KR102192263B1 - 유동 제어기 - Google Patents

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페르 로센
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이.온 스베리지 에이비
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Abstract

본 발명은 펌프로서 또는 유동 조절기로서 선택적으로 작용하도록 구성된 유동 제어기(1)에 관한 것이다. 상기 유동 제어기는: 유체를 위한 입구(2); 유체를 위한 출구(3); 상기 입구(2)와 상기 출구(3)사이에 배치되고 상기 입구(2)로부터 상기 출구(3)로 상기 유동 제어기(1)를 통해 유체를 펌핑하도록 구성된 펌프 조립체(10); 상기 입구(2)와 상기 출구(3) 사이에 배치된 수력 발전기 조립체(20) - 상기 수력 발전기 조립체(20)는 유체가 상기 입구(2)로부터 상기 출구(3)로 상기 유동 제어기(1)를 통해 흐르도록 하고 상기 유동 제어기(1)를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환시킴으로써 전기를 발생시키도록 구성됨 - ; 및 상기 유동 제어기(1)를 펌핑 모드 또는 발전 모드로 선택적으로 설정하도록 구성된 모드 제어기(30) - 상기 펌핑 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기(30)는 상기 수력 발전기 조립체(20)를 비활성화시키고 상기 펌프 조립체(10)를 활성화시키도록 구성되며; 상기 발전 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기(30)는 상기 펌프 조립체(10)를 비활성화시키고 상기 수력 발전기 조립체(20)를 활성화시키도록 구성됨 - ;를 포함한다.

Description

유동 제어기
본 발명은 제1 및 제2 유체 저장소 사이에서의 유체의 흐름을 제어하기 위한 유동 제어기에 대한 것이다.
유체가 제1 유체 저장소에서 제2 유체 저장소로 전달되는 응용예가 많이 있다. 이러한 전달은 특히 제1 및 제2 저장소 간의 차압에 변화가 있는 경우에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제들 중 적어도 일부를 해결하는 데에 있다.
제1 양태에 따르면, 제1 저장소로부터 제2 저장소로 유체의 전달을 위한 펌프 또는 유동 조절기로서 선택적으로 작용하도록 구성된 유동 제어기가 제공된다. 상기 유동 제어기는 상기 제1 저장소에 접속가능한 입구; 상기 제2 저장소에 접속가능한 출구; 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되고 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 유체를 펌핑하도록 하여 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 유체를 전달하도록 구성된 펌프 조립체; 상기 입구와 상기 출구사이에 배치된 유동 조절기 조립체 - 상기 유동 조절기 조립체는 유체가 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 흐르도록 하여 유체가 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 전달하도록 하며, 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환함으로써 전기를 발생시키도록 구성됨 - ; 및 상기 유동 제어기를 펌핑 모드 또는 발전 모드로 선택적으로 설정하도록 구성된 모드 제어기를 포함하고, 상기 펌핑 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기는 상기 유동 조절기 조립체를 비활성화시키고 상기 펌프 조립체를 활성화시키도록 구성되며; 상기 발전 모드에 설정될 때, 상기 모드 제어기는 상기 펌프 조립체를 비활성화시키고 상기 유동 조절기 조립체를 활성화시키도록 구성되며; 상기 모드 제어기는 상기 입구의 유체와 상기 출구의 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호에 기초하여 상기 유동 제어기를 펌핌 모드 또는 발전 모드로 설정하도록 구성되며; 상기 유동 제어기는 휠을 더 포함하며; 상기 휠은 상기 유동 제어기가 펌핑 모드로 설정될 때 펌프 작용을 제공하도록 펌프 조립체의 펌프 휠로서 그리고 상기 유동 제어기가 발전 모드로 설정될 때 수력 발전을 제공하도록 유동 조절기 조립체의 터빈 휠로서 선택적으로 동작 가능하며; 상기 펌프 조립체를 통과하는 유체의 유동 방향 및 상기 유동 조절기 조립체를 통과하는 유체의 유동 방향은 동일하다.
"펌프 또는 유동 조절기로서 선택적으로 작용"이라는 문구는 유동 제어기가 하나의 시점에서는 펌프로서 작용하며 다른 시점에서는 유동 조절기로서 작용하는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 유동 제어기를 "펌핌 모드 또는 발전 모드로 선택적으로 설정"이라는 문구는 유동 제어기가 하나의 시점에서는 펌핑 모드로 설정되며 다른 시점에서는 발전 모드로 설정되는 것으로 이해되어야 한다.
"펌프"라는 용어는, 제어 방식에서, 펌프가 활성 펌핑 상태에 있을 때 유체가 펌프를 통해 펌핑되는 것으로 구성된 장치로서 이해되어야 한다. "제어 방식"이라는 표현에는 펌프가 펌프에 의해 펌핑되는 유체의 유동 속도를 조절할 수 있음이 포함된다.
"펌프 조립체"라는 용어는 장치들의 조립체로서 이해되어야 하며 장치들의 조립체는, 제어 방식에서, 펌프 조립체가 활성 상태에 있을 때 유동 조절기를 통해 유체가 펌핑되도록 함께 구성된다. 펌프 조립체가 펌핑 모드에 있을 때, 유동 제어기를 통과하는 유동은 상이한 주파수로 휠(또는 임펠러)를 구동함으로써 조절될 수 있다. 상이한 소정의 주파수는 유동 제어기를 통과하는 상이한 유동에 대응한다.
"유동 조절기 조립체"라는 용어는 장치들의 조립체로서 이해되어야 하며 장치들의 조립체는, 제어 방식에서, 유동 조절기 조립체가 활성 상태에 있을 때 유동 조절기 조립체를 통해 유체가 흐르도록 함께 구성된다. 더욱이, 유동 조절기 조립체는 유동 조절기 조립체를 통과하는 유체의 유동 속도가 제어될 수 있도록 또한 배치될 수 있다. 따라서, 유동 조절기 조립체는 이를 관통하는 유체의 유동을 조절하도록 배치될 수 있다.
"유체"라는 용어는 임의의 액체 물질로서 이해되어야 한다. 비제한적인 실시예에 따르면 상기 유체는 물을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에 따라 다른 유체들이 사용될 수 있다. 일부 비제한적인 예로는 암모니아, 오일, 알코올 및 글리콜과 같은 부동액이 있다. 상기 유체는 또한 전술한 두개 이상의 유체의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 응용예에서 상기 유동 조절기 조립체는 수력 발전기 조립체로 볼 수 있다. "수력 발전기 조립체"라는 용어는 장치들의 조립체로서 이해되어야 하며 장치들의 조립체는, 제어 방식에서, 유동 조절기 조립체가 활성 상태에 있을 때 유체가 유동 조절기 조립체를 통해 흐르도록 함께 구성된다. 더욱이, 상기 유동 조절기 조립체가 수력 발전기 조립체로서 보여질 때, 유동 조절기 조립체가 발전 모드에 놓일 때 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환함으로써 전기를 발생시키도록 구성된다.
상기 유동 제어기는 원심 펌프 도는 임펠러 펌프로서 구현될 수 있다. 그러한 펌프에서 펌프 조립체를 통하는 유체의 유동은 각각의 펌프에서 휠(또는 임펠러)의 회전 주파수를 제어함으로써 제어될 수 있다.
상기 펌프 휠 및 터빈 휠로서 휠을 사용하면 물리적으로 콤팩트한 유동 제어기를 구성할 수 있다.
상기 유동 조절기 조립체는 부가적으로 유동 감소 모드로 설정될 수 있다. 유동 조절기 조립체가 유동 감소 모드로 설정될 때, 유동 제어기를 통하는 유동은 휠(또는 임펠러)이 유동 방향에 대해 반대로 회전하도록 휠(또는 임펠러)을 구동함으로써 조절될 수 있다. 휠은 소정의 주파수로 회전될 수 있다. 유동 방향에 대해 반대로 휠을 회전시킴으로써 유동 제어기를 통하는 유체의 유동은 감속될 수 있다. 상이한 소정의 주파수들은 유동 제어기를 통하는 상이한 유동에 대응한다. 따라서, 유동 제어기를 통하는 유동은 유동 제어기를 통하는 유동의 방향에 대해 반대로 휠을 회전시킴으로써 감속될 수 있다.
상기 모드 제어기는 상기 신호가 입구의 유체 압력이 출구의 압력과 같거나 그보다 낮음을 나타내는 경우에 유동 제어기를 펌핑 모드로 설정하도록 구성될 수 있다. 이는 유동 제어기가 손상되지 않도록 보호한다.
상기 모드 제어기는 상기 신호가 입구의 유체 압력이 출구의 압력보다 높음을 나타내는 경우에 유동 제어기를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성될 수 있다. 이는 유동 제어기가 손상되지 않도록 더 보호한다. 유동 제어기를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하는 선택은 입구의 유체 압력과 출구의 유체 압력 사이의 압력차에 기초한다. 비교적 낮은 압력차에서 모드 제어기는 유동 제어기를 발전 모드로 설정하도록 구성되며 비교적 높은 압력차에서 모드 제어기는 유동 제어기를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다. 유동 감소 모드가 발전 모드 대신에 선택되는 값은 유동 제어기를 통하는 실제 유동 속도에 의존한다. 상기 유동 속도가 비교적 높은 압력차로 인해 감소될 필요가 있는 경우에 상기 모드 제어기는 유동 제어기를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다.
상기 유동 제어기는 수력 발전기 조립체에 의해 발생되는 전기를 저장하도록 구성된 배터리를 더 포함할 수 있다. 따라서, 수력 발전기 조립체에 의해 발생된 전기는 나중에 사용되도록 저장될 수 있다.
상기 유동 제어기는 유체의 제1 유동 채널 및 유체의 제2 유동 채널을 더 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 유동 채널은 펌프 조립체의 일부를 형성하며 상기 제2 유동 채널은 수력 발전기 조립체의 일부를 형성한다. 이로 인해 유동 제어기가 간단하게 구성된다.
상기 유동 제어기는 모드 제어기에 의해 제어되도록 구성된 유동 유도기(director)를 더 포함할 수 있다. 상기 유동 유도기는 유동 제어기가 펌핑 모드로 설정될 때 제1 유동 채널을 통해 유체의 유동을 유도하고 제2 채널을 통해 유체의 유동을 차단하도록 구성될 수 있다. 상기 유동 유도기는 유동 제어기가 발전 모드에 설정될 때 제2 유동 제어기 통해 유체의 유동을 유도하고 제1 채널을 통해 유체의 유동을 차단하도록 구성될 수 있다. 이로 인해 유동 제어기가 간단하게 구성된다.
전기 모터 및 발전기는 유동 제어기가 펌핑 모드로 설정될 때 전기 모터로서 작용하고, 유동 제어기가 발전 모드로 설정될 때 발전기로서 작용하도록 구성된 동일 장치가 될 수 있다.
제2 양태에 따르면, 유동 제어기가 제공된다. 상기 유동 제어기는 제1 저장소로부터 제2 저장소로 유체의 전달을 위한 펌프 또는 유동 조절기로서 선택적으로 구성된다. 상기 유동 제어기는 상기 제1 저장소에 접속가능한 입구; 상기 제2 저장소에 접속가능한 출구; 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되며 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 유체를 펌핑하여 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 유체를 전달하도록 구성된 펌프 조립체; 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되는 유동 조절기 조립체 - 상기 유동 조절기 조립체는 유체가 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 흐르게 하여 유체가 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 전달하도록 구성되며, 상기 유동 조절기 조립체는 발전 모드 및 유동 감소 모드로 선택적으로 설정되도록 구성되며, 상기 발전 모드로 설정될 때 상기 유동 조절기 조립체는 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환함으로써 전기를 발생시키도록 구성되며, 상기 유동 감소 모드로 설정될 때 상기 유동 조절기 조립체는 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동을 감속시키도록 구성됨 - ; 및 상기 유동 제어기를 펌핑 모드, 상기 발전 모드, 또는 유동 감소 모드로 선택적으로 설정하도록 구성된 모드 제어기 - 상기 모드 제어기는 상기 입구의 유체와 상기 출구의 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호에 기초하여 상기 유동 제어기를 상기 펌핑 모드, 상기 발전 모드, 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성되며, 상기 펌프 조립체를 통과하는 유체의 유동 방향 및 상기 유동 조절기 조립체를 통과하는 유체의 유동 방향은 동일함 - 를 포함한다.
상기 유동 조절기가 유동 감소 모드로 설정될 때, 상기 유동 제어기를 통하는 유동은 휠(또는 임펠러)이 유동 방향에 대해 반대로 회전하도록 휠(또는 임펠러)을 구동함으로써 조절될 수 있다. 상기 휠은 소정의 주파수로 회전될 수 있다. 상기 휠을 유동 방향에 대해 반대로 회전시킴으로써 상기 유동 제어기를 통하는 유체의 유동은 감속될 수 있다. 상이한 소정의 주파수들은 유동 제어기를 통하는 다양한 유동들에 대응한다. 따라서, 유동 제어기를 통하는 유동은 유동 제어기를 통하는 유동 방향에 대해 반대로 횔을 회전시킴으로써 감속될 수 있다.
상기 모드 제어기는 상기 신호가 입구의 유체 압력이 출구의 압력과 같거나 그보다 낮음을 나타내는 경우에 유동 제어기를 펌핑 모드로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 모드 제어기는 상기 신호가 입구의 유체 압력이 출구의 압력보다 높음을 나타내는 경우에 유동 제어기를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성될 수 있다. 유동 제어기를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하는 선택은 입구의 유체 압력과 출구의 유체 압력 사이의 압력차에 기초한다. 비교적 낮은 압력차에서 상기 모드 제어기는 유동 제어기를 발전 모드로 설정하도록 구성되며 비교적 높은 압력차에서 상기 모드 제어기는 유동 제어기를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다. 유동 감소 모드가 발전 모드 대신에 선택되는 값은 유동 제어기를 통하는 실제 유동 속도에 의존한다. 유동 속도가 비교적 높은 압력차로 인해 감소될 필요가 있는 경우에 모드 제어기는 유동 제어기를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다. 따라서, 유동 제어기는 유동 제어기를 통하는 유체 흐름을 측정하도록 구성된 유량계를 더 포함할 수 있다. 유동 제어기를 통하는 측정된 유체 흐름이 소정의 임계값 이상일 때, 모드 제어기는 유동 제어기를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다.
제2 양태에 따른 유동 제어기는 휠을 더 포함할 수 있다. 상기 휠은 유동 제어기가 펌핑 모드로 설정될 때 펌프 작용을 제공하도록 펌프 조립체의 펌프 휠로서, 유동 제어기가 발전 모드로 설정될 때 수력 발전을 제공하도록 유동 조절기 조립체의 터빈 휠로서, 또는 유동 제어기가 유동 감소 모드로 설정될 때 유동 제어기를 통해 흐르는 유체에 감속력을 제공하도록 유동 조절기 조립체의 유동 조절 휠로서 선택적으로 동작 가능할 수 있다.
상기 유동 제어기가 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정될 때, 모드 제어기는 펌프 조립체를 비활성화시키고 유동 조절기 조립체를 활성화시키도록 구성될 수 있다.
상기 유동 제어기가 펌핑 모드로 설정될 때, 모드 제어기는 유동 조절기 조립체를 비활성화시키고 펌프 조립체를 활성화시키도록 구성된다.
제1 양태에 따른 유동 제어기의 전술한 특징들은, 적용 가능한 경우, 제2 양태에도 적용된다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 전술한 것들이 참조된다.
본 발명의 또 다른 범위는 후술하는 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 예들은, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 한편, 예시로만 주어지는데, 이는 본 발명의 범위내의 여러 변경 및 변형은 당업자라면 이와 같은 상세한 설명으로부터 명확해질 것이기 때문임을 알아야 한다.
따라서, 본 발명은 장치 및 방법이 변할 때 기술되는 장치의 특정 구성 부품이나 기술되는 방법의 단계로 한정되지 않음을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예만을 설명하기 위한 것이며, 제한을 위한 것이 아님을 알 것이다. 명세서 및 첨부의 청구범위에서 사용된 바와 같이, 관사 "하나의, 상기(a, an, the, said)"는 문맥이 명백히 달리 언급하지 않는 한 하나 이상의 구성요소가 있음을 의미하는 것임을 주목해야 한다. 따라서, 예를 들어, "하나의 장치" 또는 "상기 장치"에 대한 언급은 여러 장치 등을 포함할 수도 있다. 더욱이 "포함하는(comprising, including, containing)"이라는 문구 및 유사한 문구는 다른 구성요소 또는 단계를 배제하지 않는다.
일부 응용예에서 두개의 유체 저장소 사이의 차압은 시간이 흐름에 따라 변할 수 있다. 더 정확하게 말하면, 두개의 유체 저장소 사이의 차압은 그 차압이 정에서 부로 또는 그 역으로 변하도록 변할 수 있다. 따라서, 그러한 응용예에서, 유체가 유체의 저장소들 중 제1 저장소에서 유체의 저장소들 중 제2 저장소로 전달될 때, 때로는 유체는 유체의 저장소들 중 제1 저장소로부터 유체의 저장소들 중 제2 저장소로 펌핑될 필요가 있으며 때로는 유체는 유체의 저장소들 중 제1 저장소로부터 유체의 저장소들 중 제2 저장소로 흐르게 할 필요가 있다. 본 유동 제어기는 제1 및 제2 저장소 사이에서 유체가 효율적으로 흐르도록 제어한다. 더욱이, 본 유동 제어기는 물리적으로 콤팩트하게 될 수 있다. 따라서, 물리적인 공간이 절약될 수 있다. 또한, 본 유동 제어기는 에너지 효율적인 방식으로 제1 및 제2 저장소 사이에서 유체의 전달을 가능하게 한다.
펌프 조립체는 전기 모터를 더 포함할 수 있다. 상기 전기 모터는 적어도 부분적으로는 배터리에 저장된 전기에 의해 전력이 공급되도록 구성될 수 있다. 이로 인해 에너지 효율적인 유동 제어기가 가능한데 이는 유체가 제1 저장소로부터 제2 저장소로 펌핑될 필요가 있는 경우에 수력 발전기 조립체에 의해 발생된 전기가 나중에 유체의 펌핑에 사용될 수 있기 때문이다. 또한, 이로 인해 에너지 효율적인 유동 제어기가 가능한데 이는 유동 제어기가 유동 감소 모드로 설정될 때 수력 발전기 조립체에 의해 발생된 전기가 나중에 유동 제어기를 통해 유체의 유동을 감속시키는데 사용될 수 있기 때문이다.
이제 본 발명의 이들 및 다른 양태는 발명의 실시예를 도시하는 첨부의 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 본 발명의 실시예의 일반적인 구성을 도시하도록 특징들이 제공된다. 동일 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일 구성요소를 나타낸다.
도 1은 유동 제어기의 개략도이다.
도 2a는 발전 모드로 설정된 대안의 유동 제어기의 개략도이다.
도 2b는 펌핑 모드로 설정된 도 2a의 상기 대안의 유동 제어기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 상기 유동 제어기의 대안적인 구성이다.
이제 본 발명에 대해 본 발명의 현재의 바람직한 실시예들이 도시되는 첨부의 도면을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에서 설명된 실시예들로 한정해서는 안되며, 그 보다 이들 실시예는 철저함과 완벽함을 기하기 위해 제공되며, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위한 것이다.
도 1에는, 유동 제어기(1)가 개략적으로 도시된다. 도 2a 및 도 2b에는, 대안의 유동 제어기(1)가 개략적으로 도시된다.
이하, 도 1에 도시된 유동 제어기(1) 및 도 2a 및 도 2b에 도시된 대안의 유동 제어기(1)의 제1 공통 특징들이 논의될 것이다. 그 후, 두가지 대안의 유동 제어기(1)의 구체적인 특징들이 설명될 것이다.
상기 유동 제어기는 유체용 입구(2), 유체용 출구(3), 상기 입구(2) 및 상기 출구(3) 사이에 배치된 펌프 조립체(10), 상기 입구(2) 및 상기 출구(3) 사이에 배치된 유동 조절기 조립체(20), 및 모드 제어기(30)를 포함한다.
유동 제어기(1)는 제1 및 제2 유체 저장소(미도시) 사이에서 접속되도록 구성된다. 상기 입구(2)는 상기 제1 저장소에 접속되도록 구성된다. 상기 출구(3)는 상기 제2 저장소에 접속되도록 구성된다.
상기 펌프 조립체(10)는, 활성화될 때, 상기 입구(2)로부터 상기 출구(3)로 유동 제어기(1)를 통해 상기 유체를 펌핑하도록 구성된다. 따라서, 상기 펌프 조립체(10)는, 활성화될 때, 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 유체를 펌핑하도록 구성된다. 상기 펌프 조립체(10)는 펌핑 휠(14) 및 전기 모터(12)를 포함할 수 있다. 상기 전기 모터(12)는, 상기 펌프 조립체(10)가 활성화될 때, 펌핑 휠(14)을 회전시키고 그럼으로써 상기 펌프 조립체(10)에 펌핑 작용을 유도하도록 구성된다. 따라서, 상기 펌프 조립체(10)의 상기 펌프 휠(14)은 펌프 작용을 제공하도록 구성된다. 더욱이, 상기 펌프 조립체(10)는 또한 상기 유동 제어기(10)를 통과한 유체의 유동 속도가 제어될 수 있도록 배치될 수 있다.
상기 유동 조절기 조립체(20)는, 활성화될 때, 상기 유체가 상기 입구(2)로부터 상기 출구(3)로 상기 유동 제어기(1)를 통과하여 흐르도록 구성된다. 더욱이, 활성화될 때, 상기 유동 조절기 조립체(20)는 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 선택적으로 설정되도록 더 구성된다.
발전 모드로 설정될 때 상기 유동 조절기 조립체(20)는 상기 유동 제어기(1)를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환함으로써 전기를 발생하도록 구성된다. 상기 유동 조절기 조립체(20)는 수력 발전을 제공하기 위한 터빈 휠(24) 및 상기 터빈 휠(24)에 접속되도록 구성된 발전기(22)를 포함할 수 있다. 상기 발전기(22)는 터빈 휠(24)이 회전할 때 전기를 발생하도록 구성된다. 상기 터빈 휠(24)은 상기 유동 조절기 조립체(20)가 발전 모드로 설정될 때 상기 유동 제어기(1)를 통해 흐르는 유체의 유동에 의해 회전된다. 따라서, 상기 수력 발전기 조립체(20)의 터빈 휠(24)은 수력 발전을 제공하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 상기 유동 조절기 조립체(20)는 부가적으로 유동 감소 모드로 설정될 수 있다. 상기 유동 조절기 조립체(20)가 상기 유동 감소 모드로 설정될 때, 상기 유동 제어기(1)를 통하는 유동은 상기 터빈 휠(24)을 구동함으로써 조절될 수 있으며, 이제 감속 수단으로 작용하여, 상기 휠(24)이 유체 유동 방향에 대해 반대로 회전하게 된다. 상기 휠(24)은 소정의 주파수로 회전될 수 있다. 상기 휠(24)을 상기 유체 유동 방향에 대해 반대로 회전시킴으로써 상기 유동 제어기를 통하는 유체의 유동은 감속될 수 있다. 상이한 소정의 주파수는 상기 유동 제어기를 통하는 상이한 유동에 대응한다. 따라서, 상기 유동 제어기(1)를 통하는 유동은 상기 휠(24)을 상기 유동 제어기(1)를 통하는 유동의 방향에 대해 반대로 회전시킴으로써 감속될 수 있다.
상기 모드 제어기(30)는 상기 유동 제어기(1)를 펌핑 모드, 발전 모드, 또는 유동 감소 모드로 선택적으로 설정하도록 구성된다. 상기 펌핑 모드에서 상기 유동 조절기(1)는 펌프로서 작용한다. 발전 모드에서 상기 유동 조절기(1)는 유동 조절기로서 작용하며 동시에 발전기로서 작용한다. 유동 감소 모드에서 상기 흘므 조절기(1)는 유동 조절기로서 작용하며 동시에 상기 유동 제어기(1)를 통하는 유체의 유동을 감속한다. 따라서, 상기 유동 제어기(1)는 펌프로서 또는 유동 조절기로서 선택적으로 작용하도록 구성된다. 상기 유동 제어기(1)는 펌프로서 작용할 때, 제1 저장소로부터 제1 저장소로 유체를 펌핑하도록 구성된다. 상기 유동 제어기(1)는 유동 조절기로서 작용할 때, 유체가 제1 저장소로부터 제2 저장소로 흐르게 하도록 구성된다. 펌핑 모드로 설정될 때, 모드 제어기(30)는 유동 조절기 조립체(20)를 비활성화시키고 펌프 조립체(10)를 활성화시키도록 구성된다. 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정될 때, 모드 제어기(30)는 펌프 조립체(10)를 비활성화시키고 유동 조절기 조립체(20)를 활성화시키도록 구성된다.
일부 응용예에서, 상기 유체의 제1 및 제2 저장소 사이의 차압은 시간이 흐르면서 변한다. 더 정확히 말하면, 상기 유체의 제1 및 제2 저장소 사이의 차압은 그 차압이 정에서 부로 또는 그 역으로 변하도록 변할 수 있다. 그러한 응용예에서, 유체가 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 전달될 때, 때로는 유체가 상기 제1 저장소로부터 제2 저장소로 펌핑될 필요가 있으며, 때로는 유체가 제1 저장소로부터 제2 저장소로 흐르게 할 필요가 있다. 더 정확히 말하면, 유체의 압력이 제2 저장소에서보다 제1 저장소에서 더 높은 경우에 유동 제어기(1)는 유체의 유동이 상기 유동 제어기(1)를 통해 흐르도록 구성된다. 따라서, 상기 모드 제어기(30)는 상기 유동 제어기(1)를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다. 또한, 유체의 압력이 제2 저장소에서보다 제1 저장소에서 더 낮은 경우에 상기 유동 제어기(1)는 상기 유체의 유동을 상기 제1 저장소로부터 제2 저장소로 펌핑하도록 구성된다. 따라서, 상기 모드 제어기(30)는 유동 제어기(1)를 상기 펌핑 모드로 설정하도록 구성된다.
상기 모드 제어기(30)는 상기 제1 및 제2 저장소 사이의 압력차를 나타내는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 신호는 입구(2)의 유체와 출구(3)의 유체 사이의 압력차를 나타낸다. 상기 입구(2)의 유체와 출구(3)의 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호는 입구(2) 및 출구(3)에 배치되는 압력계로부터 도출될 수 있다. 상기 유동 제어기(1)는 따라서 입구(2)에 배치되는 제1 압력계와 출구(3)에 배치되는 제2 압력계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 압력계는 각각 입구(2) 및 출구(3)의 유체의 각각의 압력을 판단하도록 구성된다. 상기 제1 및 제2 압력계에 의해 판단되는 압력은 상기 입구(2)의 유체와 출구(3)의 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호를 도출하는데 사용될 수 있다. 입구(2)의 유체 및 출구(3)의 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호는 모드 제어기(30)에 의해 도출될 수 있다.
모드 제어기(30)는 완전히 하드웨어로 구현될 수 있다. 대안으로, 상기 모드 제어기(30)는 완전히 소프트웨어로 구현될 수 있다. 또 다른 대안으로, 상기 모드 제어기(30)는 하드웨어 및 소프트웨어를 결합하여 구현될 수 있다. 상기 모드 제어기(30)의 소프트웨어 부분은 처리 장치에서 실행될 수 있다.
상기 모드 제어기(30)는 입구(2)의 유체와 출구(3)의 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호에 기초하여 유동 제어기(1)를 펌핑 모드, 발전 모드, 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성될 수 있다. 만약 그렇다면, 모드 제어기(30)는 상기 신호가 입구(2)의 유체의 압력이 출구(3)의 압력과 같거나 그보다 낮음을 나타내는 경우에 상기 유동 제어기(10)를 펌핑 모드로 설정하도록 구성된다. 더욱이, 만약 그렇다면, 상기 모드 제어기(30)는 상기 신호가 입구(2)의 유체 압력이 출구(3)의 압력보다 더 높음을 나타내는 경우에 상기 유동 제어기(1)를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다. 상기 유동 제어기를 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정하는 선택은 입구(2)의 유체의 압력과 출구(3)의 유체의 압력 사이의 압력차에 따른다. 비교적 낮은 압력차에서 모드 제어기(30)는 유동 제어기(1)를 발전 모드로 설정하도록 구성되며 비교적 낮은 압력차에서 모드 제어기(30)는 유동 제어기를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다. 유동 감소 모드가 발전 모드 대신에 선택되는 값은 유동 제어기(1)를 통하는 실제 유동 속도에 의존한다. 유동 속도가 비교적 높은 압력차로 인해 감소될 필요가 있는 경우에 상기 모드 제어기(30)는 유동 제어기(1)를 유동 감소 모드로 설정하도록 구성된다.
모드 제어기(30)는 또한 유동 조절기(1)를 통하는 유체의 유동 속도를 제어하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 상기 모드 제어기(30)는 펌프 조립체(10)에 의해 펌프되는 유체의 유동 속도가 제어되도록 펌프 조립체(10)를 제어하도록 구성된다. 이는 펌프 조립체(10)의 펌프 휠(14)의 회전 주파수를 조절함으로써 수행될 수 있다. 더욱이, 모드 제어기(30)는 수력 발전기 조립체(20)를 통해 흐르는 유체의 유동 속도가 제어되도록 유동 조절기 조립체(20)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이는 앞에서 논의한 바와 같이, 휠(24)의 회전 주파수를 조절함으로써 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 유동 제어기(1)는 휠(50)을 더 포함할 수 있다. 상기 휠(50)은 펌프 조립체(10)의 펌프 휠(14)로서 그리고 유동 조절기 조립체(20)의 터빈 휠(24)로서 선택적으로 동작 가능하다. 상기 유동 제어기(1)가 펌핑 모드로 설정될 때 휠(50)은 펌프 휠(14)로서 선택적으로 동작 가능하다. 유동 제어기(1)가 발전 모드로 설정될 때 휠(50)은 터빈 휠(24)로서 선택적으로 동작 가능하다. 유동 제어기(1)가 유동 감소 모드로 설정될 때 휠(50)은 감속 수단으로서 선택적으로 동작 가능하다. 따라서, 펌핑 모드에서 휠(50)은 펌핑 휠(24)로서 작용하며 전기 모터(12)에 접속되도록 구성된다. 더욱이, 발전 모드에서 휠(50)은 터빈 휠(24)로서 작용하며 발전기(22)에 접속되도록 구성된다. 또한, 유동 감소 모드에서 휠(50)은 감속 수단으로서 작용하며 전기 모터(12)에 접속되도록 구성된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 유동 제어기(1)는 상기 유체용 제1 유동 채널(16)과 상기 유체용 제2 유동 채널(26)을 포함한다. 상기 제1 유동 채널(16)은 상기 펌프 조립체(10)의 일부를 형성한다. 상기 제2 유동 채널(26)은 상기 유동 조절기 조립체(20)의 일부를 형성한다. 상기 유동 제어기(1)는 유동 유도기(60)를 더 포함한다. 상기 유동 유도기(60)는 상기 모드 제어기(30)에 의해 제어되도록 구성된다. 상기 유동 제어기(1)가 펌핑 모드로 설정될 때, 상기 유동 유도기(60)는 제1 유동 채널(16)을 통해 유체의 유동을 유도하고 제2 채널(26)을 통해 유체의 유동을 차단하도록 구성된다. 이는 도 2b에 도시된다. 상기 유동 제어기(1)가 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정될 때, 상기 유동 유도기(60)는 제2 유동 채널(26)을 통해 유체의 유동을 유도하고 제1 채널(16)을 통해 유체의 유동을 차단하도록 구성된다. 이는 도 2a에 도시된다. 상기 유동 유도기(60)는 많은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 비제한적인 예에 따르면, 상기 유동 유도기(60)는 제1 및 제2 유동 채널(16 및 26) 각각을 통해 유체의 유동을 선택적으로 차단하도록 구성된 슬라이딩 블록을 포함할 수 있다. 유동 유도기(60)의 슬라이딩 블록이 1 및 제2 유동 채널(16 및 26) 중 하나를 차단할 때, 다른 것은 개방되어 유체가 그를 통해 흐르도록 한다.
당업자라면 본 발명이 전술한 바람직한 실시예로 결코 한정되지 않음을 인식한다. 이에 반해, 첨부의 청구범위의 범위내에서 많은 변형 및 변경이 가능하다.
예를 들어, 상기 유동 제어기(1)는 배터리를 더 포함할 수 있다. 배터리는 수력 발전기 조립체(20)에 의해 발생된 전기를 저장하도록 구성될 수 있다. 전기 모터(12)는 적어도 부분적으로 배터리(40)에 저장된 전기에 의해 전력이 공급되도록 구성될 수 있다. 모드 제어기(30)는 적어도 부분적으로 배터리(40)에 저장되는 전기에 의해 전력이 공급되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 전기 모터(12)는 상기 유동 제어기(1)가 발전 모드로 설정될 때 발전기(22)로서 작용하도록 구성될 수 있다. 이는 도 3에 개략적으로 도시된다. 펌핑 모드 또는 유동 감소 모드로 설정될 때, 전기 모터(12)는 전기에 의해 공급되도록 구성될 수 있다. 모드 제어기(30)는 전기 모터(12)에 전기가 공급되는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 전기가 인가될 때 전기 모터(12)는 휠(50)을 회전시켜서 이제 펌핑 휠(14) 또는 감속 수단으로 작용하도록 구성된다. 발전 모드로 설정될 때, 전기 모터(12)는 발전기(22)로서 작용하도록 구성된다. 전기 모터(12)가 발전기(22)로서 작용할 때 휠(50)을 회전시켜서 터빈 휠(14)이 발전기(22)를 유도하여 전기를 발생하도록 작용한다. 전술한 바에 따라서, 발생된 전기는 배터리(40)에 저장될 수 있다. 배터리(40)에 저장된 전기는 이어서 나중에 펌핑 모드 또는 유동 감소 모드로 설정될 때 전기 모터(12)에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
부가적으로, 도면, 본 개시내용 및 첨부의 특허청구범위를 고려하면, 청구된 발명을 실시하는데 있어서 개시된 실시예들에 대한 변형이 당업자에 의해 이해되고 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 저장소로부터 제2 저장소로 유체의 전달을 위한 펌프로서 또는 유동 조절기로서 선택적으로 작용하도록 구성된 유동 제어기로서,
    상기 제1 저장소에 접속가능한 입구;
    상기 제2 저장소에 접속가능한 출구;
    상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되며 펌프 휠을 사용하여 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 유체를 펌핑하도록 하여 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 유체를 전달하도록 구성된 펌프 조립체(assembly);
    상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되는 유동 조절기 조립체 - 상기 유동 조절기 조립체는 유체가 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 흐르도록 하여, 유체를 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 전달하도록 구성되며, 상기 유동 조절기 조립체는 발전 모드 및 유동 감소 모드로 선택적으로 설정되도록 구성되되, 상기 발전 모드로 설정될 때 상기 유동 조절기 조립체는 수력 발전을 제공하는 터빈 휠을 사용하여 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환함으로써 전기를 발생시키도록 구성되며, 상기 유동 감소 모드로 설정될 때 상기 유동 조절기 조립체는 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동을 감속시키도록 구성됨 - ; 및
    상기 유동 제어기를 펌핑 모드, 상기 발전 모드, 또는 상기 유동 감소 모드로 선택적으로 설정하도록 구성된 모드 제어기 - 상기 모드 제어기는 상기 입구에서의 상기 유체와 상기 출구에서의 상기 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호에 따라 상기 유동 제어기를 상기 펌핑 모드, 상기 발전 모드, 또는 유동 감소 모드로 설정하도록 구성되며, 상기 펌프 휠을 통과하는 유체의 유동 방향 및 상기 터빈 휠을 통과하는 유체의 유동 방향은 동일함 - ;
    를 포함하는 유동 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 상기 신호가 상기 입구에서의 상기 유체의 압력이 상기 출구에서의 압력과 같거나 그보다 낮음을 나타내는 경우에 상기 유동 제어기를 상기 펌핑 모드로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 상기 신호가 상기 입구에서의 상기 유체의 압력이 상기 출구에서의 압력보다 높음을 나타내는 경우에 상기 유동 제어기를 상기 발전 모드 또는 상기 유동 감소 모드로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동 제어기를 통과하는 유체 흐름을 측정하도록 구성된 유체 유량계(fluid flow meter)를 더 포함하며, 상기 모드 제어기는 상기 유동 제어기를 통과하는 상기 측정된 유체 흐름이 소정의 임계값 이상일 때 상기 유동 제어기를 상기 유동 감소 모드로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  5. 제1항에 있어서,
    휠을 더 포함하되,
    상기 휠은, (i) 상기 유동 제어기가 상기 펌핑 모드로 설정될 때 펌프 작용을 제공하도록 하는, 상기 펌프 조립체의 상기 펌프 휠, (ii) 상기 유동 제어기가 상기 발전 모드로 설정될 때 수력 발전을 제공하도록 하는, 상기 유동 조절기 조립체의 상기 터빈 휠, (iii) 상기 유동 제어기가 상기 유동 감소 모드로 설정될 때 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 상기 유체에 감속력을 제공하도록 하는, 상기 유동 조절기 조립체의 유동 감속 수단 중 어느 하나로서 선택적으로 동작 가능한 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유동 제어기가 상기 발전 모드 또는 유동 감소 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기는 상기 펌프 조립체를 비활성화시키고 상기 유동 조절기 조립체는 활성화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유동 제어기가 상기 펌핑 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기는 상기 유동 조절기 조립체를 비활성화시키고 상기 펌프 조립체를 활성화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유동 조절기 조립체는 발전기를 더 포함하며, 상기 펌프 조립체는 전기 모터를 더 포함하되, 상기 전기 모터 및 상기 발전기는 상기 유동 제어기가 상기 펌핑 모드 또는 상기 유동 감소 모드로 설정될 때, 상기 전기 모터로서 동작하도록 구성되며, 상기 유동 제어기가 상기 발전 모드로 설정될 때, 상기 발전기로서 작용하도록 구성된 동일 유닛인 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발전기에 의해 발생된 전기를 저장하도록 구성된 배터리를 더 포함하며, 상기 전기 모터는 적어도 부분적으로는 상기 배터리에 저장된 상기 전기에 의해 전력이 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  10. 제1 저장소로부터 제2 저장소로 유체의 전달을 위한 펌프로서 또는 유동 조절기로서 선택적으로 작용하도록 구성된 유동 제어기로서,
    상기 제1 저장소에 접속가능한 입구;
    상기 제2 저장소에 접속가능한 출구;
    상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되며 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 유체를 펌핑하도록 하여 유체를 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 전달하도록 구성된 펌프 조립체;
    상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되는 수력 발전기 조립체(hydro electrical generator assembly) - 상기 수력 발전기 조립체는 유체가 상기 입구로부터 상기 출구로 상기 유동 제어기를 통해 흐르도록 하여 유체를 상기 제1 저장소로부터 상기 제2 저장소로 전달하고, 상기 유동 제어기를 통해 흐르는 유체의 유동 에너지를 전기로 변환시킴으로써 전기를 발생시키도록 구성됨 - ; 및
    상기 유동 제어기를 펌핑 모드 또는 발전 모드로 선택적으로 설정하도록 구성된 모드 제어기;
    를 포함하되,
    상기 펌핑 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기는 상기 수력 발전기 조립체를 비활성화시키고 상기 펌프 조립체를 활성화시키도록 구성되며;
    상기 발전 모드로 설정될 때, 상기 모드 제어기는 상기 펌프 조립체를 비활성화시키고 상기 수력 발전기 조립체를 활성화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하며;
    상기 모드 제어기는 상기 입구에서의 상기 유체와 상기 출구에서의 상기 유체 사이의 압력차를 나타내는 신호에 기초하여 상기 유동 제어기를 상기 펌핑 모드 또는 상기 발전 모드로 설정하도록 구성되며;
    상기 유동 제어기는 휠을 더 포함하되, 상기 휠은 상기 유동 제어기가 상기 펌핑 모드로 설정될 때 펌프 작용을 제공하도록 상기 펌프 조립체의 펌프 휠로서, 그리고 상기 유동 제어기가 상기 발전 모드로 설정될 때 수력 발전을 제공하도록 상기 수력 발전기 조립체의 터빈 휠로서 선택적으로 동작 가능하며;
    상기 펌프 휠을 통과하는 유체의 유동 방향과 상기 터빈 휠을 통과하는 유체의 유동 방향은 동일한 것을 특징으로 하는
    유동 제어기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 상기 신호가 상기 입구에서의 상기 유체의 압력이 상기 출구에서의 압력과 같거나 또는 그보다 낮음을 나타내는 경우에 상기 유동 제어기를 상기 펌핑 모드로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 상기 신호가 상기 입구에서의 상기 유체의 압력이 상기 출구에서의 압력보다 높음을 나타내는 경우에 상기 유동 제어기를 상기 발전 모드로 설정하도록 구성되는 유동 제어기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 수력 발전기 조립체에 의해 발생된 전기를 저장하도록 구성된 배터리를 더 포함하는 유동 제어기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 펌프 조립체는 전기 모터를 더 포함하되, 상기 전기 모터는 적어도 부분적으로는 상기 배터리에 저장된 상기 전기에 의해 전력이 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 수력 발전기 조립체는 상기 터빈 휠에 접속되도록 구성된 발전기를 더 포함하며, 상기 펌프 조립체는 전기 모터를 더 포함하되, 상기 전기 모터 및 상기 발전기는 상기 유동 제어기가 상기 펌핑 모드로 설정될 때, 상기 전기 모터로서 작용하며, 상기 유동 제어기가 상기 발전 모드로 설정될 때, 상기 발전기로서 작용하도록 구성되는 동일 유닛인 것을 특징으로 하는 유동 제어기.
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