KR101530216B1 - 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치 - Google Patents

철도차량의 진동을 이용한 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량이 주행 중에 발생하는 전후, 좌우, 상하 진동 중에서 상하 진동을 안정적으로 회전운동으로 변화시켜 발전기를 통하여 전기를 생산하여, 에너지를 재활용할 수 있는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철도차량의 대차에 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 내부에 회전가능하게 구비되는 회전차와, 상기 회전차의 회전력에 의해 회전하는 발전기와, 상기 회전차를 회전시키는 피스톤과, 상기 피스톤을 승하강 시키는 피스톤 로드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량의 진동을 이용한 발전 장치{power generation device by vibration of railway vehicle}
본 발명은 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량이 주행 중에 발생하는 전후, 좌우, 상하 진동 중에서 상하 진동을 안정적으로 회전운동으로 변화시켜 발전기를 통하여 전기를 생산하여, 에너지를 재활용할 수 있는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차, 기차, 오토바이, 선박 등의 수송수단은 휘발유나 디젤 또는 엘피가스 등 화석연료를 소모하여 동력을 발생시키게 되는데, 이러한 화석연료를 사용할 경우 유해가스가 다량 발생하여 환경오염을 야기할 뿐만 아니라, 화석연료의 고갈로 에너지 위기의 문제가 발생한다.
따라서, 최근 들어 공해를 유발하지 않는 환경 친화적인 전기자동차 등 전기에너지를 수송수단의 동력원으로 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
여기서, 전기에너지를 동력원으로 하는 철도차량의 경우 별도로 구비되는 가선으로부터 전기를 공급받아 동력원으로 사용하게 되고, 전기 자동차 등 전기에너지를 동력원으로 이용하는 수송수단은 전기에너지를 축전지에 충전하여 축전지로부터 전기에너지를 공급받아 수송수단을 구동시키게 되며, 충전된 전기에너지가 소모되면 운행하기 위하여 축전지를 재충전시키게 된다.
그런데, 이러한 철도차량이나 전기자동차를 수송수단로 사용하기 위해서는 상당한 전기에너지가 소요되는데, 철도차량이나 전기자동차가 선로 또는 도로를 따라 주행하는 경우 필연적으로 진동이 발생하게 되며, 이러한 진동은 철도차량이나 전기자동차에 탑승한 승객들에게 불편함을 느끼게 할 뿐만 아니라, 상당한 에너지의 손실을 가져오게 된다.
그래서, 이러한 의미없이 소실되는 진동에 의한 에너지를 재활용하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 한국공개특허공보 제10-2005-0018449호에 기재된 기술이 제안되었는데, 그 기술적 특징은 자동차가 주행할 때 노면의 상태에 따라 차륜과 차축의 상하 왕복운동의 동력을 전달받을 U자형 렉기어(39)에 내 측으로 기어가 형성되어 2개의 피니언 기어(22)가 렉기어(39)에 양쪽으로 각각 결합되고, 2개의 피니언 기어(22)의 내부에는 일 방향 베어링이 우회전 좌회전 식으로 서로 역 방향으로 내장되어있고, 피니언 기어(22)의 중심은 일치되어 중심에 샤프트 축(35)이 축 결합되어 축(35)의 한쪽 또는 양쪽에 태엽(48) 중심의 끝과 고정되어 상기의 축(35)이 회전하며 태엽(48)을 감아주며 축(35)의 역회전을 방지하기 위하여 기기의 태엽(48)의 외부 끝에 형성된 링 기어(24)와 연결된 회전 풀리(26)가 구비되고, 상기 풀리(26)는, 피니언 기어(22)의 축(35)에 베어링으로 결합되어 태엽(48)의 단부에 구비되는 링기어(24)에 의해 회전하여 발전기(28)를 구동하여 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허공보 제10-2005-0018449호에 기재된 기술은 차량이 주행할 때 발생하는 진동을 이용하여 발전하도록 하여, 의미없이 소실되는 진동에 의한 에너지를 재활용할 수 있는 장점은 있으나, 그 구조가 복잡하며, 차축과 연결되는 렉기어(39)와 차체에 결합되는 피니언기어(22)는 기어가 맞물리도록 결합되므로, 차축의 진동이 상하뿐만 아니라 전후 좌우로 발생하기 때문에 이러한 진동에 의해 렉기어(39)와 피니언기어(22) 사이의 접촉력이 좋지 않게 되며, 그에 따라 기어 이빨이 쉽게 파손될 수 있어, 안정적인 발전을 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부에 회전차가 구비되는 몸체와 상기 몸체의 하부와 상부에 각각 제1,2실린더부를 형성하고, 내부에 제1,2피스톤을 설치하여, 상기 제1,2실린더를 작동시키는 실린더 로드를 대차의 상부에 위치하는 차체와 대차의 하부에 위치하는 차축에 각각 연결하여, 차량이 주행시에 발생하는 진동을 통하여 제1,2피스톤을 작동하도록 함으로써, 몸체 내부의 회전차를 회전시켜 발전하도록 하여, 전후 좌우로 진동이 발생하더라도 상하진동을 안정적으로 회전차의 회전력으로 변환시킬 수 있는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 몸체의 내측에 구비되는 회전차의 일측에는 제1이동로를 형성하고, 타측에는 제2이동로를 형성하며, 제1,2이동로의 상단과 하단을 연결하도록 연결로를 형성하되, 상기 제1,2이동로의 상단과 하단에 각각 내부에 구비되는 유체가 일방향으로만 이동하게 하는 체크밸브를 구비함으로써, 차체와 차축에 연결되는 피스톤 로드가 각각 작용하더라도 안정적으로 유체가 회전하도록 하여, 회전차를 회전시킬 수 있는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
철도차량의 대차에 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 내부에 회전가능하게 구비되는 회전차와, 상기 회전차의 회전력에 의해 회전하는 발전기와, 상기 회전차를 회전시키는 피스톤과, 상기 승하강 시키는 피스톤 로드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 몸체의 내부에는 내부 몸체가 구비되고, 상기 내부 몸체의 중심부에는 상기 회전차가 설치되는 회전차 설치부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 내부 몸체의 양측에는 몸체의 내부에 구비되는 유체가 이동할 수 있는 제1이동로와 제2이동로가 각각 형성되되, 상기 회전차의 가장자리에 형성되는 날개가 상기 제1,2이동로로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1,2이동로의 상단과 하단은 연결로에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1이동로와 제2이동로에는 각각 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 몸체의 상부, 하부 중 어느 일측, 또는 양측에는 상기 피스톤이 삽입되는 실린더가 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 피스톤 로드의 단부는 차체와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피스톤 로드의 단부는 차축과 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 피스톤 로드의 단부는 차체 및 차축과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 내부에 회전차가 구비되는 몸체와 상기 몸체의 하부와 상부에 각각 제1,2실린더부를 형성하고, 내부에 제1,2피스톤을 설치하여, 상기 제1,2실린더를 작동시키는 실린더 로드를 대차의 상부에 위치하는 차체와 대차의 하부에 위치하는 차축에 각각 연결하여, 차량이 주행시에 발생하는 진동을 통하여 제1,2피스톤을 작동하도록 함으로써, 몸체 내부의 회전차를 회전시켜 발전하도록 하여, 전후 좌우로 진동이 발생하더라도 상하진동을 안정적으로 회전차의 회전력으로 변환시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 몸체의 내측에 구비되는 회전차의 일측에는 제1이동로를 형성하고, 타측에는 제2이동로를 형성하며, 제1,2이동로의 상단과 하단을 연결하도록 연결로를 형성하되, 상기 제1,2이동로의 상단과 하단에 각각 내부에 구비되는 유체가 일방향으로만 이동하게 하는 체크밸브를 구비함으로써, 차체와 차축에 연결되는 피스톤 로드가 각각 작용하더라도 안정적으로 유체가 회전하도록 하여, 회전차를 회전시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 진동을 이용한 발전장치의 사시도이다.
도 2는 종래의 진동을 이용한 발전장치의 측면도이다.
도 3은 일반적인 철도차량이 주행시에 발생하는 상하 진동을 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치가 설치된 철도 차량의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 3은 일반적인 철도차량이 주행시에 발생하는 상하 진동을 보여주는 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치가 설치된 철도 차량의 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치의 단면도이다.
본 발명은 철도차량이 주행할 때 발생하는 상하 진동을 이용하여 발전하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것으로 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 그 구성은 철도차량의 대차(200)에 설치되는 몸체(100)와 상기 몸체(100)의 내부에 회전가능하게 구비되는 회전차(150)와 상기 회전차(150)의 회전력에 의해 회전하는 발전기(미도시)와 상기 회전차(150)를 회전시키기 위한 피스톤(162,172)과 철도차량의 주행 시에 발생하는 상하 진동을 상기 피스톤(162,172)으로 전달하는 피스톤 로드(164,174)로 이루어진다.
여기서, 상기 회전차(150)는 중심부에 회전축(154)이 구비되고, 상기 발전기는 회전축(150)과 연결되어, 회전차(150)의 회전력을 전달받아 발전하게 되는데, 상기 발전기는 몸체(100)의 내측에 구비될 수도 있고, 몸체(100)의 외측에 별도로 구비될 수도 있다.
그리고, 상기 발전기는 회전차(150)의 회전축(154)과 직접 연결될 수도 있고, 다양한 기어(미도시)의 조합으로 연결될 수도 있으며, 이러한 연결 구성은 당업자에게는 자명한 사항이므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.
한편, 상기 몸체(100)의 내부에는 내부 몸체(110)가 구비되는데, 상기 내부 몸체(110)의 내측에는 상기 회전차(150)가 회전가능하게 설치되는 회전차 설치부(112)가 형성된다.
이때, 상기 내부 몸체(110)는 도면에는 육면체 형상으로 도시되었으나, 그 형상은 내부에 회전차(150)가 회전할 수 있는 회전차 설치부(112)가 형성될 수만 있으면 대차(100) 설치하기 위한 몸체(100)의 형상에 따라 그 형상은 자유롭게 형성할 수 있다.
그리고, 상기 몸체(100)의 내부에 형성되는 내부 몸체(110)의 일측에는 상하로 유체가 이동할 수 있는 제1이동로(120)가 형성되고, 내부 몸체(110)의 타측에는 상하로 유체가 이동할 수 있는 제2이동로(120)가 형성되게 된다.
여기서, 상기 회전차(150)는 중심부에 회전축(154)이 구비되어 회전가능하게 설치되며, 회전차(150)의 가장자리에는 날개(152)가 방사형상으로 형성되게 되는데, 상기 내부 몸체(110)의 양측에 형성되는 제1이동로(120)와 제2이동로(130)와 회전차 설치부(112)는 연통되게 형성되어 회전차(150)의 날개(152)가 상기 제1,2이동로(120,130)로 돌출되게 된다.
따라서, 상기 제1이동로(120)와 제2이동로(130)를 따라 유체가 이동하게 되면, 유체는 상기 회전차(150)의 날개(152)를 이동시키게 되어, 회전차(150)가 회전하게 되며, 회전차(150)의 회전력이 발전기에 전달되어 발전기가 전기를 생성하게 된다.
그리고, 상기 제1이동로(120)와 제2이동로(130)의 상단과 하단은 연결로(140)에 의해 각각 연결되게 되어, 몸체(100)의 내부에 수용된 유체는 안정적으로 회전할 수 있게 된다.
이때, 상기 제1이동로(120)와 제2이동로(130)에는 각각 체크밸브(180)가 구비되는데, 상기 체크밸브(180)는 일방향으로만 유체가 이동하도록 함으로써, 몸체(100)의 내부에 구비되는 유체는 일방향으로만 회전하게 된다.
한편, 상기 몸체(100)의 상부와 하부에는 각각 실린더(160,170)가 형성되는데, 상기 실린더(160,170)은 몸체(100)의 내부에 형성되는 연결로(140)와 연통되도록 형성된다.
여기서, 상기 몸체(100)의 상,하부에 형성되는 실린더(160,170)의 내부에는 피스톤(162,172)이 구비되는데, 상기 피스톤(162,172)에는 각각 피스톤 로드(164,174)가 연결되고, 상기 피스톤 로드(164,174)는 실린더(160,170)를 통하여 몸체(100)의 외측으로 돌출되게 된다.
이때, 상기 몸체(100)의 상부에 구비되는 피스톤(162)에 연결되는 피스톤 로드(164)는 차체(300)의 하부와 연결되게 되며, 상기 몸체(100)의 하부에 구비되는 피스톤(172)에 연결되는 피스톤 로드(174)는 대차(200)의 하부에 위치하는 차륜(400)이 설치되는 차축(미도시)과 연결되게 된다.
그래서, 철도차량이 주행하게 되면 도 3에 도시된 바와 같이 상하로 진동이 발생하게 되는데, 이렇게 발생하는 진동은 대차(200)와 차륜(400)의 진동과 대차(200)와 차체(300) 사이에 발생하는 진동이 있으며, 대차(200)와 차륜(400)의 진동은 차축과 연결되는 피스톤 로드(174)에 의해, 대차(200)와 차체(300)의 진동은 차체(300)와 연결되는 피스톤 로드(164)에 의해 각각 피스톤(172,162)으로 전달되게 된다.
즉, 대차(200)와 차체(300) 사이의 진동 중에서 차체(300)가 하부로 이동할 경우, 차체(300)와 연결된 피스톤 로드(164)는 하부로 이동하게 되고, 그에 따라 피스톤 로드(164)의 하단에 연결된 피스톤(162)이 하부로 이동하게 되어, 몸체(100)의 상부에 형성된 실린더(160)의 내부에 수용된 유체를 하부로 밀어내게 된다.
이때, 상기 몸체(100)의 내부에 형성되는 제1이동로(120)와 제2이동로(130)에는 각각 체크밸브(180)가 구비됨으로써, 제1이동로(120)는 유체가 하방향으로만 이동할 수 있고, 제2이동로(130)는 유체가 상방향으로만 이동할 수 있어, 실린더(160)와 연통되는 연결로(140)로 유입된 유체는 제2이동로(130)로 이동하지 못하므로 제1이동로(120)를 통하여 하부로 이동하게 되며, 그에 따라 제1이동로(120)로 돌출된 회전차(150)의 회전날개(152)를 회전시키게 되어, 발전기를 돌리게 됨으로써, 전기를 생산하게 된다.
또한, 대차(200)와 차체(300) 사이의 진동 중에서 차체(300)가 상부로 이동할 경우, 차체(300)와 연결된 피스톤 로드(164)는 상부로 이동하게 되고, 그에 따라 피스톤 로드(164)의 하단에 연결된 피스톤(162)이 상부로 이동하게 되어, 몸체(100)의 상부에 형성된 실린더(160)의 내부와 실린더(160)와 연통된 연결로(140)의 압력은 제1이동로(120)와 제2이동로(130)보다 낮아지게 된다.
이때, 제1이동로(120)의 유체는 체크밸브(180)에 의해 하방향으로만 이동이 가능하므로, 제2이동로(130)에 수용된 유체가 연결로(140)로 이동하게 되므로 제2이동로(130)로 돌출된 회전차(150)의 날개(152)를 회전시키게 되어, 발전기에서 전기를 생산하게 된다.
물론, 대차(200)와 차륜(400) 사이에 발생하는 진동 역시 전술한 원리와 같이 각각 몸체(100)에 수용된 유체를 제1이동로(120) 및 제2이동로(130)를 통하여 이동시키게 되어, 회전차(150)를 회전시키게 된다.
따라서, 본 발명은 차체(300)와 대차(200) 사이의 진동 및 대차(200)와 차륜(400) 사이의 진동 모두를 사용하여 회전차(150)를 회전시켜 발전하도록 함으로써, 발전효율을 보다 높일 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 다른 실시 예로 도 6에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 내부에 발전기를 회전시키기 위한 회전차(150)가 구비되고, 몸체(100)의 상부에만 실린더(160)를 형성하여 대차(200)와 차체(300) 사이의 진동만으로 전기를 생산할 수도 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예로 도 7에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 내부에 발전기를 회전시키기 위한 회전차(150)가 구비되고, 몸체(100)의 하부에만 실린더(170)를 형성하여 대차(200)와 차륜(400) 사이의 진동만으로 전기를 생산할 수도 있다.
이러한 구성은 철도차량이 주행하는 구간에 따라 적절하게 적용하게 되며, 나머지 구성들은 전술한 구성과 동일하므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량이 주행 중에 발생하는 전후, 좌우, 상하 진동 중에서 상하 진동을 안정적으로 회전운동으로 변화시켜 발전기를 통하여 전기를 생산하여, 에너지를 재활용할 수 있는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
100 : 몸체 110 : 내부 몸체
112 : 회전차 설치부 120 : 제1이동로
130 : 제2이동로 140 : 연결로
150 : 회전차 152 : 날개
154 : 회전축 160,170 : 실린더
162,172 : 피스톤 164,174 : 피스톤 로드
180 : 체크밸브 200 : 대차
300 : 차체 400 : 차륜

Claims (9)

  1. 철도차량의 대차에 설치되는 몸체와,
    상기 몸체의 내부에 회전가능하게 구비되는 회전차와,
    상기 회전차의 회전력에 의해 회전하는 발전기와,
    상기 회전차를 회전시키는 피스톤과,
    상기 피스톤을 승하강 시키는 피스톤 로드로 이루어지되,
    상기 몸체의 내부에는 내부 몸체가 구비되고,
    상기 내부 몸체의 중심부에는 상기 회전차가 설치되는 회전차 설치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 몸체의 양측에는 몸체의 내부에 구비되는 유체가 이동할 수 있는 제1이동로와 제2이동로가 각각 형성되되,
    상기 회전차의 가장자리에 형성되는 날개가 상기 제1,2이동로로 돌출되는 것을 특징으로하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1,2이동로의 상단과 하단은 연결로에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1이동로와 제2이동로에는 각각 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 상부, 하부 중 어느 일측, 또는 양측에는 상기 피스톤이 삽입되는 실린더가 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피스톤 로드의 단부는 차체와 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 피스톤 로드의 단부는 차축과 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 피스톤 로드의 단부는 차체 및 차축과 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 진동을 이용한 발전 장치.
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