KR20080034822A - 풍력 또는 태양광 에너지를 이용한 무동력 기포발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면 위에 부는 바람에 의해 회전하는 날개의 회전력 또는 태양전지에 의해 축적된 전기 에너지를 이용해 외기를 펌핑하여 수중에서 분사함으로써 인위적인 동력의 투입 없이도 상시 동작이 가능하도록 한 풍력을 이용한 기포발생기에 관한 것이다.

본 발명의 기포발생기(1)는 바람에 의해 회전하도록 프레임(2)에 지지된 회전날개(3), 상기 회전날개(3)가 장착된 회전축(9)의 회전력에 의해 외기를 펌핑하는 펌핑수단(5), 상기 펌핑수단(5)에서 펌핑된 공기를 수중(10)에 분사하는 분사수단(7), 및 상기 회전축(9)의 회전운동을 직선 왕복운동으로 전환하도록 상기 회전축(9)과 상기 펌핑수단(5) 사이에 장착된 전동수단(11)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 풍력 또는 태양광을 이용해 무동력으로 수중에 기포를 발생시킬 수 있으므로, 운전 비용이 전혀 필요 없고, 작동 폐기물로 인한 환경 문제를 염려할 필요가 없게 된다.

기포, 발생기, 풍력, 바람, 날개, 태양광, 무동력

Description

풍력 또는 태양광 에너지를 이용한 무동력 기포발생기{Bubble generator using a force of the wind or solar energy}

도 1은 종래의 산소발생기를 개략 도시한 정면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기포발생기의 개략 정면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 펌핑수단 및 전동수단의 개략 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 전동수단을 부분 절결한 부분 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기포발생기의 개략 정면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1,201 : 기포발생기 2 : 프레임

3 : 회전날개 5 : 펌핑수단

7 : 분사수단 9 : 회전축

10 : 물 11 : 전동수단

13 : 실린더 15 : 플런저

17 : 푸시로드 19 : 역지밸브

20 : 바닥 21 : 배기구

23 : 분사구 25 : 역지수단

27 : 편심 디스크 29 : 요동링

31 : 연결끈 37 : 급기관

38 : 교반날개 39 : 축압기

53 : 경광등 55,203 : 태양전지

57 : 스크류 204 : 축전지

본 발명은 기포발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수면 위에 부는 바람에 의해 회전하는 날개의 회전력 또는 태양전지에 의해 축적된 전기 에너지를 이용해 외기를 펌핑하여 수중에서 분사함으로써 인위적인 동력의 투입 없이도 상시 동작이 가능하도록 한 풍력을 이용한 기포발생기에 관한 것이다.

어패류는 물론, 조류와 같은 수생 생물을 인위적으로 생육하는 양식장이나 낚시터 등과 같은 시설에 있어서 고밀도의 생육환경에서도 수생 생물을 효과적으로 키우기 위해서는 수중 산소 공급이 필수적이다.

이와 같이 수중에 산소를 공급하는 설비의 한 예로 국내 실용신안등록 출원 제20-2002-0006403호에 개시된 "실내낚시터의 산소공급장치"를 들 수 있다. 이 산소공급장치는 도 1에 101로 도시된 바와 같이, 물탱크(103), 펌프모터(105), 벤츄리관(107), 및 기포분리탱크(109) 등으로 구성되는 바, 물탱크(103)는 물고기가 살고 있는 수조(111) 내의 물(110)을 유입관(113)을 통해 일정량 흡인하여 저장하며, 펌프모터(105)는 물탱크(103) 하부에 장착된 연결관(115)을 통해 물탱크(103)에 저 장된 물을 기포분리탱크(109)로 압송한다. 또, 벤츄리관(107)은 연결관(115)을 통해 유입되는 물과 흡기관(117)을 통해 유입되는 공기를 혼합하여 기포를 생성하며, 끝으로, 기포분리탱크(109)는 연결관(119)을 통해 벤츄리관(107)으로부터 유입되는 기포 중 상대적으로 큰 기포는 기포배출관(121)을 통해 외부로 배출하고, 상대적으로 작은 기포는 미세기포 유출관(123)을 통해 물과 함께 수조(111)로 공급되도록 한다.

따라서, 이 실내낚시터의 산소공급장치(101)에 의하면, 벤츄리관(107)을 통해 유입된 공기로부터 발생된 기포를 크기에 따라 분리하여 작은 기포만을 수조(111)에 투입함으로써 수중(110)에 미세 산소를 공급하여 수질을 높이고, 따라서 수조(111) 내의 물고기 생육 상태를 향상시킬 수 있게 된다.

그런데, 이러한 종래의 산소공급장치(101)는 수조(111)의 물(110)을 물탱크(103) 안으로 끌어들여 벤츄리관(107)을 거치면서 발생한 기포와 함께 기포분리탱크(109)로 공급함에 있어, 필연적으로 펌프모터(105)를 구동하기 위한 외부 전원을 요하는 바, 최초 장치(101) 설비 시 전원 공급을 위한 시설 공사를 하여야 하고, 사용 시 전기세 등 일정액 이상의 운전비용이 소요되며, 운전 및 관리를 위한 인원이 필요하게 되는 등 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 산소공급장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 수초나 물고기 등 고밀도로 수생생물을 기르는 양식장이나 낚시터 등에서 수중에 공기 기포를 투입하여 산소를 공급하는 장치를 풍력에 의해 동 작시킴으로써, 별도의 전원 없이도 무동력으로 수중에 기포를 발생시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 바람에 의해 회전하도록 프레임에 지지된 회전날개, 이 회전날개가 장착된 회전축의 회전력에 의해 외기를 펌핑하는 펌핑수단, 이 펌핑수단에서 펌핑된 공기를 수중에 분사하는 분사수단, 및 회전축의 회전운동을 직선 왕복운동으로 전환하도록 회전축과 펌핑수단 사이에 장착된 전동수단을 포함하여 구성된 무동력 기포발생기를 제공한다.

또한, 태양광에너지를 전기에너지로 변환하여 축전지에 저장하는 태양전지, 축전지에 축적된 전기로 동작되는 구동모터, 이 구동모터에 의해 회전 구동되는 회전축, 이 회전축의 회전력에 의해 외기를 펌핑하는 펌핑수단, 이 펌핑수단에서 펌핑된 공기를 수중에 분사하는 분사수단, 및 회전축의 회전운동을 직선 왕복운동으로 전환하도록 회전축과 펌핑수단 사이에 장착된 전동수단을 포함하여 구성된 무동력 기포발생기를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 무동력 기포발생기를 첨부 도면을 참조로 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 무동력 기포발생기는 풍력을 이용한 기포발생기로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 저수지, 양식장, 낚시터 등 수생생물이 서식하는 다양한 종류의 시설물에 설치되는 바, 기본적으로 바람에 의해 회전하는 회전날개(3), 이 회전날개(3)의 회전력을 이용해 공기를 펌핑하는 펌핑수단(5), 펌핑수 단(5)에 의해 펌핑된 공기를 수중(10)에 분사하는 분사수단(7), 그리고 회전축(9)의 회전운동을 펌핑수단(5)의 직선 왕복운동으로 전환하는 전동수단(11)으로 이루어져 있다.

여기에서, 회전날개(3)는 도시된 것처럼, 회전축(9) 상단에 회전 가능하게 장착되는 바, 베어링(41)에 의해 프레임(2)의 중앙에 회전 가능하게 지지되며, 프레임(2)은 수중 바닥면(20)에 고정되어 있다. 또한, 회전축(9)의 수면 바로 아래쪽에는 교반날개(38)가 동기 회전하도록 장착될 수 있는데, 이 교반날개(38)는 회전축(9)과 함께 회전함으로써 회전축(9) 주위의 물을 방사상으로 밀어내 교반하는 역할을 한다. 이때, 교반날개(38)에 의한 교반 효과를 높이기 위해 교반날개(38)의 아래쪽에 교반용 스크류(57)를 함께 장착할 수 있는 바, 이 스크류(57)는 오른 나사방향으로 나선을 그리며 절곡되어 회전축(9)이 시계방향으로 회전할 때, 주위의 물을 위쪽으로 끌어올림으로써 교반날개(38)에 의해 더 많은 양의 물이 교반될 수 있도록 한다. 또, 회전축(9)의 상단 즉, 회전날개(3)의 중심부에는 야간에도 위치를 확인할 수 있도록 경광등(53)이 장착될 수 있으며, 외부 공급 없이 자체적으로 경광등(53)에 전원을 공급하기 위해 경광등(53) 상단에 태양전지(55)를 장착할 수도 있다.

한편, 회전축(9)의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 외기를 흡인하여 분사수단(7)으로 압송하는 펌핑수단(5)은 도 3에 도시된 바와 같이 원통형 실린더(13)와 플런저(15)로 구성되는 바, 원통형 실린더(13)는 회전축(9)을 중심으로 프레임(2)의 상단에 적어도 한 개 이상이 장착되어 있으며, 끝면에 외기를 흡입하는 흡기구 와 흡입된 외기를 배출하는 배기구(21)가 형성되어 있다. 이때, 흡기구에는 흡기 시에만 개방되고, 배기 시에는 폐쇄되어 외기의 유입은 허용하되, 유출은 억제하도록 체크밸브와 같은 역지수단(19)이 장착되어 있으며, 배기구(21)는 급기관(37)을 통해 분사수단(7)에 연결되어 압축된 외기를 분사수단(7)으로 공급하도록 되어 있다. 또한, 실린더(13)의 내부에 왕복 운동이 가능하게 장착된 플런저(15)는 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 푸시로드(17)를 통해 전동수단(11)에 핀(59) 결합되어 회전축(9)의 회전에 따라 왕복 운동함으로써, 하사점으로 이동할 때 실린더(13) 내부에 발생하는 부압에 의해 역지수단(19)을 통해 외기를 흡입하고, 상사점으로 이동할 때 흡입된 외기를 배기구(21)를 통해 배출하는 펌핑 작용을 반복하도록 되어 있다.

이와 같이, 펌핑수단(5)의 펌핑 작용을 발생시키기 위해 회전축(9)의 회전운동을 플런저(15)의 직선 왕복운동으로 전환하는 전동수단(11)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 편심 디스크(27), 요동링(29), 및 연결끈(31)으로 구성되는 바, 편심 디스크(27)는 도 3에 도시된 것처럼 회전축(9)의 둘레에 편심 상태로 돌출되도록 형성됨으로써 일반적인 편심 캠과 같이 회전축(9)과 함께 회전하면서 외주면에 결합되어 있는 요동링(29)을 도면 상 좌우로 번갈아 가압하도록 되어 있다. 또한, 요동링(29)은 도시된 것처럼 좌우로 쌍을 이루는 반원 형의 고리모양 부재로서, 편심 디스크(27)의 외주면에 결합되어 편심 디스크(27)의 반경반경으로 미끄럼 이동이 가능하게 되어 있는 바, 이를 위해 편심 디스크(27)는 도 4에 도시된 것처럼 외주면에 오목홈(65)이 원주방향으로 가공되어 있고, 요동링(29)은 오목홈(65) 에 삽입되어 반경방향으로 미끄럼 이동하는 미끄럼 돌기(63)가 내주면에 돌출되어 있다. 또한, 요동링(29)은 편심 디스크(27)에서 이탈되지 못하도록 서로 마주보는 끝부분 외면에 연결끈(31)이 부착되어 있다. 그리고, 요동링(29) 외주면 중간에는 핀 돌기(61)가 돌출되어 피벗 핀(59)을 통해 푸스 로드(17)를 피벗 가능하게 연결하도록 되어 있다.

펌핑수단(5)의 실린더(13) 배기구(21)에서 분사수단(7)으로 이어진 급기관(37)에는 펌핑수단(5)에 의해 압송된 공기를 일시적으로 저장하기 위한 축압기(39)가 설치될 수도 있는데, 이 축압기(39)는 도 2에 도시된 것처럼 입구 쪽에 역지밸브(47)가, 출구 쪽에 스프링 붙이 역지밸브(49)가 각각 장착되어 펌핑수단(5)에서 압송되는 공기는 무조건 유입되어 저장되도록 하고, 축압기(39) 내에 저장된 공기는 역지밸브(49)의 스프링(51) 탄력을 극복할 수 있을 정도의 압력이 되었을 때 분사수단(7) 쪽으로 유출되도록 한다. 따라서, 스프링(51)의 탄력에 따라 축압기(39) 내의 공기압을 설정할 수 있게 된다.

끝으로, 펌핑수단(5)으로부터 공급된 공기를 수중(10)에 분사하는 분사수단(7)은 도 2에 도시된 것처럼 하나 이상 다수개의 분사구(23)를 통해 공기를 분사하도록 되어 있으며, 각각의 분사구(23)로 이어진 급기관(37)의 말단에는 물(10)이 역류되어 들어오는 것을 방지하기 위한 역지밸브와 같은 역지수단(25)이 장착되어 있다.

도 5에 도면부호 201로 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 기포발생기는 제1 실시예와는 달리 풍력 대신에 태양 에너지를 펌핑수단(205)의 구동원으로 사용 하는 것으로, 회전날개(3)가 태양전지(203)으로 대체되어 있는 것을 제외하면, 전체적으로 그 구성이 제1 실시예와 유사하다.

즉, 제2 실시예의 기포발생기(201)는 크게 태양전지(203), 구동모터(208), 회전축(209), 펌핑수단(205), 분사수단(207), 그리고 전동수단(211)으로 구성되는 바, 이들 중에서 태양전지(203)는 도 5에 도시된 것처럼, 지지 프레임(202)의 상판 중앙에 세워 설치된 지지봉(275)의 중간 부분에 경사진 상태로 장착되어 태양광으로부터 전기에너지를 생성하도록 되어 있다. 이때, 태양전지(203)를 지지하고 있는 판은 도시되어 있지는 않으나 지지봉(275)을 중심으로 360° 회전이 가능하게 되어 있으며, 지지봉(275)의 상단에는 제1 실시예에서와 마찬가지로 야간에 위치 확인을 용이하게 해주는 경광등(253)이 설치될 수 있다. 또, 지지 프레임(202) 상판의 지지봉(275) 인접 부분에는 축전지(204)가 설치되어 태양전지(203)에서 생성된 전기에너지를 축전하도록 되어 있다. 지지 프레임(202)의 상판 저면에 장착된 구동모터(208)는 축전지(204)로부터 공급되는 전기에너지에 의해 회전 구동되고, 회전축 하단에 장착된 구동기어(271)를 회전시킴으로써 이 구동기어(271)와 맞물림된 종동기어(273)를 회전시키며, 이에 따라 종동기어(273) 축심에 부착되어 베어링(241)에 의해 회전 가능하게 지지된 회전축(209)을 회전 구동시키게 된다.

이와 같이, 회전하게 된 회전축(209)에 의해 외기를 펌핑하고, 펌핑 압송된 외기를 수중(10)에 분사하는 펌핑수단(205), 분사수단(207), 및 회전축(209)의 회전운동을 펌핑수단(205)의 직선 왕복운동으로 전환시켜 주는 전동수단(211)은 물론, 회전축(209)의 하단에 장착된 교반날개(238)와 교반 스크류(257), 펌핑수 단(205)과 분사수단(207) 사이에 장착된 축압기(239), 그리고 분사수단(207)의 분사구(223)와 역지수단(225)까지 모두 제1 실시예의 그것과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 기포발생기(1,201)의 작용을 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력을 이용한 무동력 기포발생기(1)는 도 2에 도시된 것처럼 풍속계와 유사한 외형을 갖는 바, 풍속계와 마찬가지로 회전날개(3)가 불어오는 바람에 의해 저고속으로 회전할 때 발생하는 회전력에 의해 외기를 펌핑하여 수중(10)에 기포를 분사하도록 되어 있다.

즉, 회전날개(3)가 회전하면, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼 회전축(9)도 동시에 회전한다. 이에 따라, 회전축(9)의 편심 디스크(27)가 편심 회전하면서 장반경 부분으로 좌우의 요동링(29)을 번갈아 가압하게 된다. 예컨대, 도 3에서 회전축(9)이 시계방향으로 90° 회전하면, 위쪽으로 향해 있던 편심 디스크(27)의 장반경 부분이 우측의 요동링(29)을 우측으로 가압하게 되고, 좌측의 요동링(29)도 연결끈(31)에 의해 우측으로 딸려가게 된다. 이에 따라, 우측 실린더(13) 내부의 플런저(15)는 우측으로 이동하면서 실린더(13) 내부의 공기를 배기구(21)를 통해 급기관(37)으로 압송하는 한편, 좌측 실린더(13) 내부의 플런저(15)는 우측으로 이동하면서 실린더(13) 내부에 부압을 만들어 역지밸브(19)를 통해 외기를 좌측 실린더(13) 내부로 흡입한다. 계속해서, 편심 디스크(27)가 시계방향으로 180° 회전하는 과정에서 마찬가지로 장반경 부분이 좌측의 요동링(29)을 통해 좌측 실린더(13) 내부의 공기를 급기관(37)으로 밀어냄과 동시에, 좌측 요동링(29)에 딸려온 우측 요동링(29)이 좌측으로 이동하면서 우측 실린더(13) 내부로 외기를 흡입한다. 이와 같이 편심 디스크(27)의 회전에 따라 펌핑수단(5)에 의해 흡입된 외기는 급기관(37)을 통해 축압기(39)로 압송되어 일시적으로 저장된다.

축압기(39)에 축적된 공기는 일정 압력에 이르렀을 때 역지밸브(49)를 열고 축압기(39)를 빠져나가 분사수단(7)으로 공급된 다음, 분사구(23)를 통해 수중(10)으로 분사되어 다량의 기포를 발생시키게 된다.

마찬가지로, 제2 실시예의 기포발생기(201)도 태양전지(203)에 의해 축전지(204)에 축전된 전원을 이용해 구동모터(208)를 동작시켜 회전축(209)을 회전 구동함으로써 제1 실시예의 기포발생기(1)와 같이 전동수단(211)에 의해 펌핑수단(205)을 왕복 운동시켜 외기를 흡입하여 분사수단(207)을 통해 수중(10)에 분사하게 되는 바, 그 상세한 설명은 제1 실시예에서와 동일하므로 생략한다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 무동력 기포발생기에 의하면, 인공적으로 조류나 어류 같은 수생생물을 생육하는 시설에서 조류나 어류의 밀도를 높이고, 그러면서도 생육 상태를 양호하게 유지하는데 필수적인 산소를 청정에너지인 풍력 또는 태양광을 이용하여 공급할 수 있게 된다.

따라서, 외부에서 별도의 에너지를 공급하지 않고도 운전이 가능하고, 운전 후 배기 가스와 같은 폐기물 처리를 염려할 필요 없으므로 경제적이고, 친환경적이면서도, 효과적인 산소 공급이 가능하게 된다.

Claims (7)

1. 태양광에너지를 전기에너지로 변환하여 축전지(204)에 저장하는 태양전지(203),

   상기 축전지(204)에 축적된 전기로 동작되는 구동모터(208),

   상기 구동모터(208)에 의해 회전 구동되는 회전축(209),

   상기 회전축(209)의 회전력에 의해 외기를 펌핑하는 펌핑수단(205),

   하나 이상의 분사구(223)와, 상기 분사구(223)를 통한 물(10)의 역류를 방지하는 역지수단(225)을 구비하고 있으며, 상기 펌핑수단(205)에서 펌핑된 공기를 수중(10)에 분사하는 분사수단(207), 및

   상기 회전축(209)의 회전운동을 직선 왕복운동으로 전환하도록 상기 회전축(209)과 상기 펌핑수단(205) 사이에 장착된 전동수단(211)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 펌핑수단(205)은 원통형 실린더(213)와, 상기 실린더(213) 내부에서 왕복 운동하도록 푸시로드(217)가 상기 전동수단(211)에 핀 결합되어 있는 플런저(215)를 포함하여 구성되어 있으며, 벽면 일측에 외기가 흡입되는 역지수단(219) 및 펌핑된 공기를 배출하도록 상기 분사수단(207)으로 연결된 배기구(221)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 전동수단(211)은 상기 회전축(209) 둘레에 편심 상태로 돌출된 편심 디스크(227), 좌우로 쌍을 이루며 상기 편심 디스크(227)의 외주면에 미끄럼 이동 가능하게 요철 결합되는 요동링(229), 및 상기 좌우 요동링(229)이 상기 편심 디스크(227) 외주면에서 이탈되지 않도록 상기 좌우 요동링(229)의 끝부분을 연결시켜 주는 연결끈(231)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.
4. 제1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 회전축(209)의 하단에는 교반날개(238)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 회전축(209)의 상기 교반날개(238)의 아래쪽 외주면에는 상기 회전축(209)이 회전할 때 위쪽으로 물(10)을 퍼올리는 스크류(257)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.
6. 제1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 배기구(221)에는 일정 압력으로 공기를 축적하는 축압기(239)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.
7. 제1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 회전날개(203)의 중심부에는 경광등(253)이 장착되어 있으며, 상기 경광등(253)은 상기 태양전지(203)로부터 에너지를 공급 받도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 무동력 기포발생기.

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