KR102542202B1 - 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 그 장치를 포함하는 에너지 수확 시스템 - Google Patents

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김성근
황진우
강태규
권용준
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Abstract

본 발명은 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 그 장치를 포함하는 에너지 수확 시스템에 관한 것으로, 제1 탱크에 저장된 빗물을 활용하여 전기에너지를 생성하는 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 그 장치를 통해 전기에너지를 생성한 빗물을 다시 제2 탱크에 저장한 후, 제2 탱크에 저장된 빗물을 정화하여 재활용할 수 있는 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템은, 유체가 저장되는 제1 탱크, 상기 제1 탱크의 하부에 위치하며, 상기 제1 탱크와 제1 유로를 통해 연결되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체의 낙차 에너지를 통해 수차가 회전함에 따라 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 상기 에너지수확장치와 전기적으로 연결되어, 상기 에너지수확장치가 생성한 전기에너지를 저장하는 축전기를 포함한다.

Description

낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 그 장치를 포함하는 에너지 수확 시스템{ENERGY HARVESTING DEVICE THAT GENERATES ELECTRICAL ENERGY USING FALLING ENERGY AND ENERGY HARVESTING SYSTEM INCLUDING THE DEVICE}
본 발명은 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 그 장치를 포함하는 에너지 수확 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 탱크에 저장된 빗물을 활용하여 전기에너지를 생성하는 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치 및 그 장치를 통해 전기에너지를 생성한 빗물을 다시 제2 탱크에 저장한 후, 제2 탱크에 저장된 빗물을 정화하여 재활용할 수 있는 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템에 관한 것이다.
현재 병들어가고 있는 지구는 각종 환경문제로 해수면 상승과 오존층 파괴 및 각종 자연재해가 일어나고 있는 상황이다. 하지만 대부분의 지구온난화 원인은 이산화탄소와 같은 온실가스 배출량에 따른 결과이다. 현재 지구의 온도는 1850~1900년대보다 1.1도 증가했고 2011~2015는 0.2도 올랐다. 또한 최근 지구온난화가 심각해지면서 많은 빙하가 녹아 해수면이 5년간 연평균 5mm나 증가하였다. 1993년 이후 연평균 3.2mm 상승한 것에 비해 상승치가 가파르게 올라가고 있다.
본 출원인은 본 발명에서 최대한 탄소 배출량을 줄임과 동시에 에너지를 재활용하는 방향으로 발명에 초점을 두었는데 그 결과가 바로 Energy Harvesting Public Toilet이며, 이는 개발도상국뿐만 아니라 대한민국 역시 크게 활용이 가능할 것으로 보인다. 대한민국의 전국 강수량 평균치는 1200mm로 전 세계 강수량 750mm 보다 많은 수치를 보여주며, 이는 최근 발생한 호우 등에 따라 발생한 침수와 같은 재난에 가까운 자연재해를 보면 알 수 있을 것이다. 특히 강수량이 많은 지역은 1600~1900mm로 이를 활용한다면 많은 양의 에너지를 생산할 수 있다. 본 발명에 따른 장치 및 시스템의 경우 개발도상국을 타겟으로 두었기에, 일 실시예로서, 콤팩트한 형태의 이동식 화장실이나 공중화장실에 적용되는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명은 이동식 화장실이나 공중화장실뿐만 아니라 다양한 분야에서도 활용 가능하다. 예를 들어 각종 건물 및 빌딩에 배수관에 장치를 적용하는 경우, 친환경 전기 생산이 가능하다. 따라서 한국뿐만이 아닌 강수량이 높은 나라나 후발개발도상국 등의 나라에 보급한다면 높은 효율뿐만 아니라 일상생활에 필요한 전기를 추가적으로 보충해 줄 수 있다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0119021호 (1998년07월01일 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1075429호 (2011년10월25일 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-2457715호 (2022년10월20일 공고)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 탱크에 저장된 빗물을 활용하여 전기에너지를 생성하는 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치(Energy Harvesting Device)를 제공하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제1 탱크에 저장된 빗물을 활용하여 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 생성한 빗물을 다시 다른 제2 탱크에 저장한 후, 제2 탱크에 저장된 빗물을 정화하여 재활용할 수 있는 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템은, 유체가 저장되는 제1 탱크, 상기 제1 탱크의 하부에 위치하며, 상기 제1 탱크와 제1 유로를 통해 연결되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체의 낙차 에너지를 통해 수차가 회전함에 따라 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치(Energy Harvesting Device) 및 상기 에너지수확장치와 전기적으로 연결되어, 상기 에너지수확장치가 생성한 전기에너지를 저장하는 축전기를 포함한다.
상기 축전기에 저장된 전기에너지는, 화장실 내 전기기구로 공급된다.
상기 에너지수확장치는, 상기 수차, 일단부가 상기 수차의 중심에 연결되어 상기 수차가 회전함에 따라 함께 회전하는 크랭크축 및 내부공간에 상기 크랭크축의 타단부가 위치하는 블록몸체를 포함하며, 상기 블록몸체의 내부에는, 복수 개의 실린더부가 형성되고, 상기 크랭크축의 타단부에는, 상기 크랭크축이 회전함에 따라 상기 복수 개의 실린더부의 내부에서 각각 상승 및 하강하는 복수 개의 피스톤부가 형성되며, 상기 실린더부의 상부에는, 상승하는 상기 피스톤부와 접하여 발생한 충격을 통해 상기 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자가 생성한 상기 전기에너지는 상기 축전기로 전달된다.
상기 피스톤부는, 상기 크랭크축의 타단부에 형성되며, 상기 크랭크축의 회전에 따라 함께 회전하는 평형추, 상기 평형추의 일단에 결합되며, 상기 평형추의 회전에 의해 상기 실린더부 내에서 상승 및 하강하는 연결봉 및 하단부가 상기 연결봉과 연결되며, 상기 연결봉의 상승에 의해 상기 실린더부 내에서 상승함에 따라 상단면이 상기 압전소자의 하단면에 접하여 충격을 발생시키는 피스톤을 포함한다.
상기 블록몸체의 상부면에는, 상기 압전소자를 보호하는 압전소자커버가 형성되고, 상기 압전소자는 양면형의 압전소자를 포함하며, 상기 양면형의 압전소자의 하부면은 상기 피스톤과 접하여 충격이 발생하고, 상기 양면형의 압전소자의 상부면은, 상기 압전소자커버와 접하여 충격이 발생한다.
상기 제1 유로는, 상기 제1 탱크 내 저장된 유체를 정화하기 위한 제1 필터를 포함한다.
상기 에너지수확장치와 제2 유로를 통해 연결되며, 상기 수차를 회전시킨 상기 유체가 저장되는 제2 탱크를 더 포함한다.
상기 제2 유로는, 상기 수차를 회전시킨 상기 유체를 정화하기 위한 제2 필터를 포함한다.
상기 제2 탱크에 저장된 유체를 재활용하기 위한 수도꼭지를 더 포함하며, 상기 수도꼭지는, 상기 제2 탱크와 제3 유로를 통해 연결된다.
상기 제2 탱크에 저장된 유체를 변기 물탱크로 공급받는 변기를 더 포함하며, 상기 변기 물탱크는, 상기 제2 탱크와 제4 유로를 통해 연결된다.
상기 제1 유로는, 상기 제1 탱크 내 저장된 유체를 상기 수차를 향해 공급하기 위한 제1 밸브를 더 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치는, 유체가 저장되는 제1 탱크의 하부에 위치하며, 상기 제1 탱크와 제1 유로를 통해 연결되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체의 낙차 에너지를 통해 수차가 회전함에 따라 전기에너지를 생성하고, 생성한 전기에너지를 축전기에 저장한다. 상기 에너지수확장치는, 유체가 저장되는 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체에 의해 회전하는 수차, 일단부가 상기 수차의 중심에 연결되어 상기 수차가 회전함에 따라 함께 회전하는 크랭크축 및 내부공간에 상기 크랭크축의 타단부가 위치하는 블록몸체를 포함하며, 상기 블록몸체의 내부에는, 복수 개의 실린더부가 형성되고, 상기 크랭크축의 타단부에는, 상기 크랭크축이 회전함에 따라 상기 복수 개의 실린더부의 내부에서 각각 상승 및 하강하는 복수 개의 피스톤부가 형성되며, 상기 실린더부의 상부에는, 상승하는 상기 피스톤부와 접하여 발생한 충격을 통해 상기 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자가 생성한 상기 전기에너지는 상기 축전기로 전달된다.
본 발명인 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치에 따르면, 탱크에 저장된 빗물을 활용하여 전기에너지를 생성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명인 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템에 따르면, 제1 탱크에 저장된 빗물을 활용하여 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 생성한 빗물을 다시 제2 탱크에 저장한 후, 제2 탱크에 저장된 빗물을 정화하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템(이하, ‘시스템’이라 함)의 구성을 간략히 표현한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지수확장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지수확장치의 블록몸체 내부를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구성을 간략히 표현한 도면이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명에 따른 시스템의 실 측정을 위한 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 제1 유로에 제1 밸브가 포함된 모습을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
그리고 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다” 및/또는 “포함하는” 은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템(1000)의 구성을 간략히 표현한 블록도이다.
본 발명에 따른 시스템(1000)은, 도 1을 참조하면, 제1 탱크(100), 에너지수확장치(200, Energy Harvesting Device) 및 축전기(300)를 포함한다.
본 발명에 따른 제1 탱크(100)에는 유체가 저장되며 이때의 유체는 빗물일 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 본 발명은 콤팩트한 형태의 이동식 화장실에 적용되거나, 각종 건물 내 공중화장실 등에 적용될 수 있다. 본 발명이 이동식 화장실에 적용되는 경우, 제1 탱크(100)는 이동식 화장실의 지붕 등에 설치되어 빗물을 저장할 수 있으며, 본 발명이 건물 내 공중화장실 등에 적용되는 경우, 제1 탱크(100)는, 건물 내 지붕 등에 설치된 배수관과 연결되도록 설치된다.
본 발명에 따른 에너지수확장치(200)는, 제1 탱크(100)와 제1 유로(110)를 통해 연결된다. 에너지수확장치(200)는 제1 탱크(100)의 하부에 설치되는 것이 바람직하다. 에너지수확장치(200)는 제1 유로(110)를 통해 제1 탱크(100)로부터 유체를 공급받는다. 이때 유체는 중력의 영향으로 낙차에 따른 에너지, 즉 낙차에너지를 가진 상태로 에너지수확장치(200)로 공급된다. 에너지수확장치(200)는 회전 가능하도록 결합된 수차(210)를 포함하며, 수차(210)는 낙차에너지를 가진 상태로 공급되는 유체에 의해 회전한다. 에너지수확장치(200)는 회전하는 수차(210)를 통해 압전소자(226)에 충격과 진동을 전달하여 전기에너지를 생성한다. 에너지수확장치(200)가 생성한 전기에너지는 축전기(300)에 저장된다.
본 발명에 따른 축전기(300)는 에너지수확장치(200)와 전기적으로 연결되며, 에너지수확장치(200)가 생성한 전기에너지를 전달받아 저장한다. 축전기(300)에 저장된 전기에너지는 이동식 화장실, 공중화장실 및/또는 건물 내 전등, 전구 등 전기기구(310)에 공급될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지수확장치(200)를 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 에너지수확장치(200)의 블록몸체(220) 내부를 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 에너지수확장치(200)는, 도 2 및 도 3을 참조하면, 수차(210, 水車), 크랭크축(230) 및 블록몸체(220)를 포함한다.
본 발명에 따른 수차(210)는, 제1 탱크(100)로부터 공급되는 유체의 역학적 에너지, 즉 낙차에너지를 크랭크축(230)의 회전 운동 에너지로 전환한다. 수차(210)는, 제1 탱크(100)로부터 낙차에너지를 가지고 공급되는 유체에 의해 회전할 수 있도록 복수 개의 물갈퀴(211) 및 복수 개의 물갈퀴(211)에 따라 구획된 공간인 버킷(213)을 포함한다. 낙하하는 유체에 따라 물갈퀴(211)에 가해지는 저항은 수차(210)를 회전시킨다. 이때 물갈퀴(211)는 특정 방향으로 오목하게 형성되어 수차(210)가 단일한 방향으로 회전할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 크랭크축(230)은, 일단부가 수차(210)의 중심에 연결되며, 수차(210)가 회전함에 따라 수차(210)와 함께 회전한다. 크랭크축(230)의 타단부는, 블록몸체(220)의 내부공간에 위치한다. 바람직하게는, 크랭크축(230)의 타단부는, 크랭크축(230)이 수차(210)와 결합된 일단부를 제외한 나머지를 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 블록몸체(220)는, 하부몸체(221)와 상부몸체(223)를 포함한다. 하부몸체(221)와 상부몸체(223)의 결합지점에는 크랭크축(230)이 놓여 회전할 수 있는 공간이 수평방향으로 구비된다. 따라서 에너지수확장치(200)의 제조 시, 하부몸체(221)의 상부에 크랭크축(230)의 타단부가 놓인 후, 하부몸체(221)와 크랭크축(230)의 상부에 상부몸체(223)가 결합될 수 있다. 상부몸체(223)의 내부에는 수직방향으로 복수 개의 실린더부(227)가 형성된다. 실린더부(227)는 피스톤(235)이 상하 왕복운동하는 공간을 의미한다. 실린더부(227)의 상부에는 압전소자(226)가 구비된다. 압전소자(226)는 상승하는 피스톤(235)과 접하여 발생한 충격 및/또는 진동을 통해 전기에너지를 생성한다. 압전소자(226)는 축전기(300)와 전기적으로 연결되며, 따라서 압전소자(226)에 의해 생성된 전기에너지는, 전술한 바와 같이, 축전기(300)로 전달되어 축전기(300)에 저장된다.
본 발명에 따른 크랭크축(230)의 타단부에는, 복수개의 피스톤부(231, 233, 235)가 형성된다. 피스톤부(231, 233, 235)는 크랭크축(230)이 회전함에 따라 실린더부(227)의 내부에서 상승 및 하강하는 왕복운동을 한다.
본 발명에 따른 피스톤부(231, 233, 235)는, 평형추(231), 연결봉(233) 및 피스톤(235)을 포함한다.
평형추(231)는 크랭크축(230)의 타단부에 결합되며, 크랭크축(230)이 회전함에 따라 함께 블록몸체(220) 내부에서 회전한다. 평형추(231)의 일단은 평형추(231)와 피스톤(235)을 연결하는 연결봉(233)의 일단과 결합된다. 연결봉(233)은 평형추(231)가 회전함에 따라 블록몸체(220)의 내부에서 상승 및 하강한다. 연결봉(233)의 타단은 피스톤(235)의 하단부와 결합된다. 따라서 연결봉(233)은 피스톤(235)을 실린더부(227) 내에서 상승 및 하강시킨다. 피스톤(235)은 연결봉(233)의 상승에 의해 실린더부(227) 내에서 상승한다. 피스톤(235)이 실린더부(227) 내에서 상승함에 따라 피스톤(235)의 상부면은 압전소자(226)의 하부면과 접한다. 따라서 상승하는 피스톤(235)은 압전소자(226)의 하부면을 때려 충격 및 진동을 발생시키고, 이를 압전소자(226)로 전달한다. 상승한 피스톤(235)은 하강한 후 다시 상승하여 압전소자(226)로 다시 충격 및 진동을 전달한다.
실린더부(227)의 상부에 형성되는 압전소자(226)는 양면형의 압전소자(226)일 수 있다. 블록몸체(220)의 상부면, 즉 상부몸체(223)의 상부면에는 압전소자(226)를 보호하는 압전소자커버(225)가 형성된다.
따라서 양면형의 압전소자(226)의 하부면은, 전술한 바와 같이, 피스톤(235)의 상면과 접하여 1차적으로 충격 및 진동이 발생하고, 이때의 충격 및 진동에 의해 양면형의 압전소자(226)의 상부면은 압전소자커버(225)와 접함에 따라 2차적인 충격 및 진동이 발생한다. 따라서 전기에너지 생성에서의 효율이 증가한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1000)의 구성을 간략히 표현한 도면이다.
본 발명에 따른 제1 유로(110)는, 도 4를 참조하면, 제1 탱크(100) 내 저장된 유체를 정화하기 위한 제1 필터(111)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 제1 탱크(100) 내 저장된 유체는 빗물일 수 있으며, 따라서 제1 유로(110)에는 빗물 내 포함된 흙, 모래, 먼지 등 불순물을 제거할 수 있는 제1 필터(111)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 시스템(1000)은, 제2 탱크(400)를 더 포함한다. 제2 탱크(400)는, 에너지수확장치(200)와 제2 유로(240)를 통해 연결된다. 상세하게는, 제2 유로(240)는 에너지수확장치(200)의 수차(210)와 제2 탱크(400)를 연결한다. 제2 탱크(400)에는 제1 탱크(100)에서 에너지수확장치(200)의 수차(210)로 공급되어 수차(210)를 회전시킨 유체가 다시 저장된다. 따라서 수차(210)를 회전시킨 유체의 재활용이 가능하다.
본 발명에 따른 제2 유로(240)에는 수차(210)를 회전시킨 유체를 정화하기 위한 제2 필터(241)를 더 포함할 수 있다. 제2 탱크(400)에 저장되는 유체는 생활용수로 재활용될 수 있으며, 따라서 제2 필터(241)는, 전술한 제1 필터(111)보다 더욱 조밀한 필터인 것이 바람직하다. 즉, 제2 필터(241)는, 제1 필터(111)에 적용되는 빗물 내 존재하는 흙, 모래, 먼지 등의 불순물을 제거하는 초기 단계의 필터뿐만 아니라, 활성탄의 흡착방식을 이용하여 화합물질과 냄새를 흡착, 제거하는 전처리카본 필터 (프리카본), 세균과 나쁜 물질은 걸러내고, 미네랄 성분이 함유된 물을 통과하는 중공사막 필터 (UF멤브레인), 불순물과 미네랄 제거하는, 역삼투압 필터(R/O멤브레인), 세균 번식을 방지, 물에 스며든 냄새를 제거하는, 후처리카본필터(포스트카본)들 중 어느 하나를 포함하거나 또는 모든 필터들이 종합적으로 포함된 필터일 수 있다.
본 발명에 따른 제2 탱크(400) 내 저장된 유체의 재활용 방안은 다양하며, 일 실시예로서, 도 5를 참조하면, 화장실 내 구비되는 수도꼭지(411)를 통해 재활용될 수 있고, 또는 화장실 내 구비되는 변기(423)의 물탱크로 공급되어 재활용될 수도 있다. 예를 들어, 수도꼭지(411)의 경우, 제2 탱크(400)와 제3 유로(410)를 통해 연결됨에 따라 제2 탱크(400)에 저장된 유체를 세면대 등에서 재활용할 수 있고, 변기(423)의 경우, 변기 물탱크가 제2 탱크(400)와 제4 유로(420)를 통해 연결됨에 따라 제2 탱크(400)에 저장된 유체를 변기물의 형태로 재활용할 수 있다. 수도꼭지(411)의 경우, 그 자체가 밸브의 역할을 수행하며, 변기(423)의 경우 변기 물탱크를 향한 방향의 제4 유로(420)에 별도의 변기밸브(421)가 더 포함됨에 따라 제2 탱크(400)에 저장된 유체를 변기(423) 내 물탱크에 공급하여 재활용할 수 있다.
도 6 내지 도 11은 본 발명에 따른 시스템(1000)의 실 측정을 위한 일 실시예를 보여주는 도면이다.
먼저 도 6, 도 8 및 도 10은 본 발명에 따른 시스템(1000)의 일 실시예를 도시한 것이고, 도 7, 도 9 및 도 11은, 도 6, 도 8 및 도 10에 도시된 바대로 본 시스템(1000)에 맞게 실제로 제작한 모습을 보여주는 사진이다. 도 6 및 도 7은, 본 발명에 따른 에너지수확장치(200)의 수차(210)를 향해 바라본 모습이고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 에너지수확장치(200)의 블록몸체(220)를 향해 바라본 모습이다.
이후, 도 10 및 도 11과 같이 제1 유로(110)에 유체를 공급하여 최종적인 실 측정을 거쳤다.
측정 조건의 경우 약 6L의 물을 이용하여 측정하였으며 측정 결과 수차(210)의 회전수는 12회로 따라서 수차(210)의 1회전 당 요구되는 빗물의 양은 약 500mL였다. 압전 소자의 사양은 양면 형으로 한번 클릭에 통해 총 2번 발전되며 오실로스코프 측정 시 400~500V의 순간 출력을 보여주었다. 따라서 수차(210) 1회전 당 피스톤(235)이 총 4개의 압전 소자에 충격을 전달하므로 1회전당 발전 수는 총 8번이다. 결론적으로 6L의 물을 통해 96번의 압전소자(226)의 클릭 수를 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 제1 유로(110)에 제1 밸브(113)가 포함된 모습을 보여주는 도면이다.
전술한 실 측정에서 알 수 있듯이, 제1 탱크(100) 내 6L의 유체가 수차(210)로 한번에 공급되었을 때, 96번의 압전소자(226)의 클릭이 이루어진다. 만일 제1 탱크(100) 내 소량의 유체만이 저장되고, 그 소량의 유체가 수차(210)로 공급되는 경우, 그 양이 미미하기에 수차(210)가 원활히 회전하지 않을 수 있다. 따라서 제1 탱크(100) 내 저장된 유체가 어느 정도, 예를 들어 6L, 저장된 경우에만 에너지수확장치(200)의 수차(210)로 공급될 수 있도록, 도 12를 참조하면, 제1 유로(110)에 제1 밸브(113)가 더 포함되는 것이 바람직한 것으로 보인다.
한편, 이때의 제1 밸브(113)는, 실내에 형성되어 사용자에 의해 조작되거나, 무게센서 등으로 제1 탱크(100) 내 저장된 유체의 양을 연산하고, 기 설정된 양 만큼의 유체가 제1 탱크(100) 내 저장되는 경우 자동으로 제1 탱크(100) 내 유체가 에너지수확장치(200)로 공급되도록 설정될 수 있다. 제1 밸브(113)가 무게센서 등을 통해 제어되는 경우, 제1 밸브(113)와 전기적으로 연결된 제어부가 더 포함될 수 있으며, 이때 제어부와 전기적으로 연결되며 실내에 비치되는 컨트롤러가 더 포함될 수도 있다. 따라서 사용자는 컨트롤러를 통해 제1 밸브(113)를 간편하게 조작할 수도 있다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
100 : 제1 탱크 110 : 제1 유로
111 : 제1 필터 113 : 제1 밸브
200 : 에너지수확장치 210 : 수차
211 : 물갈퀴 213 : 버킷
220 : 블록몸체 221 : 하부몸체
223 : 상부몸체 225 : 압전소자커버
226 : 압전소자 227 : 실린더부
230 : 크랭크축 231 : 평형추
233 : 연결봉 235 : 피스톤
240 : 제2 유로 241 : 제2 필터
300 : 축전기 310 : 전기기구
400 : 제2 탱크 410 : 제3 유로
411 : 수도꼭지 420 : 제4 유로
421 : 변기밸브 423 : 변기
1000 : 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템

Claims (12)

  1. 유체가 저장되는 제1 탱크;
    상기 제1 탱크의 하부에 위치하며, 상기 제1 탱크와 제1 유로를 통해 연결되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체의 낙차 에너지를 통해 수차가 회전함에 따라 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치(Energy Harvesting Device); 및
    상기 에너지수확장치와 전기적으로 연결되어, 상기 에너지수확장치가 생성한 전기에너지를 저장하는 축전기;
    를 포함하되,
    상기 에너지수확장치는,
    상기 수차;
    일단부가 상기 수차의 중심에 연결되어 상기 수차가 회전함에 따라 함께 회전하는 크랭크축; 및
    내부공간에 상기 크랭크축의 타단부가 위치하는 블록몸체;
    를 포함하며,
    상기 블록몸체의 내부에는, 복수 개의 실린더부가 형성되고,
    상기 크랭크축의 타단부에는, 상기 크랭크축이 회전함에 따라 상기 복수 개의 실린더부의 내부에서 각각 상승 및 하강하는 복수 개의 피스톤부가 형성되며,
    상기 실린더부의 상부에는, 상승하는 상기 피스톤부와 접하여 발생한 충격을 통해 상기 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하고,
    상기 압전소자가 생성한 상기 전기에너지는 상기 축전기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전기에 저장된 전기에너지는,
    화장실 내 전기기구로 공급되는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤부는,
    상기 크랭크축의 타단부에 형성되며, 상기 크랭크축의 회전에 따라 함께 회전하는 평형추;
    상기 평형추의 일단에 결합되며, 상기 평형추의 회전에 의해 상기 실린더부 내에서 상승 및 하강하는 연결봉; 및
    하단부가 상기 연결봉과 연결되며, 상기 연결봉의 상승에 의해 상기 실린더부 내에서 상승함에 따라 상단면이 상기 압전소자의 하단면에 접하여 충격을 발생시키는 피스톤;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 블록몸체의 상부면에는, 상기 압전소자를 보호하는 압전소자커버가 형성되고,
    상기 압전소자는 양면형의 압전소자를 포함하며,
    상기 양면형의 압전소자의 하부면은 상기 피스톤과 접하여 충격이 발생하고,
    상기 양면형의 압전소자의 상부면은, 상기 압전소자커버와 접하여 충격이 발생하는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유로는, 상기 제1 탱크 내 저장된 유체를 정화하기 위한 제1 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지수확장치와 제2 유로를 통해 연결되며, 상기 수차를 회전시킨 상기 유체가 저장되는 제2 탱크;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 유로는, 상기 수차를 회전시킨 상기 유체를 정화하기 위한 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 탱크에 저장된 유체를 재활용하기 위한 수도꼭지;
    를 더 포함하며,
    상기 수도꼭지는, 상기 제2 탱크와 제3 유로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 탱크에 저장된 유체를 변기 물탱크로 공급받는 변기;
    를 더 포함하며,
    상기 변기 물탱크는, 상기 제2 탱크와 제4 유로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유로는, 상기 제1 탱크 내 저장된 유체를 상기 수차를 향해 공급하기 위한 제1 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치를 포함하는 에너지 수확 시스템.
  12. 유체가 저장되는 제1 탱크의 하부에 위치하며, 상기 제1 탱크와 제1 유로를 통해 연결되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체의 낙차 에너지를 통해 수차가 회전함에 따라 전기에너지를 생성하고, 생성한 전기에너지를 축전기에 저장하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치에 있어서,
    상기 에너지수확장치는,
    유체가 저장되는 제1 탱크로부터 상기 유체를 공급받으며, 공급되는 상기 유체에 의해 회전하는 수차;
    일단부가 상기 수차의 중심에 연결되어 상기 수차가 회전함에 따라 함께 회전하는 크랭크축; 및
    내부공간에 상기 크랭크축의 타단부가 위치하는 블록몸체;
    를 포함하며,
    상기 블록몸체의 내부에는, 복수 개의 실린더부가 형성되고,
    상기 크랭크축의 타단부에는, 상기 크랭크축이 회전함에 따라 상기 복수 개의 실린더부의 내부에서 각각 상승 및 하강하는 복수 개의 피스톤부가 형성되며,
    상기 실린더부의 상부에는, 상승하는 상기 피스톤부와 접하여 발생한 충격을 통해 상기 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하고,
    상기 압전소자가 생성한 상기 전기에너지는 상기 축전기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 낙차에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지수확장치.
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KR0119021Y1 (ko) 1994-06-10 1998-07-01 김만제 외부 빗물 감시장치
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