KR20210038491A - 물을 이용한 회전동력 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 등을 이용하여 발생된 회전량에 비에 상대적으로 많은 회전량이 발생하도록 구성되는 물을 이용한 회전동력 발생장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 물을 이용한 회전동력 발생장치는, 소정 크기를 가지면서 내부에 소정량의 물이 저장되는 제1 저수조; 상기 제1 저수조의 내측에 설치되면서 상기 제1 저수조에 비해 상대적으로 상하 길이가 길게 형성되어 내측에 소정량의 물이 선택적으로 저장되는 제2 저수조; 상기 제2 저수조의 내부에 설치되면서 상하로 승강 동작되는 소정 길이의 가압피스톤; 상기 가압피스톤의 상부에 위치되어 상기 가압피스톤을 승강 동작시키는 구동장치; 상기 제2 저수조의 상부 일측에 위치되면서 상기 제2 저수조의 상단을 통해 흘러넘치는 물의 낙차를 이용하여 회전 동작되는 소정 크기의 수차; 일단이 상기 수차의 중심에 연결되면서 타단이 사용자측으로 연결되어 회전 동력을 전달하는 소정 길이의 출력축; 및 상기 제1 저수조에 저장된 물을 상기 제2 저수조 쪽으로 선택적으로 공급하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

물을 이용한 회전동력 발생장치{Rotating Power Generating Device using Water}

본 발명은 물을 이용한 회전동력 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물의 낙차를 이용하여 수차를 연속 회전시키고, 이를 통해 회전 동력을 발생시키는 장치에 관한 발명이다.

최근에는 환경오염의 문제가 부각되게 됨에 따라 다양한 형태의 친환경 에너지 발생장치가 개발되고 있는데, 이러한 목적의 기술로는 바람, 물 및 파도 등을 이용한 에너지 발생장치를 예로 들 수 있다.

이중, 물을 이용한 동력발생장치로는 물의 낙차를 이용하여 수차를 회전시키고, 이를 통해 회전 동력을 발생시키는 장치가 알려져 있다.

상기와 같은 물을 이용한 동력발생장치의 예로는 등록특허공보 제1745037호의 동력을 생성하기 위한 수차(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.

상기 특허문헌에 개시된 수차는, 워터 블레이드는 트러스 프레임워크 위에 배열되고 트러스 프레임워크는 횡단 지지부로서 복수의 연결된 스트럿들이 프리즘 형태로 배열되어 횡단 방향으로 연장되도록 형성되고, 횡단 지지부는 세로방향 로드에 의해 노드 포인트들에 연결되며 횡단 지지부의 하나 이상의 스트럿은 휠 림과 연결되고, 횡단 지지부 위에 배열된 세로방향 로드가 마운팅 리시버에 의해 피벗회전 가능하게 수용된 워터 블레이드의 회전 지지부로서 형성되며, 세로방향 로드가 워터 블레이드를 위한 카운터 지지부로서 작동 위치에 배열되며 다른 한편으로는 난류 영역에 있는 위치에서 인접한 워터 블레이드의 피벗회전 운동을 제한하기 위해 배열되는 것으로 이루어진다.

상기 특허문헌에 개시된 수차는, 물이 상류에서 하류 쪽으로 흐르는 조류를 이용하여 수차를 회전시켜 회전 동력을 발생시키는 것으로, 설치 장소의 제약이 큰 단점이 있다.

따라서 필요한 장소에 설치하여 물의 낙차를 이용하여 회전 동력을 발생시킬 수 있도록 구조가 개선된 수차를 이용한 회전동력 발생장치의 개발이 요구된다.

KR 10-1745037 B1 (2017. 06. 01.) KR 10-2015-0103403 A (2015. 09. 11.) KR 10-2013-0111120 A (2013. 10. 10.) KR 10-2011-0031400 A (2011. 03. 28.) KR 10-2010-0100353 A (2010. 09. 15.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 물을 이용한 회전동력 발생장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모터 등을 이용하여 발생된 회전량에 비해 상대적으로 많은 회전량이 발생하도록 구성되는 물을 이용한 회전동력 발생장치를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 물을 이용한 회전동력 발생장치는, 소정 크기를 가지면서 내부에 소정량의 물이 저장되는 제1 저수조; 상기 제1 저수조의 내측에 설치되면서 상기 제1 저수조에 비해 상대적으로 상하 길이가 길게 형성되어 내측에 소정량의 물이 선택적으로 저장되는 제2 저수조; 상기 제2 저수조의 내부에 설치되면서 상하로 승강 동작되는 소정 길이의 가압피스톤; 상기 가압피스톤의 상부에 위치되어 상기 가압피스톤을 승강 동작시키는 구동장치; 상기 제2 저수조의 상부 일측에 위치되면서 상기 제2 저수조의 상단을 통해 흘러넘치는 물의 낙차를 이용하여 회전 동작되는 소정 크기의 수차; 일단이 상기 수차의 중심에 연결되면서 타단이 사용자측으로 연결되어 회전 동력을 전달하는 소정 길이의 출력축; 및 상기 제1 저수조에 저장된 물을 상기 제2 저수조 쪽으로 선택적으로 공급하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 제2 저수조의 상부 외측에 둘레를 감싸도록 소정 크기의 보조수조가 더 구비되고, 상기 보조수조에는, 상기 수차의 상부 쪽으로 물이 떨어지도록 유도하는 배출관이 구비되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제2 저수조의 하부에 방사상으로 복수 개의 밸브가 설치되고, 상기 제어기는, 상기 가압피스톤이 상승 동작될 때에는 상기 복수 개의 밸브를 개방하여 상기 제1 저수조에 저장된 물이 상기 제2 저수조 쪽으로 유입되도록 유로를 개방하고, 상기 가압피스톤이 하강 동작될 때에는 상기 복수 개의 밸브를 닫아 상기 제2 저수조로 유입된 물이 상기 제1 저수조 쪽으로 흐르지 못하도록 유로를 차단하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 회전동력 발생장치가 상기 사용자측을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 한 쌍이 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 회전동력 발생장치가 양측 2개의 상기 가압피스톤이 서로 반대로 동작되어 교대로 승강 동작되도록 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제1, 2 저수조에 저장된 물의 위치 이동을 통해 수차를 연속으로 회전시켜 회전동력을 발생시키게 되고, 이를 통해 구동장치의 1회전에 따른 가압피스톤의 1회의 승강동작에도 제2 저수조의 상단을 통해 흘러넘쳐 보조수조에 저장된 물이 모두 떨어지기까지 연속하여 수차가 회전될 수 있으며, 그 결과 투입되는 회전량에 비해 상대적으로 얻을 수 있는 회전량이 많아지기 때문에 이를 회전동력으로 사용하는 다양한 장치에 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 물을 이용한 회전동력 발생장치의 예를 보인 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 물을 이용한 회전동력 발생장치의 사용 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 물을 이용한 회전동력 발생장치의 다른 실시예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 모터 등을 이용하여 발생된 회전량에 비에 상대적으로 많은 회전량이 발생하도록 하여 구성되는 물을 이용한 회전동력 발생장치를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 제1 저수조(10), 제2 저수조(20), 가압피스톤(30), 구동장치(40), 수차(50), 출력축(60) 및 제어기(70)를 포함한다.

제1 저수조(10)는 내부에 소정량의 물이 저장되어 후술되는 제2 저수조(20)로 물을 공급하는 구성으로, 이러한 제1 저수조(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 상부가 개방된 원통 모양 또는 사각 박스 모양으로 이루어진다.

또한, 제1 저수조(10)의 크기는 제2 저수조(20)의 내부로 물이 최대로 공급된 상태에서 제1 저수조(10) 내에 당초 수위의 1/3~1/2의 물이 잔존하도록 구성되는데, 이는 후술되는 가압피스톤(30)을 통해 제2 저수조(20)의 상단으로 흘러넘쳐 제1 저수조(10)에 다시 채워지는 동안에 제2 저수조(20)의 내부로 필요한 물을 공급함에 있어서 연속성을 담보하기 위함이다.

또한, 제1 저수조(10)에 저장된 물은 주변 온도에 따라 증발되거나 제1, 2 저수조(10, 20) 등을 순환하면서 일부가 자연스럽게 손실될 수 있고, 따라서 제1 저수조(10)에는 수위감지센서(도시하지 않음)가 설치되며, 이를 통해 수위가 낮아지면 원수를 제1 저수조(10)로 공급하여 당초 설정된 수위 범위 내에서 유지되도록 구성될 수 있다.

제2 저수조(20)는 제1 저수조(10)의 내부에 설치되어 제1 저수조(10)에 저장된 물이 내부로 공급되는 구성이다.

이러한 제2 저수조(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 저수조(10)에 비해 상대적으로 지름이 작고, 상하로 길이가 긴 원통 모양 또는 사각 박스 모양으로 형성된다.

이때 제2 저수조(20)의 높이는 후술되는 수차(50)의 설치 공간과 물의 낙차에너지를 고려하여 설계된다.

그리고 제2 저수조(20)의 하부 둘레에는 소정 지름의 관통공(도시하지 않음)이 형성되고, 상기 관통공에는 소정 길이의 배관이 설치된 다음, 상기 배관에 후술되는 제어기(70)를 통해 자동 제어되는 밸브(71)가 설치되며, 이를 통해 제1 저수조(10) 내부에 저장된 물이 제2 저수조(20)의 내부로 선택적으로 공급되게 된다.

이때 밸브(71)는 제1 저수조(10)에 저장된 물에 잠긴 상태로 상시 유지되고, 이를 통해 밸브(71)가 개방되면 도 2에 도시된 바와 같이 제1 저수조(10)에 저장된 물의 수위와 제2 저수조(20)의 내부 공간에 따른 물의 수위차로 인해 자연스럽게 제1 저수조(10)에 저장된 물이 제2 저수조(20) 쪽으로 흐르게 된다.

또한, 제1, 2 저수조(10, 20) 내부에 저장되는 물의 수위가 동일하게 되면 제어기(70)의 제어를 통해 밸브(71)가 닫힌 다음, 도 3에 도시된 바와 같이 후술되는 가압피스톤(30)이 하강 동작되어 제2 저수조(20)에 저장된 물을 가압하여 수위를 상승시키게 된다.

이에 더해 제2 저수조(20)의 상부에는 외측 둘레를 감싸도록 소정 크기의 보조수조(21)가 설치되고, 이러한 보조수조(21)의 일측 저면에는 소정 지름의 배출관(22)이 설치되며, 상기 배출관(22)을 통해 보조수조(21)에 담긴 물이 아래로 떨어지면서 그 하부에 위치되는 수차(50)가 회전되도록 구성될 수 있다.

즉, 제2 저수조(20)의 상단으로 흘러넘쳐 떨어지는 물이 수차(50)를 직접 회전시키도록 구성되면, 제2 저수조(20)에 물이 배출된 다음, 다시 채워지기까지 수차(50)의 회전이 끊기게 되어 연속 회전을 담보하기가 어렵고, 이 때문에 제2 저수조(20)의 상단으로 흘러넘쳐 떨어지는 물이 보조수조(21)에 저장된 상태에서 소정 속도로 수차(50) 쪽으로 떨어지도록 함으로써 제2 저수조(20)에 물이 다시 담겨 가압피스톤(30)을 통해 가압되어 상단으로 흘러넘칠 때까지 수차(50)가 지속 회전되도록 구성된다.

가압피스톤(30)은 제2 저수조(20)의 내부에 설치되어 후술되는 구동장치(40)를 통해 승강 동작되는 구성이다.

이러한 가압피스톤(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 제2 저수조(20)의 내측면과 소정 간격 이격되는 크기의 원통 모양 또는 사각 박스 모양의 기둥으로 이루어진다.

이때 제2 저수조(20)의 내측면과 가압피스톤(30)의 외측면 사이의 간격이 작을수록 제2 저수조(20)에 저장된 물을 더욱 높이 상승시킬 수 있게 되고, 따라서 제2 저수조(20)의 높이, 제2 저수조(20)에 저장되는 물의 양을 고려하여 제2 저수조(20)의 내측면과 가압피스톤(30)의 외측면 사이 이격된 간격이 설정되게 된다.

또한, 가압피스톤(30)은 자중에 의해 제2 저수조(20)의 바닥에 닿은 상태가 유지되도록 소정의 무게를 가지는 중량체로 구성되거나, 또는 후술되는 구동장치(40)를 통해 가압되어 하강된 다음 제2 저수조(20)에 저장되는 물의 부력에 의해 상승되는 부력체로 구성될 수 있다.

구동장치(40)는 가압피스톤(30)을 승강 동작시키는 구성으로, 이러한 구동장치(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 가압피스톤(30)의 상부에 소정 간격 이격되어 수평으로 설치되는 소정 길이의 회전축(41)과, 제2 저수조(20)의 일측에 설치되는 모터(42) 및 상기 회전축(41)과 모터(42)에 설치되는 피동기어(41B)와 구동기어(42A)를 서로 연결하는 체인(43)을 포함한다. 이때 모터(42)는 후술되는 제어기(70)의 제어에 의해 회전 속도가 제어되도록 구성된다.

그리고 가압피스톤(30)이 부력체로 구성되는 경우에는 회전축(41)에 편심 회전되는 소정 크기의 캠유닛(41A)이 설치되고, 이러한 캠유닛(41A)을 통해 가압피스톤(30)의 상면이 선택적으로 가압되어 하강된 다음, 부력에 의해 상승되도록 구성된다.

또한, 가압피스톤(30)이 중량체로 구성되는 경우에는 회전축(41)에 커넥팅로드(도시하지 않음)가 설치되고, 상기 커넥팅로드를 통해 가압피스톤(30)의 상부가 연결되어 회전축(41)의 회전 동작에 연동되어 승강 동작되도록 구성된다.

수차(50)는 제2 저수조(20)의 상부 일측에 설치되어 제2 저수조(20)의 상단으로 흘러넘치는 물에 의해 회전 동작되는 구성으로, 이러한 수차(50)는 공지된 다양한 형태의 수차(50) 중에서 적절하게 선택되어 구성되고, 따라서 수차(50)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

출력축(60)은 수차(50)의 회전 중심에 연결되어 수차(50)의 회전동력을 사용자측(2)에 전달하는 구성이고, 이때 사용자측(2)은 회전동력을 이용하는 공지된 다양한 장치 중에서 선택 연결되어 사용되게 된다.

제어기(70)는 제2 저수조(20)에 설치되는 밸브(71)와 구동장치(40)의 모터(42)를 제어하는 구성으로, 모터(42)의 회전에 따른 가압피스톤(30)의 승강 동작에 맞추어 밸브(71)의 개폐 동작이 이루어지도록 구성된다.

또 다르게는 제2 저수조(20)에 가압피스톤(30)의 위치를 감지하는 센서가 설치되고, 이러한 센서를 통해 감지되는 가압피스톤(30)의 위치에 따라 밸브(71)의 개폐 동작이 제어되도록 구성될 수 있다.

한편, 회전동력 발생장치(1)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 사용자측(2)을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 한 쌍이 설치되고, 이를 통해 양측 회전동력 발생장치(1)의 2개의 가압피스톤(30)이 서로 반대로 동작되어 교대로 승강 동작되도록 구성되며, 이에 의해 수차(50)가 연속으로 더욱 확실하게 회전되도록 구성될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 제1, 2 저수조에 저장된 물의 위치 이동을 통해 수차를 연속으로 회전시켜 회전동력을 발생시키게 되고, 이를 통해 구동장치의 1회전에 따른 가압피스톤의 1회의 승강동작에도 제2 저수조의 상단을 통해 흘러넘쳐 보조수조에 저장된 물이 모두 떨어지기까지 연속하여 수차가 회전될 수 있으며, 그 결과 투입되는 회전량에 비해 상대적으로 얻어지는 회전량이 많아져 이를 회전동력을 사용하는 다양한 장치에 적용할 수 있게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 회전동력 발생장치 2: 사용자측
10: 제1 저수조 20: 제2 저수조
21: 보조수조 22: 배출관
30: 가압피스톤 40: 구동장치
41: 회전축 41A: 캠유닛
41B: 피동기어 42: 모터
42A: 구동기어 43: 체인
50: 수차 60: 출력축
70: 제어기 71: 밸브

Claims (5)

1. 물의 낙차를 이용하여 수차를 회전시켜 회전동력을 발생시키는 회전동력 발생장치(1)에 있어서,
   상기 회전동력 발생장치(1)는,
   소정 크기를 가지면서 내부에 소정량의 물이 저장되는 제1 저수조(10);
   상기 제1 저수조(10)의 내측에 설치되면서 상기 제1 저수조(10)에 비해 상대적으로 상하 길이가 길게 형성되어 내측에 소정량의 물이 선택적으로 저장되는 제2 저수조(20);
   상기 제2 저수조(20)의 내부에 설치되면서 상하로 승강 동작되는 소정 길이의 가압피스톤(30);
   상기 가압피스톤(30)의 상부에 위치되어 상기 가압피스톤(30)을 승강 동작시키는 구동장치(40);
   상기 제2 저수조(20)의 상부 일측에 위치되면서 상기 제2 저수조(20)의 상단으로 흘러넘치는 물의 낙차를 이용하여 회전 동작되는 소정 크기의 수차(50);
   일단이 상기 수차(50)의 중심에 연결되면서 타단이 사용자측(2)으로 연결되어 회전 동력을 전달하는 소정 길이의 출력축(60); 및
   상기 제1 저수조(10)에 저장된 물을 상기 제2 저수조(20) 쪽으로 선택적으로 공급하는 제어기(70);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 회전동력 발생장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 저수조(20)의 상부 외측에는,
   둘레를 감싸도록 소정 크기의 보조수조(21)가 더 구비되고,
   상기 보조수조(21)에는,
   상기 수차(50)의 상부 쪽으로 물이 떨어지도록 유도하는 배출관(22)이 구비되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 회전동력 발생장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 저수조(20)의 하부에는,
   방사상으로 복수 개의 밸브(71)가 설치되고,
   상기 제어기(70)는,
   상기 가압피스톤(30)이 상승 동작될 때에는 상기 복수 개의 밸브(71)를 개방하여 상기 제1 저수조(10)에 저장된 물이 상기 제2 저수조(20) 쪽으로 유입되도록 유로를 개방하고, 상기 가압피스톤(30)이 하강 동작될 때에는 상기 복수 개의 밸브(71)를 닫아 상기 제2 저수조(20)로 유입된 물이 상기 제1 저수조(10) 쪽으로 흐르지 못하도록 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 회전동력 발생장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전동력 발생장치(1)는,
   상기 사용자측(2)을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 한 쌍이 설치되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 회전동력 발생장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 회전동력 발생장치(1)는,
   양측 2개의 상기 가압피스톤(30)이 서로 반대로 동작되어 교대로 승강 동작되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 회전동력 발생장치.

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