KR102409078B1 - 솔라 페일 세이프 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광에 의해 밸브를 작동시킬 수 있고, 밸브를 작동시키는 액추에이터 유니트에 전기가 공급되지 않는 비상시에도 밸브를 작동시킬 수 있는 솔라 페일 세이프 장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양에너지로부터 전기를 생성하는 솔라 패널 모듈; 전기를 동력원으로 이용하여 밸브를 움직이는 액추에이터부와 기충전된 비상 전기를 이용해 상기 밸브를 움직이는 페일 세이프부가 마련되는 액추에이트 유니트; 솔라 패널 모듈로부터 생성된 전기를 받아 배터리를 충전시키고, 액추에이터 유니트로 전기를 공급하는 제어 유니트; 를 포함하고,
액추에이터부는 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이하인 경우에 비상 전기를 이용해서 밸브를 움직일수 있는 솔라 페일 세이프 장치가 제공될 수 있다.

Description

솔라 페일 세이프 장치{Solar fail safe device}
본 발명은 액추에이터에 대한 태양광 전력의 공급이 제한되는 정전 또는 장치의 불량 발생시에 액추에이터를 긴급 구동시키는 페일 세이프 장치에 관한 것이다.
기존의 전동 밸브의 경우, 정전이나 단선/단락 등에 의해 외부전원이 차단되는 사고가 발생하였을 때 밸브는 모터를 구동할 수 있는 공급 전력 없어 밸브의 작동이 멈추는 상태를 유지하게 될 수밖에 없다. 이 경우 사용자가 밸브를 제어할 수 없게 되므로 사고의 원인이 된다. 또한 비록 상기 전동밸브에서 전원이 차단되는 경우에 수동으로 밸브를 여닫을 수 있는 핸들을 사용할 수 있을지라도 이렇게 전원이 차단되었는지 여부를 사용자가 알 수 없는 경우에는 수동으로 작동시킬 수 없으므로 밸브제어가 불가능하게 된다.
본 발명은 밸브에 구동시키는 액추에이터 유니트에 전기가 공급되지 않는 비상 상황시, 밸브를 긴급 작동시킬 수 있는 페일 세이프(fail safe) 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 과제 해결의 수단은 태양에너지로부터 전기를 생성하는 솔라 패널 모듈; 전기를 동력원으로 이용하여 밸브를 움직이는 액추에이터부와 기충전된 비상 전기를 이용해 상기 밸브를 움직이는 페일 세이프부가 마련되는 액추에이트 유니트; 솔라 패널 모듈로부터 생성된 전기를 받아 배터리를 충전시키고, 액추에이터 유니트로 전기를 공급하는 제어 유니트; 를 포함하고, 액추에이터부는 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이하인 경우에 비상 전기를 이용해서 상기 밸브를 움직이는 솔라 페일 세이프 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 솔라 페일 세이프 장치는 태양 에너지로부터 전기를 생성하는 솔라 패널 모듈, 전기를 동력원으로 이용하여 밸브를 움직이는 액추에이터부와 기충전된 비상 전기를 이용해 상기 밸브를 움직이는 페일 세이프부가 마련되는 액추에이트 유니트, 솔라 패널 모듈로부터 생성된 전기를 받아 배터리를 충전시키고, 액추에이터 유니트로 전기를 공급하는 제어 유니트를 포함하고,
액추에이터부는 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 미만인 경우에 충전된 비상 전기를 이용해서 상기 밸브를 움직일 수 있다.
본 발명의 솔라 페일 세이프 장치는 모터를 작동시키는 액추에이터 유니트로 전기의 차단되는 경우에도 기설정된 위치로 밸브를 움직일 수 있다.
본 발명의 솔라 페일 세이프 장치는 배터리를 이용해 밸브를 움직이므로 1회성이 아닌 다회성으로 동작 가능하다.
솔라 페일 세이프 장치는 휴식 모드, 정상모드, 비상 모드중 하나의 상태일 수 있고, 휴식 모드에서는 밸브가 개폐 동작을 하지 않는 휴식기이며, 제어 유니트의 제1 배터리와 페일 세이프부의 제2 배터리가 충전되고, 충전된 전기로 정상 모드와 비상 모드시에 밸브가 작동할 수 있다.
정상 모드는 제1 정상 모드와 제2 정상 모드중에 적어도 하나일 수 있고, 제1 정상 모드에서는 제1 배터리와 제2 배터리는 충전될 수 있으며, 제2 정상 모드에서는 제1 배터리는 방전될 수 있고, 방전된 전기는 액추에이터 유니트로 공급되어 밸브를 작동시킬 수 있으며, 제2 배터리는 충전될 수 있다.
비상 모드에서는 페일 세이프부의 제2 배터리가 방전되어 액추에이터부에 전기가 공급될 수 있다.
도 1은 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치의 실제 설치 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제어 유니트의 회로도이다.
도 3은 도 2의 A를 확대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 페일 세이프부의 회로도이다.
도 5는 도 4의 B를 확대한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치 일부를 투시한 개략도이다.
도 8은 비교 실시예의 밸브 및 액추에이터부를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치(1)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 솔라 페일 세이프 장치(1)는 태양에너지로부터 전기를 생성하는 솔라 패널 모듈(100), 솔라 패널 모듈(100)로부터 생성된 전기를 받아 배터리를 충전시키고, 액추에이터 유니트(300)로 전기를 공급하는 제어 유니트(200), 제어 유니트(200)로부터 전기를 공급받아 필요시에 밸브(380)를 열고 닫을 수 있는 액추에이터부(340)와 소정의 조건에서 제어 유니트(200)로부터 전기가 공급되지 않는 경우 액추에이터부(340)로 전기를 공급할 수 있는 페일 세이프부(310)가 마련되는 액추에이트 유니트, 소정의 위치에 제어 유니트(200)가 마련될 수 있고, 일단은 솔라 패널 모듈(100)에 대면하며, 타단은 베이스 판(500)에 대면하는 지지대(400), 상기 솔라 패널 모듈(100),제어 유니트(200)가 구비되는 지지대(400)의 타단에 대면하는 베이스 판(500)을 포함할 수 있다.
솔라 패널 모듈(100)은 지면에 고정되는 베이스 판(500)으로부터 소정의 높이를 가지고 고정되는 지지대(400)에 의해 지지될 수 있다. 솔라 패널 모듈(100)은 제어 유니트로(200)부터 상부 방향으로 간격을 두고 제어 유니트(200)보다 큰 면적으로 설치될 수 있다. 제어 유니트(200)는 태양광이 직접적으로 조사되어 기준치 이상의 온도로 높아져서 과열되지 않도록 솔라 패널 모듈(100)에 의해 차양이 이루어질 수 있다.
제어 유니트(200)는 솔라 패널 모듈(100)로부터 받은 전기를 제1 배터리에 충전하고, 소정의 조건에서 방전시키며, 액추에이터 유니트(300)로의 전기의 공급을 제어할 수 있는 제1 제어회로(210), 솔라 패널 모듈(100)로부터 받은 전기를 충전하고 방전할 수 있는 제1 배터리, 액추에이터 유니트(300)제어 및 모니터링을 위하여 외부와 통신할 수 있는 무선 신호 장치(230), 햇빛으로부터 보호하고 외부와 차단 가능한 밀폐 용기를 포함할 수 있다.
논,야산등의 야외 지역에서는 외부 전기선이 직접 연결되기 어려운 지형이기 때문에, 수로등에 설치되는 밸브(380)의 개폐를 조절하는것이 어려울 수 있다.
따라서, 직접 전기선이 연결되기 어려운 지형에서는 밸브(380)를 동작시키는 액추에이터부(340)가 태양광을 전원으로 한다면 효과적으로 밸브(380)를 개폐시킬 수 있다.
솔라 페일 세이프 장치(1)는 특성상 태양이 잘 비치는 넓고 그늘이 지지 않는 지형에 설치될 수 있다. 제어 유니트(200)는 고열에 약할 수 있는 제1 제어회로(210),제1 배터리(220), 무선 신호 장치(230)를 포함할 수 있기에 적정한 온도를 유지할 필요가 있다.
따라서, 제어 유니트(200)는 솔라 패널 모듈(100)의 그늘에 위치할 수 있게 지지대(400)의 소정의 위치에 마련될 수 있다. 제어 유니트(200)는 베이스 판(500)보다 솔라 패널 모듈(100)에 더 인접하게 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제어 유니트의 회로도이다.
도 3은 도 2의 A를 확대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 페일 세이프부의 회로도이다.
도 5는 도 4의 B를 확대한 회로도이다.
도 2 내지 도 5을 참조하면, 솔라 페일 세이프 장치(1)의 작동 모드는 액추에이터부(340)가 개폐 동작을 하지 않는 휴식기에 솔라 패널 모듈(100)로부터 생산된 전기로 제어 유니트(200)의 제1 배터리와 페일 세이프부(310)의 제2 배터리(330)를 충전하는 휴식 모드, 솔라 패널 모듈(100)로부터 생산된 전기가 밸브(380)를 개폐 작동될 수 있게 소정의 전압으로 액츄에이터 유니트로 공급되는 정상 모드, 제어 유니트(200)로부터 액츄에이터 유니트로 소정의 전압 미만으로 공급되는 비상 모드로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 제어회로(210)는 솔라 패널 모듈(100)로부터 제어 유니트(200)로 공급되는 전압을 측정하는 제1 감지부(212); 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 제1 다이오드; 제1 감지부(212)의 신호에 따라 on/off가 가능한 제1 릴레이;를 포함할 수 있다.
정상 모드는 제1 정상 모드와 제2 정상 모드를 포함할 수 있다.
도 3는 제1 제어회로(210) 내의 A지역을 확대한 것이다. 도 3의 (a)는 제1 정상 모드시에 흐르는 전류를 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 제2 정상 모드시에 흐르는 전류를 도시한 것이다.
제1 정상 모드에서는 낮에 솔라 패널 모듈(100)로부터 정상적으로 발전이 이루어지는 경우, 액추에이터 유니트(300)로 충분한 전기가 흐르고, 동시에 제어 유니트(200)의 제1 배터리 또는 페일 세이프부(310)의 제2 배터리(330)가 충전될 수 있다.
흐린 날이 지속되거나 솔라 페일 세이프 장치(1)의 결함등으로 액추에이터 유니트(300)로 소정의 전압이 전가되지 않는 비상시를 대비해, 페일 세이프부(310)의 제2 배터리(330)를 먼저 충전하고 제어 유니트(200)의 제1 배터리(220)를 충전할 수 있다.
제1 정상 모드에서는 제1 릴레이가 off로 되어 제1 배터리에서 액추에이터 유니트(300)쪽으로는 전기가 흐르지 않고, 제1 배터리는 전기를 충전할 수 있다.
제1 정상 모드에서 제1 배터리의 충전이 완료된 경우에는 솔라 패널 모듈(100)에 의한 전기는 액추에이터부(340)의 동작에만 사용될 수 있다.
정상 모드와 휴식 모드인 경우에, 제1 배터리의 충전이 충분치 않다면 제1 배터리와 액추에이터 유니트(300)쪽으로 전기가 모두 흐를수 있다.
제2 정상 모드는 밤이나 날씨가 흐려 솔라 패널 모듈(100)로부터 정상적으로 발전이 이루어지지 않는 경우, 제1 감지부(212)는 솔라 패널 모듈(100)로부터 들어오는 전기의 이상을 감지하고, 제1 릴레이를 on상태로 바꿀 수 있다.
제2 정상 모드에서는 제1 배터리로부터 액추에이터 유니트(300)로 제1 배터리의 충전된 전기가 흐를 수 있다.
제2 정상 모드에서 제1 배터리의 충전된 전기가 소진되어 액추에이터 유니트(300)로 밸브축(380) 개폐 동작에 필요한 소정의 전압이상이 전가되지 않는 경우에는, 비상 모드 상태가 될 수 있다.
도 4을 참조하면, 제2 제어회로(320)는 제어 유니트(200)로부터 액추에이터 유니트(300)로 공급되는 전기의 상태를 측정하는 제2 감지부(322); 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 제2 다이오드(324); 제2 감지부(322)의 신호에 따라 on/off가 가능한 제2 릴레이(326), 소정 조건시에 페일 세이프 신호를 전송하기 위한 제3 릴레이(328); 를 포함할 수 있다.
도 5는 제2 제어회로(320) 내의 B지역을 확대한 것이다. 도 5의 (a)는 정상 모드시에 흐르는 전류를 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 비상 모드시에 흐르는 전류를 도시한 것이다.
정상 모드에서는 제2 릴레이(326)가 off로 되어 제2 배터리(330)에서 액추에이터 유니트(300)쪽으로는 전기가 흐르지 않고, 제2 배터리(330)는 제어 유니트(200)에서 들어오는 전기에 의해 충전될 수 있다.
흐린 날이 지속되거나 솔라 페일 세이프 장치(1)의 결함등으로 제어 유니트(200)로부터 액추에이터 유니트(300)에 소정의 전압이 전가되지 않는 경우, 페일 세이프부(310)가 동작하는 비상 모드가 될 수 있다.
비상 모드에서는 제2 릴레이(326)가 on으로 되고 제2 배터리(330)에서 액추에이터부(340)로 충전된 전기가 공급될 수 있다.
비상 모드에서는 제3 릴레이(328)가 on으로 되고 페일 세이프 경고 신호를 보내 조절부(312)에 비상 모드 상태를 표시할 수 있다.
솔라 페일 세이프 장치(1)의 각 모드시의 충전과 방전을 살펴보면,
휴식 모드에서는 밸브(380)가 개폐 동작을 하지 않는 휴식기이고, 제1 배터리(220)와 제2 배터리(330)가 충전될 수 있고, 충전된 전기로 정상 모드와 비상 모드시에 밸브(380)가 작동할 수 있다.
제1 정상 모드에서는 제1 배터리(220)는 충전될 수 있고, 제2 배터리(330)는 충전될 수 있다.
제2 정상 모드에서는 제1 배터리(220)는 방전될 수 있고, 방전된 전기는 액추에이터 유니트(340)으로 공급되어 밸브(380)를 작동시킬 수 있으며, 제2 배터리(330)는 충전될 수 있다.
비상 모드에서는 페일 세이프부(310)의 제2 배터리(330)가 방전되어 액추에이터부(340)에 전기를 공급할 수 있다.
도 6는 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치 일부를 투시한 개략도이다.
도 8은 비교 실시예의 밸브 및 액추에이터부를 나타낸 개략도이다.
도 6 내지 도 8를 참조하면, 페일 세이프부(310)는 제어 유니트(200)로부터 공급받은 전기를 액추에이터부(340)로 공급하는 것을 제어할 수 있는 제2 제어회로(320); 비상 전기가 충전된 제2 배터리(330), 액추에이터부(340)와 배터리 간의 전기적 연결을 제어하는 제2 릴레이(326)을 포함할 수 있다.
액추에이터부(340)는 전기를 동력원으로 이용하여 밸브(380)를 움직일 수 있다. 일 예로, 액추에이터부(340)는 전기가 입력되면 회전하거나 직선 운동하는 모터(350)를 포함할 수 있다. 이때의 모터(350)는 기동 즉시 최대 토크에 도달하고, 전원 차단시 초과 회전이 거의 발생되지 않는 것이 좋다. 또한, 과열을 방지하기 위해 모터(350)에는 온도를 감지하는 서모 스탯(thermostat)이 마련될 수 있다.
모터(350)의 축과 밸브(380) 사이에는 하나 이상의 기어가 구비된 기어 박스가 삽입될 수 있다.
액추에이터부(340)의 정상 동작을 위해서는 솔라 패널 모듈(100)로부터의 전기의 공급이 요구된다. 만약, 흐린날이 지속되거나 솔라 페일 세이프 장치(1)의 결함등으로 전기의 공급이 중단되는 비상 상황이 발생되면, 밸브(380)에 대한 후속 조치가 요구될 수 있다. 일 예로, 밸브(380)는 특정 관(390)을 따라 흐르는 유체의 유량을 조절할 수 있다. 설정 유량만큼만 유체를 흐르게 하고 밸브(380)를 이용해 관(390)을 폐쇄하고자 할 수 있다. 설정 유량의 유체가 흐르도록 밸브(380)가 개방된 상태에서 비상 상황이 발생되면, 밸브(380)를 작동시키는 액추에이터부(340)가 멈추게 된다. 따라서, 밸브(380) 역시 관(390)을 개방한 상태에서 그대로 멈추며 유체는 설정 유량을 초과해서 계속해서 흐르게 된다. 이때, 설정 유량을 초과하는 유체로 인해 각종 문제가 발생될 수 있다. 반대로, 비상 상황의 발생 결과, 설정 유량을 만족하지 못한 상태에서 유체의 흐름이 막히는 경우도 발생될 수 있으며, 이 경우에도 각종 문제가 야기될 수 있다.
비상 상황에서 정상적으로 제어되지 못하는 밸브(380)로 인한 심각한 피해를 방지하기 위해 페일 세이프부(310)가 이용될 수 있다.
페일 세이프부(310)는 비상 상황 또는 기계가 고장났을 때 그대로 폭주해서 사고, 재해로 연결되는 일이 없이 안전을 확보하는 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 페일 세이프부(310)는 제어 유니트(200)로부터 액추에이터부(340)에 대한 전기의 공급이 중단되면, 기충전된 제2 배터리(330)의 비상 전기를 액추에이터부(340)에 공급할 수 있다. 비상 전기는 액추에이터부(340)를 비상 작동시킬 수 있는 전력을 포함할 수 있다. 일 예로, 비상 전기는 액추에이터부(340)에 마련된 모터(350) 등을 전기적으로 작동시킬 수 있다.
따라서, 액추에이터부(340)는 제어 유니트(200)로부터의 전기의 차단시에도 비상 전기를 이용해서 밸브(380)를 움직일 수 있다.
제2 릴레이(326)는 제어 유니트(200)로부터의 전기가 액추에이터부(340)에 공급되면 액추에이터부(340)와 제2 배터리(330) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
제2 릴레이(326)는 제어 유니트(200)로부터의 전기의 공급이 중단되면 액추에이터부(340)와 배터리를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
태양광으로부터의 전기와 달리 제2 배터리(330)에 저장된 비상 전기는 제한적일 수밖에 없다. 용량이 제한된 비상 전기를 이용하는 액추에이터부(340)는 밸브(380)를 현재 위치로부터 기설정된 비상 위치까지 최단 거리 또는 최단 각도로 움직이는 1회성 동작을 수행하는 것이 좋다.
액추에이터부(340)는 제어 유니트(200)로부터의 전기가 공급되면 외부 제어 신호에 따라 밸브(380)를 움직이는 정상 모드로 동작할 수 있다.
액추에이터부(340)는 제어 유니트(200)로부터의 전기의 차단으로 인해 비상 전기가 공급되면 외부 제어 신호를 무시하고 기설정된 비상 위치로 밸브(380)를 움직이는 비상 모드로 동작할 수 있다.
비상 모드에서 밸브(380)가 비상 위치까지 움직이면, 페일 세이프부(310)는 액추에이터부(340)에 대한 비상 전기의 공급을 중단할 수 있다.
액추에이터부(340)에 대한 비상 전기의 공급 중단에 의해, 밸브(380)는 제어 유니트(200)로부터의 전기가 소정 이상의 전압으로 공급이 재개될 때까지 비상 위치를 유지할 수 있다.
페일 세이프부(310)는 액추에이터부(340)와 일체로 형성되거나, 액추에이터부(340)에 장착되는 인티그럴 유니트에 형성될 수 있다.
일 예로, 유체가 흐르는 관(390)에 밸브(380)가 설치되고, 밸브축(382)이 관(390)의 외부로 연장될 수 있다. 액추에이터부(340)에는 관(390)의 외주면에 체결되는 베이스(344), 베이스(344)를 덮는 커버(342)가 마련될 수 있다. 이때, 밸브축(382)에 대면되는 베이스(344)의 일면에는 밸브축(382)에 연결되는 홈 등의 연결 수단(도시되지 않음)이 베이스(344)에 대해 이동 또는 회전 가능하게 설치될 수 있다.
베이스(344)에는 모터(350), 기어 박스, 개도계(352), 리미트 스위치(356), 제2 배터리(330) 등이 설치될 수 있다. 모터(350), 기어 박스, 개도계(352), 리미트 스위치(356), 제2 배터리(330) 등은 커버(342)에 의해 덮일 수 있다. 모터(350)의 축 또는 기어 박스는 연결 수단에 링크될 수 있다.
개도계(352)는 밸브축(380)의 정확한 위치를 백분율로 표시할 수 있다. 제2 배터리(330)는 비상 전기가 저장되는 요소로, 액추에이터부(340)에 설치되거나 별도의 인티그럴 유니트에 설치될 수 있다. 도 2 및 도 3를 참조하면, 별도의 인티그럴 유니트에 페일 세이프부(310)의 일부가 형성되고, 페일 세이프부(310)를 형성하는 배터리는 액추에이터부(340)에 형성되고 있다.
리미트 스위치(356)는 밸브축(382)의 회전 범위 한계값을 결정할 수 있다.
인티그럴 유니트(integral unit)는 전면 조작부와 내부가 완전히 분리된 비관통형 구조로 현장 조작반을 대체할 수 있다.
도 8의 (a)는 페일 세이프부(310)가 배제된 비교 실시예이고, 도 8의 (b)는 스프링 리턴부(384)가 적용된 비교 실시예이다. 도 8의 비교 실시예에는 인티그럴 유니트가 배제되었으나, 액추에이터부(340)의 제어 및 유지 보수를 위해 도 2 및 3와 유사하게 추가될 수 있다.
스프링 리턴부(384)가 배제된 비교 실시예의 경우, 별도의 스프링 리턴부(384)가 배제된 만큼 소형화가 가능하다. 다만, 비상 상황시의 대처가 미흡하므로, 유체의 흐름 여부가 커다란 문제를 발생하지 않는 관(390)에 적용되는 것이 유리하다.
비상 상황의 대처를 위해 도 8의 (b)와 같이 별도의 스프링 리턴부(384)가 액추에이터부(340)에 추가될 수 있다. 스프링 리턴부(384)는 비상 상황시 스프링의 탄성력에 의해 밸브축(380)를 설정 위치로 복원시킬 수 있다. 스프링 리턴부(384)는 일단 동작하면 스프링의 탄성력이 풀려버리기 때문에 1회의 사용만 가능하고 재사용을 위해서는 사용자에 의해 스프링을 되감는 동작이 필요한 문제가 있다. 또한, 액추에이터부(340) 및 인트그럴 유니트 외에 별도의 스프링 리턴부(384)가 요구되므로 소형화가 제한될 수 있다.
본 발명의 솔라 페일 세이프 장치(1)는 액추에이터부(340) 내부에 설치되고 평소 외부 제어 신호에 의해 밸브축(380)를 움직이는 모터(350)를 그대로 이용하여 비상 상황에 대처할 수 있다. 이때, 페일 세이프부(310)의 구성 요소 중 제2 배터리(330)를 제외한 제어 모듈, 통신 모듈 등은 기존 액추에이터부(340) 또는 인티그럴 유니트에 설치된 전기 보드에 탑재 가능하다. 따라서, 본 발명의 솔라 페일 세이프 장치(1)는 외형적으로 액추에이터부(340) 또는 인티그럴 유니트에 제2 배터리(330)만 추가된 것과 유사하다. 따라서, 소형화를 심각하게 제한하지 않으며, 제2 배터리(330)의 재충전을 통해 페일 세이프 기능이 간단하게 복구되는 장점이 있다.
페일 세이프부(310)는 제2 배터리(330)가 방전되면, 태양광으로부터의 전기를 이용해서 제2 배터리(330)를 충전할 수 있다. 비상 모드시, 액추에이터를 긴급 구동시키는 과정에서 제2 배터리(330)에 저장된 비상 전기가 모터(350)를 향해 방전될 수 있다. 이때, 방전된 비상 전기는 비상 모드 해제시 재공급되는 태앙광으로부터의 전기에 의해 간단하게 충전될 수 있다.
한편, 평소 자연 방전 등에 의해 제2 배터리(330)의 비상 전기가 부족해지면 비상 모드시, 액추에이터부(340)를 긴급 작동시키는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 제2 배터리(330)의 충전량은 적정값 이상으로 항상 유지될 필요가 있다. 충전량 유지를 위해 페일 세이프부(310)는 제2 배터리(330)의 충전량이 설정값 이하가 되면 경고 신호를 생성하여 관리 서버로 전달할 수 있다.
한편, 액추에이터부(340)가 설치된 현장을 방문한 사용자가 현장에서 액추에이터부(340)를 직접 제어하는 방안이 마련되는 것이 좋다.
일 예로, 액추에이터부(340)를 제어하는 조절부(312)가 액추에이터부(340)(인티그럴 유니트 포함)에 함께 마련될 수 있다. 조절부(312)는 사용자가 조작 가능한 각종 버튼, 터치 스크린 등을 포함할 수 있다.
조절부(312)는 액추에이터부(340)를 구성하는 베이스(344) 또는 커버(342) 외면에 설치될 수 있다. 조절부(312)는 액추에이터부(340)에 장착되는 인티그럴 유니트의 외면에 설치되어도 무방하다.
조절부(312)는 태양광 전기 또는 비상 전기를 이용해서 액추에이터부(340)를 전기적으로 제어하거나 작동시킬 수 있다.
밸브축(380)를 직접 움직이는 핸들부(370), 액추에이터부(340) 또는 핸들부(370)에 밸브축(380)를 선택적으로 링크시키는 절환부(360)가 마련될 수 있다.
이때, 핸들부(370)는 사용자의 완력에 의해 전적으로 조작되는 것이 좋다. 따라서, 조절부(312)는 핸들부(370)는 그대로 두고 액추에이터부(340)를 제어할 수 있다. 이를 위해 액추에이터부(340)를 제어하는 조절부(312)는 액추에이터부(340)에 함께 마련되는 것이 좋다.
조절부(312)에는 제1 조작 수단(314), 제2 조작 수단, 제3 조작 수단이 마련될 수 있다. 각 조작 수단은 외면에 노출된 버튼 등의 입력 장치를 포함할 수 있다.
제1 조작 수단(314)은 리모트 모드 또는 로컬 모드를 선택 가능하게 형성될 수 있다. 또는 제1 조작 수단(314)은 리모트 모드, 로컬 모드, 오프 모드 중 하나를 선택 가능하게 형성될 수 있다.
리모트 모드는 원거리의 관리 서버로부터 입수된 외부 제어 신호를 이용해서 액추에이터부(340)를 제어하는 동작 모드일 수 있다.
로컬 모드는 제2 조작 수단을 이용해서 액추에이터부(340)를 제어하는 동작 모드일 수 있다. 로컬 모드는 현장을 방문한 사용자가 직접 액추에이터부(340)를 조작하거나 밸브축(380)를 움직이도록 보장하는 모드일 수 있다.
페일 세이프부(310)는 리모트 모드 및 로컬 모드에 상관없이 태양광으로부터 전기의 공급이 중단되면 비상 전기를 액추에이터부(340)에 공급할 수 있다.
태양광 전기의 공급이 중단되면, 기본적으로 액추에이터부(340)는 리모트 모드 및 로컬 모드에 상관없이 비상 전기를 이용하여 기설정된 비상 위치로 밸브축(380)를 움직일 수 있다. 이때의 비상 위치는 자유롭게 설정 가능하며 비상 상황 전에 설정되는 것이 좋다. 설치된 솔라 페일 세이프 장치(1)의 상황에 따라, 밸브축(380)를 개방, 폐쇄, 그대로 유지할지 미리 설정해둘 수 있다. 비상 모드에서의 밸브축(380)의 동작은 현장에서 직접으로도 가능하고 원격으로도 제어할 수 있다.
비상 상황시 강제되는 비상 위치의 제한을 해제하거나 액추에이터부(340)의 다양한 옵션을 설정하기 위해 오프 모드가 이용될 수 있다.
오프 모드는 액추에이터부(340)의 동작을 강제 중지시키는 모드일 수 있다.
태양광 전기의 공급 중단시 액추에이터부(340)의 동작을 결정하는 옵션 메뉴가 오프 모드에서 제공될 수 있다. 이때, 제3 조작 수단은 옵션 메뉴를 조작하거나 설정할 수 있다.
비상 전기가 공급되는 상황에서 액추에이터부(340)의 동작을 설정하는 조절부(312)에는 리모트 스위치 및 로컬 스위치가 마련될 수 있다.
리모트 스위치는 외부 제어 신호를 이용해 액추에이터부(340)를 제어(리모트 모드)하는 도중에 발생된 비상 상황시 액추에이터부(340)의 동작을 설정할 수 있다.
로컬 스위치는 조절부(312)에 마련된 제2 조작 수단을 이용해 액추에이터부(340)를 제어(로컬 모드)하는 도중에 발생된 비상 상황시 액추에이터부(340)의 동작을 설정할 수 있다.
본 발명의 액추에이터 유니트(300)는 회전식으로 유로를 개폐할 수 있는 가동기구로써 밸브축(382), 공급받는 전력에 의해 가동되는 모터(350), 감속 기어가 포함되어 있어 전동식 모터(350)의 회전 토크를 밸브축(382)에 전달하는 기어 박스, 밸브축(382)의 회전 범위를 제한하여 결정하는 리미트 스위치, 제어 신호선에 의해 수신받은 신호에 따라 모터(350)의 작동을 제어하는 제2 제어회로(320) 및 제어 유니트(100)로부터 전기가 소정의 전압 수치이상이면 전력을 충전하고, 제어 유니트(100)로부터 전기가 소정의 전압수치 미만으로 전기가 차단되면 저장된 전력을 액추에이터부(340)에 공급하는 제2 배터리(330)를 포함하여 액추에이터 유니트(300)의 외부로부터 전력이 차단되어도 저장된 전력을 이용하여 밸브(380)가 안정적인 상태로 변환/유지될 수 있도록 한다.
밸브축(382)은 일반적으로 유로의 개폐를 단속하는 디스크가 연결되어 있어 밸브 축에서의 힌지 회동에 따라 디스크가 밸브(380)를 여닫도록 한다. 디스크가 닫히는 정도에 따라 관(390)에 흐르는 유체의 유량 및 유속이 조절될 수 있다. 이러한 밸브축(382)은 마찰이 거의 없는 상태에서 모터(350)에 의해 공급받는 회전 토크를 충분히 받아 작동할 수 있도록 함이 바람직하다.
기어 박스는 전기적으로 작동하는 모터(350)에서 발생하는 회전력 및 스피드를 다수의 감속기어들을 이용하여 밸브축(382)에 유로의 개폐에 적정하도록 전달한다. 기어 박스 내부에는 전동모터(350)의 회전축에 연결된 기어에 맞물리는 다양한 직경의 기어들이 존재하는데, 이는 모터(350)의 빠른 회전 스피드 및 작은 회전력을 느린 속도와 큰 회전력으로 전환시켜준다.
모터(350)는 일반적인 기계공업분야에서 활동되는 전동식 모터(350)로서 외부에서 공급받는 전력에 의해 가동되거나, 내부에 포함된 제2 배터리(330)의 충전된 전력에 의해 가동되도록 한다. 이러한 모터(350)는 보통 인덕션 모터(350)가 사용될 수 있으며 회전력을 적절한 감속기어 및 동력전달 장치에 의하여 다양한 토크 및 스피드를 발생시키면서 밸브축(382)을 회전시킨다. 따라서, 모터(350)의 회전축에 기어가 일체로 결합되어 형성되는 것이 바람직한데, 상기 기어 박스의 다양한 직경의 기어들과 맞물려 감속 및 강한 회전력으로의 변환을 실현한다.
제2 제어회로(320)는, 제어 신호선에서 입력되는 신호에 따라 외부의 전원선 또는 액추에이터 유니트(300)의 제2 배터리(330)로부터 공급되는 전력을 모터(350)에 공급하도록 제어한다. 따라서, 사용자가 밸브(380)의 작동을 위해 외부에서 제어 신호선을 통해 작동신호를 입력하는 경우뿐만 아니라, 일정조건 하에서 밸브(380)가 작동되어야 할 때 외부에서 자동으로 작동 신호가 입력되는 경우 제2 제어회로(320)가 전원선을 통해 공급되는 전력으로 모터(350)가 작동되도록 한다.
리미트 스위치는 통상적으로 밸브 축과 소정간격 이격되어 양측에 존재하게 되는데, 밸브 축의 회전반경을 조절하는 기능을 한다. 리미트 스위치가 밸브축(382)을 중심으로 한 원주의 회전반경만큼 밸브 축에 연결된 디스크 등이 회전하게 되면서 유로를 단속하게 된다.
제2 배터리(330)는 휴식 모드 또는 정상 모드시에 충전될 수 있다.
이에 따라 제어 유니트(100)로부터 전기가 공급되는 경우 전력을 충분히 충전한 상태를 유지하고, 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 당해 충전된 전력으로 전동모터(350)를 가동시킬 수 있다. 따라서, 에너지 저장장치는 전원선에 연결되어야 하며, 외부전원이 차단되는 경우 내부로 인입된 전원선을 통해 제2 제어회로(320) 및 전동모터(350)에 전력을 공급한다.
이에 전원선에 전원이 공급되면 이에 연결되어 있는 제2 배터리(330)에 전력이 저장된다. 정전 등의 이유로 전원의 공급이 끊겼을 경우 저장장치에 저장된 전력을 이용하여 밸브(380)가 안정적인 상태로 변환/유지될 수 있도록 제2 제어회로(320)가 모터(350)에 전력을 공급한다. 이때 사용자의 설정에 따라서 지연 타이머가 동작하여 공급 전원이 차단된 후 설정된 시간만큼 지난 뒤에 안정한 상태로 변환/유지할 수 있다.
따라서, 전동밸브(380)에 전원이 끊긴 경우 사용자의 설정에 따라 안정한 상태로 변환/유지할 수 있게 되어 전원 공급 소실로 인하여 폐쇄되어야 할 밸브(380)가 열려 있어 내부 유체가 유출되거나 개방되어야 할 밸브(380)가 닫혀 과압으로 폭발하는 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한 안전이 중요시되는 전동 밸브(380)의 설치에 효과적으로 채용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 제어 신호선의 신호에 따라 제2 제어회로(320)에서 전원선으로 공급되는 전력을 모터(350)에 공급하는데, 모터(350)는 감속 기어가 포함된 기어 박스를 통하여 회전 토크를 밸브축(382)에 전달하여 밸브(380)를 개폐하도록 한다. 이때 회전 범위는 리미트 스위치에 의해서 결정된다. 제2 배터리(330)는 전원선과 연결되어 있어, 제어 유니트(100)로부터 공급되는 전력을 충전함과 동시에 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 저장된 전력을 전동모터(350) 및 제2 제어회로(320)에 공급할 수 있도록 한다.
제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 사용자의 설정에 따라 설정된 시간이 지난 뒤 안정한 상태로 변환/유지시켜주도록 하는 지연 타이머를 추가로 포함할 수 있다.
지연 타이머는, 사용자가 미리 설정해 놓은 시간에 따라 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 설정된 일정시간이 지난 후에야 제2 배터리(330)에 축전된 전력을 공급하도록 하는 기능을 수행한다.
지연 타이머는 제2 제어회로(320)에 연결되어 있는데, 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 사용자가 설정한 일정시간이 지난 후 제2 제어회로(320)를 통해 제2 배터리(330)로부터 전력을 공급받도록 한다.
엑추에이터 유니트는 외부 공급전원의 차단여부 감지하는 전원차단 감지장치를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 전원차단 감지장치는 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 경보음을 울려 사용자가 인식할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
전원차단 감지장치는, 전원선을 통해 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인지를 감지하는 장치로서 통상적으로 전원선과 제2 제어회로(320)에 연결된다.
본 발명이 지연 타이머를 포함하고 있는 경우에는 상기 전원차단 감지장치는 지연 타이머에도 직접 연결될 수 있다. 즉, 지연 타이머에 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만이되는 시점을 송신하고 상기 지연 타이머에서 사용자가 설정한 일정시간이 지난 후에 제2 제어회로(320)에 전원이 차단되었음을 송신하도록 한다.
이와 같이, 별도의 전원차단 감지장치를 추가하여 제어 유니트(100)로부터의 전력의 공급여부에 따라 전기가 공급되는 경우 당해 외부전력으로 제2 배터리(330)에 전력을 충전함과 동시에 밸브(380)를 작동시키도록 하고, 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 제2 배터리(330)로부터 전력을 공급받을 수 있도록 한다.
지연 타이머를 포함하고 있지 아니하는 경우에도 상기 전원차단 감지장치를 구비하여 제어 유니트(100)로부터의 전력 차단 여부에 따라 제2 배터리(330)로부터 전력을 공급받을 것인지를 선택할 수 있도록 한다.
또한, 상기 전원차단 감지장치는, 제어 유니트(100)로부터 가압되는 전압이 소정 수치 미만인 경우 경보음을 울려 사용자가 인식할 수 있도록 할 수도 있다. 이러한 경보음은 별도의 경보장치를 통해 구현될 수도 있고, 전원차단 감지장치에 일체형으로 부착되어 구현될 수도 있을 것이다.
1... 솔라 페일 세이프 장치 100... 솔라 패널 모듈
200... 제어 유니트 210... 제1 제어회로
212... 제1 감지부 214... 제1 릴레이
216... 제1 다이오드 220... 제1 배터리
230... 무선 신호 장치 300... 액추에이터 유니트
310... 페일 세이프부 312... 조절부
314... 제1 조작 수단 320... 제2 제어회로
322... 제2 감지부 324... 제2 다이오드
326... 제2 릴레이 328... 제3 릴레이
330... 제2 배터리 340... 액추에이터부
342... 커버 344... 베이스
350... 모터 352... 개도계
356... 리미트 스위치 360... 절환부
370... 핸들부 380... 밸브
382... 밸브축 390... 관
384... 스프링 리턴부 400... 지지대
500... 베이스 판

Claims (12)

  1. 태양 에너지로부터 전기를 생성하는 솔라 패널 모듈;
    전기를 동력원으로 이용하여 밸브를 움직이는 액추에이터부와 기충전된 비상 전기를 이용해 상기 밸브를 움직이는 페일 세이프부가 마련되는 액추에이트 유니트;
    상기 솔라 패널 모듈로부터 생성된 전기를 받아 배터리를 충전시키고, 액추에이터 유니트로 전기를 공급하는 제어 유니트; 를 포함하고,
    상기 액추에이터부는 상기 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이하인 경우에 상기 비상 전기를 이용해서 상기 밸브를 움직이며,
    상기 제어 유니트는 상기 솔라 패널 모듈로부터의 전기가 충전되는 제1 배터리; 상기 액추에이터 유니트와 상기 제1 배터리 간의 전기적 연결을 제어하는 제1 제어회로; 를 포함하고, 상기 페일 세이프부는 비상 전기가 충전되는 제2 배터리; 상기 액추에이터부와 상기 제2 배터리 간의 전기적 연결을 제어하는 제2 제어회로; 를 포함하며,
    휴식 모드, 정상모드, 비상 모드중 하나의 상태로 동작하고,
    상기 휴식 모드에서는 밸브가 개폐 동작을 하지 않는 휴식기이며, 제어 유니트의 제1 배터리와 페일 세이프부의 제2 배터리가 충전되고, 충전된 전기로 정상 모드와 비상 모드시에 밸브가 작동하며,
    상기 정상 모드는 제1 정상 모드와 제2 정상 모드중에 적어도 하나이고,
    상기 제1 정상 모드에서, 상기 제1 제어회로는 상기 솔라 패널 모듈로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이상인 경우에는 상기 액추에이터 유니트와 상기 제1 배터리 간의 전기적 연결을 차단하며, 상기 제2 제어회로는 상기 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이상인 경우에는 상기 액추에이터부와 상기 제2 배터리 간의 전기적 연결을 차단하며,
    상기 제1 정상 모드에서, 제1 배터리와 제2 배터리는 충전될 수 있으며,
    상기 제2 정상 모드에서, 상기 제1 제어회로는 상기 솔라 패널 모듈로부터 전가되는 전압이 소정의 값 미만인 경우에는 상기 액추에이터 유니트와 상기 제1 배터리를 전기적으로 연결시키고,
    상기 제2 정상 모드에서, 제1 배터리는 방전될 수 있고, 방전된 전기는 액추에이터 유니트로 공급되어 밸브를 작동시킬 수 있으며, 제2 배터리는 충전되고,
    상기 비상 모드에서, 상기 제2 제어회로는 상기 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 미만인 경우에는 상기 액추에이터부와 상기 제2 배터리를 전기적으로 연결시키며,
    상기 비상 모드에서, 상기 페일 세이프부의 제2 배터리가 방전되어 상기 액추에이터부에 전기를 공급하는 솔라 페일 세이프 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 액추에이터부는 상기 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이상인 경우에는 외부 제어 신호 또는 기 설정된 타이머에 따라, 상기 밸브를 움직이는 정상 모드로 동작하고,
    상기 액추에이터부는 상기 제어 유니트로부터 전가되는 전압이 소정의 값 미만인 경우에는 제2 배터리의 비상 전기가 공급되며, 상기 외부 제어 신호를 무시하고 기설정된 비상 위치로 상기 밸브를 움직이는 비상 모드로 동작하는 솔라 페일 세이프 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 정상 모드는 제1 정상 모드, 제2 정상 모드중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고,
    상기 제1 정상 모드에서는 솔라 패널 모듈로부터 전가되는 전압이 소정의 값 이상인 경우, 상기 제어 유니트에 포함되는 제1 배터리와 상기 액추에이터 유니트로 전기가 공급 가능하고, 상기 제1 배터리로부터 상기 액추에이터 유니트로의 전기적 연결은 차단되며,
    상기 제2 정상 모드에서는 솔라 패널 모로부터 전가되는 전압이 소정의 값 미만인 경우, 상기 제1 배터리와 상기 액추에이터 유니트가 전기적으로 연결되는 솔라 페일 세이프 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 페일 세이프부는 상기 제2 배터리가 방전되면, 상기 솔라 패널 모듈로부터 생성되는 전기를 이용해서 상기 배터리를 충전하며,
    상기 페일 세이프부는 상기 제2 배터리의 충전량이 설정값 이하가 되면 경고 신호를 생성하여 관리 서버로 전달하는 솔라 페일 세이프 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 비상 모드에서 상기 밸브가 상기 비상 위치까지 움직이면, 상기 페일 세이프부는 상기 액추에이터부에 대한 상기 비상 전기의 공급을 중단하고,
    상기 액추에이터부에 대한 상기 비상 전기의 공급 중단에 의해, 상기 밸브는 외부 전기의 공급이 재개될 때까지 상기 비상 위치를 유지하는 솔라 페일 세이프 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 제어회로는 상기 솔라 패널 모듈로부터 상기 제어 유니트로 공급되는 전압을 측정하는 제1 감지부; 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 제1 다이오드; 제1 감지부의 신호에 따라 on/off가 가능한 제1 릴레이;를 포함하며,
    상기 제1 정상 모드에서는 상기 제1 릴레이가 on인 상태로 상기 제1 배터리와 상기 액추에이터 유니트가 전기적으로 차단되고, 상기 제1 배터리가 충전되며, 상기 액추에이터 유니트로 전기가 공급되고,
    상기 제2 정상 모드에서는 상기 제1 감지부에서 솔라 패널 모듈로부터의 전압 강하를 감지하여 상기 제1 릴레이를 off인 상태로 만들며, 상기 제1 배터리와 상기 액추에이터 유니트가 전기적으로 연결되는 솔라 페일 세이프 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 제어회로는 제어 유니트로부터 액추에이터 유니트로 공급되는 전기의 상태를 측정하는 제2 감지부; 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 제2 다이오드; 제2 감지부의 신호에 따라 on/off가 가능한 제2 릴레이;를 포함하며,
    상기 정상 모드에서는 상기 제2 릴레이가 on인 상태로 상기 제2 배터리와 상기 액추에이터부가 전기적으로 차단되고, 상기 제2 배터리가 충전되며, 상기 액추에이터부로 전기가 공급되고,
    상기 비상 모드에서는 상기 제2 감지부에서 상기 제어 유니트로부터의 전압 강하를 감지하여 상기 제2 릴레이를 off인 상태로 만들며, 상기 제2 배터리와 상기 액추에이터부가 전기적으로 연결되는 솔라 페일 세이프 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 유니트에는 무선 신호 장치가 마련되고,
    상기 제2 제어회로에는 제3 릴레이가 구비되며,
    상기 액추에이터 유니트를 제어하는 조절부가 액추에이터 유니트에 마련되고,
    상기 비상 모드시에서는 상기 제2 감지부에서 상기 제어 유니트로부터의 전압 강하를 감지하여 상기 제3 릴레이를 off인 상태로 만들며, 페일 세이프 경고 신호를 상기 조절부에 표시하는 솔라 페일 세이프 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 솔라 패널 모듈은 지면에 고정되는 베이스 판으로부터 소정의 높이를 가지고 고정되는 지지대에 의해 지지되고,
    상기 솔라 패널 모듈은 상기 제어 유니트로부터 상부 방향으로 간격을 두고 제어 유니트보다 큰 면적으로 설치되며,
    상기 제어 유니트는 태양광이 직접적으로 조사되어 기준치 이상의 온도로 높아져서 과열되지 않도록 상기 솔라 패널 모듈에 의해 차양이 이루어지는 솔라 페일 세이프 장치.
  12. 삭제
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