수압 미만으로 떨어질 경우 토출 수압이 설정 수압의 범위에 있도록 하여 분사건(A)의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수의 노즐(340)로 다른 크기 또는 다른 형상의 분사 구멍을 가지는 적어도 2개의 타입의 노즐이 준비되는 기술구성을 가지므로, 무지개 색깔의 분포에 따라 서로 다른 물방울 사이즈의 물방울 집단을 생성할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

A: 분사건 A1: 제1 분사건
A2: 제2 분사건 220: 물탱크
230: 메인 배관 240: 펌프
250: 제어부 310: 하우징
311: 입구단 312: 출구단
320: 송풍기 321: 송풍 모터
322: 송풍팬 323: 복수의 지지대
330: 복수의 환형 배관 340: 복수의 노즐
350: 풍속 센서 360: 밸브
370: 팬틸트 지지 유닛 371: 지지 브라켓
372: 가압부 372a: 크랭크 축
372b: 커넥팅 로드 373: 바퀴부
373a: 전방 바퀴 373b: 후방 바퀴
380: 회오리 방지 부재 390: 내부 배관
391: 입구관 392: 분지관

Claims (15)

1. 대형 무지개 생성 장치로,
   좌우로 서로 대칭되게 배치되며 물방울을 분사하는 제1 및 제2 분사건;
   물이 저장된 물탱크;
   상기 제1 및 제2 분사건과 상기 물탱크를 연결하는 메인 배관;
   상기 물탱크의 물을 상기 제1 및 제2 분사건으로 토출시키는 펌프; 및
   상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 분사건은 그 사이의 중앙의 상부를 향해 물방울이 분사되도록 배치되는
   대형 무지개 생성 장치.
2. 제1항에서,
   상기 제1 및 제2 분사건 각각은,
   중공된 원통형을 가지며 입구단과 출구단을 포함하는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 입구단에서 상기 출구단으로 송풍력을 가하는 송풍기;
   상기 하우징의 상기 출구단의 둘레에 배치되고 상기 출구단과 동심원을 이루며 그리고 상기 메인 배관과 연결되는 복수의 환형 배관; 및
   상기 복수의 환형 배관 각각에 그 원주 방향을 따라 간격을 두고 구비되는 복수의 노즐
   을 포함하는 대형 무지개 생성 장치.
3. 제2항에서,
   상기 하우징의 상기 출구단은 상기 입구단 보다 작은 직경을 가지는
   대형 무지개 생성 장치.
4. 제2항에서,
   상기 송풍기는,
   상기 하우징의 내부의 중심축 상에 구비되는 송풍 모터;
   상기 송풍 모터에 결합되는 송풍팬; 및
   상기 송풍 모터를 상기 하우징의 내벽에 지지하는 복수의 지지대
   를 포함하는 대형 무지개 생성 장치.
5. 제4항에서,
   상기 송풍 모터와 상기 하우징의 내벽 사이의 간격은 최소 7 센티미터인
   대형 무지개 생성 장치.
6. 제4항에서,
   상기 제1 및 제2 분사건 각각은
   상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 송풍기의 풍속을 측정하는 풍속 센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 풍속 센서에서 측정된 풍속이 설정 풍속 범위에 놓이도록 상기 송풍 모터를 제어하는
   대형 무지개 생성 장치.
7. 제2항에서,
   상기 제1 및 제2 분사건 각각은
   상기 복수의 환형 배관을 각각 개폐시키는 밸브를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 복수의 환형 배관으로 공급되는 물의 양이 작아 토출 수압이 설정 수압 미만으로 떨어질 경우 상기 토출 수압이 설정 수압의 범위에 있도록 상기 밸브를 이용하여 상기 복수의 환형 배관 중 하나 이상이 닫는
   대형 무지개 생성 장치.
8. 제2항에서,
   상기 제1 및 제2 분사건 각각은
   상기 하우징이 좌우로 패닝되거나 상하로 틸팅되도록 상기 하우징을 지지하는 팬틸트 지지 유닛을 더 포함하는
   대형 무지개 생성 장치.
9. 제8항에서,
   상기 팬틸트 지지 유닛은,
   상기 하우징이 상하로 틸팅되도록 상기 하우징에 회전 가능하게 구비되는 지지 브라켓; 및
   상기 지지 브라켓과 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 하우징을 틸팅시키기 위해 힘을 가하는 가압부
   를 포함하는 대형 무지개 생성 장치.
10. 제9항에서,
    상기 팬틸트 지지 유닛은
    상기 지지 브라켓의 저면에 좌우 회전 가능하게 구비되어 상기 하우징을 이동시킴과 동시에 상기 하우징을 좌우로 패닝시키는 바퀴부
    를 더 포함하는 대형 무지개 생성 장치.
11. 제4항에서,
    상기 제1 및 제2 분사건 각각은,
    상기 하우징의 내부에 구비되어 회오리 현상을 방지하는 회오리 방지 부재
    를 더 포함하는 대형 무지개 생성 장치.
12. 제11항에서,
    상기 송풍팬은 송풍되는 방향을 기준으로 상기 송풍 모터의 전단에 구비되고,
    상기 회오리 방지 부재는 송풍되는 방향을 기준으로 상기 송풍 모터의 후단에 구비되는
    대형 무지개 생성 장치.
13. 제12항에서,
    상기 회오리 방지 부재는
    상기 송풍되는 방향으로 점점 지름이 작아지는 원뿔 형상을 가지는
    대형 무지개 생성 장치.
14. 제2항에서,
    상기 복수의 노즐로,
    서로 다른 크기 또는 서로 다른 형상의 분사 구멍을 가지는 적어도 2개의 타입의 노즐이 준비되는
    대형 무지개 생성 장치.
15. 제14항에서,
    상기 적어도 2개의 타입의 노즐은 상기 복수의 환형 배관 중 해당 환형 배관에 착탈 가능하게 구비되며,
    상기 복수의 노즐에서 나오는 물방울의 크기를 조절하기 위해 상기 해당 환형 배관에 가해지는 수압 및 유량을 고려하여 상기 적어도 2개의 타입의 노즐 중 어느 하나의 타입의 노즐이 선택되는
    대형 무지개 생성 장치.

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