KR20100009703A - 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치 - Google Patents

동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동물의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층구조로 다수개의 동력발생실에서 운동하는 동물의 운동에너지를 수직회전축의 회전에너지로 변환하고 이를 증속하여 전력발생실의 발전기로 전기에너지를 생산함으로써 친환경적이며 다수개의 동력발생실에 의해 동물의 교체가 용이하고 원하는 양의 전기에너지를 일정하게 얻을 수 있도록 구성된 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치에 관한 것이다.
본 발명은, 다층구조로 구획된 다수개의 내부공간실과 수직회전축이 회전가능하게 설치된 장치시설물과; 일측에 일정 반경으로 왕복운동하는 다수 마리의 동물이 연결되며 타측에 수직회전축이 연결되어, 동물의 운동에너지에 의해 수직회전축을 일정한 회전수로 회전시키는 동력전달부가 설치된 다수개의 동력발생실과; 수직회전축과 연결되어 저속의 회전수를 고속의 회전수로 증속시키는 증속기어부와, 증속기어부와 연결되어 고속의 회전수에 따라 전기에너지를 생산하는 발전기를 가지는 전력발생실로 구성되어; 상기 수직회전축은 다수개의 동력발생실에 위치된 동물의 운동에너지에 의해 일정한 회전수로 회전하고, 수직회전축의 회전에너지는 증속기어부를 거쳐 발전기에 전달되어 정량의 전기에너지를 생산하도록 이루어진다.
동물, 발전, 전력, 발전장치, 발전기, 소, 전기에너지.

Description

동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치{Power generation system using a kinetic energy of animal and a ratio of gear-tooth}
본 발명은 주변에서 쉽게 접할 수 있는 동물의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층구조로 다수개의 동력발생실에서 운동하는 동물의 운동에너지를 수직회전축의 회전에너지로 변환하고 이를 증속하여 전력발생실의 발전기로 전기에너지를 생산함으로써 친환경적이며 다수개의 동력발생실에 의해 동물의 교체가 용이하고 원하는 양의 전기에너지를 일정하게 얻을 수 있도록 구성된 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 생산하는 방법에는 수력, 풍력, 화력, 원자력 등의 에너지원을 동력원으로 이용하여 발전기를 구동시키고 원하는 전기 에너지를 생산하고 있다. 그리고, 이러한 발전기는 일반적으로 에너지원으로부터 회전축을 회전하고 이의 회전력을 전기에너지로 전환하여 다른 주변장치로 전달하게 되는데, 이러한 에너지 전달효율을 증가시키고 원하는 전력량을 얻을 수 있도록 다양한 방법들이 개발, 고안되고 있다.
한편, 상기에 기술된 수력, 풍력, 화력, 원자력 등의 에너지원은 그 에너지를 얻기 위한 발전장치들이 굉장히 복잡하고, 이러한 에너지원이 사용되는 발전장치들은 환경을 파괴하는등 전기에너지를 생산하기 위해서는 기본적으로 다른 하나를 파괴함으로써 얻어진다.
이러한 일련의 환경파괴적인 행위를 방지하고 친환경적인 방법으로 전기에너지 즉, 전력을 생산하기 위해 태양광을 이용한 방법 등이 사용되고 있으며 동물의 운동에너지를 이용한 전력 생산 방법도 하나의 방법으로 고안되고 있다.
도 1은 이러한 동물의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있도록 고안된 종래의 동물을 이용한 발전장치(100)를 보여주는 개념도로서, 일반적으로 종래의 동물을 이용한 발전장치(100)는, 발전기가 구비된 발전부(120)를 가지고, 상기 발전기를 회전시켜 전기를 생산하기 위해 이에 연결된 회전축(121)을 가진다. 그리고, 상기 회전축(121)을 회전시키기 위한 원동력으로 다수 마리의 동물(500)의 운동에너지를 전달하는 동력전달장치(110)가 구비된다.
이때, 상기 동력전달장치(110)는 상기 회전축(121)의 원활한 회전을 위해 구비된 결합부재(150)를 가지는 가로빔(111)으로, 상기 가로빔(111)의 단부측에 형성된 체결공(111a)에 상기 다수 마리의 동물(500)이 묶여 위치고정된다.
한편, 이와 같이 위치된 다수 마리의 동물(500)이 상기 동력전달장치(110)의 가로빔(111)을 밀면서 주어진 회전반경(A)을 따라 운동하게 되고, 이러한 동물의 운동에너지는 연결된 회전축(121)을 회전시킴으로써 상기 회전축(121)은 다시 발전부(120)의 발전기를 회전시켜 전기를 생산하게 된다.
이러한 기본적인 동물을 이용한 발전장치(100)는 도 2를 참조하여 보다 상세하게 알 수 있으며, 도 2는 도 1의 개념을 이용한 종래 발전장치(100)의 일 실시예로, 다수마리의 동물(500)의 회전 운동에너지가 회전축(121)을 통해 발전부(120)로 전달되어 전기를 생산한다. 그리고, 장치의 안정적인 설치를 위해 매설부재(131)를 가지는 지지부(130)가 지하에 매설된 상태이고 다수 마리의 동물(500)의 안정적인 운동을 위해 지지로드(141) 및 휠(142)을 가지는 지지휠(140)이 설치된다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래의 동물을 이용한 발전장치(100)는, 단층구조로 상기 회전축(121)의 회전수가 일정치 않아 생산되는 전력, 즉 전기에너지량이 일정치 않은 문제점이 있다.
이는 동력원을 제공하는 원동력이 동물(500)이기 때문에 발생되는 문제점으로 다수 마리의 동물(500)의 상태와 운동량에 따라 상기 회전축(121)의 회전수가 달라져 일정한 전력을 꾸준히 생산하기에는 많은 문제점이 발생하게 된다.
다시 말해, 동력원을 제공하는 동물(500)을 교체하거나 휴식기에는 전력을 생산할 수 없으며, 발전장치(100)의 크기가 작아 소규모의 아주 적은 전력량만을 생산하게 된다. 그리고, 상기 발전부(120) 내에는 상기 회전축(121)과 연결된 다수개의 기어가 존재하는데 상기 기어가 작고 작은 공간내에 설치되기 때문에 고장율이 높고 효율적이지 못한 문제점이 있다.
따라서, 이러한 친환경적인 종래의 동물을 이용한 발전장치(100)의 장점을 가지면서 종래 발전장치(100)의 문제점을 해결하여 원하는 전력량을 안정적으로 생산하기 위한 발전장치(100)가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로서, 친환경적인 동물의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하고, 동물의 교체가 용이하면서도 일정한 전력량을 꾸준히 얻을 수 있도록 구성된 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 다수 마리의 동물이 위치되어 수직회전축을 회전시키는 다수개의 동력발생실을 구비하고, 상기 수직회전축의 회전수를 고속의 회전수로 증속시키는 증속기어부와 이와 연결된 발전기를 가지는 전력발생실을 구비하여 원하는 전력량을 손쉽게 생산할 수 있으며, 다수개의 층으로 형성되는 동력발생실에 의해 한 층의 동물의 교체가 용이하도록 구성된 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
더불어, 필요에 따라 동물이 연결된 거리조절부가 구동바의 길이에 따라 제어신호에 의해 가변적으로 이동가능하게 구성되어, 수직회전축의 회전수 또는 발전기에 연결된 발전기축의 회전수의 변화에 따라 적정 전기에너지를 생산할 수 있는 회전수를 가지도록 동물의 운동량과 운동 반경을 손쉽게 변경할 수 있어 상기 수직회전축이 일정한 회전수를 가지면서 회전하게 하여 정량의 전기에너지를 일정하게 생산할 수 있도록 구성된 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치는, 일정 반경을 움직이는 동물의 운동에너지를 발전기에 전달하여 전기에너지를 생산하도록 구성된다.
이를 위해, 다층구조로, 구획된 다수개의 내부공간실이 층별로 적층되게 구성되고, 상기 적층된 내부공간실을 관통하는 수직회전축이 회전가능하게 설치된 장치시설물과; 상기 장치시설물의 하나 이상의 내부공간실에 설치되고, 일측에 상기 내부공간실의 공간을 일정 반경으로 왕복운동하는 다수 마리의 동물이 연결되며 타측에 상기 수직회전축이 연결되어, 상기 동물의 운동에너지에 의해 상기 수직회전축을 일정한 회전수로 회전시키는 동력전달부가 설치된 다수개의 동력발생실과; 상기 장치시설물의 내부공간실에 설치되고, 상기 수직회전축과 연결되어 수직회전축의 저속의 회전수를 고속의 회전수로 증속시키는 다수개의 기어로 구성된 증속기어부와, 상기 증속기어부와 연결되어 고속의 회전수에 따라 전기에너지를 생산하는 발전기를 가지는 전력발생실로 이루어져; 상기 수직회전축은 다수개의 동력발생실에 위치된 동물의 운동에너지에 의해 일정한 회전수로 회전하고, 상기 수직회전축의 회전에너지는 증속기어부를 거쳐 발전기에 전달되어 정량의 전기에너지를 생산하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 수직회전축은, 상기 장치시설물의 각각의 내부공간실을 구획하는 층간슬라브 또는 바닥슬라브에 볼베어링에 의해 회전가능하도록 위치고정된 제1 회전축과; 일측이 상기 내부공간실의 상부측에 위치된 상기 제1 회전축과 결합부재에 의해 착탈가능하게 결합되고, 타측이 하부측에 위치된 또다른 상기 제1 회전축과 결합부재에 의해 착탈가능하게 결합된 제2 회전축으로 구성된다.
그리고, 상기 전력발생실의 증속기어부는, 전달되는 회전수와 동일한 회전수를 가지며 회전하는 다수개의 주동기어와, 상기 주동기어 보다 작은 기어이수를 가지면서 맞물려 상기 주동기어의 회전수를 증속시키는 다수개의 종동기어로 구성된다.
보다 상세하게, 상기 증속기어부는, 상기 수직회전축과 일체형으로 상기 수직회전축과 동일한 회전수를 가지는 제1 주동기어와, 상기 제1 주동기어 보다 작은 기어이수를 가지고 상기 제1 주동기어와 맞물려 회전수를 증속시키는 제1 종동기어와, 상기 제1 종동기어와 일체로 회전하는 증속축에 연결되고 상기 증속축과 동일 회전수를 가지는 제2 주동기어와, 상기 제2 주동기어보다 작은 기어이수를 가지고 상기 제2 주동기어와 맞물려 회전수를 증속시키는 제2 종동기어로 구성된다.
한편, 상기 발전기는, 상기 제2 종동기어와 일체로 회전하도록 연결된 발전기축과 연결되고, 상기 발전기축의 회전수에 따라 구동되어 전기에너지를 생산하며, 상기 발전기축의 일측에 회전수를 측정하는 속도감지기를 더 포함하여 구성된 다.
한편, 상기 동력발생실의 동력전달부는, 상기 수직회전축의 일측에 일체로 결합되어 상기 수직회전축이 일방향으로 회전되도록 구성된 회전체와, 길이를 가지는 바형상으로 상기 회전체의 일측에 수평되게 연장되고, 동물의 운동에 따라 상기 회전체를 회전시키는 다수개의 구동바로 구성된다.
이때, 바람직하게 상기 구동바는, 일측에 동물이 연결된 안장이 고정되게 결 합되고 제어신호에 따라 상기 동물을 수직회전축이 설치된 내측방향이나 외측방향으로 이동시켜 상기 동물의 운동거리 반경을 조절할 수 있도록 구성된 거리조절부를 더 포함하여 구성된다.
보다 상세하게, 상기 회전체는, 상기 수직회전축과 일체로 고정되게 결합되고 외주면에 기어이가 형성된 내기어와; 상기 내기어의 기어이와 간격을 가지면서 이를 감싸고, 상기 수직회전축에 볼베어링에 의해 회전가능하게 결합되며, 내주면에 일체형으로 상기 간격내에 돌출되어 상기 내기어의 기어이에 물리는 다수개의 폴이 형성된 래칫 외기어를 포함하여 구성된다.
보다 상세하게, 상기 구동바는, 상기 회전체의 일측에 결합된 제1 바와, 상기 제1 바와 수평되게 상기 회전체의 일측에 결합된 제2 바와, 상기 제1 바 및 제2 바와 간격을 가지면서 상기 회전체의 일측에 결합되고 상면에 렉기어이가 형성된 렉바로 구성된다. 그리고, 상기 제1 바와 제2 바의 상부에 슬라이드 이동가능하게 거리조절부가 설치된다.
이때, 바람직하게 상기 거리조절부는, 상기 구동바의 제1 바 및 제2 바를 감싸는 고정구에 의해 이동가능하게 결합되고 내부공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부 일측에 제어신호를 수신하거나 발신하는 제어기판과, 상기 케이싱의 내부 일측에 구비되고 상기 제어기판의 제어신호에 따라 구동하는 구동모터와, 상기 케이싱의 일측을 관통하여 돌출된 상기 구동모터의 회동축과 연결되고 상기 구동바의 렉바의 렉기어이와 기어이가 맞물린 종동기어로 구성된다.
그리고, 상기 제어기판의 제어에 의해 상기 제1 바 및 제2 바를 따라 이동하 고 연결된 동물의 운동 반경을 조절하여, 상기 수직회전축의 회전수를 일정하게 제어한다.
이를 위해, 필요에 따라 상기 장치시설물은, 각각의 내부공간실의 공간을 확인할 수 있는 감시카메라가 설치되고; 상기 감시카메라와 연결되고, 상기 수직회전축의 회전수 또는 발전기의 발전기축의 회전수를 감지하여 상기 감지된 회전수에 따라 상기 거리조절부의 제어기판에 제어신호를 보내도록 구성된 제어실을 더 포함하여 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치에 의하면, 우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 동물의 운동에너지를 이용하여 발전기의 발전기축과 증속기어부에 의해 연결된 수직회전축을 회전 구동함으로써 친환경적인 에너지 자원을 창출하고 기후나 지리적인 영향을 받지 않아 경제성이 탁월한 효과가 있다.
또한, 동물의 운동에너지를 이용한 동력원이 형성되는 동력발생실을 다수개 구성하여 수직회전축의 회전을 멈추지 않고도 각각의 동력발생실에 위치된 동물의 교체가 용이한 효과가 있다.
더불어, 동물이 연결된 거리조절부가 구동바의 길이에 따라 제어신호에 의해 가변적으로 이동가능하게 구성되어, 수직회전축의 회전수 또는 발전기에 연결된 발전기축의 회전수의 변화에 따라 동물의 운동량과 운동 반경을 손쉽게 변경할 수 있어 항상 일정한 회전수를 수직회전축이 가지게 하고 일정한 전력량을 지속적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치를 보여주는 개략적인 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치(1)는, 크게 다층구조로 다수개의 내부공간실을 가지고 이를 관통하는 수직회전축(40)이 구비된 장치시설물(10)과, 상기 장치시설물(10)의 다수개의 내부공간실에 설치되고 다수 마리의 동물(500)이 운동하여 상기 수직회전축(40)을 회전시키는 다수개의 동력발생실(20)과, 상기 장치시설물(10)의 내부공간실에 설치되고 상기 수직회전축(40)의 회전에너지를 이용하여 증속기어부(50)를 거쳐 전력을 생산하는 발전기(60)를 가지는 전력발생실(30)로 이루어진다.
이와 같이, 다수개의 층, 즉 내부공간실에 동력발생실(20)을 구성함으로써 각각의 내부공간실에 위치된 동물(500)의 임의적 교체가 용이하고, 상기 동력발생실(20)에는 동물(500)의 운동거리를 제어신호에 따라 조절할 수 있는 거리조절부(80)를 가져 상기 수직회전축(40)의 회전수의 변화에 따라 이를 제어해 상기 회전수를 일정하게 조절할 수 있어 상기 발전기(60)에서 생산되는 전력, 즉 전기에너지를 일정하게 생산할 수 있다.
다시 말해, 상기 다수개의 동력발생실(20)에 위치된 동물(500)의 운동에너지 에 의해 상기 수직회전축(40)은 일정한 회전수로 회전하고, 상기 수직회전축(40)의 회전에너지는 증속기어부(50)를 거쳐 발전기(60)에 전달되어 전기에너지를 생산하게 된다.
보다 상세하게, 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치(1)는, 일정 반경을 움직이는 다수 마리의 동물(500)의 운동에너지를 상기 발전기(60)에 전달하여 전기에너지를 생산하도록, 크게 장치시설물(10)과 동력발생실(20) 그리고 전력발생실(30)로 구성된다.
그리고, 상기 장치시설물(10)은 바람직하게 다층구조로 구획된 다수개의 내부공간실이 층별로 적층되게 구성되고, 상기 적층된 내부공간실을 수직하게 관통하면서 회전가능하게 수직회전축(40)이 설치된다.
이때, 상기 수직회전축(40)은 상기 내부공간실을 일정 반경을 가지면서 왕복 운동하게 되는 다수 마리의 동물(500)의 운동에너지가 동력전달부(70)에 의해 전달되어 상기 동력전달부(70)에 의해 회전되는데, 바람직하게 상기 수직회전축(40)은 상기 장치시설물(10)의 각각의 내부공간실을 구획하는 층간슬라브(11)를 관통하도록 설치되고 상기 관통되는 층간슬라브(11)에 회전가능하도록 볼베어링(4)에 의해 위치고정된다. 또한, 상기 장치시설물(10)의 제일 하층을 이루는 내부공간실의 바닥슬라브(12)에도 볼베어링(4)에 의해 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 상기 수직회전축(40)은 제1 회전축(40a)과 제2 회전축(40b)으로 구분되게 설치됨으로써 필요에 따라 상기 제2 회전축(40b)이 내부공간실에서 탈착가능하게 설치되는데, 먼저, 상기 제1 회전축(40a)은 상기 장치시설물(10)의 층 간슬라브(11) 또는 바닥슬라브(12)에 볼베어링(4)에 의해 회전가능하도록 위치고정된다.
그리고, 상기 제2 회전축(40b)은, 일측이 상기 내부공간실의 상부측에 위치된 상기 제1 회전축(40a)과 결합부재(5)에 의해 착탈가능하게 결합되고, 타측이 하부측에 위치된 또다른 상기 제1 회전축(40a)과 결합부재(5)에 의해 착탈가능하게 결합된다.
이때, 상기 제1, 2회전축(40)은 결합부위에 플랜지(41)가 형성되고, 상기 결합부재(5)는 볼트 등의 부재로 상기 플랜지(41)를 관통하여 상기 제1, 2 회전축(40)을 결합시킨다. 이에 따라 상기 결합부재(5)의 해체에 의해 상기 제2 회전축(40b)은 필요에 따라 내부공간실에서 용이하게 착탈될 수 있게 구성됨을 특징으로 한다.
한편, 상기 동력발생실(20)은 실제로 발전기(60)를 구동할 수 있는 동력원을 제공하는 곳으로 바람직하게 다수개의 내부공간실에 각각 다수 마리의 동물(500)을 가지도록 설치된다.
보다 상세하게, 상기 동력발생실(20)은 상기 장치시설물(10)의 하나 이상의 내부공간실에 설치되고, 일측에 상기 내부공간실의 공간을 일정 반경으로 왕복운동하는 다수 마리의 동물(500)이 연결되며 타측에 상기 수직회전축(40)의 일측이 연결되어 상기 동물(500)의 운동에너지에 의해 상기 수직회전축(40)을 일정한 회전수로 회전시키는 동력전달부(70)가 설치된다.
도시된 도면에서 상기 동력발생실(20)은 제일 하층의 제1 동력발생실(20a)과 상기 전력발생실(30)의 상부에 제2 동력발생실(20b)로 구분되게 도시하였으며, 이는 하나의 실시예로서 필요에 따라 상기 동력발생실(20)은 상기 수직회전축(40)과 연결되어 이를 회전시킬 수 있도록 다수개가 형성될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 다수 마리의 동물(500)의 운동에너지를 수직회전축(40)에 전달하여 상기 수직회전축(40)을 일정한 회전수로 회전시키는 동력발생실(20)은 상기 장치시설물(10)의 적층되게 구획된 내부공간실에 다수개로 구성됨으로써, 수직회전축(40)의 회전수 손실없이 동물(500)의 교체가 용이하고, 다수개의 동력발생실(20)에 의해 상기 수직회전축(40)은 일정한 회전수를 가지면서 회전하게 된다.
바람직하게 본 발명에서 동력원을 제공하는 동물(500)은 끈기가 많고 운동량이 거의 일정하면서도 장시간 움직일 수 있는 소를 이용한다. 일반적으로 동물을 이용한 발전장치에 동력원으로 사용되는 동물(500)로도 소가 이용되고 있다.
이러한 소의 운동량은 대게 1분에 20∼30 걸음의 걸음을 걷게 되고, 이는 상기 동력발생실(20)의 동력전달부(70)를 통해 수직회전축(40)에 전달되어 상기 수직회전축(40)을 저속으로 회전시키게 된다.
그러나, 단층의 구조를 가졌던 종래의 발전장치는 상기 소의 교체가 용이하지 않고, 소의 운동에 회전수가 크게 좌우되어 발전기(60)를 돌릴만한 동력을 일정하게 얻기가 어려웠다.
이에 따라, 상기 동물(500), 즉 소가 운동하는 동력발생실(20)을 다수개 적층되게 구성하고 단일 수직회전축(40)을 회전하게 함으로써 상기 수직회전축(40)은 과도하지 않은 일정한 회전수로 회전하게 되고, 이러한 하나의 수직회전축(40)에 연결된 다수개의 동력발생실(20)은 한 층의 동력발생실(20)에서 생산되는 동물(500)의 운동이 수직회전축(40)에 미치는 힘의 크기가 작기 때문에 다수개의 동력발생실(20) 중 한 층의 동물(500)의 움직임을 멈추고 필요에 따라 교체작업을 행하여도 상기 수직회전축(40)의 회전 운동에는 거의 영향을 미치지 않는다.
또한, 다른 내부공간실의 동력발생실(20)에 위치된 다른 동물(500)의 운동거리를 조절하거나 운동력을 이용함으로써 한 층의 동물을 교체하더라도 상기 수직회전축(40)의 회전에는 거의 영향을 미치지 않아 교체가 용이하게 된다.
그리고, 이러한 상기 동물(500)의 교체가 용이한 구조를 가지도록 동력전달부(70)를 구성하였으며, 이는 하기에 보다 상세하게 기술하기로 한다.
이어서, 상기 전력발생실(30)은 상기 회전되는 수직회전축(40)의 회전에너지를 전달받아 발전기축(61)을 회전시켜 발전기(60)를 구동시키고 전력을 생산하는 곳이다.
보다 상세하게, 상기 전력발생실(30)은, 상기 장치시설물(10)의 내부공간실에 설치되고, 상기 내부공간실에 상기 수직회전축(40)과 연결되어 수직회전축의 저속의 회전수를 전기에너지 생산이 가능한 고속의 회전수로 증속시키는 다수개의 기어로 구성된 증속기어부(50)와, 상기 증속기어부(50)와 연결되어 고속의 회전수에 따라 전기에너지를 생산하는 발전기(60)를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 전력발생실(30)의 증속기어부(50)는, 전달되는 회전수와 동일한 회전수를 가지며 회전하는 다수개의 주동기어와, 상기 주동기어 보다 작은 기어이수를 가지면서 상기 주동기어와 맞물려 회전수를 증속시키는 다수개의 종동기어로 구성된다.
이를 일실시예로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
재차 도 3을 참조하면, 본 발명에 적용되는 전력발생실(30)의 상기 증속기어부(50)는 저속의 회전수를 고속의 회전수로 증속시켜 발전기(60)의 원할한 전력발생 회전수로 전달하도록 구성된 것으로, 상기 수직회전축(40)과 일체형으로 결합되어 상기 수직회전축(40)과 동일한 회전수를 가지는 제1 주동기어(51)와, 상기 제1 주동기어(51) 보다 작은 기어이수를 가지고 상기 제1 주동기어(51)와 맞물려 기어산의 비율에 따라 회전수를 증속시키는 제1 종동기어(52)와, 상기 제1 종동기어(52)와 일체로 회전하는 증속축(55)에 연결되고 상기 증속축(55)과 동일 회전수를 가지는 제2 주동기어(53)와, 상기 제2 주동기어(53) 보다 작은 기어이수를 가지고 이와 맞물려 기어산의 비율에 따라 상기 제2 주동기어(53)의 회전수를 증속시켜 회전하는 제2 종동기어(54)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 증속기어부(50)는 상기 발전기(60)에 회전에너지를 전달하는데, 바람직하게 상기 발전기(60)는 상기 제2 종동기어(54)와 일체로 회전하도록 연결된 발전기축(61)과 연결되고, 상기 발전기축(61)의 회전수에 따라 구동되어 전기에너지를 생산하게 된다.
이때 상기 증속축(55)과 발전기축(61)은 볼베어링에 의해 층간슬라브에 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 발전기축(61)은 필요에 따라 일측에 회전수를 측정하여 감지하는 속도감지기(62)를 더 포함하여 구성된다. 이때 상기 속도감지기(62)에서 측정된 회전수는 하기에 기술된 제어실(미도시.) 또는 별도의 제어부(미도시.)에 전달되어 동물의 운동량과 거리를 조절할 수 있게 한다.
한편, 상기 수직회전축(40)의 일측에도 필요에 따라 회전수를 측정하여 감지하는 속도감지기(미도시.)를 더 포함하고 이또한 상기 제어실(미도시.) 또는 별도의 제어부(미도시.)에 전달되어 동물의 운동량과 거리를 조절할 수 있게 한다.
상기에 기술된 바와 같이, 상기 증속기어부(50)는 다수개의 주동기어와 다수개의 종동기어의 맞물림에 따라 저속의 회전수를 고속의 회전수로 증속시켜 발전기(60)로 전달하게 된다.
이때, 상기 주동기어와 종동기어의 기어산 비율은 생산하고자 하는 전기에너지량에 비례되는 발전기(60)의 구동 회전수에 비례하여 그 기어산 비율이 정해지며, 필요에 따라 상기 증속기어부(50)는 별도의 하우징에 의해 보호될 수 있게 구성된다.
이어서, 재차 본 발명의 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치(1)에 적용되는 동력발생실(20)을 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 4(a)(b)는 본 발명의 실시예에 따른 동력발생실에 적용된 동력전달부를 보여주는 부분 단면도이고, 도 5은 본 발명의 실시예에 따른 동력발생실에 적용된 거리조절부를 보여주는 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동력발생실에 적용된 거리조절부를 보여주는 부분단면도이다.
도 3과 함께 참조하여, 바람직하게 상기 동력발생실(20)의 동력전달부(70)는, 다수 마리의 동물(500)의 운동에너지를 수직회전축(40)에 전달하고, 상기 수직 회전축(40)이 일방향으로 회전할 수 있게 구성되며, 상기 동물(500)의 교체시에도 상기 수직회전축(40)의 회전운동에 영향을 주지 않게 구성됨을 특징으로 한다.
이를 위해, 상기 동력전달부(70)는, 상기 수직회전축(40)의 일측에 일체로 결합되어 상기 수직회전축(40)이 일방향으로 회전되도록 구성된 회전체(70a)와, 길이를 가지는 바형상으로 상기 회전체(70a)의 일측에 수평되게 연장되고 연결된 동물(500)의 운동에 따라 상기 회전체(70a)를 회전시키는 다수개의 구동바(70b)로 구성된다.
그리고, 상기 구동바(70b)는, 거리조절부(80)를 더 포함하여 구성되는데, 상기 거리조절부(80)는, 일측에 동물(500)이 운동하는데 불편하지 않고 상기 구동바(70b)를 밀기 용이하도록 상기 동물(500)이 연결된 안장(510)이 고정되게 결합되고, 제어신호에 따라 상기 동물(500)을 수직회전축(40)측, 즉 내측방향이나 외측방향으로 이동시켜 상기 동물의 운동거리 반경을 조절할 수 있도록 구성된다.
바람직하게, 상기 안장(510)은 상기 거리조절부(80)와 일체로 결합되어, 상기 거리조절부(80)의 이동에 따라 함께 상기 구동바(70b)를 따라 이동한다.
또한, 바람직하게 하나의 구동바(70b)에 한 마리의 동물(500)이 연결되고, 상기 회전체(70a)를 중심으로 90˚의 각도를 가지고 4개의 구동바(70b)가 설치된다.
한편, 상기 회전체(70a)는, 상기 구동바(70b)에 연결된 동물(500)의 교체가 용이하면서도 상기 수직회전축(40)의 일방향 회전에 영향을 주지 않도록 상기 수직회전축(40)과 일체형으로 구성되는데, 보다 상세하게 상기 회전체(70a)는 내기 어(71)와 래칫 외기어(72)로 구성된다.
이때, 상기 내기어(71)는, 상기 수직회전축(40)과 일체로 고정되게 결합되고 외주면에 기어이(71-1)이 형성된다.
그리고, 상기 래칫 외기어(ratchet, 72)는, 상기 내기어(71)의 기어이(71-1)와 내측에 간격(a)을 가지면서 이를 감싸고, 상기 수직회전축(40)에 볼베어링(72-1)에 의해 회전가능하게 결합되며, 내주면에 상기 내기어(71)의 기어이(71-1)와 물리는 다수개의 폴(pawl, 73)이 회동가능하게 형성되도록 구성된다. 이때, 상기 다수개의 폴(73)은 상기 간격(a)내에 위치되고 상기 내기어의 기어이(71-1)와 기어이(71-1) 사이에 위치되어 외력을 전달하는 역할을 한다.
일반적으로, 상기 래칫 외기어(72)에 적용되는 래칫(ratchet) 구조는 폴(pawl, 73)의 작용에 의해 한쪽 방향으로만 회전을 전하고, 반대 방향으로는 회전할 때는 상기 폴에 의해 회전되지 않도록 구성된 것으로 래칫 휠(ratchet wheel)이라고도 한다.
이러한 일반적인 래칫 구조를 반대로 적용하여, 상기 동물(500)이 구동바(70b)를 밀면서 발생되는 운동력은 상기 구동바(70b)와 일체형으로 구성된 상기 회전체(70b)의 래칫 외기어(72)에 전달되고 상기 래칫 외기어(72)를 동일 방향(B)으로 회전시킨다. 이때, 상기 래칫 외기어(72)의 폴(73)은 상기 내기어(71)의 기어이(71-1) 사이에 걸려 상기 내기어(71)를 밀어 상기 내기어(71)가 래칫 외기어(72)와 함께 회전하게 한다.
즉, 상기 래칫 외기어(72)의 다수개의 폴(73)은 힘을 전달하는 매개체로, 상 기 폴(73)이 걸린 내기어(71)는 상기 래칫 외기어(72)와 동일방향으로 회전하게 되고, 이는 상기 내기어(71)와 일체형의 수직회전축(40)에 전달되어 상기 수직회전축(40)이 동일 방향(B)으로 회전하게 한다.
한편, 상기 구동바(70b)에 연결된 동물(500)을 교체하고자 할 때, 상기 동물(500)이 운동을 멈춤으로 인해 상기 구동바(70b) 또한 그 움직임을 멈추게 된다. 그리고, 상기 구동바(70b)와 연결된 회전체(70)의 래칫 외기어(72) 또한 멈추게 되는데, 이때 상기 래칫 외기어(72)의 폴(73)은 내기어(71)의 기어이(71-1)에서 벗어나게 된다.
이에 따라 상기 회전체(70)의 내기어(71)는 다른 동력발생실(20)에서 전해지는 운동에너지에 의해 회전하는 수직회전축(40)과 함께 동일방향으로 지속적으로 운동하게 된다.
그리고, 상기 동작을 멈춘 구동바(70b)에서 안장(510)에 의해 연결된 동물을 교체하게 된다.
한편, 상기 구동바(70b)에 연결된 거리조절부(80)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 5와 도 6을 재차 참조하면, 바람직하게, 상기 구동바(70b)는 3개의 바가 하나의 구동바(70b)를 형성하도록 구성되는데, 상기 구동바(70b)는 상기 회전체(70a), 보다 상세하게는 래칫 외기어(73)의 일측에 결합된 제1 바(74)와, 상기 제1 바(74)와 수평되게 상기 회전체(70a)의 래칫 외기어(73) 일측에 결합된 제2 바(75)와, 상기 제1, 2 바(74, 75)와 간격을 가지면서 상기 회전체(70a)의 래칫 외 기어(73) 일측에 결합되고 일면, 바람직하게는 상면에 렉기어이(76-1)가 형성된 렉바(76)로 구성된다.
이때, 상기 렉바(76)는 상기 제1 바(74) 및 제2 바(75)와 수평되게 형성되고, 상기 상기 제1 바(74) 및 제2 바(75) 및 렉바(76)는 상기 동력발생실(20)의 수직회전축(40)을 중심으로 회전반경을 가질 수 있는 길이를 가진다.
한편, 상기 거리조절부(80)는, 상기 구동바(70b)의 제1 바(74) 및 제2 바(75)의 상부에 슬라이드 운동 가능하게 결합되는 고정구(83-1)에 의해 이동가능하게 결합되는데, 상기 고정구(83-1)의 상부에 결합되고 내부공간을 가지는 케이싱(83)과, 상기 케이싱(83)의 내부 일측에 제어신호를 수신하거나 발신하는 제어기판(84)과, 상기 케이싱(83)의 내부 일측에 구비되고 상기 제어기판(84)의 제어신호에 따라 구동하는 구동모터(81)와, 상기 케이싱(83)의 일측을 관통하여 돌출된 상기 구동모터(81)의 회동축(81a)과 연결되고 상기 구동바(70b)의 렉바(76) 렉기어이(76-1)와 기어이(82-1)가 맞물린 종동기어(82)로 구성된다.
이와 같이 구성된 거리조절부(80)는, 상기 제어기판(84)의 제어에 의해 상기 구동바(70b)를 따라 내측방향 또는 외측방향으로 이동하게 되고, 상기 거리조절부(80)와 안장(510)에 의해 연결된 동물(500)은 이에 따라 이동하여 왕복 운동하는 회전 반경이 변경된다.
상기와 같이 거리조절부(80)의 이동에 따라 상기 동물(500)의 회전반경을 변경함으로써 동물의 운동에너지가 전달되는 수직회전축(40)의 회전수를 변경할 수 있게 되고 상기 제어기판(84)의 신호에 따라 상기 수직회전축(40)은 항상 일정한 회전수를 유지하면서 회전되도록 제어된다.
이와 같은 거리조절부(80)의 제어는 자동 또는 수동 조작에 따라 상기 제어기판(84)에 제어신호를 부여함으로써 조절될 수 있는데, 상기 장치시설물(10)의 일측에 제어실(미도시.)를 더 구비하여 자동으로 조절될 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 본 발명에 따른 발전장치(1)의 상기 장치시설물(10)은, 각각의 내부공간실의 공간을 확인할 수 있는 감시카메라가 설치되고, 상기 감시카메라와 연결되어 내부공간실을 확인하고 상기 수직회전축(40)의 회전수와 발전기(60)의 회전수를 감지하여 상기 감지된 회전수에 따라 거리조절부(80)의 제어기판(84)에 제어신호를 보내 동물의 거리, 즉 운동 반경을 조절하는 제어실(미도시.)를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치(1)에 의해, 동력원을 제공하는 동물(500)의 교체가 용이하면서, 수직회전축(40)의 회전수를 일정하게 제어하여 발전기(60)에서 일정한 양의 전기에너지를 생산할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술에 따른 동물을 이용한 발전장치를 보여주는 개념도.
도 2는 종래 기술에 따른 동물을 이용한 발전장치의 일실시예를 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치를 보여주는 개략적인 도면.
도 4(a)(b)는 본 발명의 실시예에 따른 동력발생실에 적용된 동력전달부를 보여주는 부분 단면도.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 동력발생실에 적용된 거리조절부를 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동력발생실에 적용된 거리조절부를 보여주는 부분단면도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***
1 : 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치
10 : 장치시설물 20 : 동력발생실
30 : 전력발생실 40 : 수직회전축
50 : 증속기어부 60 : 발전기
70 : 동력전달부 80 : 거리조절부

Claims (11)

  1. 일정 반경을 움직이는 동물의 운동에너지를 발전기에 전달하여 전기에너지를 생산하는 발전장치에 있어서,
    다층구조로, 구획된 다수개의 내부공간실이 층별로 적층되게 구성되고, 상기 적층된 내부공간실을 관통하는 수직회전축이 회전가능하게 설치된 장치시설물과;
    상기 장치시설물의 하나 이상의 내부공간실에 설치되고, 일측에 상기 내부공간실의 공간을 일정 반경으로 왕복운동하는 다수 마리의 동물이 연결되며 타측에 상기 수직회전축이 연결되어, 상기 동물의 운동에너지에 의해 상기 수직회전축을 일정한 회전수로 회전시키는 동력전달부가 설치된 다수개의 동력발생실과;
    상기 장치시설물의 내부공간실에 설치되고, 상기 수직회전축과 연결되어 수직회전축의 저속의 회전수를 고속의 회전수로 증속시키는 다수개의 기어로 구성된 증속기어부와, 상기 증속기어부와 연결되어 고속의 회전수에 따라 전기에너지를 생산하는 발전기를 가지는 전력발생실로 이루어져;
    상기 수직회전축은 다수개의 동력발생실에 위치된 동물의 운동에너지에 의해 일정한 회전수로 회전하고, 상기 수직회전축의 회전에너지는 증속기어부를 거쳐 발전기에 전달되어 정량의 전기에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수직회전축은, 상기 장치시설물의 각각의 내부공간실을 구획하는 층간슬라브 또는 바닥슬라브에 볼베어링에 의해 회전가능하도록 위치고정된 제1 회전축과,
    일측이 상기 내부공간실의 상부측에 위치된 상기 제1 회전축과 결합부재에 의해 착탈가능하게 결합되고, 타측이 하부측에 위치된 또다른 상기 제1 회전축과 결합부재에 의해 착탈가능하게 결합된 제2 회전축으로 구성된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전력발생실의 증속기어부는, 전달되는 회전수와 동일한 회전수를 가지며 회전하는 다수개의 주동기어와, 상기 주동기어 보다 작은 기어이수를 가지면서 맞물려 상기 주동기어의 회전수를 증속시키는 다수개의 종동기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 증속기어부는, 상기 수직회전축과 일체형으로 상기 수직회전축과 동일한 회전수를 가지는 제1 주동기어와, 상기 제1 주동기어 보다 작은 기어이수를 가지고 상기 제1 주동기어와 맞물려 회전수를 증속시키는 제1 종동기어와, 상기 제1 종동기어와 일체로 회전하는 증속축에 연결되고 상기 증속축과 동일 회전수를 가지는 제2 주동기어와, 상기 제2 주동기어보다 작은 기어이수를 가지고 상기 제2 주동 기어와 맞물려 회전수를 증속시키는 제2 종동기어로 구성된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발전기는, 상기 제2 종동기어와 일체로 회전하도록 연결된 발전기축과 연결되고, 상기 발전기축의 회전수에 따라 구동되어 전기에너지를 생산하며, 상기 발전기축의 일측에 회전수를 측정하는 속도감지기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 동력발생실의 동력전달부는, 상기 수직회전축의 일측에 일체로 결합되어 상기 수직회전축이 일방향으로 회전되도록 구성된 회전체와,
    길이를 가지는 바형상으로 상기 회전체의 일측에 수평되게 연장되고, 동물의 운동에 따라 상기 회전체를 회전시키는 다수개의 구동바로 구성된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 구동바는, 일측에 동물이 연결된 안장이 고정되게 결합되고 제어신호에 따라 상기 동물을 수직회전축이 설치된 내측방향이나 외측방향으로 이동시켜 상기 동물의 운동거리 반경을 조절할 수 있도록 구성된 거리조절부를 더 포함하여 구성 된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 회전체는, 상기 수직회전축과 일체로 고정되게 결합되고 외주면에 기어이가 형성된 내기어와,
    상기 내기어의 기어이와 간격을 가지면서 이를 감싸고, 상기 수직회전축에 볼베어링에 의해 회전가능하게 결합되며, 내주면에 일체형으로 상기 간격내에 돌출되어 상기 내기어의 기어이에 물리는 다수개의 폴이 형성된 래칫 외기어를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 구동바는, 상기 회전체의 일측에 결합된 제1 바와, 상기 제1 바와 수평되게 상기 회전체의 일측에 결합된 제2 바와, 상기 제1 바 및 제2 바와 간격을 가지면서 상기 회전체의 일측에 결합되고 상면에 렉기어이가 형성된 렉바로 구성되고,
    상기 제1 바와 제2 바의 상부에 슬라이드 이동가능하게 거리조절부가 설치된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 거리조절부는,
    상기 구동바의 제1 바 및 제2 바를 감싸는 고정구에 의해 이동가능하게 결합 되고 내부공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부 일측에 제어신호를 수신하거나 발신하는 제어기판과, 상기 케이싱의 내부 일측에 구비되고 상기 제어기판의 제어신호에 따라 구동하는 구동모터와, 상기 케이싱의 일측을 관통하여 돌출된 상기 구동모터의 회동축과 연결되고 상기 구동바의 렉바의 렉기어이와 기어이가 맞물린 종동기어로 구성되어,
    상기 제어기판의 제어에 의해 상기 제1 바 및 제2 바를 따라 이동하고 연결된 동물의 운동 반경을 조절하여, 상기 수직회전축의 회전수를 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 장치시설물은, 각각의 내부공간실의 공간을 확인할 수 있는 감시카메라가 설치되고,
    상기 감시카메라와 연결되고, 상기 수직회전축의 회전수 또는 발전기의 발전기축의 회전수를 감지하여 상기 감지된 회전수에 따라 상기 거리조절부의 제어기판에 제어신호를 보내도록 구성된 제어실을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 동물에너지와 기어산 비율을 활용한 발전장치.
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