KR20130056157A - 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소와 산소 및 전기생산시스템을 구비한 전기 및 온수 공급장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소/산소 및 전기 생산스스템을 구비한 전기 및 온수 공급장치에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명은 운동에너지발생원으로 부터 공급되는 운동에너지에 의해 구동모터를 구동하여 캠을 회전하는 구동부와, 상기 구동부의 구동모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 바꿔 압전소자에 압력을 가하여 전기를 생성하는 압전소자모듈부와, 상기 압전소자모듈부에서 생성되는 전기를 가공하고, 가공된 전기 중 일부를 분배하여 사용하거나 또는 가공된 전기를 축전지에 저장하는 전기제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 운동에너지발생원으로 부터 공급되는 운동에너지에 의해 구동모터를 구동하여 캠을 회전하는 구동부와, 상기 구동부의 구동모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 바꿔 압전소자에 압력을 가하여 전기를 생성하는 압전소자모듈부와, 상기 압전소자모듈부에서 생성되는 전기를 가공하고, 가공된 전기 중 일부를 분배하여 사용하거나 또는 가공된 전기를 축전지에 저장하는 전기제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소/산소 및 저기 생산시스템을 구비한 전기 및 온수 공급장치에 관한 것으로, 특히 전기가 없는 장소에서 수차나 축력 또는 인력으로 전기를 공급할 수 있어 저렴한 전기를 공급할 수 있고, 온수 생산 비용을 줄일 수 있으며 고갈되는 화석 연료를 대체할 수 있는 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 및 온수 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 환경친화적인 새로운 에너지원들 가운데 수소는 연료전지의 에너지원으로 사용된 후 에너지 생성반응 부산물로 오직 물만 생성되기 때문에 21세기 산업의 동력원으로서 가장 각광받고 있다는 사실은 널리 알려져 있다.
이러한, 수소는 자연계에 물과 같은 화합물 형태로 방대한 양이 존재하고, 언제 어디서나 쉽게 구할 수 있어 지역적 계절적 편차가 크고 에너지의 수송이 제한된 지열이나 풍력 등과 같은 다른 대체에너지보다도 사용이 용이하다.
또한, 수소가스는 기존의 탄화수소계 연료인 가솔린, 등유, 경유 등의 보조연료로서 사용되어 연료절감 효과를 제공할 수도 있고, 에너지원으로서 뿐만 아니라 화학공업의 중요한 원료로도 많이 사용되며 앞으로 그 수요는 늘어날 전망이다.
이러한, 수소가스 생산을 위하여 다양한 방법들이 시도되고 있으나, 현시점까지 알려진 기술에서는 물의 전기분해를 통한 수소생산이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.
한편, 상기와 같은 물의 전기분해 시에는 많은 전력이 소모되므로 저렴한 전기의 공급이 필요하나 현재에는 마땅한 방안이 마련되지 못하는 문제가 있었으며 전기 공급이 되지 않는 곳에서는 전기생산을 하기 위하여 화석연료를 이용한 발전기를 사용해야 함으로써 생산비용을 증대되고 환경이 오염되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술 개발의 필요성을 해결하기 위해 안출한 것으로, 수력이나 축력 및 인력을 이용하여 캠 또는 유압블록을 구동시켜 압전소자로 전기를 생산한 후 이 전기를 가공하여 물을 전기분해시키고, 전기분해로 생성된 수소와 산소를 압축하여 저장된 후 적정 압력이 생성될 때 압축수소와 압축산소를 합성하여 사용자가 필요할 때에 전력을 생산하며, 물 전기분해 및 압축수소와 압축산소 합성 시 발생 된 열로 냉각수를 가열하여 온수로 이용함으로써 자연친화적인 에너지로 저렴하게 전기를 공급할 수 있고, 온수 생산비용을 줄일 수 있으며, 고갈되는 화석 연료를 대체할 수 있는 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 및 온수 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 운동에너지발생원으로 부터 공급되는 운동에너지에 의해 구동모터를 구동하여 캠을 회전하는 구동부와, 상기 구동부의 구동모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 바꿔 압전소자에 압력을 가하여 전기를 생성하는 압전소자모듈부와, 상기 압전소자모듈부에서 생성되는 전기를 가공하고, 가공된 전기 중 일부를 분배하여 사용하거나 또는 가공된 전기를 축전지에 저장하는 전기제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치를 제공한다.
상기 구동부의 운동에너지발생원은, 구동모터를 구동하기 위하여 물의 낙하를 이용하는 수차와, 가축의 힘을 이용하는 축력과, 사람의 힘을 이용하는 인력 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자모듈부는, 위아래가 막힌 블럭형으로 형성되되, 내면의 상부 중앙에는 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈과 대응되는 내면의 하부 중앙에는 관통홀이 형성된 커버체와, 상기 커버체의 내측면에서 상기 커버체의 중앙부를 향하도록 돌출되어 상기 커버체의 내측 하부에서 상부까지 서로 균등한 간격으로 상기 커버체의 내측면에 설치된 제 1 압전소자; 메인축, 상기 커버체의 내부 중앙에 설치되도록 상기 메인축의 일 측단에 형성되어 상기 삽입홈에 삽입되는 제 1보조축 및 상기 메인축의 타 측단에 형성되어 상기 관통홀을 통하여 외부로 돌출되어 캠의 외경에 접촉하는 제 2보조축으로 이루어져 승 하강하는 구동축; 상기 메인축의 외측면에서 상기 커버체의 내측면을 향하도록 돌출되어 상기 제 1압전소자들 사이에 배치되도록 상기 메인축의 하부에서 상부까지 서로 균일한 간격으로 상기 메인축의 외측면에 설치된 제 2 압전소자; 및 상기 삽입홈에 삽입되는 제 1 보조축의 외측면에 삽입되어 상기 구동축에 탄성을 제공하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자모듈부는 상측에 입력스위치가 형성되고 하측으로 출력스위치가 형성된 유압블럭과, 상기 유압블럭의 하측에 형성된 출력스위치가 압력을 가하도록 출력스위치 하단에 외경이 지지대에 지지되는 제 3 압전소자와, 상기 제 3압전소자를 타격하여 압력을 가할 수 있도록 유압블럭 상측의 출력스위치 상단에 탄력설치되어 출력스위치에 압력을 가하도록 캠의 단부에 접촉하여 휨과 펼침작용을 반복하는 압력바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자모듈부는 상, 하측에 직사각형판을 사방에 스프링에 의해 탄력설치하고 상기 상측의 직사각형판의 중앙에는 탁격편을 형성한 케이스와, 상기 케이스의 상,하측의 직사각형판 내측에 정열되어 적층되는 제4압전소자와, 상기 제 4압전소자에 압력을 가할 수 있도록 타격편의 상측에 제2압력바를 탄력 설치하여 캠의 단부에 접촉하여 휨과 펼침 작용을 반복하도록 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 압전소자와 제 2 압전소자는 N개(여기서, N은 1~100 사이의 자연수임)가 한 조를 이루도록 설치되고, 상기 압전소자모듈부는 M개(여기서 M은 1~100 사이의 자연수임)가 하나의 모듈로 이루도록 캠의 폭방향 외주연에 설치되며, M개가 하나의 모듈로 이루어진 K개(여기서,K는 1~100 사이의 자연수임)의 모듈들 각각은 균일한 간격으로 이격되어 상기 캠의 길이방향 외주연에 일렬로 설치되고, 상기 캠의 길이방향 외주연에 일렬로 설치된 K개의 모듈은 상기 압전소자모듈부에서 생성되는 전압과 전류를 가감할 수 있도록 구동모터(31) 쪽에서 캠(32)의 단부까지는 순차적으로 360/K°씩 회전되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 압전소자는 N개(여기서, N은 1~10의 자연수임)가 하나의 층으로 이루어져 지지대에 쌓이고 이러한 압전소자모듈부의 유압블럭의 출력스위치는 M개(여기서 M은 1~100 사이의 자연수임)이고 압전소자모듈부는 출력스위치의 하단에 배치되는 것을 특징으로 한다.
압전소자 전기생성장치; 물을 전기분해시켜 산소와 수소를 생성하기 위해 물 저장탱크 내에 (+)전극(214)과 (-)전극(212)이 설치되고, 상기 압전소자 전기생성장치로 부터 공급된 전원을 상기 (+)전극(214)과 (-)전극에 공급하여 물을 전기분해시키는 전기분해수단; 상기 전기분해수단에 의해 생성된 수소와 산소를 각각 압축하는 압축수단; 상기 압축수단에 의해 압축된 수소를 저장하는 압축수소 저장탱크; 상기 압축수단에 의해 압축된 산소를 저장하는 압축산소 저장탱크; 상기 압축수소 저장탱크와 압축산소 저장탱크로 부터 공급되는 압축수소와 압축산소를 합성시켜 전기를 생성하는 수수/산소 합성 전기생산수단; 및 상기 수소/산소 합성 전기생산수단에서 생성된 전기를 가정용 및 산업용으로 변화시켜 외부로 제공하는 외주전원 공급제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
압전소자 전기생성장치를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 공급장치의 전기분해수단과 냉각수 탱크에 외부로 부터 공급되는 냉각수를 공급하고, 상기 전기분해수단에서 전기분해 시 발생 되는 열에 의해 데워진 온수와 수소/산소 합성 전기생산수단에서 압축수소와 압축산소의 합성 시 발생 된 열에 의해 데워진 온수를 상기 전기분해수단과 냉각수 탱크로 부터 공급받아 가정이나 빌딩의 난방을 위한 난방용으로 제공하는 난방용 및 냉각수 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 자연친화적인 운동에너지를 캠과 유압블록을 구동시켜 압전소자로 전기를 생산한 후 이 전기를 가공하여 물을 전기분해시키고, 전기분해로 생성된 수소와 산소를 압축하여 저장한 후 적정압력이 생성될 때 압축수소와 압축산소를 합성하여 사용자가 필요할 때 전력을 생산하며, 물 전기분해 및 압축수소와 압축산소 합성 시 발생된 열로 냉각수를 가열하여 온수로 이용하기 때문에 전기 생산 효율을 높일 수 있어 저렴한 전기를 공급할 수 있고, 온수 생산 비용을 줄일 수 있으며, 고갈되는 화석 연료를 대체할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 공급장치와 온수 공급장치를 나타낸 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 압전소자 전기 생성장치의 단면사시도,
도 4는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 사시도,
도 5는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 6은 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 또 다른 실시예를 나타낸 정면도,
도 7은 도 6에 도시된 압전소자 전기생성장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 압전소자 전기 생성장치의 단면사시도,
도 4는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 사시도,
도 5는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 6은 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 또 다른 실시예를 나타낸 정면도,
도 7은 도 6에 도시된 압전소자 전기생성장치의 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특정들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명들과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공기 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압전소자 전기생성장치와 이를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 및 온수 공급장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 압전소자 전기 생성장치의 단면사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 압전소자 전기생성장치의 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 운동에너지에 의해 전기를 생성하는 압전소자 전기생성장치(100), 상기 압전소자 전기생성장치(100)로 부터 공급되는 전원 및 제어신호에 따라 수소/산소를 생성함과 아울러 상기 수소와 산소를 합성하여 전원을 생성하는 전기공급장치(200); 및 외부로 부터 공급되는 냉각수를 전기 공급장치(200)로 제공함과 아울러 상기 전기 공급장치(200)로 부터 공급되는 온수의 온도를 조절하여 난방용으로 제공하는 온수 공급장치(300)를 포함하도록 구성된다.
이때, 상기 압전소자 전기생성장치(100)는 외부로 부터 공급되는 물의 이동에너지를 이용하는 수차, 바람의 이동에너지를 이용하는 풍차, 가축의 힘을 이용하는 축력과, 사람의 힘을 이용하는 인력 또는 전원에 의해 구동되어 일측에 설치된 캠(32)을 회전시키는 구동모터(31); 상기 구동모터(31)의 회전 시 상기 캠(32)에 의해 수직으로 이동(즉, 상승 및 하강)하고 상기 수직 상승 및 하강 시 압전소자(16,18,19)에 압력을 가하여 전기를 생성하는 압전소자모듈부(10); 상기 압전소자모듈부(10)에서 생성된 전기를 가공하고, 가공된 전기 중 일부를 상기 구동모터(31) 등 다른 기기에 분배하여 제공하는 전기제어부(50); 및 상기 전기제어부(50)에 의해 가공된 전기를 저장하는 축전지(70)를 포함하도록 구성된다.
상기 구동모터(31)는 상기 물의 이동에너지를 이용하는 수차, 바람의 이동에너지를 이용하는 풍차, 가축의 힘을 이용하는 축력과, 사람의 힘을 이용하는 인력 또는 전기제어부(50)로 부터 공급되는 전원에 의해 구동되어 일 측에 설치된 캠(32)을 회전한다.
이때, 캠(32)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 구동모터(31)의 회전축을 기준으로 양측(즉, 위쪽과 아래쪽 또는 왼쪽과 오른쪽)의 반경이 서로 다른 크기를 갖도록 형성되고, 제 1반경(B)을 갖는 부분과 제 2반경(A)을 갖는 부분 사이의 일측에는 단턱부가 형성된다.
이로 힌해, 상기 캠(32)이 회전하여 제 1반경(B)을 갖는 부분이 상기 압전소자모듈부(10)의 구동축(11)에 맞닿을 때에는 상기 구동축(11)은 수직으로 상승하게 되고, 상기 단턱부가 상기 구동축(11)에 맞닿을 때에는 상기 구동축(11)은 제자리로 복귀하기 위해 수직으로 빠르게 하강하게 되며, 상기 제 1반경(B)보다 작은 크기의 제 2반경(A)을 갖는 부분이 상기 구동축(11)에 맞닿을 때에는 상기 구동축(11)은 하강 된 상태를 유지하게 된다.
상기 압전소자모듈부(10)는 상기 캠(32)에 의해 상승과 하강을 반복적으로 수행할 때 발생되는 압력을 이용하여 전기를 생성하고, 생성된 전기를 승압함과 아울러 승압 된 전기를 충전한다.
이를 위해, 상기 압전소자모듈부(10)는 위 아래가 막힌 블럭형으로 형성되되, 내면의 상부 중앙에는 삽입홈(17)이 형성되고, 상기 삽입홈(17)과 대응되는 내면의 하부 중앙에는 관통홀(13)이 형성된 커버체(12); 상기 커버체(12)의 내측면에서 상기 커버체(12)의 중앙부를 향하도록 돌출되어 상기 커버체(12)의 내측 하부에서 상부까지 서로 균등한 간격으로 상기 커버체(12)의 내측면에 설치된 제 1압전소자(16); 메인축(11a), 상기 커버체(12)의 내부 중앙에 설치되도록 상기 메인축(11a)의 일 측단에 형성되어 상기 삽입홈(17)에 삽입되는 제 1보조축(11c) 및 상기 메인축(11a)의 타 측단에 형성되어 상기 관통홀(13)을 통하여 외부로 돌출되어 제 2 보조축(11b)으로 이루어진 구동축(11); 상기 메인축(11a)의 외측면에서 상기 커버체(12)의 내측면을 향하도록 돌출되되 상기 제 1 압전소자(16)들 사이에 배치되도록 상기 메인축(11a)의 하부에서 상부까지 서로 균일한 간격으로 상기 메인축(11a)의 외측면에 설치된 제 2압전소자(18); 및 상기 삽입홈(17)에 삽입되는 제 1보조축(11c)의 외측면에 삽입되어 상기 구동축(11)에 탄성을 제공하는 스프링(14)을 포함하도록 포함하도록 구성된다.
이때, 상기 커버체(12)의 내측면과 상기 메인축(11a)의 외측면에 각각 설치되는 제 1 압전소자(16)와 제 2 압전소자(18)는 도 3과 같이 N개(여기서, N은 1~100 사이의 자연수임)가 한 조를 이루도록 설치된다.
이러한, 구성의 상기 압전소자모듈부(10)은 상기 캠(32)이 회전하여 제 2 반경(A)을 갖는 부분이 상기 관통홀(13)을 통해 상기 제 2보조축(11b)의 단부에 맞닿을 때에는 상기 구동축(11)이 위/아래로 움직이지 않고 최초 상태를 유지하나, 상기 제 1 반경(B)을 갖는 부분이 제 2 보조축(11b)의 단부에 맞닿을 때에는 상기 구동축(11)이 수직하게 위쪽으로 상승하게 된다.
이로 인해, 상기 메인축(11a)의 외측면에 설치된 제 2 압전소자(18)가 상기 커버체(12)의 내측면에 설치된 제 1 압전소자(16)와 충돌하게 되고, 이러한 충돌로 발생 된 압력에 의해 상기 제 1 압전소자(16)와 제 2압전소자(18)에서는 압력을 전기로 변환하게 된다.
한편, 상기 구동축(11)이 상승한 상태에서 상기 캠(32)의 회전으로 제 1 반경(B)과 제 2 반경(A)을 갖는 부분 사이에 형성된 단턱 진 부분이 상기 제 2 보조축(11b)의 단부에 맞닿게 되면, 상기 스프링(14)의 탄성에 의해 상기 구동축(11)은 빠르게 아래로 하강하게 된다.
이로 인해, 상기 메인축(11a)의 외측면에 설치된 제 2 압전소자(18)가 상기 커버체(12)의 내측면에 설치된 제 1 압전소자(16)와 충돌하게 되고, 이러한 충돌로 발생 된 압력에 의해 상기 제 1 압전소자(16)와 제 2 압전소자(18)에서는 압력을 전기로 변환하게 된다.
그리고, 상기 캠(32)의 회전으로 상기 제 2 반경(A)을 갖는 부분이 상기 제 2보조축(11b)의 단부에 맞닿게 되면, 상기 구동축(11)은 하강 된 상태를 유지하게 된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 압조소자모듈부(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 M개(여기서 M은 1~100 사이의 자연수임)가 하나의 모듈을 이루도록 캠(32)의 폭방향 외주연에 설치된고, M개가 하나의 모듈로 이루어진 K개(여기서 K는 1~100 사이의 자연수임)의 모듈들 각각은 균일한 간격으로 이격되어 캠(32)의 길이방향 외주연에 일렬로 설치될 수 있다.
이때, 캠(32)의 길이방향 외주연에 일렬로 설치된 K개의 모듈은 상기 압전소자모듈부(10)에서 생성되는 전압과 전류를 가감할 수 있도록 구동모터(31) 쪽에서 캠(32)의 단부까지는 순차적으로 360/K°씩 회전되어 배치된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 압전소자모듈부(10)의 또 다른 실시예는 상기 압전소자모듈부(10)는 상측에 입력스위치(20)가 형성되고 하측으로 출력스위치(21)가 형성된 유압블럭(22)을 형성하고 상기 유압블럭(22)의 하측에 형성된 출력스위치(21)가 압력을 가하도록 출력스위치(21) 하단에 외경이 지지대(23)에 지지되는 제 3 압전소자(19)를 설치한다.
이러한 상기 제 3압전소자(19)를 타격하여 압력을 가할 수 있도록 유압블럭(22) 상측의 출력스위치(21) 상단에 탄력설치되어 출력스위치(21)에 압력을 가하도록 캠(32)의 단부에 접촉하여 휨과 펼침 작용을 반복하는 압력바(24)를 형성한다.
이러한 압전소자모듈부(10)는 물의 이동에너지를 이용하는 수차, 바람의 이동에너지를 이용하는 풍차, 가축의 힘을 이용하는 축력과, 사람의 힘을 이용하는 인력 또는 전기제어부(50)로 부터 공급되는 전원에 의해 구동되어 일 측에 설치된 캠(32)을 회전한다.
이와 같이 회전회는 캠(32)의 외경에 형성된 단턱진 걸림부분이 압력바(24)의 단부를 걸친 상태에서 회전하면서 압력바(24)를 상측으로 휘도록 하고 캠(32)의 단턱진 걸림부분이 압력바(24)의 걸림이 해제되면서 입력스위치(20)를 타격하게 된다.
이러한 타격에너지는 출력스위치(21)로 분배되어 출력되며 출력스위치(21)의 돌출은 제 3 압전소자(19)를 타격하여 전기를 생성한다.
상기의 제 3 압전소자(19)는 출력스위치(21) 하단에 외경이 지지대(23)에 지지되어 있는 상태로 압력을 받으면 휘어졌다가 복원하는 탄성을 가지고 있어 출력스위치(21)가 원상태로 복귀되며 캠(32)의 회전에 의해 상기의 운동이 반복되면서 전기를 생성한다.
상기 제 3 압전소자(19)는 N개(여기서, N은 1~10의 자연수임)가 하나의 층으로 이루어져 지지대(23)에 쌓이고 이러한 압전소자모듈부(10)의 유압블럭(22)의 출력스위치(21)는 M개(여기서 M은 1~100 사이의 자연수임)이고 압전소자모듈부(10)는 출력스위치(21)의 하단에 배치된다.
또한, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 상기 압전소자모듈부(10)는
상, 하측에 직사각형판(40,41)을 사방에 스프링(42)에 의해 탄력설치하고 상기 상측의 직사각형판(40)의 중앙에는 탁격편(43)을 형성한 케이스(44)를 형성하고 상기 케이스(44)의 상,하측의 직사각형판(40,41) 내측에는 제4압전소자(45)를 적층하여 정열한다.
이러한 상기 제 4압전소자(45)에 압력을 가할 수 있도록 타격편(43)의 상측에 제2압력바(46)를 탄력설치하여 캠(32)의 단부에 접촉하여 휨과 펼침 작용을 반복하도록 형성한다.
이러한 압전소자모듈부(10)는 물의 이동에너지를 이용하는 수차, 바람의 이동에너지를 이용하는 풍차, 가축의 힘을 이용하는 축력과, 사람의 힘을 이용하는 인력 또는 전기제어부(50)로 부터 공급되는 전원에 의해 구동되어 일 측에 설치된 캠(32)을 회전한다.
이와 같이 회전회는 캠(32)의 외경에 형성된 단턱진 걸림부분이 제2압력바(46)의 단부를 걸친 상태에서 회전하면서 제2압력바(46)를 상측으로 휘도록 하고 캠(32)의 단턱진 걸림부분이 제2압력바(46)의 걸림이 해제되면서 타격편(43)을 타격하게 된다.
이러한 타격에너지는 상측 직사각형판(40)으로 상측직사각형판(40) 저면에 적층되어 있는 제 4압전소자(45)를 타격하여 전기를 생성한다.
한편, 상기 압전소자모듈부(10) 내에 설치되는 상기 제 1 압전소자(16)와 제 2 압전소자(18) 및 제 3, 4 압전소자(19, 45)의 개수와 압전소자모듈부(10)의 개수는 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기공급장치(200)와 온수 공급장치(300)의 용량에 따라 설정된다.
상기 전기제어부(50)는 상기 압전소자모듈부(10)로 부터 압전소자(16,18,19,45)에서 생성된 전기를 공급받아 고압으로 승압(예를 들면, 220V)한 후 상기 구동모터(31)를 구동시키기 위해 승압된 전기 중 일부를 상기 구동모터(31)에 공급하고, 나머지 전기가 축전지(70)에 충전되도록 승압 된 전기를 상기 축전지(70)로 공급한다.
또한, 상기 전기제어부(50)는 상기 구동모터(31)가 구동되도록 상기 축전지(70)에 충전된 전원을 상기 구동모터(31) 및/또는 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기공급장치(200)로 공급하거나 상기 압전소자모듈부(10)에서 발생 된 전기를 승압한 후 상기 축전지(70)에 저장하지 않고 전기공급장치(200)로 공급한다.
상기 축전지(70)는 상기 전기제어부(50)에 의해 승압된 전기를 내부에 충전함과 아울러 상기 전기제어부(50)로 부터 전송되는 제어신호에 따라 내부에 충전된 전원을 상기 구동모터(31) 및 다른 부분에 분배하여 사용하거나 전기공급장치(200)로 공급한다.
상기 전기공급장치(200)는 상기 전기제어부(50)로 부터 전원을 공급받아 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성한 후 상기 수소와 산소를 각각 압축하여 저장하고, 저장된 수소와 산소를 합성하여 전기를 생성한다.
이를 위해, 상기 전기공급장치(200)는 상기 전기제어부(50)로 부터 전원을 공급받아 물을 전기분해시켜 산소와 수소를 생성하기 위해 물 저장탱크(215) 내에 (+)전극(214)과 (-)전극(212)이 설치된 전기분해수단(210); 상기 전기분해수단에 의해 생성된 수소와 산소를 각각 압축하는 압축수단(220); 상기 압축수단(220)에 의해 압축된 수소를 저장하는 압축수소 저장탱크(232)와 압축산소 저장탱크(234); 상기 압축수소 저장탱크(232)와 압축산소 저장탱크(234)로 부터 수소와 산소를 공급받아 상기 수소와 산소를 합성시켜 전기를 생성하는 수소/산소 합성 전기생산수단(242); 및 상기 수소/산소 합성전기생산수단(242)에서 생성된 전기를 가정용 및 산업용으로 변환시켜 외부로 제공하는 외주전원 공급제어부(250)를 포함하도록 구성된다.
상기 전기분새수단(210)은 난방용 및 냉각수 제어부(302)를 통해 외부로 부터 공급되는 물이 물 저장탱크(215) 내에 설치된 (+)전극(214)과 (-) 전극(212)에 공급하여 물을 전기분해시킨다.
이로 인해, (-) 전극(212)에는 수소가 생성되고, (+) 전극(214)에는 산소가 생성된다.
한편, 상기 전기분해수단(210)에서 물을 전기분해하여 수고와 산소를 생성할 때에는 열이 발생 되는데, 이러한 열은 전기분해수단(210)의 오동작을 유발하게 된다.
이에 따라, 상기 전기분해수단(210)은 수소 및 산소의 생성을 위해 물을 전기분해할 때 상기 난방용 및 냉각수 제어부(302)로 부터 냉각수를 공급받아 전기분해시 발생 되는 열을 식히고, 이 열에 의해 데워진 온수는 상기 난방용 및 냉각수 제어부(302)로 공급한다.
한편, 상기 전기분해수단(210)에서 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성할 때 상기 (+) 전극(214)과 (-) 전극(212)에 각각 설치된 스위치(211,213)는 상기 전기제어부(50)로 부터 전송되는 제어신호에 따라 온/오프 된다.
이러한 스위치(211,213)의 온/오프로 인해 상기 전기분해수단(210)에 의해 생성되는 수소와 산소의 양이 조절되게 된다.
한편, 사이 전기분해수단(210)에서 생성된 수소는 압축수단(220) 내체 설치된 수소압축수단(222)에 의해 압축된 후 압축수소 저장탱크(233)에 저장되고, 상기 전기분해수단(210)에서 생성된 산소는 압축수단(220) 내에 설치된 산소압축수단(222)에 의해 압축된 후 압축산소 저장탱크(234)에 저장된다.
그리고, 상기 압축수소 저장탱크(232)와 압축산소 저장탱크(234)에 저장된 압축수소와 압축산소는 상기 전기제어부(50)로 부터 공급되는 제어신호(또는 전원)에 의해 상기 압축수소 저장탱크(232) 및 압축산소 저장탱크(234)의 출구에 설치된 밸브(233,235)가 열릴 때 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)으로 공급된다.
상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)은 상기 압축수소 저장탱크(232)와 압축수소 저장탱크(234)로 부터 각각 공습되는 압축수소와 압축산소를 합성하여 전기를 생성하고, 이때 생성돈 전기는 상기 외주전원 공급제어부(250)로 전달된다.
한편, 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)에서 압축수소와 압축산소를 합성할 때에는 전기뿐만 아닌 열이 발생하게 되는데, 이러한 열은 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)의 오작동이나 고장을 유발하게 된다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)이 냉각수 탱크(240) 내에 설치된다.
이로 인해, 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)에서 압축수소와 압축산소가 합성될 때 상기 냉각수 탱크(240) 내에 저장된 냉각수는 상기 압축수소와 압축산소의 합성 시 발생 된 열로 인해 온수로 변하게 되고, 이 온수는 상기 난방용 및 냉각수 제어부(302)로 공급된다.
한편, 상기 외주전원 공급제어부(250)는 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)으로 부터 공급되는 전기의 판매를 위해 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)으로 부터 공급되는 전기를 축전지로 충전시키거나 난방용 및 냉각수 제어부(302)의 구동을 위해 상기 난방용 및 냉각수 제어부(302)로 제공한다.
또한, 상기 외주전원 공급제어부(250)는 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)으로 부터 공급되는 전기를 외부 전자기기의 구동을 위한 전원으로 변환하여 외부 전자기기로 제공한다.
상기 온수 공급장치(300)는 외부로 부터 공급되는 냉각수를 상기 전기분해수단(210)과 외부로 부터 공급되는 냉각수를 상기 전기분해수단(210)과 냉각수 탱크(240)로 공급하고, 상기 전기분해수단(210)에서 전기분해 시 발생 되는 열에 의해 데워진 온수와 상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)에서 압축수소와 압축산소의 합성 시 발생 될 열에 의해 데워진 온수를 상기 전기분해수단(210)가 냉각수 탱크(240)로 부터 공급받아 가정이나 빌딩의 난방을 위한 난방용으로 제공하는 난방용 및 냉각수 제어부(302)를 포함하도록 구성된다.
여기서, 상기 온수 공급장치(300)는 난방용 및 냉각수 제어부(302) 만을 포함하는 구성을 설명하였으나, 상기 온수 공급장치(300)는 냉각수를 온수로 변환시키는 상기 전기분해수단(210)과 수소/산소 합성 전기생산수단(242)을 포함하도록 구성될 수 있고, 압전소자 전기생성장치(100)와 전기 공급장치(200)을 모두 포함하도록 구성되는 게 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 압전소자 전기생성장치와 이를 구비한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 공급장치 및 온수 공급장치는 운동에너지로 구동모터(31)와 캠(32)을 구동시켜 압전소자(16,18,19,45)로 전기를 생산한 후 이 전기를 가공하여 물을 전기분해시키고, 전기분해로 생성된 수소와 산소를 압축하여 저장한 후 적정 압력이 생성될 때 압축수소와 압축산소를 합성하여 대규모 전력을 생산하며, 물 전기분해 및 압축수소와 압축산소 합성 시 발생 된 열로 냉각수를 데워 온수로 이용하기 때문에 전기 생산 효율을 높일 수 있어 저렴한 전기를 공급할 수 있고, 온수 생산 비용을 줄일 수 있으며 고갈되는 화석 연료를 대체할 수 있게 된다.
10 : 압전소자모율부 11 : 구동축
12 : 커버체 14 : 스프링
16,18,19,45 : 압전소자 30 : 구동부
32 : 캠 50 : 전기제어부
70 : 축전지 100 : 전기생성장치
200 : 전기공급장치 210 : 전기분해수단
211,213 : 스위치 212 : (-)전극
214 : (+)전극 222 : 수소압축수단
224 : 산소압축수단 232 : 압축수소 저장탱크
234 : 압축산소 저장탱크 242 : 수소/산소 합성전기생성수단
250 : 외주 전원공급 제어부 300 : 온수 공급장치
302 : 난방용 및 냉각수 제어부
12 : 커버체 14 : 스프링
16,18,19,45 : 압전소자 30 : 구동부
32 : 캠 50 : 전기제어부
70 : 축전지 100 : 전기생성장치
200 : 전기공급장치 210 : 전기분해수단
211,213 : 스위치 212 : (-)전극
214 : (+)전극 222 : 수소압축수단
224 : 산소압축수단 232 : 압축수소 저장탱크
234 : 압축산소 저장탱크 242 : 수소/산소 합성전기생성수단
250 : 외주 전원공급 제어부 300 : 온수 공급장치
302 : 난방용 및 냉각수 제어부
Claims (9)
- 운동에너지발생원(33)으로 부터 공급되는 운동에너지에 의해 구동모터(31)를 구동하여 캠(32)을 회전하는 구동부(30)와,
상기 구동부(30)의 구동모터(31)에 의해 회전하는 캠(32)의 회전운동을 직선운동으로 바꿔 압전소자(16,18,19,45)에 압력을 가하여 전기를 생성하는 압전소자모듈부(10)와,
상기 압전소자모듈부(10)에서 생성되는 전기를 가공하고, 가공된 전기 중 일부를 분배하여 사용하거나 또는 가공된 전기를 축전지(70)에 저장하는 전기제어부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 구동부(30)의 운동에너지발생원(33)은,
구동모터(31)를 구동하기 위하여 물의 낙하를 이용하여 물의 이동에너지를 이용하는 수차, 바람의 이동에너지를 이용하는 풍차, 가축의 힘을 이용하는 축력과, 사람의 힘을 이용하는 인력 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 압전소자모듈부(10)는,
위아래가 막힌 블럭형으로 형성되되, 내면의 상부 중앙에는 삽입홈(17)이 형성되고, 상기 삽입홈(17)과 대응되는 내면의 하부 중앙에는 관통홀(13)이 형성된 커버체(12)와,
상기 커버체(12)의 내측면에서 상기 커버체(12)의 중앙부를 향하도록 돌출되어 상기 커버체(12)의 내측 하부에서 상부까지 서로 균등한 간격으로 상기 커버체(12)의 내측면에 설치된 제 1 압전소자(16);
메인축(11a), 상기 커버체(12)의 내부 중앙에 설치되도록 상기 메인축(11a)의 일 측단에 형성되어 상기 삽입홈(17)에 삽입되는 제 1보조축(11c) 및 상기 메인축(11a)의 타 측단에 형성되어 상기 관통홀(13)을 통하여 외부로 돌출되어 캠(32)의 외경에 접촉하는 제 2보조축(11b)으로 이루어져 승 하강하는 구동축(11);
상기 메인축(11a)의 외측면에서 상기 커버체(12)의 내측면을 향하도록 돌출되어 상기 제 1압전소자(16)들 사이에 배치되도록 상기 메인축(11a)의 하부에서 상부까지 서로 균일한 간격으로 상기 메인축(11a)의 외측면에 설치된 제 2 압전소자(18); 및
상기 삽입홈(17)에 삽입되는 제 1 보조축(11c)의 외측면에 삽입되어 상기 구동축(11)에 탄성을 제공하는 스프링(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 압전소자모듈부(10)는
상측에 입력스위치(20)가 형성되고 하측으로 출력스위치(21)가 형성된 유압블럭(22)과,
상기 유압블럭(22)의 하측에 형성된 출력스위치(21)가 압력을 가하도록 출력스위치(21) 하단에 외경이 지지대(23)에 지지되는 제 3 압전소자(19)와,
상기 제 3압전소자(19)를 타격하여 압력을 가할 수 있도록 유압블럭(22) 상측의 출력스위치(21) 상단에 탄력설치되어 출력스위치(21)에 압력을 가하도록 캠(32)의 단부에 접촉하여 휨과 펼침작용을 반복하는 압력바(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 압전소자모듈부(10)는
상, 하측에 직사각형판(40,41)을 사방에 스프링(42)에 의해 탄력설치하고 상기 상측의 직사각형판(40)의 중앙에는 탁격편(43)을 형성한 케이스(44)와,
상기 케이스(44)의 상,하측의 직사각형판(40,41) 내측에 정열되어 적층되는 제4압전소자(45)와,
상기 제 4압전소자(45)에 압력을 가할 수 있도록 타격편(43)의 상측에 제2압력바(46)를 탄력설치하여 캠(32)의 단부에 접촉하여 휨과 펼침 작용을 반복하도록 형성한 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제 1 압전소자(16)와 제 2 압전소자(18)는 N개(여기서, N은 1~100 사이의 자연수임)가 한 조를 이루도록 설치되고, 상기 압전소자모듈부(10)는 M개(여기서 M은 1~100 사이의 자연수임)가 하나의 모듈로 이루도록 캠(32)의 폭방향 외주연에 설치되며, M개가 하나의 모듈로 이루어진 K개(여기서,K는 1~100 사이의 자연수임)의 모듈들 각각은 균일한 간격으로 이격되어 상기 캠(32)의 길이방향 외주연에 일렬로 설치되고, 상기 캠(32)의 길이방향 외주연에 일렬로 설치된 K개의 모듈은 상기 압전소자모듈부(10)에서 생성되는 전압과 전류를 가감할 수 있도록 구동모터(31) 쪽에서 캠(32)의 단부까지는 순차적으로 360/K°씩 회전되어 배치되는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치. - 청구항 4에 있어서, 상기 제 3 압전소자(19)는 N개(여기서, N은 1~10의 자연수임)가 하나의 층으로 이루어져 지지대(23)에 쌓이고 이러한 압전소자모듈부(10)의 유압블럭(22)의 출력스위치(21)는 M개(여기서 M은 1~100 사이의 자연수임)이고 압전소자모듈부(10)는 출력스위치(21)의 하단에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치.
- 청구항 1 내지 청구항 7 중 적어도 어느 한 항으로 구성된 압전소자 전기생성장치(100);
물을 전기분해시켜 산소와 수소를 생성하기 위해 물 저장탱크(215) 내에 (+)전극(214)과 (-)전극(212)이 설치되고, 상기 압전소자 전기생성장치(100)로 부터 공급된 전원을 상기 (+)전극(214)과 (-)전극(212)에 공급하여 물을 전기분해시키는 전기분해수단(210);
상기 전기분해수단에 의해 생성된 수소와 산소를 각각 압축하는 압축수단(220);
상기 압축수단(220)에 의해 압축된 수소를 저장하는 압축수소 저장탱크(232);
상기 압축수단(220)에 의해 압축된 산소를 저장하는 압축산소 저장탱크(234);
상기 압축수소 저장탱크(232)와 압축산소 저장탱크(234)로 부터 공급되는 압축수소와 압축산소를 합성시켜 전기를 생성하는 수수/산소 합성 전기생산수단(242); 및
상기 수소/산소 합성 전기생산수단(242)에서 생성된 전기를 가정용 및 산업용으로 변화시켜 외부로 제공하는 외주전원 공급제어부(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 공급장치. - 청구항 8항의 구성으로 이루어진 압전소자 전기생성장치를 이용한 수소/산소 및 전기 생산시스템을 구비한 전기 공급장치의 전기분해수단(210)과
냉각수 탱크(240)에 외부로 부터 공급되는 냉각수를 공급하고, 상기 전기분해수단(210)에서 전기분해 시 발생 되는 열에 의해 데워진 온수와 수소/산소 합성 전기생산수단(242)에서 압축수소와 압축산소의 합성 시 발생 된 열에 의해 데워진 온수를 상기 전기분해수단(210)과 냉각수 탱크(240)로 부터 공급받아 가정이나 빌딩의 난방을 위한 난방용으로 제공하는 난방용 및 냉각수 제어부(302)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 전기생성장치를 이용한 수소/산소 및 전기생산시스템을 구비한 온수 공급장치.
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