KR20230117311A - 자력을 이용한 효율이 개선된 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 구체적으로 중하중의 영구자석(210) 구슬의 승하강 운동을 유도하고 중력에 의한 영구자석(210) 구슬의 하강시에 형성되는 낙하에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 발전장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 물의 낙차 에너지가 아닌 수많은 금속구슬의 낙차 에너지를 이용하여 터빈(530)을 회전시킴으로써 전기를 생산할 수 있도록 한 것이다.

Description

자력을 이용한 효율이 개선된 발전시스템{A GENERATING SYTEM USING MAGNETIC POWER}
본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 구체적으로 인접한 자석들의 인력에 의해서 자성체볼의 상승 운동을 유도하고 자성체볼의 하강시에 형성되는 중력에 의한 낙하에너지를 이용하여 좀 더 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 발전장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 물의 낙차 에너지가 아닌 높은 비중의 수많은 금속볼에 의해서 터빈을 회전시킴으로써 좀 더 효율적으로 전기를 생산할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 전기를 생산할 수 있는 발전시스템은 물의 낙차, 증기 또는 가스의 압력차를 이용하여 터빈을 회전시키게 되고, 전기를 생산하는 것이다.
그 중에서 가장 친환경적인 전기생산방식이라고 하는 수력발전이 최근 각광을 받고 있지만, 수자원이 풍부한 국가나 지역에서 용이하게 활용할 수 있으나, 수자원이 풍부하지 않을 뿐만 아니라, 연중 강우량이 일정하지 않은 지역, 수자원을 관리할 수 있는 댐을 건설할 수 없는 지역은 그 활용도가 떨어지게 된다.
수자원이 풍부하지 않은 경우에는 밤의 잉여전력을 이용하여 물을 댐으로 다시 끌어오린 후에 전기를 많이 필요로 하는 낮에 발전하는 방식의 양수발전이 이루어지기도 한다. 이러한 수력발전의 단점을 해결하기 위해 선행문헌과 같은 종래기술의 자력를 이용한 발전시스템이 다수 착안되었다. 그러나 양수발전은 수자원을 필요로 하는 한계를 가지고 있다.
이에 따라서 본 발명자는 양수발전을 대체할 수 있으면서도 수자원의 유무와 관계없이 어떠한 환경에서도 좀 더 효율적으로 전기를 생산할 수 있도록 하는 자력을 이용한 전기발전장치를 고안하게 되었다.
선행문헌 : 대한민국 등록특허 제10-0940182호 (2010. 01. 26. 등록)
본 발명은 자석이 가지는 자력을 이용하여 자성체볼을 상부로 이송시키고 자성체볼의 하중을 이용하여 터빈을 회전시킴으로 효율적으로 발전할 수 있는 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본원 발명의 자력을 이용한 발전시스템은,
자성체볼(130)을 상방향으로 안내하는 볼가이드(110)와 상기 볼가이드(110)의 양측을 따라서 인접하여 하단에서 상단까지 고정 설치된 안내자석(120)을 포함하는 볼상승수단(100);
상기 볼상승수단(100)의 상단부에 구비된 최상단 안내자석(120)의 전방에 구비되되 선택적으로 자력이 부여되는 자력조절수단(200);
상기 자력조절수단(200)으로부터 낙하되는 자성체볼(130)의 하중으로 회전력이 부여되는 터빈(530)을 포함한다.
바람직하게 상기 자력조절수단(200)은 영구자석과 상기 영구자석의 외주를 상하좌우 둘러싸도록 구비되는 프레임을 포함하고, 상기 영구자석의 N극측의 프레임에는 자력절환코일(230)이 구비되며, 상기 코일(230)을 따라서 전원을 공급하는 전원공급수단(231) 및 상기 전원공급수단(231)의 전류방향을 전환시킨다.
본 발명은 자석이 가지는 자력을 이용하는 것으로서, 자석이 연속적으로 배치된 볼상승수단의 자력에 의해서 자성체볼(130)을 소정의 높이로 상승시키고 자성체볼(130)의 하중을 이용하여 터빈(530)을 회전시킬 수 있도록 함으로써 에너지 효율을 증대시킨 것이다.
구체적으로 본 발명은 가이드 양측을 따라서 안내자석(120)을 구비하여 자성체볼(130)이 가이드 하단에서 상단 방향으로 끌어 올려지게 되고, 상단부에 구비된 자력절환수단(200)에 의해서 최상단의 안내자석으로부터 자성체볼(130)을 분리하는 것이며, 이후 선택적으로 자성체볼은 자유낙하 하게 된다.
본 발명은 무수한 금속볼(520)의 흐름에 의해서 터빈(530)을 회전시키게 되므로 물에 비하여 비중이 높아 효과적으로 전기에너지를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 발전시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가이드과 안내자석의 배치도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자력절환수단의 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자력절환수단의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 자력차단수단의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 자력조절수단의 구조도이다.
도 1은 본 발명에 따른 발전시스템의 개념도로서, 일측에는 자성체볼(130)이 볼가이드(110)를 따라서 하단에서 상단으로 상승할 수 있도록 가이드양측을 따라서 안내자석(120)이 구비된다. 안내자석(120)은 상기 볼가이드를 자성체볼(130)을 상방향으로 끌어당긴다. 자성체볼(130)은 영구자석으로 된 자석볼이거나 또는 쇠구슬일 수 있다. 다만 자석으로 된 자성체볼(130)이 더 강한 힘으로 안내자석(120)에 의해서 당겨져 올라간다. 자성체볼(130)에 인력을 작용시키는 안내자석(120)은 다양한 형태로 형성될 수 있지만 바람직하게는 디스크 타입으로 한다. 상기 안내자석(120)은 자성체볼(130)이 상승되는 볼가이드의 양측에 고정설치된다. 상기 가이드의 양측에는 안내자석(120)을 고정설치할 수 있도록 안내자석(120) 고정부가 구비된다. 볼가이드(110)의 양측면에 배치되는 안내자석(120)은 도 2에서와 같이 배치되는 것이 바람직하다.
자성체볼(130)이 안내되는 상기 볼가이드(110)는 튜브형상으로 될 수 있으면, 또는 튜브를 반으로 절단한 반튜브 형상일 수 있다. 상기 볼가이드(110) 양측에 안내자석(120)이 고정되되, 상기 안내자석(120)은 하단에서 상단을 향하여 더 자력이 센 자석이 배치된다. 자성체볼(130)에도 N극과 S극이 있으며, 상기 안내자석(120)에도 N극과 S극이 있다. 볼가이드(110) 양측에 고정설치되는 안내자석(120)은 서로 인력이 작용하도록 극성의 방향을 고려하여 설치한다. 안내자석(120)은 M1 ... Mn와 같이 상방향으로 더 자력이 강한 자석을 선택하여 배치한다. 따라서 자성체볼(130)은 구르면서 상기 안내자석(120)의 인력에 의해서 상방향으로 당겨지게 된다. 특히 앞에서 언급한 바와 같이 상방향으로 더 센 자석이 배치되게 되므로 상기 자성체볼(130)은 안내자석(120)에 의해서 상방향으로 당겨지게 된다. 상기 안내자석(120)은 상방향으로 자력이 더 센자석을 배치할 수 있지만, 혹은 동일한 자력이라도 안내자석(120) 간의 간격을 더 좁게 배치하면 상방향으로 갈 수록 더 자력이 세지는 효과를 얻을 수 있다.
안내자석(120)의 최상단에는 자력절환수단(200)이 인접하여 배치되게 된다. 자력절환수단(200)은 전원의 방향을 바꾸어주는 것만으로도 자성체볼(130)을 향하는 자력절환수단(200)의 자력을 선택적으로 제거하거나 부여할 수 있게 된다. 즉, 도 3은 이러한 자력절환수단(200)의 개념도를 도시한 것이다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 자력절환수단(200)은 내부에 N극과 S극을 이루는 영구자석(210)이 구비되고, 상기 영구자석(210)을 외주면 테두리, 즉 상하좌우에는 프레임이 둘러싸게 된다. 상기 상하좌우에 배치되는 프레임은 자성체인 것이다. 따라서 영구자석(210)의 자력선은 N극으로부터 좌측프레임(221)을 거쳐 상부프레임(223) 또는 하부프레임(224)을 거치고 다음으로 우측프레임(222)을 거쳐 S극으로 들어가게 된다. 다만, 자력선이 상부프레임(223)방향으로 향하게 될지 또는 하부프레임(224)방향으로 향하게 될지 하는 것은 N극측에 구비된 좌측프레임(221)에 구비된 코일(230)과 상기 코일(230)에 공급되는 전류흐름방향에 따라서 자력선의 방향이 달라지게 된다. 도 3의 ①에서처럼 코일(230)에 흐르는 전류가 코일(230)에 자기력을 형성하게 되고, 코일(230)상에 형성되는 자기력의 방향이 동일하게 되면서 영구자석(210)의 자력선에 대해서 인력을 형성하게 된다. 이에 의해서 S극이 영구자석(210) N극과 같은 방향으로 형성됨에 따라서 자기력선이 코일(230)을 관통하여 상방향으로 흐르게 된다. 그러므로 하부프레임(224)에는 자기력이 존재하지 않아 자석의 성질을 띄지 않게 된다. 한편 ②에서처럼 코일(230)에 흐르는 전류가 반대방향으로 흐르게 되면 코일(230)상에 형성되는 자기력의 방향이 반대로 되면서 영구자석(210)의 자력선에 대해서 척력을 형성하게 된다. 그러므로 상부프레임(223)에는 자석의 성질을 잃게 되고, 하부프레임(224)에 자석의 성질을 가지게 된다.
이러한 자력절환수단(200)은 코일(230)상에 흐르는 전류방향을 순간적으로 변화시켜주면, 자력절환수단(200)의 상부프레임(223) 또는 하부프레임(224)에 선택적으로 자력이 형성될 수 있게 된다. 이때 코일(230)상에는 전류를 지속적으로 공급할 필요가 없이 영구자석(210)의 자력선의 방향을 바꾸어주는 역할을 할때만 순간적으로 필요할 뿐이다.
도 4에서와 같이, 가이드를 관통하는 자성체볼(130)은 안내자석(120)에 의해서 하단으로부터 상단으로 상승하고, 최종적으로 자력절환수단(200)에 이르게 된다. 자력절환수단(200)은 자성체볼(130)에 인력을 통해서 잡아당기되, 순간적으로 변환되는 전류에 의해서 자력을 잃어버리게 된다. 따라서 자성체볼(130)은 자력절환수단(200)으로부터 분리되어 낙하하게 된다. 전류의 흐름을 바꾸어주는 전류전환수단(미도시)은 유선 또는 무선통신에 의해서 전류의 방향을 전환시키는 것이 가능하며, 이는 공지기술에 해당하므로 구체적인 설명은 생략한다.
자성체볼(130)이 낙하하면서 생기는 운동에너지는 도 1에서 도시된 바와 같이, 구동컨베이어(300)를 구동시키게 된다. 구동컨베이어(300)는 상하로 배치되되 상부에 제1구동축(310)이 하부에 제2구동축(320)이 구비되고 이들은 구동벨트(330)에 의해서 회동되게 된다. 그리고 구동벨트(330)는 구동버킷(331)이 구비되어 있어서 낙하하는 자성체볼(130)에 의해서 구동벨트(330)를 제1구동축(310)과 제2구동축(320)에 대해서 회전하게 한다. 종동컨베이어(400)는 제1종동축(410)과 제2종동축(420)이 상하로 설치되되 종동벨트(430)에 의해서 회동된다. 제1구동축(310)과 제1종동축(410)은 서로 전달벨트(340)에 의해서 연결된다. 자성체볼(130)의 하중에 의해서 얻은 낙하에너지는 종동벨트(430)를 구동시키게 되고, 종동벨트(430)는 종동버킷(431)을 통해서 무수한 금속볼(520)을 볼탱크(510)의 하단에서 상단으로 이동시키게 된다. 볼탱크(510)의 배출구(511)를 통해서 배출되는 금속볼(520)은 터빈(530)을 회전시키면서 발전기(531)를 구동시키게 된다. 금속볼(520)은 물보다 비중이 높기 때문에 적은 양으로도 높은 에너지를 얻을 수 있게 된다.
한편, 도 5는 자력조절수단(200)으로서, 자력차폐수단(240)을 이용하여 동일한 목적을 달성할 수 있도록 한 실시예를 도시한 것이다. 자력차폐부재(243)는 액추에이터(241) 및 래크(242)와 같은 진퇴수단에 의해서 진퇴될 수 있도록 한다. 상승하는 자성체볼(130)을 마지막 안내자석에서 잡아당겨 홀딩하고 있을 때, 상기 자력차폐부재(243)가 상기 안내자석(120)과 상기 자성체볼(130) 사이로 진입하여 이들 사이에 작용하는 자기력을 차단하게 된다. 이로써 자기력에 의한 인력을 받지 못하는 상기 자성체볼(130)은 낙하하면서 낙하하중으로 구동컨베이어(300)를 구동시키게 된다. 상기 자력차폐부재(243)의 재질은 다양하게 선택할 수 있으나, 바람직하게는 비투자율이 가장 높은 강철부재를 사용한다.
또 다른 한편, 도 6은 자력조절수단(200)으로서, 회전가능하게 결합된 브라켓 내에 안내자석(120)을 고정하고, 외부 구동력에 의해서 브라켓을 회전시킴으로써 상기 안내자석을 안내가이드로부터 이격시키는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 자력조절수단(200)은 상기 안내자석(120)이 고정된 브라켓이 후단의 회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되어 회전에 의해서 안내자석(120)이 선택적으로 자성체볼(130)에 자력을 부여하는 것이다. 이때 브라켓내부에는 상기 안내자석을 고정하기 위한 홀더(152)를 구비할 수 있다.
본 발명에 의해서 자성체볼(130)은 상하로 순환되면서 컨베이어에 구비된 버킷에 의해서 동력을 전달하면서 볼탱크의 금속볼이 순환되도록 할 수 있으며 금속볼이 가지는 하중에 의해서 발전기의 터빈을 회전시킴으로써 다른 발전방식에 비하여 효율적으로 발전할 수 있게 된다.
100 : 볼상승수단
110 : 볼가이드
120 : 안내자석
130 : 자성체볼
200 : 자력조절수단
210 : 영구자석
220 : 프레임
221 : 좌측프레임 222 : 우측프레임
223 : 상부프레임 224 : 하부프레임
230 : 코일
240 : 자력차폐수단
241 : 엑추에이터
242 : 래크
243 : 자력차폐부재
250 : 브라켓, 251 : 홀더, 252 : 회전축
300 : 구동컨베이어
310 : 제1구동축
320 : 제2구동축
330 : 구동벨트 331 : 구동버킷
340 : 전달벨트
400 : 종동컨베이어
410 : 제1종동축
420 : 제2종동축
430 : 종동벨트 431 : 종동버킷
500 : 발전수단
510 : 볼탱크 511 : 배출관
520 : 금속볼
530 : 터빈 531 : 발전기

Claims (4)

  1. 자성체볼(130)을 상방향으로 안내하는 볼가이드(110)와 상기 볼가이드(110)의 양측을 따라서 인접하여 길이방향으로 하단에서 상단까지 고정 설치되되, 상방향으로 갈수록 자력의 세기가 큰 안내자석(120)을 구비하는 볼상승수단(100);
    상기 볼상승수단(100)의 상단부에 구비된 최상단 안내자석(120)의 전방에 구비되되 선택적으로 자력이 부여되는 자력조절수단(200);
    상기 자력조절수단(200)에 의해서 자력이 제거됨으로써 낙하되는 자성체볼(130)의 하중으로 회전력이 부여되되 상방향으로 설치되되, 상기 자성체볼(130)을 담는 구동버컷이 구비된 구동벨트를 포함하는 구동컨베이어(300);
    상기 구동컨베이어(300)와 연동하며 회전되도록 상하방향으로 설치되되, 종동버킷(431)이 구비된 종동벨트(430)를 포함하는 종동컨베이어(400);
    상기 종동버킷(431)에 의해서 상방향으로 이동된 금속볼(520)을 수용하고 저장하는 볼탱크(510);
    상기 볼탱크(510)의 배출구(511)를 통해서 낙하하는 금속볼(520)에 의해서 회전하는 터빈(530) 및 발전기(521);을 포함하는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 효율이 개선된 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자력조절수단(200)은 영구자석과 상기 영구자석의 외주를 상하좌우 둘러싸도록 구비되는 프레임을 포함하고,
    상기 영구자석의 N극측의 프레임에는 자력절환코일(230)이 구비되며, 상기 코일(230)을 따라서 전원을 공급하는 전원공급수단(231) 및
    상기 전원공급수단(231)의 전류방향을 전환시키는 전류방향절환스위치를 포함하는 자력을 이용한 효율이 개선된 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자력조절수단(200)은 상기 자성체볼(130)과 상기 안내자석(120) 사이에 진입되어 자력을 차폐할 수 있는 자력차폐부재(243)와, 상기 자력차폐부재(243)의 진퇴를 제어하는 액추에이터(241)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 효율이 개선된 발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자력조절수단(200)은 상기 안내자석(120)이 고정된 브라켓이 후단의 회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되어 회전에 의해서 안내자석(120)이 선택적으로 자성체볼(130)에 자력을 부여하는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 효율이 개선된 발전시스템.
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KR100940182B1 (ko) 2007-07-27 2010-02-04 안종석 차단부재를 영구자석으로 이용하여 발전시키는 자력선개폐식 발전기

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KR100940182B1 (ko) 2007-07-27 2010-02-04 안종석 차단부재를 영구자석으로 이용하여 발전시키는 자력선개폐식 발전기

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