KR101080162B1 - Piezoelectric generator for road and its construction method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 도로 포장체(11)에 매설되는 압전식 발전장치에 관한 것으로, 장방형 하우징(20)과, 이 하우징(20)에 결합되어 외력의 작용에 따라 승강하고 캔틸레버형 압전판(40)이 내장된 승강모듈(30)로 구성되어, 압전판(40)을 직접 타격하거나 압전판(40)이 내장되는 함체(函體)에 변형을 유발하지 않으면서도 압전판(40)의 진동을 최대한 유도할 수 있으며, 하우징(20) 양측에 다웰바(dowel-bar)(21)가 형성되어 포장체(11)의 수축, 팽창시 단위 포장체(11)간 하중전달이 가능하도록 한 것이다.
The present invention relates to a piezoelectric power generation device embedded in the road pavement (11), the
압전체(壓電體)란 물리적 변형을 전력으로 변환하는 화합물 또는 혼합물로서, 외력에 의한 변형이 발생되면 분극(分極)이 유도되고 이 분극에 의하여 전기장이 형성되는 압전효과(piezoelectric effect)가 발현되는 것이며, 대표적인 예로서 납-지르코늄-티타늄 복합산화물(PZT, lead zirconate titanate)을 들 수 있다.A piezoelectric body is a compound or mixture that converts physical deformation into electric power. When deformation due to external force occurs, a polarization is induced, and the piezoelectric effect that an electric field is formed by the polarization is expressed. Representative examples include lead zirconium-titanium composite oxides (PZT).
압전판(40)은 판상(板狀)으로 성형된 압전체로서, 압전판(40)에 인장 및 압축력이 작용함에 따라 서로 반대방향의 전류가 발생되는데, 저면지지, 양단지지 및 캔틸레버(cantilever) 등 역학적 양태에 따른 외력작용시 변형 및 출력전류 파형이 도 1에 도시되어 있다.The
도 1에 도시된 압전판(40)의 구조 중 하단에 도시된 캔틸레버는 변형 및 진동 효율 측면에서 가장 유리한 형태라 할 수 있으며, 도시된 구조는 캔틸레버형 압전판(40)의 자유단에 외력을 가하여 변형시킨 후 외력을 해제하여 진동을 유발한 것으로, 하방으로 변형시 캔틸레버의 상부면 및 하부면에 각각 인장응력 및 압축응력이 발생되고, 상방으로 변형시 반대로 캔틸레버의 상부면 및 하부면에 각각 압축응력 및 인장응력이 발생되는 바, 캔틸레버의 진동이 소멸되는 시점까지 변형(δ)과 동위상(同位相) 또는 대칭위상의 교류전류가 발생된다.The cantilever shown at the bottom of the structure of the
도로에 작용하는 차륜하중(車輪荷重)을 외력원으로 사용하는 압전식 발전장치는 통상 도 2에서와 같이, 도로에 매설되는 방식으로 설치되어 운용되는데, 도면상 좌측으로부터 각각 차륜하중이 압전판(40)에 직접 전달되는 단순 평판식, 압전판(40)이 설치된 함체(函體)의 변형을 유발하는 함체변형식 및 압전판(40)을 타격하는 타격식 발전장치가 도시되어 있다.
Piezoelectric power generation apparatus using a wheel load acting on the road as an external force source is usually installed and operated in a way that is embedded in the road, as shown in Figure 2, the wheel load from the left side of the drawing on the piezoelectric plate ( 40 shows a simple plate type directly transmitted to 40, a box deformation type that causes deformation of the enclosure in which the
이러한 종래의 도로 매설형 압전식 발전장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional road-embedded piezoelectric power generator has the following problems.
우선 도 2 좌측의 단순 평판식 발전장치는 압전판(40)에 직접 압축력이 작용하는 방식으로서, 압전판(40) 저면 전체가 면지지되는 바, 휨변형에 의한 충분한 변형을 기대할 수 없으며, 1차 변형후 진동에 따른 2차변형을 거의 기대할 수 없으므로 전력 생산량이 미미한 문제점이 있다.First, the simple flat power generating device on the left side of FIG. 2 is a method in which a compressive force is directly applied to the
이에, 도 2 중앙부 및 우측에서와 같이, 캔틸레버형 압전판(40)이 적용된 함체변형식 및 타격식 발전장치가 개발되었으나, 함체변형식의 경우 함체의 빈번한 변형에 따른 피로파괴 발생 가능성이 높으며 함체의 변형에 따른 압전판(40)의 변위 발생에도 한계가 있을 수 밖에 없으므로 내구성은 물론 발전 효율에 있어서 큰 성과를 얻을 수 없고, 타격식의 경우 타격 충격에 의하여 압전판(40)이 조기에 취성파괴되는 심각한 문제점이 있다.Thus, as shown in the center portion and the right side of Fig. 2, the case of the deformation and the blow-type power generation apparatus with the cantilever-type
특히, 타격식은 압전판(40)을 타격하기 위하여 함체와 분리되어 운동하는 타격추 등의 매개물이 반드시 필요하므로, 구조적으로 수밀성을 확보하기 여려워 노천 사용에 적합하지 않은 문제점이 있다.In particular, the blow type is necessary to mediate such as a strike weight to move apart from the housing in order to strike the
한편, 전술한 평판식, 함체변형식 및 타격식 발전장치 공히 도로포장체(11)에 매설되는 구조물로서, 주변의 포장체(11)와 발전장치간 하중전달이 전혀 이루어지지 않는 구조이므로, 장시간 사용시 발전장치 인접 포장체(11)의 전단파괴 가능성이 높을 뿐 아니라, 포장체(11) 자체의 수축, 팽창이 반복되는 과정에서 포장체(11) 자체는 물론 포장체(11)와 발전장치간 과도한 응력이 발생되는 심각한 문제점이 있다.On the other hand, the above-described flat plate, box deformable and striking power generation device is a structure embedded in the
또한, 도로 포장체(11)의 수축, 팽창에 의하여 발전장치와 도로 포장체(11)간 역학적인 분리가 발생되면, 발전장치 상부에 작용하는 차륜하중은 하부 노반(13)에 사실상 집중하중으로 작용하게 되므로, 해당 노반(13)의 과도한 침하를 유발하며, 이는 다시 주변부 노반(13)의 연쇄 침하 및 포장체(11)의 파괴로 이어지는 심각한 문제점이 있다.
In addition, when dynamic separation between the power generating device and the
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여, 밀폐형 함체(31)에 압전판(40)을 내장하되 함체(31)의 변형 또는 압전판(40)의 타격 없이도 압전판(40)의 충분한 변형 및 진동을 유도하고, 압전판(40)의 교체 등 유지관리 작업의 편의성을 최대한 확보하며, 포장체(11)와 발전장치간 원활한 하중전달이 가능하도록 하여 포장체(11)의 내구성을 확보하고, 발전장치 직하부 노반(13)에 과도한 하중이 집중되는 현상을 방지하여 전체 도로의 구조적 안정성을 확보함을 목적으로 창안한 것이다.In view of the above-described problems, the present invention incorporates the
즉, 본 발명은 도로 포장체(11)에 매설되는 압전식 발전장치에 있어서, 상부가 개방된 장방형 하우징(20) 내부에는, 선단에 중량추(41)가 설치된 캔틸레버(cantilever)형 압전판(40)이 내장된 승강모듈(30)이 결합되며, 승강모듈(30)의 상면은 포장체(11) 상측으로 노출되고, 승강모듈(30)과 하우징(20) 내부 저면 사이에는 스프링(22)이 설치되어 승강모듈(30)에 상방의 탄발력이 작용하되, 하우징(20) 상단부에는 스토퍼(24)가 형성되어 승강모듈(30)의 하우징(20) 이탈을 억제하며, 승강모듈(30)의 상면에 차륜하중(車輪荷重)이 작용하면 승강모듈(30)이 하강하고, 차륜하중이 해제되면 스프링(22)의 탄발력에 의하여 승강모듈(30)이 상승 복원되면서 승강모듈(30) 내부의 압전판(40)이 진동하여 전류가 발생됨을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치이며, 상기 하우징(20)의 양 측벽에는 도로 포장체(11)에 수평으로 매입(埋入)되는 다웰바(dowel-bar)(21)가 돌출 형성되되, 하우징(20) 양 측벽의 다웰바(21) 중 적어도 하나의 다웰바(21)에는 윤활제가 도포됨을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치이다.That is, in the piezoelectric power generation device embedded in the
또한 상기 승강모듈(30) 내부에는 선단에 중량추(41)가 설치된 캔틸레버(cantilever)형 압전판(40) 다수가 수평으로 배열되어 설치되되, 인접한 캔틸레버형 압전판(40)의 고정단 및 자유단의 위치가 서로 반대가 되도록 교호(交互) 설치됨을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치이다.In addition, inside the elevating
그리고, 상기 도로용 압전 발전장치의 설치공법에 있어서, 발전장치 설치 지점의 노반(13)을 추가 다짐하여 요입부를 형성하는 다짐단계(S11)와, 다짐단계(S11)에서 형성된 노반(13) 요입부에 고결성 충전재를 타설하여 평활층(12)을 형성한 후 평활층(12) 상면 표고와 주변 노반(13) 표고가 일치하도록 평활층(12)을 평탄화하는 기반형성단계(S12)와, 평활층(12)의 상부에 하우징(20)을 거치하되, 하우징(20)의 상단 개구부에는 밀봉판(50)을 결합하여 하우징(20)을 밀봉하는 거치단계(S21)와, 하우징(20) 양측의 포장체(11)를 타설하고, 평탄화한 후 양생하는 포장체형성단계(S30)와, 포장체(11)의 양생이 완료되면 하우징(20)에서 밀봉판(50)을 제거한 후 스프링(22) 및 승강모듈(30)을 결합하고 하우징(20) 상단에 스토퍼(24)를 체결하는 승강모듈설치단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치 설치공법이며, 상기 기반형성단계(S12) 이후 평활층(12)의 상부에 하우징(20)을 거치하되, 하우징(20) 양 측면에 형성된 다웰바(21) 중 적어도 하나의 다웰바(21)에는 윤활제를 도포하고, 하우징(20)의 상단 개구부에는 밀봉판(50)을 결합하여 하우징(20)을 밀봉하는 도포거치단계(S22)가 수행됨을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치 설치공법이다.
Further, in the installation method of the piezoelectric power generation device for roads, the compaction step (S11) and the compaction step (S11) formed in the compaction step (S11) Forming a
본 발명을 통하여, 압전판(40) 자체는 물론 압전판(40)이 구조적으로 고정되는 함체(31) 등 부속 구조물의 내구성을 최대한 확보하면서도, 캔틸레버형 압전판(40) 자유단의 관성 운동 및 진동을 극대화하여 발전효율를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 발전장치 자체가 도로 포장체(11)의 가로줄눈(transverse joint) 역할 또한 수행할 수 있도록 함으로써, 별도의 줄눈 설치 또는 과도한 자재의 사용 없이도 발전장치 주변 포장체(11)의 강도 및 내구성을 확보하고 전단파괴 및 피로파괴를 효율적으로 방지할 수 있으며, 이로써 해당 도로 및 발전장치의 성능 및 가용연한을 제고할 수 있다.Through the present invention, the inertial motion of the free end of the cantilever-type
또한, 도로에 매설되는 하우징(20)과 압전판(40)이 내장된 밀폐형 함체(31)인 승강모듈(30)을 분리하여 구성하되, 승강모듈(30)에 탄발력을 제공하는 스프링(22)과 승강모듈(30)의 이탈을 방지하는 스토퍼(24)를 현장에서 신속하고 간편하게 조립 및 해체할 수 있도록 구성함으로써, 전기장치인 승강모듈(30)의 작동간 수밀성을 확보하면서도, 승강모듈(30)과 하우징(20)의 용이한 분리 및 재설치가 가능하여 유지관리 편의성 또한 확보하였다.In addition, the
그 뿐 아니라, 하우징(20)의 도로 포장체(11) 매설시에는 하우징(20)의 상단 개구부에 밀봉판(50)을 결착하여, 포장체(11)의 타설 및 평탄화 작업시 하우징(20) 내부로 타설물을 비롯한 각종 이물질이 유입되는 것을 차단함으로써, 이후 승강모듈(30)의 결합작업시 별도의 이물질 제거 공정을 수행하지 않고도 발전장치 완성 후 승강모듈(30)의 안정적이고 원활한 작동이 가능하도록 하였다.
In addition, when the
도 1은 압전판의 발전방식 설명도
도 2는 종래의 도로 매설형 압전식 발전장치의 대표단면도
도 3은 본 발명의 설치상태 횡단 및 종단면도
도 4는 본 발명의 설치상태 사시도
도 5는 본 발명의 분해사시도
도 6은 본 발명의 부분절단 분해사시도
도 7은 본 발명의 발전방식 설명도
도 8은 본 발명의 시공과정 설명도
도 9는 본 발명의 밀봉판 결합상태 부분절단 사시도
도 10은 본 발명의 줄눈형 실시예 설치상태 종단면도
도 11은 본 발명의 줄눈형 실시예 설치상태 사시도
도 12는 본 발명의 줄눈형 실시예 부분절단 분해사시도
도 13은 본 발명의 줄눈형 실시예 승강모듈 분해사시도
도 14는 본 발명의 줄눈형 실시예 시공과정 설명도
도 15는 본 발명의 줄눈형 실시예의 줄눈기능 수행상태 설명도1 is an explanatory diagram of a power generation method of a piezoelectric plate
2 is a representative cross-sectional view of a conventional road buried piezoelectric power generation device
Figure 3 is a transverse cross-sectional view of the installation state of the present invention
4 is a perspective view of the installation state of the present invention
5 is an exploded perspective view of the present invention
6 is a partially exploded perspective view of the present invention
7 is a diagram illustrating the power generation method of the present invention.
8 is an explanatory diagram of the construction process of the present invention
9 is a partially cut perspective view of the sealing plate coupled state of the present invention
Figure 10 is a longitudinal cross-sectional view of the joint embodiment installation state of the present invention
11 is a perspective view of a joint embodiment installation state of the present invention
12 is an exploded perspective view of a partially cut joint embodiment of the present invention
Figure 13 is an exploded perspective view of the elevating embodiment of the present invention module
14 is an explanatory view of the construction process of the joint embodiment of the present invention
15 is an explanatory diagram of a joint function performance state of the joint embodiment of the present invention;
본 발명의 상세한 구성, 작용 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.Detailed configuration, operation and performance of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
우선 도 3은 본 발명의 설치상태 횡단 및 종단면도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 발전장치는 상부가 개방된 장방형 하우징(20)과 이 하우징(20)에 결합, 수납되는 승강모듈(30)로 구성된다.First, Figure 3 is a cross-sectional view and longitudinal cross-sectional view of the installation state of the present invention, as can be seen through the drawing, the power generation device of the present invention is coupled to the housing and the
하우징(20)의 높이는 포장체(11)의 두께와 일치하도록 형성되고, 하우징(20)의 저면이 후술할 평활층(12)에 접하도록 포장체(11)에 매설된다.The height of the
하우징(20)의 내부에는 하우징(20) 내부 형상과 일치하는 승강모듈(30)이 결합되고, 승강모듈(30) 하단과 하우징(20) 내부 저면 사이에는 스프링(22)이 설치되어 승강모듈(30)에 상방의 탄발력을 가하게 되며, 승강모듈(30) 내부에는 선단에 중량추(41)가 설치된 캔틸레버(cantilever)형 압전판(40)이 설치되어 승강모듈(30)이 승강함에 따라 중량추(41)의 관성력에 의하여 압전판(40)의 변형 및 진동이 발생되고, 이로 인하여 전력이 생산된다.An elevating
본 발명에 적용되는 압전판(40)은 앞서 설명한 바와 같이, 휨변형에 따라 교류전류를 발생할 뿐 아니라, 휨변형을 유발하는 진동이 소멸함에 따라 전류 또한 소멸되는 불규칙한 특성을 가지므로, 전원으로서 직접사용하기에는 무리가 있으며, 따라서 교류를 직류로 변환하고 파형을 평활화하는 정류과정 및 전력을 축전하는 과정을 거쳐 사용하게 되나, 이러한 정류 내지 축전을 수행하기 위한 구성은 개별 압전판(40)에 각각 설치하거나, 도로 내, 외부에 통합 처리 설비를 설치하는 등 다양한 형태의 구성이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.As described above, the
도 4는 본 발명의 발전장치 즉, 하우징(20) 및 승강모듈(30)이 도로에 설치된 상태를 예시한 것으로, 도시된 실시예에서는 차륜의 궤적상에 발전장치가 설치되었음을 알 수 있으며, 동 도면을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 다수의 발전장치를 종방향으로 연속 설치함으로써 발전량을 증가시킬 수도 있다.4 illustrates a state in which the power generation device, that is, the
도 5는 본 발명 발전장치의 분해사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 하우징(20)에 승강모듈(30)을 결합한 후 하우징(20) 상단에 스토퍼(24)를 체결함으로써, 스프링(22)의 탄발력으로 인하여 승강모듈(30)이 하우징(20)을 이탈하는 현상을 방지하며, 승강모듈(30)의 도로상 노출상태를 안정적으로 유지하게 된다.5 is an exploded perspective view of the power generation device of the present invention, as can be seen through the same figure, by coupling the
또한, 승강모듈(30)의 상단부는 완만한 호형(弧形)으로 성형함으로써, 차량 통과시 승강모듈(30) 및 하우징(20)에 가해지는 충격을 최소화하고 탑승자의 승차감도 확보할 수 있도록 한다.In addition, by forming the upper end of the elevating
도 6은 하우징(20)과 승강모듈(30)의 결합상태를 도시한 부분절단 사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 승강모듈(30)과 하우징(20) 사이에는 다수의 스프링(22)이 설치되되, 스프링(22)은 하우징(20)의 돌출관(23)과 승강모듈(30)의 돌출봉(33)을 축으로 설치되어 승강모듈(30)의 안정적인 승강운동이 가능하도록 하고 다수 스프링(22)의 탄발력이 균일하게 분포될 수 있도록 한다.FIG. 6 is a partially cutaway perspective view illustrating a coupling state between the
즉, 도 3의 타원내 확대부 및 도 6에서와 같이, 승강모듈(30)은 역 U자형 단면의 함체(31)와 함체(31) 하단부를 폐쇄하는 저판(32)으로 구성되는데, 저판(32) 하부에 다수의 돌출봉(33)을 형성하고, 하우징(20)의 내부 저면에는 상기 돌출봉(33)과 동수(同數), 동위치同位置)의 돌출관(23)을 형성하되, 돌출봉(33)의 외경과 돌출관(23)의 내경이 일치하도록 하여, 돌출봉(33)은 돌출관(23)에 삽입되고, 스프링(22)은 이들 돌출봉(33) 및 돌출관(23)에 동축 결합된 상태로 승강모듈(30)이 운동하도록 함으로써, 스프링(22) 탄발력의 균일한 분포 및 승강모듈(30)의 수직방향 운동을 보장할 수 있도록 한 것이다.That is, the ellipse enlarged portion of FIG. 3 and the elevating
도 7은 차륜하중이 작용함에 따라 승강모듈(30)이 운동하고, 압전판(40)이 진동하는 과정을 설명한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 일단 승강모듈(30) 상부로 차량이 통과하게 되면, 차륜하중에 의하여 승강모듈(30)이 스프링(22)의 탄발력을 극복하고 하강하는데, 이때 압전판(40) 선단의 중량추(41)에 작용하는 관성에 의하여 중량추(41)는 원래 위치를 고수하게 되므로 상대적으로 압전판(40)의 자유단을 상승시키는 외력이 작용하게 되며, 이후 차륜하중이 해제되고 승강모듈(30)이 스프링(22)의 탄발력에 의하여 급격하게 상승하면서 압전판(40)의 진동이 증폭되고, 승강모듈(30)이 정지한 후에도 압전판(40)의 진동이 일정 기간 반복되면서 전류가 발생된다.7 illustrates a process in which the elevating
한편, 도 8은 본 발명의 발전장치를 설치하는 과정을 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 본 발명의 시공과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.On the other hand, Figure 8 shows the process of installing the power generation apparatus of the present invention, the construction process of the present invention through the drawings in detail as follows.
우선, 발전장치 설치 지점에 평활층(12)을 형성하기 위하여 노반(13)에 요입부(凹入部)를 형성하게 되는데, 이때 요입부는 노반(13)을 부분 굴착하여 형성하는 것 보다 노반(13)을 추가 다짐하여 해당 지점을 함몰시키는 방식으로 형성하는 것이 지지력 측면에서 유리하다.First, in order to form the
이렇듯, 발전장치 설치 지점의 노반(13)을 추가 다짐하여 요입부를 형성하는 다짐단계(S11)가 완료되면, 다짐단계(S11)에서 형성된 노반(13) 요입부에 고결성 충전재를 타설하여 평활층(12)을 형성한 후 평활층(12) 상면 표고와 주변 노반(13) 표고가 일치하도록 평활층(12)을 평탄화하는 기반형성단계(S12)를 수행한다.As such, when the compacting step (S11) of further compacting the roadbed 13 of the power generation device installation point to form the recessed part is completed, the high-density filler is poured into the subbed indentation formed in the compacting step (S11) to smooth the layer. After forming (12), the base forming step S12 is performed to planarize the
기반형성단계(S12)에서 노반(13)의 요입부에 타설되는 고결성 충전재로는 시멘트풀(cement paste), 물유리(water glass) 또는 에폭시수지(epoxy resin) 등을 들 수 있으며, 평활층(12)의 타설, 평탄화 및 양생이 완료된 후 표면에 윤활제를 도포하여 상부 포장체(11) 및 하우징(20)에 활동성을 부여할 수도 있다.Cement paste, water glass, or epoxy resin, which is poured into the recess of the
평활층(12)이 완성되면 평활층(12)의 상부에 하우징(20)을 거치하는 거치단계(S21)를 수행하는데, 이때 하우징(20)의 상단 개구부에는 밀봉판(50)을 결합하여 하우징(20)을 밀봉함으로써, 이후의 포장체(11) 타설 및 표면 평탄화 작업시 하우징(20) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하게 된다.When the
하우징(20)과 결합되는 밀봉판(50)은 도 9에서와 같이, 하우징(20) 상단 개구부와 일치하는 형상으로 제작되어, 포장체(11) 타설 작업중 하우징(20)을 완전히 밀폐하게 되며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 밀봉판(50)의 저면에는 하우징(20) 측벽에 견고하게 밀착되는 밀착돌부(51)를 형성하여 밀폐성을 배가하게 된다.The sealing
하우징(20)의 거치가 완료되면, 하우징(20) 양측의 포장체(11)를 타설하고, 평탄화한 후 양생하는 포장체형성단계(S30)를 수행하며, 포장체(11)의 양생이 완료되면 하우징(20)에서 밀봉판(50)을 제거한 후 스프링(22) 및 승강모듈(30)을 결합한 후 하우징(20) 상단에 스토퍼(24)를 체결하는 승강모듈설치단계(S40)를 수행함으로써, 본 발명의 발전장치 설치가 완료된다.When the mounting of the
한편, 도 10 내지 도 15는 본 발명의 발전장치에 하우징(20) 양측 포장체(11)간 하중전달이 가능하도록 줄눈 기능을 부여한 실시예로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.On the other hand, Figures 10 to 15 is an embodiment in which a joint function is provided to the power generation device of the present invention so that the load transmission between the
우선 도 10은 본 발명의 줄눈형 실시예 설치상태 종단면도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 포장체(11) 두께와 일치하는 높이를 가지는 하우징(20) 양 측벽에 다웰바(dowel-bar)(21)가 수평으로 돌출 형성되어 포장체(11)에 매입(埋入)된다.First, Figure 10 is a longitudinal cross-sectional view of the joint embodiment of the present invention, as can be seen through the figure, dowel bar (dowel) on both side walls of the
다웰바(21)는 일종의 강제(鋼製) 환봉으로서, 하우징(20) 양측면의 다웰바(21) 중 적어도 하나의 다웰바(21) 외주면에는 매설전 역청재 또는 이형제 등의 윤활제를 도포하고 도포측 단부에는 활동공간을 형성하는 캡(cap)(28)을 결합하여 매설함으로써, 하우징(20) 양측 단위 포장체(11) 중 적어도 일측의 포장체(11)는 다웰바(21) 축방향의 미소(微少) 이동이 가능하며, 이로써 하우징(20) 양측 단위 포장체(11)의 수축 및 팽창 변형이 가능함과 동시에 다웰바(21)를 통한 포장체(11)와 하우징(20)간 및 인접 포장체(11)간 하중전달 또한 가능한 구조를 가진다.The
도 11은 본 발명의 줄눈형 실시예 즉, 다웰바(21) 형성 하우징(20) 및 승강모듈(30)이 도로에 설치된 상태를 예시한 것으로, 도시된 실시예에서는 차선당 2조의 발전장치가 설치되었음을 알 수 있으며, 도로의 폭 또는 설치 계획 차선 수에 따라 다수의 발전장치를 조합하여 설치할 수 있다.11 illustrates a joint embodiment of the present invention, that is, a state in which the
도 12는 줄눈형 실시예의 하우징(20)과 승강모듈(30)의 결합상태를 도시한 부분절단 사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 승강모듈(30)과 하우징(20) 사이에는 다수의 스프링(22)이 설치되되, 스프링(22)은 하우징(20)의 돌출관(23)과 승강모듈(30)의 돌출봉(33)을 축으로 설치되어 승강모듈(30)의 안정적인 승강운동이 가능하도록 하고 다수 스프링(22)의 탄발력이 균일하게 분포될 수 있도록 한다.12 is a partially cutaway perspective view illustrating a coupling state of the
또한, 줄눈형 실시예의 경우 줄눈기능을 수행하기 위한 유효 폭 확보를 위하여, 승강모듈(30)을 비롯한 발전장치의 폭이 상대적으로 커질 수 밖에 없으므로, 도 12의 타원내 확대부에서와 같이, 승강모듈(30) 함체(31)의 상단부에 후크(38)를 형성하여, 유지관리 작업시 승강모듈(30)을 하우징(20)으로부터 용이하게 분리할 수 있도록 하였다.In addition, in the case of the joint type embodiment, in order to secure an effective width for performing the joint function, since the width of the power generation device including the
도 13은 본 발명 줄눈형 실시예의 승강모듈(30)의 분해사시도로서, 함체(31)와 결합되는 저판(32)에는 다수의 캔틸레버형 압전판(40)이 수평으로 배열되어 설치되는데, 도시된 바와 같이, 인접한 캔틸레버형 압전판(40)의 고정단 및 자유단의 위치가 서로 반대가 되도록 교호(交互)로 설치함으로써, 무게중심이 편중되지 않도록 한다.13 is an exploded perspective view of the elevating
만일 전체 압전판(40)을 한쪽 방향에 설치할 경우 즉, 캔틸레버형 압전판(40)의 고정단 및 자유단이 모두 동일한 방향으로 구성될 경우, 승강모듈(30)의 무게중심이 압전판(40)의 고정단 쪽으로 편중될 수 밖에 없으며, 이러한 무게중심의 편중은 승강모듈(30)의 수평유지 및 원활한 승강운동을 방해하여 결국 압전판(40)의 진동 및 발전효율을 저하하게 된다.If the entire
도 14는 본 발명의 줄눈형 실시예를 설치하는 과정을 도시한 것으로, 동 도면 및 도 8을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 줄눈형 실시예에서는 전술한 거치단계(S21)대신 평활층(12) 상부에 하우징(20)을 거치하되 다웰바(21)에 윤활제를 도포하여 거치하는 도포거치단계(S22)를 수행한다.FIG. 14 illustrates a process of installing the joint embodiment of the present invention. As can be seen from the drawing and FIG. 8, in the joint embodiment, the smoothing
즉, 평활층(12)이 완성되면 평활층(12)의 상부에 윤활제가 도포된 하우징(20)을 거치하는 도포거치단계(S22)를 수행하는데, 하우징(20) 양 측면에 형성된 다웰바(21) 중 적어도 하나의 다웰바(21)에 역청재 또는 이형제 등의 윤활제를 도포하여, 하우징(20)이 포장체(11)의 활동성을 보장하고 하중을 전달하는 줄눈으로서의 역할을 겸비할 수 있도록 하며, 하우징(20)의 상단 개구부에는 밀봉판(50)을 결합하여 하우징(20)을 밀봉함으로써, 이후의 포장체(11) 타설 및 표면 평탄화 작업시 하우징(20) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하게 된다.That is, when the
이때, 윤활제가 도포되는 다웰바(21)의 선단에는 캡(28)을 결합하여 활동공간을 형성하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to form an active space by coupling the
도 15는 전술한 과정을 통하여 설치된 본 발명의 줄눈형 실시예가 포장체(11)의 수축 및 팽창변형에 따라 포장체(11)에 활동성을 부여하고 다웰바(21)를 통하여 하중을 전달하는 상태를 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 발전 기능외에도 도로 포장체(11)의 줄눈 기능을 동시에 수행함으로써, 주변 포장체(11)의 파괴를 방지하고 전체 발전장치 및 도로의 내구성을 제고함을 알 수 있다.15 is a state in which the joint embodiment of the present invention installed through the above-described process imparts activity to the
또한, 하우징(20) 하부에 형성된 견고하고 평활한 평활층(12)을 통하여 발전장치 직하부 노반(13)에 집중하중이 재하되는 현상을 방지하고, 발전장치 주변 단위 포장체(11)의 단부에 전단파괴가 발생되는 현상 또한 방지할 수 있다.
In addition, through the solid and smooth
11 : 포장체
12 : 평활층
13 : 노반
20 : 하우징
21 : 다웰바(dowel-bar)
22 : 스프링
23 : 돌출관
24 : 스토퍼(stopper)
28 : 캡
30 : 승강모듈
31 : 함체(函體)
32 : 저판
33 : 돌출봉
38 : 후크(hook)
40 : 압전판
41 : 중량추
50 : 밀봉판
51 : 밀착돌부
S11 : 다짐단계
S12 : 기반형성단계
S21 : 거치단계
S22 : 도포거치단계
S30 : 포장체형성단계
S40 : 승강모듈설치단계11: package
12: smooth layer
13: roadbed
20: housing
21: dowel-bar
22: spring
23: protruding pipe
24: stopper
28: cap
30: lifting module
31: enclosure
32: base plate
33: protrusion bar
38: hook
40: piezoelectric plate
41: weight
50: sealing plate
51: close contact
S11: Compaction step
S12: Foundation Formation Step
S21: mounting stage
S22: coating step
S30: package forming step
S40: lifting module installation step
Claims (5)
상부가 개방된 장방형 하우징(20) 내부에는, 선단에 중량추(41)가 설치된 캔틸레버형 압전판(40)이 내장된 밀폐형 함체(函體)인 승강모듈(30)이 결합되며, 승강모듈(30)의 상면은 포장체(11) 상측으로 노출되고, 승강모듈(30)과 하우징(20) 내부 저면 사이에는 스프링(22)이 설치되어 승강모듈(30)에 상방의 탄발력이 작용하되, 하우징(20) 상단부에는 스토퍼(24)가 형성되어 승강모듈(30)의 하우징(20) 이탈을 억제하며;
승강모듈(30)의 상면에 차륜하중(車輪荷重)이 작용하면 승강모듈(30)이 하강하고, 차륜하중이 해제되면 스프링(22)의 탄발력에 의하여 승강모듈(30)이 상승 복원되면서 승강모듈(30) 내부의 압전판(40)이 진동하여 전류가 발생됨을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치.
In the piezoelectric power generation apparatus which is embedded in the road pavement 11, the cantilever type piezoelectric plate 40 provided with a weight 41 at the front end is provided.
Inside the rectangular housing 20, the upper portion of which is opened, the lifting module 30, which is a hermetically sealed enclosure in which the cantilever-type piezoelectric plate 40, in which the weight 41 is installed, is incorporated, is coupled to the lifting module ( The upper surface of the 30 is exposed to the package 11, the spring 22 is installed between the elevating module 30 and the inner bottom of the housing 20, the upper elastic force acts on the elevating module 30, A stopper 24 is formed at the upper end of the housing 20 to suppress the detachment of the housing 20 of the elevating module 30;
When the wheel load acts on the upper surface of the elevating module 30, the elevating module 30 descends, and when the wheel load is released, the elevating module 30 is lifted up and restored by the elastic force of the spring 22. Piezoelectric power generation device for the road, characterized in that the electric current is generated by vibrating the piezoelectric plate 40 inside the module 30.
The dowel-bar 21 which is horizontally embedded in the pavement 11 is formed on both sidewalls of the housing 20, and protrudes from both sidewalls of the housing 20. At least one dowel bar (21) of the well bar (21) for the road piezoelectric generator characterized in that the lubricant is applied.
The method according to claim 1 or 2, inside the lifting module 30, a plurality of cantilever (cantilever) -type piezoelectric plate 40, which is installed at the tip of the weight (41) is installed horizontally arranged, adjacent cantilever-type piezoelectric plate (40) Piezoelectric generator for road, characterized in that alternately installed so that the position of the fixed end and the free end of the opposite).
발전장치 설치 지점의 노반(13)을 추가 다짐하여 요입부를 형성하는 다짐단계(S11)와;
다짐단계(S11)에서 형성된 노반(13) 요입부에 고결성 충전재를 타설하여 평활층(12)을 형성한 후 평활층(12) 상면 표고와 주변 노반(13) 표고가 일치하도록 평활층(12)을 평탄화하는 기반형성단계(S12)와;
평활층(12)의 상부에 하우징(20)을 거치하되, 하우징(20)의 상단 개구부에는 밀봉판(50)을 결합하여 하우징(20)을 밀봉하는 거치단계(S21)와;
하우징(20) 양측의 포장체(11)를 타설하고, 평탄화한 후 양생하는 포장체형성단계(S30)와;
포장체(11)의 양생이 완료되면 하우징(20)에서 밀봉판(50)을 제거한 후 스프링(22) 및 승강모듈(30)을 결합하고 하우징(20) 상단에 스토퍼(24)를 체결하는 승강모듈설치단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치 설치공법.
In the installation method of the piezoelectric power generation device for a road of claim 1,
A compaction step (S11) of further compacting the roadbed 13 of the generator installation point to form a recess;
After placing the high-density filler in the recessed part of the roadbed 13 formed in the compacting step S11 to form a smooth layer 12, the smooth layer 12 so that the elevation of the top surface of the smooth layer 12 and the elevation of the surrounding roadbed 13 coincide. A base forming step (S12) to planarize ();
Mounting the housing 20 on top of the smooth layer 12, the mounting step (S21) for sealing the housing 20 by coupling the sealing plate 50 to the upper opening of the housing 20;
A package forming step (S30) of pouring the package 11 on both sides of the housing 20, and then curing the package;
When curing of the package 11 is completed, the sealing plate 50 is removed from the housing 20, and then the spring 22 and the lifting module 30 are coupled to each other, and the lifter 24 fastens the stopper 24 to the upper end of the housing 20. Piezoelectric power generation method for a road, characterized in that the module installation step (S40).
발전장치 설치 지점의 노반(13)을 추가 다짐하여 요입부를 형성하는 다짐단계(S11)와;
다짐단계(S11)에서 형성된 노반(13) 요입부에 고결성 충전재를 타설하여 평활층(12)을 형성한 후 평활층(12) 상면 표고와 주변 노반(13) 표고가 일치하도록 평활층(12)을 평탄화하는 기반형성단계(S12)와;
평활층(12)의 상부에 하우징(20)을 거치하되, 하우징(20) 양 측면에 형성된 다웰바(21) 중 적어도 하나의 다웰바(21)에는 윤활제를 도포하고, 하우징(20)의 상단 개구부에는 밀봉판(50)을 결합하여 하우징(20)을 밀봉하는 도포거치단계(S22)와;
하우징(20) 양측의 포장체(11)를 타설하고, 평탄화한 후 양생하는 포장체형성단계(S30)와;
포장체(11)의 양생이 완료되면 하우징(20)에서 밀봉판(50)을 제거한 후 스프링(22) 및 승강모듈(30)을 결합하고 하우징(20) 상단에 스토퍼(24)를 체결하는 승강모듈설치단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치 설치공법.In the installation method of the piezoelectric power generator for a road of claim 2,
A compaction step (S11) of further compacting the roadbed 13 of the generator installation point to form a recess;
After placing the high-density filler in the recessed part of the roadbed 13 formed in the compacting step S11 to form a smooth layer 12, the smooth layer 12 so that the elevation of the top surface of the smooth layer 12 and the elevation of the surrounding roadbed 13 coincide. A base forming step (S12) to planarize ();
The housing 20 is mounted on the top of the smooth layer 12, and at least one of the dowel bars 21 formed on both sides of the housing 20 is coated with a lubricant, and an upper end of the housing 20 is provided. A coating step (S22) for sealing the housing 20 by coupling the sealing plate 50 to the opening;
A package forming step (S30) of pouring the package 11 on both sides of the housing 20, and then curing the package;
When curing of the package 11 is completed, the sealing plate 50 is removed from the housing 20, and then the spring 22 and the lifting module 30 are coupled to each other, and the lifter 24 fastens the stopper 24 to the upper end of the housing 20. Piezoelectric power generation method for a road, characterized in that the module installation step (S40).
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KR1020110052233A KR101080162B1 (en) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Piezoelectric generator for road and its construction method |
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