KR200279402Y1

KR200279402Y1 - 자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재

Info

Publication number: KR200279402Y1
Application number: KR2020020005788U
Authority: KR
Inventors: 박수조; 김주언
Original assignee: 박수조; 김주언
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2002-06-24

Abstract

본 고안은 자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기권내의 자연현상에서 발생되는 각종 운동 에너지가 전기적인 에너지로 변환되는 과정을 간략화시켜 시각적으로 표현함으로서 상상력이 풍부한 유소년을 포함한 학습자들이 자연과학에 대한 흥미유발과 탐구의욕을 고취될 수 있게 한 자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재에 관한 것이다.

본 고안에 따르면 솔라셀(11)이 장착되어 태양광이나 인공태양(12)을 통해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전장치(10)와; 오목한 접시형상으로 성형된 집열기(21)로 태양열이나 인공태양열을 모아 온도를 상승시키는 태양열 발전장치(20)와; 일정 각도로 기울어진 블레이드(33)에 발전기(31)가 내설된 지지대(

32)가 장착되어, 상기 블레이드(33)를 송풍기(34)로 송풍시켰을 경우 블레이드(33)의 회전으로 발전하는 풍력 발전기(30)와; 상기 블레이드(33)를 수차로 이중 사용하여 블레이드(33)의 상측에 양수펌프(41)를 이용하여 물을 압송하는 압송관(42)과 상기 압송관(42)을 통해 낙차하는 물을 저장하는 저수조(43)가 구비된 소수력 발전장치(40)와; 상기 태양광 발전장치(10)와 풍력 발전장치(30) 및 소수력 발전장치(4

0)의 전압과 전류를 나타내는 전압계(51), 전류계(52)와 상기 발전장치들의 전원을 작동시키는 전원스위치(53)와 태양열 발전장치(20)에서 집열된 태양열의 온도를 나타내는 디지털 온도계(54) 및 외부 교류단자(55)(55') 등이 구비된 콘트롤 박스(50

)와; 태양광 발전장치(10)와 풍력 발전장치(30) 및 소수력 발전장치(40)의 전류를 직류와 교류로 변환하는 변환스위치(61)가 장착된 인버터(60)와; 상기 인버터(60)의 변환스위치(61)를 직류로 변환했을 경우 건전지(71)를 충전할 수 있는 충전장치

(70)와; 각 발전장치에서 발생되는 전기를 구동시키는 구동모터(81)의 일측에 송풍기(34)와 양수펌프(41)의 공급전기를 절환시키는 절환스위치(82)가 연결 설치된 구동장치(80)를 특정 판넬(90)에 장착한 구조로 된 발전 실습용 학습교재가 제공된다.

Description

자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재{The generation of electricity teaching materials for exercise use of nature kinectic energy}

일반적으로 부존자원의 과부족인 21세기 지구촌에는 태양 에너지 및 수력이나 풍력 또는 조수력과 같은 자연현상의 운동 에너지를 이용한 대체 에너지의 개발이 범 국가적인 주요 과제로 추진 및 개발되어 산업 에너지로서 많이 활용되고 있다. 그리고 대체 에너지는 태양이나 물과 같은 자연발생적 동력원을 집광 및 집열 또는 집수하여 이에 발생되는 운동 에너지를 전기적인 에너지로 발전시켜 실생활 전력으로 사용할 수 있게 하는 복합적 응용과학의 한 범주에 속한다 할 것이다.

따라서 자연현상의 운동 에너지를 그 동력원으로 하는 대체 에너지의 이용효율을 높이기 위하여 과학인재의 조기육성에 대한 필요성이 대두되고 있으나 학생들을 교육하는 대부분의 일선 학교에서는 응용과학에 대한 실습교재가 전무한 상태이고 이에 따른 학생들의 관심과 이해력의 부족으로 응용과학에 대한 낙후성을 벗어나지 못하는 문제점이 있었으며, 특히 국가의 미래산업임과 동시에 고부가 가치산업인 대체 에너지에 대한 장기적인 교육투자에 소홀하므로서 과학인재의 양성하는 토양을 마련하지 못하는 등의 여러가지 폐단이 있었다.

근래에는 태양광에서 발산되는 빛과 열을 집광판이나 집열기로 수집하여 대체 에너지로 사용 가능한 학습용 실습교재의 실용신안출원 등록(등록번호: 20-0182478, 20-0182479)으로 대체 에너지에 대한 관심을 일부라도 유도할 수 있게 되었다. 그러나 전술한 학습용 실습교재는 대체 에너지에 대한 학습범위가 태양광으로 한정되어 있다. 따라서 바람이나 물과 같은 실생활과 밀접한 자연 운동 에너지에 대한 체험학습을 경험하지 못한 대다수 학생들에게 자연현상에 의한 과학적 탐구의지를 각인시키지 못하는 국부적인 교육으로 전락시키는 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 태양광 또는 고온 발광체에서 발산되는 빛과 열을 간이형 집광판과 집열기로 수집하여 전기 및 열에너지로 활용되는 과정을 표시하고, 바람의 회전에 의한 공기압 변화량과, 물의 낙수차에 의한 위치 에너지 변화량으로 회전되는 블레이드의 운동 에너지가 전기 에너지로 활용되는 과정을 가시적으로 표현함으로서 대체 에너지의 중요성과 더불어 응용과학에 대한 호기심을 유발할 수 있는 자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재를 제공코자 한 데 있는 것이다.

이하 첨부도면에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 전체를 도시한 사시도

도 2는 본 고안의 풍력 발전장치의 작동상태를 도시한 요부 상태도

도 3는 본 고안의 수력 발전장치의 작동상태를 도시한 요부 상태도

도 4는 본 고안의 콘트롤 박스의 요부를 도시한 요부 사시도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 태양광 발전장치 11: 솔라셀 12: 인공태양

20: 태양열 발전장치 21: 집열기 30: 풍력 발전장치

31: 발전기 32: 지지대 33: 블레이드

34: 송풍기 40: 소수력 발전장치 41: 양수펌프

42: 압송관 43: 저수조 50: 콘트롤 박스

51: 전압계 52: 전류계 53: 전원스위치

54: 디지털 온도계 55,55': 외부 교류단자 60: 인버터

61: 변환스위치 70: 충전장치 71: 건전지

80: 구동장치 81: 구동모터 82: 절환스위치

90: 판넬

빛 에너지를 집광시켜 전기 에너지로 변환시키기 위해 태양전지인 솔라셀(11)을 이용하거나 집광판을 이용한 실습용 학습교재에 있어서, 본 고안은 솔라셀(11)이 장착되어 태양광이나 인공태양(12)을 통해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전장치(10)와; 오목한 접시형상으로 성형된 집열기(21)로 태양열이나 인공태양열을 모아 온도를 상승시키는 태양열 발전장치(20)와; 일정 각도로 기울어진 블레이드(33)에 발전기(31)가 내설된 지지대(32)가 장착되어, 상기 블레이드(33)를 송풍기(34)로 송풍시켰을 경우 블레이드(33)의 회전으로 발전하는 풍력 발전기(30)와; 상기 블레이드(33)를 수차로 이중 사용하여 블레이드(33)의 상측에 양수펌프(41)를 이용하여 물을 압송하는 압송관(42)과 상기 압송관(42)을 통해 낙차하는 물을 저장하는 저수조(43)가 구비된 소수력 발전장치(40)와; 상기 태양광 발전장치(10)와 풍력 발전장치(30) 및 소수력 발전장치(40)의 전압과 전류를 나타내는 전압계(51), 전류계(52)와 상기 발전장치들의 전원을 작동시키는 전원스위치(

53)와 태양열 발전장치(20)에서 집열된 태양열의 온도를 나타내는 디지털 온도계(54) 및 외부 교류단자(55)(55') 등이 구비된 콘트롤 박스(50)와; 태양광 발전장치(10)와 풍력 발전장치(30) 및 소수력 발전장치(40)의 전류를 직류와 교류로 변환하는 변환스위치(61)가 장착된 인버터(60)와; 상기 인버터(60)의 변환스위치(6

1)를 직류로 변환했을 경우 건전지(71)를 충전할 수 있는 충전장치(70)와; 각 발전장치에서 발생되는 전기를 구동시키는 구동모터(81)의 일측에 송풍기(34)와 양수펌프(41)의 공급전기를 절환시키는 절환스위치(82)가 연결 설치된 구동장치(80)를 특정 판넬(90)에 장착한 구조로 됨을 특징으로 한 것이다.

이와같이 된 본 고안은 일측에 충전장치(70)와 인공태양(12)이 장착된 태양광 발전장치(10)와 태양열 발전장치(20)를 상기 판넬(90)의 일측에 나란히 장착하고 상기 태양열 발전장치(20)의 일측에 풍력 발전장치(30)와 소수력 발전장치(40)를 겸용으로 장착하게 되는데, 이때 블레이드(33)가 장착된 지지대(32)의 일정 둘레로 저수조(43)가 장착되고, 상기 저수조(43)의 일측으로 압송관(42)이 연결 장착된 양수펌프(41)가 부착되어 있으며, 블레이드(33)의 정면과 마주보는 판넬(90)의 일측에 송풍기(34)가 장착되어 있다.

또한 각 발전장치를 교류와 직류로 변환시킬 수 있는 인버터(60)와 발전장치의 작동으로 발생되는 전기를 구동하는 구동장치(80)를 각 발전장치들을 일반적인 전기선로를 통해 제어하는 콘트롤 박스(50)로 연결하여 판넬(90)의 일측에 장착하게 되며, 상기 인버터(60)와 콘트롤 박스(50) 및 구동장치(80)는 각 발전장치들과 전기선로를 통해 연결되어 있다.

그리고 본 고안의 작용과정을 설명하면, 실내에서 자연의 운동 에너지를 이용한 발전 장치에 대해 실습용 학습교재로 사용할 경우 인버터(60)의 변환스위치(6

1)를 교류로 하고 콘트롤 박스(50)의 특정 발전장치 전원 스위치(53)를 작동시키게 되는데, 이때 태양열 발전장치(20)를 작동시키면 실내의 인공태양(12)을 통해 집열기(21)에 모은 열이 콘트롤 박스(50)의 디지털 온도계(54)에 표시됨으로써 온도 변화를 가시적으로 측정할 수 있어 실험이나 실습시 정확한 자료를 제공하게 된다.

또한 태양광 발전장치(10)의 작동시키면 실내의 인공태양(12)을 통해 솔라셀

(11)에 집광된 빛 에너지가 전기선로를 통해 구동장치(80)를 작동시키고, 구동장치(80)의 절환스위치(82)가 상향 되어 있을 경우에는 송풍기(34)가 작동하여 블레이드(33)의 회전으로 발생되는 전기 에너지를 구동모터(81)의 구동 에너지로 재공급하고, 구동장치(80)의 절환스위치(82)가 하향 되어 있을 경우에는 양수펌프(

41)가 작동하여 저수조(43)에 저장된 물을 압송관(42)을 통해 낙차시켜 상기 블레이드(33)를 회전시킴으로써 전기 에너지가 발생하게 되고 이 에너지는 다시 구동모터(81)의 구동 에너지로 재공급되어 별도의 구동장치 없이 상기의 발전장치를 구동시킬 수 있어 효율적이다.

그리고 풍력 발전장치(30)를 작동시키면 송풍기(34)의 작동으로 블레이드(33

)의 회전력이 높아져서 전기 에너지가 발생하게 되고, 상기 발생한 에너지는 발전기(31)와 연결된 전기선로를 통해 구동모터(81)를 작동시켜 구동 에너지를 공급하게 되며, 소수력 발전장치(40)를 작동시키면 양수펌프(41)의 가동으로 저수조(43)에 저장된 물을 압송관(42)으로 끌어올려 낙차할 때 블레이드(33)의 회전으로 발생하는 전기 에너지를 발전기(31)와 연결된 전기선로를 통해 구동모터(81)를 작동시켜 구동 에너지를 공급하게 된다.

또한 인버터(60)의 변환스위치(61)를 직류로 하였을 경우에는 각 발전장치의 구동시 발생하는 전기 에너지를 충전장치(70)에 삽입되어 있는 건전지(71)를 충전하는데 사용하게 되며, 상기에서 콘트롤 박스(50)의 전압계(51)와 전류계(52)는 각발전장치들이 발전시 전압과 전류를 표시하게 되며, 외부에 필요한 전기를 공급받고자 할 경우에는 외부 교류단자(55)(55')에 특정 콘센트를 삽입하여 전기를 공급받을 수 있으므로 야외학습시 효율적으로 사용될 수 있다.

이와같이 본 고안은 태양열 발전장치(20)를 통해 집열되는 온도를 가시화할 수 있으며, 태양광 발전장치(10)를 통해 빛 에너지를, 풍력 발전장치(30)를 통해 바람 에너지를, 소수력 발전장치(40)를 통해 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 다른 발전장치를 구동시키는 전기 에너지로 활용되는 것을 시각적으로 직접 체험할 수 있음으로써 대체 에너지에 대한 체계적이고 종합적인 탐구의욕을 고양시켜 과학인재의 조기육성이 가능할 뿐만 아니라, 대체 에너지의 중요성을 인지하여 에너지 절약 정신을 고취시킬 수 있는 자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재를 제공코자 한 데 있는 것이다.

Claims

빛 에너지를 집광시켜 전기 에너지로 변환시키기 위해 태양전지인 솔라셀(11)을 이용하거나 집광판을 이용한 실습용 학습교재에 있어서, 솔라셀(11)이 장착되어 태양광이나 인공태양(12)을 통해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전장치(10)와; 오목한 접시형상으로 성형된 집열기(21)로 태양열이나 인공태양열을 모아 온도를 상승시키는 태양열 발전장치(20)와; 일정 각도로 기울어진 블레이드(33)에 발전기(31)가 내설된 지지대(32)가 장착되어, 상기 블레이드(33)를 송풍기(34)로 송풍시켰을 경우 블레이드(33)의 회전으로 발전하는 풍력 발전기(30)와; 상기 블레이드(33)를 수차로 이중 사용하여 블레이드(33)의 상측에 양수펌프(4

1)를 이용하여 물을 압송하는 압송관(42)과 상기 압송관(42)을 통해 낙차하는 물을 저장하는 저수조(43)가 구비된 소수력 발전장치(40)와; 상기 태양광 발전장치(10)와 풍력 발전장치(30) 및 소수력 발전장치(40)의 전압과 전류를 나타내는 전압계(51), 전류계(52)와 상기 발전장치들의 전원을 작동시키는 전원스위치(53)와 태양열 발전장치(20)에서 집열된 태양열의 온도를 나타내는 디지털 온도계(54) 및 외부 교류단자(55)(55') 등이 구비된 콘트롤 박스(50)와; 태양광 발전장치(10)와 풍력 발전장치(30) 및 소수력 발전장치(40)의 전류를 직류와 교류로 변환하는 변환스위치(61)가 장착된 인버터(60)와; 상기 인버터(60)의 변환스위치(61)를 직류로 변환했을 경우 건전지(71)를 충전할 수 있는 충전장치(70)와; 각 발전장치에서 발생되는 전기를 구동시키는 구동모터(81)의 일측에 송풍기(34)와 양수펌프(41)의 공급전기를 절환시키는 절환스위치(82)가 연결 설치된 구동장치(80)를 특정 판넬(90)에 장착한 구조로 된 자연의 운동 에너지를 이용한 발전(發電) 실습용 학습교재.