KR20110096693A - Apparatus for harvesting pipe-energy - Google Patents

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송병훈
이형수
권영민
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 배관 내에 설치되어 배관을 통해 흐르는 유체의 역학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 회전 전기자형 배관 에너지 획득 장치에 관한 것이다.
본 발명은 유체 흐름을 가급적 막지 않고 발전 효율을 높일 수 있게 하기 위하여, 그 전체적인 구조가 중공(中孔)의 원통 형상인 배관 에너지 획득 장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 배관 에너지 획득 장치는 내주면에 다수의 날개가 형성되어 있는 중공의 임펠러; 상기 임펠러의 외주면에 고정되어 있는 자석; 상기 자석과 간격을 두고 있는 코일; 상기 임펠러를 회전 가능하게 하는 베어링; 및 상기 임펠러와 상기 코일을 지지하는 지지대를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a rotating armature pipe energy acquisition device installed in the pipe to convert the mechanical energy of the fluid flowing through the pipe into electrical energy.
An object of the present invention is to provide a pipe energy obtaining device whose overall structure is a hollow cylindrical shape in order to increase the power generation efficiency without blocking the fluid flow as much as possible.
Pipe energy obtaining device of the present invention is a hollow impeller having a plurality of wings formed on the inner peripheral surface; A magnet fixed to an outer circumferential surface of the impeller; A coil spaced from the magnet; A bearing for rotating the impeller; And a support for supporting the impeller and the coil.

Description

배관 에너지 획득 장치{apparatus for harvesting pipe-energy}Apparatus for harvesting pipe-energy}

본 발명은 배관 에너지 획득 장치에 관한 것으로, 상세하게는 배관 내에 설치되어 배관을 통해 흐르는 유체(상수도, 가스, 냉난방 등)의 역학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 회전 계자형 배관 에너지 획득 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a pipe energy acquisition device, and more particularly, to a rotating field type pipe energy acquisition device that is installed in the pipe to convert the mechanical energy of the fluid flowing through the pipe (water, gas, air-conditioning, etc.) into electrical energy. .

도시의 지하에는 상수도, 하수도, 가스, 냉난방 등의 다양한 지하 시설물이 존재한다. 이러한 시설물들은 도시의 중요한 기반 시설물이며 첨단 도시시설물 관제를 위해서는 지능화를 통한 실시간 모니터링이 필수적인 시설물들이다. 최근 들어, USN(유비쿼터스 센서 네트워크) 융합 기술을 활용한 시설물의 지능화 기술들이 많이 개발되고 있지만 신/구 시가지의 공동구나 맨홀에 적용되기 위해서는 우선적으로 전원 문제를 해결해야 한다.Underground of the city is a variety of underground facilities such as water supply, sewage, gas, heating and cooling. These facilities are important infrastructures of the city, and real-time monitoring through intelligence is essential for the control of advanced urban facilities. Recently, many intelligent technologies of facilities utilizing USN (Ubiquitous Sensor Network) convergence technology have been developed, but to be applied to common or manholes in new and old towns, the power problem must be solved first.

기존의 아날로그식 계측기들은 별도의 전원을 필요로 하지 않았고, 근래 들어 개발된 디지털 원격 검침 장치들은 유선 통신과 상시 전원을 활용하기 때문에 전원에 대한 문제가 심각하게 대두되지 않았다. 하지만, 무선을 기반으로 배터리로 동작하는 USN 융합 기기들에 있어서 전원 문제의 해결은 시설물 지능화의 우선적인 과제이다.Conventional analog instruments did not require a separate power supply, and recently developed digital remote metering devices use wired communication and constant power supply, so power problems have not emerged seriously. However, in the wireless-based battery-powered USN convergence devices, solving the power problem is a priority for facility intelligence.

본 발명에서 제안된 배관 에너지 획득 장치는 지하 공동구나 맨홀 등의 열악한 환경에서 효과적으로 에너지를 획득하여 USN 시스템의 전원 문제를 극복할 수 있는 장치이다.
The pipe energy obtaining device proposed in the present invention is a device capable of overcoming the power supply problem of the USN system by effectively obtaining energy in a poor environment such as an underground cavity or a manhole.

도 1 및 도 2는 종래 배관 에너지 획득 장치를 나타낸 도면이다(공개특허공보 제2001-87812호 및 제2009-65502호 참조).1 and 2 are views showing a conventional pipe energy acquisition device (see Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-87812 and 2009-65502).

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래 배관 에너지 획득 장치는 배관의 단면에 회전 날개를 설치하고 배관에 흐르는 유체의 힘을 이용하여 발전기를 돌리는 방식이다.As shown in Fig. 1 and 2, the conventional pipe energy acquisition device is a way to install the rotary blades on the cross section of the pipe and to rotate the generator using the force of the fluid flowing through the pipe.

종래 배관 에너지 획득 장치는 배관의 단면에 회전 날개를 설치함으로 인해서 유체의 흐름을 방해하고 응력이 회전 날개의 중심축에 집중되어 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 배관 에너지 획득 장치가 고장 났을 경우 유체의 흐름을 막을 가능성이 있다.Conventional pipe energy acquisition device has a problem that hinder the flow of the fluid by installing a rotary blade on the cross section of the pipe and the stress is concentrated on the central axis of the rotary blade, the power generation efficiency is lowered. In addition, there is a possibility of blocking the flow of fluid in the event of a failure of the pipe energy acquisition device.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 그 전체적인 구조가 중공(中孔)의 원통 형상인 배관 에너지 획득 장치를 제공함을 목적으로 한다.
In order to solve the above-mentioned problem, an object of the present invention is to provide a pipe energy obtaining device whose overall structure is a hollow cylindrical shape.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 배관 에너지 획득 장치는 내주면에 다수의 날개가 형성되어 있는 중공의 임펠러; 상기 임펠러의 외주면에 고정되어 있는 자석; 상기 자석과 간격을 두고 있는 코일; 상기 임펠러를 회전 가능하게 하는 베어링; 및 상기 임펠러와 상기 코일을 지지하는 지지대를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 자석은 상기 임펠러의 외주면에 고정되어 있는 것으로, 상기 임펠러가 회전할 때 같이 회전하는 회전자이다. 또한, 상기 코일은 상기 지지대에 의해 고정되어 있는 고정자이다.In order to achieve the above object, the pipe energy obtaining apparatus of the present invention includes a hollow impeller having a plurality of wings formed on an inner circumferential surface thereof; A magnet fixed to an outer circumferential surface of the impeller; A coil spaced from the magnet; A bearing for rotating the impeller; And a support for supporting the impeller and the coil. Here, the magnet is fixed to the outer circumferential surface of the impeller, it is a rotor that rotates together when the impeller rotates. The coil is a stator fixed by the support.

또한, 본 발명의 배관 에너지 획득 장치는, 다수의 상기 자석이 상기 임펠러를 둘러싸고 있는 것임을 특징으로 한다.In addition, the pipe energy obtaining apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of the magnets surround the impeller.

또한, 본 발명의 배관 에너지 획득 장치는, 다수의 상기 코일이 상기 다수의 자석을 둘러싸고 있는 것임을 특징으로 한다.In addition, the pipe energy obtaining apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of the coil surrounds the plurality of magnets.

또한, 본 발명의 배관 에너지 획득 장치는 상기 코일이 감겨있는 코어; 다수의 상기 코어가 부착되어 있는 고리 형태의 부착부; 및 상기 지지대에 상기 부착부를 고정시키는 고정부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the pipe energy acquisition device of the present invention is the core wound coil; A ring-shaped attachment portion to which a plurality of said cores are attached; And a fixing part which fixes the attachment part to the support.

또한, 상기 베어링은 상기 임펠러의 상하부에 각각 위치하는 볼 베어링일 수 있다.In addition, the bearing may be a ball bearing located on the upper and lower portions of the impeller, respectively.

또한, 상기 지지대는 고리 형태이고, 상기 임펠러의 상부 및 하부에 각각 위치하며, 상기 고정부가 끼워지는 끼움공이 형성되어 있는 것임을 특징으로 한다.
In addition, the support is in the form of a ring, located on the upper and lower portions of the impeller, characterized in that the fitting hole is formed is fitted to the fixing portion.

이상으로, 본 발명의 배관 에너지 획득 장치는 중공(中孔)의 원통 구조이다. 즉, 기존과 비교하여 중심축이 없다 할 것이다. 따라서, 유체의 흐름을 방해하지 않는다는 장점이 있다. 나아가, 고장이 나더라도 유체의 흐름을 막지 아니한다.As mentioned above, the piping energy acquisition apparatus of this invention is a hollow cylindrical structure. In other words, there is no central axis compared to the existing. Therefore, there is an advantage that does not disturb the flow of the fluid. Furthermore, even if a failure occurs, it does not block the flow of the fluid.

또한, 기존의 기술은 응력이 중심축에 집중되는 것인 반면, 본 발명은 응력이 임펠러의 내주면에 형성되어 있는 날개에 골고루 분산될 수 있는 구조이다. 따라서, 기존과 비교하여 발전 효율이 높다는 장점이 있다.In addition, the conventional technology is that the stress is concentrated on the central axis, the present invention is a structure in which the stress can be evenly distributed on the blade formed on the inner peripheral surface of the impeller. Therefore, there is an advantage that the power generation efficiency is higher than the conventional.

또한, 본 발명은 기존과 달리, 발전기(고정자와 회전자)와 임펠러가 일체화되어 모듈이기 때문에, 부가 설비 없이 사용 가능하다는 장점이 있다.In addition, the present invention, unlike the existing, since the generator (stator and rotor) and the impeller is integrated module, there is an advantage that can be used without additional equipment.

또한, 이러한 일체화 모듈은 배관 내부에 병렬로 설치 가능하다. 따라서, 유연하게 발전 용량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
In addition, such an integrated module can be installed in parallel in the pipe. Therefore, there is an advantage that the power generation capacity can be flexibly increased.

도 1 및 도 2는 종래 배관 에너지 획득 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 에너지 획득 장치의 외관을 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 에너지 획득 장치를 분리하여 보인 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 배관 에너지 획득 장치의 설치 환경을 보인 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 배관 에너지 획득 장치가 설치 가능한 플랜지의 형태를 보인 도면이다.1 and 2 is a view showing a conventional pipe energy acquisition device.
3 is a view showing the appearance of the pipe energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a separate pipe energy acquisition device according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are views showing the installation environment of the pipe energy acquisition device of the present invention.
7 and 8 are views showing the form of a flange that can be installed in the pipe energy obtaining apparatus of the present invention.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 배관 에너지 획득 장치에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a pipe energy obtaining apparatus according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 에너지 획득 장치의 외관을 보인 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 에너지 획득 장치를 분리하여 보인 도면이다.3 is a view showing the appearance of the pipe energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a separate pipe energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 배관 에너지 획득 장치(100)는 임펠러(110), 자석(120), 코일(130), 코어(140), 부착부(150), 고정부(160), 베어링(170) 및 지지대(180)를 포함하여 이루어질 수 있다.3 and 4, the pipe energy acquisition device 100 of the present invention is impeller 110, magnet 120, coil 130, core 140, attachment portion 150, fixed portion 160, bearing 170 and support 180 may be included.

임펠러(110)는 그 내주면에 다수의 날개(111)가 형성되어 있고, 그 가운데에 구멍이 형성되어 있는 것이다. 이 구멍을 통해 유체가 임펠러(110)를 관통한다.The impeller 110 has a plurality of wings 111 formed on the inner circumferential surface thereof, and a hole is formed in the center thereof. The fluid penetrates the impeller 110 through this hole.

자석(120)은 임펠러(110)의 외주면에 고정되어 있는 것이다. 따라서, 임펠러(110) 회전시 같이 회전하게 되는 회전자이다. 특히, 다수의 자석(120)이 임펠러(110)를 둘러싸고 있다.The magnet 120 is fixed to the outer circumferential surface of the impeller 110. Therefore, the rotor is rotated together when the impeller 110 is rotated. In particular, a plurality of magnets 120 surround the impeller 110.

코일(130)은 고정자로서, 자석(120)과 간격을 두고 위치하는 것이다. 특히, 다수의 코일(130)이 회전자인 다수의 자석(120)을 둘러싸고 있다.The coil 130 is a stator and is spaced apart from the magnet 120. In particular, a plurality of coils 130 surround a plurality of magnets 120 that is a rotor.

코어(140)는 코일(130)이 감겨 있는 것이다.The core 140 is the coil 130 is wound.

부착부(150)는 고리 형태로서, 다수의 코어(140)가 부착되어 있는 것이다.Attachment 150 is in the form of a ring, a plurality of cores 140 is attached.

고정부(160)는 핀 형태로서, 부착부(150)를 지지대(170)에 고정시키는 것이다.The fixing part 160 is in the form of a pin, and fixes the attachment part 150 to the support 170.

베어링(170)은 임펠러(110)를 회전 가능하게 하는 것이다. 특히, 볼 베어링으로서 임펠러(110)의 상하부에 각각 위치한다.The bearing 170 makes the impeller 110 rotatable. In particular, it is located in the upper and lower portions of the impeller 110 as a ball bearing.

지지대(180)는 임펠러(110)와 코일(130)을 지지하는 것이다. 즉, 코일(130)을 고정시키는 기능 및 임펠러(110)의 회전축 기능을 하는 것이다. 특히, 지지대(180)는 고리 형태이고, 임펠러(110)의 상하부에 각각 위치하며, 고정부(160)가 끼워지는 끼움공(181)이 형성되어 있으며, 베어링(170) 즉, 볼 베어링이 삽입되는 삽입홈(182)이 형성되어 있는 것이다.
The support 180 supports the impeller 110 and the coil 130. That is, the function of fixing the coil 130 and the rotation axis function of the impeller 110. In particular, the support 180 is in the form of a ring, located on the upper and lower portions of the impeller 110, the fitting hole 181 is formed is fitted to the fixing portion 160, the bearing 170, that is, the ball bearing is inserted Is inserted groove 182 is formed.

도 5 및 도 6은 본 발명의 배관 에너지 획득 장치의 설치 환경을 보인 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 배관 에너지 획득 장치가 설치 가능한 플랜지의 형태를 보인 도면이다.5 and 6 are views showing the installation environment of the pipe energy acquisition device of the present invention, Figures 7 and 8 are views showing the form of a flange that can be installed in the pipe energy acquisition device of the present invention.

본 발명에서 제시된 배관 에너지 획득 장치는 상시 전원을 공급받기 어려운 지하시설물용 USN 융합기기 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시한 상수도 유량계의 전원을 보완하거나 대체할 수 있다. 신규/기설 공동구 및 맨홀 환경에서 배관의 유체 흐름을 이용해서 상시 에너지를 획득하여 USN 융합기기에 공급할 수 있다.The pipe energy obtaining device presented in the present invention can supplement or replace the power supply of the USN fusion device for underground facilities, for example, the water supply flow meter shown in FIGS. In new and existing cavity and manhole environments, the fluid flow in pipes can be used to obtain energy at all times and supply it to USN fusion equipment.

본 발명의 특징은 중심축이 없는 임펠러 방식을 사용함에 있다. 따라서, 응력이 골고루 분산되어 기존의 장치에 비해 내구성이 뛰어나고, 유체의 흐름을 적게 방해하는 장점이 있다. 그리고, 발전기와 회전 날개가 일체화된 모듈 구조이므로 부가 설비 없이 사용 가능하며, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 모듈을 병렬화하여 유연하게 발전용량을 증가시킬 수 있다.
It is a feature of the present invention to use an impeller without a central axis. Therefore, the stress is evenly distributed, which is excellent in durability compared to the existing device, there is an advantage that less disturb the flow of the fluid. In addition, since the generator and the rotor blades integrated module structure can be used without additional equipment, as shown in Figures 7 and 8 by parallelizing the module can increase the power generation capacity flexibly.

본 발명의 배관 에너지 획득 장치는 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
The pipe energy obtaining apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.

100: 배관 에너지 획득 장치
110: 임펠러
120: 자석
130: 코일
140: 코어
150: 부착부
160: 고정부
170: 베어링
180: 지지대100: piping energy acquisition device
110: impeller
120: magnet
130: coil
140: core
150: attachment portion
160: fixed part
170: bearing
180: support

Claims (6)

내주면에 다수의 날개가 형성되어 있는 중공의 임펠러;
상기 임펠러의 외주면에 고정되어 있는 자석;
상기 자석과 간격을 두고 있는 코일;
상기 임펠러를 회전 가능하게 하는 베어링; 및
상기 임펠러와 상기 코일을 지지하는 지지대를 포함하여 이루어진 배관 에너지 획득 장치.A hollow impeller having a plurality of wings formed on an inner circumferential surface thereof;
A magnet fixed to an outer circumferential surface of the impeller;
A coil spaced from the magnet;
A bearing for rotating the impeller; And
Piping energy acquisition device comprising a support for supporting the impeller and the coil. 제 1 항에 있어서, 다수의 상기 자석이,
상기 임펠러를 둘러싸고 있는 것임을 특징으로 하는 배관 에너지 획득 장치.The method of claim 1, wherein the plurality of the magnets,
Piping energy acquisition device, characterized in that surrounding the impeller. 제 2 항에 있어서, 다수의 상기 코일이,
상기 다수의 자석을 둘러싸고 있는 것임을 특징으로 하는 배관 에너지 획득 장치.The method of claim 2, wherein the plurality of coils,
Piping energy acquisition device, characterized in that surrounding the plurality of magnets. 제 3 항에 있어서,
상기 코일이 감겨있는 코어;
다수의 상기 코어가 부착되어 있는 고리 형태의 부착부; 및
상기 지지대에 상기 부착부를 고정시키는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 에너지 획득 장치.The method of claim 3, wherein
A core on which the coil is wound;
A ring-shaped attachment portion to which a plurality of said cores are attached; And
Pipe energy obtaining device further comprises a fixing portion for fixing the attachment portion to the support. 제 4 항에 있어서, 상기 베어링은,
상기 임펠러의 상하부에 각각 위치하는 볼 베어링인 것임을 특징으로 하는 배관 에너지 획득 장치.The method of claim 4, wherein the bearing,
Piping energy acquisition device, characterized in that the ball bearing is located on the upper and lower portions of the impeller. 제 5 항에 있어서, 상기 지지대는,
고리 형태이고, 상기 임펠러의 상부 및 하부에 각각 위치하며, 상기 고정부가 끼워지는 끼움공이 형성되어 있는 것임을 특징으로 하는 배관 에너지 획득 장치.
The method of claim 5, wherein the support,
Piping energy acquisition device, characterized in that the ring shape, which is located on the upper and lower portions of the impeller, the fitting hole is formed is fitted to the fixing portion.
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