KR20090062416A

KR20090062416A - 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템

Info

Publication number: KR20090062416A
Application number: KR1020070129650A
Authority: KR
Inventors: 김낙연; 김유연
Original assignee: 김낙연; 김유연
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17

Abstract

본 발명은 상·하부의 물을 순환시키는 양수시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상부저수조의 물이 하부로 떨어질 때에 발생하는 하강력을 이용하여 하부저수조의 물을 상부저수조로 양수할 수 있는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 밸브(110)로 단속하며 물을 배출하는 상부저수조(100); 입수구(230)로 물을 받아, 밸브(210)로 단속하며 배출구(220)로 내부 물을 배출하는 하부저수조(200); 상기 상부저수조(100) 및 하부저수조(200) 사이를 수직 왕복 운동하며, 상승하여 상기 상부저수조(100)에서 물을 받아 하강하여, 상기 하부저수조(200)에 받은 물을 배출하는 수직하강 물탱크(300); 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력으로 실린더(431) 내부의 작동유를 가압하여 압송 배출하는 수직 유압실린더(400); 상기 수직 유압실린더(400)로부터 압송 유입된 작동유량에 비하여 압송 배출되는 작동유량을 증가시키도록 구성되는 양수력 증폭부(500); 증폭된 작동유의 양수력으로 상기 하부저수조(200)을 물을 상기 상부저수조(1000)로 양수하는 양수실린더(700);를 포함하여 구성된다.

양수, 순환, 물, 파스칼원리, 피스톤

Description

파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템{Water Pumping-Up System Employing Pascal's Principle}

일반적인 수력발전은, 지형적으로 담수하기에 적절한 강 줄기에 소정 높이의 댐을 건설하여 상류로부터 유입되는 물을 담수하고, 담수한 물의 낙차를 이용해 수차발전기를 가동하여 전기를 생산한 방법으로 이루어진다.

그러나, 이런 수력발전용 댐 외의 댐으로서 단지 농업용수 또는 생활용수를 공급하기 위한 댐은, 담수한 물을 당초 정해진 용도에만 사용하도록 관리되며, 만약 발전용도로 사용될 경우 담수량 관리가 어려워져, 댐을 건설한 목적을 얻지 못하게 된다. 즉, 이러한 댐은, 발전을 위해 일단 방류한 물을 다시 담수할 수 없기 때문에, 홍수 조절과 같은 특별한 경우가 아니면 방류를 하지 않는다.이와 같은 이 유로 다목적댐을 제외한 대다수 댐에 있어서, 대규모 건설비용이 요구되는 댐을 건설하고도 발전설비를 설치하지 못하는 비경제적인 문제점이 있었다.

상기와 같은 수력발전과는 달리 양수발전은, 높은 산에 건설되는 상부댐과 산 아래에 건설되는 하부댐의 낙차를 이용하는 것으로서, 심야시간의 잉여전력으로 하부댐의 물을 상부댐에 양수하고, 주간 피크전력이 요구되는 시점에 맞추어 상부댐에 담수된 물을 하부댐으로 보내되 상부댐 및 하부댐의 높이차이로 발생하는 물의 낙차를 이용해 발전을 한다.

하지만, 상기 양수발전용 시설은, 상부댐 및 하부댐 사이에 지형적으로 형성된 일정한 경사각 및 높이차와 같은 조건을 만족해야만 설치가 가능하며, 그 비용 또한 막대하여 경제적으로 타당성이 검증된 일부 지역에서만 설치되고 있었다. 또한, 양수발전은 피크부하를 감당하기 위한 것으로서 일일 내대 연속적으로 발전하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 양수발전용 시설은 하부댐의 물을 상부댐으로 양수하기 위한 고가의 양수펌프를 구비해야 하며, 이러한 양수펌프는 일반적인 펌프와는 다르게 별도 주문 제작해야 할 만큼 그 크기 및 펌핑용량이 커서, 주문해서 설치하기까지 고비용이 발생하게 된다. 또한, 양수펌프를 가동시키기 위한 전원은 별도로 공급받아야 하므로 전원공급설비에도 막대한 비용이 발생하게 된다. 즉, 상부대에서 낙하되는 물로 전력을 생산하여 수용가에게 공급하되, 심야 시간대에 타 발전소의 잉여전력으로 전원을 공급받아야 하므로 송전 및 수전 설비를 병행해야만 한다.

따라서 본 발명의 목적은, 대규모 시설비용을 들여가며 설치할 필요가 없이 소규모 시설로도 방류되는 물을 다시 상부에 담수할 수 있는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상부 물이 낙하할 때 발생되는 힘으로 하부의 물을 다시 상부에 담수할 수 있도록 구성되어 연속적으로 상·하부의 물을 순환시킬 수 있는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 연속적인 상·하부 물의 순환을 이용하여 발전설비를 가동할 수 있는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상부저수조(100)의 물과 하부저수조(200)의 물을 상호 순환시키는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 있어서, 물을 밸브(110)로 단속하며 배출하는 배출구(120)를 구비하는 상부저수조(100); 물을 받도록 입수구(230)를 구비하고, 내부의 물을 밸브(210)로 단속하며 배출하는 배출구(220)를 구비하는 하부저수조(200); 상기 상부저수조(100) 및 하부저수조(200) 사이를 수직 왕복 운동하며, 상승하여 상기 상부저수조(100)의 배출구(120)에 결합하여 물을 받는 입수구(330)를 구비하고, 하강하여 상기 하부저수 조(200)의 입수구(230)에 결합하여 내부 물을 밸브(310)로 단속하며 배출하는 배출구(320)를 구비하는 수직하강 물탱크(300); 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력으로 피스톤(430)을 가압하여 실린더(431) 내부의 작동유를 가압하여 압송 배출하는 수직 유압실린더(400); 상기 수직 유압실린더(400)로부터 압송 유입된 작동유량에 비하여 압송 배출되는 작동유량을 증가시키기 위해, 유입 작동유에 의해 가압되는 피스톤(502)이 로드(501)에 부착된 램(503)을 누르는 형태로 이루어지되, 상기 피스톤(502)의 단면적에 비해 상기 램(503)의 단면적이 소정크기 이상으로 형성되도록 구성되는 양수력 증폭부(500); 상기 양수력 증폭부(500)에 의해 증폭된 작동유의 양수력으로 피스톤(710)을 가압하는 구성으로서, 일단이 상기 피스톤(710)에 부착되며 타단이 램(730)에 부착된 로드(720)를 상승시킴으로써 상기 램(730)을 피스톤 운동시켜 실린더 내부의 물을 상기 상부저수조(100)로 양수하며, 상기 램(730)이 실린더 내부의 상측에 도달하였을 때에 상기 하부저수조(200)의 밸브(210)가 개방되어 상기 하부저수조(200)의 배출구(220)로 실린더 내부에 물을 유입받고, 상기 램(730)이 실린더 내부의 하측에 도달하였을 때에 상기 하부저수조(200)의 밸브(210)가 닫히도록 구성되는 양수실린더(700); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 양수력 증폭부(500)는, 실린더 하우징(511)의 내부에 격벽(512)으로 나뉘어지며 작동유로 채워지는 제1실린더(513a) 및 제2실린더(513b)와; 제1실린더(513a) 내부에 구비되어 압송되는 작동유에 의해 가압되는 피스톤(514)과; 제2실 린더(513b) 내부에 구비되며, 격벽(512)을 관통하여 상기 피스톤(514)에 연결된 로드(516)에 의해 행정운동하는 램(515)과; 피스톤(514)을 가압하기 위해 제1실린더(513a)에 압송 작동유를 유입받는 작동유유입구(519)와; 제1실린더(513a)의 내부 작동유를 배출하는 제1작동유배출구(517)와; 제2실린더(513b)의 내부 작동유를 배출하는 제2작동유배출구(518);를 포함하여 구성되는 다수의 2단실린더부(510a-1~6)가 다단으로 연결되여 구성되되, 전단 2단실린더부(510a)의 제2작동유배출구(518)를 후단 2단실린더부(510a)의 작동유유입구(519)에 연결하고, 첫째단 2단실린더부(510a-1)는 외부에서 압송되는 작동유를 유입받고, 각 2단실린더부(510a-1~6)의 제1작동유배출구(517)들로부터 배출되는 작동유를 집유하여 배출하도록 구성되는 제1 양수력 증폭부(510);로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 상기 양수력 증폭부(500)는, 다단실린더 하우징(521)의 내부에 다수 격벽(522)들로 나뉘어져 형성되며, 작동유로 채워지는 다수 실린더들(523-1~4)과; 첫번째 실린더(523-1) 내부에 구비되어 외부에서 압송되는 작동유에 의해 가압되는 피스톤(524)과; 나머지 실린더들(523-2~4) 내부에 구비되는 다수 램(525-2~4)과; 격벽(522)을 관통하여 피스톤(524) 및 다수 램(525-2~4)을 인접하는 것끼리 연결하여, 상기 피스톤(524)의 행정동작에 연동하여 상기 다수 램(525-2~4)이 실린더들(523-2~4) 내부에서 행정동작하게 하는 다수 로드(526)들과; 상기 피스톤(524)의 가압으로 실린더 내부의 작동유가 배출되도록 각 실린더(523-1~4)의 끝단에 형성되는 다수 작동유배출구(527)와; 상기 다수 작동유배출구(527)로부터 배출되는 작동유를 집유하여 배출하는 집유기(527a)를 포함하여 구성되는 제2 양수력 증폭부(520);로 구성될 수도 있음을 특징으로 한다.

또한, 상기 양수력 증폭부(500)는, 상기 제1 양수력 증폭부(510) 및 제2 양수력 증폭부(520)를 연결하여 구성될 수도 있음을 특징으로 한다.

상기 배출구(120, 320)는, 내부 밸브(110, 310)를 구동하기 위한 구동축의 끝단이 외부로 돌출되어, 돌출된 구동축의 끝단에 피니언(111, 311)이 체결되는 형태로 형성되며,

상기 배출구(120, 320)에 결합되는 상기 입수구(330, 230)은, 상기 피니언(111, 311)에 맞물리어 상기 피니언(111, 311)을 회전시키게 하는 랙(331, 231)을 구비하여, 상기 피니언(111, 311)과 랙(331, 231)이 맞물리어 상기 랙(331, 231)의 회전으로 밸브(110, 310)의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 수직 유압실린더(400)는, 일단이 상기 수직하강 물탱크(300)의 몸체에 핀(442) 결합되고 타단이 피스톤 로드(420)의 일측에 핀(441) 결합되는 지렛대(440)에 의해, 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력을 피스톤(430)을 가압하는 상승력으로 변환하여 구동하는 것을 특징으로 한다.

수직하강 물탱크(300), 수직 유압실린더(400), 양수력 증폭부(500) 및 양수실린더(700)로 구성되는 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)이, 다수개 구비되되 2개가 하나의 쌍으로 이루어지고 하나의 상부저수조(100) 및 하나의 하부저수 조(200)에 결합되어, 한 쌍의 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)에 있어서, 수직 유압실린더(400) 피스톤(430)의 행정이 반주기 차이로 구동되도록 구비되고, 각 제1 양수력 증폭부(510) 마지막단 2단실린더부(510a-6)의 제2작동유배출구(518)가 서로 연통 상태로 연결되며,

상기 상부저수조(100) 및 하부저수조(200)는, 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)의 갯수에 맞게 배출구(120, 220) 및 입수구(230)를 구비함을 특징으로 한다.

따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명은, 상부저수조에서 일정 부피의 물을 받아 하강하도록 하여 얻게 되는 하강력을 이용하여 하부저수조의 물을 상부로 압송 양수하되, 하강력을 양수력으로 변환시기기 위한 수단을 소규모 유압실린더로 다단 연결하여 양수력을 증폭시키도록 구성함으로, 대규모 양수수단을 구비할 필요없이 용이하게 시설할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상부저수조의 물이 낙하할 때에 발생되는 힘으로 하부저수조의 물을 다시 상부에 담수할 수 있을 뿐만 아니라, 다수 물순환 양수수단을 연동하여 연속적인 양수 작업을 수행하여 상부저수조에 담수할 수 있다.

또한, 본 발명은, 다수 물순환 양수수단을 연동하여 연속적으로 양수 작업을 수행할 수 있어 연속적인 양수되는 물의 흐름을 이용하여 발전기를 가동할 수 있으므로, 발전기의 끊김이 없이 가동할 수 있게 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

< 실시예 : 도 1 >

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템의 개략 구성도이다.

상기 도 1에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템은, 상부저수조(100)의 물이 낙차에 의해 하부저수조(200)로 떨어질 때에 발생하는 힘을 이용하여 하부저수조(200)의 물을 상부저수조(100)로 양수할 수 있도록 구성된다.

이를 위한 물순환식 양수시스템은, 소정의 높이 차이로 위치하는 상부저수조(100) 및 하부저수조(200)와, 상기 상부저수조(100)의 일정 부피 물을 담은 상태에서 하부로 떨어지는 수직하강 물탱크(300)와, 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강 력으로 피스톤을 가압하여 작동유를 압송하는 수직 유압실린더(400)와, 상기 수직 유압실린더(400)에서 압송되는 작동유의 압력으로 파스칼의 원리에 따라 내부 작동유를 압송 배출하되 상기 수직 유압실린더(400)에서 압송되는 작동유량보다 압송 배출되는 작동유량을 증가시키도록 구성되는 양수력 증폭부(500)와, 상기 양수력 증폭부(500)에서 배출되는 작동유의 압력으로 상기 하부저수조(200)의 소정 부피 물을 상기 상부저수조(100)로 양수하는 양수실린더(700)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 상부저수조(100)는 밸브(110)로 물의 배출을 단속할 수 있게 구성되는 배출구(120)를 하부면에 구비한다.

그리고, 상기 수직하강 물탱크(300)는, 상기 상부저수조(100)의 배출구(120)에 결합되는 입수구(330)를 상부면에 구비하고, 내부에 담긴 물을 밸브(310)로 단속하며 배출할 수 있게 하는 배출구(320)를 하부면에 구비한다.

또한, 상기 하부저수조(200)는 상기 수직하강 물탱크(300)의 배출구(320)에 결할되는 입수구(230)를 상부면에 구비한다.

상기와 같은 구성된 상부저수조(100), 수직하강 물탱크(300) 및 하부저수조(200)가 동작하는 형태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 수직하강 물탱크(300)가 상승한 상태에서 입수구(330)가 상기 상부저수조(100)의 배출구(120)에 결합되면, 밸브(110)가 열리어 상기 수직하강 물탱크(300) 내부에 물이 공급된다. 그리고, 물이 상기 수직하강 물탱크(300) 내부에 소정량 채워지면, 물의 중량에 의해 상기 수직하강 물탱크(300)가 구조체(800)를 따라 하부로 하강하게 되며, 동시에 결합되었던 상기 배출구(120) 및 입수구(330)가 분리되면서 밸브(110)가 물의 공급을 차단하게 된다.

다음으로, 상기 수직하강 물탱크(300)가 하강하여 상기 하부저수조(200)에 이르면, 상기 수직하강 물탱크(300)의 배출구(320)가 상기 하부저수조(200)의 입수구(230)에 결합함과 동시에 상기 배출구(320)의 밸브(310)가 열리어, 상기 수직하강 물탱크(300) 내의 물이 상기 하부저수조(200)로 배출된다. 그리고, 상기 수직하강 물탱크(300) 내의 물이 배출된 후에 상기 수직하강 물탱크(300)가 상승하게 되면 결합되었던 배출구(320) 및 입수구(230)가 분리되면서 밸브(310)가 닫히게 된다.

상기 수직 유압실린더(400)는, 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력에 의해 가압되는 피스톤 로드(420)와, 상기 피스톤 로드(430)에 연결된 피스톤(430)과, 상기 피스톤(430)이 끼워진 상태에서 작동유가 채워지는 실린더(431)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력은, 일단이 상기 수직하강 물탱크(300)의 소정 위치에 핀(442) 결합되고 타측이 상기 피스톤 로드(420)에 핀(441) 결합되는 지렛대에 의해, 상기 피스톤 로드(420)로 전달된다. 그리고, 상기 피스톤 로드(420)에 가해진 힘은 상기 피스톤(430)을 가압하여 실린더(431) 내부의 작동유를 배출구(432)를 통해 상기 양수력 증폭부(500)로 압송 배출한다.

상기 양수력 증폭부(500)는, 일측에 유입구(504)를 구비하여 상기 수직 유압실린더(400)로부터 작동유를 압송받는 제1실린더(502a)와, 상기 제1실린더(502a)의 직경보다 소정 크기 이상으로 형성되며 상기 제1실린더(502a)의 타측에 내부끼리 연통되게 고정되고 일측에 배출구(505)가 구비되고 작동유가 채워지는 제2실린더(503a)와, 상기 제1실린더(502a)의 내부에 구비되어 상기 수직 유압실린더(400)로부터 압송받은 작동유에 의해 가압되는 피스톤(502)과, 상기 제2실린더(503a)의 내부에 구비되되 로드(501)에 의해 상기 피스톤(502)에 고정되는 램(503)을 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 램(503)의 직경이 상기 피스톤(502)의 직경보다 크게 형성되어, 상기 수직 유압실린더(400)로부터 압송받은 작동유량보다 상기 제2실린더(503a)의 배출구(505)로 배출되는 작동유량이 더 크게 된다.

상기 양수실린더(700)는, 일측에 유입구(702)를 구비하여 상기 양수력 증폭부(500)로부터 작동유를 압송받는 제1실린더(702a)와; 상기 제1실린더(702a)의 직경보다 소정 크기 이상으로 형성되며, 상기 제1실린더(702a)의 타측에 내부끼리 연통되게 고정되고, 상기 하부저수조(200)의 배출구(220)에 연결되는 입수구(740)와 체크밸브(751)를 구비한 배출구(750)를 일측에 구비하는 제2실린더(703a)와; 상기 제1실린더(702a)의 내부에 구비되어 상기 양수력 증폭부(500)로부터 압송받은 작동유에 의해 가압되는 피스톤(710)과; 상기 제2실린더(703a)의 내부에 구비되되 로드(720)에 의해 상기 피스톤(710)에 고정되는 램(730);을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 하부저수조(200) 밸브(210)는, 램(730)의 동작에 연동되게 구성되어, 배출구(220) 및 입수구(740)를 통해 상기 하부저수조(200)로부터 상기 양수실린더(700) 내부로 물 공급이 완료되면 닫혀지고, 램(730)이 상승하여 내부 물이 배출구(750)를 통해 배출되면 열리게 하는 것이 바람직하다. 상기 배출구(750)는, 상기 상부저수조(100)에 연결되는 양수관(810)으로 이어지고, 체크밸브(751)를 구비하고 있으며, 상기 양수실린더(700)가 물을 공급받더라도 상부 저수조(100) 물의 역류를 차단할 수 있다.

상기 구성들로 이루어진 양수실린더(700)는, 상기 양수력 증폭부(500)의 압송 작용유로 제1실린더(702a) 내부의 피스톤(710)을 가압하게 하여, 제2실린더(703a) 내부 램(730)으로 제2실린더(703a) 내부 물을 상기 배출구(750)를 통해 토출하여 상기 상부저수조(100)에 양수한다.

상기 수직 유압실린더(400), 양수력 증폭부(500) 및 양수실린더(700)의 실린더 직경에 있어서, 수직 유압실린더(400)에서 양수력 증폭부(500) 및 양수실린더(700)로 갈수록 그 직경이 커지도록 구성됨이 바람직하다. 즉, 수직 유압실린더(400)에서는 적은 힘으로 피스톤(430)을 가압하여 작동유를 배출하고, 양수력 증폭부(500)에서는 상기 유압실린더(400)의 피스톤(430) 보다 큰 직경의 피스톤(502)으로 가압하며, 피스톤(502)에 의해 제2실린더(503a) 내부에서 작동유를 가압하는 램(503)의 직경을 피스톤(502)의 직경보다 크게 설계하여 압송 배출되는 작동량을 증폭하고, 양수실린더(700)에서도 상기 양수력 증폭부(500)와 동일한 형태로 피스 톤(710) 및 램(730)을 설계하여 램(730)에 가해지는 압력을 증폭하는 것이다. 이는 유체역학에서 일반적으로 잘 알려진 파스칼의 원리에 해당된다.

상기와 같이 제2실린더(703a) 내부 물을 상부저수조(100)로 양수한 후에서는, 램(730)이 제2실린더(703a)의 상단에 위치하게 되며 동시에 배출구(220)의 밸브(210)가 열리면서 하부저수조(200)의 물이 제2실린더(703a) 내부로 흐른다. 그러면, 제2실린더(703a) 내부에 채워지는 물의 하중으로 램(730)에 고정된 피스톤(710)이 눌려지게 되어 제1실린더(702a) 내부의 작용유에 가해지는 압력이 양수력 증폭부(500) 및 수직 유압실린더(400)를 거쳐 수직하강 물탱크(300, 이때는 내부에 물이 없는 상태임)를 상승시키게 된다. 그리고, 상기 수직하강 물탱크(300)는 입수구(330)을 통해 다시 상부저수조(100)의 물을 공급받아 다시 하강하게 된다.

상기 양수력 증폭부(500)는, 피스톤(502)의 행정 운동이 이루어지는 제1실리더(502a) 내부에 작동유가 채워지고, 상기 수직 유압실린더(400)로부터 압송된 작동유에 의해 피스톤(502)의 일면이 가압되면 타면에 의해 제1실린더(502a) 내부 작동유가 압력을 받아 외부로 토출되도록 하는 작동유 배출구(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양수력 증폭부(500)는, 상기 양수실린더(700) 램(730)의 하강으로 가압된 작동유가 양수력 증폭부(500)의 램(503)을 누룰 때에, 작동유 배출구(미도시)를 통해 토출되었던 작동유를 작동유 배출구(506)를 통해 다시 주입받을 수 있도록 주입수단(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이는 주 입수단(미도시)으로 피스톤(502) 운동 주기를 정확히 조절할 수 있기 때문이다.

상기 도 1에 있어서, 상기 수직 유압실린더(400)는 로드(420)의 일단을 상기 수직하강 물탱크(300)의 하부에 고정하는 형태로 이루어질 수는 있지만, 그렇게 할 경우 상기 수직 유압실린더(400)의 길이를 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강 길이만큼 제작해야만 하는 어려움이 발생한다. 실제로 상부저수조(100) 및 하부저수조(200)의 높이 차이가 클 경우에 그에 맞는 수직 유압실린더(400)를 제작하기란 불가능하며, 설령 제작을 하였다 하여도 내구성을 보장할 수 없어 실제 적용하기도 어렵게 된다. 따라서, 상기와 같이 지렛대(440)를 구비한 본 발명은, 상기 수직 유압실린더(400)의 크기를 지렛대(440) 지지대(443) 위치에 따라 조절할 수 있어, 상기 수직 유압실린더(400)의 크기를 대폭 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

< 실시예 : 도 2 >

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 있어서, 양수력 증폭부(500)의 다른 실시예를 도시한 단면도(도 2a)와, 제1 양수력 증폭부(510)에 다단으로 구성되는 2단실린더부(510a)의 세부 단면도(도 2b)이다.

상기 도 2에 따른 양수력 증폭부(500)는, 다수의 2단실린더부(510a-1~6)들을 순차적으로 연결하여 구성되는 제1 양수력 증폭부(510)와, 내부에 격벽으로 나뉘어진 다수 실린더를 구비하는 형태로 구성되는 제2 양수력 증폭부(520)로 이루어진 다.

상기 제1 양수력 증폭부(510)의 각 2단실린더부(510a : 510a-1~6)는, 실린더 하우징(511)의 내부에 격벽(512)으로 나뉘어져 형성되며 작동유로 체워지는 제1실린더(513a) 및 제2실린더(513b)와; 제1실린더(513a) 내부에 구비되어 상기 수직유압실린더(400)로부터 압송되는 작동유에 의해 일면이 가압되어 내부에 채워진 작동유를 타면으로 누르는 피스톤(514)과; 제2실린더(513b) 내부에 구비되며, 격벽을 관통하여 상기 피스톤(514)에 연결된 로드(516)에 의해 행정운동하여 제2실린더(513b) 내부 작동유를 압력을 증가시키는 램(515)과; 피스톤(514)을 가압하기 위해 제1실린더(513a)에 압송되는 작동유를 유입받는 작동유유입구(519)와; 제1실린더(513a)의 내부 작동유를 배출하는 제1작동유배출구(517)와; 제2실린더(513b)의 내부 작동유를 배출하는 제2작동유배출구(518);를 포함하여 구성된다.

이때 각 2단실린더부(510a : 510a-1~6)는, 전단 2단실린더부(510a)의 제2작동유배출구(518)를 후단 2단실린더부(510a)의 작동유유입구(519)에 연결하는 형태로 다단 연결되어 제1 양수력 증폭부(510)를 형성한다. 그리고, 상기와 같이 다단으로 형성된 제1 양수력 증폭부(510)는, 첫째단 2단실린더부(510a-1)에서 외부로부터 압송되는 작동유를 유입받고, 각 2단실린더부(510a-1~6)의 제1작동유배출구(517)들로부터 배출되는 작동유를 집유기(518a)로 집유하여 압송 배출하게 된다.

그리고, 끝단 2단실린더부(510a-6)의 제2실린더(513b)는 작동유가 채워질 필요가 없다. 또한, 상기 끝단 2단실린더부(510a-6)의 제2실린더(513b)는 일반적인 실린더와 같이 제2실린더(513b)를 구비하지 않을 수도 있다.

상기 제2 양수력 증폭부(520)는, 다단실린더 하우징(521)의 내부에 격벽(522)들로 나뉘어져 형성되며, 작동유로 채워지는 다수 실린더들(523-1~4)과; 첫번째 실린더(523-1) 내부에 구비되어 상기 제1 양수력 증폭부(510)로부터 압송되는 작동유에 의해 가압되는 피스톤(524)과; 나머지 실린더들(523-2~4) 내부에 구비되며 다수 램(525-2~4)과; 격벽(522)을 관통하여 피스톤(524) 및 다수 램(525-2~4)을 인접하는 것끼리 연결하여, 상기 피스톤(524)의 행정동작에 연동하여 상기 다수 램(525-2~4)이 실린더들(523-2~4) 내부에서 행정동작하게 하는 다수 로드(526)들과; 상기 피스톤(524)의 가압으로 실린더 내부의 작동유가 배출되도록 각 실린더(523-1~4)의 끝단에 형성되는 작동유배출구(527);를 포함하여 형성된다.

상기 각 실린더(523-1~4)의 작동유배출구(527)에서 배출되는 작동유는 집유기(527a)로 집유되어 상기 양수실린더(700)에 압송된다.

상기 도 2에서, 양수력 증폭부(500)는, 상기 제1 양수력 증폭부(510)의 후단에 상기 제2 양수력 증폭부(520)가 연결되는 형태로 이루어졌으나, 상기 제2 양수력 증폭부(520)의 후단에 상기 제1 양수력 증폭부(510)가 연결되는 형태로 이루어질 수도 있으며, 상기 제1 양수력 증폭부(510) 또는 제2 양수력 증폭부(520) 중 어느 하나로도 이루어질 수 있다. 이와 같은 양수력 증폭부(500)는, 수직 유압실린더(400) 및 양수실린더(700)의 크기에 따라 결정되는 작동유 유입량과 작동유 배출 량을 고려하여 선택적으로 적용될 수 있다.

상기 도 2에서와 같이 양수력 증폭부(520)를 다단으로 구성하는 이유는, 일반적으로 단일 실린더를 필요한 크기만큼 대형으로 제작하는 것이 매우 어렵기 때문이다. 즉, 상기 양수력 증폭부(520)는, 상기 양수실린더(700)에서 요구되는 양의 작동유를 압송 공급하기 위해, 다단 실린더 내의 램을 상기 수직 유압실린더(400)에서 압송되는 작동유를 동작시키게 하여, 각 실린더 내의 작동유를 집유하고, 집유된 작동유를 상기 양수실린더(700)에 압송 공급하는 것이다.

< 실시예 : 도 3 >

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 있어서, 입수구(330, 230)와 배출구(120, 320)의 결합형태를 도시한 도면이다.

이때, 상기 입수구(330, 230)와 배출구(120, 320)는, 수직하강 물탱크(300)의 입수구(330)와 그에 결합하는 상부저수조(100)의 배출구(120)로 이루어지는 쌍(330, 120)과, 하부저수조(200)의 입수구(230)와 그에 결합하는 수직하강 물탱크(300)의 배출구(320)로 이루어지는 쌍(230, 320)으로 구분되며, 상기 두개의 쌍은 동일한 형태로 이루어질 수 있으므로, 하기의 설명에서는 수직하강 물탱크(300)의 입수구(330)와 상부저수조(100)의 배출구(120)로 이루어지는 쌍(330, 120)에 대해서만 설명한다.

상기 도 3은 참조하면, 상기 상부저수조(100)의 배출구(120)는, 내부 밸브(110)의 구동축이 배출구(120) 측면을 관통하여 외부로 돌출되고 돌출된 구동축의 끝단에 피니언(111)이 구비되는 형태로 이루어진다.

그리고, 상기 수직하강 물탱크(300)의 입수구(330)는, 상기 배출구(120)의 하부가 내삽되어 결합할 수 있는 내경의 크기로 형성되며, 측면에 상기 배출구(120)의 피니언(111)과 치합되는 소정 길이의 랙기어(331)를 더 구비한다.

상기 구성으로 이루어진 입수구(330) 및 배출구(120)의 결합 형태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 수직하강 물탱크(300)가 상기 상부저수조(100) 방향으로 상승하지 않았을 때에는 상기 밸브(110)가 닫힌 상태이다.

이때, 상기 수직하강 물탱크(300)가 상기 상부저수조(100) 방향으로 상승하여 배출구(120)가 입수구(330)에 끼워지기 시작하면, 랙기어(331)에 의해 피니언(111)이 회전하게 된다. 따라서, 피니언(111)의 회전으로 배출구(120)의 밸브(110)는 열리게 되어, 상기 상부저수조(100)의 물이 상기 수직하강 물탱크(300)로 공급 가능하게 되는 것이다.

그리고, 상기 수직하강 물탱크(300) 내부에 물이 소정량 차이게 되면 상기 수직하강 물탱크(300)는 물의 중량에 의해 하강하게 되므로, 입수구(330)에 끼움 결합되었던 배출구(120)가 입수구(330)에서 빠지게 된다. 동시에, 피니언(111)은 랙기어(331)에 의해 회전하게 되며, 이때 회전방향은 끼움 결합될 때의 방향에 대 하여 역방향이 된다. 따라서, 피니언(111)의 역방향 회전으로 밸브(110)가 닫히게 되는 것이다.

상기의 랙기어(331) 및 피니언(111)의 구성으로, 배출구(120)에는 별도의 밸브 가동장치를 구비할 필요가 없게 된다.

<실시예 : 도 4 >

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템의 구성도로서, 수직하강 물탱크(300)·수직 유압실린더(400)·양수력 증폭부(500) 및 양수실린더(700)로 구성되는 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)을 또하나 더 구비하되 하나의 상부저수조(100)·하나의 하부저수조(200) 및 하나의 양수관(810)에 결합되게 구성된다.

즉 상기 도 4에 따른 물순환식 양수시스템은, 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)에 또다른 물순환 양수수단(300', 400', 500', 700')을 더 구비하고, 상부저수조(100) 및 하부저수조(200)에는 그에 맞게 각각 두개씩의 배출구(120, 220) 및 입수구(230)를 구비하며, 각 양수실린더(700, 700')의 배출구(750, 750')는 하나의 양수관(810)에 연결되게 구성된다.

그리고, 두개의 물순환 양수수단이 반주기 차이를 두고 물을 순환시키도록 하기 위해, 제1 양수력 증폭부(510) 마지막단 2단실린더부(510a-6, 510a'-6)의 제2실린더(513b)는 제2작동유배출구(518)를 상호 통해 연결되어 유체가 흐르도록 연통된다. 즉, 하부저수조(200)의 물을 상부저수조(100)로 양수하는 물순환 양수수단은 마지막단 2단실린더부(510a-6, 510a'-6)의 제2실린더(513b) 내 유체를 다른 한쪽 물순환 양수수단에 압송한다.

이와 같이 한쌍의 물순환 양수수단을 구비한 물순환식 양수시스템은, 상부저수조(100)의 물과 하부저수조(200)의 물을 순환시키되 연속적으로 순환시키는 효과를 갖게 된다.

상기 도 4에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템은, 한쌍의 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)을 구비하는 것으로 도시하였지만, 다수쌍의 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)을 구비할 수도 있다. 이때, 다수쌍의 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)은 서로 다른 피스톤 행정 운동을 하도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템은, 상부저수조(100)에 물을 토출하는 양수관(810)의 끝단에 수차발전기 또는 수력터빈발전기(미도시)를 구비할 수도 있다. 즉, 양수실린더(700)에 의해 양수되는 물이 상부저수조(100)로 토출될 때의 힘을 이용하여 발전을 하는 것이다. 이때, 본 발명에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템은 다수쌍 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)을 구비함으로써 양수관(810)을 통해 양수되어 토출되는 물을 일정하게 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 도 1 내지 도 4의 실시예에서 있어서, 상부저수조(100)는 외부로부터 물을 공급받기 위한 물공급부(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 하부저수조(200)는 물이 넘치는 것을 방지하기 위한 수단으로서 일정 수위를 넘을 경우 내부 물을 외부로 방출할 수 있는 물배출부(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템의 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 있어서, 양수력 증폭부의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 있어서, 입수구 및 배출구의 결합형태를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템의 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 상부저수조 110 : 밸브 111 : 피니언

120 : 배출구

200 : 하부저수조 210 : 밸브 220 : 배출구

230 : 입수구 231 : 랙기어

300 : 수직하강 물탱크 310 : 밸브 311 : 피니언

320 : 배출구 330 : 입수구 331 : 랙기어

400 : 수직 유압실린더 420 : 로드 430 : 피스톤

431 : 실린더 440 : 지렛대 441, 442 : 핀

500 : 양수력 증폭부 501 : 로드 502 : 피스톤

503 : 램 504 : 유입구 505 : 배출구

502a : 제1실린더 503a : 제2실린더

510 : 제1 양수력 증폭부 510a, 510a-1~6 : 2단 실린더

511 : 실린더 하우징 512 : 격벽 513a : 제1실린더

513b : 제2실린더 514 : 피스톤 515 : 램

516 : 로드 517 : 제1작동유배출구 518 : 제2작동유배출구

518a : 집유기 519 : 작동유유입구

520 : 제2 양수력 증폭부 521 : 다단실린더 522 : 격벽

523, 523-1~4 : 실린더 524 : 피스톤 525-2~4 : 램

526 : 로드 527 : 작동유배출구 527a : 집유기

700 : 양수실린더 702a : 제1실린더 703a : 제2실린더

710 : 피스톤 720 : 로드 730 : 램

740 : 입수구 750 : 배출구 751 : 체크밸브

800 : 구조체 810 : 양수관

Claims

상부저수조(100)의 물과 하부저수조(200)의 물을 상호 순환시키는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템에 있어서,

물을 밸브(110)로 단속하며 배출하는 배출구(120)를 구비하는 상부저수조(100);

물을 받도록 입수구(230)를 구비하고, 내부의 물을 밸브(210)로 단속하며 배출하는 배출구(220)를 구비하는 하부저수조(200);

상기 상부저수조(100) 및 하부저수조(200) 사이를 수직 왕복 운동하며, 상승하여 상기 상부저수조(100)의 배출구(120)에 결합하여 물을 받는 입수구(330)를 구비하고, 하강하여 상기 하부저수조(200)의 입수구(230)에 결합하여 내부 물을 밸브(310)로 단속하며 배출하는 배출구(320)를 구비하는 수직하강 물탱크(300);

상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력으로 피스톤(430)을 가압하여 실린더(431) 내부의 작동유를 가압하여 압송 배출하는 수직 유압실린더(400);

상기 수직 유압실린더(400)로부터 압송 유입된 작동유량에 비하여 압송 배출되는 작동유량을 증가시키기 위해, 유입 작동유에 의해 가압되는 피스톤(502)이 로드(501)에 부착된 램(503)을 누르는 형태로 이루어지되, 상기 피스톤(502)의 단면적에 비해 상기 램(503)의 단면적이 소정크기 이상으로 형성되도록 구성되는 양수력 증폭부(500);

상기 양수력 증폭부(500)에 의해 증폭된 작동유의 양수력으로 피스톤(710)을 가압하는 구성으로서, 일단이 상기 피스톤(710)에 부착되며 타단이 램(730)에 부착된 로드(720)를 상승시킴으로써 상기 램(730)을 피스톤 운동시켜 실린더 내부의 물을 상기 상부저수조(100)로 양수하며, 상기 램(730)이 실린더 내부의 상측에 도달하였을 때에 상기 하부저수조(200)의 밸브(210)가 개방되어 상기 하부저수조(200)의 배출구(220)로 실린더 내부에 물을 유입받고, 상기 램(730)이 실린더 내부의 하측에 도달하였을 때에 상기 하부저수조(200)의 밸브(210)가 닫히도록 구성되는 양수실린더(700);

를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템.
제 1항에 있어서,

상기 양수력 증폭부(500)는,

실린더 하우징(511)의 내부에 격벽(512)으로 나뉘어지며 작동유로 채워지는 제1실린더(513a) 및 제2실린더(513b)와; 제1실린더(513a) 내부에 구비되어 압송 유입되는 작동유에 의해 가압되는 피스톤(514)과; 제2실린더(513b) 내부에 구비되며, 격벽(512)을 관통하여 상기 피스톤(514)에 연결된 로드(516)에 의해 행정운동하는 램(515)과; 피스톤(514)을 가압하기 위해 제1실린더(513a)에 압송 작동유를 유입받는 작동유유입구(519)와; 제1실린더(513a)의 내부 작동유를 배출하는 제1작동유배출구(517)와; 제2실린더(513b)의 내부 작동유를 배출하는 제2작동유배출구(518);를 포함하여 구성되는 다수의 2단실린더부(510a-1~6)가 다단으로 연결되여 구성되되, 전단 2단실린더부(510a)의 제2작동유배출구(518)를 후단 2단실린더부(510a)의 작동유유입구(519)에 연결하고, 첫째단 2단실린더부(510a-1)는 외부에서 압송되는 작동유를 유입받고, 각 2단실린더부(510a-1~6)의 제1작동유배출구(517)들로부터 배출되는 작동유를 집유하여 배출하도록 구성되는 제1 양수력 증폭부(510); 또는

다단실린더 하우징(521)의 내부에 다수 격벽(522)들로 나뉘어져 형성되며, 작동유로 채워지는 다수 실린더들(523-1~4)과; 첫번째 실린더(523-1) 내부에 구비되어 외부에서 압송되는 작동유에 의해 가압되는 피스톤(524)과; 나머지 실린더들(523-2~4) 내부에 구비되는 다수 램(525-2~4)과; 격벽(522)을 관통하여 피스톤(524) 및 다수 램(525-2~4)을 인접하는 것끼리 연결하여, 상기 피스톤(524)의 행정동작에 연동하여 상기 다수 램(525-2~4)이 실린더들(523-2~4) 내부에서 행정동작하게 하는 다수 로드(526)들과; 상기 피스톤(524)의 가압으로 실린더 내부의 작동유가 배출되도록 각 실린더(523-1~4)의 끝단에 형성되는 다수 작동유배출구(527)와; 상기 다수 작동유배출구(527)로부터 배출되는 작동유를 집유하여 배출하는 집유기(527a)를 포함하여 구성되는 제2 양수력 증폭부(520);

중에 어느 하나로 구성되거나, 또는 제1 양수력 증폭부(510) 및 제2 양수력 증폭부(520)가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템.
제 2항에 있어서,

상기 배출구(120, 320)는, 내부 밸브(110, 310)를 구동하기 위한 구동축의 끝단이 외부로 돌출되어, 돌출된 구동축의 끝단에 피니언(111, 311)이 체결되는 형태로 형성되며,

상기 배출구(120, 320)에 결합되는 상기 입수구(330, 230)은, 상기 피니언(111, 311)에 맞물리어 상기 피니언(111, 311)을 회전시키게 하는 랙(331, 231)을 구비하여, 상기 피니언(111, 311)과 랙(331, 231)이 맞물리어 상기 랙(331, 231)의 회전으로 밸브(110, 310)의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템.
제 3항에 있어서,

상기 수직 유압실린더(400)는,

일단이 상기 수직하강 물탱크(300)의 몸체에 핀(442) 결합되고 타단이 피스톤 로드(420)의 일측에 핀(441) 결합되는 지렛대(440)에 의해, 상기 수직하강 물탱크(300)의 하강력을 피스톤(430)을 가압하는 상승력으로 변환하여 구동하는 것을 특징으로 하는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템.
제 2항에 있어서,

수직하강 물탱크(300), 수직 유압실린더(400), 양수력 증폭부(500) 및 양수실린더(700)로 구성되는 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)이,

다수개 구비되되 2개가 하나의 쌍으로 이루어지고 하나의 상부저수조(100) 및 하나의 하부저수조(200)에 결합되며,

한 쌍의 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)에 있어서, 수직 유압실린더(400) 피스톤(430)의 행정이 반주기 차이로 구동되도록 구비되고, 각 제1 양수력 증폭부(510) 마지막단 2단실린더부(510a-6)의 제2작동유배출구(518)가 서로 연통 상태로 연결되며,

상기 상부저수조(100) 및 하부저수조(200)는, 물순환 양수수단(300, 400, 500, 700)의 갯수에 맞게 배출구(120, 220) 및 입수구(230)를 구비함을 특징으로 하는 파스칼원리를 이용한 물순환식 양수시스템.