KR102653958B1 - 관로에 형성되는 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 관로에 형성되는 발전기는, 일측에 유체가 유입되는 유입구와 타측에 상기 유체가 배출되는 배출구를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 일면을 덮는 상부덮개와 상기 하우징의 타면을 덮는 하부덮개; 상기 하부덮개에 수용되는 메인코어; 상기 메인코어에 감겨지는 복수의 코일들; 상기 코일들을 대면하도록 N극과 S극이 교번하여 형성되는 자석부; 상기 유체가 유입될 때 회전하도록 외주에 날개부가 형성되며, 상기 자석부들이 내주에 결합되는 회전자; 및 상기 회전자를 지지하는 메인 샤프트를 포함하고, 상기 유입구로부터 연장되는 가상의 제1 연장선은 상기 날개부 및 상기 자석부를 지나 상기 하우징의 내벽까지 연장되고, 상기 배출구로부터 연장되는 가상의 제2 연장선은 상기 날개부를 지나 상기 메인 샤프트까지 연장되어, 상기 제1 연장성과 상기 제2 연장선이 서로 평행하게 형성된다.

Description

관로에 형성되는 발전기{A GENERATOR CONFIGURED AT THE PIPE}

본 발명의 일실시예들은 관로를 따라 흐르는 유수를 이용해 발전할 수 있는 장치에 관한 것이다.

수력, 풍력, 조력 등의 역학적 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이 발전기인데, 이러한 발전기는 대부분 임펠러를 갖는 회전자가 회전되면 코일을 구비하고 있는 코일을 구비한 발전소자에서 전기에너지가 출력되는 형태이다.

발전기에서 출력되는 전기에너지는 저장을 위해 충전모듈로 공급되거나 곧바로 특정 장치에 공급되어 구동을 위한 에너지원으로 사용된다.

상기와 같은 발전기 중 물 등의 유체가 유동되는 유동력을 사용하여 발전하는 발전기도 안출되어 있다. 그런데 유체의 유동력을 사용하여 발전하는 종래의 발전기는 회전자의 회전속도가 낮아 원활한 발전이 이루어지지 못하고 있었으며, 이로 인하여 기대에 미치지 못하는 낮은 전압의 전기에너지만을 생산할 수 있을 뿐이라는 문제점이 있었다.

크기가 작을수록 발전 효율이 낮고, 유체가 유동되는 관로 상에 설치할 경우 설치에 상당한 어려움이 있을 뿐만 아니라 회전자의 회전속도가 기대에 미치지 못하여 발전효율이 더욱 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 관로에 배치되더라도 유체의 흐름에 대한 간섭을 최소화하고 좀 더 효율적으로 발전을 할 수 있는 발전장치가 고려될 수 있다.

한국등록실용신안 제20-0456993호 (2011.11.24)

본 발명의 일 목적은 보다 향상된 구조를 갖는 관로에 형성되는 발전기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 관로에 형성되는 발전기는, 일측에 유체가 유입되는 유입구와 타측에 상기 유체가 배출되는 배출구를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 일면을 덮는 상부덮개와 상기 하우징의 타면을 덮는 하부덮개; 상기 하부덮개에 수용되는 메인코어; 상기 메인코어에 감겨지는 복수의 코일들; 상기 코일들을 대면하도록 N극과 S극이 교번하여 형성되는 자석부; 상기 유체가 유입될 때 회전하도록 외주에 날개부가 형성되며, 상기 자석부들이 내주에 결합되는 회전자; 및 상기 회전자를 지지하는 메인 샤프트를 포함하고, 상기 유입구로부터 연장되는 가상의 제1 연장선은 상기 날개부 및 상기 자석부를 지나 상기 하우징의 내벽까지 연장되고, 상기 배출구로부터 연장되는 가상의 제2 연장선은 상기 날개부를 지나 상기 메인 샤프트까지 연장되어, 상기 제1 연장성과 상기 제2 연장선이 서로 평행하게 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 회전자가 상기 상부덮개를 대면하는 일면은 중심를 포함하는 제1면, 상기 제1면의 외곽에 형성되는 제2면 및 상기 제2면의 외곽에 형성되는 제3면을 포함하고, 상기 제1면부터 상기 제3면까지 각 면마다 상기 상부덮개로부터 더 멀어지게 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 날개부는 상기 제1면으로부터 상기 제3면까지 연장되며, 상기 날개부의 높이는 상기 제1면으로부터 상기 제3면까지 점진적으로 낮아지게 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 관로에 형성되는 발전기는 제1면에서 제3면까지 회전자의 날개부가 나선형으로 연장되어, 저속으로 유체가 유입되더라도 충분한 출력을 낼 수 있다.

또한 메인코어를 제외한 나머지 공간을 유체의 유입에 따라 회전자가 회전하는 공간으로 활용함으로써 상대적으로 작은 공간에서도 충분한 효율을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 관로에 형성되는 발전기의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 발전기의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 도시된 발전기를 라인 A - A' 를 따라 절단한 상태에서의 단면도.
도 4는 도 1의 도시된 발전기를 라인 B - B' 를 따라 절단한 상태에서의 단면도.
도 5는 회전자의 사시도.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시 예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시 예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 관로에 형성되는 발전기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발전기의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 도시된 발전기를 라인 A - A' 를 따라 절단한 상태에서의 단면도이고, 도 4는 도 1의 도시된 발전기를 라인 B - B' 를 따라 절단한 상태에서의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 관로에 형성되는 발전기(100)는 일측에서 타측으로 유수가 흐르도록 형성되는 관로를 가로막도록 배치된다. 즉, 관로의 일측에 발전기(100)의 유입구(114)가 연결되고, 관로의 타측에 발전기(100)의 배출구(115)가 연결된다. 관로에 형성되는 발전기(100)는 관로에 흐르는 유체의 흐름을 이용하여 전력을 생산하는 장치이다. 저속의 유체를 이용하기에 발전 효율을 높이고 상대적으로 큰 회전자(150)를 구비하여 형성된다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 관로에 형성되는 발전기(100)는 하우징(113), 상부덮개(111), 하부덮개(112), 메인코어(121), 코일들(122), 자석부(140), 회전자(150) 및 메인 샤프트(130)를 포함한다.

하우징(113)은 일측에 유체가 유입되는 유입구(114)와 상기 유체가 배출되는 배출구(115)를 구비하여 형성된다. 하우징(113)은 금속 또는 비금속 재질로 형성된다. 배출구(115)는 유입구(114)에 비해 그 내경이 좁게 형성될 수 있다. 여기서 유체는 물 또는 해수와 같은 유체 이외에 공기나 수증기와 같은 유체를 이용할 수도 있다.

하우징(113)의 일면을 덮도록 상부덮개(111)가 하우징(113)에 결합된다. 그리고 하우징(113)의 타면을 덮도록 하부덮개(112)가 하우징(113)에 결합된다.

하부덮개(112)에 메인코어(121)가 수용된다. 하부덮개(112)는 중공을 가지며 대체적으로 링 형상의 메인코어(121)에 대응하도록 형성된다. 메인코어(121)는 코일들(122)이 권선될 수 있도록 형성되며, 중심으로부터 외곽으로 연장되도록 형성된다. 메인코어(121)는 총 9개의 분기부를 구비하고, 분기부 각각에 코일들(122)이 권선된다. 외곽에 해당하는 분기부의 일단은 자석부(140)의 자석을 대면하도록 형성되며 일정한 면적을 가지도록 형성된다. 메인 코어의 각 분기부들을 대면하도록 자석부(140)가 형성된다. 자석부(140)는 일 예로 총 6쌍의 N극과 S극이 교번하여 형성될 수 있다. 자석부(140)는 유체가 유입될 때 회전하도록 형성되는 회전자(150)의 내주에 고정체에 의해 고정된다. 회전자(150)는 메인코어(121)의 외주를 감싸도록 배치된다.

유체가 유입될 때 회전자(150)가 회전하도록 회전자(150)의 외주에 날개부(154)가 형성된다. 날개부(154)들은 유체가 회전자(150)와 하우징(113)의 사이의 빈 공간을 통해 배출되도록 가이드한다. 날개부(154)들은 유체의 저항을 받아 회전자(150)를 회전시키는 부분으로서, 날개부(154)들은 회전자(150)의 중심으로부터 하우징(113)에 근접하는 부분까지 나선방향으로 연장된다.

도 2, 도 4와 도 5를 참조하면, 회전자(150)가 상부덮개(111)를 대면하는 일면은 제1면 내지 제3면을 포함한다. 회전자(150)의 제1면(151)은 회전자(150)의 중심을 포함하는 부분이고, 제2면(152)은 제1면(151)의 외곽에 형성되는 면이고, 제3면(153)은 제2면(152)의 외곽에 형성되는 면이다. 제1면부터 제3면까지 각 면마다 상부덮개(111)로부터 더 멀어지게 형성되어 회전이 더 원활하게 이루어진다. 날개부들은 회전자의 제1면으로부터 제3면까지 연장된다.

회전 효율이 높아지도록 날개부(154)의 높이는 제1면에서 제3면까지 점진적으로 낮아지게 형성된다. 여기서 날개부(154)의 높이란 회전자(150)의 일면으로부터 상부덮개(111)를 향하여 연장되는 부분을 말한다.

메인코어(121)를 관통하여 고정관(123)이 배치되며, 고정관은 하부덮개(112)에 결합된다. 고정관에는 메인 샤프트가 삽입된다. 회전자(150)의 회전을 지지하도록 메인샤프트가 형성된다. 메인 샤프트(130)의 일측과 타측에 각각 상부 베어링 조립체와 하부 베어링 조립체가 형성될 수 있다.

하부덮개(112)에는 제어부와 센서들을 포함하는 제어모듈이 결합될 수 있다. 제어모듈은 PCB에 제어부와 센서들이 일체로 형성될 수 있다. 제어부는 발전기(100)의 전반적인 동작을 제어하며, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 센서들은 유량의 속도나, 날개부(154)의 회전 속도를 측정할 뿐만 아니라, 유체의 온도나 성분 등을 측정할 수도 있다. 센서들은 관로를 따라 흐르는 유체의 상태를 파악하여 관로를 관리하는 관리장치에 정보를 전달할 수 있다. 이로 인해, 관로의 상태뿐만 아니라 관로를 따라 흐르는 유체의 상태를 관리장치에 전달할 수 있다.

도 3을 참고하면, 가상의 연장선이 도시되어 있다. 제1 연장선(L1)은 유입구(114)로부터 날개부(154) 및 자석부(140)를 지나 하우징(113)의 내벽까지 연장되고, 제2 연장선(L2)은 배출구(115)로부터 날개부(154)를 지나 메인 샤프트(130)까지 연장된다. 각 연장선들은 서로 평행하게 형성되는데, 연장선들은 유입구(114)와 배출구(115)를 포함하는 내부 각 구성들의 위치가 특정되어 있음을 보여준다. 가상의 연장선들은 회전자(150)의 원활한 회전과 유체의 배출을 원활하게 하도록 고안되었다.

상기와 같이 설명된 관로에 형성되는 발전기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (3)

1. 일측에 유체가 유입되는 유입구와 타측에 상기 유체가 배출되는 배출구를 구비하는 하우징;
   상기 하우징의 일면을 덮는 상부덮개와 상기 하우징의 타면을 덮는 하부덮개;
   상기 하부덮개에 수용되는 메인코어;
   상기 메인코어에 감겨지는 복수의 코일들;
   상기 코일들을 대면하도록 N극과 S극이 교번하여 형성되는 자석부;
   상기 유체가 유입될 때 회전하도록 외주에 날개부가 형성되며, 상기 자석부들이 내주에 결합되는 회전자; 및
   상기 회전자를 지지하는 메인 샤프트를 포함하고,
   상기 유입구로부터 연장되는 가상의 제1 연장선은 상기 날개부 및 상기 자석부를 지나 상기 하우징의 내벽까지 연장되고, 상기 배출구로부터 연장되는 가상의 제2 연장선은 상기 날개부를 지나 상기 메인 샤프트까지 연장되어, 상기 제1 연장선과 상기 제2 연장선이 서로 연장되지 않으며 서로 평행하게 형성되고,
   상기 회전자가 상기 상부덮개를 대면하는 일면은 중심를 포함하는 제1면, 상기 제1면의 외곽에 형성되는 제2면 및 상기 제2면의 외곽에 형성되는 제3면을 포함하고,
   상기 제1면부터 상기 제3면까지 각 면마다 상기 상부덮개로부터 더 멀어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 관로에 형성되는 발전기.
   
   
   
   
2. 삭제
3. 삭제

Images