KR102599395B1 - 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전 - Google Patents

물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 자체적으로 발전한 전원을 이용하여 온도를 감지하여 표시하고, 물의 사용량을 감지하여 표시할 수 있도록 함으로서 사용상의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있고, 유지관리비용을 절감할 수 있는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 관한 것이다.
본 발명에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전은 용수의 개폐동작을 수전본체; 및 상기 수전본체에 설치되어 용수가 분출되는 분사헤드;를 포함하고, 상기 분사헤드는, 수용공간이 마련된 헤드본체; 상기 헤드본체에 설치되는 온도감지부; 상기 헤드본체에 설치되는 유량감지부; 상기 온도감지부로부터 인가되는 감지신호을 기초로 온도를 산출하고, 상기 유량감지부로부터 인가되는 감지신호를 기초로 유량을 산출하는 제어부; 상기 제어부의 제어하에 산출된 온도 및 유량을 표시하는 표시장치; 상기 분사헤드는 상기 헤드본체의 내부로 유입되는 용수의 흐름을 이용하여 전기를 발전하는 발전장치; 및 상기 발전장치에 의해 발전된 전원이 저장되는 전원저장모듈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전{SELF-POWERED HYDROELECTRIC FAUCET CAPABLE OF MEASURING WATER CONSUMPTION AND TEMPERATURE}
본 발명은 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 자체적으로 발전한 전원을 이용하여 온도를 감지하여 표시하고, 물의 사용량을 감지하여 표시할 수 있도록 함으로서 사용상의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있고, 유지관리비용을 절감할 수 있는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 관한 것이다.
일반적으로, 수전은 수도밸브, 수도꼭지 등으로 호칭되는 주거시설, 사무시설 등의 세면대, 주방 등의 급수배관에 설치되는 장치이다.
이러한 수전은 급수배관의 말단의 급수 개소에 부착하여 급수하는 장치로써 구조, 용도 및 설치 위치에 따라 여러 호칭이 있으나 일반적으로는 설치장소에 따라 싱크대 또는 세면대에 설치하는 대붙이와 벽에 설치하는 벽붙이로 구분되고, 물줄기 변경, 절수형, 연결호스 교체용, 헤드교체용 등의 제품들이 시중에서 판매 및 사용되고 있다.
수전은 밸브를 통해 물 공급을 제어하기 위한 수전바디와, 수전바디에 연결되는 연결대 등에 접속되는 분사헤드를 구비한다.
예컨대, 수전은 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-2334261호에 나타난 바와 같은 상부 시공형 주방수전이 개시되어 있다.
그리고, 수전에 구비되는 분사헤드로는 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0237578호에 나타난 바와 같은 주방용 수도꼭지의 분사헤드가 개시되어 있다. 이러한, 수도꼭지의 분사헤드에는 용수에 포함된 녹과 같은 이물질, 염소화합물과 같은 소독약품 끼꺼기 등을 제거하기 위한 정화 필터가 설치되어 용수의 정화 작용을 수행하도록 되어 있다.
하지만, 전술한 종래 수전은 정화 필터의 교환 주기를 사용자가 정확하게 파악하기 어려워 교환 주기의 경과에 따른 정화 불량으로 인체에 악영향을 초래하는 단점이 있다.
그리고, 전술한 종래 수전은 분사헤드로 분출되는 용수의 온도를 사용자가 정확하게 알 수 없으므로 사용이 불편하고 만족감이 결여될 뿐만 아니라 고온의 용수에 의한 화상을 입게 되는 등의 문제점이 있을 뿐만 아니라 사용자가 물 사용량을 확인할 수 없으므로 사용이 불편한 단점이 있다.
근래에는 전술한 종래 수전의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 온도감지장치와 온도감지장치에서 검출된 온도를 표시하는 디스플레이부 등의 편의장치가 구비된 수전이 개발되고 있으나 편의장치에서 요구하는 전원을 제공하기 위해 전기케이블 등과 전원장치를 별도로 갖추어야 하므로 제품이 복잡하고 상품성이 저하될 뿐만 아니라 유지관리가 어려운 단점이 있다.
한국등록특허 등록번호 제10-2334261호 "상부 시공형 주방수전" 한국등록실용신안 등록번호 제20-0237578호 "주방용 수도꼭지의 분사헤드" 한국등록특허 제10-2334266호 "상부 시공형 수전"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 자체적으로 발전한 전원을 이용하여 온도를 감지하여 표시하고, 물의 사용량을 감지하여 표시할 수 있도록 함으로서 사용상의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있고, 유지관리비용을 절감할 수 있도록 한 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전은 용수의 개폐동작을 수전본체; 및 상기 수전본체에 설치되어 용수가 분출되는 분사헤드;를 포함하고, 상기 분사헤드는, 수용공간이 마련된 헤드본체; 상기 헤드본체에 설치되는 온도감지부; 상기 헤드본체에 설치되는 유량감지부; 상기 온도감지부로부터 인가되는 감지신호을 기초로 온도를 산출하고, 상기 유량감지부로부터 인가되는 감지신호를 기초로 유량을 산출하는 제어부; 상기 제어부의 제어하에 산출된 온도 및 유량을 표시하는 표시장치; 상기 분사헤드는 상기 헤드본체의 내부로 유입되는 용수의 흐름을 이용하여 전기를 발전하는 발전장치; 및 상기 발전장치에 의해 발전된 전원이 저장되는 전원저장모듈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발전장치는, 용수의 흐름에 의해 날개부가 회전되면서 발전하는 회전형발전장치, 및 용수의 유동에 따른 압전소자의 변위를 이용하여 전기를 발전하는 압전형발전장치 중에서 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전형발전장치는 상기 날개부의 회전력을 전기에너지로 변환하도록 상기 날개부가 접속되는 회전축을 구비한 발전부가 발전기케이스에 내장된 것을 적용할 수 있다.
상기 압전형발전장치는, 소자수용공간이 형성된 몸체에 주름부를 갖는 용수이동관이 관통된 압전발전본체; 상기 압전발전본체에 삽입되고 단부가 상기 주름부에 근접 배치되는 복수의 압전소자; 및 상기 압전소자를 밀봉하도록 상기 압전발전본체에 결합되는 커버부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 압전발전본체는 중앙에 상기 주름부를 갖는 용수이동관이 형성되고 내면에 양측에 소자삽입보스가 돌출된 구조로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 압전소자는 직사각판 형상을 몸체의 일측에 상기 소자삽입보스에 삽입되는 삽입홀이 천공된 구조로 형성되어 탄성부재가 개재된 상태로 상하 적층되게 결합될 수 있다.
상기 헤드본체는, 내부에 상기 발전장치가 내장되는 부품수용실이 형성되고 외부에 상기 표시장치가 설치되는 헤드메인케이스; 상기 헤드메인케이스의 하측에 체결되고 중앙에 다수의 분사홀이 천공된 중앙분사부와 상기 중앙분사부의 둘레에 다수의 분사홀이 천공된 외곽분사부를 구비한 용수분출부재; 상기 헤드메인케이스의 내면에 기밀적으로 삽입되고 제1 분출공이 형성된 캡 형상의 밀착캡, 상기 밀착캡의 중앙에 상기 중앙분사부를 둘러싸는 형태로 돌출되고 제2 분출공이 형성된 구획돌부를 구비한 용수흐름제어부재; 및 상기 제1 및 제2 분출공을 선택적으로 개폐하는 분출공제어수단;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 분출공제어수단은 상기 헤드메인케이스에 설치되는 물줄기변환스위치, 상기 물줄기변환스위치의 정역 회전시 연동되고 단부에 볼수용부가 형성되는 회동부재, 상기 볼수용부에 삽입되는 탄성부재, 상기 볼수용부에 삽입되어 상기 탄성부재에 의해 탄성적으로 설치되고 상기 제1 및 제2 분출공을 개폐하는 볼;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 헤드본체는 내부에 필터가 수용되는 필터수용공간이 형성되고 상기 수전본체에 상측이 접속되고 하측에 상기 헤드메인케이스가 결속된 필터케이스를 구비할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전은 상기 필터케이스의 상부에 형성된 제1 유입공에 둘레에 설치되는 제1 기밀부재, 상기 헤드메인케이스의 상부에 형성된 제2 유입공에 둘레에 설치되는 제2 기밀부재, 상기 제1 및 제2 분출공 둘레에 설치되는 제3 기밀부재, 상기 구획돌부의 단부에 요입된 홈에 설치되는 제4 기밀부재, 및 상기 헤드메인케이스와 상기 용수흐름제어부재의 결속부위 외측 및 내측에 설치되는 제5 기밀부재 및 제7 기밀부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 의하면, 용수가 분출되는 분사헤드에 설치되는 온도감지부에 의해 온도를 감지하여 디스플레이 함으로써 화상 등을 입지 않으면서 안전하게 사용할 수 있고, 유량감지부에 의해 용수의 사용량을 감지하여 용수의 사용량을 간편하게 확인할 수 있고 필터의 교체주기를 정확하게 확인할 수 있어서 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 의하면, 표시장치, 제어부, 온도감지부, 유량감지부 등의 작동에 필요한 전원을 자체적으로 발전하여 사용할 수 있으므로 에너지를 절감할 수 있고, 유지관리에 편의성이 향상되는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 나타낸 사시도,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 나타낸 분리사시도,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 나타낸 절개사시도,
도4a 및 도4b는 도2의 A 부분을 확대한 도면으로서 도4a는 상측에서 도시되는 형상을, 도4b는 하측에서 도시되는 형상을 나타낸 것이다.
도5a 및 도5b는 도2의 B 부분을 확대한 도면으로서 도5a는 상측에서 도시되는 형상을, 도5b는 하측에서 도시되는 형상을 나타낸 것이다.
도6은 도2의 C 부분을 확대한 분리사시도,
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전를 나타낸 절개사시도,
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 압전형발전장치를 나타낸 사시도,
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 압전형발전장치를 나타낸 분리사시도,
도10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 압전형발전장치 설치상태를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도10에 의거하여 상세히 설명하되, 도1 내지 도10에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 나타낸 사시도, 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 나타낸 분리사시도, 도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전을 나타낸 절개사시도이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전은 자체적으로 발전한 전원을 이용하여 온도를 감지하여 표시하고, 물의 사용량을 감지하여 표시할 수 있도록 구성한 것으로서, 용수의 개폐동작을 수행하는 수전본체(미도체)와, 이 수전본체에 설치되어 용수가 분출되는 분사헤드(h)를 구비한다.
수전본체는 통상 수도꼭지, 수도밸브, 수전 등으로 호칭되는 것으로서 수도배관의 배출 단부에 설치되어 용수의 흐름을 개폐하는 작용을 수행하는 개폐수단이 내장되어 있다. 이 수전본체는 후술되는 분사헤드를 설치할 수 있다면 형태나 구조에 특별한 제한 없이 세면대 및 주방용으로 사용할 수 있도록 제작된 것 중에서 선택하여 적용할 수 있으므로 구체적인 도시나 설명을 생략한다.
분사헤드(h)는 수용공간이 마련된 헤드본체(1)와, 이 헤드본체(1)에 설치되는 온도감지부(미도시), 유량감지부(미도시), 제어부(미도시), 표시장치(3), 발전장치(4) 및 전원저장모듈(미도시)을 구비한다.
헤드본체(1)는 외부에 표시장치가 설치되는 헤드메인케이스(11), 용수가 배출되는 용수분출부재(12) 및 용수흐름을 제어하는 용수흐름제어부재(13)를 구비하는 한편, 용수흐름제어부재(13)를 통과하는 용수의 흐름을 제어하는 분출공제어수단(2)을 구비한다.
첨부도면, 도4a 및 도4b는 도2의 A 부분을 확대한 도면으로서 도4a는 상측에서 도시되는 형상을, 도4b는 하측에서 도시되는 형상을 나타낸 것이다. 도5a 및 도5b는 도2의 B 부분을 확대한 도면으로서 도5a는 상측에서 도시되는 형상을, 도5b는 하측에서 도시되는 형상을 나타낸 것이다. 도6은 도2의 C 부분을 확대한 분리사시도이다.
헤드메인케이스(11)는 도4a에 도시된 바와 같이 상부 및 하부에 체결나사부(112,1113)가 형성된 대략 원추 형상을 갖는 몸체 내부에 발전장치(4)가 내장되고 용수가 채워지는 부품수용실이 형성된 것으로 상부에 용수가 유입되는 제2 유입공(115)가 천공되어 있다.
용수분출부재(12)는 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 헤드메인케이스(11)의 하측에 체결되고 중앙에 다수의 분사홀이 천공된 중앙분사부(123)와 중앙분사부의 둘레에 다수의 분사홀이 천공된 외곽분사부(124)를 구비한다. 그리고, 용수분출부재(12)는 단일몸체로 구성될 수도 있지만 본 실시예에서는 내주면에 체결나사부가 형성되고 단부에 걸림턱이 돌출된 원형링(121)과, 이 원형링(1221)에 삽입되어 걸림되고 상기한 중앙분사부(123) 및 외곽분사부(124)를 형성하는 다수의 분사홀이 천공된 분출판(122)으로 구성되어 있다.
용수흐름제어부재(13)는 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 헤드메인케이스(11)의 내면에 기밀적으로 삽입되고 제1 분출공(133) 및 제2 분출공(134)이 형성된 캡 형상의 밀착캡(131)와, 이 밀착캡의 중앙에 중앙분사부를 둘러싸는 형태로 돌출되는 구획돌부(132)를 구비한다. 그리고, 상기한 제1 분출공(133)은 구획돌부(132)의 외측에 연통되게 천공되어 외곽분사부(124)로의 용수 분출이 가능하도록 되어 있고, 제2 분출공(134)은 구획돌부(132)에 의해 둘러쌓인 내부와 연통되게 천공되어 중앙분사부(123)로의 용수 분출이 가능하도록 되어 있다.
분출공제어수단(2)은 도6에 도시된 바와 같이 상기한 제1 및 제2 분출공(133,134)을 선택적으로 개폐하는 구성요소로서, 헤드메인케이스(11)에 설치되는 물줄기변환스위치(21), 물줄기변환스위치(21)의 정역 회전시 연동되어 정역 방향으로 회동되고 단부에 볼수용부(222)가 형성되는 회동부재(22), 볼수용부(222)에 삽입되고 압축코일스프링으로 구성된 볼 가압용 탄성부재(23), 볼수용부(222)에 삽입되어 탄성부재(23)에 의해 탄성적으로 설치되고 제1 및 제2 분출공(133,1134)을 선택적으로 개폐하는 볼(24)을 구비한다.
그리고, 물줄기변환스위치(21)는 손가락을 접촉시켜 좌우로 회동력을 인가하는 누름편(211)과, 이 누름편의 단부에 접속되도록 형성되는 힌지핀(212)을 구비한다.
회동부재(22)는 힌지핀(212)에 막대 형상의 회동편(221)이 접속되고 단부에 상기한 볼수용부(222)가 형성된 것으로서, 볼수용부(222)는 하부에 개구가 형성된 원통 형상으로 형성되어 있다.
한편, 헤드본체(1)는 내부에 정화필터(6)가 수용되는 필터수용공간이 형성되고 수전본체(미도시)에 상측이 접속되고 하측에 헤드메인케이스(11)가 결속되는 필터케이스(5)를 구비한다. 여기서 정화필터(6)는 용수에 포함된 이물질, 화학물질 등을 제거하도록 구현된 다양한 수처리용 정화필터를 선택하여 삽입할 수 있다.
한편, 헤드본체(h)에는 용수가 유동되는 과정에서 기밀이 유지되도록 하기 위한 기밀부재가 설치되어 있고, 이 기밀부재는 설치 부위의 직경에 맞게 제작된 패킹이나, 오-링(O-ring) 등을 삽입, 설치할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기밀부재는 도2 내지 도6에 도시된 바와 같이 필터케이스(5)의 상부에 형성된 제1 유입공(52)에 둘레에 설치되는 제1 기밀부재(71), 헤드메인케이스(11)의 상부에 형성된 제2 유입공(115)에 둘레에 설치되는 제2 기밀부재(72), 제1 및 제2 분출공(133,1134) 둘레에 설치되는 제3 기밀부재(73), 구획돌부(132)의 단부에 요입된 홈에 설치되는 제4 기밀부재(74), 및 헤드메인케이스(11)와 용수흐름제어부재(13)의 결속부위 외측 및 내측에 설치되는 제5 기밀부재(75) 및 제7 기밀부재(77)를 구비한다.
온도감지부(미도시)는 용수의 온도를 감지하기 위해 헤드본체(1)에 설치되는 구성요소로서, 배출되는 용수의 온도를 측정할 수 있다면 특별한 제한 없이 공지된 온도감지센서를 선택하여 설치할 수 있다. 예컨대 온도감지센서는 공지된 온도감지센서 중에서 헤드메인케이스의 부품수용실에 설치할 수 있는 정도의 사이즈로 형성된 온도감지센서를 선택하여 설치한다.
유량감지부(미도시)는 용수의 유량을 감지하기 위해 헤드본체(1)에 설치되는 구성요소로서 유량을 측정할 수 있다면 특별한 제한 없이 공지된 유량감지센서 중에서 헤드본체 내부에 설치할 수 있는 정도의 부피를 갖는 제품을 선택하여 설치할 수 있다. 예컨대, 유량감지센서는 도면에 도시하지는 않았지만 대략 동전과 유사하게 형상으로 형성된 초음파유량감지센서를 헤드메인케이스(1)의 부품수용실에 설치할 수 있다.
이러한 유량감지센서는 감지된 유량 감지신호를 후술되는 제어부(미도시)에 인가함으로써 제어부가 유량을 산출한 후 표시장치에 표시하거나, 산출된 유량을 통해 물의 사용량정보를 비교하여 정화필터의 필터 교체시기를 판단하고, 판단된 정화필터 교체시기를 사용자 단말기로 전달하는 기능을 수행하도록 구성할 수 있다.
제어부(미도시)는 인쇄회로기판(미도시)상에 마이콤, 각종 전기전자소자 및 회로 등이 실장된 구성요소로서, 온도감지부로부터 인가되는 감지신호을 기초로 온도를 산출하고, 유량감지부로부터 인가되는 감지신호를 기초로 유량을 산출하는 등 설정된 프로그램에 따라 정해진 제어동작을 수행하도록 구성되어 있다.
예컨대, 제어부는 유량감지부로부터 유량 감지신호를 인가받아 필터교체를 위한 물의 사용량정보 또는 월 또는 년간 물의 사용량정보를 생성하고, 월간 물의 사용량정보 또는 년간 물의 사용량정보를 표시장치(3)에 표시하거나 사용자 단말기로 전달하고, 사용자가 사용자 단말기를 통해 필터교체를 위한 물의 사용량 정보와 월간 물의 사용량정보 및 년간 물의 사용량정보를 초기화하는 등이 기능이 가능하도록 구성되어 있다.
그리고, 제어부는 온도감지부로부터 온도 감지신호를 인가받아 용수의 온도를 산출하여 표시장치(3)에 표시하거나, 사용자 단말기로 전달하여 사용자 단말기를 통해 용수의 온도를 확인함으로써 용수를 안전하게 사용할 수 있도록 제어할 수 있다.
표시장치(3)는 제어부의 제어하에 산출된 온도 및 유량 등을 표시하는 디스플레이수단으로서, 곡면형 디스플레이를 설치하거나, 곡면형으로 형성한 케이스 내부에 평면 디스플레이를 삽입하여 구성한 후 헤드메인케이스(11)에 설치하는 방식으로 구성한다.
전원저장모듈(미도시)은 발전장치(4)에 의해 발전된 전원이 저장되는 구성요소로서, 설치위치나 용량 등에 특별한 제한은 없지만 공지된 소형 2차전지나 콘덴서를 후술되는 발전기케이스의 내부에 제어부와 접하여 수밀적으로 설치할 수 있다.
한편, 발전장치(4)는 헤드본체(1)의 내부로 유입되는 용수의 흐름을 이용하여 전기를 발전하는 구성요소로서, 용수의 흐름에 의해 회전되는 복수의 날개로 이루어진 날개부(41)가 구비된 회전형발전장치(4a)로 구성되어 있다.
회전형발전장치(4a)는 날개부(41)의 회전력을 전기에너지로 변환하도록 날개부가 접속되는 회전축과 유도코일 등을 구비한 모터 형태의 발전부(미도시)가 발전기케이스(42)에 내장된 형태로 구성되어 있다.
발전기케이스(42)에는 전술한 전원저장모듈, 제어부 등이 내장되어 있고, 그 외면에 헤드메인케이스(11)에 기밀적으로 접속하기 위한 제6 기밀부재(76)가 설치되어 있다. 그리고, 발전기케이스(42)에는 제어부 및 전원저장모듈에 전기적으로 연결되는 케이블(43)이 인출되어 표시장치(3)에 전기적으로 연결되어 있다. 그리고, 발전기케이스(42)는 도면에 도시된 바와 같이 원통형 외에도 충분한 내장공간을 갖는 사각통 형태로도 구성할 수 있다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 작용을 간략하게 설명한다.
도1 및 도3에 도시된 바와 같이 헤드본체(1)에 온도감지부, 유량감지부, 제어부, 표시장치(3) 회전형발전장치(4a), 정화필터(6) 및 필터케이스(5)를 조립하여 분사헤드(h)를 완성한 후 수도배관에 결합된 수전본체(미도시)에 필터케이스(5) 부분을 체결하는 방식으로 설치한다.
이후 수전본체를 조작하여 용수를 유동시키게 되면 필터케이스(5)의 제1 유입공(52)로 유입되어 정화필터(6)를 경유하면서 정화과정을 거친 후 제2 유입공(115)을 통해 헤드메인케이스(11)로 유입된다.
헤드메인케이스(11)로 유입된 용수는 용수흐름제어부재(13)의 제1 분출공(133) 및 제2 분출공(134)을 통해 하방으로 유동되면서 용수분출부재(12)의 중앙분사부(123) 및 외곽분사부(124)를 통해 분출된다.
이때, 분출공제어수단(2)에 의해 물 줄기의 분출방향을 중앙분사부(123) 및 외곽분사부(124) 중에서 어느 한 쪽 또는 양쪽으로 분출되게 조절할 수 있다. 예컨대, 물줄기변환스위치(21)의 누름 조작을 통해 회동부재(22)가 정역 회동시키면서 볼수용부(222)에 수용된 볼(24)이 제1 분출공(133)을 차단할 경우 제2 분출공(134)으로만 용수가 유동되므로 외곽분사부(124)로만 물 줄기가 분출되고, 볼(24)이 제2 분출공(134)을 차단할 경우 제1 분출공(133)으로만 용수가 유동되므로 중앙분사부(123)로만 물 줄기가 분출된다. 그리고, 볼(24)이 제1 및 제2 분출공(134) 사이에 위치할 경우 제1 분출공(133) 및 제2 분출공(134) 양쪽 모두 용수가 유동되므로 중앙분사부(123) 및 외곽분사부(124)으로 동시에 물 줄기가 분출된다.
한편, 전술한 바와 같은 용수의 유동과정에서 헤드메인케이스(11)로 유입된 용수의 유동력으로 인해 회전형발전장치(4a)의 날개부(41)가 회전되므로 발전기케이스(42)에 내장된 발전부가 전기를 발전하여 전원저장모듈에 저장함으로써 표시장치(3) 등의 작동에 필요한 전원으로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 다른 실시예에서는 제1 실시예에 나타난 구성요소 또는 서로 다른 실시예에 나타난 구성요소 중에서 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 발전장치를 제외한 구성요소들의 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전를 나타낸 절개사시도, 도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 압전형발전장치를 나타낸 사시도, 도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 압전형발전장치를 나타낸 분리사시도, 도10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 압전형발전장치 설치상태를 나타낸 단면도이다.
도7 내지 도10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전은 수용공간이 마련된 헤드본체(1)와, 이 헤드본체(1)에 설치되는 온도감지부(미도시), 유량감지부(미도시), 제어부(미도시), 표시장치(3), 발전장치(4) 및 전원저장모듈(미도시)을 구비한 분사헤드(h)를 구비하되, 발전장치는 용수의 흐름에 의해 회전되는 복수의 날개로 이루어진 날개부(41)가 구비된 회전형발전장치(4a)와 함께 용수의 유동에 따른 압전소자의 변위를 이용하여 전기를 발전하는 압전형발전장치(4b)가 더 구성되어 있다.
상기 압전형발전장치(4b)는 압전발전본체(45), 복수의 압전소자(46), 커버부재(47) 및 탄성부재(48)를 구비한다.
압전발전본체(41)는 압전소자(46)의 수용을 위한 소자수용공간이 형성된 몸체에 주름부를 갖는 용수이동관(452)이 관통된 것으로서, 주름부(453)를 갖는 용수이동관(452)이 중앙에 형성되어 있고 내면에 양측에 소자삽입보스(454)가 돌출되어 있다.
압전소자(46)는 압전발전본체(41)에 삽입되고 단부가 용수이동관(452)의 주름부에 근접 배치되는 것으로서, 대략 직사각판 형상을 갖는 몸체의 일측에 소자삽입보스(454)에 삽입되는 삽입홀이 천공된 구조로 형성된다. 이러한 압전소자(46)는 탄성부재(48)가 개재된 상태로 상하 적층되게 복수 개가 결합되어 있다.
그리고, 압전소자(46)는 기계적 에너지와 전기적 에너지가 상호 변환되는 압전재료를 이용하여 구성하는 것으로 다양한 구조로 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 대략 직사각 박판 형태로 형성된 것으로서 용수의 유동 압력이 주름부(453)에 인가됨에 따른 외력에 대해 충분한 강성을 갖도록 직사각판 형태의 보강재(미도시)에 압전소자층(미도시)이 적층된 구조로 형성되어 있다.
이때, 보강재(미도시)는 굽힘 하중에 대한 강성이 뛰어난 금속, 합성수지 등을 두께가 얇은 판 형태로 형성하고, 압전소자층은 압전재료로 형성된 박판을 보강재에 덧대거나 코팅, 도포, 부착 등의 방식으로 구성하고, 압전소자층의 상하 면에는 전원저장모듈(미도시)과 연결되는 도전선(미도시)의 접속을 위한 전극(미도시)이 형성되어 있다.
그리고, 압전소자층은 압전재료로 널리 알려져 있는 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민, 수정, 전기석, 및 로셀염과 같은 물질을 포함하도록 판상으로 구성하여 적용할 수 있지만, 본 발명에서는 어느 정도의 가요성이 요구되므로 유연성을 갖는 압전재료로 알려져 있는 PVDF(Polyvinylidine fluride) 재료를 이용하여 박판으로 구성하여 적용한다.
커버부재(47)는 압전소자(46)를 밀봉하도록 압전발전본체(45)에 결합되도록 대응하는 형상으로 형성되고 중앙에 배출공이 천공된 커버몸체 양쪽에 소자삽입보스(454)의 내부에 삽입되어 결합되는 고정봉(472)이 돌출되어 있다.
제어부는 전술한 제1 실시예와 유사하게 구성되되 발전장치에서 발전한 전기를 전원저장모듈에 저장하기 위해 정류하는 회로부(미도시)를 구비한다. 이 회로부는 압전소자(46)의 변형방향이나 요동방향이 서로 다르다는 점을 고려하여 출력되는 반대극성의 전압을 정류하도록 브릿지 다이오드, 저항과 컨덴서를 이용한 지연회로를 갖도록 구성할 수 있지만 이에 제한되는 것이 아니며, 널리 알져진 통상의 회로기술을 적용할 수 있다.
상기한 탄성부재(48)는 압전소자(45)를 탄성적으로 지지하는 구성으로 전도성 소재로 형성된 압축코일스프링으로 구성되어 있다.
한편 본 발명의 제2 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전 또한 전술한 제1 실시예의 수전과 마찬가지로 용수가 필터케이스(5)로 유입되어 정화필터(6)를 경유하면서 정화과정을 거치고 헤드메인케이스(11)로 유입된 후 분출공제어수단(2)의 조작에 따라 용수분출부재(12)의 중앙분사부(123) 및 외곽분사부(124)를 통해 선택적으로 분출된다.
그리고 전술한 바와 같은 용수의 유동과정에서 헤드메인케이스(11)로 유입된 용수의 유동력으로 인해 회전형발전장치(4a)의 날개부(41)가 회전되면서 전기를 발전하는 동시에 압전형발전장치(4b)가 용수의 유동에 따른 압전소자의 변위를 이용하여 전기를 발전할 수 있어서 보다 많은 양의 전기를 발전할 수 있다.
특히 압전형발전장치(4b)는 압전소자가 용수이동관(452)의 주름부(453) 내면에 끼워져 있으므로 유속이 약한 용수의 흐름에도 전기를 생성할 수 있으므로 유량이 작거나 유속이 낮더라도 효과적으로 전기를 생성할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
h:분사헤드 1:헤드본체
11:헤드메인케이스 12:용수분출부재
13:용수흐름제어부재 2:분출공제어수단
21:물줄기변환스위치 22:회동부재
23:탄성부재 24:볼
3:표시장치 4:발전장치
4a:회전형발전장치 41:날개부
42:발전기케이스 4b:압전형발전장치
45:압전발전본체 46:압전소자
47:커버부재 48:탄성부재

Claims (7)

  1. 용수의 개폐동작을 수전본체; 및 상기 수전본체에 설치되어 용수가 분출되는 분사헤드;를 포함하고,
    상기 분사헤드는, 수용공간이 마련된 헤드본체; 상기 헤드본체에 설치되는 온도감지부; 상기 헤드본체에 설치되는 유량감지부; 상기 온도감지부로부터 인가되는 감지신호을 기초로 온도를 산출하고, 상기 유량감지부로부터 인가되는 감지신호를 기초로 유량을 산출하는 제어부; 상기 제어부의 제어하에 산출된 온도 및 유량을 표시하는 표시장치; 상기 분사헤드는 상기 헤드본체의 내부로 유입되는 용수의 흐름을 이용하여 전기를 발전하는 발전장치; 및 상기 발전장치에 의해 발전된 전원이 저장되는 전원저장모듈;를 포함하고,
    상기 발전장치는, 용수의 흐름에 의해 날개부가 회전되면서 발전하는 회전형발전장치, 및 용수의 유동에 따른 압전소자의 변위를 이용하여 전기를 발전하는 압전형발전장치 중에서 적어도 하나 이상을 포함하되,
    상기 압전형발전장치는, 소자수용공간이 형성된 몸체에 주름부를 갖는 용수이동관이 관통된 압전발전본체; 상기 압전발전본체에 삽입되고 단부가 상기 주름부에 근접 배치되는 복수의 압전소자; 및 상기 압전소자를 밀봉하도록 상기 압전발전본체에 결합되는 커버부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전형발전장치는 상기 날개부의 회전력을 전기에너지로 변환하도록 상기 날개부가 접속되는 회전축을 구비한 발전부가 발전기케이스에 내장된 것을 특징으로 하는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전발전본체는 중앙에 상기 주름부를 갖는 용수이동관이 형성되고 내면에 양측에 소자삽입보스가 돌출된 구조로 형성되고,
    상기 복수의 압전소자는 직사각판 형상을 몸체의 일측에 상기 소자삽입보스에 삽입되는 삽입홀이 천공된 구조로 형성되어 탄성부재가 개재된 상태로 상하 적층되게 결합된 것을 특징으로 하는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전.
  6. 제1항, 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드본체는,
    내부에 상기 발전장치가 내장되는 부품수용실이 형성되고 외부에 상기 표시장치가 설치되는 헤드메인케이스;
    상기 헤드메인케이스의 하측에 체결되고 중앙에 다수의 분사홀이 천공된 중앙분사부와 상기 중앙분사부의 둘레에 다수의 분사홀이 천공된 외곽분사부를 구비한 용수분출부재;
    상기 헤드메인케이스의 내면에 기밀적으로 삽입되고 제1 분출공이 형성된 캡 형상의 밀착캡, 상기 밀착캡의 중앙에 상기 중앙분사부를 둘러싸는 형태로 돌출되고 제2 분출공이 형성된 구획돌부를 구비한 용수흐름제어부재; 및
    상기 제1 및 제2 분출공을 선택적으로 개폐하는 분출공제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분출공제어수단은 상기 헤드메인케이스에 설치되는 물줄기변환스위치, 상기 물줄기변환스위치의 정역 회전시 연동되고 단부에 볼수용부가 형성되는 회동부재, 상기 볼수용부에 삽입되는 탄성부재, 상기 볼수용부에 삽입되어 상기 탄성부재에 의해 탄성적으로 설치되고 상기 제1 및 제2 분출공을 개폐하는 볼;을 포함하고,
    상기 헤드본체는 내부에 필터가 수용되는 필터수용공간이 형성되고 상기 수전본체에 상측이 접속되고 하측에 상기 헤드메인케이스가 결속된 필터케이스를 구비하고,
    상기 필터케이스의 상부에 형성된 제1 유입공에 둘레에 설치되는 제1 기밀부재, 상기 헤드메인케이스의 상부에 형성된 제2 유입공에 둘레에 설치되는 제2 기밀부재, 상기 제1 및 제2 분출공 둘레에 설치되는 제3 기밀부재, 상기 구획돌부의 단부에 요입된 홈에 설치되는 제4 기밀부재, 및 상기 헤드메인케이스와 상기 용수흐름제어부재의 결속부위 외측 및 내측에 설치되는 제5 기밀부재 및 제7 기밀부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 물사용량 및 온도 측정이 가능한 자가 수력발전 수전.
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