KR20090004561U - 전력 발생 장치 - Google Patents

Abstract

전력 발생 장치는 상부 저장부와 하부 저장부와 상기 상부 저장부와 하부 저장부 사이에 수직으로 배열된 복수의 격실을 형성하는 타워를 포함한다. 각 격실은 배출구를 한정하는 격벽에 의해 그 다음 하부 격실과 분리된다. 각 격실에는 회전 메커니즘이 배열되며 이 회전 메커니즘은 상이한 방향으로 형성된 개구를 가지는 수용부를 지지하는 회전 샤프트를 포함한다. 이 샤프트는 발전기에 연결된다. 물이 상부 저장부에 놓이면 이 물은 배출구를 통해 그 다음 하부 격실로 아래 방향으로 흐르게 되며 수용부 내로 채워져 샤프트의 회전을 야기하며 이 회전은 발전기를 구동하여 전력을 생산한다. 하부 저장부로 아래 방향으로 흐르는 물은 전력 발생 장치의 사이클 동작을 유지하기 위해 상부 저장부로 다시 선택적으로 펌핑될 수 있다.

전력 발생 장치, 발전기, 전력

Description

전력 발생 장치{POWER GENERATION DEVICE}

본 고안은 전력 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력 발생 장치의 동작을 개시하기 위한 외부 전력 없이 전력을 연속적으로 공급하도록 주기적으로 동작하는 전력 발생 장치에 관한 것이다.

지구 상의 자원을 연속적으로 소비하는 것으로 인해 이제 그 자원이 점차적으로 고갈되고 있다. 더욱이, 화석 에너지의 사용은 증가된 온실 효과를 유발하여 이제 인간 사회에 심각한 문제로 되고 있다. 따라서, 지구상의 대부분 나라들은 전력의 공급을 위한 청정하고 재생가능한 전력원을 개발하는데 몰두하고 있다. 대부분 공통적으로 알려진 전력 발생 방법은 열발전, 수력 발전, 풍력 발전 및 원자력 발전을 포함한다. 열 발전에 있어, 발전 동작은 화석 연료를 연소시키는 것에 기초하며 이는 지구의 귀중한 자원을 소비할 뿐만 아니라 온실 가스를 방출하는 것과 연관되어 있다.

수력 발전에 있어, 상업적으로 실현되기 위해서는 큰 사이즈의 수차(water mill)가 요구된다. 이 수차는 종종 복수의 그룹으로 형성되며 수차에 연결된 발전기를 구동하기 위해 수차의 적절한 회전을 보장하기 위해 강한 물 흐름 충 격(strong water flow impact)을 요구한다. 이것은 고 비용이 된다. 또한 이 수차의 배치는 충분한 물 흐름이나 수력 에너지가 이용가능한 위치로 제한된다.

풍력 발전에 있어, 수차에 연결된 발전기를 구동하기 위해 수차에 충돌하여 이를 회전시키는 강한 바람으로부터 운동 에너지를 추출하기 위해 종종 높은 타워와 이 타워의 상부에서 회전가능하게 지지되는 큰 사이즈의 풍차(windmill)가 요구된다. 이 풍차의 구성은 고 비용이 되며 이 풍차의 배치는 연속적이고 일반적으로 중단되지 않는 바람이 존재하는 위치로 제한된다. 다시 말해, 풍력 발전은 바람이 일반적으로 이용가능하지 않은 영역에서는 적합지 않다.

원자력 발전은 온실 효과 관점에서 청정 전력 원이다. 그러나, 원자력 발전소가 위치된 영역에 대한 방사성 오염이 잠재적인 심각한 문제이다. 원자핵 발전의 미래는 여전히 논쟁 중에 있으며 환경 보호론자에 의해 계속적으로 논쟁이 될 것이다.

현재 사용되는 전력 발생 방법의 이들 단점을 감안하여 본 고안은 종래 방법과 장치의 단점을 극복하며 환경 보존적이고 무한히 동작가능한 전력 발생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 주요 목적은 외부 개시 전력의 공급 없이 전력을 연속적으로 공급하기 위해 주기적으로 동작가능한 전력 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 고안에 따라, 전력 발생 장치는 물 저장부를 각각 구비하는 상부층과 하부층을 가지는 타워를 포함한다. 물 펌핑 장치는 하부층 저장부에 배열되며 상부층 저장부로 연장되는 파이프 시스템에 연결된다. 상부층과 하부층 사이에 타워의 내부 공간은 실질적으로 수평인 격벽에 의하여 복수의 수직으로 배열된 격실로 분할되며, 각 격벽은 각 격실의 하부로 기능하며 배출구를 한정한다. 회전 메커니즘은 각 격실에 배열되며 각 격실의 하부 상에서 지지되며 상이한 각도 위치에 형성된 개구를 가지는 복수의 수용부를 포함한다. 이 회전 메커니즘은 각 격실과 연관된 전력 발생 유닛의 스핀들에 연결된 회전 샤프트를 구비한다.

따라서, 상부층 저장부에 물이 채워지는 경우, 이 물은 상부층 저장부의 하부에 형성된 배출구를 통해 상부층 저장부의 바로 아래에 있는 격실로 흐르도록 허용되며 이어서 순차적으로 각 격벽의 배출구를 통해 그 다음 저장부로 흐르도록 허용된다. 각 격실로 흐르는 물은 순차적으로 회전 메커니즘의 수용부 내로 채워지고, 수용부 내로 채워진 물의 중력으로 인해, 회전 메커니즘의 회전 샤프트는 미리 결정된 방향으로 회전하게 되며, 이것은 전력 발생 유닛의 스핀들을 구동하여 전력을 발생시킨다. 모든 격실을 통해 흐르는 물은 종국적으로 하부층 저장부에 채워지며 이후 물 펌핑 장치에 의해 펌핑되어 물은 전력의 연속 공급의 주기적인 동작을 위해 상부층 저장부로 다시 순환된다.

전술된 목적과 개요는 본 고안에 대한 간단한 도입만을 제공한다. 이 기술 분야에 숙련된 자에게는 명백한 본 고안 그 자체 뿐만 아니라 본 고안의 이들 목적과 다른 목적을 완전히 이해하기 위해서는, 본 고안의 이하 상세한 설명과 청구범 위는 첨부 도면을 참조하여 판독되어야 할 것이다. 명세서와 도면을 통해 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 의미한다.

본 고안의 많은 다른 장점과 특징은 본 고안의 원리를 포함하는 바람직한 구조적인 실시예가 예시를 통하여 도시되어 있는 첨부된 도면과 상세한 설명을 참조하면 이 기술 분야에 숙련된 자에게는 명백해질 것이다.

본 고안의 전력 발생 장치에서, 타워의 각 격실의 하부를 형성하는 각 격벽은 최하부 위치에 배출구를 갖는 오목한 형상으로 형성되어 있어 배출구를 둘러싸는 격벽 부분은 위쪽으로 경사지게 형성된다. 이것은 물이 배출구로 용이하게 안내되게 한다.

본 고안의 전력 발생 장치에서, 메인 도관이 타워 외부에 배열되며 외부 물 공급원에 연결된다. 브랜치 튜브는 메인 도관으로부터 각 격실로 연장한다. 따라서, 타워에서 순환하는 물이 증발과 같은 임의의 요인에 의해 감소되게 될 때, 물의 보충이 외부 물 공급원에 연결된 메인 도관을 통해 이루어질 수 있다.

이하 상세한 설명은 단지 예시적인 실시예이며 어쨌거나 본 고안의 범위, 응용가능성 또는 구성을 제한하고자 의도한 것이 전혀 아니다. 오히려, 이하 상세한 설명은 본 고안의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 예시를 제공할 뿐이다. 언급된 실시예에 대한 여러 가지 변경이 첨부된 청구범위에 한정된 본 고안의 범위를 벗어남이 없이 언급된 구성요소의 기능과 배열로 이루어질 수도 있을 것이다.

도면 및 특히 도 1, 도 1a, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 고안에 따라 구성된 전력 발생 장치(power generation device)는 상부층 저장부(11)를 형성하는 상단을 구비하고 타워(tower)(1)의 하부 또는 바닥에 형성된 하부층 저장부(12)를 포함하는 직립 타워(일반적으로 참조 부호 1로 표시)를 포함한다. 물 펌핑 장치(13)는 하부층 저장부(12) 내에 배열되며 상부층 저장부(11)로 위쪽으로 연장하는 파이프(14)에 연결된다.

타워(1)는 상부층 저장부(11)와 하부층 저장부(12) 사이의 내부 공간을 경험한다. 이 내부 공간은 상부층 저장부(11)와 하부층 저장부(12) 사이에 수직으로 배열된 적어도 하나의 격실(compartment)(15)을 형성한다. 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이, 이 내부 공간은 상부층 저장부(11)와 하부층 저장부(12) 사이에 복수의 수직으로 배열된 격실(15)로 분할된다. 이 격실(15)은 격실(15)을 형성하기 위해 수직으로 이격되어 있는 실질적으로 수평인 격벽(partition)(16)으로 한정된다. 각 격벽(16)은 각 격실(15)의 하부 기능을 수행하며 그 다음 하부 격실(15)과 연통하는 배출구(161)를 형성한다. 격실(6)은 최하부 지점에 배출구(161)가 형성된 오목한 형태로 형성된다. 따라서, 배출구(161)를 둘러싸는 격벽(16) 부분은 배출구(161)로부터 멀어지는 방향으로는 위쪽으로 경사져 있다.

각 격실(15)에서 회전 메커니즘(2)은 그 하부 격벽(16) 상에 장착된다. 이 회전 메커니즘(2)은 복수의 수용부(21)(이 실시예에서 4개로 예시됨)로 구성되고, 각 수용부는 상이한 각도 방향을 갖는 개구(opening)를 구비한다. 따라서, 이 회전 메커니즘(2)의 수용부(21)는 상이한 각도로 배열된다. 이 회전 메커니즘(2)은 바람 직하게는 수용부(21)의 공통 중심에 형성되고 이 수용부(21)와 고정된 회전 샤프트(22)를 포함한다. 이 회전 샤프트(22)는 트랜스미션 벨트(23)와 이와 연관된 풀리(미도시)를 통해 발전기와 같은 전력 발생 유닛(3)의 스핀들(31)에 연결된다.

타워(1) 외부에는 수도 공급 라인과 같은 외부 물 공급원과 연통하는 물 도관(water conduit)(17)이 배열된다. 물 도관(17)은 복수의 브랜치 튜브(branch tube)(171)를 포함하며, 각 브랜치 튜브(171)는 이 도관(17)과 연통하며 각 격실(15) 내로 연장되며 제어 밸브(172)를 구비한다.

전술된 구성요소/부재/메커니즘을 가지고, 전력 발생 장치는 예를 들어 강의 하류 지점에 형성되거나 바닷가에서 바닷물 유입 채널에 형성되거나 빗물용 큰 저장부 아래에 간단히 위치되어 형성될 수 있으며, 이로 상부층 저장부(11)에는 연속적으로 물이 공급될 수 있다. 그리고 전술된 바와 같이 상부층 저장부(11) 내로 채워지는 물은 상부층 저장부(11)의 하부에 형성된 배출구(미도시)를 통해 상부층 저장부(11) 바로 아래의 격실(15) 내로 흐른 다음 각 격벽(16)의 배출구(161)를 통해 그 다음 저장부(15)로 순차적으로 흐르도록 허용된다. 각 격실(15)로 흐르는 물은 순차적으로 회전 메커니즘(2)의 수용부(21) 내로 채워지며, 수용부(21) 내로 채워진 물의 중력으로 인해, 회전 메커니즘(2)의 회전 샤프트(22)는 미리 결정된 방향으로 회전하게 되며, 이로 전력 발생 유닛(3)의 스핀들(31)을 구동하여 전력을 발생한다. 이렇게 발생된 전력은 전력 발생 유닛(3)에 연결된 전기 와이어(32)를 통해 저장 및 차후 사용을 위해 전력 저장 장치로 전달된다. 모든 격실(15)을 통해 흐르는 물은 종국적으로 하부층 저장부(12)에 채워지며 이후 이 물은 물 펌핑 장 치(13)에 의해 펌핑되어 전력의 연속 공급의 주기적인 동작을 위해 상부층 저장부(11)로 다시 순환된다.

또한 도 4 및 도 5를 참조하면, 실제 응용에서, 본 고안의 전력 발생 장치는 강의 하류 지점에, 바닷가의 바닷물 유입 채널에 또는 빗물용 큰 저장부 아래에 형성되어, 이로 상부층 저장부(11)에 물이 연속적으로 공급된다. 이 물은 이후 격실(15)의 각 격벽(16)의 배출구(161)를 통해 아래방향으로 흐른다. 격벽(16)의 오목한 형상으로 인해, 물은 그 다음 하부 격실(15)의 회전 메커니즘(2)의 수용부(21) 쪽으로 흐르도록 그 배출구(161) 쪽으로 용이하게 안내된다. 회전 메커니즘(2)의 수용부(21) 내로 채워진 물의 무게로 인해 회전 메커니즘(2)은 미리 결정된 방향으로 회전하며, 이로 트랜스미션 벨트(23)와 이와 연관된 풀리를 통해 전력 발생 유닛(3)의 스핀들(31)이 구동된다. 이에 따라 전력 발생 유닛(3) 내에 있는 와이어 권선에 전기 전류가 유도되며 이렇게 생성된 전력은 전력 발생 유닛(3)에 연결된 전기 와이어(32)를 통해 다른 전기 기기나 장치에 의해 저장 및 차후 사용을 위해 전력 저장 장치로 전달된다.

또한 도 6을 참조하면, 물이 격벽(16)의 배출구(161)를 통해 모든 격실(15)을 통해 흐른 후 하부층 저장부(12)에 채워지는 과정 동안, 상부층 저장부(11)로의 물의 공급이 어떤 이유로 인해 중단되거나 불충분해진 경우에는 펌핑 장치(13)가 작동하여 하부층 저장부(12)에 채워진 물을 파이프(14)를 통해 상부층 저장부(11)로 다시 임시적으로 펌핑할 수 있으며 이로 상부층 저장부(11)에 외부 물 공급원의 정상적이고 충분한 물 보충이 재개될 때까지 물의 순환 흐름이 유지되어 전력 발생 유닛(3)이 중단하지 않고 동작하여 전력의 연속 공급이 보장되며, 이때 외부 물 공급원에 의해 정상적이고 충분한 물의 보충이 재개될 때에 이 펌핑 장치(13)는 정지된다.

또한 도 7을 참조하면, 타워(1) 외부에 배열된 도관(17)은 외부 물 공급원에 연결되며 각각 격실(15)로 연장하는 브랜치 튜브(171)를 포함한다. 이 브랜치 튜브(171)는 제어 밸브(172)를 구비하여 타워(1)를 통해 순환하는 물의 양이 증발과 같은 어느 요인에 의해 감소될 때 또는 상부층 저장부(11)로 물의 공급이 중단되거나 불충분할 때, 제어 밸브(172)는 전력 발생 장치의 정상 동작을 유지하기 위해 외부 물 공급원으로부터 타워(1)로 물을 보충하도록 개방된다.

결론적으로, 본 고안은, 내부에 격실이 수직으로 배열되고 각 격실은 회전하는 기계적 에너지를 전력으로 변환하는 발전기에 이 기계적 에너지를 제공하도록 복수의 수용부로 구성된 회전 메커니즘을 포함하는 직립 타워를 포함하는 전력 발생 장치를 제공한다. 이 전력 발생 장치는 주기적인 동작으로 전력의 연속적인 공급을 제공하도록 외부 전력의 공급 없이 동작될 수 있다.

본 고안이 바람직한 실시예와 실제 적용분야에 대하여 기술되었지만, 이 기술 분야에 숙련된 자라면 첨부된 청구범위에 의하여 한정된 본 고안의 청구범위를 벗어남이 없이 여러 가지 변형과 변경을 이룰 수 있을 것이라는 것은 명백하다.

전술된 구성요소 각각이나 또는 2개 이상의 구성요소를 전술된 형태와는 다른 형태의 방법으로 유용하게 사용할 수 있다는 것을 또한 발견할 수 있을 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 고안의 특정 신규한 특징이 도시되고 기술되고 첨부된 청구범위에 언급되었으나, 본 고안의 사상을 벗어남이 없이 이 기술 분야에 숙련된 자라면 전술된 장치의 형태 및 상세사항 및 그 동작에 있어서의 여러 가지 생략, 변형, 대체 및 변경을 이룰 수 있을 것을 이해할 수 있으므로, 본 고안은 전술된 상세 사항으로만 제한하고자 의도된 것이 전혀 아니다.

전술된 바와 같이, 본 고안은 전력을 발생하는데 이용가능하다.

도 1은 본 고안에 따라 구성된 전력 발생 장치의 수직 개략도.

도 1a는 다른 방향에서 본 본 고안의 전력 발생 장치의 수직 개략도.

도 2는 본 고안의 전력 발생 장치의 회전 메커니즘의 사시도.

도 3은 회전 메커니즘의 4개의 수용부의 배열을 도시하는 개략도.

도 4는 그 동작을 예시하는 전력 발생 장치의 사시도.

도 5는 전력 발생 유닛을 구동하기 위해 그 동작을 예시하는 회전 메커니즘의 사시도.

도 6은 외부로부터 물 공급이 중단되었을 때 하부에 있는 물을 상부로 펌핑하는 것을 예시하는 수직 개략도.

도 7은 외부 소스로부터 물의 보충을 예시하는 전력 발생 장치의 수직 개략도.

Claims (5)

1. 전력 발생 장치로서,

   배출구를 형성하는 하부를 구비하는 상부층 저장부와, 하부층 저장부를 각각 형성하는 상부 및 하부와, 상기 상부와 하부 사이에 있으며 상기 상부층 저장부와 상기 하부층 저장부 사이에 수직 방향으로 배열된 적어도 하나의 격실을 형성하는 내부 공간을 포함하며, 상기 내부 공간에는 각 격실의 하부로 기능하는 실질적으로 수평인 격벽이 배열되며 각 격벽은 배출구를 형성하는, 수직 타워와;

   상이한 각도로 배열된 개구를 구비하는 복수의 수용부와, 상기 수용부에 고정되며 전력 발생 유닛의 스핀들에 동작가능하게 연결된 회전 샤프트를 구비하는 각 격실에 배열된 회전 메커니즘;

   을 포함하며;

   상기 상부층 저장부는 그 내에 공급되는 물을 수용하도록 적응되고, 상기 물은 그 다음 하부에 있는 하나의 격실의 회전 메커니즘의 수용부 내로 채워지기 위해 상기 배출구를 통해 격실 중 그 다음 하부에 있는 격실로 아래 방향으로 흐르도록 허용되어, 이로 상기 수용부 내로 채워진 물은 그 중력에 의해 회전 메커니즘을 미리 결정된 방향으로 회전시켜 전력 발생 유닛의 스핀들을 구동하며 이로 전력을 발생하는 것을 특징으로 하는 전력 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부층 저장부에 배열되고 상기 상부층 저장부로 연 장되는 파이프에 연결된 물 펌핑 장치를 더 포함하며, 이에 의해 상기 상부층 저장부로 물을 공급하는 것이 중단되거나 불충분할 경우, 상기 물 펌핑 장치는 격실을 통해 아래 방향으로 물이 흐르는 것을 유지하기 위해 상기 하부층 저장부에 포함된 물을 상기 상부층 저장부로 펌핑하도록 선택적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 전력 발생 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 각 격실의 격벽은 최하부 위치에 배출구가 형성된 오목한 형상으로 이루어지고, 상기 배출구를 둘러싸는 격실 부분은 배출구로 물을 용이하게 안내하기 위해 배출구로부터 멀어지는 방향으로 위쪽으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 전력 발생 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 타워 외부에 배열되고 외부 물 공급원에 연결되도록 적응된 물 도관을 더 포함하며, 이 물 도관은 상기 타워로 물의 보충을 선택적으로 수행하도록 각 격실로 연장하는 브랜치를 포함하고 이와 연통하는 것을 특징으로 하는 전력 발생 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 발생 유닛은 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생 장치.

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