KR102088879B1 - 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템 - Google Patents

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KR102088879B1
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Abstract

배관 내부의 유체 흐름에 따라 전력을 생산하고, 온도, 압력, 유량 센서 및 카메라 모듈로부터 종 데이터를 검지하여 배관의 상태를 원격에서 제어할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 관한 것으로, 배관 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브, 상기 배관 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈, 유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈, 상기 감지 모듈에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈 및 상기 제어 모듈과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기를 포함하고, 상기 발전 모듈은 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재 및 상기 유체 안내부재로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재를 포함하는 구성을 마련하여, 원격지에서 관리자 단말기의 조작에 의해 스마트 밸브의 작동을 제어하여 배관 내의 유체의 공급 및 차단을 실행할 수 있다.

Description

자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템{Remote control system of self-generating smart valve}
본 발명은 다목적 용수로, 저수지, 상하수도, 고층 빌딩시스템에서 물의 유속(1.2Mpa~1.4Mpa)을 활용하여 자가발전 에너지를 형성시켜 센서(온도, 압력, 유량) 데이터의 무선 통신과 밸브 원격 제어를 가능하게 하도록 관로 유동수를 이용한 소수력 발전을 실행하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 관한 것으로, 특히 배관 내부의 유체 흐름에 따라 전력을 생산하고, 온도, 압력, 유량 센서 및 카메라 모듈로부터 종 데이터를 검지하여 배관의 상태를 원격에서 제어할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 수력은 자연적인 지역조건과 조화를 이루는 녹색의 청정에너지로 환경오염 규제에 대비하고 지역의 분산전원에 적합한 부존자원으로 평가되고 있다. 이러한 수력을 이용한 발전 방법으로는 높은 곳에서 떨어지는 물의 낙차를 이용하여 발전하는 수력발전 시스템과 건물에서 버려지는 물을 한 곳으로 모아 상당한 낙차를 가지고 배수하여 얻어지는 에너지로 수차를 돌려 발전하는 소수력발전 시스템이 알려져 있다.
소수력 발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리 면에서는 차이가 없으나 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다. 특히 소수력 발전은 공해가 없는 청정에너지로서 다른 대체 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있으며, 여러 선진국을 중심으로 기술 개발과 개발 지원 사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있는 상황이다.
이와 같은 소수력발전은 건물의 각층에서 버려지는 오수나 빗물을 하나의 배수관으로 집수하고 상당한 낙차로 배수되게 하고, 상기 배수관의 하부에 발전기를 비치해서 집수 낙하하는 오수나 빗물로 발전하는 방식이 있거나, 외부로부터 격리된 상급수 파이프나 오/폐수 배관의 도중에 장착하여 전력을 생산하기에 적합한 수력발전장치 등이 종래 제시되고 있었다.
이와 같은 소수력 발전장치(20)는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 유체의 흐름에 따라 회전하는 터빈 날개(21)를 유체가 흐르는 관로(30)의 내부 중앙에 설치하고, 터빈 축(23)이 관로(50)를 관통하여 터빈 날개(21)와 연결되어 터빈 날개(21)의 회전 운동을 관로(50)의 외부에 배치된 터빈 발전기(5)에 전달하고, 발전된 전력은 별도의 전력장치에 연결되도록 구성된다.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 일측에서 인입된 물이 타측으로 배출되도록 형성된 회전모듈 케이스, 상기 회전모듈 케이스 내측으로 인입 및 배출되는 물의 유동에 따라 회전 가능하게 구비되는 회전 휠, 상기 회전모듈 케이스 내측에 구비된 상기 회전 휠의 회전 시 상기 회전 휠과 동일 회전축으로 회전되도록 구비되는 제1 자성체, 상기 회전모듈 케이스에 착탈 가능하게 구비되는 발전모듈 케이스, 상기 발전모듈 케이스 내측에 회전 가능하게 구비되는 회전 브라켓, 상기 제1 자성체의 회전 시 상기 제1 자성체의 자력에 의하여 상기 회전 브라켓이 회전되도록 상기 회전 브라켓에 구비되는 제2 자성체 및 상기 제2 자성체와의 상대회전에 따라서 유도전력이 발생되도록 상기 발전모듈 케이스에 구비되는 코일부를 포함하는 급수 파이프용 발전시스템에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 원통형으로 형성되며, 내부면에는 그 내부에서 흐르는 유체를 통한 회전운동을 발생시키기 위해 복수개의 블레이드가 설치되고, 외부면에는 일정간격씩 이격되어 복수개의 자성체가 설치된 회전자, 상기 회전자에 대응하여 상기 회전자와 일정 간격 이격되어 상기 회전자를 둘러싸도록 형성되며, 상기 복수개의 자성체에 대응되는 복수개의 코일이 감겨 상기 회전자의 회전에 따라 발생되는 유도 기전력을 전기에너지로 변환시키기 위한 고정자 및 두 가지 이상의 물질이 분포되거나 교번 하여 형성되는 원통관으로서, 상기 물질은 적어도 하나 이상의 도자성 물질과 하나 이상의 비도전성 물질을 포함하며, 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 설치되어 상기 회전자와 상기 고정자를 지지하면서 양끝단이 유체가 흐르는 배수관과 연결되는 메인 지지관을 포함하는 관로 일체형 소수력 발전기에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3에는 도 2에 도시된 바와 같이, 이송관체(50)에 장착된 밸브 본체(10)의 내부에 개폐판(11)이 승하강하는 위치에 패킹안착홈(12)이 형성되고, 상기 패킹안착홈(12)의 일측이 개방되어 패킹고정링(13)이 오링과 함께 결합되고, 결합라인을 중심으로 밸브 본체(10)와 패킹고정링(13)에 볼트 공(15)이 형성되어 볼트(16)에 의해서 패킹고정링(13)이 밸브 본체(10)에 설치되어 패킹안착홈(12)에 안착된 패킹(1)이 빠지지 않게 구성되며, 작동 로드(51)가 핸들(52)에 의해 승하강하여 개폐판(11)이 승하강하는 소프트 시트 나이프 게이트 밸브에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1187875호(2012.09.26 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1465584호(2014.11.20 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1563464호(2015.10.20 등록)
상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 다수의 급수 시설물에 다수 개가 분지되는 급수 파이프에 설치하여 자가발전을 실행하지만, 평판 형상의 블레이드로 이루어진 회전 휠을 적용하므로, 물의 유동에 따른 수력을 충분히 이용할 수 없다는 문제가 있었다.
또 상기 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 배수관 내에 다수의 블레이드가 설치된 회전자에 의해 발전을 실행하지만, 상기 특허문헌 1과 같이, 물의 유동에 따른 수력을 충분히 이용할 수 없다는 문제가 있었다.
한편, 상기 특허문헌 3에 개시된 소프트 시트 나이프 게이트 밸브의 구조에서는 이송량을 조절 또는 차단하기 위해 개폐판의 승하강 작용을 원활하게 작동시킬 수 있는 실링 구조로서, 작업자가 직접 핸들(52)을 작동시켜 개폐판(11)이 하강 도는 상승하는 구조로서, 나이프 게이트 밸브가 원격지에 설치된 경우 게이트 밸브의 제어가 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 장거리에 걸쳐 마련되고 전원의 공급 및 유지가 곤란한 상하수도 배관에 장착된 게이트 밸브의 제어를 자동으로 실행할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다목적용수로, 저수지, 상하수도, 고층 빌딩시스템에서 물의 유속(1.2Mpa~1.4Mpa)을 활용하여 자가발전 에너지를 마련하여 온도, 압력 및 유량 데이터의 무선 통신과 밸브의 원격제어를 실행할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 전력 없이 자가 발전하여 무선 통신 및 밸브의 원격 제어가 가능하여 스마트 팜에서 자동 관계 시스템에 적용할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템은 배관 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브, 상기 배관 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈, 유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈, 상기 감지 모듈에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈 및 상기 제어 모듈과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기를 포함하고, 상기 발전 모듈은 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재 및 상기 유체 안내부재로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 발전 모듈은 상기 회전 부재의 회전과 동일 방향으로 회전하는 제1 베벨기어, 상기 제1 베벨기어와 치합되고 제1 베벨기어의 회전 방향을 전환하여 회전하는 제2 베벨기어를 포함하고, 상기 감지 모듈은 상기 제2 베벨기어의 상부에 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 스마트 밸브는 소프트 시트 게이트 밸브인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 유체 안내부재의 표면상에는 원추 형상에 따른 다수의 유체 안내로가 마련되고, 상기 회전 부재에는 다수의 블레이드가 마련되며, 상기 블레이드의 상부에는 연결축이 마련되고 하부에는 구동축이 마련되며, 상기 회전 부재는 상기 연결축에 의해 상기 상기 유체 안내부재에서 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 다수의 유체 안내로는 원추 형상의 상부에서 하부로 갈수록 그 서로의 간격이 넓혀지는 방식으로 형성되고, 상기 다수의 블레이드의 개수에 대응하여 마련되고, 상기 블레이드는 유체의 공급 방향과 수평인 방향으로 마련되고, 상기 유체 안내로를 통해 공급되는 유체에 따라 회전 가능하게 좌측에서 우측으로 갈수록 유체와의 접촉면이 작아지는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 의하면, 다목적 용수로, 저수지, 상하수도, 고층 빌딩시스템에서 물의 유속(1.2Mpa~1.4Mpa)을 활용하여 전력을 생성하는 발전 모듈을 마련하는 것에 의해 스마트 밸브를 원격지에서 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 의하면, 극심한 가뭄 대비 농업 및 생활용수 활용에 적용 가능하고, 하수처리장, 발전소의 냉각수, 고층 공조시설 등으로 확대 적용하여 전력을 생산하며, 스마트 밸브의 제어를 원격지에서 관리자 단말기로 용이하게 실행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 의하면, 스마트 팜에서 자동 관계 시스템에 적용하여, 원예 등을 위한 용수의 공급을 자동으로 실행할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 종래의 소수력 발전장치의 개념 설명도,
도 2는 이송량을 통제하기 위한 소프트 시트 나이프 게이트 밸브의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 분해 사시도,
도 5 및 도 6은 스마트 밸브에서 개폐판의 작동 상태를 나타내는 도면,
도 7은 배관 내에 마련된 발전 모듈의 분해 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 발전 모듈에서 유속의 안내를 설명하기 위한 모식도,
도 9 및 도 10은 배관 내에 마련된 발전 부재의 다른 예를 나타내는 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "스마트 밸브"는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 배관 도중에 설치되어 유로의 흐름을 단속하는 소프트 시트 게이트 밸브의 구조로서, 스마트 팜 원예작물, 다목적 용수로, 저수지, 양수장, 발전소의 냉각수, 하수처리장, 고층 빌딩 공조 시설에 적용되는 배관에서 유체(물)의 흐름을 단속하기 위한 개폐판을 자동 제어할 수 있는 구조를 의미하며, "좌측"은 배관 내에서 유체가 공급되는 방향을 의미하고, "우측"은 유체가 배출되는 방향을 의미한다.
또 본 발명에서 사용하는 용어 "유체"는 상하수 또는 농업용수 등에 사용되는 물을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 배관을 통해 이송되는 오일, 가스등에도 적용 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 분해 사시도 이다.
본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배관(100) 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브(200), 상기 배관(100) 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈(300), 유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈(400), 상기 감지 모듈(300)에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브(200)의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈(500) 및 상기 제어 모듈(500)과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기(600)을 포함한다.
상기 배관(100)은 스마트 팜 원예작물, 다목적용수로, 저수지, 양수장, 발전소의 냉각수, 하수처리장, 고층 빌딩 공조시설 등에 사용되는 배관으로서, 유체(물)의 공급용으로 사용된다. 상기 배관(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 시스템 커넥팅 파이프로서 밸브면간이 마련된 배관 연결부재(110)를 통해 다수개의 배관을 연결하여 사용할 수 있다. 이와 같은 배관(100)은 통상의 배관 재료인 금속재 또는 고강도 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다.
상기 배관 연결부재(110)는 배관(100)과 동일 내경을 구비하며 각각의 단면(111)에서 볼트 등의 체결 기구에 의해 배관(100)과 일체화될 수 있다. 이 배관 열결부재(110)의 내부에는 감지 모듈(300)용 감지 부재 및 발전 모듈(400)용 발전 부재 등이 내장되고, 감지 모듈(300)과의 연통을 위한 제1 관통구(112) 및 발전 모듈(400)과의 연통을 위한 제2 관통구(113)가 마련된다. 이 제1 관통구(112)는 감지 부재의 삽입을 위해 마련되고 누수를 방지하기 위해 실링되며, 제2 관통구(113)는 발전 부재의 회전력을 전달하기 위해 베어링 등이 마련되고 누수를 방지하기 위해 실링 처리된다.
한편, 도 3 및 도 4에서 배관(100)의 연결은 스마트 밸브(200) 및 발전 모듈(400)을 내장하기 위해 배관 연결부재(110)를 적용한 구조로 나타내었지만, 배관(100)과 배관(100)을 직접 연결하여 사용할 수도 있다.
상기 스마트 밸브(200)는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 소프트 시트 게이트 밸브를 적용할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브 본체(210)와 밸브 본체(210)에 마련된 개폐판(211)을 상하로 이동시키기 위한 샤프트와 모터(220)를 포함하고, 밸브 본체(210)가 배관 연결부재(110)와 배관(100) 사이에 장착된다. 상기 모터(220)는 제어 모듈(500)에 의해 정회전 또는 역회전 가능하게 마련되어 샤프트를 회전시키는 것에 의해 개폐판(211)을 상하로 이동시켜 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 배관(100) 내의 유체의 흐름을 단속하게 한다. 도 5는 스마트 밸브에서 개폐판의 작동 상태를 나타내는 도면으로서, 개폐판(211)이 하강하여 배관(100) 내의 유로가 폐쇄된 상태를 나타내고, 도 6은 스마트 밸브에서 모터(220)의 작동에 따라 개폐판(211)이 상승하여 배관(100) 내의 유로가 개방된 상태를 나타내는 도면이다.
따라서 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 예를 들어, 스마트 팜 원예작물용 용수 공급에 적용하는 경우, 미리 정해진 시간 동안만 원예 작물에 용수를 공급할 수 있다.
또 본 발명에 따른 스마트 밸브(200)는 도 2에 도시된 바와 같은 기존 게이트 밸브(300㎜ 구경)에서 면간 거리가 400㎜였으나, 본 발명에 따른 스마트 밸브(200)에서는 면간 거리를 76㎜(324㎜ 축소)로 하여 밸브 하부의 유체 적체물 방지와 밸브 누수가 없으며, 수자원의 유량 조절이 가능한 구조로 마련되며, 소프트 시트를 통해 밸브 디스크를 1차 밀폐하고, 2차 메탈로 인해 누수를 차단할 수 있다. 즉, 종래의 게이트 밸브는 넓은 면간(400mm)에 유체 와류로 디스크 하부 마찰, 고무 라이닝 탈락 발생, 누수 허용, 쐐기형 디스크 구조라 전폐 시 디스크 하부 고무 라이닝 찢어짐 현상, 누수 허용 및 유량조절이 불가능하였지만, 본 발명에 따른 스마트 밸브(200)에서는 상술한 문제점을 해결할 수 있다.
상기 감지 모듈(300)은 온도 센서, 유량 센서, 압력 센서를 일체형으로 마련하여 표시할 수 있는 구조로 마련되며, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 관통구(112)를 통해 배관 연결부재(110) 내의 발전 부재의 상부에 마련된다. 따라서, 배관(100) 내로 흐르는 유체의 유량, 압력 및 온도 등을 동시에 감지하여 표시할 수 있고, 제어 모듈(500)을 통해 원격지의 관리자 단말기(600)로 전송할 수도 있다.
상기 발전 모듈(400)에 대해서는 도 7 및 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 7은 배관 연결부재 내에 마련된 발전 모듈의 분해 사시도 이고, 도 8은 도 7에 도시된 발전 모듈에서 유속의 안내를 설명하기 위한 모식도 이다.
상기 발전 모듈(400)은 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 발전 부재로서 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재(410), 상기 유체 안내부재(410)로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재(420), 상기 회전 부재(420)의 회전과 동일 방향으로 회전하는 제1 베벨기어(430), 제1 베벨기어(430)와 치합되고 제1 베벨기어(430)의 회전 방향을 전환하여 회전하는 제2 베벨기어(440)를 포함한다. 상기 유체 안내부재(410), 회전 부재(420), 제1 베벨기어(430), 제2 베벨기어(440) 등은 금속재 또는 고강도 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유체 안내부재(410)의 표면상에는 원추 형상으로 따른 다수의 유체 안내로(411)가 마련되고, 상기 회전 부재(420)에는 다수의 블레이드(423)가 마련되며, 이 블레이드의 상부에는 연결축(422)이 마련되고 하부에는 구동축(421)이 마련된다. 즉 상기 구동축(421), 연결축(422), 다수의 블레이드(423) 및 제1 베벨기어(430)는 일체화되어 마련된다. 따라서 다수의 블레이드(423)의 회전에 대응하는 회전력이 제1 베벨기어(430)에 인가된다.
상기 회전 부재(420)는 연결축(422)에 의해 유체 안내부재(410)에서 회전 가능하게 결합된다. 이를 위해 유체 안내부재(410)의 내부에는 베어링 등의 회전 안내 부재가 마련될 수 있다. 따라서 상기 유체 안내부재(410)는 배관 연결부재(110)에 고정되게 장착될 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 원추형상으로 마련하는 것에 의해 베르누이 원리에 따라 유체 안내로(411)로 흐르는 유체의 속도가 가속화되어 블레이드(423)의 회전을 고속화시킨다. 상기 다수의 유체 안내로(411)는 도 7에 도시된 바와 같이, 원추 형상의 상부에서 하부로 갈수록 그 서로의 간격이 넓혀지는 방식으로 형성되고, 다수의 블레이드(423)의 개수에 대응하여 마련될 수 있다.
각각의 블레이드(423)는 도 7에 도시된 바와 같이, 유체의 공급 방향과 수평인 방향으로 마련되고, 다수의 유체 안내로(411)를 통해 공급되는 유체에 따라 회전 가능하게 좌측에서 우측으로 갈수록 유체와의 접촉면이 작아지는 곡면으로 마련된다. 따라서, 배관(100)으로 공급되는 유체와 접촉하는 블레이드의 표면에는 유체 안내부재(410)에 의해 가속화된 유체가 인가되어 블레이드의 회전을 고속화시킬 수 있다.
상기 제1 베벨기어(430)는 블레이드와 일체로 이루어진 구동축(421)의 단부에 마련되어 회전 부재(420)의 회전과 동일 방향으로 회전하고, 이 제1 베벨기어(430)와 치합되어 회전하는 제2 베벨기어(440)의 회전력은 제2 관통구(113)에 삽입된 발전축(441)을 통해 배관 연결부재(110)의 외부에 마련된 발전기로 전달되어 전기를 생성할 수 있다. 이 발전기에서 발생한 전기는 충전기에 저장될 수 있다.
상술한 바와 같은 발전 모듈(400)을 마련하는 것에 의해 6kW 이상의 자가 전력을 생성하여 스마트 밸브(20)의 구동, 10㎞ 이상의 원격제어 및 모니터링과 온도, 습도 및 유량의 감지를 위한 감지 모듈(300)을 구동할 수 있다.
상기 제어 모듈(500)은 감지 모듈(300)에서 감지된 정보를 관리자 단말기(600)로 전송하기 위해 감지 모듈(300)과 전기적으로 연결된 감지 라인(510)과 관리자 단말기(600)로부터 전송된 제어 명령에 따라 스마트 밸브(20)의 작동을 제어하기 위해 스마트 밸브(200)의 모터(220)와 전기적으로 연결된 모터 라인(510)을 구비하고, 내부에 통신부, 저장부, 표시부 및 제어부를 구비한다.
상기 통신부는 10㎞ 이상의 원격제어 및 모니터링을 위한 관리자 단말기(600)와의 무선 통신을 위해 안테나를 구비할 수 있고, 로라(LoRa, Long Range) 방식, 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 방식, UNB(Ultra Narrow-Band) 모듈레이션 방식, Wi-Sun(Smart utility networks) 방식, 지그비(ZigBee) 방식, ISM(Industry-Science-Medical) 밴드 방식, RF 통신 방식, 블루투스(BLE) 방식 중의 어느 하나의 무선 통신을 실행하여 일정 주기로 감지 모듈(300)에서 감지된 정보를 관리자 단말기(600)로 전송하거나, 관리자 단말기(600)로부터 스마트 밸브(200)의 제어신호를 수신할 수 있다. 또 상기 제어 모듈(500)에는 원거리 통신을 위한 중계기가 마련될 수도 있다.
상기 저장부는 감지 모듈(300)에서 감지된 유체의 유량, 압력, 온도에 대한 정보, 관리자 단말기(600)에서 전송된 제어 정보, 다양한 사용자 인터페이스 등을 저장하며, 제어 모듈(500)이 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장한다. 또 저장부는 제오 모듈(500)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application))을 위한 명령어들을 저장할 수 있다. 또 이러한 응용 프로그램(앱) 중 적어도 일부는 관리자 단말기(600)로부터 다운로드 될 수 있다. 이를 위해 저장부는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 표시부는 배터리의 충전 상태 정보, 감지 모듈(300)에 의한 감지 상태 정보를 표시할 수 있으며, 액정 디스플레이(LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display: TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode: OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함하고, 감지 모듈(300)에서 감지된 정보를 관리자 단말기(600)로 전송하고, 관리자 단말기(600)로부터 전송된 제어 명령에 따라 스마트 밸브(20)의 모터(220)의 작동을 제어한다.
상기 관리자 단말기(600)는 네트워크를 통해 제어 모듈(500)과 데이터 통신을 할 수 있는 통신 기능을 구비한 것으로서, 스마트폰, 휴대 단말기, 이동 단말기(Mobile Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device, 예를 들어, 워치형 단말기(Smartwatch), 글래스형 단말기(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display) 등 포함), 와이브로(Wibro) 단말기, IPTV(Internet Protocol Television) 단말기, 스마트 TV, 디지털방송용 단말기, AVN(Audio Video Navigation) 단말기, A/V(Audio/Video) 시스템, 플렉시블 단말기(Flexible Terminal) 등과 같은 다양한 단말기를 적용할 수 있다.
또 상기 설명에서는 상기 유체 안내부재(410)가 배관 연결부재(110)에 고정되게 장착된 구조로 설명하였지만, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 회전 부재(420)의 연결축(422)에 유체 안내부재(410)가 고정된 구조로 마련될 수 있다.
도 9 및 도 10은 배관 내에 마련된 발전 부재의 다른 예를 나타내는 도면이다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 회전 부재(420)의 연결축(422)에 유체 안내부재(410)가 끼워 맞춤된 상태로 유지하도록 지지 부재(450)를 마련되고, 이에 따라 유체 안내로(411)로 흐르는 유체가 블레이드(423)에 직접 인가되게 하여 회전 부재(420)의 회전력이 증가된다. 상기 유체 안내부재(410)와 회전 부재(420)는 연결축(422)의 대략 중앙 부분에 마련된 지지 부재(450)에 의해 배관 연결부재(110) 내에 유지된다. 또 상기 지지 부재(450)의 중앙 부분에는 상기 연결축(422)의 회전을 저지하지 않도록 베어링(451)이 마련된다.
한편, 도 9에서는 연결축(422)에 지지 부재(450)가 마련된 구조를 나타내었지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 구동축(421)의 대략 중앙 부분에 지지 부재(450)를 마련한 구조를 적용할 수도 있다. 도 10에 도시된 지지 부재(450)에서도 구동축(421)의 회전을 저지하지 않도록 베어링(451)이 마련된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 지지 부재(450)을 마련하는 것에 의해 배관 연결부재(110) 내에서 유체 안내부재(410)와 회전 부재(420)가 무게 중심을 유지하면서 안정적으로 회전할 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 작동에 대해 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스마트 팜 원예작물, 다목적용수로, 저수지, 양수장, 발전소의 냉각수, 하수처리장, 고층 빌딩 공조시설 등에 사용되는 배관(100)과 스마트 밸브(200), 감지 모듈(300), 발전 모듈(400)이 마련된 상태의 배관 연결부재(110)가 체결된다.
이후, 스마트 밸브(200)의 개폐판(211)이 개방된 상태에서 배관(100) 내로 유체가 공급되면, 유체는 원추 형상으로 이루어진 유체 안내부재(410)의 다수의 유체 안내로(411)를 경유하여 회전 부재(420)에 마련된 다수의 블레이드(423)로 공급하여 회전 부재(420)가 회전하게 된다. 회전 부재(420)의 회전에 따라 제1 베벨기어(430)가 회전하고, 제1 베벨기어(430)와 치합되어 회전하는 제2 베벨기어(440)가 회전하여 발전축(441)을 회전시키는 것에 의해 발전기에서 전기를 생성하여 충전기에 충전된다.
한편, 유체의 흐름에 따라 감지 모듈(300)에서 감지된 유체의 온도, 유량 및 압력 정보는 감지 라인(510)을 거쳐 제어 모듈(500)로 전송되고, 이 감지 정보는 관리자 단말기(600)로 전송된다.
또 관리자 단말기(600)를 통해 유체의 공급을 차단하는 정보가 제어 모듈(500)로 전송되면, 제어 모듈(500)은 발전 모듈(400)에서 생성된 전력을 사용하여 스마트 밸브(200)의 모터(220)를 작동시켜 도 5에 도시된 바와 같이 개폐판(211)을 하강시켜 유체의 공급을 차단한다. 이후, 유체의 공급이 필요한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 개폐판(211)을 상승시켜 유체를 공급함과 동시에 발전 모듈(400)에서 발전을 실행하게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서는 원격지에서 관리자 단말기(600)의 조작에 의해 스마트 밸브(200)의 작동을 제어하여 배관(100) 내의 유체의 공급 및 차단을 실행할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉 상기 설명에서는 발전 모듈(400)을 마련하여 배관(100) 내에 흐르는 유체에 의한 자가 발전을 마련하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 스마트 밸브가 야외에 마련되는 경우, 상술한 자가 발전에 태양광 발전을 부가하여 적용할 수도 있다.
또한, 상기 설명에서는 스마트팜 원예시설, 다목적댐 농수로, 발전분야 등에서 물의 공급에 따라 발전 및 스마트 밸브의 제어에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 오일, 가스와 같은 유체에도 적용 가능하다.
본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 사용하는 것에 의해 원격지에서 관리자 단말기의 조작에 의해 스마트 밸브의 작동을 제어하여 배관 내의 유체의 공급 및 차단을 실행할 수 있다.
100 : 배관
200 : 스마트 밸브
300 : 감지 모듈
400 : 발전 모듈
500 : 제어 모듈
600 : 관리자 단말기

Claims (5)

  1. 배관 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브,
    상기 배관 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈,
    유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈,
    상기 감지 모듈에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈 및
    상기 제어 모듈과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기를 포함하고,
    상기 발전 모듈은 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재 및 상기 유체 안내부재로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재를 포함하고,
    상기 유체 안내부재의 표면상에는 원추 형상에 따른 다수의 유체 안내로가 마련되고, 상기 회전 부재에는 다수의 블레이드가 마련되며,
    상기 블레이드의 상부에는 연결축이 마련되고 하부에는 구동축이 마련되며,
    상기 회전 부재는 상기 연결축에 의해 상기 유체 안내부재에서 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 발전 모듈은 상기 회전 부재의 회전과 동일 방향으로 회전하는 제1 베벨기어, 상기 제1 베벨기어와 치합되고 제1 베벨기어의 회전 방향을 전환하여 회전하는 제2 베벨기어를 포함하고,
    상기 감지 모듈은 상기 제2 베벨기어의 상부에 마련되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 스마트 밸브는 소프트 시트 게이트 밸브인 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 다수의 유체 안내로는 원추 형상의 상부에서 하부로 갈수록 그 서로의 간격이 넓혀지는 방식으로 형성되고, 상기 다수의 블레이드의 개수에 대응하여 마련되고,
    상기 블레이드는 유체의 공급 방향과 수평인 방향으로 마련되고, 상기 유체 안내로를 통해 공급되는 유체에 따라 회전 가능하게 좌측에서 우측으로 갈수록 유체와의 접촉면이 작아지는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
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