KR20160003546A - 자가발전식 수상 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강, 호수 또는 바다와 같은 수중에 설치되며 수류를 이용하여 자가발전할 수 있는, 자가발전식 수상 조명장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 지주; 상기 지주가 수중의 고정된 지점에 직립하여 고정될 수 있도록 상기 지주의 하단에 설치되는 앵커수단; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되는 제1회전체; 상기 지주가 축중심으로 회전되는 것을 방지하기 위한 지주회전방지수단; 상기 제1회전체로부터 회전력을 전달받아 발전을 일으킬 수 있도록 상기 지주에 연결되는 발전기; 상기 지주의 상부에 설치되는 것으로서 상기 발전기에서 발전한 전력을 이용하여 조명을 하는 조명부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자가발전식 수상 조명장치{Self Generating Light Apparatus On The Water}
본 발명은 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강, 호수 또는 바다와 같은 수중에 설치되며 수류를 이용하여 자가발전할 수 있는, 자가발전식 수상 조명장치에 관한 것이다.
우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있어 해양자원이 풍족하다고 볼 수 있다. 인근 해양에는 양식장, 등대, 방파시설, 선박 유도장치 등 여러 시설이 설치되며 많은 활동이 이루어지고 있다.
그러므로 해양에서 일어나는 많은 활동들을 보조하기 위한 사회간접시설의 확충도 중요하다. 이러한 시설의 대표적인 것이 해안 경계등 또는 유도등일 것이다. 요트, 어선, 유조선, 바지선 등 각종 선박의 안전한 항해, 입항, 출항을 위하여 유도등은 긴요하게 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 순수하게 야경을 위해서 수상 조명시설이 이용될 수도 있다.
그러나 수상 조명시설을 설치하기 위하여 전력을 공급하기는 쉽지 않다. 해안으로부터 비교적 원거리에 있는 곳까지 전선을 설치하기가 쉽지 않고 비용도 많이 소요되기 때문이다. 국내 특허출원 제10-2005-0107962호 또는 제10-2012-0092736호에서와 같이 해양에서 태양광을 이용하여 조명을 발하기 위한 수단들이 제공된 바는 있으나, 이러한 발전방식으로는 큰 전력을 얻기에 부족하며, 야간이나 일기가 좋지 못할 경우에는 무용지물이 되기 십상이다.
국내 실용신안등록출원 제20-2013-0003528호 국내 특허출원 제10-2005-0107962호 국내 특허출원 제10-2012-0092736호
위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 특히 해양과 같이 수류가 있는 곳에 설치함으로써 자가발전으로 점등할 수 있는 수상 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 지속적으로 존재하는 수력을 이용하여 발전함으로써 안정적으로 전력을 확보할 수 있으며 기후변화에 따른 영향을 적게 받으며 수류에 의해 유동되는 정도를 최소화하여 안정성을 높일 수 있는 자가발전식 수상 조명장치를 제공하는 것에 본 발명의 목적이 있다.
위와 같은 목적은, 지주; 상기 지주가 수중의 고정된 지점에 직립하여 고정될 수 있도록 상기 지주의 하단에 설치되는 앵커수단; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되는 제1회전체; 상기 지주가 축중심으로 회전되는 것을 방지하기 위한 지주회전방지수단; 상기 제1회전체로부터 회전력을 전달받아 발전을 일으킬 수 있도록 상기 지주에 연결되는 발전기; 상기 지주의 상부에 설치되는 것으로서 상기 발전기에서 발전한 전력을 이용하여 조명을 하는 조명부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치에 의해 달성된다.
본 발명의 특징에 의하면, 상기 지주회전방지수단은; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하되 상기 제1회전체와 반대방향으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되되 제2회전체일 수 있다.
본 발명의 특징에 의하면 상기 지주의 상부는 비중이 물보다 작게 되어 있으며; 상기 앵커수단은 상기 지주의 하단에 설치되는 것으로서 비중이 물보다 크게 되어 있는 중량추와; 상기 중량추의 외부에 원주방향을 따라 방사형으로 돌출 연장된 복수 개의 저항날개와; 강한 수류에 의해 떠내려가는 것을 방지하기 위한 닻을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 지주회전방지수단은; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하되 상기 제1회전체와 반대방향으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되는 제2회전체이며;
상기 제1회전체는, 상기 지주의 주연부에 회전 가능하게 설치되는 회전링체; 상기 회전링체의 주벽으로부터 방사방향으로 연장 설치되는 것으로서 수류를 전달받아 상기 회전링체를 회전시키기 위한 제1블레이드; 상기 회전링체 주벽 내면에 설치되는 제1기어;를 포함하며;
상기 제2회전체는, 상기 지주의 주연부에 회전 가능하게 설치되는 회전실린더; 상기 회전링체의 주벽으로부터 방사방향으로 연장 설치되는 것으로서 수류를 전달받아 상기 회전링체를 회전시키기 위한 제2블레이드; 상기 회전실린더의 외주면에 설치되는 제2기어;를 포함하며;
상기 제1기어와 제2기어는;
상기 제1기어에 내접하는 내접기어; 상기 제2기어에 외접하는 외접기어; 상기 내접기어와 외접기어를 서로 연결하는 것으로서 발전기에 회전력을 전달하기 위한 발전기입력축;에 의해 서로 반대방향으로 회전되도록 연동되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면;
상기 조명부와 지주 사이에 연장대가 개입되되; 상기 연장대는 물에 뜨도록 경량 소재로 되어 있으며, 상기 지주에 대하여 자유롭게 유동할 수 있으며 그로부터 분리 가능한 관절을 통해 상기 지주에 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면;
상기 제1회전체와 같은 방향으로 서로 독립적으로 회전되면서 상기 발전기에 회전력을 전달하도록 할 수 있도록 상기 지주의 주연부에 설치되는 제2회전체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면;
상기 지주회전방지수단은 닻을 포함하는 앵커수단 및 상기 지주의 원주방향을 따라 방사방향으로 돌출 형성되는 복수 개의 저항날개를 포함할 수 있다.
위와 같은 구성에 의하면 해양 등 수상에 고정 설치된 지주에 설치되어 수류에 의한 회전력을 이용하여 전기력을 생성하고 이를 이용하여 수상 조명을 할 수 있는 장치가 제공된다. 본 발명에 의하면 수상의 고정된 지점에 기후에 관계없이 항상 일정한하게 조명할 수 있게 되므로 해양 경계등 또는 선박을 위한 유도등 등으로 다양하게 활용할 수 있는 조명장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자가발전식 수상 조명장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 자가발전식 수상 조명장치의 주요부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 자가발전식 수상 조명장치의 제1회전체의 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자가발전식 수상 조명장치의 사시도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 자가발전식 수상 조명장치(이하, '조명장치'라 한다)는 해양에 설치되는 것을 기본적으로 하지만 수류(水流)를 가지고 있는 다양한 수상 환경에 적용할 수 있다. 예를 들어 강이나 호수에도 설치될 수 있다. 해양에는 조력에 의한 조류(潮流)를 포함하여 수온차, 밀도차, 해저지형 등에 의해 다양한 형태의 해류가 존재한다. 본 발명의 조명장치는 이렇게 해류가 있는 바다에 설치되어 경계를 나타내기 위한 경계등, 선박을 유도할 수 있는 유도등 등으로 활용될 수 있다.
조명장치의 본체는 지주(10)를 포함하고 있으며 수중에 설치된다. 앵커수단은 지주(10)가 고정된 지점에 위치될 수 있도록 한다. 지주(10)에는 지주를 축중심으로 회전 가능하게끔 지주(10)의 주연부에 제1회전체(40)가 설치된다.
발전기(21)는 제1회전체(40)로부터 회전력을 전달받아 발전을 일으킬 수 있도록 지주(10)에 연결된다. 발전기(21)는 도시된 것처럼 지주(10)의 측부에 고정 설치될 수 있다. 발전기(21)는 조명부(20)에 전기를 공급하여 점등되도록 한다. 낮에는 조명이 필요 없으므로 생산되는 전기는 축전지(22)에 저장되도록 할 수 있다. 수중에 설치되는 것이므로 어두워질 때 자동적으로 점등될 수 있도록 하기 위한 광센서(미도시됨)와 광센서로부터 인가되는 신호에 의거하여 조명을 점등하기 위한 스위칭 수단이 마련될 수 있다.
앵커수단(30)은 지주(10)가 수중의 고정된 지점에 직립하여 고정될 수 있도록 지주(10)의 하단에 설치된다. 앵커수단(30)은 지주(10)의 하단에 설치되는 것으로서 비중이 물보다 크게 되어 있는 중량추(31)를 포함한다. 또한 복수 개의 저항날개(32)가 중량추(31)의 외부에 원주방향을 따라 방사형으로 돌출되게끔 설치된다. 또한 강한 수류에 의해 떠내려가는 것을 방지하기 위한 닻(34)이 구비될 수 있다. 닻(34)은 닻줄(33) 및 중량추(31)을 통해 지주(10)와 연결된다.
지주(10)의 상부는 비중이 물보다 작게 되어 있으며 중량추(31)에 의해 지주(10)의 하부는 무겁게 되어 있다. 중량추(31)를 포함한 지주(10)는 물보다 비중이 적을 수도 있고 클 수도 있다. 이는 조명장치의 설치 위치에 따라 결정될 수 있는 사항이다. 즉 본 발명의 조명장치는 물에 떠 있을 수도 있으며 완전히 가라앉아 있을 수도 있다.
그러나 기본적으로 지주(10)의 하부는 상부보다 비중이 크고, 상부는 비중이 물보다 작게 되어 있음으로써, 지주(10)는 오뚝이처럼 수중에서 항시 직립한 상태를 유지하게 된다.
지주(10)의 비중을 조절하기 위해 지주(10)의 중심에는 비중을 낮추기 위한 공기주머니가 설치될 수도 있고, 지주(10)의 주된 소재를 이피에스(EPS) 등 경량 발포체로 선택할 수도 있다.
한편 제1회전체(40)의 회전에 의해 지주(10)가 회전력을 받게 될 것이다. 따라서 지주(10)가 자신을 축중심으로 하여 회전되지 못하도록 하기 위한 수단이 필요하다. 지주회전방지수단은 지주(10)가 자신을 축중심으로 회전되는 것을 방지하기 위한 수단이다.
위에 언급된 중량추(31)에 설치되어 있는 저항날개(32) 역시 지주회전방지수단으로 기능한다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면, 주요한 지주회전방지수단은 지주(10)를 축중심으로 회전 가능하되 제1회전체(40)와 반대방향으로 회전 가능하게끔 지주(10)의 주연부에 설치되는 제2회전체(50)일 수 있다.
제2회전체(50)는 제1회전체(40)와 독립적으로 회전되도록 할 수도 있으나, 본 실시예에 의하면 제1회전체(40)와 서로 연동되어 회전한다. 이하, 제1,2회전체(40,50)를 상세히 설명한다.
제1회전체(40)는 지주(10)의 주연부에 회전 가능하게 설치되는 회전링체(41)와, 회전링체(41)의 주벽으로부터 방사방향으로 연장 설치되는 것으로서 해류(F, 또는 수류, 도 3 참조)를 전달받아 회전링체(41)를 회전시키기 위한 제1블레이드(42, 42')를 포함한다. 그리고 회전링체(41)의 주벽 내면에는 링기어 형태로 제1기어(44)가 설치된다. 회전링체(41)는 지주(10)의 외주면에 고정되는 고정판(47) 위에 베어링(44)을 매개로 하여 설치된다. 따라서 회전링체(41)는 고정판(47) 위에서 회전 가능하게 된다.
제1블레이드(42,42')는 각각 블레이드아암(43,43')을 통해 회전링체(41)에 연결된다. 제1블레이드(42,42')는 면방향이 서로 직각을 이루도록 설치되는 제1-1단위블레이드(42)와 제1-2단위블레이드(42')를 포함한다. 본 실시예에 의하면 제1블레이드(42,42')의 면방향은 지면에 수직을 이루는 방향이다. 따라서 해류(F)는 통상 지면에 대하여 평행한 방향으로 일어나므로 제1블레이드(42,42')의 면에 수직으로 맞부딪히게 된다(도 3 참조). 이는 해류(F)가 가진 에너지가 최대한 회전력으로 전환될 수 있게 한다. 제1블레이드(42,42')는 회전력을 잘 전달받을 수 있도록 끝단이 해류를 향한 방향으로 만곡되어 있을 수 있다. 본 실시예에 의하면 제1-1단위블레이드(42)의 면방향은 지주(10)에 대하여 접선방향고 같고, 제1-2단위블레이드(42')의 면바향은 지주(10)에 대하여 반경방향과 같다. 즉 제1-1단위블레이드(42)와 제1-2단위블레이드(42')는 서로 직각을 이루고 있다. 제1블레이드(42,42')는 2개의 단위블레이드로 구성되는 것으로 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니며 그 이상의 개수로 제공될 수 있다.
제2회전체(50)는 지주(10)의 주연부에 회전 가능하게 설치되는 회전실린더(51)와, 회전실린더(51)의 주벽으로부터 방사방향으로 연장 설치되는 것으로서 해류(F)를 전달받아 회전실린더(51)를 회전시키기 위한 제2블레이드(52,52')를 포함한다. 회전실린더(51)는 미도시된 베어링을 매개로 하여 지주의 외주에 회전 가능하게 고정된다. 회전실린더(51)의 외주면에 제2기어(54)가 설치된다. 제2회전체(50)의 제2블레이드(52,52') 역시 면방향이 서로 직각을 이루는 제2-1, 2-2단위블레이드(52,52')로 구성된다. 제2블레이드(52,52')는 제1블레이드(42,42')와 사잇각을 두고 설치된다. 도 3에 도시된 바에 의하면 이들은 서로 90°각도로 위상 차이를 두고 설치된다. 따라서 한 방향으로 작용하는 해류(F)에 의해 도시된 것처럼 서로 반대방향(K1,K2)으로 회전하게 된다. 제2블레이드(52,52')은 블레이드아암(53,53')에 의해 회전실린더(51)에 연결되는 등의 기타 구성은 제1블레이드(42,42')와 같다. 그러므로 더 이상의 설명은 이를 생략한다.
전술한 것처럼 제1,2회전체(40,50)는 다음과 같이 서로 연동될 수 있다. 제2회전체(40,50)는 제1회전체(40)의 직하부에 설치된다. 내접기어(45)가 제1기어(44)에 내접하도록 회전링체(41) 내부에 끼워져 고정된다. 그리고 외접기어(55)가 제2기어(54)에 외접하도록 상기 회전실린더(51)의 주연부에 고정 설치된다. 발전기(21)에 회전력을 전달하기 위한 봉형상의 발전기입력축(12)은 내접기어(45)와 외접기어(55)를 서로 연결하고 있다. 발전기입력축(12)은 발전기(21)까지 직접 연장될 수 있으며 고정판(47)을 관통하여 설치된다. 이러한 구성에 의해 제1,2회전체(40,50)가 다른 방향으로 회전하여도 발전기입력축(12)은 한 방향으로 회전하게 되는 것이다. 즉 제1,2회전체(40,50)는 서로 반대방향으로 회전하면서 지주(10)에 전달되는 회전력을 상쇄시키며, 나아가 발전기(21)를 기동시키기 위한 회전력은 오히려 증대시키는 작용을 하게 된다.
지주 상단에는 조명부(20)가 설치된다. 조명부(20)의 높이는 기다란 연장봉(11)을 통해 조정될 수 있다. 조명부(20)는 방수처리가 되어야 할 것이며 필요에 따라 다양한 방식으로 점등되도록 할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 이에 의하면 지주(10) 및 그 이하에 설치되는 부속품이 중량체로서 기능하도록 하며 조명부(20)와 지주(10) 사이에 연장대(110)를 개입시킬 수 있다. 연장대(110)는 경량 소재로서 물에 뜨며 지주(10)에 대하여 자유롭게 유동할 수 있으며 분리 가능한 관절로 연결되어 있다. 특히 이 관절은 지주(10) 상단에 설치되는 클램프(111)와 연장대(110) 하단에 설치되며 클램프(111)에 결합되는 고리(112)를 포함할 수 있다. 이러한 구조는 물살에 대한 지주(10)와 회전체(40,50)의 저항을 낮추고 장치의 길이를 선택하기가 용이하므로, 파고가 높고 수심이 깊으며 물살이 빠른 곳에 적합하다. 지주(10) 이하의 부속품을 표준화하고 조명장치의 설치환경에 따라 연장대(110) 및 연장봉(11)의 길이를 선택함으로써 제품의 생산성을 높일 수 있게 될 것이다. 닻(34)은 도시된 바와 같이 저항날개(32)에 고정될 수 있으며 복수 개로 마련될 수 있다. 나머지 도면부호는 전술한 실시예를 참조하면 될 것이다.
또한 연장대(110) 내지 연장봉(11)은 지주와 일체형으로 제공될 수 있다. 그리고 연장대(110)에는 수면에 부상할 수 있는 넓은 부대식 판재가 설치될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 전술한 제2회전체가 제1회전체와 같은 방향으로 서로 독립적으로 회전되게끔 구성할 수 있다. 제1,2회전체는 독립적으로 회전하면서 발전기에 회전력을 전달하도록 할 수 있다. 경우에 따라서는 발전기도 각각 독립적으로 설치될 수 있다. 이러한 구성은 어느 하나의 회전체에 이상이 있을 경우에도 발전이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 어느 하나의 회전체에 이상이 생겼을 경우 다른 회전체의 회전력을 상쇄시키지 않음으로써 발전이 지속되도록 하기 위함이다.
본 실시예에 있어서 지주의 회전을 저지하기 위한 지주회전방지수단은 전술한 앵커수단(30) 내지 저항날개(32)로 한다. 이들에 관한 설명은 전술한 바를 참조하면 된다. 경우에 따라 앵커수단(30) 내지 저항날개(32)의 규모를 더 크게 할 필요가 있을 수 있다.
위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 각 실시예는 당업자의 일상적인 지식에 의해 무작위로 조합되어 실시될 수 있으며, 어떠한 조합이든 이는 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 지주 11 : 연장봉
12 : 발전기입력축 20 : 조명부
21 : 발전기 22 : 축전지
30 : 앵커수단 31 : 중량추
32 : 저항날개 34 : 닻
40, 50 : 제1,2회전체 41 : 회전링체
42,42' : 제1블레이드 44,54 : 제1,2기어
45 : 내접기어 51 : 회전실린더
52,52' : 제2블레이드 55 : 외접기어
110 : 연장대 F : 해류

Claims (7)

  1. 지주; 상기 지주가 수중의 고정된 지점에 직립하여 고정될 수 있도록 상기 지주의 하단에 설치되는 앵커수단; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되는 제1회전체; 상기 지주가 축중심으로 회전되는 것을 방지하기 위한 지주회전방지수단; 상기 제1회전체로부터 회전력을 전달받아 발전을 일으킬 수 있도록 상기 지주에 연결되는 발전기; 상기 지주의 상부에 설치되는 것으로서 상기 발전기에서 발전한 전력을 이용하여 조명을 하는 조명부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
  2. 제1항에 있어서;
    상기 지주회전방지수단은; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하되 상기 제1회전체와 반대방향으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되되 제2회전체인 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
  3. 제1항에 있어서;
    상기 지주의 상부는 비중이 물보다 작게 되어 있으며;
    상기 앵커수단은 상기 지주의 하단에 설치되는 것으로서 비중이 물보다 크게 되어 있는 중량추와; 상기 중량추의 외부에 원주방향을 따라 방사형으로 돌출 연장된 복수 개의 저항날개와; 강한 수류에 의해 떠내려가는 것을 방지하기 위한 닻을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
  4. 제1항에 있어서;
    상기 지주회전방지수단은; 상기 지주를 축중심으로 회전 가능하되 상기 제1회전체와 반대방향으로 회전 가능하게끔 상기 지주의 주연부에 설치되는 제2회전체이며;
    상기 제1회전체는, 상기 지주의 주연부에 회전 가능하게 설치되는 회전링체; 상기 회전링체의 주벽으로부터 방사방향으로 연장 설치되는 것으로서 수류를 전달받아 상기 회전링체를 회전시키기 위한 제1블레이드; 상기 회전링체 주벽 내면에 설치되는 제1기어를 포함하며;
    상기 제2회전체는, 상기 지주의 주연부에 회전 가능하게 설치되는 회전실린더; 상기 회전링체의 주벽으로부터 방사방향으로 연장 설치되는 것으로서 수류를 전달받아 상기 회전링체를 회전시키기 위한 제2블레이드; 상기 회전실린더의 외주면에 설치되는 제2기어를 포함하며;
    상기 제1기어와 제2기어는;
    상기 제1기어에 내접하는 내접기어; 상기 제2기어에 외접하는 외접기어; 상기 내접기어와 외접기어를 서로 연결하는 것으로서 상기 발전기에 회전력을 전달하기 위한 발전기입력축;에 의해 서로 반대방향으로 회전되도록 연동되어 있는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
  5. 제1항에 있어서;
    상기 조명부와 지주 사이에 연장대가 개입되되; 상기 연장대는 물에 뜨도록 경량 소재로 되어 있으며, 상기 지주에 대하여 자유롭게 유동할 수 있으며 그로부터 분리 가능한 관절을 통해 상기 지주에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
  6. 제1항에 있어서;
    상기 제1회전체와 같은 방향으로 서로 독립적으로 회전되면서 상기 발전기에 회전력을 전달하도록 할 수 있도록 상기 지주의 주연부에 설치되는 제2회전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
  7. 제1항에 있어서;
    상기 지주회전방지수단은 닻을 포함하는 앵커수단 및 상기 지주의 원주방향을 따라 방사방향으로 돌출 형성되는 복수 개의 저항날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전식 수상 조명장치.
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