KR20070079336A - 중력 위치 에너지를 이용하여 기차(철도, 지하철)에서 매역마다 감속, 가속에 소비되는 에너지 절약하는 방법. - Google Patents

Abstract

매 역에서 정차하는 철도(지하철) 시스템의 경우 감속, 가속을 하는데에 많은 에너지가 소비된다. 역의 높이를 역 사이의 구간보다 5~10m 정도만 올리게 되어도 이런 감속, 가속에 이용되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있게 된다. 본 발명은 이러한 정차역에서 소비되는 감속, 가속에 쓰이는 에너지를 절약하는 방법에 관한 것이다.

없음.

Description

중력 위치 에너지를 이용하여 기차(철도, 지하철)에서 매 역마다 감속, 가속에 소비되는 에너지 절약하는 방법.{Using gravitational potential energy, process that saves travel costs of train. }

도 1 : 전체적인 높이변화.

도 2,3 : 급격한 경사의 기울기 변화는 기차에 충격을 주거나, 철도와 기차간의 마찰력을 줄여서 미끄러지거나 탈선을 할 수 있으므로, 운행되는 열차에 맞춰 적당한 각도변화를 가하여야 한다.

현재 역들의 높이는 역 사이의 구간과 같은 높이에 설치되어 있는 것이 보통이다. 현재의 철도 및 전철(metro) 시스템상 열차가 매 역마다 정차, 다시 가속하여 다음 역으로 이동해야 한다. 상당부분의 에너지가 이런 가속, 감속에 쓰이게 되는데, 이러한 에너지의 누수를 줄이고자 본 발명을 하였다.

역의 높이를 역 사이의 구간보다 높이는 기술이 필요하며, 이는 고도의 기술을 필요로 하는 것이 아니므로 현재의 건축기술로 충분히 이루어낼 수 있는 부분이 다.

발명의 구성은 간단히 역에 있는 기차 레일의 높이를 역 사이의 구간보다 높이는 것이다. 역과 역 사이의 거리는 대략 5~10km(지하철의 경우), 50~100km 정도 된다. 너무 급격한 각도로 경사를 만들면, 열차에 충격이 가해지므로 경사각을 각 역의 사정에 맞게 적절하게 정해야 한다. 역에 가까이 왔을 때, 4도 정도의 기울기로 높이를 올린다면, 100m에 7m의 높이를 올릴 수 있다. 이 정도 각도는 열차에 충격을 거의 주지 않을 것이고, 에너지 저장효과도 잘 발휘될 수 있을 것이다. 100~300m에 걸쳐 4도의 기울기로 높이를 올린다면, 7~21m의 높이차이를 만들 수 있다.

또한 이런 실제적 높이를 이용하지 않고, 부가적인 장치를 달아 역에 다가올 때, 기차의 운동에너지를 저장하였다가, 기차가 출발할 때 이 에너지를 공급하는 방법도 가능하다. 기차의 운동에너지로 발전기를 돌려서, 기차의 운동에너지를 감소시켜 기차를 정지시키는데 도움을 주는 동시에, 이 운동에너지는 발전기를 통해 전기에너지로 변환시켜 출발할 때 다시 쓸 수 있도록 한다.

기차가 중간역 사이를 달리는 속도가 80~100km/h 라고 한다면, 약20~30m/s의 속도이다. 이 기차의 운동 에너지를 계산해보면 1/2 * M * v^2 = 0.5 * M * (400~900)[kg m^2/s^2] = 200~450M[kg m^2/s^2]의 에너지를 가지게 되는데, 이는 중력에너지 mgh 로 환산하면, 20~45m(미터) 높이의 위치에너지에 해당한다. 즉, 역 의 높이를 역 사이 구간보다 20~45m 높게 만든다면, 외부적인 에너지를 많이 들이지 않고, 기차를 80~100km/h로 운행할 수 있다는 뜻이다. 실제 역의 높이를 20m 이상 높인다는 것은 거의 불가능하지만, 역 사이의 구간을 약간 낮추는 방법과 역의 높이를 높이는 방법을 이용 두 구간의 높이차이를 5~10m(미터)로 만드는 것은 쉽게 가능하다고 본다. 이러한 역의 건축을 통하여, 가속 감속에 들어가는 에너지를 최고 25~50% 절약할 수 있다는 뜻이다. 본 발명은 기차가 매 역마다 정차한다는 사실을 가지고 생각하여 내놓은 것으로 에너지의 효율적인 소비를 가능케 하고, 불필요한 에너지 손실을 막는다.

또한 중력이란 것은 다른 힘과 달리 질량에 비례하여 작용하기 때문에, 가속 감속시 승객들이 느끼게 되는 관성력도 줄어들게 되어, 가속 감속시 앞뒤로 쏠리는 정도가 줄어들게 된다. 따라서 승차감 또한 좋아질 것으로 생각된다.

중력 이외의 다른 포텐셜(전자기적인 포텐셜이나 기타 기계적인 장치를 이용한 포텐셜(스프링, 중력위치에너지 등))을 이용하더라도 비슷한 에너지 절감 효과를 누릴 수 있다.

지하철의 경우 역의 높이가 올라감으로써 지하철 입출구까지의 통로를 만드는데 있어서의 비용절감도 기대할 수 있다. 지상철의 경우 높이를 올리는데에 있어 비용이 더 들어갈 수는 있으나, 철도가 다른 지상교통의 통행을 방해가 많은 것을 생각했을때, 역의 높이를 10~20m(미터)높여서 아래쪽으로 다른 교통의 흐름을 원활 하게 만들 수 있다면, 일석이조(철도 운행에 드는 에너지 절약과 철도가 막게되는 지상교통의 원활한 흐름)의 효과가 있을 것으로 생각한다.

Claims (1)

1. 매 역마다 정차하여 사람을 태우고 내리는 기차(전철, 지하철 등)의 특성을 이용, 역의 위치를 역 사이 열차가 운행되는 구간보다 높이를 높게 함으로서 역에 가까워져 감속할 때 쓰이는 에너지와 역에서 출발, 가속할 때 쓰이는 에너지를 중력 에너지를 이용하여 보충하는 방법 및 이에 낭비되는 에너지를 막는 시스템.

   청구항 1은 역의 높이를 높이거나 역 사이 구간의 높이를 낮춤으로써 중력 위치 에너지를 이용한 방법에 관한 것만을 포함한다.

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