KR20150108180A

KR20150108180A - 물과 기포를 이용한 발전장치

Info

Publication number: KR20150108180A
Application number: KR1020140031043A
Authority: KR
Inventors: 홍윤경
Original assignee: 홍윤경
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-25

Abstract

본원발명은 물과 기포를 이용한 발전장치에 관한 것으로 상세하게는 물의 낙차를 이용하여 발전하는 장치에 있어서, 상면이 막히고 하면이 오픈되어 있되 하면의 단면적이 상면의 단면적 보다 작은 형상으로 내부가 비어 있는 몸체와, 물이 흐르는 관으로 일단이 몸체의 상부 일측에 결합되는 공급관과, 몸체 하부의 내부에 설치되어 몸체에서 배출되는 물의 힘과 물이 배출되면서 몸체 내부로 흡입되는 공기에 의해서 생성되는 기포에 의하여 회전되는 발전터빈과, 발전터빈의 회전축에 결합되어 발전터빈이 회전됨에 따라 전기가 생산되는 발전기 및, 발전기에 전선으로 연결되어 발전기에서 생산되는 전기를 저장하는 축전지와 축전지로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터와, 축전지와 인버터에 전기적으로 연결되어 축전지의 직류전원을 직접 주위의 전자장치에 공급할 뿐만 아니라 인버터에서 변환된 교류전원을 전력회사로 공급하는 제어장치로 이루어지는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 병목현상이 일어나는 구조체를 이용하여 물의 위치에너지와 구조체 내부에서 물이 배출될 때 구조체 내부로 흡입되는 공기를 이용하여 전기를 효율적으로 생산할 수 있다.

Description

물과 기포를 이용한 발전장치{ The generator unit using water and bubble }

본 발명은 물과 기포를 이용한 발전장치로 상세하게는 구조체 내에서 물의 낙하에 의해서 발생되는 에너지와 물이 낙하될 때 구조체 내부로 흡입되는 공기에 의해서 생성된 기포를 이용하여 발전하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 생산하기 위한 발전장치로는, 화력 및 원자력과 같이 채취한 화석연료로부터 얻어지는 에너지를 이용한 발전장치와, 수력 및 조력과 같이 자연 현상으로 발생하는 물의 낙차 에너지를 이용한 발전장치 등이 있다.

하지만, 화력 및 원자력을 이용한 발전장치는 그 재료가 되는 화석연료의 자원 고갈 문제점과 발전장치의 가동으로 야기되는 환경오염 문제점 등이 있어, 화력 및 원자력을 대체할 수 있는 대체에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

특히, 화석연료를 이용한 발전은 지구 온난화의 원인으로 지적되는 온실가스를 배출하므로, 온실가스를 규제하는 쿄토의정서를 준수하기 위해서 추가적인 온실가스 배출권을 구입하거나 온실가스 저감수단을 강구해야하는 2차적인 문제점도 갖고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 발전장치로서, 기상현상으로 발생하는 풍력 에너지 및 태양에서 발산되어 지구에 도달하는 태양열 에너지를 이용한 발전장치와, 아직 미완성된 핵융합 발전장치 등이 있다. 하지만, 풍력 및 태양열을 이용한 발전장치는 대규모 부지를 확보해야하는 어려움과 입지조건의 제한성 등으로 인하여 일부 지역에서만 설치되고 있으며, 기상현상에 따라 발전량이 편중되어 부하 변동에 신속하게 대응할 수 없을 뿐만 아니라 가동효율도 저조하여 경제성이 매우 낮은 실정이다. 또한 핵융합 발전장치는 설계상 어려움으로 아직 실용화되지 못하고 계속해서 연구되고만 있다.

수력발전은 물의 낙하에너지를 이용한 것으로서, 높은 곳에서 낮은 곳으로 떨어지는 물의 힘을 이용하여 임펠러를 회전시키는 것이다. 그러나 수력을 이용하기 위해서는 별도의 설비를 설치하여야 하며, 그 대표적인 설비로서 댐을 이용하고 있다. 이러한 댐은 자연에너지인 수력을 이용하는 것으로서, 어느 정도 효과가 있지만, 수력을 위한 물을 저장하기 위한 댐 공사로 인하여 자연 생태계의 파손은 물론 댐이 파괴될 경우에는 대재앙이 발생되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1036508호 대한민국 공개특허 제10-2012-0132747호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 하부에 임펠러가 설치되되 하부의 단면적이 상부의 단면적보다 작은 장치로 물과 기포에 의해서 임펠러를 회전시켜 전기를 효율적으로 생산해 낼 수 있는 물과 기포를 이용한 발전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본원발명은 물의 낙차를 이용하여 발전하는 장치에 있어서, 상면이 막히고 하면이 오픈되어 있되 하면의 단면적이 상면의 단면적 보다 작은 형상으로 내부가 비어 있는 몸체와, 물이 흐르는 관으로 일단이 몸체의 상부 일측에 결합되는 공급관과, 몸체 하부의 내부에 설치되어 몸체에서 배출되는 물의 힘과 물이 배출되면서 몸체 내부로 흡입되는 공기에 의해서 생성되는 기포에 의하여 회전되는 발전터빈과, 발전터빈의 회전축에 결합되어 발전터빈이 회전됨에 따라 전기가 생산되는 발전기 및, 발전기에 전선으로 연결되어 발전기에서 생산되는 전기를 저장하는 축전지와 축전지로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터와, 축전지와 인버터에 전기적으로 연결되어 축전지의 직류전원을 직접 주위의 전자장치에 공급할 뿐만 아니라 인버터에서 변환된 교류전원을 전력회사로 공급하는 제어장치로 이루어지는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 물과 기포를 이용한 발전장치를 제공한다.

이상의 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 병목현상이 일어나는 구조체를 이용하여 물의 위치에너지와 구조체 내부에서 물이 배출될 때 구조체 내부로 흡입되는 공기를 이용하여 전기를 효율적으로 생산할 수 있다. 즉, 구조체 내부에 설치된 발전터빈이 물의 위치에너지와 공기의 흡입력에 의해서 생성된 기포와 같은 2개의 에너지를 사용하여 회전됨으로 인해 전기를 효율적으로 생산할 수 있다. 본 발명은 2개의 에너지가 효율적으로 이용되어 전기를 생산할 수 있어 전기를 생산하는 원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

둘째, 본 발명은 병목현상을 일으킬 수 있는 구조체면 다양하게 이용될 수 있는 것으로 설치장소에 구애받지 않고 경제적으로 시공이 가능하다.

셋째, 본 발명은 물의 위치에너지와 공기의 흡입력을 이용하는 발명으로 주변의 환경을 해치지 않고, 환경오염을 일으키지 않는 친환경적인 발명이다.

도1은 본원발명의 발전장치에 관한 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도2는 도1의 단면 사시도이다.
도3은 도1의 단면도이다.
도4는 본 발명의 제어부를 설명하기 위한 블럭도이다.
도5는 본원발명의 발전장치에 관한 제2실시예를 나타내는 단면도이다.
도6은 도5의 단면 사시도이다.
도7은 본원발명의 발전장치에 관한 제3실시예를 나타내는 단면도이다.
도8은 도7의 단면 사시도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 물과 기포를 이용한 발전장치의 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본원발명의 발전장치에 관한 일실시예를 나타내는 사시도이고, 도2는 도1의 단면 사시도이다. 도3은 도1의 단면도이다.

도4는 본 발명의 제어부를 설명하기 위한 블럭도이다.

도5는 본원발명의 발전장치에 관한 제2실시예를 나타내는 단면도이고, 도6은 도5의 단면 사시도이다.

도7은 본원발명의 발전장치에 관한 제3실시예를 나타내는 단면도이고, 도8은 도7의 단면 사시도이다.

본원발명은 물과 기포를 이용한 발전장치에 관한 것으로 상세하게는 물의 낙차를 이용하여 발전하는 장치에 있어서, 상면이 막히고 하면이 오픈되어 있되 하면의 단면적이 상면의 단면적 보다 작은 형상으로 내부가 비어 있는 몸체(100)와, 물이 흐르는 관으로 일단이 몸체(100)의 상부 일측에 결합되는 공급관(200)과, 몸체(100) 하부의 내부에 설치되어 몸체(100)에서 배출되는 물의 힘과 물이 배출되면서 몸체(100) 내부로 흡입되는 공기에 의해서 생성되는 기포에 의하여 회전되는 발전터빈(300)과, 발전터빈(300)의 회전축에 결합되어 발전터빈(300)이 회전됨에 따라 전기가 생산되는 발전기(400) 및, 발전기(400)에 전선으로 연결되어 발전기(400)에서 생산되는 전기를 저장하는 축전지(510)와 축전지(510)로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(520)와, 축전지(510)와 인버터(520)에 전기적으로 연결되어 축전지(510)의 직류전원을 직접 주위의 전자장치에 공급할 뿐만 아니라 인버터(520)에서 변환된 교류전원을 전력회사로 공급하는 제어장치(530)로 이루어지는 제어부(500)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본원발명은, 도1에 도시된 바와 같이, 몸체(100), 공급관(200), 발전터빈(300), 발전기(400), 제어부(500)로 구성되는 것으로 환경문제를 일으키지 않고, 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 발전장치(10)에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 자연에 있는 에너지인 물의 위치에너지와 공기의 흡입력을 이용하여 발전하는 발명이다.

즉, 본 발명은 병목현상이 일어나는 구조체를 이용하여 물의 위치에너지와 구조체 내부에서 물이 배출될 때 구조체 내부로 흡입되는 공기를 이용하여 전기를 효율적으로 생산할 수 있다. 즉, 구조체 내부에 설치된 발전터빈이 물의 위치에너지와 공기의 흡입력에 의해서 생성된 기포와 같은 2개의 에너지를 사용하여 회전됨으로 인해 전기를 효율적으로 생산할 수 있다. 본 발명은 2개의 에너지가 효율적으로 이용되어 전기를 생산할 수 있어 전기를 생산하는 원가를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 병목현상을 일으킬 수 있는 구조체면 다양하게 이용될 수 있는 것으로 설치장소에 구애받지 않고 경제적으로 시공이 가능하고, 물의 위치에너지와 공기의 흡입력을 이용하는 발명으로 주변의 환경을 해치지 않고, 환경오염을 일으키지 않는 친환경적인 발명이다.

몸체(100)는 상면이 막히고 하면이 오픈되어 있되 하면의 단면적이 상면의 단면적 보다 작은 형상으로 내부가 비어 있는 구성이다. 몸체(100)는 내부에 가두었던 물이 배출될 때 병목현상을 일으키도록 하면의 단면적이 상면의 단면적 보다 작은 형상으로 되어 있는 구조체면 다양한 형상으로 형성되어 있을 수 있다. 일례로 몸체(100)는 단면적이 사각형 또는 원형 등의 병 모양으로 형성되어 있을 수 있다. 몸체(100)는 몸체(100)의 하부 일측에 설치되어 몸체(100)의 하부로 배출되는 물의 배출을 막는 하부판(110)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 하부판(110)은 발전하는데 용이하도록 유입되는 물이 몸체(100) 내부에서 일정높이의 수위가 되도록 몸체(100)의 하부를 막는 판이다. 하부판(110)은 물이 유출되지 않도록 몸체(100)의 하부를 막을 수 있으면 다양한 방법으로 설치될 수 있는데 일례로 하부판(110) 일측이 몸체(100)의 하면에 회전가능하도록 힌지로 결합될 수 있고, 또는 하부판(110)이 슬라이딩 형식으로 몸체(100)의 하부에서 움직일 수 있도록 설치될 수 있다. 몸체(100)는 소요되는 강도를 만족하면 다양한 재료가 사용되어 제작될 수 있다.

공급관(200)은 물이 흐르는 관으로 일단이 몸체(100)의 상부 일측에 결합되는 부재이다. 공급관(200)은 외부에서 공급되는 물이 몸체 내부로 유입되도록 몸체의 상부 일측에 결합되는 부재이다. 공급관(200)은 타단이 하천 등 자연적으로 흐르는 물길에 설치될 수 있고, 또는 수도관 등에 인위적으로 연결되어 물이 유입되는 관 부재이다. 공급관(200)은 일측에 설치되어 공급관(200) 내부의 물 흐름을 조절하는 조절밸브(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 조절밸브(250)는 발전하는데 용이하도록 몸체(100) 내부에 유입되는 물의 량을 조절하는 밸브이다. 즉, 조절밸브(250)는 몸체(100)의 상부에 유입되는 물과 공기를 차단하는 역할을 하여 몸체(100) 내부에서 물이 배출될 때 흡입되는 공기의 힘이 최대가 될 수 있도록 하는 부재이다. 즉, 물이 몸체(100) 외부로 배출될 때 몸체(100) 상부의 공기압이 낮아져 몸체(100)의 하부에서 흡입되는 공기의 힘이 최대가 될 수 있는 원리이다. 공급관(200)은 물이 유,출입되는 통상적인 관이며, 조절밸브(250)는 공급관(200)에 설치되어 공급관(200) 내부의 물의 흐름을 조절할 수 있는 통상적인 밸브이다.

발전터빈(300)은 몸체(100) 하부의 내부에 설치되어 몸체(100)에서 배출되는 물의 힘과 물이 배출되면서 몸체(100) 내부로 흡입되는 공기에 의해서 생성되는 기포에 의하여 회전되는 구성이다. 발전터빈(300)은, 도5 및 도7에 도시된 바와 같이, 효율적으로 더 많은 전기를 생산할 수 있도록 몸체(100) 내부의 일측에 다수개가 설치될 수 있다. 즉, 발전터빈(300)은 물과 공기에 의해서 생성된 기포의 흐름을 계산하여 몸체(100) 내부에 다수개가 설치될 수 있다. 발전터빈(300)은 물 또는 공기(기포)의 힘에 의해서 회전될 수 있으면 다양한 터빈이 사용될 수 있는데 물이 흐르는 방향과 축이 수평 또는 수직되게 설치되는 터빈일 수 있다.

발전기(400)는 발전터빈(300)의 회전축에 결합되어 발전터빈(300)이 회전됨에 따라 전기가 생산되는 구성이다. 발전기(400)는 발전터빈(300)의 회전축에 연결되어 전기를 생산해 내는 것으로 몸체(100)에 설치되는 발전터빈(300)의 회전축과 같은 숫자로 설치된다. 발전기(400)는 발전터빈(300)의 회전에 의해서 전기를 생산해내는 것으로 통상적인 장치가 사용된다.

제어부(500)는, 도4에 도시된 바와 같이, 축전지(510), 인버터(520), 제어장치(530)로 구성되어 발전장치(10)의 일정부분에 설치되는 것으로 발전기(400)에서 생산된 전기에너지를 축전하고, 주변장치와 전력회사에 생산된 전기에너지를 공급할 수 있도록 제어하는 구성이다. 제어부(500)는 발전기(400)에 전선으로 연결되어 발전기(400)에서 생산되는 전기를 저장하는 축전지(510)와 축전지(510)로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(520)와, 축전지(510)와 인버터(520)에 전기적으로 연결되어 축전지(510)의 직류전원을 직접 주위의 전자장치에 공급할 뿐만 아니라 인버터(520)에서 변환된 교류전원을 전력회사로 공급하는 제어장치(530)로 구성되어 있다.

축전지(510)는 발전기(400)에 전선으로 연결되어 발전기(400)에서 생산되는 전기를 저장하는 구성이다. 축전지(500)는 발전기(400)에서 생산된 전기를 저장하는 것으로 전기를 생산해 내는데 사용되는 통상적인 장치가 사용된다.

인버터(520)는 축전지(510)로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 장치로서 직류전원을 교류전원으로 변환시킬 수 있으면 다양한 형태의 장치가 사용될 수 있다.

제어장치(530)(제어회로가 내장된 회로기판 및 콘트롤 기판을 포함한다)는 축전지(510)와 인버터(520)에 전기적으로 연결되어 축전지(510)의 직류전원을 직접 주위의 전자장치에 공급할 뿐만 아니라 인버터(520)에서 변환된 교류전원을 전력회사로 공급하는 장치이다. 즉, 제어장치(530)는 직류전원(상기 축전지 구성을 배제한 상태에서 인버터가 발전기에 직접 연결되어 공급되는 직류전원)을 인버터(520)를 통해 교류전원으로 전환한 후 전력회사로 송출할 수 있다. 즉, 축전지(510)에 축전된 전기에너지가 발전장치(10)에 사용되는 전자장치에 이용될 수 있는 것으로 일례로 진공펌프(600), 조절밸브(250) 또는 하부판(110)이 전기적 시스템에 의해서 움직일 경우 상기 구성들에 전기를 제공할 수도 있다. 또한, 상기 진공펌프(600), 조절밸브(250) 또는 하부판(110)이 전기적 시스템으로 작동되는 경우 상기 구성들은 제어장치(530)에 제어되어 동작된다.

본원발명은, 도1, 도5 또는 도7에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 상부 일측에 설치되어 몸체(100) 내부의 공기를 배출시키는 진공펌프(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 진공펌프(600)는 발전하는데 용이하도록 몸체(100)의 상부에 있는 공기를 외부로 배출시켜는 부재이다. 진공펌프(600)는 몸체(100) 내부에서 물이 배출될 때 흡입되는 공기의 힘이 최대가 될 수 있도록 하는 부재이다. 즉, 물이 몸체(100) 외부로 배출될 때 몸체(100) 상부의 공기압이 낮아져 몸체(100)의 하부에서 흡입되는 공기의 힘이 최대가 될 수 있는 원리이다. 진공펌프(600)는 내부의 공기를 외부로 배출시킬 수 있으면 다양한 펌프가 사용될 수 있다.

본원발명은 다음과 같이 (a) 내지 (c)단계를 거쳐 발전되는 장치이다.

(a) 몸체(100)의 하부를 막은 후 몸체(100)에 일정높이의 수위로 물이 채워지는 단계

(b) 조절밸브(250)로 공급관(200)을 막아 몸체(100)의 상부에 물과 공기의 출입을 막는 단계

(c) 몸체(100)의 하부판(110)을 열어 몸체(100)에서 물이 낙하하도록 하여 발전하는 단계

또는, 본원발명은 다음과 같이 (a) 내지 (b)단계를 거쳐 발전되는 장치이다.

(b) 몸체(100) 내부에서 물이 일정높이의 수위를 유지하면서 물이 낙하하도록 하여 발전하되 진공펌프(600)를 가동하여 몸체(100)의 상부에 유입되는 공기보다 많은 공기가 외부로 배출되도록 하는 단계

이상으로 본 발명에 따른 물과 기포를 이용한 발전장치의 바람직한 실시 예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.

10 : 발전장치
100 : 몸체 110 : 하부판
200 : 공급관 250 : 조절밸브
300 : 발전터빈
400 : 발전기
500 : 제어부 510 : 축전지
520 : 인버터 530 : 제어장치
600 : 진공펌프

Claims

물의 낙차를 이용하여 발전하는 장치에 있어서,
상면이 막히고 하면이 오픈되어 있되 하면의 단면적이 상면의 단면적 보다 작은 형상으로 내부가 비어 있는 몸체(100);
물이 흐르는 관으로 일단이 상기 몸체(100)의 상부 일측에 결합되는 공급관(200);
상기 몸체(100) 하부의 내부에 설치되어 상기 몸체(100)에서 배출되는 물의 힘과 물이 배출되면서 상기 몸체(100) 내부로 흡입되는 공기에 의해서 생성되는 기포에 의하여 회전되는 발전터빈(300);
상기 발전터빈(300)의 회전축에 결합되어 상기 발전터빈(300)이 회전됨에 따라 전기가 생산되는 발전기(400); 및
상기 발전기(400)에 전선으로 연결되어 상기 발전기(400)에서 생산되는 전기를 저장하는 축전지(510)와 상기 축전지(510)로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(520)와, 상기 축전지(510)와 상기 인버터(520)에 전기적으로 연결되어 상기 축전지(510)의 직류전원을 직접 주위의 전자장치에 공급할 뿐만 아니라 상기 인버터(520)에서 변환된 교류전원을 전력회사로 공급하는 제어장치(530)로 구성되는 제어부(500)로 구성되는 것을 특징으로 하는 물과 기포를 이용한 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 공급관(200) 일측에 설치되어 상기 공급관(200) 내부의 물 흐름을 조절하는 조절밸브(250)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물과 기포를 이용한 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체(100)의 하부 일측에 설치되어 상기 몸체(100)의 하부로 배출되는 물의 배출을 막는 하부판(110)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물과 기포를 이용한 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체(100)의 상부 일측에 설치되어 상기 몸체(100) 내부의 공기를 배출시키는 진공펌프(600)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물과 기포를 이용한 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 발전터빈(300)은 상기 몸체(100) 내부의 일측에 다수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 물과 기포를 이용한 발전장치.