KR101971252B1 - 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경에너지인 물의 파력을 실험하는 수조 타입 물결파 발생장치에 관한 기술로서, 파력으로부터 에너지를 획득하기 위해 미리 파력에 대한 실험용으로 인공의 수조에서 바다의 파도에 대응하는 물결파를 생성하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 물이 채워진 정해진 규격의 실험수조에 대해 가압유닛이 사용자 조작에 따라 정해지는 크기의 힘을 실험수조 내의 물에 가함으로써 물결파의 크기를 사용자가 원하는 패턴으로 조작할 수 있는 장점이 있다.

Description

파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치 {water waves occurring device in the water tank for wave force experiment}
본 발명은 수조 타입 물결파 발생장치에 관한 기술이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 파력으로부터 에너지를 획득하기 위해 미리 파력에 대한 실험용, 풍화, 침식 등의 지구과학 실험용, 좁은 틈에서의 회절 등의 물리 실험용으로 인공의 수조에서 바다의 파도에 대응하는 물결파를 생성하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 바다에서 발생하는 수많은 파도로부터 에너지를 획득하는 파력 기반 에너지 생성 기술은 미미한 수준이다.
일례로, 특허출원 제10-2010-0039259호 "파력발생장치"(이하, '선행기술 1'이라 함)는 실제 바다에 설치해서 파력에 의한 운동에너지으로부터 에너지를 획득하기 위한 기술이고, 다른 일례로, 특허출원 제10-2014-0007648호 "파력 계측 실험 시스템"(이하, '선행기술 2'라 함)은 실제로 바다에 설치해서 바다의 파도로부터 발생하는 파력을 계측 실험해 보는 기술이다.
위의 선행기술 1은 파력으로부터 실제 에너지를 획득하겠다는 것으로서 그 신뢰성은 미미한 수준이다.
그리고, 선행기술 2는 파력을 계측하는 실험이긴 하지만, 실험자가 파력을 제어할 수 없고, 또한 바람 등 기상 상황의 차이로 인해 올바른 실험결과를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
그 결과, 파력을 이용하여 친환경 에너지를 효율적으로 생성하기 위해서는 그 실시가 미미했던 이 분야 종래기술 문제점을 해결하기 보다는 실험 사용자가 원하는 환경을 변경하면서 그 변경되는 다양한 환경에서의 파력 동작 상태를 면밀하게 연구할 필요가 있다.
즉, 파도(물결파)가 발생할 때 그 물결파의 물리적인 운동으로부터 어떻게 에너지(예: 전기)를 획득할지를 고민해 볼 수가 있다.
여기서, 파도(물결파)의 물리적인 운동이라 하면, 파도(물결파)가 발생할 때 그 매질인 물을 통해 이동하는 파동에너지를 들 수 있고, 그 파동에너지와 더불어 물결파가 연직 상하방향으로 움직이는 기구적인 에너지를 들 수 있다.
이러한, 일련의 파도(물결파)에 의한 에너지를 분석하기 위해서는 정해진 공간(예: 실내의 수조)에서 사용자가 목적하는 방향으로 조작할 수 있는 환경을 조성할 필요가 있다.
특허출원 제10-2010-0039259호 "파력발생장치" 특허출원 제10-2014-0007648호 "파력 계측 실험 시스템"
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 파력으로부터 친환경 에너지를 획득하거나 다양한 지구과학, 물리 실험 등의 교육용으로 사용하기 위해 미리 파도의 움직임을 면밀하게 분석할 수 있도록 사용자가 원하는 패턴으로 파도를 생성할 수 있는 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치는 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝까지 길게 형성되는 육면체 타입으로 이루어지고 파력 실험을 위한 물을 자신의 내측에 담고 있는 실험수조; 실험수조의 한쪽 끝인 실험수조의 내측에 배치된 상태로 실험수조 내의 물에 외력을 가함으로써 자신이 배치된 위치로부터 대향하는 실험수조의 다른 한쪽 끝을 향해 이동하는 물결파를 실험수조 내에 생성시키는 가압유닛; 가압유닛에 연결되어 가압유닛이 실험수조 내에 물에 외력을 가하도록 가압유닛에 동력을 전달하는 구동유닛; 복수의 수평프레임과 복수의 수직프레임이 상호 교차하여 이루는 자신의 몸체가 가압유닛에 인접하는 실험수조의 측벽에 장착된 상태로 구동유닛과 연결됨에 따라 실험수조로부터 구동유닛을 지지하는 지지프레임;을 포함하여 구성된다.
그리고, 플레이트 형태로 이루어지고 가압유닛과 대향하는 실험수조의 한쪽 끝인 실험수조의 내벽에 장착되며 자신의 상부가 가압유닛이 위치하는 방향으로 기울어짐에 따라 가압유닛에 의해 생성되는 물결파의 파동에너지가 자신에 반사되어 실험수조의 하방향으로 방향 전환되도록 하는 간섭방지 패널;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 가압유닛과 간섭방지패널 사이에 대응하는 실험수조의 바닥면에 일단부가 연결되고 타단부는 실험수조의 상부에 고정되어 상하 연직방향으로 배치되는 연직 가이드부재; 자신의 몸체가 관통되어 연직 가이드부재에 끼워진 상태로 연직 가이드부재의 길이방향을 따라 자유로이 움직이며 물 위에 뜨는 재질로 이루어짐에 따라 실험수조 내의 물 위에 뜬 상태로 실험수조 내 물의 상하방향 움직임에 연동하여 연직 가이드부재의 길이방향을 따라 움직이는 수직운동 표시부재;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 가압유닛은, 구동유닛에 회동 가능하게 연결되고 구동유닛의 동작에 연동하여 지지프레임에 구속된 상태로 실험수조의 내외부로 상하방향 스트로크되는 하나이상의 연직 로드부재; 연직 로드부재에 연결된 상태로 연직 로드부재와 일체로 상하방향 스트로크되며 연직 로드부재의 하방향 스크로크시 자신의 하면이 실험수조 내의 물 표면에 비스듬히 부딪침에 따라 실험수조 내의 물에서 생성되는 물결파의 파동에너지를 간섭방지패널 방향으로 이동시키는 가압 푸시부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
다른 한편, 구동유닛은, 구동모터; 자신의 회전축 양단부가 지지프레임에 고정된 상태로 구동모터의 회전기어에 맞물려 제자리 회전하는 제 1 기어부재; 자신의 회전축 양단부가 지지프레임에 고정된 상태로 제 1 기어부재의 회전축과 체인 연결됨에 따라 제 1 기어부재의 회전에 연동하여 회전하는 제 2 기어부재; 자신의 회전축 양단부가 지지프레임에 고정된 상태로 제 2 기어부재의 회전축과 체인 연결됨에 따라 제 2 기어부재의 회전에 연동하여 회전하는 제 3 기어부재; 자신의 회전축 양단부가 지지프레임에 고정된 상태로 제 3 기어부재의 회전축과 체인 연결됨에 따라 제 3 기어부재의 회전에 연동하여 회전하는 하나이상의 제 4 기어부재; 자신의 일단부가 연직 로드부재에 회동 가능하게 연결되며 자신의 타단부는 제 4 기어부재에 회동 가능하게 연결됨에 따라 제 4 기어부재의 회전운동을 연직 로드부재의 직선운동으로 전환시키는 회동링크 로드부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 물이 채워진 정해진 규격의 실험수조에 대해 가압유닛이 사용자 조작에 따라 정해지는 크기의 힘을 실험수조 내의 물에 가함으로써 물결파의 크기를 사용자가 원하는 패턴으로 조작할 수 있는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 간섭방지패널의 구비로 인해 좁은 수조에서도 바다에서의 파도와 같이 그 파도의 반대방향으로부터 전해지는 반 파동에너지를 최소화할 수 있는 장점도 나타낸다.
또한, 본 발명은 연직 가이드부재와 수직운동 표시부재의 구비로 인해 물결파의 움직임을 효과적으로 분석할 수 있는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 복수 개의 회전축과 각 회전축에 구비되는 기어부재를 통해 구동모터의 진동에도 불구하고 구동유닛으로부터 가압유닛의 연직 로드부재에 가해지는 진동을 현저히 낮출 수 있는 장점도 나타낸다.
[도 1]은 본 발명에 따른 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치를 도시한 예시도,
[도 2]는 [도 1]에서 일부분을 발췌하에 확대한 후 가압 푸시부재의 동작에 연동하여 기능하는 간섭방지패널의 사용 상태를 나타낸 예시도,
[도 3]은 [도 2]에서 가압 푸시부재의 동작에 연동하여 동작하는 수직운동 표시부재의 사용 상태를 나타낸 예시도,
[도 4]는 본 발명의 가압유닛을 발췌하여 확대 도시한 예시도,
[도 5]는 [도 1]에서 구동유닛이 위치한 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[도 1]은 본 발명에 따른 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치를 도시한 예시도이다. [도 1]을 참조하면, 본 발명에 따른 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치는 실험수조(110), 가압유닛(120), 구동유닛(130), 지지프레임(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 실험수조(110)는 [도 1]에서와 같이 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝까지 길게 형성되는 육면체 타입으로 이루어지고 파력 실험을 위한 물을 자신의 내측에 담고 있다.
여기서, 실험수조(110)는 바람직하게는 상부가 개구됨 없이 막힌 구조의 천장이 일체로 연결됨이 바람직하다. 그 결과, 가압유닛(120) 이외의 외부 요소(예: 바람, 사용자 신체의 수조 진입 등)를 최소한으로 할 수 있다.
가압유닛(120)은 [도 1]에서와 같이 실험수조(110)의 한쪽 끝인 실험수조(110)의 내측에 배치된 상태로 실험수조(110) 내의 물에 외력을 가하도록 배치된다.
그 결과, 가압유닛(120)은 자신이 배치된 위치로부터 대향하는 실험수조(110)의 다른 한쪽 끝에 위치한 간섭방지패널(150)을 향해 이동하는 물결파를 실험수조(110) 내에 생성시키게 된다.
구동유닛(130)은 [도 1]에서와 같이 가압유닛(120)에 연결되어 가압유닛(120)이 실험수조(110) 내에 물에 외력을 가하도록 가압유닛(120)에 동력을 전달한다.
지지프레임(140)은 [도 1]에서와 같이 복수의 수평프레임과 복수의 수직프레임이 상호 교차하여 이루는 자신의 몸체가 가압유닛(120)에 인접하는 실험수조(110)의 측벽에 장착된다.
그리고, 지지프레임(140)은 [도 1]에서와 같이 실험수조(110)의 측벽에 장착된 상태로 구동유닛(130)과 연결됨에 따라 실험수조(110)로부터 구동유닛(130)을 지지하게 된다.
[도 2]는 [도 1]에서 일부분을 발췌하에 확대한 후 가압 푸시부재의 동작에 연동하여 기능하는 간섭방지패널의 사용 상태를 나타낸 예시도이다. [도 2]를 참조하면, 본 발명은 간섭방지패널(150)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
간섭방지패널(150)은 플레이트 형태로 이루어지고 가압유닛(120)과 대향하는 실험수조(110)의 한쪽 끝인 실험수조(110)의 내벽에 장착될 수 있다.
이때, 간섭방지패널(150)은 [도 2]에서와 같이 자신의 상부가 가압유닛(120)이 위치하는 방향으로 기울어지게 배치됨이 바람직하다.
그 결과, 가압유닛(120)에 의해 생성되는 물결파의 파동에너지가 간섭방지패널(150)에 반사된 후 [도 2]에서와 같이 실험수조(110)의 하방향으로 방향 전환된다.
이로 인해, 좁은 실험수조(110)에서도 바다에서의 파도와 같이 그 파도의 반대방향으로부터 전해지는 반 파동에너지를 최소화할 수 있기 때문에 물결파의 분석을 효과적으로 수행할 수 있다.
[도 3]은 [도 2]에서 가압 푸시부재의 동작에 연동하여 동작하는 수직운동 표시부재의 사용 상태를 나타낸 예시도이다. [도 3]을 참조하면, 본 발명은 연직 가이드부재(161)와 수직운동 표시부재(162)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
연직 가이드부재(161)는 [도 3]에서와 같이 가압유닛(120)과 간섭방지패널(150) 사이에 대응하는 위치의 실험수조(110) 바닥면에 자신의 일단부가 연결되고 자신의 타단부는 실험수조(110)의 상부에 고정되어 상하 연직방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 연직 가이드부재(161)는 가는 실로 구성될 수 있으며 이에 국한되지 않고 가는 로드로 구성될 수도 있다.
즉, 연직 가이드부재(161)는 실 또는 로드로 구성되어 자신의 길이방향인 연직 상하방향으로 수직운동 표시부(162)가 움직이도록 한다.
이를 위해, 수직운동 표시부(162)는 자신의 몸체가 관통되어 연직 가이드부재(161)에 끼워진 상태로 연직 가이드부재(161)의 길이방향을 따라 자유로이 움직이도록 구성된다.
이와 동시에, 수직운동 표시부(162)는 물 위에 뜨는 재질로 이루어짐에 따라 실험수조(110) 내의 물 위에 뜬 상태로 실험수조(110) 내 물의 상하방향 움직임에 연동하여 연직 가이드부재(161)의 길이방향을 따라 움직인다.
여기서, 수직운동 표시부(162)는 바람직하게는 스티로폼이나 물에 뜨는 속이 빈 볼로 구성될 수 있다.
이때, 실험수조(110)의 측벽 외부로부터 수직운동 표시부(162)의 운동을 촬영한 후 전용프로그램을 통해 그 촬영한 영상으로부터 물결파의 움직임을 파악할 수 있다.
이를 통해, 물결파의 수평방향 성분과 수직방향 성분을 분석함으로써 물결파의 진폭, 속도, 파동에너지를 측정할 수 있다.
한편, [도 4]는 본 발명의 가압유닛을 발췌하여 확대 도시한 예시도이다. [도 4]를 참조하면, 가압유닛(120)은 연직 로드부재(121)와 가압 푸시부재(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
연직 로드부재(121)는 [도 4]에서와 같이 하나이상 구비되며 구동유닛(130)에 회동 가능하게 연결되고 구동유닛(130)의 회동링크 로드부재(136) 동작에 연동하여 지지프레임(140)에 구속된 상태로 실험수조(110)의 내외부로 상하방향 스트로크된다.
가압 푸시부재(122)는 연직 로드부재(121)에 연결된 상태로 연직 로드부재(121)와 일체로 상하방향 스트로크되며 연직 로드부재(121)의 하방향 스크로크시 자신의 하면이 실험수조(110) 내의 물 표면에 비스듬히 부딪치도록 바람직하게는 [도 3]과 [도 4]에서와 같이 그 측단면이 직각삼각형을 이루도록 속이 빈 블록으로 구성될 수 있다.
그 결과, 가압 푸시부재(122)는 자신의 하부에 위치한 물(W)로부터 실험수조(110) 내에서 생성되는 물결파의 측방향 파동에너지를 간섭방지패널(150) 방향으로 이동시킬 수 있다.
다른 한편, [도 5]는 [도 1]에서 구동유닛이 위치한 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이다. [도 5]를 참조하면, 구동유닛(130)은 구동모터(131), 제 1 기어부재(132), 제 2 기어부재(133), 제 3 기어부재(134), 제 4 기어부재(135), 회동링크 로드부재(136)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 기어부재(132)는 [도 5]에서와 같이 자신의 회전축(132a) 양단부가 지지프레임(140)에 고정된 상태로 구동모터(131)의 회전기어에 맞물려 제자리 회전하도록 구성된다.
제 2 기어부재(133)는 자신의 회전축(133a) 양단부가 지지프레임(140)에 고정된 상태로 제 1 기어부재(132)의 회전축(132a)과 체인 연결됨에 따라 제 1 기어부재(132)의 회전에 연동하여 회전하도록 구성된다.
제 3 기어부재(134)는 자신의 회전축(134a) 양단부가 지지프레임(140)에 고정된 상태로 제 2 기어부재(133)의 회전축(133a)과 체인 연결됨에 따라 제 2 기어부재(133)의 회전에 연동하여 회전하도록 구성된다.
제 4 기어부재(135)는 바람직하게는 [도 4]의 연직 로드부재(121)에 대응하도록 한쌍으로 구성되며 자신의 회전축(135a) 양단부가 지지프레임(140)에 고정된 상태로 제 3 기어부재(134)의 회전축(134a)과 체인 연결됨에 따라 제 3 기어부재(134)의 회전에 연동하여 회전하도록 구성된다.
회동링크 로드부재(136)는 자신의 일단부가 연직 로드부재(121)에 회동 가능하게 연결되며 자신의 타단부는 제 4 기어부재(135)에 회동 가능하게 연결됨에 따라 제 4 기어부재(135)의 회전운동을 연직 로드부재(121)의 직선운동으로 전환시킨다.
이와 같이, 복수 개의 회전축(132a, 133a, 134a, 135a)과 각 회전축(132a, 133a, 134a, 135a)에 구비되는 복수 개의 기어부재(132,133,134,135)를 통해 구동모터(131)의 진동에도 불구하고 구동유닛(130)으로부터 가압유닛(120)의 연직 로드부재(121)에 가해지는 진동을 현저히 낮출 수 있게 된다.
한편, [도 1]과 [도 5]에서 각 기어부재(132,133,134,135) 간에 동력 전달을 위해 연결되는 각 체인은 도시되어 있지 않다.
110 : 실험수조
120 : 가압유닛
121 : 연직 로드부재
122 : 가압 푸시부재
130 : 구동유닛
131 : 구동모터
132 : 제 1 기어부재
132a : 회전축
133 : 제 2 기어부재
133a : 회전축
134 : 제 3 기어부재
134a : 회전축
135 : 제 4 기어부재
135a : 회전축
136 : 회동링크 로드부재
140 : 지지프레임
150 : 간섭방지패널
161 : 연직 가이드부재
162 : 수직운동 표시부재
W : 물

Claims (5)

  1. 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝까지 길게 형성되는 육면체 타입으로 이루어지고 파력 실험을 위한 물을 자신의 내측에 담고 있는 실험수조(110);
    상기 실험수조의 한쪽 끝인 상기 실험수조의 내측에 배치된 상태로 상기 실험수조 내의 물에 외력을 가함으로써 자신이 배치된 위치로부터 대향하는 상기 실험수조의 다른 한쪽 끝을 향해 이동하는 물결파를 상기 실험수조 내에 생성시키는 가압유닛(120);
    상기 가압유닛에 연결되어 상기 가압유닛이 상기 실험수조 내에 물에 외력을 가하도록 상기 가압유닛에 동력을 전달하는 구동유닛(130);
    복수의 수평프레임과 복수의 수직프레임이 상호 교차하여 이루는 자신의 몸체가 상기 가압유닛에 인접하는 상기 실험수조의 측벽에 장착된 상태로 상기 구동유닛과 연결됨에 따라 상기 실험수조로부터 상기 구동유닛을 지지하는 지지프레임(140);
    플레이트 형태로 이루어지고 상기 가압유닛과 대향하는 상기 실험수조의 한쪽 끝인 상기 실험수조의 내벽에 장착되며 자신의 상부가 상기 가압유닛이 위치하는 방향으로 기울어짐에 따라 상기 가압유닛에 의해 생성되는 물결파의 파동에너지가 자신에 반사되어 상기 실험수조의 하방향으로 방향 전환되도록 하는 간섭방지 패널(150);
    상기 가압유닛과 상기 간섭방지패널 사이에 대응하는 상기 실험수조의 바닥면에 일단부가 연결되고 타단부는 상기 실험수조의 상부에 고정되어 상하 연직방향으로 배치되는 연직 가이드부재(161);
    자신의 몸체가 관통되어 상기 연직 가이드부재에 끼워진 상태로 상기 연직 가이드부재의 길이방향을 따라 자유로이 움직이며 물 위에 뜨는 재질로 이루어짐에 따라 상기 실험수조 내의 물 위에 뜬 상태로 상기 실험수조 내 물의 상하방향 움직임에 연동하여 상기 연직 가이드부재의 길이방향을 따라 움직이는 수직운동 표시부재(162);를 포함하되,
    상기 가압유닛(120)은, 상기 구동유닛에 회동 가능하게 연결되고 상기 구동유닛의 동작에 연동하여 상기 지지프레임에 구속된 상태로 상기 실험수조의 내외부로 상하방향 스트로크되는 하나이상의 연직 로드부재(121)와, 상기 연직 로드부재에 연결된 상태로 상기 연직 로드부재와 일체로 상하방향 스트로크되며 상기 연직 로드부재의 하방향 스크로크시 자신의 하면이 상기 실험수조 내의 물 표면에 비스듬히 부딪침에 따라 상기 실험수조 내의 물에서 생성되는 물결파의 파동에너지를 상기 간섭방지패널 방향으로 이동시키는 가압 푸시부재(122)로 구성되며,
    상기 구동유닛(130)은, 구동모터(131)와, 자신의 회전축 양단부가 상기 지지프레임에 고정된 상태로 상기 구동모터의 회전기어에 맞물려 제자리 회전하는 제 1 기어부재(132)와, 자신의 회전축 양단부가 상기 지지프레임에 고정된 상태로 상기 제 1 기어부재의 회전축과 체인 연결됨에 따라 상기 제 1 기어부재의 회전에 연동하여 회전하는 제 2 기어부재(133)와, 자신의 회전축 양단부가 상기 지지프레임에 고정된 상태로 상기 제 2 기어부재의 회전축과 체인 연결됨에 따라 상기 제 2 기어부재의 회전에 연동하여 회전하는 제 3 기어부재(134)와, 자신의 회전축 양단부가 상기 지지프레임에 고정된 상태로 상기 제 3 기어부재의 회전축과 체인 연결됨에 따라 상기 제 3 기어부재의 회전에 연동하여 회전하는 하나이상의 제 4 기어부재(135)와, 자신의 일단부가 상기 연직 로드부재에 회동 가능하게 연결되며 자신의 타단부는 상기 제 4 기어부재에 회동 가능하게 연결됨에 따라 상기 제 4 기어부재의 회전운동을 상기 연직 로드부재의 직선운동으로 전환시키는 회동링크 로드부재(136)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 실험을 위한 수조 타입 물결파 발생장치.
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