KR101225670B1 - 버스승강장 - Google Patents

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KR101225670B1
KR101225670B1 KR1020120058514A KR20120058514A KR101225670B1 KR 101225670 B1 KR101225670 B1 KR 101225670B1 KR 1020120058514 A KR1020120058514 A KR 1020120058514A KR 20120058514 A KR20120058514 A KR 20120058514A KR 101225670 B1 KR101225670 B1 KR 101225670B1
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KR1020120058514A
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김하식
조민태
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(주)에이스파워텍
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    • E04H1/00—Buildings or groups of buildings for dwelling or office purposes; General layout, e.g. modular co-ordination or staggered storeys
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    • E04H1/1205—Small buildings erected in the open air
    • E04H1/1211—Waiting shelters for bus stops
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Abstract

본 발명은, 버스승강장 프레임; 상기 버스승강장 프레임에 구비되고 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양광발전유닛; 및 상기 버스승강장 프레임의 상측에 수직하게 배치된 회전축부와, 상기 회전축부를 중심으로 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 수직블레이드들과, 상기 각각의 수직블레이드와 상기 회전축부를 서로 연결하는 연결부재와, 상기 회전축부로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기부와, 상기 수직블레이드들의 외측 원주방향을 따라 이격되게 배치되어 바람이 상기 수직블레이드로 집중되도록 가이드하는 복수개의 가이드유닛을 포함하는 풍력발전유닛을 포함하는 버스승강장을 제공한다.
따라서 태양광에너지를 이용한 태양광 발전유닛과, 풍력에너지를 이용한 풍력발전유닛을 구비하여 이들로부터 충분한 전기에너지를 생산할 수 있으며, 풍력발전유닛의 에너지효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 구성이 간단하여 버스승강장에 설치가 용이하고, 유지보수가 용이하다.

Description

버스승강장 {Bus station}
본 발명은 버스승강장에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 에너지 및 풍력 에너지를 이용하여 자가 전기를 생산할 수 있는 버스승강장에 관한 것이다.
일반적으로 버스승강장은 조명장치나 버스운행정보를 승객에게 알려주기 위한 전광판 등 전력이 공급되어야 할 부분이 많은 만큼 전력수급 또한 중요하다. 특히, 버스승강장이 외진 곳이나 전력공급이 어려운 지역에 설치되는 경우에는 이러한 전력을 공급하기 위하여 전력선을 연장하는 등의 방법이 이용되고 있지만 사실상 전원이 원활히 공급되지 않는 경우가 많았다.
이에, 종래에는 자체적으로 전기를 생산하여 필요한 전력을 공급받을 수 있는 버스승강장이 개발되고 있는데, 그 예로 대한민국 등록특허 제1034772호의 태양광전지판을 구비한 일체형 간이버스승강장은, 승강장과, 상기 승강장의 상부면에 위치하는 몸체부와, 상기 몸체부의 상측에 구비되는 태양광전지판과, 브라켓과, 제어장치부와, 알림판과, 시계를 포함하는 구성이 개시된 바 있다.
그런데, 상기한 태양광 에너지를 이용한 종래의 버스승강장은, 날씨변화에 따라 영향을 크게 받으며, 또한 전형적인 대한민국의 기후특성상 일평균 4시간 이상의 발전이 어려워 실제로 생산되는 전기는 버스승강장을 자체적으로 운영하기에는 턱없이 부족한 문제점이 있었다.
본 발명은, 태양광에너지를 이용한 태양광 발전유닛과, 풍력에너지를 이용한 풍력발전유닛을 구비하여 이들로부터 충분한 전기에너지를 생산하고, 에너지효율을 극대화시킬 수 있는 버스승강장을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 버스승강장 프레임; 상기 버스승강장 프레임에 구비되고 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양광발전유닛; 및 상기 버스승강장 프레임의 상측에 수직하게 배치된 회전축부와, 상기 회전축부를 중심으로 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 수직블레이드들과, 상기 각각의 수직블레이드와 상기 회전축부를 서로 연결하는 연결부재와, 상기 회전축부로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기부와, 상기 수직블레이드들의 외측 원주방향을 따라 이격되게 배치되어 바람이 상기 수직블레이드로 집중되도록 가이드하는 복수개의 가이드유닛을 포함하는 풍력발전유닛을 포함하는 버스승강장을 제공한다.
여기서, 상기 가이드유닛은, 상기 수직블레이드의 외측에 서로 대향되게 이격 배치되되, 상기 수직블레이드 방향으로 갈수록 이격거리가 좁아지도록 경사지게 배치되어 상기 수직블레이드로 바람을 집중되게 유도하는 한 쌍의 수직가이드판을 포함한다. 또한, 상기 한 쌍의 수직가이드판은, 상기 회전축부를 향하여 경사지게 배치되며, 상기 한 쌍의 수직가이드판이 이루는 경사각도는 50° 내지 60°의 경사각도를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 한 쌍의 수직가이드판의 길이는, 상기 수직블레이드 길이의 60% 내지 75%로 하는 것이 좋다.
한편, 상기 가이드유닛은, 상기 한 쌍의 수직가이드판을 서로 연결하는 연결판부를 더 포함하고, 상기 연결판부는, 수평방향으로 배치되어 양단부가 상기 한 쌍의 가이드판의 내측면에 각각 결합하고, 수직한 방향을 따라 이격되게 배열되는 복수개의 연결판으로 될 수 있다. 이때 상기 수직블레이드는, 3개로 이루어져 상기 회전축부를 중심으로 원주방향을 따라 등 간격으로 이격 배치되고, 상기 가이드유닛은, 4개로 이루어져 상기 수직블레이드의 외측에 원주방향을 따라 등 간격으로 이격 배치되는 것이 바람직하며, 상기 풍력발전유닛은 링형상으로 상기 복수개의 가이드유닛들을 서로 연결하는 지지부재를 더 포함한다.
본 발명에 따른 버스승강장은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 태양광에너지를 이용한 태양광 발전유닛과, 풍력에너지를 이용한 풍력발전유닛을 구비하여 이들로부터 충분한 전기에너지를 생산할 수 있다.
둘째, 풍력발전유닛의 에너지효율을 극대화시킬 수 있다.
셋째, 구성이 간단하여 버스승강장에 설치가 용이하고, 유지보수가 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 버스승강장의 정면도이다.
도 2는 도 1의 버스승강장의 사시도이다.
도 3은 도 1의 풍력발전유닛을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 버스승강장의 평면도이다.
도 5는 도 3의 수직가이드판의 경사 각도를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 3의 가이드유닛의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 7 내지 도 13은 도 3의 가이드유닛의 다양한 실시모델들을 나타내는 평면도이다.
도 14는 도 3의 가이드유닛으로 인한 출력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15 내지 도 18은 도 1의 풍력발전유닛의 해석결과를 나타내는 도면이다.
도 19a 내지 도 21b는 도 3의 가이드유닛의 수직가이프판의 다양한 실시예를 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 22는 도 19a 내지 도 21b의 풍력발전유닛의 출력을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 버스승강장의 정면도이고, 도 2는 도 1의 버스승강장의 사시도이며, 도 3은 도 1의 풍력발전유닛을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 4는 도 1의 버스승강장의 평면도이며, 도 5는 도 3의 수직가이드판의 경사 각도를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 3의 가이드유닛의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 7 내지 도 13은 도 3의 가이드유닛의 다양한 실시모델들을 나타내는 평면도이고, 도 14는 도 3의 가이드유닛으로 인한 출력 변화를 나타내는 그래프이며, 도 15 내지 도 18은 도 1의 풍력발전유닛의 해석결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 19a 내지 도 21b는 도 3의 가이드유닛의 수직가이프판의 다양한 실시예를 나타내는 사시도 및 평면도이며, 도 22는 도 19a 내지 도 21b의 풍력발전유닛의 출력을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 버스승강장(400)은, 버스승강장 프레임(100)과, 태양광발전유닛(200)과, 풍력발전유닛(300)을 포함한다.
상기 버스승강장 프레임(100)은, 승객이 버스의 승하강을 할 수 있는 곳으로서, 부스(Booth)형태로 이루어져 승객이 기다릴 수 있는 공간과 지붕을 형성하고 있다.
상기 태양광발전유닛(200)은, 태양광으로부터 전기를 생산하는 것으로, 상기 버스승강장 프레임(100)의 상측 지붕에 구비되는 태양열 집광판(210)을 비롯하여 도시하지 않았지만 발전유닛, 축전기 등 공지의 태양광발전유닛의 구성을 포함한다. 여기서, 상기 태양열 집광판(210)은 태양의 위치 등에 대응하기 위하여 경사지게 배치될 수 있으며 이러한 경사도 또한 조절할 수 있도록 되어 있다. 한편, 상기 태양광발전유닛(200)에 대한 세부적인 구성은 공지의 태양집열판을 이용한 태양발전기와 그 구성이 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 풍력발전유닛(300)은, 바람을 이용하여 전기를 생각하는 것으로, 회전축부(310)와, 수직블레이드(320)들과, 연결부재(330)와, 발전기부(340)와, 가이드유닛(350)을 포함한다.
상기 회전축부(310)는, 상기 버스승강장 프레임(100)의 상측에 회전가능하게 결합하며, 상기 버스승강장 프레임(100)에 대하여 수직하게 배치되어 있다.
상기 수직블레이드(320)들은, 복수개로 상기 버스승강장 프레임(100)에 대하여 수직하게 배치되어 있으며, 상기 회전축부(310)를 중심으로 원주방향을 따라 이격되게 배치되어 있다.
상기 연결부재(330)는, 상기 각각의 수직블레이드(320)와 상기 회전축부(310)를 서로 연결하여, 바람에 의하여 상기 수직블레이드(320)가 회전하는 것과 연동하여 상기 회전축부(310)도 회전하게 한다. 한편 도면에서, 상기 연결부재(330)는 한 쌍의 프레임으로 이루어져 일단부는 상기 수직블레이드(320)의 상측 및 하측에 각각 결합하고 타단부는 상기 회전축부(310)의 상측에 결합하는 구조를 갖고 있다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로 상기 연결부재(330)는 상기 수직블레이드(320)와 상기 회전축부(310)를 연결할 수 있는 구조라면 다양한 실시예가 가능하다.
상기 발전기부(340)는, 상기 회전축부(310)와 연결되어 상기 회전축부(310)로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 역할을 하며, 이는 공지의 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전기와 그 구성이 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 가이드유닛(350)은, 상기 수직블레이드(320)들의 외측에 이격되게 배치되어 바람이 상기 수직블레이드(320)들로 집중되도록 가이드하여 상기 풍력발전유닛(300)의 출력을 향상시키는 역할을 한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 살펴보면, 상기 가이드유닛(350)은 상기 수직블레이드(320)들의 외측 원주방향을 따라 이격되게 배치되며, 한 쌍의 수직가이드판(352)으로 되어 있다. 상세하게 상기 수직가이드판(352)은, 한 쌍으로 이루어져 상기 수직블레이드(320)의 외측에 서로 대향되게 이격 배치되며, 상기 수직블레이드(320)로 바람을 집중되게 유도하고 유입되는 바람의 유속이 증가되도록 상기 수직블레이드(320) 방향으로 갈수록 서로의 이격거리가 좁아지도록 경사지게 배치되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)은, 중심측의 상기 회전축부(310)를 향하여 경사지게 배치되되, 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)이 이루는 경사각도(θ1)는 50° 내지 60°의 경사각을 갖는것이 바람직하며, 각 수직가이드판(352)이 이루는 각도(θ2)는 25° 내지 30°의 경사각 바람직하게는 26°의 경사각을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)은, 상기 수직블레이드(320)의 길이(높이)에 대하여 발전효율을 높이기 위한 최적의 설정된 길이를 갖는 것이 바람직하다. 이에 대하여 살펴보면, 상기 수직가이드판(352)의 길이는, 상기 수직블레이드(320) 길이(1600mm)의 60%(1000mmm) 내지 75%(1200mm)로 하는 것이 바람직하다. 이러한, 이유는 상기 수직가이드판(352)의 길이가 상기 수직블레이드(320) 길이의 60% 미만인 경우 상기 수직블레이드(320)로의 바람 집중도가 낮아져 원하는 효과를 얻을 수 없고, 반면 상기 수직가이드판(352)의 길이가 상기 수직블레이드(320) 길이의 75%를 초과할 경우에는 오히려 바람의 유동에 있어서 간섭 등의 영향으로 효율이 저하되기 때문이다.
또한, 상기 수직블레이드(320)와 상기 수직가이드판(352)의 이격 거리는 상기 버스승강장 프레임의 상측 폭 1800mm를 기준으로 최소 190mm 상기 버스승강장 프레임의 상측 촉 2000mm를 기준으로 최고 360mm를 갖는 것이 바람직하다. (확인 부탁드립니다)
나아가, 상기 가이드유닛(350)은, 양단부가 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)의 내측면에 각각 결합하여 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)을 서로 연결하는 연결판부(354)를 더 포함한다. 상기 연결판부(354)는, 플레이트형상으로 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)의 내측으로 유동하는 바람에 대하여 유동저항이 적도록 수평방향으로 배치된다.
상기 연결판부(354)는, 상기 수직가이드판(352)의 길이와 풍력발전유닛(300)의 설계에 따라 하나 또는 복수개로 다양하게 구비할 수 있다. 가령, 상기 연결판부(354)는, 하나만 구비할 경우 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)의 길이방향의 중앙에 구비되고, 복수개를 구비할 경우 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 한 쌍의 수직가이드판(352)에 대하여 수직한 방향을 따라 이격되게 배열된다.
부가하여, 상기 풍력발전유닛(300)은, 상기 복수개의 가이드유닛(350)들을 서로 연결하는 지지부재(356;도 4참조)를 더 포함한다. 상기 지지부재(356)는 링형상으로 내측으로 상기 수직블레이드(320)들이 위치하고 외측 원주상으로 상기 가이드유닛(350)들을 서로 연결하여, 상기 가이드유닛(350)들을 설정된 위치에 고정시키고 지지할 뿐만 아니라 상기 수직블레이드(320)가 이탈할 경우에 따른 안전사고를 예방하는 역할을 한다.
한편, 상기 풍력발전유닛(300)은, 일반적인 버스승강장 프레임(100) 규격에 대하여 상기 수직블레이드(320)는 3개로 이루어져 상기 회전축부(310)를 중심으로 원주방향을 따라 등 간격으로 이격 배치되고, 상기 가이드유닛(350)은 4개로 이루어져 상기 수직블레이드(320)의 외측에 원주방향을 따라 등 간격으로 이격 배치되는 것이 바람직하다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로 상기 풍력발전유닛(300)은 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.
이하, 상기 풍력발전유닛(300)의 다양한 모델들과 이에 대한 해석결과를 살펴보기로 한다.
우선, 상기 풍력발전유닛(300)의 다양한 해석모델을 설명함에 앞서, 경계조건에 대하여 살펴보면, 풍속은 12m/s, 회전속도는 각각 240rpm, 260rpm, 280rpm, 300rpm, 320rpm, 수직블레이드(320)의 높이를 1200mm로 하였다. 이중 표 1은 상기한 조건 중 풍속 12m/s, 280rpm의 조건에서의 해석결과표이다.
표 1에서, 실시예 1은 상기 가이드유닛(350)을 구비하지 않고 상기 수직블레이드(320)들만 구비한 경우의 실시예이고, 실시예 2 내지 실시예 8은 도 7 내지 도 13의 각 모델에 따른 실시예이다. 여기서, 솔리디티(Solidity)는 프로펠러의 임의의 반지름 위치에서 프로펠러 원판둘레에 대해 날개가 차지하는 길이의 비를 나타낸다.
솔리디티(Solidity) Cp
(발전기의 전력계수)		 토오크
(N·m)		 블레이드 발전량
(W)		 실제 발전량
(W)		 증가율
(%)
실시예1 0.191 0.248375 12.71 373 302 -
실시예2 0.191 0.259905 13.3 390 316 4.6
실시예3 0.191 0.205188 10.5 308 250 -17.4
실시예4 0.191 0.263813 13.5 396 321 6.2
실시예5 0.191 0.158288 8.1 238 193 -37.1
실시예6 0.191 0.244272 9.8 287 233 -22.9
실시예7 0.191 0.257169 13.16 386 313 3.5
실시예8 0.191 0.296 15.17 445 360 19.3
상기한 바에 따르면, 상기 가이드유닛(350)을 설치한 경우 대부분 발전량이 증가함을 알 수 있으며, 실시예 8가 가장 블레이드 발전량이 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 풍력발전유닛(300)은 가이드유닛(350)을 설치하였을 때 전체적으로 출력계수가 증가함을 알 수 있으며, 이는 도 14의 그래프에서 확인할 수 있다. 한편, 도 15 내지 도 18은 도 1의 풍력발전유닛(300)의 해석결과를 나타내는 도면으로, 상기 풍력발전유닛(300)의 각 부분의 유체속도와 압력을 나타낸다.
다음으로, 도 19a 내지 도 21b를 참조하여 상기 풍력발전유닛(300)에서 상기 수직블레이드(320)와 상기 가이드유닛(350)과의 이격 거리와 가이드유닛(350)의 수직가이드판(352) 끼리의 너비에 따른 상기 풍력발전유닛(300)의 출력 등을 알아보기로 한다. 도 19a 및 도 19b는 가이드유닛(350)에 있어서 연결판부(354)를 복수개를 수직한 방향으로 이격되게 배치한 경우이고, 도 20a 및 도 20b는 도 19a 및 도 19b와 비교하여 상기 가이드유닛(350)과 상기 수직블레이드(320)와의 이격 거리를 좁힌 경우이고, 도 21a 및 도 21b는 도 19a 및 도 19b와 비교하여 가이드유닛(350)의 체적면적의 75%정도 축소시킨 경우이다.
이에, 도 22를 참조하여 이들 모델들에 따른 해석결과를 살펴보면, 모델1을 기준으로 모델2는 모델1에 비하여 최대 14.5%의 성능향상을 가져올 것으로 예측되며, 모델3은 수직가이드판(352)의 최외각 반경 축소와 더불어 수직블레이드(320)와의 간격으로 인한 압력 저항으로 모델1과 유사한 성능을 가져올 것으로 예측된다. 반면, 모델4는 모델 2와 비교하여 수직가이드판(352)끼리 이루는 너비 또는 체적이 75%임에도 불구하고 최대 10%의 성능향상을 가져올 것으로 예측되었다. 한편, 도 22에서 모델1은 가이드유닛(350)을 구비하지 않은 경우이고, 모델2는 도 19a, 모델3은 도 20a, 모델4는 도 21a의 실시예를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 상기 버스승강장(400)은 태양광발전유닛(200)과 풍력발전유닛(300)을 구비하여 태양에너지뿐만 아니라 풍력에너지를 복합적으로 발전하여 전기를 생산함으로써 버스승강장(400)의 운영을 위한 충분한 전기에너지를 생산할 수 있으며, 풍력발전유닛(300)에 가이드유닛(350)을 더 구비하여 풍력발전유닛(300)의 에너지효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100... 버스승강장 프레임 200... 태양광 발전유닛
300... 풍력발전유닛 310... 회전축부
320... 수직블레이드 330... 연결부재
350... 가이드유닛 352... 수직가이드판
354... 연결판 356... 지지부재
400... 버스승강장

Claims (7)

  1. 버스승강장 프레임;
    상기 버스승강장 프레임에 구비되고 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양광발전유닛; 및
    상기 버스승강장 프레임의 상측에 수직하게 배치된 회전축부와, 상기 회전축부를 중심으로 원주방향을 따라 이격되게 배치된 복수개의 수직블레이드들과, 상기 각각의 수직블레이드와 상기 회전축부를 서로 연결하는 연결부재와, 상기 회전축부로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기부와, 상기 수직블레이드들의 외측 원주방향을 따라 이격되게 배치되어 바람이 상기 수직블레이드로 집중되도록 가이드하는 복수개의 가이드유닛을 포함하는 풍력발전유닛을 포함하고,
    상기 가이드유닛은, 상기 수직블레이드의 외측에 서로 대향되게 이격 배치되되, 상기 수직블레이드 방향으로 갈수록 이격거리가 좁아지도록 경사지게 배치되어 상기 수직블레이드로 바람을 집중되게 유도하는 한 쌍의 수직가이드판을 포함하는 버스승강장.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 수직가이드판은, 상기 회전축부를 향하여 경사지게 배치되며,
    상기 한 쌍의 수직가이드판이 이루는 경사각도는 50° 내지 60°의 경사각도를 갖는 버스승강장.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 수직가이드판의 길이는,
    상기 수직블레이드 길이의 60% 내지 75%인 버스승강장.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드유닛은,
    상기 한 쌍의 수직가이드판을 서로 연결하는 연결판부를 더 포함하고,
    상기 연결판부는,
    수평방향으로 배치되어 양단부가 상기 한 쌍의 가이드판의 내측면에 각각 결합하고, 수직한 방향을 따라 이격되게 배열되는 복수개의 연결판인 버스승강장.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직블레이드는, 3개로 이루어져 상기 회전축부를 중심으로 원주방향을 따라 등 간격으로 이격 배치되고,
    상기 가이드유닛은, 4개로 이루어져 상기 수직블레이드의 외측에 원주방향을 따라 등 간격으로 이격 배치되는 버스승강장.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 풍력발전유닛은,
    링형상으로 상기 복수개의 가이드유닛들을 서로 연결하는 지지부재를 더 포함하는 버스승강장.
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CN108182890A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 五河县智凯环保科技有限公司 一种可利用太阳能净化雾霾的公交车站牌

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