KR20100010259A - Low power subterranean water pumping system using a solar cell - Google Patents

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KR20100010259A
KR20100010259A KR1020080071159A KR20080071159A KR20100010259A KR 20100010259 A KR20100010259 A KR 20100010259A KR 1020080071159 A KR1020080071159 A KR 1020080071159A KR 20080071159 A KR20080071159 A KR 20080071159A KR 20100010259 A KR20100010259 A KR 20100010259A
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문정현
이창한
박경민
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서봉리사이클링(주)
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Abstract

PURPOSE: A low-power underground water pumping system using a solar battery is provided to easily use underwater even in desert or a remote area. CONSTITUTION: A low-power underground water pumping system using a solar battery comprises a solar battery(1), a condenser(2), a regulator(3), an inverter(4), a compressor(5), and a pumping device(6). The solar battery changes solar energy into the electric energy. The condenser stores the electric energy of the solar battery. The regulator prevents discharge and overvoltage of the condenser. The inverter changes the direct current of the condenser into the alternating current. The compressor is operated by the alternating current from the inverter, and generates compressive air. The pumping device pulls up the water stored in an underground well to the ground.

Description

태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템{Low power subterranean water Pumping system using a solar cell}Low power subterranean water pumping system using a solar cell}

본 발명은 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영구적으로 사용할 수 있는 태양에너지를 이용하여 지중 수미터 내에 있는 지하 관정의 지하수를 지면 위로 끌어올릴 수 있는 구조를 제공함에 따라, 전력이 공급되지 않는 사막이나 오지 등에서도 개발된 지하수를 편리하게 사용할 수 있도록 함으로써, 물 부족으로 인한 고충을 덜 수 있도록 한 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a low-power groundwater pumping system using a solar cell, and more particularly, to provide a structure that can lift the groundwater of the underground well within a few meters below the ground using solar energy that can be used permanently. Accordingly, the present invention relates to a low-power groundwater pumping system using solar cells, which makes it possible to conveniently use groundwater developed even in deserts and remote areas where power is not supplied.

일반적으로 물이 부족한 지역에서는 식수나 생활수 등으로 이용할 수 있는 지중에 흐르거나 고여 있는 지하수를 개발함으로써, 물 부족으로 인한 크고 작은 고충을 덜어내고자 하였다. In general, in the areas where water is scarce, the groundwater that flows or accumulates in the ground which can be used as drinking water or living water is developed, so as to relieve the grievances caused by the lack of water.

즉, 지하수가 존재하는 지중 아래까지 둥근형상으로 지하 관정을 깊게 판 다음, 상기 관정에 있는 지하수를 워터펌프를 통해 지면 위로 끌어올려 식수나 생활 수 등으로 사용하였다. That is, deep underground underground wells were dug deep down to the ground where the groundwater exists, and the groundwater in the well was pulled up to the ground through a water pump and used as drinking water or living water.

그러나 상기한 바와 같이 지하 관정에 존재하는 지하수를 지면 위로 끌어올리기 위한 워터펌프는 전력 공급이 가능한 곳에서만 사용할 수 있는 한계가 있었다. However, as described above, the water pump for raising the groundwater present in the underground well above the ground has a limit that can be used only where power is available.

즉, 전력 공급이 불가능한 사막이나 오지 등에서는 워터펌프를 작동시키기 위한 전력이 공급되지 않으므로, 지하수를 개발한다고 하더라도 지하 관정에 있는 지하수를 지면 위로 끌어올릴 때는 전력으로 작동되는 워터펌프를 사용할 수 없으므로 인력으로만 지하수를 끌어올릴 수 밖에 없어 지하수의 사용이 용이하지 못한 문제점이 있었다. In other words, power is not supplied to operate water pumps in deserts and remote areas where power supply is not possible. Therefore, even if groundwater is developed, power pumps cannot be used to pull groundwater in underground wells to the ground. There was a problem that the groundwater can not only be used to pull up the groundwater.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 전력의 공급이 어려운 지역에서도 지하 관정의 지하수를 지면 위로 용이하게 끌어올려 사용할 수 있도록 하기 위하여, 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지와; 상기 태양전지의 전기에너지가 축전되는 축전지와; 상기 축전지의 과전압과 방전을 방지하는 레귤레이터와; 상기 축전지의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터와; 상기 인버터에서 출력되는 교류전압으로 작동되어 압축공기를 발생시키는 컴프레셔와; 상기 컴프레셔의 압축공기의 흐름을 통한 기압차에 의해 지하 관정에 저수된 물을 지면 위로 끌어올리는 펌핑장치를; 포함하여 구성됨을 특징으로 한 태양전지 를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, and in order to be able to easily pull up the groundwater of the underground well over the ground even in areas where it is difficult to supply power, the solar cell for converting solar energy into electrical energy and ; A storage battery in which electrical energy of the solar cell is stored; A regulator for preventing overvoltage and discharge of the battery; An inverter for converting the DC voltage of the battery into an AC voltage; A compressor operated by an AC voltage output from the inverter to generate compressed air; A pumping device for raising water stored in the underground well over the ground by a pressure difference through a flow of compressed air of the compressor; The purpose is to provide a low-power groundwater pumping system using a solar cell, characterized in that configured to include.

본 발명의 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템은 전력을 별도로 이용하지 않고 영구적인 태양에너지를 이용하여 지하 관정에 있는 지하수를 지면 위로 끌어올리 수 있으므로, 전력의 공급이 용이하지 못한 사막이나 오지 등에서도 지하수를 용이하게 사용할 수 있게 하고, 이를 통해 물 부족으로 인한 해당 지역의 고충을 해소할 수 있는 효과가 있다. The low-power groundwater pumping system using the solar cell of the present invention can lift the groundwater in the underground well over the ground using permanent solar energy without using power separately, so it is difficult to supply power in deserts and remote areas. Also, the groundwater can be easily used, thereby eliminating the grievances of the region due to the lack of water.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 전체 구성 사시도이고, 도 2는 본 발명의 펌핑장치의 구조를 도시한 수직 단면도이고, 도 3은 종래의 펌핑장치의 구조를 도시한 수직 단면도이다. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the present invention, Figure 2 is a vertical sectional view showing the structure of the pumping apparatus of the present invention, Figure 3 is a vertical sectional view showing the structure of a conventional pumping apparatus.

본 발명의 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템(100)은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지(1)와; 상기 태양전지(1)의 전기에너지가 축전되는 축전지(2)와; 상기 축전지(2)의 과전압과 방전을 방지하는 레귤레이터(3)와; 상기 축전지(2)의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터(4)와; 상기 인버터(4)에서 출력되는 교류전압으로 작동되어 압축공기를 발생시키는 컴프레셔(5)와; 상기 컴프레셔(5)의 압축공기의 흐름을 통한 기압차에 의해 지하 관정에 저수된 물을 지면 위로 끌어올리는 펌핑장치(6)를; 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. The low-power groundwater pumping system 100 using the solar cell of the present invention includes a solar cell 1 for converting solar energy into electrical energy; A storage battery 2 in which electrical energy of the solar cell 1 is stored; A regulator (3) for preventing overvoltage and discharge of the storage battery (2); An inverter 4 for converting the DC voltage of the storage battery 2 into an AC voltage; A compressor (5) operated by an alternating voltage output from the inverter (4) to generate compressed air; A pumping device (6) for raising water stored in the underground well to the ground by a pressure difference through the flow of compressed air of the compressor (5); Characterized in that configured to include.

상기 펌핑장치(6)는 하부가 개방된 외함체(7)와, 상기 외함체(7)의 직경 보다 작고 상부가 개방된 내함체(8)로 구성되되, 하측에 공기배출공(9)이 통공된 배출관(13)에 의해 외함체(7)의 내부에 내함체(8)가 완전히 내입된 상태로 형성되고, 상기 외함체(7)의 내측과 내함체(8)의 외측의 사이에는 공기유입구(10)가 형성되며, 상기 외함체(7)의 내함체(8)의 사이에 공기유입구(10)와 연통되는 공기내입공간(11)이 형성되고, 상기 공기유입구(10)에는 컴프레셔(5)와 연결되는 공기주입관(12)이 설치된 구조로 구성되어 있다. The pumping device 6 is composed of an enclosure 7 having an open bottom and an enclosure 8 having a smaller diameter than the diameter of the enclosure 7 and having an open upper portion. The inner container 8 is formed inside the enclosure 7 by the discharge pipe 13 through which the air is discharged, and air is provided between the inside of the enclosure 7 and the outside of the enclosure 8. An inlet 10 is formed, and an air inlet space 11 communicating with the air inlet 10 is formed between the inner case 8 of the enclosure 7, and a compressor (2) is formed in the air inlet 10. It is composed of a structure in which the air injection pipe 12 connected to 5) is installed.

여기서 상기 펌핑장치(6)는, 단순히 공기유입관(A)과 배출관(B)으로만 구성되어 공기가 집적되는 공간이 부족함으로 인해 배출관(B)으로 배출되는 공기가 방울형태로 배출되어 지하수의 수면 위로부터 1~2m정도의 높이까지만 끌어올릴 수 있어 1~2m 이상의 지하 관정에는 적용시킬 수 없었던 도 3에 도시된 종래의 펌핑장치(C)를 보완한 구조이다. Here, the pumping device 6 is simply composed of only the air inlet pipe (A) and the discharge pipe (B), the air discharged to the discharge pipe (B) is discharged in the form of a drop of ground water due to the lack of space for air accumulation It is a structure complementing the conventional pumping device (C) shown in Figure 3 that can only be pulled up to a height of about 1 to 2m above the water surface and could not be applied to underground wells of 1 to 2m or more.

이와 같이 구성된 본 발명의 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템(100)은 물이 부족한 지역에서 개발한 지하 관정에 설치하여 지하수를 지면 위로 끌어올리기 위한 시스템이다. The low-power groundwater pumping system 100 using the solar cell of the present invention configured as described above is a system for elevating groundwater onto the ground by installing in an underground well developed in an area where water is scarce.

특히, 본 발명의 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템(100)은 전력 공급이 용이하지 못한 물 부족 지역에서도 전력 공급에 상관 없이 적용시켜 사용할 수 있도록 한 것이 큰 특징이다. In particular, the low-power groundwater pumping system 100 using the solar cell of the present invention is characterized in that it can be applied to use regardless of the power supply even in a water shortage area where power supply is not easy.

이는 도 1에 도시된 바와 같이, 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지(1)와; 상기 태양전지(1)의 전기에너지가 축전되는 축전지(2)와, 상기 축전지(2)의 과전압과 방전을 방지하는 레귤레이터(3)와, 상기 축전지(2)의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터(4)와, 상기 인버터(4)에서 출력되는 교류전압으로 작동되어 압축공기를 발생시키는 컴프레셔(5)와, 상기 컴프레셔(5)의 압축공기를 이용한 기압차를 통해 지하 관정에 저수된 물을 지면 위로 끌어올리는 펌핑장치(6)로 구성됨에 의한 것이다. As shown in FIG. 1, the solar cell 1 converts light energy into electrical energy; A storage battery 2 in which electrical energy of the solar cell 1 is stored, a regulator 3 for preventing overvoltage and discharge of the storage battery 2, and a DC voltage of the storage battery 2 converted into an AC voltage. Water stored in underground wells through an inverter 4, a compressor 5 operated by an AC voltage output from the inverter 4 to generate compressed air, and a pressure difference using compressed air of the compressor 5; It is due to the configuration of the pumping device (6) to raise the ground above.

따라서 지하 관정에 있는 지하수를 지면 위로 끌어올리기 위해서는 상기 펌핑장치(6)를 지하수가 있는 지하 관정에 띄워 설치한 후 상기 컴프레셔(5)를 작동시키기만 하면, 펌핑장치(6)의 작용에 의해 지하 관정에 있는 지하수가 지면 위로 끌어올리게 되는데, 이의 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Therefore, in order to raise the groundwater in the underground well above the ground, the pumping device 6 is installed in an underground well with underground water, and then the compressor 5 is operated. Groundwater in the well is drawn above the ground, the operation of which is described in more detail as follows.

먼저, 태양전지(1)를 통해 태양에너지가 전기에너지로 변환되고, 상기 태양전지(1)에서 변환된 전기에너지는 과전압과 방전을 방지하는 레귤레이터(3)에 의해 적정 전압으로 축전지(2)에 축전된다. First, solar energy is converted into electrical energy through the solar cell 1, and the electrical energy converted by the solar cell 1 is supplied to the storage battery 2 at an appropriate voltage by a regulator 3 which prevents overvoltage and discharge. It is stored.

상기 축전지(2)에 축전된 전기에너지는 인버터(4)의 작동에 의해 직류에서 교류로 변환되고, 상기 인버터(4)에서 출력되는 교류전원으로 컴프레셔(5)를 작동시키게 된다. The electrical energy stored in the storage battery 2 is converted from direct current to alternating current by the operation of the inverter 4, and the compressor 5 is operated by the alternating current power output from the inverter 4.

그러면 상기 컴프레셔(5)의 작동으로 인해 압축공기가 발생하게 되고, 상기 컴프레셔(5)에서 발생되는 압축공기는 펌핑장치(6)의 공기주입관(12)으로 주입되게 된다. 상기 공기주입관(12)으로 주입된 압축공기는 공기유입구(10)를 통해 펌핑장 치(6)의 공기내입공간(11) 내부로 내입되게 된다. Then, the compressed air is generated due to the operation of the compressor 5, and the compressed air generated by the compressor 5 is injected into the air injection pipe 12 of the pumping device 6. The compressed air injected into the air inlet pipe 12 is introduced into the air inlet space 11 of the pumping device 6 through the air inlet 10.

상기와 같이 공기내입공간(11)의 내부에 압축공기가 내입되어 공기내입공간(11)이 압축공기로 가득차게 되면, 즉 기액 계면이 배출관(13)의 하측에 형성된 공기배출공(0)까지 하강하여 공기내입공간(11) 내부의 수면이 공기배출공(9)까지 하강하게 되면, 상기 공기내입공간(11)에 가득찬 압축공기는 거대한 공기 덩어리를 유지하면서 상기 공기배출공(9)으로 배출되게 된다. As described above, when compressed air is introduced into the air inlet space 11 and the air inlet space 11 is filled with compressed air, that is, the gas-liquid interface is formed to the air outlet hole 0 formed under the discharge pipe 13. When the water surface inside the air enclosed space 11 descends to the air discharge hole 9, the compressed air filled in the air enclosed space 11 goes to the air discharge hole 9 while maintaining a huge air mass. Will be discharged.

이때 공기배출공(9)을 통해 공기 덩어리를 유지하면서 높은 압력으로 배출되는 다량의 압축공기로 인한 피스톤 작용에 의하여, 배출관(13)의 내부 압력이 크게 저하되므로 지하 관정에 있는 지하수가 배출관(13)의 하부로 유입되어 압축공기의 흐름과 같이 배출관(13)의 상부로 고압으로 배출되게 된다. At this time, the internal pressure of the discharge pipe 13 is greatly lowered by the piston action due to a large amount of compressed air discharged at a high pressure while maintaining the air mass through the air discharge hole 9, so that the groundwater in the underground well is discharged pipe 13. Inflow to the bottom of the) is discharged at a high pressure to the top of the discharge pipe 13, such as the flow of compressed air.

따라서 지하 관정에 있는 지하수는, 상기와 같이 펌핑장치(6)의 구조로 인해 압축공기가 거대한 공기 덩어리를 이루면서 높은 압력으로 주기적으로 배출되는 흐름을 통해 발생되는 배출관(13)의 압력 저하로 인해 지면 위로 높이 솟구쳐 오를 수 있게 되는 것이다. Therefore, the groundwater in the underground well is grounded due to the pressure drop of the discharge pipe 13 generated through the flow of compressed air periodically being discharged at a high pressure due to the structure of the pumping device 6 as described above. You can soar high above.

이때 배출관(13)을 통해 지면 위로 끌어올려지는 상기 지하수는 지하 관정의 수면으로부터 10~12m정도의 높이까지 끌어올려지게 되므로 수미터 정도의 지하 관정에 있는 지하수를 쉽게 끌어올릴 수 있게 된다. In this case, the groundwater drawn up above the ground through the discharge pipe 13 is pulled up to a height of about 10-12 m from the surface of the underground well, so that the groundwater in the underground well of several meters can be easily pulled up.

그리고 공기주입관(12)으로 공급되는 공기의 공급량이 종래의 펌핑장치(C)의 공급량의 50%정도만 되더라도 공기 덩어리에 의한 강한 피스톤 작용에 의해 상기한 높이까지 끌어올려지게 됨에 따라 압축공기의 소비량을 최소화하면서 고양정의 펌 핑력을 발휘할 수 있게 된다. And even if the supply amount of air supplied to the air injection pipe 12 is only about 50% of the supply amount of the conventional pumping device C, the consumption of the compressed air is raised to the above height by the strong piston action by the air mass. High pumping power can be achieved while minimizing

이에 따라 전력의 공급이 용이하지 못한 사막이나 오지 등에 설치 사용함으로써, 지중 수미터 내에 있는 개발된 지하수를 용이하게 사용할 수 있게 됨으로써 물 부족으로 인한 고충을 해소할 수 있게 된다. Accordingly, by installing and using the desert or remote areas where power supply is not easy, it is possible to easily use the developed groundwater within a few meters of the ground, thereby solving the difficulties caused by the lack of water.

그리고 영구적인 태양에너지를 이용함으로써 별도의 전력을 필요로 하지 않으므로, 사용시 공급이 일정치 않은 태양에너지를 적절하게 이용한다면 비용적인 측면 뿐만 아니라 유지관리하는 측면 모두에서 아주 경제적이고 효율적이다. And since the use of permanent solar energy does not require a separate power, it is very economical and efficient both in terms of cost as well as in maintenance, if proper use of solar energy with a constant supply in use.

도 1은 본 발명의 전체 구성 사시도1 is an overall configuration perspective view of the present invention

도 2는 본 발명의 펌핑장치의 구조를 도시한 수직 단면도Figure 2 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the pumping apparatus of the present invention

도 3은 종래의 펌핑장치의 구조를 도시한 수직 단면도Figure 3 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a conventional pumping device

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

1: 태양전지 2: 축전지1: solar cell 2: storage battery

3: 레귤레이터 4: 인버터3: regulator 4: inverter

5: 컴프레셔 6: 펌핑장치5: compressor 6: pumping device

7: 외함체 8: 내함체7: enclosure 8: enclosure

9: 공기배출공 10: 공기유입구9: air outlet 10: air inlet

11: 공기내입공간 12: 공기주입관11: air inlet space 12: air injection pipe

13: 배출관 100: 펌핑 시스템13: outlet line 100: pumping system

A: 공기주입관 B: 배출관A: air injection pipe B: discharge pipe

C: 펌핑장치 C: pumping device

Claims (2)

태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지(1)와; 상기 태양전지(1)의 전기에너지가 축전되는 축전지(2)와; 상기 축전지(2)의 과전압과 방전을 방지하는 레귤레이터(3)와; 상기 축전지(2)의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터(4)와; 상기 인버터(4)에서 출력되는 교류전압으로 작동되어 압축공기를 발생시키는 컴프레셔(5)와; 상기 컴프레셔(5)의 압축공기의 흐름을 통한 기압차에 의해 지하 관정에 저수된 물을 지면 위로 끌어올리는 펌핑장치(6)를; 포함하여 구성됨을 특징으로 한 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템. A solar cell 1 for converting solar energy into electrical energy; A storage battery 2 in which electrical energy of the solar cell 1 is stored; A regulator (3) for preventing overvoltage and discharge of the storage battery (2); An inverter 4 for converting the DC voltage of the storage battery 2 into an AC voltage; A compressor (5) operated by an alternating voltage output from the inverter (4) to generate compressed air; A pumping device (6) for raising water stored in the underground well to the ground by a pressure difference through the flow of compressed air of the compressor (5); Low-power groundwater pumping system using a solar cell, characterized in that configured to include. 제1항에 있어서, 상기 펌핑장치(6)는 하부가 개방된 외함체(7)와, 상기 외함체(7)의 직경 보다 작고 상부가 개방된 내함체(8)로 구성되되, 하측에 공기배출공(9)이 통공된 배출관(13)에 의해 외함체(7)의 내부에 내함체(8)가 완전히 내입된 상태로 형성되고, 상기 외함체(7)의 내측과 내함체(8)의 외측의 사이에는 공기유입구(10)가 형성되며, 상기 외함체(7)의 내함체(8)의 사이에 공기유입구(10)와 연통되는 공기내입공간(11)이 형성되고, 상기 공기유입구(10)에는 컴프레셔(5)와 연결되는 공기주입관(12)이 설치된 구조로 구성된 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템.According to claim 1, wherein the pumping device (6) consists of an inner enclosure (7) having an open lower portion, and an inner enclosure (8) smaller than the diameter of the outer enclosure (7), the upper portion is open air The inner container 8 is formed inside the enclosure 7 completely by the discharge pipe 13 through which the discharge hole 9 is perforated, and the inside of the enclosure 7 and the enclosure 8 An air inlet 10 is formed between the outside of the air inlet 11, and an air inlet space 11 communicating with the air inlet 10 is formed between the inner enclosure 8 of the enclosure 7. 10, a low-power groundwater pumping system using a solar cell consisting of a structure in which the air injection pipe 12 is connected to the compressor (5) is installed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105402172A (en) * 2015-12-08 2016-03-16 成都广雄科技有限公司 Device for continuously generating compressed air
CN108978777A (en) * 2018-09-12 2018-12-11 成都优链加科技有限公司 Energy saver based on secondary water supply system pipeline tip hydraulic pressure
CN114892760A (en) * 2022-05-13 2022-08-12 安徽农业大学 Solar air water taking self-circulation irrigation system

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