KR200466910Y1 - 애니워터를 이용한 자가발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 물의 흐름을 이용한 자가발전시스템에 관한 것으로서 물막이 구조물에 배출구를 만들고 다수개의 가이드를 설치하여 물이 가이드를 따라 내려오면서 가이드에 설치된 발전유닛을 통해 발전이 되도록 한것으로서 현재 설치되어있가나 설치된 많은 물막이 시설을 이용하여 발전을 하는 것이 가능하도록 한다.

Description

애니워터를 이용한 자가발전 시스템{ELRCTRICITY GENERATING SYSTEM USING WATER}

본 고안은 물의 흐름을 이용한 자가발전 시스템에 관한 것이다.

본 고안은 물의 흐름을 이용한 자가발전 시스템에 관한 것으로서. 현재 친환경 발전방법으로 여겨지는 것은 여러 가지가 있는데 그중에서도 조력발전은 바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산하는 것을 말하며 조석현상으로 인해 해면 높이의 차이가 생기게 되고 이 과정에서 발생하는 위치에너지의 차이를 전력으로 변환하는 발전방식을 말한다. 조류가 밀려드는 동안 수문이 열려 저수지가 채워지고, 만조(滿潮)일 때는 수문이 닫히는데 유입한 바닷물을 높은곳의 저수지에 가두어 두었다가, 간조(干潮)와 같이 터빈을 작동시킬 만큼 충분한 낙차(落差)를 얻을 때 물을 방수하여 발전기를 회전시키는 원리이다. 즉 저수지로 흘러들어온 조류로 터빈을 작동시켜 발전하는 방식이므로 조력 발전이라고 부른다.

그런데 이러한 조력발전은 에너지원이 무제한이라고 할 수 있으며 공해의 원인이 되지는 않지만 입지조건이 제한되며 계절에 따라 발전량이 변동되는 약점이 있다.

이외에도 풍력발전, 수력발전 등이 친환경 발전방식으로 소개되지만 수력발전은 발전을 위하여 큰 토목공사를 일으켜야 하기 때문에 친환경이라고 부르기 어려운 측면이 있으며 풍력발전도 입지가 제한적이며 발전량이 항상 일정하지 않은 단점이 있다. 또한, 현재의 조력발전은 위치에너지를 전기에너지로 발전시키는 것이기 때문에 저수지등 대형 토목공사를 일으켜야 하기 때문에 친환경 발전이라고 부르기 어려운 측면이 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된것으로서, 바다, 강, 호수 등 물이 있는 곳에서 물의 흐름에 의해서도 전기를 발생시킬 수 있으며 환경을 손상시키지 않으면서도 발전이 가능한 자가 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은물의 흐름을 이용한 자가 발전시스템을 제공하는데 물막이 구조물의 상단에 설치되는 배출구와 상기 배출구로부터 배출되는 물의 흐름을 유도하는 가이드로서, 상기 가이드는 구조물의 상단부터 하단까지 물의 흐름을 유도할 수 있도록 하나이상의 가이드가 상단부터 하단까지 경사를 이루며 형성되는데 상단에 위치한 가이드의 아래부분에서 나가는 물이 바로 밑에 위치하는 가이드의 윗부분에 떨어지도록 연결되는 방식으로 형성되며
상기 가이드에는 하나이상의 발전유닛을 포함하는데 상기 발전유닛은 옆에서 볼때의 단면은 삼각형이며 상기 삼각형을 회전시켜서 얻어지는 회전체 두개를 평평한 면이 마주보도록 하여 연결부(25)를 통해 회전가능하게 맞붙인것으로서 위쪽의 회전체는 회전부가 되고 아래쪽의 회전체는 유체부가 되는데 유체부에는 물저장부가 형성되고 회전부에는 회전날개(23)가 부착되며 상기 발전유닛은 상기 회전부의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부를; 포함하고 상기 회전날개는 위치에 따라 날개가 펴지고 접혀지며 상기 발전유닛은 날개위치선정부를 더 포함하며 날개위치선정부는 물의 유입방향에 따라 날개의 펼치고 접힘을 조절하며 물의유입방향과 직각위치에 있는 날개를 가장 많이 편상태로 만들며 활짝펴진 날개와 180도 위상차가 있는 곳에 위치한 회전날개는 완전히 접힌 상태로 하며 상기 날개위치선정부는 물이 들이치고 내침에 따라 회전날개의 펼쳐지는 정도를 들이치고 내치는 주기에 따라 변화시키는것일 수 있다.

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상기 발전시스템은 전기가 많이 필요하지 않은 시간에 물을 상단으로 옮기기 위한 물이동수단을 더 포함하는 것일 수 있다.

상기한 바와 같은 발전유닛에 의하여 물이 있는 곳에서 발전이 가능한 발전유닛을 제공하는 효과를 갖는다.

도1은 본 고안에 따른 발전시스템의 일실시예를 도시한 도면
도2,3은 본 고안에 따른 발전유닛의 일실시예를 도시한 도면
도4는 본 고안에 따른 발전유닛의 구성을 도시한 블록도
도5내지9는 본 고안에 따른 발전시스템의 다른 실시예를 도시한 도면

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 고안을 상세하게 설명한다. 도1은 본 고안에 따르는 발전시스템의 구성을 도시한다. 본 고안에 따른 발전시스템은 보나 댐등이 설치되어 높이의 차가 있는 곳에 유용하다. 보는 바다, 강, 호수를 막론하고 물이 있는 곳에 설치될 수 있으며 수위차가 없더라도 보, 댐을 만들어 수위차를 만들어낼 수 있다.

도1과 같이 보가 설치되어 있는 곳에 배출구(11)를 설치하고 배출구를 따라서 가이드(12)를 다수개 설치하는데 가이드(12)는 높은곳에서 낮은곳으로 약간 경사가 형성되어 있다. 가장 위쪽의 가이드에서 떨어지는 물은 바로 아래쪽 가이드로 떨어지게 되며 방향을 바꿔서 다시 아래쪽으로 떨어지게 된다. 이러한 방식으로 여러개의 가이드를 거쳐서 보에 있는 물은 아래쪽으로 떨어지게 되는데 가이드의 폭을 좁히게 되면 수로에 흐르는 물의 속도를 빠르게 하는 것이 가능하며 이러한 가이드는 도면 처럼 한 개만 설치할 수 있는 것이 아니라 여러개 설치가 가능하다.

또한, 가이드에는 발전을 할 수 있는 발전기를 설치하게 된다. 도2에 이러한 발전유닛의 일실시예를 도시한다. 본 고안에서 사용하는 발전유닛은 하부의 유체부(22)와 상부의 회전부(21)로 나뉘며 유체부는 물을 저장하는 물저장부(24)를 그 내부에 가지고 있으며 유체부(22)에 회전부(21)가 회전가능하게 결합되며 회전부의 외주에는 회전날개(23)가 결합된다.

물속에서 원활한 회전을 위해 유체부(22)와 회전부(21)는 그 단면이 삼각형이며 전체적으로는 상기 단면을 회전시킨 회전체의 모양을 하고 있으나 상기 예는 일실시예에 불과하며 반구나 기타 다른 모습을 가질 수 있다.

유체부(22)의 물저장부(24)에는 물이나 기타 유체가 출입할 수 있으며 물저장부(24)에 물이 차게 되면 발전유닛이 물속에 가라앉게 되며 수리,보수를 할때 물을 배출함으로써 물위에 떠오르도록 할 수 있으며 다시 물을 담아 필요시 물속으로 가라앉도록 할 수 있다.

또한, 유체부(22)의 물저장부(24)에 물이 꽉 차게 됨으로써 유체부(22)와 회전부(21)사이의 평균적인 비중에 차이가 생기게 되어 유체부(22)는 거의 회전하지 않는 상태로 가만히 있어도 회전부(21)는 유체부와의 연결부(25)가 회전하게 되면서 회전하게 된다. 특히 회전날개(23)가 흐르는 유체의 압력을 받아 회전부의 회전을 가속시키게 된다. 회전부가 회전할 때 유체부에 저장된 발전부(도시되지 않음)에 의해서 기전력을 발생시키면 이렇게 생산된 전력을 유선으로 연결된 본체에 보내게 된다. 이러한 발전유닛을 다수개 사용하며 발전유닛의 사용갯수에 따라서 발전용량을 증가시킬 수 있다. 도1에도 발전유닛(13)이 일렬로 배치된것을 볼 수 있다.

도3은 본 고안에 따르는 발전유닛을 위쪽에서 내려다 본 모습을 도시한다. 발전유닛의 상단은 회전부(21)로 이루어져 있으며 회전부(21)의 상면에는 회전날개(23)가 형성되어 있다. 물이 도면에서 보았을때 도면의 위쪽에서 아래쪽으로 흐른다고 가정했을때 물의 유입방향과 90도 각도를 이루게 되는 4번영역부분의 회전날개는 완전히 서있게 되며 이와 대칭되는 영역에 있는 12번영역의 회전날개는 완전히 접힌 상태가 된다. 또한 4번과 12번영역 사이에 있는 다른 영역에 있는 회전날개는 시계방향을 따라 회전하면서 점점 접힌 상태이다가 다시 점점 펴지는 상태일 수 있다.

도3에 도시된 상태는 발전유닛의 어느 한 시점에서의 상태를 도시한것이지만 4번영역에 왔을때는 언제나 항상 서있는 상태가 되도록 하며 각 영역에서 미리 설정한 것과 같은 상태로 회전날개가 직립하도록 한다. 회전날개를 세우고 접는 것은 발전유닛에 의하여 발전된 기전력을 사용할 수도 있으나 안정적인 동작을 위해서는 별도의 전원을 갖는 것이 좋다.

도3에 표시된 상황은 물이 한쪽방향으로 일방적으로 흐를때의 상황을 도시한것이지만 해변에서 파도가 칠때와 같이 한쪽방향으로 흐르다가 다시 어느 정도 되돌아 왔다가 다시 처음방향으로 흐르는 경우가 많다. 밀물때는 한쪽방향으로 흐르는 정도가 되돌아 오는 정도보다 더 클때이며 썰물은 한쪽방향으로 흐를때보다 되돌아 오는 정도가 더 클때가 된다.

이러한 상황에서 사용할 수 있도록 하기 위하여 들이치고 내치는 주기에 따라 4번과 12번을 중심으로 각각의 상태를 반전시킬 수 있다. 즉, 물이 위에서 아래로 흐를때는 4번이 완전히 펴지고 12번이 완전히 접힌 상태이지만 이렇게 들이치다가 다시 반대방향으로 되 칠때는 12번이 완전히 펴지고 2번이 완전히 접힌 상태이며 시계방향을 따라 조금씩 접히고 조금씩 펴지게 된다. 이것은 회전부에서 각각의 날개가 어느 위치에 있는 지를 확인하여 해당위치에 따라 날개의 펴짐정도를 조절하게 된다.

위치를 보다 정확하게 정하기 위해서는 유체부를 바닥에 고정시킬 수도 있지만 유체부를 물에 띄울 수 있게 하면 어떤 깊이의 물에서도 사용할 수 있기 때문에 활용도가 높아진다. 그러나 좁은 수로등에서 사용하는 겨웅에는 유체부 바닥에 봉을 달아 바닥면에 고정시키도록 할 수 있다.

물이 들어왔다가 나갔다 하는 곳인 경우에는 4번은 완전히 펴고 12번은 완전히 접은 상태로 세팅하게 되면 들이치는 물에 4번쪽 날개에 물이 부딪혀 유닛을 회전시키고 내치는 물에 다시 돌아가 있는 4번에 부딪혀 회전시키도록 할 수가 있다. 그러나 유닛의회전주기와 물이 들이치고 내치는 주기가 맞지 않을 수 있기 때문에 물이 들이치고 내치는 주기에 따라서 해당위치에 있는 날개를 펴고 접음으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.

도4는 본 고안에 따르는 발전유닛의 구성요소를 도시한 블록도이다. 본 고안에 따르는 발전유닛은 물저장부를 갖는 유체부와 물의 유입에 따라 회전을 하게 되는 회전부를 가지며 회전부의 회전에 따라 기전력을 발생시키는 발전부(22)와 회전부의 회전날개의 위치를 정하는 날개위치선정부(22)룰 포함한다. 또한 이러한 모든 구성요소는 제어부에 의하여 제어된다.

도5는 본 고안에 따르는 다른 실시예를 도시한다. 도1의 실시예를 좀더 위쪽에서 본 모습을 도시한다. 오른쪽 부분에 고여있는 물이 배출구를 통해서 가이드를 거쳐서 아래쪽으로 내려오는 것을 볼 수 있다. 가이드의 길이나 폭은 발전유닛의 용량에 따라 달라질 수 있으며 발전유닛은 가이드에 고정된상태로 작동되도록 할 수 있다. 또한, 물이 흐르는 곳에 도시된것과 같이 보를 설치하고 아래쪽에 있는 물을 전기를 많이 사용하지 않는 시간대에 퍼올려서 전기가 많이 사용되는 시간에 배출구를 열어 발전유닛을 가동시킬 수 있다.

도6은 옆에서 보시한 것으로 가이드(12)가 약간씩 경사지어 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 도면에서 가이드(12)의 수는 4개로 하였지만 보의 폭과 높이에 따라서 얼마든지 달라질 수 있다.

도7,8은 다른 방향에서 본 것을 도시하는 것이며 도9는 가이드(12)를 설치하기 위하여 기둥을 세운 것을 도시한다. 가이드는 기둥외에도 여러 가지 방법으로 설치될 수 있다.

11: 배출구 12: 가이드
13: 발전유닛 21: 회전부
22: 유체부 23: 회전날개
24: 물저장부 25: 연결부
31: 발전부 32: 날개위치선정부

Claims (4)

1. 물의 흐름을 이용한 자가 발전시스템으로서,
   물막이 구조물의 상단에 설치되는 배출구와
   상기 배출구로부터 배출되는 물의 흐름을 유도하는 가이드로서, 상기 가이드는 구조물의 상단부터 하단까지 물의 흐름을 유도할 수 있도록 하나이상의 가이드가 상단부터 하단까지 경사를 이루며 형성되는데 상단에 위치한 가이드의 아래부분에서 나가는 물이 바로 밑에 위치하는 가이드의 윗부분에 떨어지도록 연결되는 방식으로 형성되며
   상기 가이드에는 하나이상의 발전유닛을 포함하는데
   상기 발전유닛은 옆에서 볼때의 단면은 삼각형이며 상기 삼각형을 회전시켜서 얻어지는 회전체 두개를 평평한 면이 마주보도록 하여 연결부(25)를 통해 회전가능하게 맞붙인것으로서 위쪽의 회전체는 회전부가 되고 아래쪽의 회전체는 유체부가 되는데
   유체부에는 물저장부가 형성되고
   회전부에는 회전날개(23)가 부착되며
   상기 발전유닛은 상기 회전부의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부를; 포함하고
   
   상기 회전날개는 위치에 따라 날개가 펴지고 접혀지며 상기 발전유닛은 날개위치선정부를 더 포함하며 날개위치선정부는 물의 유입방향에 따라 날개의 펼치고 접힘을 조절하며 물의유입방향과 직각위치에 있는 날개를 가장 많이 편상태로 만들며 활짝펴진 날개와 180도 위상차가 있는 곳에 위치한 회전날개는 완전히 접힌 상태로 하며
   상기 날개위치선정부는 물이 들이치고 내침에 따라 회전날개의 펼쳐지는 정도를 들이치고 내치는 주기에 따라 변화시키는, 물의 흐름을 이용한 자가 발전시스템
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4. 제1항에 있어서, 상기 발전시스템은 전기가 많이 필요하지 않은 시간에 물을 상단으로 옮기기 위한 물이동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물의 흐름을 이용한 자가 발전시스템

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