KR20070007729A - 중력과 부력을 이용한 발전장치 - Google Patents

중력과 부력을 이용한 발전장치 Download PDF

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KR20070007729A
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Abstract

본 발명은 전기를 발생시키는 발전장치에 관한 것으로서, 발전기가 중력과 부력에 의해 승강하면서 전기를 생산하도록 하여, 오염물질이 발생하지 않게 되어 환경오염 및 지구의 온난화 등을 방지할 수 있는 중력과 부력을 이용한 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 가이드와, 상기 가이드의 내측에 로울러에 의해 상하로 이동가능하게 지지되는 몸체와, 상기 몸체에 개폐가능하게 설치되어 부력에 의해 상기 몸체의 상승시 개방되며 물이 유입되고, 상기 몸체의 하강시 폐쇄되어 물의 유입을 차단하는 유입수문과, 상기 몸체의 하측에 마련되어 상기 몸체의 하강시 내부에 물을 배출시키기 위힌 펌핑부와, 상기 몸체의 하부에 설치되어 중력에 의해 상기 몸체의 하강시 상기 펌핑부에 닿아 개방되며 물이 배출되고, 상기 몸체의 상승시 폐쇄되어 물의 유입을 차단하는 유출수문과, 상기 가이드를 상하로 가로질러 설치되는 랙기어와, 상기 몸체에 설치되어 상기 몸체의 승, 하강시 상기 랙기어와 치합되며 전기를 발생하는 발전기를 포함한다.
중력, 부력, 발전, 펌프, 공기, 랙기어, 자성체, 완충, 전기

Description

중력과 부력을 이용한 발전장치{GENERATOR OF USING GRAVITY AND BUOYANCY}
도 1은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 일부를 절개하여 도시한 도.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 발전장치의 유입수문이 닫힌 상태와 열려진 상태의 작동상태도.
도 4의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 발전장치의 유출수문의 닫힌 상태와 열려진 상태의 작동상태도.
도 5의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 유입수문을 확대한 사시도와 유입구를 막는 차단판의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 몸체를 절개하여 유출수문을 보인 부분 절개 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 공기공급부를 확대하여 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 완충부를 확대하여 도시한 단면도.
도 9의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치(1)의 몸 체(20)가 상승한 상태 및 하강한 상태의 작동상태도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 작동상태도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 발전장치 10 : 가이드
11 : 상부프레임 111 : 프레임배수유로
12 : 호스걸이 15 : 로울러
20 : 몸체 20a : 제1자성체
20b : 제3자성체 21 : 경사부
22 : 유입수문 23 : 유입구
23a : 평탄면 24 : 차단판
24a : 오링 25 : 지지부
25a : 경첩 26 : 브라켓
26a : 연장부 27 : 바퀴
28 : 스프링 28a : 걸이부
29 : 오목부 291 : 상부배수유로
29a : 제2자성체 30 : 유출수문
30a : 원통부 32 : 유출구
33 : 지지봉 33a : 단차부
33b : 관통공 33c : 핀부재
34 : 제1판체 34a : 제1오링홈
34b : 체결부 34c : 나사
35 : 제2판체 36 : 와셔
37 : 너트 38 : 스프링
39 : 제1오링 40 : 펌핑부
42 : 케이싱 42b : 제4자성체
43 : 통로 44 : 펌프
45 : 중공부 46 : 제2오링
46a : 제2오링홈 47 : 안착부
471 : 하부배수유로 47b : 제4자성체
48 : 높이조절장치 50 : 발전부
52 : 랙기어 54 : 회전체
54a : 회전축 56 : 발전기
60 : 공기공급부 62 : 호스
64 : 개폐제어밸브 66 : 공기주입구
70 : 완충부 72 : 지지봉
72a : 단차부 73 : 제1지지판
74 : 제2지지판 75 : 너트
76 : 스프링 77 : 핀부재
79 : 걸림턱 W : 물
본 발명은 전기를 발생시키는 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물에 뜨는 성질인 부력과 지구에 의해 떨어지는 당겨지는 힘인 중력을 이용하여 전기를 발전시킬 수 있어 친환경적이고, 환경오염과 온난화를 방지하는 중력과 부력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기는 발전소 단위로 생산되며, 산간오지나 낙도 또는 전력수급이 원활하지 못한 곳에는 소규모의 발전장치를 사용하여 전기를 발전시킨다.
이와 같이 전기를 발생하는 발전장치는 사용되는 에너지원에 따라 석유나 석탄과 같은 화석연료를 이용하는 화력발전과, 태양열, 원자력, 수력, 조력, 풍력을 이용하는 발전 등으로 구분될 수 있다.
이러한, 발전장치 중 태양열, 수력, 조력 등을 이용하는 경우, 설치비가 많이 소요되고, 설치장소가 제한되어 널리 사용되지 못한다. 또한, 상기 발전장치 중 원자력을 이용하는 경우에는 발전시 나오는 폐기물로 인해 사회적인 문제로 대두되고 있는 상황이다.
한편, 화석연료를 이용하는 발전장치는 설치장소의 제한이 적고, 그 크기도 대용량 발전설비부터 소용량 발전설비 등으로 그 용량의 제한도 비교적 적다. 또한, 상기 발전장치는 연료의 공급이 쉽고 장소의 제한이 적어 널리 사용되고 있다.
그러나, 이와 같이 화석연료를 태우는 방법은 연소시 이산화탄소와 발암물질 등의 오염물질이 필연적으로 발생하고 있으며, 이로 인해 지구촌의 기상이변과 환경오염, 온난화의 주범이 되고 있으며, 각종 오염물질로 인해 민원이 제기되고 있어 발전소의 운영이 용이하지 않다. 뿐만 아니라 최근에는 유가가 상승함에 따라 전기를 발생하기 위한 비용이 과도하게 증가하고 있으며, 대체에너지원의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발전기가 중력과 부력에 의해 승강하면서 전기를 생산하도록 하여, 오염물질이 발생하지 않게 되어 환경오염 및 지구의 온난화 등을 방지할 수 있는 중력과 부력을 이용한 발전장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치는 가이드와, 상기 가이드의 내측에 로울러에 의해 상하로 이동가능하게 지지되는 몸체와, 상기 몸체에 개폐가능하게 설치되어 부력에 의해 상기 몸체의 상승시 개방되며 물이 유입되고, 상기 몸체의 하강시 폐쇄되어 물의 유입을 차단하는 유입수문과, 상기 몸체의 하측에 마련되어 상기 몸체의 하강시 내부에 물을 배출시키기 위한 펌핑부와, 상기 몸체의 하부에 설치되어 중력에 의해 상기 몸체의 하강시 상기 펌핑부에 닿아 개방되며 물이 배출되고, 상기 몸체의 상승시 폐쇄되어 물의 유입을 차단하는 유출수문과, 상기 몸체의 승, 하강시 전기를 발생하는 발전부를 포함한다.
또한, 상기 발전부는 상기 가이드를 상하로 가로질러 설치되는 랙기어와, 상기 몸체에 설치되어 상기 랙기어와 맞물려 회전하는 회전체에 의해 전기를 발생하는 발전기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 가이드는 상기 몸체의 상부에 설치되어 상측에서 하측으로 좁아지게 경사진 경사부를 포함하고, 상기 유입수문은 상기 몸체의 일측에 형성된 유입구를 막는 차단판과, 상기 차단판의 하부에서 연장되어 상기 몸체와 회동가능하게 고정된 지지부와, 상기 차단판의 상부에서 연결되어 일측이 상기 가이드의 경사부에 닿으며 이동하는 브라켓과, 상기 브라켓이 상기 몸체에 밀착하도록 탄성 가압하는 스프링을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 브라켓의 단부에 설치되어 상기 경사부와 밀착하는 바퀴를 포함할 수 있다. 또한, 상기 유출수문은 상기 몸체의 하단에 형성된 유출구에 삽입된 지지봉과, 상기 지지봉의 상단에 설치되어 상기 유출구의 상단을 막는 제1판체와, 상기 지지봉의 하단에 설치되어 상기 펌핑부에 닿아 눌러지는 제2판체와, 상기 몸체의 하단과 상기 제2판체 사이의 지지봉에 권취되어, 상기 제1판체가 상기 유출구에 밀착하도록 상기 제2판체를 탄성 가압하는 스프링을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1판체의 하단과 상기 유출구의 상부면 중 어느 적어도 어느 하나에 형성된 제1오링을 포함할 수 있다. 또한, 상기 펌핑부는 상면이 상기 몸체의 하단에 밀착되는 케이싱을 갖고, 상기 케이싱의 내부에 설치되어 상기 몸체 내의 물을 외부로 배출하는 펌프와, 상기 상면의 중앙부에는 상기 펌프의 흡수구와 연결되고 상기 제2판체 및 상기 지지봉의 일부를 수용하는 중공부가 형성될 수 있다. 더불어, 상기 케이싱의 상면과 상기 몸체의 하단 중 어느 적어도 어느 하나에 형성된 제2오링을 포함할 수 있다. 또한, 상기 몸 체의 상부에 설치되어 N극 또는 S극 중 어느 하나의 극성을 갖는 제1자성체와, 상기 가이드의 하부에 설치되어 상기 제1자성체와 다른 극성을 갖는 제2자성체를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 몸체의 하부에 설치되어 N극 또는 S극 중 어느 하나의 극성을 갖는 제3자성체와, 상기 펌핑부의 상부에 설치되어 상기 제3자성체와 다른 극성을 갖는 제4자성체를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 몸체의 상부 또는 하부는 유선형으로 형성될 수 있다. 더불어, 상기 몸체에 연결되어 상기 몸체의 하강시 부력이 발생하도록 공기를 공급하는 공기공급부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공기공급부는 일단이 대기와 통하게 연결되고, 타단은 상기 몸체의 하강시 상기 몸체에 형성된 공기주입구와 연결되는 호스를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 공기공급부는 상기 호스의 타단에 설치되어 상기 몸체의 공기주입구와 연결시 개방되는 개폐제어밸브를 포함할 수 있다. 상기 몸체의 상단 또는 하단과 상기 가이드 사이에 설치되어 상기 몸체의 급격한 이동시 충격을 방지하는 완충부를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 일부를 절개하여 도시한 도이다. 또한, 도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 발전장치의 유입수문이 닫힌 상태와 열려진 상태의 작동상태도이고, 도 4의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 발전장치의 유출수문의 닫힌 상태와 열려진 상태의 작동상태도이다.
본 발명에 따른 발전장치(1)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수중에 설치되어 중력과 부력에 의해 몸체(20)가 승, 하강하며 전기를 발생시키는 장치로서, 상기 몸체(20)는 가이드(10)에 의해 보호되며, 승, 하강이 안내된다. 이때, 상기 가이드(10)는 내부를 전체적으로 둘러싸도록 구성하거나, 프레임 등으로 뼈대만을 이루도록 하는 것도 가능하다. 상기 몸체(20)는 측면에 다수의 로울러(15)가 설치되며, 상기 로울러(15)가 상기 가이드(10)에 지지되어 상, 하로 이동할 수 있다.
이때, 상기 로울러(15)가 결합하는 가이드(10)는 상기 프레임의 네 모퉁이에 형성될 수 있으나, 그 설치되는 위치에 제한되지 않는다. 일례로, 상기 가이드(10)는 서로 마주 보는 양 대향면에 설치될 수 있고, 바람직하게는 상기 가이드(10)는 'ㄷ' 형으로 형성되어 상기 가이드(10)의 내측으로 상기 로울러(15)가 삽입되어 승, 하강이 안내된다.
상기 가이드(10)와 상기 몸체(20)는 물에 잠겨진 상태로 사용되며, 상기 몸체(20)는 내부가 중공되어 공기가 찰 경우, 물에 대한 부력을 갖도록 구성된다. 한편, 상기 몸체(20)에는 내부로 물을 유입할 수 있는 유입수문(22)이 설치된다.
도 3을 참고하면, 상기 몸체(20)에는 물의 유입할 수 있는 유입구(23)가 형성되고, 상기 유입수문(22)을 상기 유입구(23)를 개폐하게 된다. 여기서, 상기 유입수문(22)은 상기 몸체(20)가 부력에 의해 상승할 경우, 개방되도록 이루어져 물이 상기 유입구(23)를 통해 상기 몸체(20)의 내부로 들어올 수 있다.
상기 유입수문(22)은 상기 유입구(23)를 막는 차단판(24)을 포함하고, 상기 차단판(24)은 하부에서 연장된 지지부(25)에 의해 상기 몸체(20)의 일측에 회동가능하게 고정된다. 이를 위해 상기 지지부(25)에는 경첩(25a)이 설치될 수 있다.
또한, 상기 차단판(24)의 상부에는 상측으로 연장된 브라켓(26)이 설치되고, 상기 브라켓(26)은 상기 몸체(20)와 스프링(28)으로 연결된다. 상기 스프링(28)은 상기 브라켓(26)을 상기 차단판(24)이 상기 유입구(23)를 막도록 탄성적으로 가압한다. 이때, 상기 스프링(28)은 상기 브라켓(26)의 일측에 형성된 구멍과 일단이 연결되고, 타단은 상기 몸체(20)에 형성된 걸이부(28a)에 연결된다.
한편, 상기 가이드(10)는 상기 몸체(20)의 상부에 위치되는 경사부(21)를 포함한다. 상기 경사부(21)는 상측에서 하측으로 좁아지게 경사지게 형성되며, 상기 브라켓(26)의 일단이 상기 경사부(21)에 닿도록 이루어진다. 따라서, 상기 유입수문(22)은, 도 3의 (b)와 같이, 상기 몸체(20)가 상승할 경우, 상기 브라켓(26)이 상기 경사부(21)를 따라 외측으로 벌어짐에 따라 상기 유입구(23)를 개방하도록 이루어진다.
바람직하게는 상기 브라켓(26)의 일단에는 상기 경사부(21)와 밀착하는 바퀴(27)가 설치되며, 이로 인해 상기 브라켓(26)과 상기 경사부(21) 간의 마찰을 줄일 수 있다. 또한, 상기 바퀴(27)는 상기 경사부(21)를 따라 이동할 때 상기 스프링(28)과 간섭되지 않도록 상기 스프링(28)의 연결축상에서 소정거리 빗겨나게 설치되며, 이를 위해 상기 바퀴(27)가 설치되는 브라켓(26)의 일측에 연장부(26a)가 형성된다.
한편, 상기 몸체(20)에는 승, 하강시 전기를 발생하는 발전부(50)를 포함한다. 여기서, 상기 발전부(50)는 상기 가이드(10)를 상하로 가로질러 랙기어(52)가 설치되고, 상기 랙기어(52)에는 회전체(54)가 맞물리게 설치된다. 또한, 상기 회전 체(54)의 회전축(54a)은 발전기(56)와 연결된다. 상기 발전기(56)는 부력과 중력에 의해 상기 몸체(20)가 상승 또는 하강할 경우에 상기 랙기어(52)와 치합되어 회전하며 전기를 발생시킨다.
이때, 상기 몸체(20)는 상기 가이드(10)에 의해 이동이 안내되는바, 상기 가이드(10)의 길이가 길수록 전기의 생산구간이 길어지게 된다.
본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 유입수문을 확대한 사시도와 유입구를 막는 차단판의 평면도인 도 5의 (a)와 (b)를 참고하면, 상기 몸체(20)는 상기 유입구(23)가 형성되는 부분이 일부 돌출되어 평탄면(23a)을 이루게 된다. 그리고, 상기 차단판(24)에는, 도 5의 (b)와 같이, 오링(24a)이 설치되며, 이에 따라 상기 차단판(24)이 상기 유입구(23)를 막을 경우, 틈새를 밀봉할 수 있다.
또한, 상기 몸체(20)의 하부에는 상기 유입수문(22)을 통해 상기 몸체(20) 내로 유입된 물을 외부로 배출시키는 펌핑부(40)가 설치된다.
또한, 상기 몸체(20)의 하부에는 중력에 의해 상기 몸체(20)의 하강시 상기 펌핑부(40)에 닿아 개방되며 물을 배출하는 유출수문(30)이 설치된다. 또한, 상기 유출수문(30)은 상기 몸체(20)의 상승시에는 폐쇄되어 물의 유입을 차단한다.
도 6은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 몸체를 절개하여 유출수문을 보인 부분 절개 사시도로서, 상기 유출수문(30)은 상기 몸체(20)의 하단에는 지지봉(33)이 삽입된다. 또한, 상기 지지봉(33)이 삽입된 주위로는 상기 몸체(20) 내의 물을 배수하기 위한 다수의 홀 구조로 이루어진 유출구(32)가 형성된다.
그리고, 상기 지지봉(33)은 상기 유출구(32)를 기준으로 그 상단에 상기 유출구(32)의 상단과 밀착하여 내측을 막는 제1판체(34)가 설치되고, 상기 지지봉(33)의 하단에는 상기 펌핑부(40)에 닿는 제2판체(35)가 형성되며, 상기 제2판체(35)는 상기 중공부(45)의 하단부에 닿아 눌러지게 된다. 또한, 상기 제2판체(35)와 상기 몸체(20)의 하단 사이에는 스프링(38)이 개재된다. 상기 스프링(38)은 상기 제2판체(35)를 상기 몸체(20)로부터 탄성가압하며, 이에 따라 상기 제1판체(34)가 상기 유출구(32)를 가압하며 막게 된다.
이때, 상기 제2판체(35)는 상기 지지봉(33)과 일체로 형성될 수 있고, 상기 지지봉(33)은 상단에 일정높이에 면적이 더 적어지며, 외주면에 나사부가 마련된 단차부(33a)가 형성될 수 있다. 상기 지지봉(33)은 상기 몸체(20)의 하부에 삽입된 상태에서 상기 단차부(33a)에 와셔(36)가 삽입된다. 또한, 상기 제1판체(34)는 상기 와셔(36)의 상부에 설치된 상태에서 상기 단차부(33a)에 마련된 나사부에 너트(37)가 체결된다. 상기 너트(37)는 풀림을 방지하기 위해 이중너트 구조로 결합될 수 있고, 바람직하게는 상기 단차부의 일측에 관통공(33b)이 형성되고, 상기 관통공(33b)에는 핀부재(33c)가 삽입되어 상기 너트(37)의 풀림을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1판체(34)의 하단에 제1오링(39)이 결합되어, 상기 유출구(32)를 막아 틈새를 밀봉할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1판체(34)의 하면에는 상기 제1오링(34)의 일부가 안착되는 제1오링홈(34a)이 형성된다. 또한, 상기 제1오링(34)은 외주측 및 내주측에 일정한 간격으로 체결부(34b)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 체결부(34b)는 중앙부에 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀에 나사(34c)를 체결 하여 상기 제1오링(39)과 상기 제1판체(34)가 견고히 결합되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제1오링(39)의 설치위치는 상기 제1판체(34)의 하단으로 제한되지 않으며, 상기 유출구(32)의 상부면에 설치하여 상기 제1판체(34)와 밀착하여 틈새를 밀봉하도록 설치하는 것도 물론 가능하다.
또한, 상기 몸체(20)의 하단부에는 상기 스프링(38)을 안정적으로 지지하고, 상기 몸체(20)의 강도를 보강하기 위한 원통부(30a)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 펌핑부(40)는 상면이 상기 몸체(20)의 하단에 밀착되는 케이싱(42)을 포함한다. 그리고, 상기 케이싱(42)의 내부에는 상기 몸체(20) 내의 물을 외부로 배출하는 펌프(44)가 설치된다. 또한, 상기 케이싱(42)의 상면은 중앙부에 상기 펌프(44)의 흡수구와 연결되는 통로(43)를 갖춘 중공부(45)가 형성되고, 상기 중공부(45)에는 상기 몸체(20)의 하강시 상기 제2판체(35) 및 상기 지지봉(33)의 일부가 수용된다. 이때, 상기 중공부(45)의 하부는 상기 제2판체(35)의 하단이 눌러지는 높이를 조절하기 위한 높이조절장치(48)가 설치될 수 있다.
상기 케이싱(42)은 상기 중공부(45)의 하단에 상기 제2판체(35)의 하강시 눌러지며 상기 펌프(44)를 작동시킬 수 있는 (도시되지 않은) 스위치가 설치된다. 따라서, 상기 펌프(44)는 상기 몸체(20)가 하강하여, 상기 제2판체(35)가 상기 스위치를 작동시킬 경우에만 상기 펌프(44)가 작동하게 된다.
또한, 상기 케이싱(42)의 상면과 상기 몸체(20)의 하단 중 적어도 어느 한 쪽에는 제2오링(46) 및 상기 제2오링(46)을 안착할 수 있도록 제2오링홈(46a)이 형성되며, 상기 몸체(20)의 하강시 상기 몸체(20)와 상기 케이싱(42) 사이에 밀착되 어 틈새를 밀봉하게 된다. 이와 같이 상기 케이싱(42)의 상면과 상기 몸체(20)의 하단이 밀착됨에 따라 상기 유출구(32)와 상기 중공부(45)가 밀폐되며, 상기 펌프(44)의 작동에 의해 상기 몸체(20) 내의 물이 외부로 배출된다.
이와 같이, 상기 몸체(20) 내의 물이 외부로 배출되면, 상기 몸체(20)에 부력이 발생하며 상승된다.
한편, 상기 몸체(20)의 상부와 하부는 승, 하강시 물에 대한 저항이 감소하도록 형성되는 것이 바람직하며, 일례로 상기 몸체(20)는 상, 하부가 유선형 또는 반원형과 같이 물에 대한 저항을 저감할 수 있는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 몸체(20)의 상, 하부가 유선형 또는 반원형으로 형성됨에 따라, 상기 몸체(20)의 경사부(21)는 내측에 상기 몸체(20)의 상부와 대응하게 반원형의 오목부(29)가 형성된다. 또한, 상기 오목부(29)의 상단에는 상기 몸체(20)의 상승시 상기 몸체(20)의 상부 공간 사이의 물을 배출하기 위한 상부배수유로(291)가 형성된다. 또한, 상기 가이드(10)의 상부 프레임(11)에는 상기 상부배수유로(291)로 배출된 물을 외부로 배수하기 위한 프레임배수유로(111)가 형성될 수 있다.
상기 몸체(20)의 상단에는 극성을 갖는 제1자성체(20a)가 설치된다. 그리고, 상기 오목부(29)의 하단에는 상기 제1자성체(20a)와 다른 극성을 갖는 제2자성체(29a)가 배치된다. 즉, 상기 몸체(20)의 상단에는 S극의 자성체가 배치되고, 상기 가이드(10)의 하단에는 N극의 자성체가 배치된다.
또한, 상기 몸체(20)의 하단에는 N극 또는 S극 중 어느 하나의 극성을 갖는 제3자성체(20b)가 설치되고, 상기 펌핑부(40)의 상부에는 상기 몸체(20)의 하단이 안착되는 안착부(47)가 형성된다.
또한, 상기 안착부(47)에는 상기 몸체(20)의 하강시 그 사이의 물을 배출하기 위한 다수의 하부배수유로(471)가 형성된다. 따라서, 상기 발전장치(1)는 상기 몸체(20)의 하강시 상기 안착부(47) 사이의 물이 상기 배수유로(47a)를 통해 배출되며 소정의 유압을 형성하게 되어, 상기 몸체(20)의 하강시 발생하는 충격을 완충할 수 있다.
또한, 상기 케이싱(42)의 상단과 상기 안착부(47)에는 상기 제3자성체(20b)와 다른 극성의 제4자성체(42b, 47b)가 배치된다. 상기 제4자성체(42b, 47b)는 상기 몸체(20)의 상기 제3자성체(20b)와 자력에 의해 붙게 되어 하강된 몸체(20)가 상기 케이싱(42)과 밀착하도록 하며, 그 내부의 물이 배수되어 부력이 발생하기 까지 상기 몸체(20)를 상기 케이싱(42)과 밀착되게 한다.
또한, 본 발명에 사용된 자성체는 그 외부에 물과의 직접적으로 접촉하지 않도록 하는 보호피막(P)이 형성되며, 상기 보호피막(P)은 합성수지재 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 등과 같이 튼튼하고, 물, 특히 바닷물에 대한 부식성이 적은 다양한 재질이 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 공기공급부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 7을 참고하면, 상기 몸체(20)에는 상기 펌프(44)에 의해 내부의 물의 배출이 쉽고, 부력이 발생할 수 있도록 공기를 공급하는 공기공급부(60)가 연결된다. 상기 공기공급부(60)는 상기 몸체(20)와 일체로 연결되도록 할 수 있으며, 상기 공 기공급부(60)는 상기 몸체(20)의 상승시 부력이 증가할 수 있도록 상기 몸체(20)와 분리되도록 설치될 수 있다.
이를 위해, 상기 공기공급부(60)는 일단이 대기와 통하게 연결되고, 타단은 상기 몸체(20)가 하강될 경우 상기 몸체(20)에 형성된 공기주입구(66)와 연결되는 호스(62)를 포함한다. 여기서, 상기 호스(62)는 상기 몸체(20)가 하강되어 상기 몸체(20)가 상기 펌핑부(40)에 닿을 경우 연결되며, 상기 펌프(44)의 작동시 상기 몸체(20)로 공기를 공급한다.
이때, 상기 공기공급부(60)는 상기 몸체(20)가 하강한 경우에만 공기를 주입하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 호스(62)에는 상기 몸체(20)의 공기주입구(66)와 연결될 경우에만 개방되는 개폐제어밸브(64)가 설치될 수 있다. 따라서, 상기 개폐제어밸브(64)는 상기 몸체(20)의 하강시 상기 공기주입구(66)와 연결되어 상기 몸체(20)의 내부로 공기를 공급하게 된다. 이때, 상기 호스(62)는 상기 가이드(10)에 설치된 호스걸이(12)에 의해 그 위치가 고정될 수 있다.
상기 개폐제어밸브(64)는 단부의 공기구멍(641)에 지지봉(647)이 삽입되고, 상기 공기구멍(641)의 외측에 위치된 지지봉(647)의 단부에는 제1지지판(642)이 일체로 형성된다. 또한, 상기 공기구멍(641)의 내측에 위치된 지지봉(647)의 단부에는 제2지지판(643)이 결합되는데, 이를 위해 상기 지지봉(647)은 내측으로 단차부(641a)가 형성되고, 상기 단차부(641a)에는 상기 제2지지판(643) 및 상기 제2지지판(643)을 고정시키기 위해 너트(644)가 체결된다. 또한, 상기 제1지지판(642)과 상기 호스(62)의 단부 사이에는 스프링(645)이 설치되며, 상기 스프링(645)이 상기 제1지지판(642)을 탄성 가압함에 따라 상기 제2지지판(643)이 상기 공기구멍(641)을 막게 된다. 또한, 상기 제2지지판(643)과 상기 호스(62)의 단부 사이에는 오링(646)이 설치되어 상기 제2지지판(643)과 상기 호스(62)의 단부가 밀착될 경우 틈새를 밀봉하게 된다. 또한, 상기 오링(646)이 접하는 호스(62)의 단부 내측에는 상기 공기구멍(641)의 주위로 다수의 통공(648)이 형성되어 공기의 유동량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 지지봉(647)은 상기 공기구멍(641)에 마련된 원통부(641a)에 의해 지지될 수 있다.
또한, 상기 공기주입구(66)의 개구(661)에는 지지봉(667)이 설치되고, 상기 공기주입구(66)의 내측에 위치된 지지봉(667)에는 제1지지판(662)이 설치된다. 또한, 상기 지지봉(667)의 다른 단부에는 제2지지판(663)이 설치된다. 상기 제2지지판(663)은 상기 지지봉(667)에 체결되는 너트(664)에 의해 고정된다. 상기 제2지지판(663)과 상기 공기주입구(66)의 단부 사이에는 스프링(665)이 설치되며, 상기 제2지지판(663)을 가압하여 상기 제1지지판(662)이 상기 공기주입구(66)의 개구(661)를 막도록 구성된다. 그리고, 상기 제1지지판(662)과 상기 공기주입구(66) 사이에는 오링(666)이 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 개구(661)의 주위로는 공기를 유량을 증가시키기 위한 다수의 통공(668)이 형성된다.
이와 같이, 상기 공기주입구(66)와 상기 개폐제어밸브(64)에 설치되는 완충수단은 동일한 구조를 가지며, 상기 몸체(20)의 하강에 의해 충격을 완화할 수 있다.
한편, 상기 개폐제어밸브(64)는 단부의 가장자리 둘레로 자성체(649)가 설치 된다. 상기 자성체(649)는 상기 공기주입구(66)에 설치되어 이 자성체(649)와 다른 극성(669)을 갖는 자성체와 자력에 의해 붙게 된다. 따라서, 상기 호스(62)가 상기 공기주입구(66)에 결합시, 상기 자력에 의해 결합력이 증가하게 된다.
또한, 상기 개폐제어밸브(64)의 단부에는 자성체들(649, 669)에 의해 결합시 상기 공기주입구(66)와의 틈새를 밀봉하기 위한 오링(645)이 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서, 상기 오링(645)은 상기 개폐제어밸브(64)의 상부에 설치된 것으로 설명하고 있으나, 상기 공기주입구(66)의 하부에 설치되는 것도 물론 가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 완충부를 확대하여 도시한 단면도로서, 상기 몸체(20)의 상단 또는 하단에는 상기 몸체(20)의 급격한 이동시 충격을 방지하기 위한 완충부(70)가 설치된다. 상기 완충부(70)는 상기 가이드(10)에 설치되어 상기 몸체(20)가 상기 경사부(21)와 접촉시 발생하는 충격을 완화할 수 있다. 한편, 상기 몸체(20)에는 상기 완충부(70)가 접촉하는 걸림턱(79)이 형성된다.
이를 위해, 상기 경사부(21)의 일측에는 관통홀(211)이 형성되고, 상기 관통홀(211)에는 지지봉(72)이 삽입된다. 상기 지지봉(72)의 하부에는 제1지지판(73)이 일체로 형성되고, 상기 지지봉(72)의 상부는 내측으로 단차부(72a)가 형성되며, 상기 단차부(72a)에는 제2지지판(74)이 삽입된다. 이때, 상기 제1지지판(73)과 상기 경사부(21) 사이에는 스프링(76)이 설치된다. 그리고, 상기 제2지지판(74)의 상측으로는 너트(75)가 체결되어 상기 제2지지판(74)을 고정하게 된다. 한편, 상기 지 지봉(72)의 일측에는 관통공이 형성되고, 상기 관통공에는 핀부재(77)가 삽입되어, 상기 너트(75)의 풀림을 방지한다.
또한, 상기 가이드(10)의 상부 프레임(11)에는 상기 완충부(70)의 완충 높이를 조절하기 위한 높이조절수단(112)이 설치될 수 있다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
도 9의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치(1)의 몸체(20)가 상승한 상태 및 하강한 상태의 작동상태도를 참하고면, 발전장치(1)를 수중(물 : W)에 설치하면, 부력에 의해 몸체(20)가 상승한다. 이때, 상기 몸체(20)는 완충부(70)에 의해 경사부(21)의 하부에 정지된다. 또한, 상기 몸체(20)는 상부에 설치된 제1자성체(20a)와 상기 경사부(21) 하부에 설치된 제2자성체(29a)의 당기는 힘에 의해 고정된다.
이때, 상기 몸체(20)의 유입수문(22)을 막는 차단판(24)은 상측으로 연장된 브라켓(26)의 로울러(15)가 상기 발전장치(1)의 가이드(10)에 설치된 경사부(21)와 접촉하게 되고, 이에 따라 상기 차단판(24)이 지지부(25)에 의해 회전가능하게 되어 상기 유입수문(22)을 열게 된다.
이와 같이, 상기 유입수문(22)이 열리게 되면, 물(W)이 상기 몸체(20)의 내부로 유입된다. 또한, 상기 몸체(20) 내의 물(W)이 일정량 이상 들어오게 되면, 상기 몸체(20)의 무게가 증가하게 되고, 지구의 중력에 의해 하강하게 된다.
이때, 상기 몸체(20)는 발전기(56)의 회전체(54)가 상기 가이드(10)에 설치 된 랙기어(52)와 치합되어 회전하게 되고, 상기 회전체(54)의 회전에 의해 상기 발전기(56)에서 전기가 발생된다.
한편, 상기 몸체(20)가 완전히 하강하면, 상기 몸체(20)의 하부는 케이싱(42)의 상부면에 밀착하게 된다. 그리고, 상기 몸체(20)의 하부에 마련된 유출구(32)는 제2판체(35)가 케이싱(42)의 중공부(45)에 삽입되어 밀리면서, 상기 지지부(25)와 그 단부에 형성된 제1판체(34)를 밀어 상기 유출구(32)를 개방한다. 또한, 상기 몸체(20)는 하부의 제3자성체(20b)가, 상기 케이싱(42)과 상기 안착부(47)의 제4자성체(42b, 47b)와 자력에 의해 고정된다.
이와 동시에 상기 제2판체(35)를 펌핑부(40)의 스위치를 작동시키게 되면, 펌프(44)가 작동하며 상기 유출구(32)를 통해 상기 몸체(20) 내의 물(W)을 외부로 배출한다. 이때, 상기 몸체(20)의 내부에는 물(W)의 배출되는 량에 대응하여 공기가 공급된다. 이를 위해, 상기 몸체(20)는 상기 완전히 하강시, 상기 몸체(20)의 일측에 형성된 공기주입구(66)가 공기공급부(60)의 호스(62)와 연결되고, 상기 호스(62)의 개폐제어밸브(64)가 열리면서 상기 몸체(20)로 공기를 공급한다.
이때, 상기 개폐제어밸브(64)는 단부의 제1지지판(642)이 상기 공기공급부(60)의 제1지지판(662)과 맞물리며 닿게 되고, 상기 개폐제어밸브(64)와 상기 공기주입구(66)의 지지봉(647, 667)이 각각 후퇴하며 공기가 서로 통하도록 연결된다. 이때, 상기 공기주입구(66)와 상기 호스(62)는 각각의 단부에 설치된 자성체(649, 669)에 의해 더욱 견고하게 결합될 수 있으며, 상기 개폐제어밸브(64)와 상기 공기주입구(66) 사이에 개재된 오링(645)에 의해 밀봉된다.
이와 같이, 상기 몸체(20)는 상기 펌프(44)에 의한 물(W)의 배출과, 상기 공기공급부(60)에 의한 공기의 공급으로 부력이 발생한다.
그리고, 상기 몸체(20)의 부력이 상기 제3자성체(20b) 및 상기 제4자성체(42b, 47b)의 자력과, 중력의 크기보다 커질 경우 상기 몸체(20)가 부력에 의해 상승한다.
이때, 상기 발전기(56)의 회전체(54)가 상기 랙기어(52)와 치합되며 전기가 발생한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다. 또한, 도면상에서 상기 가이드(10)는 길이는 축소하여 표시된 것이며, 상기 가이드(10)의 길이는 길수록 전기의 생산할 수 있는 영역이 증가하게 된다. 더불어, 상기 발전장치(1)는 수중(물 : W)속에 설치되는 높이의 제한이 없으나, 깊은 곳에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발전장치(1)는 호수, 강 또는 바다와 같이 부력이 발생할 수 있는 장소에 설치할 수 있다. 이를 위해 상기 가이드(10)와 상기 몸체(20), 호스(62) 등의 재질은 특별히 명시하지 않았지만, 물이나 바닷물에 강한 재질이 사용되며, 수압에 견딜 수 있도록 충분한 강도를 갖는 재질과, 두께, 형태를 갖도록 제작되는 것이 마땅하다.
또한, 상기 공기공급부(60)는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치의 작동상태도인 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(20)와 일체로 연결될 수 있다. 이때, 상기 호스(62)는 유연한 재질로 이루어져 상기 몸체(20)의 승하강에 따라 그 형태가 가변될 수 있다. 따라서, 상기 호스(62)는 상태 몸체(20)의 위치에 따라 그 형태가 변하게 된다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 중력과 부력을 이용한 발전장치는 내부에 발전기가 설치된 몸체가 중력과 부력에 의해 승강하면서 전기를 발생하므로, 오염물질의 발생을 방지할 수 있고, 전기의 생산에 소요되는 유지비를 최소화 할 수 있을 뿐 아니라 환경오염 및 지구 온난화 등을 방지할 수 환경친화적인 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 가이드와,
    상기 가이드의 내측에 로울러에 의해 상하로 이동가능하게 지지되는 몸체와,
    상기 몸체에 개폐가능하게 설치되어 부력에 의해 상기 몸체의 상승시 개방되며 물이 유입되고, 상기 몸체의 하강시 폐쇄되어 물의 유입을 차단하는 유입수문과,
    상기 몸체의 하측에 마련되어 상기 몸체의 하강시 내부에 물을 배출시키기 위한 펌핑부와,
    상기 몸체의 하부에 설치되어 중력에 의해 상기 몸체의 하강시 상기 펌핑부에 닿아 개방되며 물이 배출되고, 상기 몸체의 상승시 폐쇄되어 물의 유입을 차단하는 유출수문과,
    상기 몸체의 승, 하강시 전기를 발생하는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전부는 상기 가이드를 상하로 가로질러 설치되는 랙기어와,
    상기 몸체에 설치되어 상기 랙기어와 맞물려 회전하는 회전체에 의해 전기를 발생하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드는 상기 몸체의 상부에 설치되어 상측에서 하측으로 좁아지게 경사진 경사부를 포함하고,
    상기 유입수문은 상기 몸체의 일측에 형성된 유입구를 막는 차단판과, 상기 차단판의 하부에서 연장되어 상기 몸체와 회동가능하게 고정된 지지부와, 상기 차단판의 상부에서 연결되어 일측이 상기 가이드의 경사부에 닿으며 이동하는 브라켓과, 상기 브라켓이 상기 몸체에 밀착하도록 탄성 가압하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 브라켓의 단부에 설치되어 상기 경사부와 밀착하는 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유출수문은 상기 몸체의 하단에 형성된 유출구에 삽입된 지지봉과, 상기 지지봉의 상단에 설치되어 상기 유출구의 상단을 막는 제1판체와, 상기 지지봉의 하단에 설치되어 상기 펌핑부에 닿아 눌러지는 제2판체와, 상기 몸체의 하단과 상기 제2판체 사이의 지지봉에 권취되어, 상기 제1판체가 상기 유출구에 밀착하도록 상기 제2판체를 탄성 가압하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1판체의 하단과 상기 유출구의 상부면 중 어느 적어도 어느 하나에 형성된 제1오링을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 펌핑부는 상면이 상기 몸체의 하단에 밀착되는 케이싱을 갖고,
    상기 케이싱의 내부에 설치되어 상기 몸체 내의 물을 외부로 배출하는 펌프와,
    상기 상면의 중앙부에는 상기 펌프의 흡수구와 연결되고 상기 제2판체 및 상기 지지봉의 일부를 수용하는 중공부기 형성된 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 케이싱의 상면과 상기 몸체의 하단 중 어느 적어도 어느 하나에 형성된 제2오링을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 상부에 설치되어 N극 또는 S극 중 어느 하나의 극성을 갖는 제1자성체와,
    상기 가이드의 하부에 설치되어 상기 제1자성체와 다른 극성을 갖는 제2자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 하부에 설치되어 N극 또는 S극 중 어느 하나의 극성을 갖는 제3자성체와,
    상기 펌핑부의 상부에 설치되어 상기 제3자성체와 다른 극성을 갖는 제4자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 상부 또는 하부는 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체에 연결되어 상기 몸체의 하강시 부력이 발생하도록 공기를 공급하는 공기공급부를 포함하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 공기공급부는 일단이 대기와 통하게 연결되고, 타단은 상기 몸체의 하강시 상기 몸체에 형성된 공기주입구와 연결되는 호스를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 공기공급부는 상기 호스의 타단에 설치되어 상기 몸체의 공기주입구와 연결시 개방되는 개폐제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 상단 또는 하단과 상기 가이드 사이에 설치되어 상기 몸체의 급격한 이동시 충격을 방지하는 완충부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력과 부력을 이용한 발전장치.
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