KR20120074732A

KR20120074732A - 자가발전식 부표

Info

Publication number: KR20120074732A
Application number: KR1020100136664A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 김정열; 조성민
Original assignee: 이상훈; 조성민; 김정열
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-06

Abstract

본 발명은 해양에 부유하기 위한 부력을 가지는 부력체와, 부력체를 고정시키도록 부력체에 케이블로 연결되어 해저에 설치되는 고정체와, 부력체의 위치를 확인하기 위하여 부력체에 설치되는 GPS 모듈와, 부력체의 각속도를 측정하도록 부력체에 설치되는 자이로센서와, GPS 모듈 및 자이로센서에 의해 측정된 값을 데이터로 변환하는 콘트롤러와, 부력체에 설치되며, 선박이나 데이터수집 기지국의 통신단말기와의 무선 통신에 의해 콘트롤러에 의해 변환된 데이터 또는 미리 정해진 신호를 전달하도록 하는 무선통신모듈과, 부력체에 설치되며, 자가발전에 의해 동작에 필요한 전원을 공급하도록 하는 전원발생부를 포함하도록 한 자가발전식 부표에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 신 재생에너지인 자가발전이 가능하고, 친환경적이며, 주간 및 야간의 표식 성능이 우수하고, 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하여 해양사고의 예방 및 해양 정보를 용이하게 획득할 수 있다

Description

자가발전식 부표{SELF-GENERATING BUOY}

본 발명은 신 재생에너지인 자가발전이 가능하고, 친환경적이며, 주간 및 야간의 표식 성능이 우수하고, 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하는 자가발전식 부표에 관한 것이다.

일반적으로, 부표는 선박의 안전한 항해를 돋기 위하여 항로를 지시하거나, 암초, 침몰선 등 항해상의 위험물의 존재를 경고하기 위하여 해상의 일정 지점에 떠내려가지 않도록 설치된다.

종래의 부표는 구나 육면체 또는 원통 형태 등으로 이루어지고, 해상에 설치시 부력을 얻어서 해상에 부유하기 위하여 스티로폼으로 제작되며, 하부가 케이블로 해저에 고정되는데, 이때 케이블은 유속 등에 의해 위치가 변경되지 않도록 해저에 설치된 중량추에 연결된다.

한편, 종래의 부표는 스티로폼 재질로 이루어지는 경우, 파도 등에 의해 파손되기 쉽고, 파티클을 유발하여 해양 생태계 파괴의 원인이 되었다. 또한, 아주 낡고 부패한 부표들은 이러한 파티클 발생이 심하여 해양 오염을 일으키게 되고, 이로 인해 이러한 문제를 유발하는 부표의 교체가 시급한 실정이다.

또한, 종래의 부표는 위치 인식용 단순 기능을 가지는 한계성과, 동작의 신뢰성 저하 및 전원 공급의 어려움 등으로 인하여, 해양에서 발생하는 각종 사고, 예컨대, 선박의 항해시 어망이나 프로펠러의 훼손, 선박의 침몰, 유조선 등의 기름 유출 등의 해양 사고를 예방하도록 하는 역할을 할 수 없거나, 이러한 해양 사고의 예방에 활용할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 신 재생에너지인 자가발전이 가능하고, 친환경적이며, 주간 및 야간의 표식 성능이 우수하고, 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하여 해양사고의 예방 및 해양 정보를 용이하게 획득하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 해양에 부유하기 위한 부력을 가지는 부력체와, 상기 부력체를 고정시키도록 상기 부력체에 케이블로 연결되어 해저에 설치되는 고정체와, 상기 부력체의 위치를 확인하기 위하여 상기 부력체에 설치되는 GPS 모듈와, 상기 부력체의 각속도를 측정하도록 상기 부력체에 설치되는 자이로센서와, 상기 GPS 모듈 및 상기 자이로센서에 의해 측정된 값을 데이터로 변환하는 콘트롤러와, 상기 부력체에 설치되며, 선박이나 데이터수집 기지국의 통신단말기와의 무선 통신에 의해 상기 콘트롤러에 의해 변환된 데이터 또는 미리 정해진 신호를 전달하도록 하는 무선통신모듈과, 상기 부력체에 설치되며, 자가발전에 의해 동작에 필요한 전원을 공급하도록 하는 전원발생부를 포함할 수 있다.

상기 부력체는 상부에 색상이 다른 광을 각각 발산하는 다수의 발광소자가 설치되고, 상기 콘트롤러는 상기 발광소자 각각이 미리 정해진 의미를 나타내도록 점등 또는 점멸되도록 하거나 광의 색상을 나타내도록 제어할 수 있다.

상기 콘트롤러는, 상기 데이터가 나타내는 상황을 외부로 나타내도록 상기 발광소자를 제어할 수 있다.

상기 케이블에 설치되는 음파탐지기를 더 포함하고, 상기 콘트롤러는 상기 음파탐지기에 의해 탐지된 결과를 수신받아 데이터로 변환하여 상기 무선통신모듈을 통해 외부로 전달되도록 할 수 있다.

상기 전원발생부는, 상기 부력체에 태양광을 입사받도록 설치되는 태양전지와, 상기 태양전지로부터 발생되는 전기를 축전하여 동작에 필요한 전기를 공급하는 축전지를 포함할 수 있다.

상기 전원발생부는, 파력에 의한 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 축전기에 공급되도록 하는 진동발전유닛을 더 포함하고, 상기 진동발전유닛은, 상기 부력체의 내측에 수평되게 설치되는 파이프와, 상기 파이프의 외측면에 권선되는 코일과, 상기 파이프의 기울기 변화에 따라 상기 파이프의 내측을 이동함으로써 상기 코일에 기전력이 발생하도록 하는 마그네트를 포함할 수 있다.

상기 진동발전유닛은, 상기 파이프가 상기 부력체 내의 중심부로부터 반경방향을 따라 설치되어 상기 중심부의 둘레를 따라 다수로 배열되고, 상기 파이프마다 상기 마그네트가 각각 설치되며, 상기 코일이 상기 파이프의 중심부에 권선될 수 있다.

본 발명에 따른 자가발전식 부표에 의하면, 신 재생에너지인 자가발전이 가능하고, 친환경적이며, 주간 및 야간의 표식 성능이 우수하고, 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하여 해양사고의 예방 및 해양 정보를 용이하게 획득할 수 있다

도 1은 본 발명에 따른 자가발전식 부표를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 자가발전식 부표를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 자가발전식 부표의 진동발전유닛을 도시한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 자가발전식 부표를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자가발전식 부표를 도시한 구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자가발전식 부표(100)는 부력체(110)와, 부력체(110)를 고정시키는 고정체(120)와, 부력체(110)에 각각 설치되는 GPS 모듈(130) 및 자이로센서(140)와, GPS 모듈(130) 및 자이로센서(140)에서 측정된 값을 데이터로 변환하는 콘트롤러(150)와, 외부의 통신단말기(10,20)와의 무선 통신을 위해 부력체(110)에 설치되는 무선통신모듈(160)과, 동작에 필요한 전원을 공급하도록 하는 전원발생부(170)를 포함할 수 있다.

부력체(110)는 해양에 부유하기 위한 부력을 가지는데, 일례로 합성수지나 부식에 강한 금속이나 금속합금으로 제작될 수 있고, 내부에 밀폐공간(111)이 형성되며, 상부에 색상이 다른 광을 각각 발산하는 다수의 발광소자(113)가 설치된다. 여기서, 발광소자(113)는 발광다이오드가 사용될 수 있고, PCB(114) 상에 다수로 배열되는 어셈블리 형태로 이루어질 수 있으며, 부력체(110)의 상부로 기밀을 유지한 상태에서 노출되도록 설치되거나, 부력체(110) 내의 상측에 설치되되, 부력체(110)의 상부에 설치된 투명한 윈도우를 통해서 광을 외부로 발산하도록 할 수 있다. 또한, 발광소자(113)는 후술하게 될 콘트롤러(150)에 의해 제어됨으로써 광의 색상, 점등, 점멸 속도 등에 따라 각각의 의미를 외부로 전달하게 되며, 이로 인해 조업어선이나 인근을 항해중인 선박이 이러한 발광소자(113)가 나타내는 의미를 파악하도록 한다.

고정체(120)는 부력체(110)를 해상에 고정시키도록 부력체(110)에 케이블(121)로 연결되어 해저에 설치되며, 부력체(110)를 고정시키기에 충분한 중량을 가진다. 한편, 부력체(110)는 케이블(121)의 연결을 위하여 하부에 고리형태의 연결부(112)가 마련될 수 있다.

GPS 모듈(130)은 부력체(110)의 위치를 확인하기 위하여 부력체(110)에 설치되는데, 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 수신받아 측정하여 각각 다른 거리를 삼각방법에 따라 현재의 위치를 파악할 수 있도록 한다. 또한, GPS 모듈(130)은 부력체(110)의 위치 파악이 가능하도록 함으로써 유실시 회수가 가능하도록 한다.

자이로센서(140)는 부력체(110)의 각속도를 측정하도록 부력체(110)에 설치된다. 이러한 자이로센서(140)는 각속도, 예컨대 1초 동안 움직이는 각도를 검출하며, 이를 콘트롤러(150)로 보내서 해석 내지 데이터로 변환하여 무선통신모듈(160)을 통해 데이터수집 기지국의 통신단말기(20)로 송신하고, 이를 통해서 해양의 풍향, 풍속, 파고 등을 실시간으로 파악할 수 있도록 한다.

콘트롤러(150)는 GPS 모듈(130) 및 자이로센서(140)를 각각 제어하고, GPS 모듈(130) 및 자이로센서(140)로부터 측정된 값을 데이터로 변환한다.

콘트롤러(150)는 발광소자(113) 각각이 미리 정해진 의미를 나타내도록 점등 또는 점멸되도록 하거나, 광의 색상을 나타내도록 제어할 수 있다. 즉, 콘트롤러(150)는 각각 정해진 의미를 외부로 나타냄으로써 선박 등이 이러한 의미를 전달받도록 발광소자(113) 각각의 색상, 발광소자(113)의 점등이나 점멸 패턴 등을 제어할 수 있으며, 나아가서, 자이로센서(140)나 후술하게 될 음파탐지기(180)의 데이터가 나타내는 상황, 예컨대 해양 날씨나 수중 상황 등을 미리 외부에 나타내도록 발광소자(113)를 제어할 수 있다.

무선통신모듈(160)은 부력체(110)에 설치되고, 선박의 통신단말기(10)나 데이터수집 기지국의 통신단말기(20)와의 무선 통신에 의해 콘트롤러(150)에 의해 변환된 데이터 또는 미리 정해진 신호를 전달하도록 하며, 무선 통신을 위하여 안테나(161)를 가질 수 있다. 또한, 무선통신모듈(160)은 GPS 모듈(130)에 의해 위치 파악이 가능함에 있어서 콘트롤러(150)의 명령을 받아 어선이나 상선 등의 선박에 설치된 통신단말기(10)와의 데이터 통신이 이루어지도록 하고, 이로 인해 선박은 통신단말기(10)를 해양 네비게이션으로도 활용할 수 있다. 또한, 선박은 통신단말기(10)를 통해 무선통신모듈(160)로부터 콘트롤러(150)에 의해 변환된 데이터 또는 미리 정해진 신호를 수신받아 저장하고, 항구로 복귀시 데이터수집 기지국의 통신단말기(20)로 정보를 전송 기록하게 되며, 데이터수집 기지국은 이러한 정보를 통해 조업 실태를 파악할 수 있다.

전원발생부(170)는 부력체(110)에 설치되며, 자가발전에 의해 동작에 필요한 전원을 공급하도록 하는데, 일례로 부력체(110)에 태양광을 입사받도록 설치되는 태양전지(171)와, 태양전지(171)로부터 발생되는 전기를 축전하여 동작에 필요한 전기, 예컨대 발광소자(113), GPS 모듈(130), 자이로센서(140), 콘트롤러(150), 그리고, 후술하게 될 음파탐지기(180)의 동작을 위한 전기를 공급하는 축전지(172,173)를 포함할 수 있다.

태양전지(171)는 태양광을 입사받아 광에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 반도체소자로서 태양전지 쉘, 태양전지 모듈, 태양전지 어레이, 태양광발전 전지 등의 용어로 불릴 수 있으며, 부력체(110)의 상측에 설치되거나, 본 실시예에서처럼 투명창을 통해 태양광이 공급되는 밀폐공간(111) 내에 설치될 수 있다.

축전지(172,173)는 본 실시예에서처럼 1차적으로 충전되어 동작에 필요한 전기를 우선적으로 공급하는 메인축전지(172)와, 2차적으로 충전되어 메인축전지(172)의 전기 소모시 전기를 공급하는 보조축전지(173)를 포함할 수 있다.

전원발생부(170)는 파력에 의한 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 축전기(172,173)에 공급되도록 하는 진동발전유닛(174)를 더 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 진동발전유닛(174)은 일례로, 부력체(110)의 내측에 수평되게 설치되는 파이프(174a)와, 파이프(174a)의 외측면에 권선되는 코일(174b)과, 파이프(174a)의 기울기 변화에 따라 파이프(174a)의 내측을 이동함으로써 코일(174b)에 기전력이 발생하도록 하는 마그네트(174c)를 포함할 수 있다.

파이프(174a)는 일례로 원형관으로 이루어질 수 있고, 내부에 마그네트(174c)가 이동하기 위한 경로를 제공함과 아울러 양단이 막히도록 구성될 수 있으며, 부력체(110)에 수평되게 설치되고, 이로 인해 부력체(110)가 파력, 예컨대 파도나 파고에 의해 흔들리게 됨으로써 내측에서 마그네트(174c)가 왕복 이동하도록 한다. 또한, 파이프(174a)는 다수로 설치됨으로써 많은 전기를 발생시키도록 하는데, 본 실시예에서처럼 부력체(110) 내의 중심부로부터 반경방향을 따라 설치되어 부력체(110)의 중심부 둘레를 따라 다수로 배열되며, 이로 인해 부력체(110)가 어느 방향으로 기울어지더라도 마그네트(174c)가 운동하도록 한다.

마그네트(174c)는 파이프(174a)의 형태에 상응하도록 원형바 형태를 가질 수 있고, 파이프(174a)마다 각각 설치될 수 있고, 일례로 자력과 자속밀도가 높은 네오디뮴 자석이 사용될 수 있으며, 동일한 극이 같은 방향을 향하도록 설치될 수 있다.

코일(174b)은 파이프(174a)의 외주면에 감겨지되, 파이프(174a)의 중심부에 폭 1.5 내지 2.5cm, 바람직하게는 2cm 정도로 1,000 내지 3,000회 권선될 수 있다. 따라서, 파이프(174a) 내에서 마그네트(174c)가 왕복 운동시 기전력이 발생한다. 한편, 코일(174b)에 발생된 기전력은 브릿지다이오드가 들어간 정류회로를 거쳐서 필요한 DC 전압을 얻을 수 있는데, 여기서, 얻을 수 있는 전압을 배터리에 충전하여 사용하거나 요구에 따라 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 자가발전식 부표(100)는 케이블(121)에 설치되는 음파탐지기(180)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 음파탐지기(180)는 초음파를 발신하여 그 반사 파동으로 수중 장애물이나 해저 상황을 탐지하도록 하는데, 이를 통해 수상 함정, 잠수함, 기뢰 등의 탐색 및 어군 탐지기, 음향 측심기 등에 사용될 수 있다. 또한, 음파탐지기(180)에 의한 탐지된 결과는 케이블(121)과 함께 설치되는 데이터라인(181)을 통해서 콘트롤러(150)로 전송된다. 콘트롤러(150)는 음파탐지기(180)의 탐지 결과를 판독 내지 데이터로 변환하여 특이사항시 발광소자(113)를 통해 상황을 미리 정해진 의미에 맞도록 표출하고, 무선통신모듈(160)을 통해 외부의 데이터수집 기지국의 통신단말기(20)에 전달되도록 한다.

GPS 모듈(130), 자이로센서(140), 콘트롤러(150), 무선통신모듈(160) 및 전원발생부(170)는 본 실시예에서처럼 부력체(110)의 내부에 설치될 수 있으며, 이와 달리, 부력체(110)의 외부에 해수 유입이 차단되도록 설치될 수도 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 자가발전식 부표에 의하면, 전원발생부(170)가 태양광 에너지와, 파도나 파고 등의 파력을 이용하여 자가발전을 통해 동작에 필요한 전원을 얻게 되고, 이러한 전원을 메인축전지(172)와 보조축전지(173)에 충전시킴으로써 필요할 때 사용하도록 한다. 또한, 콘트롤러(150)는 동작에 필요한 모든 명령을 내리고, GPS 모듈(130), 자이로센서(140), 음파탐지기(180)의 측정값을 수신받아 데이터화하여 이를 해석 및 판단하게 된다.

그리고, 무선통신모듈(160)을 통해서 선박의 통신단말기(10)와 서로 데이터 통신을 할 수 있도록 하고, 이로 인해 조업을 하는 어선의 경우 이동경로를 저장할 수 있도록 하며, 통신단말기(10)에 저장된 데이터는 조업이 끝단 후 항구로 돌아왔을 때 데이터수집 기지국에 전송하여 이를 기록 및 판단하여 조업 실태의 파악이 가능하도록 한다.

또한, 발광소자(113)를 사용하여 기준의 등부표의 역할까지 하되, 발광소자(113)의 광 색상, 점등, 점멸 속도 등에 의한 각각의 의미를 콘트롤러(150)에 의해 외부로 다양하게 표현하도록 하고, 이로 인해 해양에서 발생하는 각종 사고, 예컨대, 선박의 항해시 어망이나 프로펠러의 훼손, 선박의 침몰, 유조선 등의 기름 유출 등의 해양 사고를 예방할 수 있다. 그리고, GPS 모듈(130)에 의해 현재의 위치를 파악하여 유실시 회수를 가능하도록 하고, 인근의 어선 등과 같은 선박과의 무선 통신이 이루어져 해양 네비게이션의 역할까지 수행할 수 있다.

자이로센서(140)는 파고에 의해 움직이는 부력체(110)의 각속도를 측정하여 콘트롤러(150)에 신호로 전송하면, 콘트롤러(150)는 이를 데이터화하여 해석 판단하여, 해양의 풍향, 풍속, 파고 등을 실시간으로 파악할 있고, 나아가서, 무선통신모듈(160)을 통해서 데이터를 외부의 통신단말기(10,20)로 송신함으로써 외부에서 해양의 풍향, 풍속, 파고 등을 실시간으로 파악할 수 있도록 한다. 또한, 음파탐지기(180)는 초음파를 발신하여 그 반사 파동으로 수중 장애물이나 해저 상황을 탐지하고, 콘트롤러(150)에 이를 신호로 전송하면, 콘트롤러(150)는 이로부터 데이터 판독하고, 특이사항시 발광소자(113)를 통해서 상황을 표출하도록 하거나, 무선 통신에 의해 연안의 데이터수집 기지국으로 전송하게 된다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 선박의 통신단말기 20 : 데이터수집 기지국의 통신단말기
110 : 부력체 111 : 밀폐공간
112 : 연결부 113 : 발광소자
114 : PCB 120 : 고정체
121 : 케이블 130 : GPS 모듈
140 : 자이로센서 150 : 콘트롤러
160 : 무선통신모듈 161 : 안테나
170 : 전원발생부 171 : 태양전지
172 : 메인축전지 173 : 보조축전지
174 : 진동발전유닛 174a : 파이프
174b : 코일 174c : 마그네트
180 : 음파탐지기 181 : 데이터라인

Claims

해양에 부유하기 위한 부력을 가지는 부력체;
상기 부력체를 고정시키도록 상기 부력체에 케이블로 연결되어 해저에 설치되는 고정체;
상기 부력체의 위치를 확인하기 위하여 상기 부력체에 설치되는 GPS 모듈;
상기 부력체의 각속도를 측정하도록 상기 부력체에 설치되는 자이로센서;
상기 GPS 모듈 및 상기 자이로센서에 의해 측정된 값을 데이터로 변환하는 콘트롤러;
상기 부력체에 설치되며, 선박이나 데이터수집 기지국의 통신단말기와의 무선 통신에 의해 상기 콘트롤러에 의해 변환된 데이터 또는 미리 정해진 신호를 전달하도록 하는 무선통신모듈; 및
상기 부력체에 설치되며, 자가발전에 의해 동작에 필요한 전원을 공급하도록 하는 전원발생부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.
제 1 항에 있어서,
상기 부력체는 상부에 색상이 다른 광을 각각 발산하는 다수의 발광소자가 설치되고,
상기 콘트롤러는 상기 발광소자 각각이 미리 정해진 의미를 나타내도록 점등 또는 점멸되도록 하거나 광의 색상을 나타내도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.
제 2 항에 있어서, 상기 콘트롤러는,
상기 데이터가 나타내는 상황을 외부로 나타내도록 상기 발광소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블에 설치되는 음파탐지기를 더 포함하고,
상기 콘트롤러는 상기 음파탐지기에 의해 탐지된 결과를 수신받아 데이터로 변환하여 상기 무선통신모듈을 통해 외부로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.
제 1 항에 있어서, 상기 전원발생부는,
상기 부력체에 태양광을 입사받도록 설치되는 태양전지; 및
상기 태양전지로부터 발생되는 전기를 축전하여 동작에 필요한 전기를 공급하는 축전지;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.
제 5 항에 있어서, 상기 전원발생부는,
파력에 의한 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 축전기에 공급되도록 하는 진동발전유닛을 더 포함하고,
상기 진동발전유닛은,
상기 부력체의 내측에 수평되게 설치되는 파이프;
상기 파이프의 외측면에 권선되는 코일; 및
상기 파이프의 기울기 변화에 따라 상기 파이프의 내측을 이동함으로써 상기 코일에 기전력이 발생하도록 하는 마그네트
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.
제 6 항에 있어서, 상기 진동발전유닛은,
상기 파이프가 상기 부력체 내의 중심부로부터 반경방향을 따라 설치되어 상기 중심부의 둘레를 따라 다수로 배열되고, 상기 파이프마다 상기 마그네트가 각각 설치되며, 상기 코일이 상기 파이프의 중심부에 권선되는 것을 특징으로 하는 자가발전식 부표.