KR102548161B1 - 수력 발전 발광 안내판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수력 발전 발광 안내판 에 관한 것으로: 물의 흐름에 의해 회전하는 발전기 날개; 발전기 날개에 연결되어 함께 회전하는 회전축; 회전축과 연결되어 함께 회전하는 자석판; 자석판에 장착되는 자석; 자석판과 인접하게 배치되고 고정되어 있는 코일판; 코일판에 장착되는 코일 홀더; 코일 홀더에 감겨져서 회전하는 자석에 의해 전류를 발생시키는 코일; 코일과 연결되어 점등되는 램프; 및 램프와 인접하게 배치되는 안내판을 포함하는 수력 발전 발광 안내판을 제공한다.

Description

수력 발전 발광 안내판{Hydroelectric power generation based light emitting guide board}
본 발명은 수력 발전을 이용한 발광 안내판에 관한 것이다.
캠핑 인구의 증가로 캠핑 도중 안전 사고가 우려되고 있다. 코로나 19로 인해 해외 여행 및 단체 시설을 이용하지 못하게 됨에 따라, 휴가로 인적이 드문 곳에서 캠핑을 즐기는 사람이 많아지고 있다. 매년 꾸준히 일어나는 물놀이 안전 사고 중 하천과 계곡에서 일어나는 사고의 비율이 가장 높다. 계곡과 하천에서의 안전 사고를 예방하기 위한 위험 표지판의 취약점은 야간이 되면 보이지 않는다는 점이다.
본 발명의 목적은 야간에 시인성과 판독성이 우수하며, 친환경적이고 유지 보수 비용을 감소시킬 수 있으며, 탈 부착이 간편하고 설치 장소의 제약이 적은 수력 발전 발광 안내판을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해: 물의 흐름에 의해 회전하는 발전기 날개; 발전기 날개에 연결되어 함께 회전하는 회전축; 회전축과 연결되어 함께 회전하는 자석판; 자석판에 장착되는 자석; 자석판과 인접하게 배치되고 고정되어 있는 코일판; 코일판에 장착되는 코일 홀더; 코일 홀더에 감겨져서 회전하는 자석에 의해 전류를 발생시키는 코일; 코일과 연결되어 점등되는 램프; 및 램프와 인접하게 배치되는 안내판을 포함하는 수력 발전 발광 안내판을 제공한다.
본 발명에서 발전기 날개는 회전축을 중심으로 회전축 둘레에 방사상으로 배치되는 복수 개의 개별 날개로 구성되고, 각 개별 날개는 동일 방향으로 개방되는 반원통 파이프 구조를 가질 수 있다.
본 발명에서 자석판은 회전축의 양쪽 말단부 각각에 회전축과 수직으로 배치되며; 양쪽의 각 자석판은 중앙에 형성되고 회전축을 장착하기 위한 회전축 장착 홀, 내면에 형성되고 날개를 장착하기 위한 복수의 날개 장착 홈, 및 외면에 형성되고 자석을 장착하기 위한 복수 개의 자석 장착 홈을 구비하며; 각각의 날개 장착 홈 및 자석 장착 홈은 자석판의 중심을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다.
본 발명에서 코일판은 양쪽 자석판 각각의 외면과 인접하게 및 자석판과 평행하게 배치되고; 양쪽의 각 코일판은 자석판의 외면과 인접하게 배치되는 제1코일판, 및 이 제1코일판의 외면과 인접하게 배치되는 제2코일판으로 구성되며; 제1코일판은 내면 중앙에 형성되고 회전축을 회전 가능하게 지지하는 지지대, 코일 홀더를 장착하기 위한 복수 개의 홀더 장착 홀, 및 이 홀더 장착 홀과 연결되는 전선 구멍을 구비하며; 제2코일판은 제1코일판의 홀더 장착 홀과 정렬되는 위치의 내면에 형성되고 코일 홀더를 장착하기 위한 복수 개의 홀더 장착 홈을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 각 제2코일판의 외면에 부착되는 부력재를 추가로 포함할 수 있고, 램프는 발광 다이오드(LED) 램프이며, 수력 발전의 출력 전압은 3.5 V 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 기존 설치형 안내판과 달리 LED 점등으로 야간에 시인성과 판독성이 우수하며, 별도의 전원 없이 수력 자가 발전으로 친환경적이고 유지 보수 비용을 감소시킬 수 있으며, 또한 탈 부착이 간편하고 설치 장소의 제약이 적다.
도 1은 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판의 요부 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판의 부품 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자석판의 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판의 제작 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판의 시연 사진이다.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 물의 유수를 이용하여 프로펠러의 회전 에너지로 전기 에너지를 생산하는데, 본 발명에서는 패러데이 유도 법칙 및 렌츠의 법칙 등을 적용할 수 있다.
패러데이 유도 법칙은 다음의 식으로 정의될 수 있는데, 발전기의 출력 전압을 결정하는 요소는 N(코일의 권선 수) 및
Figure 112021099806021-pat00001
(자속의 변화율, 즉 프로펠러의 회전 속도)이다.
Figure 112021099806021-pat00002
렌츠의 법칙은 유도 기전력과 유도 전류가 자기장의 변화를 상쇄하려는 방향으로 발생한다는 전자기 법칙이고, 코일의 유도 전류의 방향을 고려하여 출력 전압을 높이는 방향으로 코일을 직렬 연결할 수 있다.
도 1 내지 6, 특히 도 1 내지 4를 참고하면, 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 발전기 날개(10), 회전축(20), 자석판(30), 회전축 장착 홀(32), 날개 장착 홈(34), 자석 장착 홈(36), 자석(40), 제1코일판(50), 지지대(52), 홀더 장착 홀(54), 전선 구멍(56), 제2코일판(60), 홀더 장착 홈(62), 코일 홀더(70), 코일(80), 램프(90), 안내판(100), 로프(110, 112), 연결 고리(120) 등으로 구성될 수 있다.
발전기 날개(10)는 하천과 계곡 등의 흐르는 물 위에 배치되어 물의 흐름에 의해 회전하는 역할을 한다. 발전기 날개(10)는 플라스틱 등으로 3D 인쇄 등을 통해 제작될 수 있고, 물과의 접촉 면적을 늘리기 위해 길이 방향으로 길게 제작될 수 있다.
도 2를 참고하면, 발전기 날개(10)는 회전축(20)을 중심으로 회전축(20) 둘레에 방사상으로 배치되는 복수 개의 개별 날개로 구성될 수 있다. 개별 날개의 개수는 예를 들어 2 내지 6개, 3 내지 5개, 또는 4개일 수 있다. 개별 날개는 원주 방향을 따라 동일 간격으로 배치될 수 있는데, 예를 들어 2개일 경우 180도, 3개일 경우 120도, 4개일 경우 90도, 5개일 경우 72도, 6개일 경우 60의 간격으로 배치될 수 있다.
각 개별 날개는 동일 방향(시계 방향 또는 반-시계 방향)으로 개방되는(열린) 반원통 파이프 구조(즉, 파이프를 반쪽으로 절단한 구조)를 가질 수 있다. 각 개별 날개의 형상 및 크기(길이, 직경 등) 등은 동일한 것이 바람직하다.
회전축(20)은 발전기 날개(10)에 연결되어 발전기 날개(10)와 함께 회전함으로써 자석판(30)에 회전력을 전달하는 역할을 한다. 회전축(20)은 금속이나 플라스틱 등으로 제작될 수 있고, 발전기 날개(10)의 중심축에 길이 방향으로 형성된 홀에 끼워져 고정될 수 있다.
자석판(30)은 회전축(20)과 연결되어 날개(10) 및 회전축(20)과 함께 회전하는 역할을 한다. 자석판(30)은 플라스틱 등의 원료를 이용하여 3D 인쇄 등을 통해 원판 등의 형태로 제작될 수 있다.
도 2 내지 4를 참고하면, 자석판(30)은 회전축(20)의 양쪽 말단부 각각에 회전축(20)과 수직으로 배치될 수 있다(즉, 좌우 한 쌍, 총 2개). 양쪽(한 쌍)의 각 자석판(30)은 중앙에 형성되고 회전축(20)을 장착하기 위한 회전축 장착 홀(32), 내면(날개(10)와 접하는 면)에 형성되고 날개(10)를 장착하기 위한 복수의 날개 장착 홈(34)(도 4 참고), 및 외면(내면의 반대쪽 면)에 형성되고 자석(40)을 장착하기 위한 복수 개의 자석 장착 홈(36)을 구비할 수 있다.
자석판(30)이 회전축 장착 홀(32)을 통해 회전축(20)에 고정될 뿐만 아니라, 날개(10)가 날개 장착 홈(34)을 통해 자석판(30)에 장착됨으로써, 날개(10)가 헛돌지 않고 자석판(30)의 원활하고 효율적인 회전이 확실하게 보장될 수 있다.
각각의 날개 장착 홈(34) 및 자석 장착 홈(36)은 자석판(30)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다. 날개 장착 홈(34) 및 자석 장착 홈(36)의 개수는 예를 들어 2 내지 6개, 3 내지 5개, 또는 4개일 수 있다. 날개 장착 홈(34) 및 자석 장착 홈(36)은 원주 방향을 따라 동일 간격으로 배치될 수 있는데, 예를 들어 2개일 경우 180도, 3개일 경우 120도, 4개일 경우 90도, 5개일 경우 72도, 6개일 경우 60의 간격으로 배치될 수 있다.
날개 장착 홈(34) 및 자석 장착 홈(36)의 형상과 크기는 날개(10)와 자석(40)의 형상과 크기와 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 날개 장착 홈(34)은 반원형일 수 있고, 자석 장착 홈(36)은 직사각형일 수 있다. 자석(40)의 탈 부착이 용이하도록, 자석 장착 홈(36)은 테두리 부위에 이중 홈 구조를 가질 수 있다.
자석(40)은 자석판(30)의 자석 장착 홈(36)에 장착되어 날개(10)와 회전축(20) 및 자석판(30)과 함께 회전함으로써 회전자 역할을 한다. 자석(40)의 종류와 자력은 특별히 제한되지 않으나, 네오디뮴 자석과 같은 강력한 자석이 바람직하다. 자석(40)의 형상과 크기도 특별히 제한되지 않으나, 넓은 면적을 갖는 직사각형 판 형태가 바람직하다. 또한, 자석(40)의 극성이 교대로 바뀌도록 배치될 수 있다. 자석(40)을 자석판(30)에 확실하게 고정하기 위해 접착제 등을 사용할 수도 있다.
코일판(50, 60)은 자석판(30)과 인접하게 배치되고, 회전하는 자석판(30)과 달리 고정되어 있다. 코일판(50, 60)은 플라스틱 등의 원료를 이용하여 3D 인쇄 등을 통해 원판 등의 형태로 제작될 수 있다. 코일판(50, 60)은 자석판(30)과 동일한 직경을 가질 수 있다.
도 2 및 3을 참고하면, 코일판(50, 60)은 양쪽 자석판(30) 각각의 외면과 인접하게 및 자석판(30)과 평행하게 배치될 수 있다. 양쪽의 각 코일판(50, 60)은 자석판(30)의 외면(날개(10)와 먼 쪽의 면)과 인접하게 배치되는 제1코일판(50), 및 이 제1코일판(50)의 외면과 인접하게 배치되는 제2코일판(60)으로 구성될 수 있다(즉, 좌우 두 쌍, 총 4개). 제1코일판(50)은 자석판(30) 및 자석(40)과 접촉하지 않도록 일정 간격을 두고 자석판(30) 및 자석(40)으로부터 떨어져 있다. 제1코일판(50)은 제2코일판(60)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
제1코일판(50)은 내면 중앙에 형성되고 회전축(20)을 회전 가능하게 지지하는 지지대(52), 코일 홀더(70)를 장착하기 위한 복수 개의 홀더 장착 홀(54), 및 이 홀더 장착 홀(54)과 연결되는 전선 구멍(56)을 구비할 수 있다. 회전축(20)은 최종적으로 지지대(52)에 지지되면서 회전하고, 원활한 회전을 위해 베어링 등이 설치될 수 있다.
홀더 장착 홀(54)은 제1코일판(50)을 두께 방향으로 관통하여 형성되고, 코일 홀더(70)가 이 홀더 장착 홀(54)에 삽입될 수 있다. 홀더 장착 홀(54)은 원형일 수 있고, 코일 홀더(70)와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 홀더 장착 홀(54)은 제1코일판(50)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다. 홀더 장착 홀(54)의 개수는 예를 들어 2 내지 6개, 2 내지 4개, 또는 2개일 수 있다. 홀더 장착 홀(54)은 원주 방향을 따라 동일 간격으로 배치될 수 있는데, 예를 들어 2개일 경우 180도, 3개일 경우 120도, 4개일 경우 90도, 5개일 경우 72도, 6개일 경우 60의 간격으로 배치될 수 있다.
전선 구멍(56)은 제1코일판(50)의 내부에서 홀더 장착 홀(54)로부터 측면(두께 방향 외주면)까지 형성됨으로써, 코일(80)과 램프(90)를 연결하는 전선이 지나가는 통로 역할을 한다. 전선 구멍(56)의 개수는 코일(80)의 개수와 대응되고, 전선 구멍(56)의 입구와 출구 위치 및 크기와 형상 등은 특별히 제한되지 않고 적절하게 설정될 수 있다.
또한, 제1코일판(50)의 내부에는 전선 구멍(56)과 별도의 로프 구멍이 형성될 수 있다. 로프 구멍은 제1코일판(50)과 안내판(100)을 연결하는 로프(110)가 지나가는 통로 역할을 한다. 로프 구멍의 입구와 출구 위치 및 크기와 형상 등은 특별히 제한되지 않고 적절하게 설정될 수 있다. 한편, 별도의 로프 구멍 없이 전선 구멍(56)을 로프 구멍으로 병용하여도 무방하다.
제2코일판(60)은 제1코일판(50)의 홀더 장착 홀(54)과 정렬되는 위치의 내면에 형성되고 코일 홀더(70)를 장착하기 위한 복수 개의 홀더 장착 홈(62)을 구비할 수 있다. 홀더 장착 홈(62)은 홀더 장착 홀(54)과 대응되는 위치와 개수를 가질 수 있다. 홀더 장착 홈(62)은 원형일 수 있고, 코일 홀더(70)와 대응되는 크기를 가질 수 있다.
자석판(30)과 코일판(50, 60)의 연결 부위에는 방수 및 고정을 위해, 글루건 등으로 처리할 수 있다. 다만, 글루건을 통한 고정은 내구성이 약할 수 있다.
코일 홀더(70)는 코일(80)을 감기 위한 지지대 역할을 한다. 코일 홀더(70)는 제2코일판(60)의 홀더 장착 홈(62)에 장착된 후에, 제1코일판(50)의 홀더 장착 홀(54)에 삽입될 수 있다. 코일 홀더(70)는 원통형 파이프 구조를 가질 수 있고, 코일 홀더(70)의 상부와 하부 각각에는 플랜지가 형성되어 코일(80)의 이탈을 방지할 수 있다. 코일 홀더(70)는 자석판(30) 및 자석(40)과 접촉하지 않도록 일정 간격을 두고 자석판(30) 및 자석(40)으로부터 떨어져 있다.
코일(80)은 코일 홀더(70)에 감겨져서 회전하는 자석(40)에 의해 전류를 발생시키는 고정자 역할을 한다. 코일(80)은 구리선 등의 전선으로 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 코일(80)의 권선 수에 따라 출력 전압이 결정되므로, 권선 수가 크도록 최대한 많이 감는 것이 바람직하다.
램프(90)는 코일(80)과 연결되어 점등됨으로써, 야간에 안내판(100)의 시인성과 판독성을 개선하는 역할을 한다. 램프(90)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 발광 다이오드(LED) 램프가 바람직하다. 램프(90)의 색상과 개수 및 크기와 형상 등은 특별히 제한되지 않고 적절하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 적색의 원형 LED 램프(90)를 안내판(100)의 상단에 다수 개로 설치할 수 있다. 램프(90)는 안내판(100)의 상단, 하단, 좌우 측면, 앞면, 뒷면 등 다양한 위치에 설치될 수 있고, 적절한 고정 수단을 통해 안내판(100) 등에 고정될 수 있다.
안내판(100)은 경고 문구를 포함하여 안전 사고를 예방하는 역할을 한다. 안내판(100)은 램프(90)와 인접하게 배치될 수 있고, 사각형의 아크릴판 등으로 제작될 수 있다. 안내판(100)에는 "입수 금지"와 같은 각종 경고 문구가 쓰여질 수 있다. 경고 문구는 야광 도료 또는 형광 도료로 쓰여져서 야간 시인성을 개선할 수 있다.
로프(110, 112)는 안내판(100)을 연결 및 고정하기 위한 것으로, 코일판(50, 60)과 안내판(100)을 연결하는 수직 로프(110) 및 이 수직 로프(110)와 연결되는 수평 로프(112) 등으로 구성될 수 있다. 수평 로프(112)는 별도의 지지대에 고정될 수 있다. 수직 로프(110)와 수평 로프(112)는 연결 고리(120) 등을 통해 연결될 수 있다. 로프(110, 112) 및 안내판(100)의 연결 및 고정 방식은 특별히 제한되지 않고 다양하게 변경될 수 있으며, 또한 로프(110, 112) 없이 다른 고정 수단(지지대, 브라켓 등)을 사용하여 안내판(100)을 설치 및 고정할 수도 있다.
도 5의 하단 중간 사진을 참고하면, 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 각 제2코일판(60)의 외면에 부착되는 부력재를 추가로 포함할 수 있다. 부력재에 의해 날개(10) 등이 물 속으로 가라앉지 않고 물 위에 떠 있을 수 있다. 부력재로는 속이 비어 있거나 발포체로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 수력 발전을 이용한 LED 점등으로 친환경적이고, 수상 위 안내판 설치로 경각심을 강조할 수 있다. 기존의 입수 금지 안내판의 경우, 대부분 물 밖에 설치되어 있어, 관광객들의 경각심을 강조하지 못하였다. 또한, 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 야간에 LED를 통한 안내 사인 기능을 제공할 수 있고, LED를 통해 야간의 시인성과 판독성을 높일 수 있다. 기존의 입수 금지 안내판의 경우, 야간이 되면 보이지 않았다.
특히, 본 발명에 따른 수력 발전 발광 안내판은 수력 발전기의 출력 전압이 3.5 V 이상으로서, LED를 점등시키기에 충분하였다.
10: 발전기 날개, 20: 회전축, 30: 자석판, 32: 회전축 장착 홀, 34: 날개 장착 홈, 36: 자석 장착 홈, 40: 자석, 50: 제1코일판, 52: 지지대, 54: 홀더 장착 홀, 56: 전선 구멍, 60: 제2코일판, 62: 홀더 장착 홈, 70: 코일 홀더, 80: 코일, 90: 램프, 100: 안내판, 110, 112: 로프, 120: 연결 고리

Claims (5)

  1. 물의 흐름에 의해 회전하는 발전기 날개;
    발전기 날개에 연결되어 함께 회전하는 회전축;
    회전축과 연결되어 함께 회전하는 자석판;
    자석판에 장착되는 자석;
    자석판과 인접하게 배치되고 고정되어 있는 코일판;
    코일판에 장착되는 코일 홀더;
    코일 홀더에 감겨져서 회전하는 자석에 의해 전류를 발생시키는 코일;
    코일과 연결되어 점등되는 램프; 및
    램프와 인접하게 배치되는 안내판을 포함하며,
    발전기 날개는 회전축을 중심으로 회전축 둘레에 방사상으로 배치되는 복수 개의 개별 날개로 구성되고, 각 개별 날개는 동일 방향으로 개방되는 반원통 파이프 구조를 가지며,
    자석판은 회전축의 양쪽 말단부 각각에 회전축과 수직으로 배치되며; 양쪽의 각 자석판은 중앙에 형성되고 회전축을 장착하기 위한 회전축 장착 홀, 내면에 형성되고 날개를 장착하기 위한 복수의 날개 장착 홈, 및 외면에 형성되고 자석을 장착하기 위한 복수 개의 자석 장착 홈을 구비하며; 각각의 날개 장착 홈 및 자석 장착 홈은 자석판의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 수력 발전 발광 안내판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    코일판은 양쪽 자석판 각각의 외면과 인접하게 및 자석판과 평행하게 배치되고; 양쪽의 각 코일판은 자석판의 외면과 인접하게 배치되는 제1코일판, 및 이 제1코일판의 외면과 인접하게 배치되는 제2코일판으로 구성되며; 제1코일판은 내면 중앙에 형성되고 회전축을 회전 가능하게 지지하는 지지대, 코일 홀더를 장착하기 위한 복수 개의 홀더 장착 홀, 및 이 홀더 장착 홀과 연결되는 전선 구멍을 구비하며; 제2코일판은 제1코일판의 홀더 장착 홀과 정렬되는 위치의 내면에 형성되고 코일 홀더를 장착하기 위한 복수 개의 홀더 장착 홈을 구비하는 수력 발전 발광 안내판.
  5. 제4항에 있어서,
    각 제2코일판의 외면에 부착되는 부력재를 추가로 포함하고, 램프는 발광 다이오드(LED) 램프이며, 수력 발전의 출력 전압은 3.5 V 이상인 수력 발전 발광 안내판.
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