WO2021029496A1 - 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템 - Google Patents

자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템 Download PDF

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함영환
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동해에코에너지(주)
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention enables wireless communication of sensor (temperature, pressure, flow) data and remote control of valves by forming self-generated energy using water flow rates (1.2Mpa ⁇ 1.4Mpa) in multipurpose waterways, reservoirs, water and sewage systems, and high-rise building systems. It relates to a remote control system of a self-powered smart valve that performs small-scale power generation using pipe flow water. In particular, it generates power according to the fluid flow inside the pipe, and receives species data from temperature, pressure, flow sensors and camera modules. It relates to a remote control system of a self-powered smart valve that can detect and remotely control the state of a pipe.
  • hydropower is a green, clean energy that harmonizes with natural local conditions, and is evaluated as a subsistence resource suitable for environmental pollution regulations and suitable for local distributed power generation.
  • the hydroelectric power generation system that generates power using the drop of water falling from a high place and the small hydro power generation system that generates electricity by turning the water wheel with energy obtained by draining with a considerable drop by collecting water thrown from the building into one place. This is known.
  • small-scale power generation is a clean energy without pollution and has a higher energy density than other alternative energy sources, so it is evaluated as a resource with great development value, and technology development and development support projects are competitively active in various advanced countries. This is an ongoing situation.
  • such a small hydro power generator 20 has a turbine blade 21 rotating according to a flow of a fluid installed in the inner center of the pipe 30 through which the fluid flows, and the turbine shaft ( 23) passes through the pipeline 50 and is connected to the turbine blade 21 to transmit the rotational motion of the turbine blade 21 to the turbine generator 5 disposed outside the pipeline 50, and the generated power is separate It is configured to be connected to the power device.
  • Patent Documents 1 to 3 An example of such a technique is disclosed in Patent Documents 1 to 3 below.
  • Patent Document 1 (Republic of Korea Patent Publication No. 10-1187875, registered on September 26, 2012) includes a rotating module case formed so that water drawn in from one side is discharged to the other side, and water introduced and discharged into the rotating module case.
  • a rotation wheel provided to be rotatable according to the flow, a first magnetic body provided to rotate in the same rotation axis as the rotation wheel when the rotation wheel provided inside the rotation module case rotates, and detachably provided in the rotation module case
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-1465584, registered on November 20, 2014
  • Patent Document 3 Korean Patent Registration No. 10-1563464, registered on October 20, 2015
  • a packing seating groove (12) is formed in the elevating position, and one side of the packing seating groove (12) is opened so that the packing fixing ring (13) is coupled with the O-ring, and the valve body ( 10) and the packing fixing ring (13), a bolt hole (15) is formed, and the packing fixing ring (13) is installed in the valve body (10) by the bolt (16), and the packing (
  • a soft seat knife gate valve is disclosed in which 1) is configured not to be pulled out, and in which the operating rod 51 is raised and lowered by the handle 52 so that the opening and closing plate 11 is raised and lowered.
  • Patent Document 2 power generation is performed by a rotor in which a plurality of blades are installed in the drain pipe, but as in Patent Document 1, there is a problem that the hydraulic power according to the flow of water cannot be sufficiently utilized.
  • An object of the present invention has been made to solve the above-described problems, and is provided over a long distance, and a self-powered smart valve capable of automatically controlling a gate valve mounted on a water supply and sewage pipe that is difficult to supply and maintain power. It is to provide a remote control system.
  • Another object of the present invention is to provide self-generation energy by utilizing the water flow rate (1.2Mpa ⁇ 1.4Mpa) in multipurpose waterways, reservoirs, water and sewage systems, and high-rise building systems to provide wireless communication of temperature, pressure and flow data and remote control of valves. It is to provide a self-powered smart valve remote control system that can be implemented.
  • Another object of the present invention is to provide a remote control system of a self-powered smart valve that can be applied to an automatic relationship system in a smart farm by allowing self-powered power without external power to perform wireless communication and remote control of the valve.
  • the remote control system of the self-powered smart valve includes a smart valve that regulates the flow of fluid inside a pipe, a sensing module that detects the flow rate, pressure, and temperature of the fluid in the pipe, A power generation module that generates power according to the flow of fluid, a control module that controls the lifting or lowering of the opening/closing plate of the smart valve according to the state of the flow rate, pressure or temperature sensed by the detection module, and a control signal with the control module It includes a manager terminal for transmitting and receiving, and the power generation module is characterized in that it comprises a conical fluid guide member provided toward the supply direction of the fluid and a rotating member that rotates according to the fluid guided to the fluid guide member.
  • the power generation module includes a first bevel gear rotating in the same direction as the rotation of the rotating member, and engaged with the first bevel gear, and rotation of the first bevel gear. And a second bevel gear that rotates by changing a direction, and the sensing module is provided on the second bevel gear.
  • the smart valve is characterized in that the soft seat gate valve.
  • a plurality of fluid guide paths according to a conical shape are provided on the surface of the fluid guide member, a plurality of blades are provided in the rotating member, and A connection shaft is provided at an upper portion and a driving shaft is provided at a lower portion, and the rotation member is rotatably coupled to the fluid guide member by the connection shaft.
  • the plurality of fluid guide paths are formed in a manner in which the distance from each other increases from the top to the bottom of the conical shape, and the number of the plurality of blades Correspondingly provided, the blade is provided in a direction horizontal to the supply direction of the fluid, and formed in a curved surface in which the contact surface with the fluid decreases from left to right so as to be rotatable according to the fluid supplied through the fluid guide path. It is characterized.
  • a power generation module that generates power by utilizing the water flow rate (1.2Mpa ⁇ 1.4Mpa) in multipurpose waterways, reservoirs, water and sewage systems, and high-rise building systems.
  • the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention, it can be applied to the use of agricultural and domestic water in preparation for extreme drought, and is applied to a sewage treatment plant, cooling water of a power plant, high-rise air conditioning facilities, etc. to produce power,
  • the effect that the control of the smart valve can be easily executed from a remote location to an administrator terminal is obtained.
  • the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention it is also possible to automatically execute the supply of water for gardening, etc., by applying it to an automatic relationship system in the smart farm.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a soft seat knife gate valve for controlling the amount of conveyance
  • FIG. 3 is a view showing the structure of the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the remote control system of the self-powered smart valve shown in Figure 3,
  • FIG. 5 and 6 are views showing the operating state of the opening and closing plate in the smart valve
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a power generation module provided in a pipe
  • Figure 8 is a schematic diagram for explaining the guidance of the flow rate in the power generation module shown in Figure 7;
  • FIGS. 9 and 10 are views showing another example of a power generating member provided in the pipe.
  • the term "smart valve” as used herein is a structure of a soft seat gate valve that is installed in the middle of a pipe and regulates the flow of a flow path as shown in FIG. 2, for example, a smart farm horticultural crop, a multipurpose water channel, a reservoir, a pumping station, It means a structure that can automatically control the opening/closing plate to regulate the flow of fluid (water) in the pipe applied to the cooling water of power plant, sewage treatment plant, and high-rise building air conditioning facilities.
  • “Left” refers to a structure where fluid is supplied within the pipe. It means a direction, and "right” means a direction in which the fluid is discharged.
  • fluid used in the present invention refers to water used for water and sewage or agricultural water, but is not limited thereto, and may be applied to oil or gas transferred through a pipe.
  • FIG. 3 is a view showing the structure of the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the remote control system of the self-powered smart valve shown in FIG.
  • the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention is a smart valve 200 that regulates the flow of fluid inside the pipe 100, as shown in Figs. 3 and 4, within the pipe 100.
  • the detection module 300 for sensing the flow rate, pressure, and temperature of the fluid
  • the power generation module 400 for generating power according to the flow of the fluid, according to the state of the flow rate, pressure or temperature sensed by the detection module 300
  • a control module 500 for controlling the lifting or lowering of the opening/closing plate of the smart valve 200 and a manager terminal 600 for transmitting and receiving a control signal with the control module 500.
  • the piping 100 is a piping used for smart farm horticultural crops, multipurpose waterways, reservoirs, pumping stations, cooling water of power plants, sewage treatment plants, high-rise building air conditioning facilities, etc., and is used for supplying fluid (water).
  • the pipe 100 may be used by connecting a plurality of pipes through a pipe connecting member 110 provided between valve faces as a system connecting pipe as shown in FIG. 4.
  • Such a pipe 100 may be made of a metal material or high-strength plastic, which is a conventional pipe material.
  • the pipe connecting member 110 has the same inner diameter as the pipe 100 and may be integrated with the pipe 100 by a fastening mechanism such as a bolt at each end face 111.
  • a sensing member for the detection module 300 and a power generation member for the power generation module 400 are embedded in the pipe heat connection member 110, and a first through hole 112 for communication with the detection module 300 and A second through hole 113 for communication with the power generation module 400 is provided.
  • the first through hole 112 is provided for insertion of the sensing member and sealed to prevent leakage
  • the second through hole 113 is provided with a bearing or the like to transmit the rotational force of the power generating member and prevent leakage. To be sealed.
  • connection of the pipe 100 is shown in a structure in which a pipe connecting member 110 is applied to embed the smart valve 200 and the power generation module 400, but the pipe 100 and the pipe ( 100) can also be connected directly.
  • a soft seat gate valve as shown in FIG. 2 may be applied, and as shown in FIG. 4, an opening/closing plate provided on the valve body 210 and the valve body 210 ( It includes a shaft for moving 211) up and down and a motor 220, and the valve body 210 is mounted between the pipe connecting member 110 and the pipe 100.
  • the motor 220 is provided to be rotated forward or backward by the control module 500 to move the opening/closing plate 211 up and down by rotating the shaft, and the pipe 100 as shown in FIGS. 5 and 6 ) To regulate the flow of fluid within.
  • FIG 5 is a view showing the operation state of the opening and closing plate in the smart valve, the opening and closing plate 211 is lowered to indicate a state in which the flow path in the pipe 100 is closed
  • Figure 6 is a smart valve in the operation of the motor 220 Accordingly, the opening/closing plate 211 is raised and the flow path in the pipe 100 is opened.
  • the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention when applied to, for example, water supply for smart farm horticultural crops, water can be supplied to horticultural crops only for a predetermined time.
  • the smart valve 200 according to the present invention has a face-to-face distance of 400 mm in the conventional gate valve (300 mm diameter) as shown in FIG. 2, but in the smart valve 200 according to the present invention, the face-to-face distance is 76 mm ( 324mm reduction) prevents fluid accumulation under the valve and prevents valve leakage, and is provided in a structure capable of controlling the flow of water resources.
  • the valve disk is first sealed through a soft seat, and leakage is prevented due to the secondary metal. I can.
  • the conventional gate valve has a wide surface (400mm) due to fluid vortex and friction under the disc, rubber lining is removed, leakage is allowed, and because of the wedge-shaped disk structure, it is impossible to tear the rubber lining under the disc when fully closed, allow leakage, and control the flow rate.
  • the smart valve 200 according to the present invention the above-described problems can be solved.
  • the detection module 300 is provided in a structure capable of displaying by integrally providing a temperature sensor, a flow sensor, and a pressure sensor, and the pipe connecting member 110 through the first through hole 112 as shown in FIG. 4. ) Is provided on the top of the inner power member. Accordingly, the flow rate, pressure, and temperature of the fluid flowing into the pipe 100 may be simultaneously sensed and displayed, and may be transmitted to the remote manager terminal 600 through the control module 500.
  • the power generation module 400 will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a power generation module provided in a pipe connecting member
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining guidance of a flow rate in the power generation module illustrated in FIG. 7.
  • the power generation module 400 is a conical fluid guide member 410 provided toward the supply direction of the fluid as a power generation member, and the fluid guided to the fluid guide member 410
  • the rotation member 420 rotates along the rotation member 420, the first bevel gear 430 rotating in the same direction as the rotation of the rotation member 420, the first bevel gear 430 and the rotation of the first bevel gear 430 It includes a second bevel gear 440 that rotates by changing the direction.
  • the fluid guide member 410, the rotation member 420, the first bevel gear 430, the second bevel gear 440, and the like may be made of a metal material or high-strength plastic.
  • a plurality of fluid guide passages 411 in a conical shape are provided on the surface of the fluid guide member 410, and a plurality of blades 423 are provided in the rotating member 420, ,
  • the connecting shaft 422 is provided on the upper part of the blade and the driving shaft 421 is provided at the lower part. That is, the drive shaft 421, the connection shaft 422, a plurality of blades 423, and the first bevel gear 430 are provided integrally. Therefore, a rotational force corresponding to the rotation of the plurality of blades 423 is applied to the first bevel gear 430.
  • the rotation member 420 is rotatably coupled to the fluid guide member 410 by a connection shaft 422.
  • a rotation guide member such as a bearing may be provided inside the fluid guide member 410. Therefore, the fluid guide member 410 may be fixedly mounted to the pipe connecting member 110, and the fluid flowing through the fluid guide path 411 according to the Bernoulli principle by providing a conical shape as shown in FIG. The speed of the blade is accelerated to speed up the rotation of the blade 423.
  • the plurality of fluid guide paths 411 are formed in such a manner that the distance between them increases from the top to the bottom of the conical shape, as shown in FIG. 7, and is provided in correspondence with the number of the plurality of blades 423 Can be.
  • each blade 423 is provided in a direction horizontal to the supply direction of the fluid, and moves from left to right so as to be rotatable according to the fluid supplied through the plurality of fluid guide paths 411. It is provided with a curved surface in which the contact surface with the fluid becomes smaller. Accordingly, the fluid accelerated by the fluid guide member 410 is applied to the surface of the blade in contact with the fluid supplied to the pipe 100, thereby increasing the rotation of the blade.
  • the first bevel gear 430 is provided at the end of the drive shaft 421 integrated with the blade, rotates in the same direction as the rotation member 420, and engages with the first bevel gear 430 to rotate. 2
  • the rotational force of the bevel gear 440 may be transmitted to a generator provided outside the pipe connecting member 110 through the power generation shaft 441 inserted into the second through hole 113 to generate electricity.
  • the electricity generated by this generator can be stored in the charger.
  • a detection module 300 for driving the smart valve 20 by generating self-power of 6 kW or more, remote control and monitoring of 10 km or more, and sensing temperature, humidity and flow rate ) can be driven.
  • the control module 500 includes a detection line 510 electrically connected to the detection module 300 and a control transmitted from the manager terminal 600 in order to transmit the information detected by the detection module 300 to the manager terminal 600.
  • a motor line 510 electrically connected to the motor 220 of the smart valve 200 is provided, and a communication unit, a storage unit, a display unit, and a control unit are provided therein. .
  • the communication unit may have an antenna for wireless communication with the manager terminal 600 for remote control and monitoring of 10 km or more, and a LoRa (Long Range) method, a narrow-band Internet of Things (NB-IoT) method, and UNB (Ultra Narrow-Band) modulation method, Wi-Sun (Smart utility networks) method, ZigBee method, ISM (Industry-Science-Medical) band method, RF communication method, Bluetooth (BLE) method
  • a LoRa Long Range
  • NB-IoT narrow-band Internet of Things
  • UNB Ultra Narrow-Band
  • Wi-Sun Smart utility networks
  • ZigBee method ZigBee method
  • ISM Industry-Science-Medical band method
  • RF communication method Bluetooth
  • Bluetooth (BLE) method Bluetooth
  • the storage unit stores information on the flow rate, pressure, and temperature of the fluid sensed by the detection module 300, control information transmitted from the manager terminal 600, various user interfaces, etc., and is necessary for the control module 500 to operate. It stores data and programs.
  • the storage unit may store instructions for a plurality of application programs (application programs or applications) driven by the fifth module 500.
  • application programs may be downloaded from the manager terminal 600.
  • the storage unit is a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory), and RAM.
  • RAM Random Access Memory
  • SRAM Static Random Access Memory
  • ROM Read-Only Memory
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • PROM Programmable Read-Only Memory
  • the display unit may display information on the state of charge of the battery and information on the state of detection by the detection module 300, and includes a liquid crystal display (LCD), a thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD), and organic light emitting diode. It may be formed of any one of a diode (Organic Light-Emitting Diode: OLED) and a flexible display.
  • LCD liquid crystal display
  • TFT LCD thin film transistor liquid crystal display
  • OLED Organic Light-Emitting Diode
  • the control unit includes a microprocessor, transmits the information detected by the detection module 300 to the manager terminal 600, and the motor 220 of the smart valve 20 according to the control command transmitted from the manager terminal 600 Control the operation of
  • the manager terminal 600 has a communication function capable of performing data communication with the control module 500 through a network, and includes a smart phone, a portable terminal, a mobile terminal, and a personal digital assistant: PDA), PMP (Portable Multimedia Player) terminal, Telematics terminal, Navigation terminal, personal computer, notebook computer, Slate PC, Tablet PC, ultrabook, wearable Device (Wearable Device, for example, Smartwatch, Smart Glass, HMD (Head Mounted Display), etc.), Wibro terminal, IPTV (Internet Protocol Television) terminal, Smart TV , Digital broadcasting terminals, AVN (Audio Video Navigation) terminals, A/V (Audio/Video) systems, and various terminals such as flexible terminals can be applied.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP Portable Multimedia Player
  • Telematics terminal Navigation terminal
  • personal computer notebook computer
  • Slate PC Tablet PC
  • Tablet PC tablet
  • ultrabook ultrabook
  • wearable Device for example, Smartwatch, Smart Glass, HMD (Head Mounted Display), etc.
  • the fluid guide member 410 has been described as a structure fixedly mounted to the pipe connecting member 110, but as shown in FIGS. 9 and 10, the connection shaft 422 of the rotating member 420
  • the fluid guide member 410 may be provided in a fixed structure.
  • FIGS. 9 and 10 are views showing another example of a power generating member provided in a pipe.
  • the support member 450 is provided to keep the fluid guide member 410 fitted to the connection shaft 422 of the rotating member 420, and accordingly The fluid flowing to the 411 is directly applied to the blade 423 to increase the rotational force of the rotating member 420.
  • the fluid guide member 410 and the rotation member 420 are maintained in the pipe connection member 110 by a support member 450 provided at an approximately central portion of the connection shaft 422.
  • a bearing 451 is provided at a central portion of the support member 450 to prevent rotation of the connection shaft 422.
  • FIG. 9 a structure in which the support member 450 is provided on the connection shaft 422 is shown, but as shown in FIG. 10, a structure in which the support member 450 is provided at an approximately central portion of the drive shaft 421 is applied. You may. Even in the support member 450 shown in FIG. 10, a bearing 451 is provided so as not to block the rotation of the drive shaft 421.
  • the fluid passes through a plurality of fluid guide paths 411 of the fluid guide member 410 having a conical shape.
  • the rotating member 420 is rotated by supplying it to a plurality of blades 423 provided on the rotating member 420 via the passage.
  • the first bevel gear 430 rotates according to the rotation of the rotating member 420, and the second bevel gear 440 engaged with the first bevel gear 430 rotates to rotate the power generation shaft 441. By doing so, the generator generates electricity and is charged to the charger.
  • the temperature, flow rate, and pressure information of the fluid sensed by the detection module 300 according to the flow of the fluid is transmitted to the control module 500 through the detection line 510, and this detection information is transmitted to the manager terminal 600. Is transmitted.
  • the control module 500 uses the power generated by the power generation module 400 to use the motor of the smart valve 200.
  • the opening/closing plate 211 is lowered as shown in FIG. 5 to block the supply of fluid.
  • the opening/closing plate 211 is raised to supply the fluid as shown in FIG. 6, and the power generation module 400 performs power generation at the same time.
  • the operation of the smart valve 200 is controlled by the operation of the manager terminal 600 at a remote location to supply and cut off the fluid in the pipe 100. Can run.
  • the power generation module 400 is provided to provide self-power generation by the fluid flowing in the pipe 100, but the present invention is not limited thereto. It can also be applied in addition.
  • the remote control system of the self-powered smart valve By using the remote control system of the self-powered smart valve according to the present invention, it is possible to supply and cut off the fluid in the pipe by controlling the operation of the smart valve by manipulating the manager terminal at a remote location.

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Abstract

자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 관한 것으로, 배관 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브, 상기 배관 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈, 유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈, 상기 감지 모듈에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈 및 상기 제어 모듈과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기를 포함하고, 상기 발전 모듈은 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재 및 상기 유체 안내부재로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재를 포함하는 구성을 마련하여, 원격지에서 관리자 단말기의 조작에 의해 스마트 밸브의 작동을 제어하여 배관 내의 유체의 공급 및 차단을 실행할 수 있다.

Description

자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템
본 발명은 다목적 용수로, 저수지, 상하수도, 고층 빌딩시스템에서 물의 유속(1.2Mpa~1.4Mpa)을 활용하여 자가발전 에너지를 형성시켜 센서(온도, 압력, 유량) 데이터의 무선 통신과 밸브 원격 제어를 가능하게 하도록 관로 유동수를 이용한 소수력 발전을 실행하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 관한 것으로, 특히 배관 내부의 유체 흐름에 따라 전력을 생산하고, 온도, 압력, 유량 센서 및 카메라 모듈로부터 종 데이터를 검지하여 배관의 상태를 원격에서 제어할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 수력은 자연적인 지역조건과 조화를 이루는 녹색의 청정에너지로 환경오염 규제에 대비하고 지역의 분산전원에 적합한 부존자원으로 평가되고 있다. 이러한 수력을 이용한 발전 방법으로는 높은 곳에서 떨어지는 물의 낙차를 이용하여 발전하는 수력발전 시스템과 건물에서 버려지는 물을 한 곳으로 모아 상당한 낙차를 가지고 배수하여 얻어지는 에너지로 수차를 돌려 발전하는 소수력발전 시스템이 알려져 있다.
소수력 발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리 면에서는 차이가 없으나 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다. 특히 소수력 발전은 공해가 없는 청정에너지로서 다른 대체 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있으며, 여러 선진국을 중심으로 기술 개발과 개발 지원 사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있는 상황이다.
이와 같은 소수력발전은 건물의 각층에서 버려지는 오수나 빗물을 하나의 배수관으로 집수하고 상당한 낙차로 배수되게 하고, 상기 배수관의 하부에 발전기를 비치해서 집수 낙하하는 오수나 빗물로 발전하는 방식이 있거나, 외부로부터 격리된 상급수 파이프나 오/폐수 배관의 도중에 장착하여 전력을 생산하기에 적합한 수력발전장치 등이 종래 제시되고 있었다.
이와 같은 소수력 발전장치(20)는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 유체의 흐름에 따라 회전하는 터빈 날개(21)를 유체가 흐르는 관로(30)의 내부 중앙에 설치하고, 터빈 축(23)이 관로(50)를 관통하여 터빈 날개(21)와 연결되어 터빈 날개(21)의 회전 운동을 관로(50)의 외부에 배치된 터빈 발전기(5)에 전달하고, 발전된 전력은 별도의 전력장치에 연결되도록 구성된다.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1(대한민국 등록특허공보 제10-1187875호, 2012.09.26 등록)에는 일측에서 인입된 물이 타측으로 배출되도록 형성된 회전모듈 케이스, 상기 회전모듈 케이스 내측으로 인입 및 배출되는 물의 유동에 따라 회전 가능하게 구비되는 회전 휠, 상기 회전모듈 케이스 내측에 구비된 상기 회전 휠의 회전 시 상기 회전 휠과 동일 회전축으로 회전되도록 구비되는 제1 자성체, 상기 회전모듈 케이스에 착탈 가능하게 구비되는 발전모듈 케이스, 상기 발전모듈 케이스 내측에 회전 가능하게 구비되는 회전 브라켓, 상기 제1 자성체의 회전 시 상기 제1 자성체의 자력에 의하여 상기 회전 브라켓이 회전되도록 상기 회전 브라켓에 구비되는 제2 자성체 및 상기 제2 자성체와의 상대회전에 따라서 유도전력이 발생되도록 상기 발전모듈 케이스에 구비되는 코일부를 포함하는 급수 파이프용 발전시스템에 대해 개시되어 있다.
또 특허문헌 2(대한민국 등록특허공보 제10-1465584호, 2014.11.20 등록)에는 원통형으로 형성되며, 내부면에는 그 내부에서 흐르는 유체를 통한 회전운동을 발생시키기 위해 복수개의 블레이드가 설치되고, 외부면에는 일정간격씩 이격되어 복수개의 자성체가 설치된 회전자, 상기 회전자에 대응하여 상기 회전자와 일정 간격 이격되어 상기 회전자를 둘러싸도록 형성되며, 상기 복수개의 자성체에 대응되는 복수개의 코일이 감겨 상기 회전자의 회전에 따라 발생되는 유도 기전력을 전기에너지로 변환시키기 위한 고정자 및 두 가지 이상의 물질이 분포되거나 교번 하여 형성되는 원통관으로서, 상기 물질은 적어도 하나 이상의 도자성 물질과 하나 이상의 비도전성 물질을 포함하며, 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 설치되어 상기 회전자와 상기 고정자를 지지하면서 양끝단이 유체가 흐르는 배수관과 연결되는 메인 지지관을 포함하는 관로 일체형 소수력 발전기에 대해 개시되어 있다.
한편, 특허문헌 3(대한민국 등록특허공보 제10-1563464호, 2015.10.20 등록)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 이송관체(50)에 장착된 밸브 본체(10)의 내부에 개폐판(11)이 승하강하는 위치에 패킹안착홈(12)이 형성되고, 상기 패킹안착홈(12)의 일측이 개방되어 패킹고정링(13)이 오링과 함께 결합되고, 결합라인을 중심으로 밸브 본체(10)와 패킹고정링(13)에 볼트 공(15)이 형성되어 볼트(16)에 의해서 패킹고정링(13)이 밸브 본체(10)에 설치되어 패킹안착홈(12)에 안착된 패킹(1)이 빠지지 않게 구성되며, 작동 로드(51)가 핸들(52)에 의해 승하강하여 개폐판(11)이 승하강하는 소프트 시트 나이프 게이트 밸브에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 다수의 급수 시설물에 다수 개가 분지되는 급수 파이프에 설치하여 자가발전을 실행하지만, 평판 형상의 블레이드로 이루어진 회전 휠을 적용하므로, 물의 유동에 따른 수력을 충분히 이용할 수 없다는 문제가 있었다.
또 상기 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 배수관 내에 다수의 블레이드가 설치된 회전자에 의해 발전을 실행하지만, 상기 특허문헌 1과 같이, 물의 유동에 따른 수력을 충분히 이용할 수 없다는 문제가 있었다.
한편, 상기 특허문헌 3에 개시된 소프트 시트 나이프 게이트 밸브의 구조에서는 이송량을 조절 또는 차단하기 위해 개폐판의 승하강 작용을 원활하게 작동시킬 수 있는 실링 구조로서, 작업자가 직접 핸들(52)을 작동시켜 개폐판(11)이 하강 도는 상승하는 구조로서, 나이프 게이트 밸브가 원격지에 설치된 경우 게이트 밸브의 제어가 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 장거리에 걸쳐 마련되고 전원의 공급 및 유지가 곤란한 상하수도 배관에 장착된 게이트 밸브의 제어를 자동으로 실행할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다목적용수로, 저수지, 상하수도, 고층 빌딩시스템에서 물의 유속(1.2Mpa~1.4Mpa)을 활용하여 자가발전 에너지를 마련하여 온도, 압력 및 유량 데이터의 무선 통신과 밸브의 원격제어를 실행할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 전력 없이 자가 발전하여 무선 통신 및 밸브의 원격 제어가 가능하여 스마트 팜에서 자동 관계 시스템에 적용할 수 있는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템은 배관 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브, 상기 배관 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈, 유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈, 상기 감지 모듈에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈 및 상기 제어 모듈과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기를 포함하고, 상기 발전 모듈은 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재 및 상기 유체 안내부재로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 발전 모듈은 상기 회전 부재의 회전과 동일 방향으로 회전하는 제1 베벨기어, 상기 제1 베벨기어와 치합되고 제1 베벨기어의 회전 방향을 전환하여 회전하는 제2 베벨기어를 포함하고, 상기 감지 모듈은 상기 제2 베벨기어의 상부에 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 스마트 밸브는 소프트 시트 게이트 밸브인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 유체 안내부재의 표면상에는 원추 형상에 따른 다수의 유체 안내로가 마련되고, 상기 회전 부재에는 다수의 블레이드가 마련되며, 상기 블레이드의 상부에는 연결축이 마련되고 하부에는 구동축이 마련되며, 상기 회전 부재는 상기 연결축에 의해 상기 상기 유체 안내부재에서 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서, 상기 다수의 유체 안내로는 원추 형상의 상부에서 하부로 갈수록 그 서로의 간격이 넓혀지는 방식으로 형성되고, 상기 다수의 블레이드의 개수에 대응하여 마련되고, 상기 블레이드는 유체의 공급 방향과 수평인 방향으로 마련되고, 상기 유체 안내로를 통해 공급되는 유체에 따라 회전 가능하게 좌측에서 우측으로 갈수록 유체와의 접촉면이 작아지는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 의하면, 다목적 용수로, 저수지, 상하수도, 고층 빌딩시스템에서 물의 유속(1.2Mpa~1.4Mpa)을 활용하여 전력을 생성하는 발전 모듈을 마련하는 것에 의해 스마트 밸브를 원격지에서 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 의하면, 극심한 가뭄 대비 농업 및 생활용수 활용에 적용 가능하고, 하수처리장, 발전소의 냉각수, 고층 공조시설 등으로 확대 적용하여 전력을 생산하며, 스마트 밸브의 제어를 원격지에서 관리자 단말기로 용이하게 실행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에 의하면, 스마트 팜에서 자동 관계 시스템에 적용하여, 원예 등을 위한 용수의 공급을 자동으로 실행할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 종래의 소수력 발전장치의 개념 설명도,
도 2는 이송량을 통제하기 위한 소프트 시트 나이프 게이트 밸브의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 분해 사시도,
도 5 및 도 6은 스마트 밸브에서 개폐판의 작동 상태를 나타내는 도면,
도 7은 배관 내에 마련된 발전 모듈의 분해 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 발전 모듈에서 유속의 안내를 설명하기 위한 모식도,
도 9 및 도 10은 배관 내에 마련된 발전 부재의 다른 예를 나타내는 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "스마트 밸브"는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 배관 도중에 설치되어 유로의 흐름을 단속하는 소프트 시트 게이트 밸브의 구조로서, 스마트 팜 원예작물, 다목적 용수로, 저수지, 양수장, 발전소의 냉각수, 하수처리장, 고층 빌딩 공조 시설에 적용되는 배관에서 유체(물)의 흐름을 단속하기 위한 개폐판을 자동 제어할 수 있는 구조를 의미하며, "좌측"은 배관 내에서 유체가 공급되는 방향을 의미하고, "우측"은 유체가 배출되는 방향을 의미한다.
또 본 발명에서 사용하는 용어 "유체"는 상하수 또는 농업용수 등에 사용되는 물을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 배관을 통해 이송되는 오일, 가스등에도 적용 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 분해 사시도 이다.
본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배관(100) 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브(200), 상기 배관(100) 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈(300), 유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈(400), 상기 감지 모듈(300)에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브(200)의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈(500) 및 상기 제어 모듈(500)과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기(600)을 포함한다.
상기 배관(100)은 스마트 팜 원예작물, 다목적용수로, 저수지, 양수장, 발전소의 냉각수, 하수처리장, 고층 빌딩 공조시설 등에 사용되는 배관으로서, 유체(물)의 공급용으로 사용된다. 상기 배관(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 시스템 커넥팅 파이프로서 밸브면간이 마련된 배관 연결부재(110)를 통해 다수개의 배관을 연결하여 사용할 수 있다. 이와 같은 배관(100)은 통상의 배관 재료인 금속재 또는 고강도 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다.
상기 배관 연결부재(110)는 배관(100)과 동일 내경을 구비하며 각각의 단면(111)에서 볼트 등의 체결 기구에 의해 배관(100)과 일체화될 수 있다. 이 배관 열결부재(110)의 내부에는 감지 모듈(300)용 감지 부재 및 발전 모듈(400)용 발전 부재 등이 내장되고, 감지 모듈(300)과의 연통을 위한 제1 관통구(112) 및 발전 모듈(400)과의 연통을 위한 제2 관통구(113)가 마련된다. 이 제1 관통구(112)는 감지 부재의 삽입을 위해 마련되고 누수를 방지하기 위해 실링되며, 제2 관통구(113)는 발전 부재의 회전력을 전달하기 위해 베어링 등이 마련되고 누수를 방지하기 위해 실링 처리된다.
한편, 도 3 및 도 4에서 배관(100)의 연결은 스마트 밸브(200) 및 발전 모듈(400)을 내장하기 위해 배관 연결부재(110)를 적용한 구조로 나타내었지만, 배관(100)과 배관(100)을 직접 연결하여 사용할 수도 있다.
상기 스마트 밸브(200)는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 소프트 시트 게이트 밸브를 적용할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브 본체(210)와 밸브 본체(210)에 마련된 개폐판(211)을 상하로 이동시키기 위한 샤프트와 모터(220)를 포함하고, 밸브 본체(210)가 배관 연결부재(110)와 배관(100) 사이에 장착된다. 상기 모터(220)는 제어 모듈(500)에 의해 정회전 또는 역회전 가능하게 마련되어 샤프트를 회전시키는 것에 의해 개폐판(211)을 상하로 이동시켜 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 배관(100) 내의 유체의 흐름을 단속하게 한다. 도 5는 스마트 밸브에서 개폐판의 작동 상태를 나타내는 도면으로서, 개폐판(211)이 하강하여 배관(100) 내의 유로가 폐쇄된 상태를 나타내고, 도 6은 스마트 밸브에서 모터(220)의 작동에 따라 개폐판(211)이 상승하여 배관(100) 내의 유로가 개방된 상태를 나타내는 도면이다.
따라서 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 예를 들어, 스마트 팜 원예작물용 용수 공급에 적용하는 경우, 미리 정해진 시간 동안만 원예 작물에 용수를 공급할 수 있다.
또 본 발명에 따른 스마트 밸브(200)는 도 2에 도시된 바와 같은 기존 게이트 밸브(300㎜ 구경)에서 면간 거리가 400㎜였으나, 본 발명에 따른 스마트 밸브(200)에서는 면간 거리를 76㎜(324㎜ 축소)로 하여 밸브 하부의 유체 적체물 방지와 밸브 누수가 없으며, 수자원의 유량 조절이 가능한 구조로 마련되며, 소프트 시트를 통해 밸브 디스크를 1차 밀폐하고, 2차 메탈로 인해 누수를 차단할 수 있다. 즉, 종래의 게이트 밸브는 넓은 면간(400mm)에 유체 와류로 디스크 하부 마찰, 고무 라이닝 탈락 발생, 누수 허용, 쐐기형 디스크 구조라 전폐 시 디스크 하부 고무 라이닝 찢어짐 현상, 누수 허용 및 유량조절이 불가능하였지만, 본 발명에 따른 스마트 밸브(200)에서는 상술한 문제점을 해결할 수 있다.
상기 감지 모듈(300)은 온도 센서, 유량 센서, 압력 센서를 일체형으로 마련하여 표시할 수 있는 구조로 마련되며, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 관통구(112)를 통해 배관 연결부재(110) 내의 발전 부재의 상부에 마련된다. 따라서, 배관(100) 내로 흐르는 유체의 유량, 압력 및 온도 등을 동시에 감지하여 표시할 수 있고, 제어 모듈(500)을 통해 원격지의 관리자 단말기(600)로 전송할 수도 있다.
상기 발전 모듈(400)에 대해서는 도 7 및 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 7은 배관 연결부재 내에 마련된 발전 모듈의 분해 사시도 이고, 도 8은 도 7에 도시된 발전 모듈에서 유속의 안내를 설명하기 위한 모식도 이다.
상기 발전 모듈(400)은 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 발전 부재로서 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재(410), 상기 유체 안내부재(410)로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재(420), 상기 회전 부재(420)의 회전과 동일 방향으로 회전하는 제1 베벨기어(430), 제1 베벨기어(430)와 치합되고 제1 베벨기어(430)의 회전 방향을 전환하여 회전하는 제2 베벨기어(440)를 포함한다. 상기 유체 안내부재(410), 회전 부재(420), 제1 베벨기어(430), 제2 베벨기어(440) 등은 금속재 또는 고강도 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유체 안내부재(410)의 표면상에는 원추 형상으로 따른 다수의 유체 안내로(411)가 마련되고, 상기 회전 부재(420)에는 다수의 블레이드(423)가 마련되며, 이 블레이드의 상부에는 연결축(422)이 마련되고 하부에는 구동축(421)이 마련된다. 즉 상기 구동축(421), 연결축(422), 다수의 블레이드(423) 및 제1 베벨기어(430)는 일체화되어 마련된다. 따라서 다수의 블레이드(423)의 회전에 대응하는 회전력이 제1 베벨기어(430)에 인가된다.
상기 회전 부재(420)는 연결축(422)에 의해 유체 안내부재(410)에서 회전 가능하게 결합된다. 이를 위해 유체 안내부재(410)의 내부에는 베어링 등의 회전 안내 부재가 마련될 수 있다. 따라서 상기 유체 안내부재(410)는 배관 연결부재(110)에 고정되게 장착될 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 원추형상으로 마련하는 것에 의해 베르누이 원리에 따라 유체 안내로(411)로 흐르는 유체의 속도가 가속화되어 블레이드(423)의 회전을 고속화시킨다. 상기 다수의 유체 안내로(411)는 도 7에 도시된 바와 같이, 원추 형상의 상부에서 하부로 갈수록 그 서로의 간격이 넓혀지는 방식으로 형성되고, 다수의 블레이드(423)의 개수에 대응하여 마련될 수 있다.
각각의 블레이드(423)는 도 7에 도시된 바와 같이, 유체의 공급 방향과 수평인 방향으로 마련되고, 다수의 유체 안내로(411)를 통해 공급되는 유체에 따라 회전 가능하게 좌측에서 우측으로 갈수록 유체와의 접촉면이 작아지는 곡면으로 마련된다. 따라서, 배관(100)으로 공급되는 유체와 접촉하는 블레이드의 표면에는 유체 안내부재(410)에 의해 가속화된 유체가 인가되어 블레이드의 회전을 고속화시킬 수 있다.
상기 제1 베벨기어(430)는 블레이드와 일체로 이루어진 구동축(421)의 단부에 마련되어 회전 부재(420)의 회전과 동일 방향으로 회전하고, 이 제1 베벨기어(430)와 치합되어 회전하는 제2 베벨기어(440)의 회전력은 제2 관통구(113)에 삽입된 발전축(441)을 통해 배관 연결부재(110)의 외부에 마련된 발전기로 전달되어 전기를 생성할 수 있다. 이 발전기에서 발생한 전기는 충전기에 저장될 수 있다.
상술한 바와 같은 발전 모듈(400)을 마련하는 것에 의해 6kW 이상의 자가 전력을 생성하여 스마트 밸브(20)의 구동, 10㎞ 이상의 원격제어 및 모니터링과 온도, 습도 및 유량의 감지를 위한 감지 모듈(300)을 구동할 수 있다.
상기 제어 모듈(500)은 감지 모듈(300)에서 감지된 정보를 관리자 단말기(600)로 전송하기 위해 감지 모듈(300)과 전기적으로 연결된 감지 라인(510)과 관리자 단말기(600)로부터 전송된 제어 명령에 따라 스마트 밸브(20)의 작동을 제어하기 위해 스마트 밸브(200)의 모터(220)와 전기적으로 연결된 모터 라인(510)을 구비하고, 내부에 통신부, 저장부, 표시부 및 제어부를 구비한다.
상기 통신부는 10㎞ 이상의 원격제어 및 모니터링을 위한 관리자 단말기(600)와의 무선 통신을 위해 안테나를 구비할 수 있고, 로라(LoRa, Long Range) 방식, 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 방식, UNB(Ultra Narrow-Band) 모듈레이션 방식, Wi-Sun(Smart utility networks) 방식, 지그비(ZigBee) 방식, ISM(Industry-Science-Medical) 밴드 방식, RF 통신 방식, 블루투스(BLE) 방식 중의 어느 하나의 무선 통신을 실행하여 일정 주기로 감지 모듈(300)에서 감지된 정보를 관리자 단말기(600)로 전송하거나, 관리자 단말기(600)로부터 스마트 밸브(200)의 제어신호를 수신할 수 있다. 또 상기 제어 모듈(500)에는 원거리 통신을 위한 중계기가 마련될 수도 있다.
상기 저장부는 감지 모듈(300)에서 감지된 유체의 유량, 압력, 온도에 대한 정보, 관리자 단말기(600)에서 전송된 제어 정보, 다양한 사용자 인터페이스 등을 저장하며, 제어 모듈(500)이 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장한다. 또 저장부는 제오 모듈(500)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application))을 위한 명령어들을 저장할 수 있다. 또 이러한 응용 프로그램(앱) 중 적어도 일부는 관리자 단말기(600)로부터 다운로드 될 수 있다. 이를 위해 저장부는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 표시부는 배터리의 충전 상태 정보, 감지 모듈(300)에 의한 감지 상태 정보를 표시할 수 있으며, 액정 디스플레이(LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display: TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode: OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함하고, 감지 모듈(300)에서 감지된 정보를 관리자 단말기(600)로 전송하고, 관리자 단말기(600)로부터 전송된 제어 명령에 따라 스마트 밸브(20)의 모터(220)의 작동을 제어한다.
상기 관리자 단말기(600)는 네트워크를 통해 제어 모듈(500)과 데이터 통신을 할 수 있는 통신 기능을 구비한 것으로서, 스마트폰, 휴대 단말기, 이동 단말기(Mobile Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device, 예를 들어, 워치형 단말기(Smartwatch), 글래스형 단말기(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display) 등 포함), 와이브로(Wibro) 단말기, IPTV(Internet Protocol Television) 단말기, 스마트 TV, 디지털방송용 단말기, AVN(Audio Video Navigation) 단말기, A/V(Audio/Video) 시스템, 플렉시블 단말기(Flexible Terminal) 등과 같은 다양한 단말기를 적용할 수 있다.
또 상기 설명에서는 상기 유체 안내부재(410)가 배관 연결부재(110)에 고정되게 장착된 구조로 설명하였지만, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 회전 부재(420)의 연결축(422)에 유체 안내부재(410)가 고정된 구조로 마련될 수 있다.
도 9 및 도 10은 배관 내에 마련된 발전 부재의 다른 예를 나타내는 도면이다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 회전 부재(420)의 연결축(422)에 유체 안내부재(410)가 끼워 맞춤된 상태로 유지하도록 지지 부재(450)를 마련되고, 이에 따라 유체 안내로(411)로 흐르는 유체가 블레이드(423)에 직접 인가되게 하여 회전 부재(420)의 회전력이 증가된다. 상기 유체 안내부재(410)와 회전 부재(420)는 연결축(422)의 대략 중앙 부분에 마련된 지지 부재(450)에 의해 배관 연결부재(110) 내에 유지된다. 또 상기 지지 부재(450)의 중앙 부분에는 상기 연결축(422)의 회전을 저지하지 않도록 베어링(451)이 마련된다.
한편, 도 9에서는 연결축(422)에 지지 부재(450)가 마련된 구조를 나타내었지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 구동축(421)의 대략 중앙 부분에 지지 부재(450)를 마련한 구조를 적용할 수도 있다. 도 10에 도시된 지지 부재(450)에서도 구동축(421)의 회전을 저지하지 않도록 베어링(451)이 마련된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 지지 부재(450)을 마련하는 것에 의해 배관 연결부재(110) 내에서 유체 안내부재(410)와 회전 부재(420)가 무게 중심을 유지하면서 안정적으로 회전할 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템의 작동에 대해 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스마트 팜 원예작물, 다목적용수로, 저수지, 양수장, 발전소의 냉각수, 하수처리장, 고층 빌딩 공조시설 등에 사용되는 배관(100)과 스마트 밸브(200), 감지 모듈(300), 발전 모듈(400)이 마련된 상태의 배관 연결부재(110)가 체결된다.
이후, 스마트 밸브(200)의 개폐판(211)이 개방된 상태에서 배관(100) 내로 유체가 공급되면, 유체는 원추 형상으로 이루어진 유체 안내부재(410)의 다수의 유체 안내로(411)를 경유하여 회전 부재(420)에 마련된 다수의 블레이드(423)로 공급하여 회전 부재(420)가 회전하게 된다. 회전 부재(420)의 회전에 따라 제1 베벨기어(430)가 회전하고, 제1 베벨기어(430)와 치합되어 회전하는 제2 베벨기어(440)가 회전하여 발전축(441)을 회전시키는 것에 의해 발전기에서 전기를 생성하여 충전기에 충전된다.
한편, 유체의 흐름에 따라 감지 모듈(300)에서 감지된 유체의 온도, 유량 및 압력 정보는 감지 라인(510)을 거쳐 제어 모듈(500)로 전송되고, 이 감지 정보는 관리자 단말기(600)로 전송된다.
또 관리자 단말기(600)를 통해 유체의 공급을 차단하는 정보가 제어 모듈(500)로 전송되면, 제어 모듈(500)은 발전 모듈(400)에서 생성된 전력을 사용하여 스마트 밸브(200)의 모터(220)를 작동시켜 도 5에 도시된 바와 같이 개폐판(211)을 하강시켜 유체의 공급을 차단한다. 이후, 유체의 공급이 필요한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 개폐판(211)을 상승시켜 유체를 공급함과 동시에 발전 모듈(400)에서 발전을 실행하게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템에서는 원격지에서 관리자 단말기(600)의 조작에 의해 스마트 밸브(200)의 작동을 제어하여 배관(100) 내의 유체의 공급 및 차단을 실행할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉 상기 설명에서는 발전 모듈(400)을 마련하여 배관(100) 내에 흐르는 유체에 의한 자가 발전을 마련하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 스마트 밸브가 야외에 마련되는 경우, 상술한 자가 발전에 태양광 발전을 부가하여 적용할 수도 있다.
또한, 상기 설명에서는 스마트팜 원예시설, 다목적댐 농수로, 발전분야 등에서 물의 공급에 따라 발전 및 스마트 밸브의 제어에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 오일, 가스와 같은 유체에도 적용 가능하다.
본 발명에 따른 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템을 사용하는 것에 의해 원격지에서 관리자 단말기의 조작에 의해 스마트 밸브의 작동을 제어하여 배관 내의 유체의 공급 및 차단을 실행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 배관 내부의 유체의 흐름을 단속하는 스마트 밸브,
    상기 배관 내에서의 유체의 유량, 압력, 온도를 감지하는 감지 모듈,
    유체의 흐름에 따라 전력을 생성하는 발전 모듈,
    상기 감지 모듈에서 감지된 유량, 압력 또는 온도의 상태에 따라 상기 스마트 밸브의 개폐판의 승강 또는 하강을 제어하는 제어 모듈 및
    상기 제어 모듈과의 제어 신호를 송수신하는 관리자 단말기를 포함하고,
    상기 발전 모듈은 유체의 공급 방향에 향해 마련된 원추 형상의 유체 안내부재 및 상기 유체 안내부재로 안내된 유체에 따라 회전하는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 발전 모듈은 상기 회전 부재의 회전과 동일 방향으로 회전하는 제1 베벨기어, 상기 제1 베벨기어와 치합되고 제1 베벨기어의 회전 방향을 전환하여 회전하는 제2 베벨기어를 포함하고,
    상기 감지 모듈은 상기 제2 베벨기어의 상부에 마련되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 스마트 밸브는 소프트 시트 게이트 밸브인 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 유체 안내부재의 표면상에는 원추 형상에 따른 다수의 유체 안내로가 마련되고, 상기 회전 부재에는 다수의 블레이드가 마련되며,
    상기 블레이드의 상부에는 연결축이 마련되고 하부에는 구동축이 마련되며,
    상기 회전 부재는 상기 연결축에 의해 상기 상기 유체 안내부재에서 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 다수의 유체 안내로는 원추 형상의 상부에서 하부로 갈수록 그 서로의 간격이 넓혀지는 방식으로 형성되고, 상기 다수의 블레이드의 개수에 대응하여 마련되고,
    상기 블레이드는 유체의 공급 방향과 수평인 방향으로 마련되고, 상기 유체 안내로를 통해 공급되는 유체에 따라 회전 가능하게 좌측에서 우측으로 갈수록 유체와의 접촉면이 작아지는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 자가발전형 스마트 밸브의 원격제어 시스템.
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