KR101788001B1

KR101788001B1 - 왕복회전식 양수장치

Info

Publication number: KR101788001B1
Application number: KR1020150153972A
Authority: KR
Inventors: 고진환; 파타르 에베네처 지토루스; 박진순
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-10-20
Also published as: US20170122299A1; KR20170052050A; US10605237B2

Abstract

왕복회전식 양수장치가 개시된다. 본 발명의 왕복회전식 양수장치는, 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제1 윙부재; 제1 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 제1 윙부재를 왕복회전시키는 제1 회전수단; 제1 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 제1 윙부재의 양력에 의해 제1 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제1 암; 및 제1 암과 제1 커넥팅로드로 연결된 제1 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 유체가 유입되고 유출되는 제1 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치를 제공할 수 있게 된다.

Description

왕복회전식 양수장치{MULTIPLE OSCILLATING WATER PUMPING DEVICE}

본 발명은 왕복회전식 양수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고, 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치에 관한 것이다.

양수장치는 낮은 수위의 수조에서 높은 수위의 수조로 펌프를 써서 물을 밀어 올리는 설비를 가리킨다. 양수장치는 공업용이나 농업용으로 많이 사용되며, 특히 전기나 상수도와 같은 도시기반시설이 닿지 않는 도서지역이나 시추시설, 등대, 해상 건물 등과 같이 소수의 인원이 생활하는 해상구조물에서 필수적이다.

이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제937338호에는 수위 가변형 양수장치가 개시되어 있으며, 등록특허공보 제937338호는 부력수단과, 부력수단의 상부에 탑재된 모터부와, 모터부로부터 동력을 제공받아 그 임펠러가 회전함에 따라 물의 흡입과 토출이 이루어지도록 부력수단 하부에 설치된 양수부와, 양수시 부력수단이 부유하는 것을 방지하고 수위에 따라 수직방향으로 승강할 수 있도록 안내하기 위한가이드 수단이 구비된다.

등록특허공보 제937338호는 양수장치가 수면에 떠 있는 상태로 설치되고 그 흡입공이 염전지나 정화조, 배수조의 바닥으로부터 이격됨에 따라 양수시 이물질 내지 토사의 유입을 방지할 수 있고, 흡입구의 막힘으로 인한 모터의 파손을 예방할 수 있는 이점이 있다.

그러나 종래의 양수장치는 등록특허공보 제937338호와 같이 양수 펌프를 구동해야만 하므로, 양수 펌프 및 발전기를 구동하는데 요구되는 석유연료 등의 동력원을 접근성이 제한적인 도서지역이나 해상구조물로 지속적으로 공급하기가 어려워서 낮은 사용성을 나타낸다.

이와 관련하여 유럽 등록특허공보 제1979610호에는 TIDAL ENERGY STSTEM이 개시되어 있다. 그러나 유럽 등록특허공보 제1979610호는 조류의 유동에너지에 의해 프로펠러 형태의 회전수단을 회전시켜 양수장치를 구동하고 있으나, 프로펠러 형태의 회전수단은 회전수단이 완전히 잠기는 충분한 수심이 요구되므로 해안가나 수중구조물에 가깝게 설치하기가 어려워 설치성이 낮은 단점이 있으며, 또한 양수장치가 수중에 잠기는 형태로 설치됨에 따라 양수장치의 높은 수밀성이 요구되는 한편 설치되더라도 수중에 설치된 양수장치를 유지관리하기 어려운 문제가 있었다.

(0001) 대한민국 등록특허공보 제937338호 (등록일: 2010.01.10) (0002) 유럽 등록특허공보 제1979610호 (등록일: 2014.06.04)

본 발명의 목적은, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치를 제공하는 것이다.

또한, 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제1 윙부재; 상기 제1 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제1 윙부재를 왕복회전시키는 제1 회전수단; 상기 제1 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제1 윙부재의 양력에 의해 제1 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제1 암; 및 상기 제1 암과 제1 커넥팅로드로 연결된 제1 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 유체가 유입되고 유출되는 제1 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치에 의하여 달성된다.

상기 제1 윙부재의 회전축은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장되고, 상기 제1 암은 유체 바깥에서 상기 제1 윙부재의 회전축과 회전가능하게 결합되도록 이루어질 수 있다.

상기 제1 실린더 및 상기 제1 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고, 상기 제1 커넥팅로드는, 상기 제1 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제1 암과 회전가능하게 결합되며, 상기 제1 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 유체는 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하도록 이루어질 수 있다.

상기 제1 실린더는, 상기 제1 피스톤이 왕복이동하는 몸체; 상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 증가시 유체의 유출을 차단하는 제1 체크밸브가 설치된 유입부; 및 상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 감소시 유체의 유입을 차단하는 제2 체크밸브가 설치된 유출부를 포함하여 이루어질 수 있다.

유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제2 윙부재; 상기 제2 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제2 윙부재를 왕복회전시키는 제2 회전수단; 상기 제2 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제2 윙부재의 양력에 의해 제2 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제2 암; 및 상기 제2 암과 제2 커넥팅로드로 연결된 제2 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 유체가 유입되고 유출되는 제2 실린더를 포함하고, 상기 제1 암과 상기 제2 암은, 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하도록 이루어질 수 있다.

상기 제1 암의 회전력을 상기 제2 윙부재의 회전축으로 전달하는 제1 연동유닛; 및 상기 제2 암의 회전력을 상기 제1 윙부재의 회전축으로 전달하는 제2 연동유닛을 포함하고, 상기 제1 암과 상기 제2 암은, 상기 제1 연동유닛과 상기 제2 연동유닛에 의해 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하도록 이루어질 수 있다.

상기 제2 실린더 및 상기 제2 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고, 상기 제2 커넥팅로드는, 상기 제2 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제2 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제2 암과 회전가능하게 결합되며, 상기 제1 실린더 및 상기 제2 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 유체는, 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하도록 이루어질 수 있다.

상기 제1 연동유닛은, 상기 제1 회전중심축에 결합되어 상기 제1 암에 의해 왕복회전하는 제1-1 회전부재; 상기 제2 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제1-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-2 회전부재; 및 상기 제2 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제1-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-3 회전부재를 포함하고, 상기 제2 연동유닛은, 상기 제2 회전중심축에 결합되어 상기 제2 암에 의해 왕복회전하는 제2-1 회전부재; 상기 제1 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제2-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-2 회전부재; 및 상기 제1 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제2-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-3 회전부재를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 연동유닛이 한쪽 암의 회전력을 다른 한쪽 윙부재의 회전축으로 전달함으로써, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 한 쌍의 제1 커넥팅로드가 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 제1 암과 회전가능하게 결합됨에 따라, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 제1 윙부재의 회전축은 유체 바깥에서 제1 암과 회전가능하게 결함됨으로써, 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치의 사시도.
도 2는 도 1의 왕복회전식 양수장치의 측면도.
도 3은 도 1의 왕복회전식 양수장치의 평면도.
도 4는 도 1의 왕복회전식 양수장치의 제1 실린더를 나타내는 도면.
도 5는 도 3의 왕복회전식 양수장치의 주기 내 작동을 나타내는 흐름도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치의 사용상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 왕복회전식 양수장치는, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어진다.

또한, 본 발명의 왕복회전식 양수장치는, 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치의 사시도, 도 2는 도 1의 왕복회전식 양수장치의 측면도, 도 3은 도 1의 왕복회전식 양수장치의 평면도, 도 4는 도 1의 왕복회전식 양수장치의 제1 실린더를 나타내는 도면, 도 5는 도 3의 왕복회전식 양수장치의 주기 내 작동을 나타내는 흐름도, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치의 사용상태도.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치는, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되도록 이루어지며, 제1 양수유닛, 제2 양수유닛, 제1 연동유닛 및 제2 연동유닛을 포함하여 구성된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치(1)는, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되도록 이루어지며, 제1 양수유닛(100), 제2 양수유닛(200), 제1 연동유닛(300) 및 제2 연동유닛(400)을 포함하여 구성된다.

제1 양수유닛(100)과 제2 양수유닛(200)은 각각 독립적으로 유체의 유동에너지를 이용하여 유체를 양수하도록 이루어지며, 제1 연동유닛(300) 및 제2 연동유닛(400)에 의해 서로 회전력이 전달된다. 따라서, 제1 양수유닛(100) 및 제2 양수유닛(200)은 제1 연동유닛(300) 및 제2 연동유닛(400)이 미설치된 경우에도 각각 유체를 양수할 수 있으며, 제1 양수유닛(100)만 따로 설치될 수도 있다.

본 발명의 왕복회전식 양수장치(1)는 유체의 흐름이 있는 하천, 인공수로, 강, 바다에 설치되어 물을 양수할 수 있으며, 아래에서는 일 실시예로서 조류가 흐르는 바다에 설치되는 것으로 설명하고자 한다. L은 조류의 흐름방향을 나타낸다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 양수유닛(100)은 제1 윙부재(110), 제1 회전수단(120), 제1 암(130) 및 제1 실린더(140)를 포함하여 구성된다.

제1 윙부재(110)는 수표면 아래에 배치되어 조류의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 구성으로서, 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 평면도(도 3 참조) 상에서 보면 유선형이다.

제1 윙부재(110)의 전단부는 평면도(도 3 참조) 상에서 후단부보다 더 두꺼우며, 제1 윙부재(110)는 전단부 쪽에서 후단부 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다. 다시 말해서 조류의 흐름을 기준으로 전단부는 후단부보다 상류에 배치된다.

제1 윙부재(110)의 회전축(111)은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 회전수단(120)은 제1 윙부재(110)를 왕복회전시키는 구성으로서, 제어부(미도시)에 의해 양방향으로 회전하는 모터로 구비된다.

제1 회전수단(120)은 제1 암(130)의 단부에 결합된 상태에서 제1 윙부재(110)의 회전축(111)에 주기적인 양방향 회전력을 전달하게 된다. 제1 회전수단(120)의 회전축은 제1 윙부재(110)의 회전축(111)에 직접 연결될 수도 있고, 기어나 풀리에 의해 회전력이 전달될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 회전수단(120)은 수면위에서 제1 윙부재(110)의 회전축(111)을 회전시키게 된다. 제1 윙부재(110)는 제1 회전수단(120)에 의해 주기적으로 양방향으로 회전되며, 이에 따라 제1 윙부재(110)에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환된다.

제1 암(130)은 제1 윙부재(110)의 양력에 의해 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 왕복회전하는 구성으로서, 긴 바(bar) 형태로 형성된다. 제1 암(130)은 유체 바깥에 구비되며, 그 단부에 제1 윙부재(110)의 회전축(111)이 회전가능하게 결합된다.

제1 회전중심축(A1)은 세로방향의 축으로서, 고정된 물체에 회전가능하게 설치된다. 도 1 내지 도 3에서 고정된 물체는 제1 플레이트(W1) 및 제2 플레이트(W2)로 도시되었다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 제1 플레이트(W1) 및 제2 플레이트(W2)는 양수장치(1)의 고정을 위해 해안가나 해상구조물에 건설된 고정구조물의 일부로서 이해되어야 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(140)는 제1 피스톤(144)의 왕복이동에 의한 내부압력의 주기적인 증감에 의해 유체가 유입되고 유출되는 구성으로서, 제1 피스톤(144)은 제1 커넥팅로드(R1)에 의해 제1 암(130)과 연결된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 암(130)은 세로방향의 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 수평 방향으로 회전되며, 제1 피스톤(144)은 제1 회전중심축(A1)과 직각방향 즉, 수평 방향으로 왕복이동을 하게 된다.

제1 커넥팅로드(R1)는 제1 암(130)의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시키는 구성으로서, 양단부가 각각 제1 암(130)과 제1 피스톤(144)에 회전가능하게 연결된다.

제1 커넥팅 로드는 제1 암(130)의 회전시 제1 피스톤(144)에 연결된 부분을 축으로 진자(振子)처럼 좌우로 흔들리면서 전체가 상하로 움직이며 제1 암(130)의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시키게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(140)는 몸체(141), 유입부(142) 및 유출부(143)를 포함하여 구성된다.

몸체(141)는 실린더 형태로 형성되며, 내부에서 제1 피스톤(144)이 왕복이동하여 내부압력이 증가하거나 감소하게 된다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤(144)이 제1 커넥팅로드(R1) 쪽으로 이동하면 몸체(141) 내부의 압력이 감소하고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤(144)이 제1 커넥팅로드(R1)와 반대쪽으로 이동하면 몸체(141) 내부의 압력이 증가하게 된다.

몸체(141) 내부의 압력이 감소되면 유체는 유입부(142)를 통해 몸체(141) 내부로 유입되고, 몸체(141) 내부의 압력이 증가되면 유체는 유출부(143)를 통해 몸체(141) 외부로 유출된다.

유입부(142)의 내부에는 제1 체크밸브(C1)가 설치되고, 유출부(143)의 내부에는 제2 체크밸브(C2)가 설치된다. 제1 체크밸브(C1) 및 제2 체크밸브(C2)는 볼(ball)의 이동에 의해 유체가 이동하는 통로를 선택적으로 막도록 이루어진다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제1 체크밸브(C1)는 몸체(141)의 내부압력이 증가할 때 유입부(142) 내부의 통로를 막음으로써 유입부(142)를 통한 유체의 유출을 차단하고, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 제2 체크밸브(C2)는 몸체(141)의 내부압력이 감소할 때 유출부(143) 내부의 통로를 막음으로써 유출부(143)를 통한 유체의 유입을 차단하게 된다.

도시되지는 않았으나, 유입부(142)의 유입구(G1)에는 유체가 이동하는 파이프 또는 호스(이하 '관로')의 일단부가 결합된다. 유입구(G1)와 연결된 관로의 타단부는 수면 아래에 위치하게 된다.

도시되지는 않았으나, 유출부(143)의 유출구(G2)에도 유체가 이동하는 관로의 일단부가 결합된다. 유출구(G2)와 연결된 관로의 타단부는 양수된 유체를 저장하는 저장조(미도시)로 연결된다. 양수장치(1)에 의해 저장조에 모인 물은 담수화장치(미도시)를 거쳐 식수로 사용되거나, 양수식 발전기(미도시)에 이용되어 전력을 생산할 수도 있다.

제1 피스톤(144)의 왕복운동에 의해 양수되는 물은 저장조로 이동하는 과정에서 제1 실린더(140) 내부의 압력증가시 관로의 내부에서 저장조를 향해 이동하고 제1 실린더(140) 내부의 압력감소시 관로의 내부에서 정체된다. 이와 같은 물의 주기적인 정체는 관로 내 손실 수두(loss of head)를 증가시키는 원인이 되어 양수되는 물의 양이 감소될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(140) 및 제1 커넥팅로드(R1)는 각각 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 제1 커넥팅로드(R1)는 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 양쪽에서 제1 암(130)과 회전가능하게 결합될 수 있다. 그리고 도시되지는 않았으나, 한 쌍의 제1 실린더(140)로부터 유출구(G2)를 통해 각각 유출된 유체는 주관(主管)에서 합쳐져 저장조로 이동하게 된다.

제1 커넥팅로드(R1)가 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 양쪽에서 제1 암(130)과 각각 회전가능하게 결합되면, 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 제1 커넥팅로드(R1)가 서로 반대쪽으로 이동하게 되며, 이에 따라 제1 커넥팅로드(R1)와 각각 연결된 제1 피스톤(144)의 왕복운동은 서로 2분의 1주기의 위상차를 형성하여 제1 실린더(140) 간 내부압력 증감은 서로 역전된다.

이에 따라, 한 쌍의 제1 실린더(140)로부터 유출구(G2)를 통해 각각 유출된 유체는 서로 2분의 1주기의 위상차를 형성하면서 주관에서 합쳐지게 되며, 주관에서 합쳐진 유체는 정체되지 않는 연속적인 흐름을 형성하게 된다. 연속적인 물의 흐름은 관로 내 손실 수두를 감소시켜 양수되는 물이 양이 증가하게 되는 이점이 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 양수유닛(200)은 조류의 흐름을 기준으로 제1 양수유닛(100)의 후방에 배치된다.

조류의 흐름은 해수 내 가로세로 좌표에 따라 속도 및 방향에 차이가 있을 수 있는데, 흐름 앞쪽에 있는 제1 윙부재(110)가 뒤쪽 제2 윙부재(210)로 흐르는 조류의 흐름을 일부 간섭하기는 하지만, 제1 윙부재(110)에서 발생되는 와류에 의해 조류의 운동에너지가 늘어나는 제2 윙부재(210)의 배치가 가능하고 혹은 윙부재의 크기를 조절하여, 제1 윙부재(110)와 제2 윙부재(210)에 형성되는 양력의 크기를 유사하게 맞출 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 양수유닛(200)은 제2 윙부재(210), 제2 회전수단(220), 제2 암(230) 및 제2 실린더(240)를 포함하여 구성된다.

제2 윙부재(210)는 수표면 아래에 배치되어 조류의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 구성으로서, 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 평면도(도 3 참조) 상에서 보면 유선형이다.

제2 윙부재(210)의 전단부는 평면도(도 3 참조) 상에서 후단부보다 더 두꺼우며, 제2 윙부재(210)는 전단부 쪽에서 후단부 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다.

제2 윙부재(210)의 회전축(211)은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 양수유닛(200)은 제1 양수유닛(100)과 대칭된 형태로 구비되며, 실질적으로 제1 양수유닛(100)과 동일한 원리로 작동된다. 따라서, 제2 회전수단(220), 제2 암(230) 및 제2 실린더(240)의 자세한 설명은 제1 양수유닛(100)과 실질적으로 중복되므로 생략하고자 한다.

미설명된 부호 R2는 제2 커넥팅로드, 241은 제2 실린더(240)의 몸체, 242는 제2 실린더(240)의 유입부, 243은 제2 실린더(240)의 유출부이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 연동유닛(300)은 제1 암(130)의 회전력 일부를 제2 윙부재(210)의 회전축(211)으로 전달하기 위한 구성으로서, 제1-1 회전부재(P1), 제1-2 회전부재(P2), 제1-3 회전부재(P3) 및 제1-4 회전부재(P4)를 포함하여 구성된다.

제1-1 회전부재(P1)는 제1 회전중심축(A1)에 결합되어 제1 암(130)에 의해 왕복회전하고, 제1-2 회전부재(P2)는 제2 회전중심축(A2)에 공회전가능하게 결합된 상태에서 제1-1 회전부재(P1)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제1-1 회전부재(P1)와 연동하여 회전한다.

제1-4 회전부재(P4)는 제1-2 회전부재(P2)와 결합되어 제1-2 회전부재(P2)의 회전력을 전달받으며, 제1-3 회전부재(P3)는 제2 윙부재(210)의 회전축(211)에 결합된 상태에서 제1-4 회전부재(P4)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제1-4 회전부재(P4)와 연동하여 회전한다.

따라서, 제1 회전중심축(A1)의 회전력 일부는 제1-1 회전부재(P1), 제1-2 회전부재(P2), 제1-3 회전부재(P3) 및 제1-4 회전부재(P4)를 통해 제2 윙부재(210)의 회전축(211)으로 전달된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 연동유닛(400)은 제2 암(230)의 회전력 일부를 제1 윙부재(110)의 회전축(111)으로 전달하기 위한 구성으로서, 제2-1 회전부재(P1), 제2-2 회전부재(P2), 제2-3 회전부재(P3) 및 제2-4 회전부재(P4)를 포함하여 구성된다.

제2-1 회전부재(P1)는 제2 회전중심축(A2)에 결합되어 제2 암(230)에 의해 왕복회전하고, 제2-2 회전부재(P2)는 제1 회전중심축(A1)에 공회전가능하게 결합된 상태에서 제2-1 회전부재(P1)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제2-1 회전부재(P1)와 연동하여 회전한다.

제2-4 회전부재(P4)는 제2-2 회전부재(P2)와 결합되어 제2-2 회전부재(P2)의 회전력을 전달받으며, 제2-3 회전부재(P3)는 제1 윙부재(110)의 회전축(111)에 결합된 상태에서 제2-4 회전부재(P4)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제2-4 회전부재(P4)와 연동하여 회전한다.

따라서, 제2 회전중심축(A2)의 회전력 일부는 제2-1 회전부재(P1), 제2-2 회전부재(P2), 제2-3 회전부재(P3) 및 제2-4 회전부재(P4)를 통해 제1 윙부재(110)의 회전축(111)으로 전달된다.

본 발명의 반복승강식 양수장치(1)는, 제1 연동유닛(300)과 제2 연동유닛(400)에 의한 제1 양수유닛(100)과 제2 양수유닛(200) 간 회전력 전달에 의해 제1 회전수단(120) 및 제2 회전수단(220)의 가동에 사용되는 에너지가 최소화된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 암(130)과 제2 암(230)은, 제1 연동유닛(300)과 제2 연동유닛(400)에 의해 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전한다.

도 5는 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 왕복회전하는 제1 암(130)의 왕복회전운동과 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 왕복회전하는 제2 암(230)의 왕복회전운동을 4분의 1주기 단위로 간략하게 도시한 도면이다.

용이한 이해를 위해 도 5(a)에 도시된 상태를 제1주기, 도 5(b)에 도시된 상태를 제2주기, 도 5(c)에 도시된 상태를 제3주기, 도 5(d)에 도시된 상태를 제4주기로 지칭하여 설명하고자 한다.

도 5(a)에 도시한 바와 같이, 제1주기에서 제1 윙부재(110)가 반시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 (제1 윙부재(110)에 형성된 양력에 의해) 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 (제2 윙부재(210)에 형성된 양력에 의해) 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 반시계방향으로 회전하게 된다.

제1주기에서 제1 암(130)의 시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 반시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용된다.

도 5(b)에 도시한 바와 같이, 제2주기에서 제1 윙부재(110)가 반시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 반시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 반시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 반시계방향으로 회전하게 된다.

제2주기에서 제1 암(130)의 반시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 반시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용된다.

도 5(c)에 도시한 바와 같이, 제3주기에서 제1 윙부재(110)가 시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 반시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 반시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다.

제3주기에서 제1 암(130)의 반시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 시계방향 회전력의 일부로 사용된다.

도 5(d)에 도시한 바와 같이, 제4주기에서 제1 윙부재(110)가 시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다.

제4주기에서 제1 암(130)의 시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 시계방향 회전력의 일부로 사용된다.

도시되지는 않았으나, 한 쌍의 제1 실린더(140)와 한 쌍의 제2 실린더(240)로부터 유출구(G2)를 통해 각각 유출된 유체는 주관(主管)에서 합쳐져 저장조로 이동하게 된다.

도 3을 참조하면, 제1-1 실린더(140A)는 제2주기와 제3주기에서 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하고, 제1주기와 제4주기에서는 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않는다.

그리고 제1-2 실린더(140B)는 제2주기와 제3주기에서 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않고, 제1주기와 제4주기에서는 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하게 된다.

한편, 제2-1 실린더(240A)는 제1주기와 제2주기에서 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하고, 제3주기와 제4주기에서는 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않는다.

그리고 제2-2 실린더(240B)는 제1주기와 제2주기에서 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않고, 제3주기와 제4주기에서는 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하게 된다.

이에 따라, 한 쌍의 제1 실린더(140) 및 한 쌍의 제2 실린더(240)로부터 각각의 유출구(G2)를 통해 유출된 유체는 서로 4분의 1주기의 위상차를 형성하면서 주관에서 연속적으로 합쳐지게 되며, 주관에서 합쳐진 유체는 연속적인 흐름을 형성하게 된다. 연속적인 물의 흐름은 관로 내 손실 수두를 감소시켜 양수되는 물의 양이 증가하게 되는 이점이 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치(2)는, 제1 윙부재(110)의 회전축(111) 및 제1 회전중심축(A1)이 수평방향으로 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치(2)는, 제1 윙부재(110)는 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 상하방향으로 왕복회전하게 되며, 따라서 제1 회전수단(120), 제1 암(130) 및 제1 실린더(140)가 모두 수면 아래에 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복회전식 양수장치(2)는, 제1 윙부재(110)의 회전축(111)과 제1 회전중심축(A1)이 수평방향으로 배치된 점, 그리고 한 쌍의 제1 암(130)이 제1 회전중심축(A1)을 공유하며 왕복회전하는 점을 제외하면, 일 실시예에서 설명한 제1 양수유닛(100)과 실질적으로 동일한 원리로 작동된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 대한 설명은 일 실시예에서 자세하게 설명한 제1 양수유닛(100)과 실질적으로 중복되므로 생략하고자 한다.

본 발명에 의하면, 연동유닛이 한쪽 암의 회전력을 다른 한쪽 윙부재의 회전축으로 전달함으로써, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치(1)를 제공할 수 있게 된다.

또한, 한 쌍의 제1 커넥팅로드(R1)가 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 양쪽에서 각각 제1 암(130)과 회전가능하게 결합됨에 따라, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치(1)를 제공할 수 있게 된다.

또한, 제1 윙부재(110)의 회전축(111)은 유체 바깥에서 제1 암(130)과 회전가능하게 결함됨으로써, 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어지는 왕복회전식 양수장치(1)를 제공할 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 양수장치
100 : 제1 양수유닛 200 : 제2 양수유닛
110 : 제1 윙부재 210 : 제2 윙부재
120 : 제1 회전수단 220 : 제2 회전수단
130 : 제1 암 230 : 제2 암
A1 : 제1 회전중심축 A2 : 제2 회전중심축
R1 : 제1 커넥팅로드 R2 : 제2 커넥팅로드
140 : 제1 실린더 240 : 제2 실린더
141 : 몸체 241 : 몸체
142 : 유입부 242 : 유입부
143 : 유출부 243 : 유출부
144 : 제1 피스톤 244 : 제2 피스톤
C1 : 제1 체크밸브 400 : 제2 연동유닛
C2 : 제2 체크밸브
G1 : 유입구
G2 : 유출구
300 : 제1 연동유닛
P1 : 제1-1 회전부재, 제2-1 회전부재
P2 : 제1-2 회전부재, 제2-2 회전부재
P3 : 제1-3 회전부재, 제2-3 회전부재
P4 : 제1-4 회전부재, 제2-4 회전부재

Claims

유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제1 윙부재;
상기 제1 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제1 윙부재를 왕복회전시키는 제1 회전수단;
상기 제1 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제1 윙부재의 양력에 의해 제1 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제1 암;
상기 제1 암과 제1 커넥팅로드로 연결된 제1 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 유체가 유입되고 유출되는 제1 실린더;
유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제2 윙부재;
상기 제2 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제2 윙부재를 왕복회전시키는 제2 회전수단;
상기 제2 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제2 윙부재의 양력에 의해 제2 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제2 암; 및
상기 제2 암과 제2 커넥팅로드로 연결된 제2 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 유체가 유입되고 유출되는 제2 실린더를 포함하고,
상기 제1 암과 상기 제2 암은, 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 윙부재의 회전축은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장되고,
상기 제1 암은 유체 바깥에서 상기 제1 윙부재의 회전축과 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 실린더 및 상기 제1 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고,
상기 제1 커넥팅로드는, 상기 제1 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제1 암과 회전가능하게 결합되며,
상기 제1 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 유체는 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 실린더는,
상기 제1 피스톤이 왕복이동하는 몸체;
상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 증가시 유체의 유출을 차단하는 제1 체크밸브가 설치된 유입부; 및
상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 감소시 유체의 유입을 차단하는 제2 체크밸브가 설치된 유출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 암의 회전력을 상기 제2 윙부재의 회전축으로 전달하는 제1 연동유닛; 및
상기 제2 암의 회전력을 상기 제1 윙부재의 회전축으로 전달하는 제2 연동유닛을 포함하고,
상기 제1 암과 상기 제2 암은, 상기 제1 연동유닛과 상기 제2 연동유닛에 의해 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 실린더 및 상기 제2 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고,
상기 제2 커넥팅로드는, 상기 제2 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제2 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제2 암과 회전가능하게 결합되며,
상기 제1 실린더 및 상기 제2 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 유체는, 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 연동유닛은, 상기 제1 회전중심축에 결합되어 상기 제1 암에 의해 왕복회전하는 제1-1 회전부재; 상기 제2 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제1-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-2 회전부재; 및 상기 제2 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제1-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-3 회전부재를 포함하고,
상기 제2 연동유닛은, 상기 제2 회전중심축에 결합되어 상기 제2 암에 의해 왕복회전하는 제2-1 회전부재; 상기 제1 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제2-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-2 회전부재; 및 상기 제1 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제2-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-3 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복회전식 양수장치.