KR20070104691A - Electric power-generating system converting and charging kinetic-energy of pedestrian to electric-energy - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 발전 시스템을 지하철 바닥면에 적용한 모식도이다;1 is a schematic diagram of applying a power generation system according to an embodiment of the present invention to a subway floor;
도 2는 도 1의 발전 시스템에서 구형파의 전압을 정류하는 과정에 대한 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram of a process of rectifying a voltage of a square wave in the power generation system of FIG. 1.
본 발명은 보행자의 운동에너지를 전기에너지로 변환 및 충전시키는 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보행자의 통행이 많은 지역 내지 구획의 바닥면에 다수의 소형 발전소자들이 매설되어 있고, 상기 발전소자들로부터 발생한 전류가 충전부로 전송되는 시스템으로서, 상기 발전소자는 보행자들에 의한 반복적인 가압으로 인하여 유발되는 가압력과 압력 해소 과정에서 구형파 전압을 생성하 는 압전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 발전 시스템을 제공한다.The present invention relates to a power generation system for converting and charging kinetic energy of pedestrians into electrical energy. More specifically, a plurality of small power plants are buried in the area of the pedestrian traffic and the floor of the compartment. A system in which currents generated from devices are transmitted to a live part, wherein the power generator comprises a piezoelectric device that generates a square wave voltage in a pressing force caused by repeated pressurization by pedestrians and a pressure release process. to provide.
현대 문명 속에서 인간의 편의를 위하여 없어서는 안될 것 중의 하나가 바로 전기에너지이다. 이러한 전기에너지는 대표적으로 자연에서 발생하는 에너지를 이용하는 수력 및 풍력 발전, 화석 및 석유 등의 연료를 연소시켜 발생하는 에너지를 이용한 화력 발전, 및 핵분열에 의하여 발생하는 에너지를 이용하는 원자력 발전 등으로 구분된다. 그러나, 수력 및 풍력 발전은 특정한 자연조건에 따라 적용될 수 있는 장소가 한정되어 있다는 단점을 가지고 있고, 화력 발전은 자원의 고갈 및 심각한 환경문제를 유발하는 단점을 가지고 있으며, 원자력 발전은 방사능에 대한 심각한 안전문제와, 발전소의 건설 및 폐기물 처리에 대한 비용이 많이 든다는 단점을 가지고 있다. One of the indispensable things for human convenience in modern civilization is electrical energy. Such electric energy is typically classified into hydroelectric and wind power generation using energy generated in nature, thermal power generation using energy generated by burning fuels such as fossils and petroleum, and nuclear power generation using energy generated by nuclear fission. . However, hydropower and wind power have the disadvantage of being limited in the places where they can be applied according to specific natural conditions. Thermal power has the disadvantage of causing resource depletion and serious environmental problems. It has the disadvantage of safety and costly construction and disposal of waste.
최근, 자원 고갈 및 환경문제에 대한 관심이 높아지면서, 상기의 단점을 보완할 수 있는 대체 에너지에 대한 기술 개발의 필요성이 높은 실정이다. 그 일환으로서 태양 에너지를 이용한 태양 전지에 대한 관심이 높아지고 있지만, 초기 시설 비용이 높고, 태양광을 집적시키는 기술에 대한 성장이 미흡하여, 주 전원으로서 실용화 단계에 이르지 못하고 있다.Recently, as the interest on resource depletion and environmental issues is increasing, there is a high need for technology development for alternative energy that can compensate for the above disadvantages. As a part of this, interest in solar cells using solar energy is increasing, but the initial facility cost is high, and the growth of the technology for integrating solar light is insufficient, and thus it has not reached the practical stage of use as a main power source.
그 밖에도, 이미 소모되고 있는 에너지를 재활용하여 전기에너지를 생산하는 등의 전혀 새로운 발전 방식에 대한 기술도 소개되고 있다. 예를 들어, 한국 특허출원공개 제2004-027580호에서는 수직으로 왕복 이동할 수 있는 과속방지턱의 하단에 발전장치를 설치하고, 상기 과속방지턱의 운동에너지를 이용하여 전기를 발전시키는 기술이 제시되어 있다. 상기 기술은 자동차의 운동에너지를 재활용함으로써 소모되는 에너지를 활용하는 잇점이 있지만, 설치에 많은 비용이 소모되고 적용에 한계가 있다는 단점을 가지고 있다.In addition, technologies for completely new power generation methods, such as recycling electrical energy already used to produce electrical energy, have been introduced. For example, Korean Patent Application Laid-Open Publication No. 2004-027580 discloses a technique for installing a power generator at a lower end of a speed bump that can vertically reciprocate, and generating electricity using kinetic energy of the speed bump. The above technology has the advantage of utilizing the energy consumed by recycling the kinetic energy of the vehicle, but has the disadvantage of costly installation and limited application.
따라서, 자원고갈 및 환경문제 등을 유발하지 않으면서, 소모되는 에너지를 높은 변환 효율로 활용할 수 있는 발전 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a high need for power generation technology that can utilize energy consumed with high conversion efficiency without causing resource depletion and environmental problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 발명자들은 보행자의 통행이 많은 지역 내지 구획의 바닥면에 보행자의 가압으로 구형파 전압을 생성하는 다수의 압전소자들을 매설하여, 상기 발전소자들로부터 발생한 전류를 충전하는 방식으로 발전 시스템을 구성할 경우, 에너지 자원의 공급에 따른 별도의 추가 비용이 들지 않아 경제적이고, 에너지 변환시 오염물질이 발생되지 않아 친환경적이며, 에너지의 변환 효율이 우수하다는 잇점을 확인하였고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors embed a plurality of piezoelectric elements that generate a square wave voltage by pressurization of pedestrians in a region or a floor of a section where pedestrians pass, and configure a power generation system by charging current generated from the power plants. In addition, it is economical because there is no additional cost according to the supply of energy resources, it is eco-friendly because it does not generate pollutants during energy conversion, and it is confirmed that the advantages of excellent energy conversion efficiency have been achieved.
구체적으로, 본 발명의 목적은 보행자의 운동에너지를 전기에너지로 변환 및 충전하는 발전 시스템을 제공하는 것이다.Specifically, it is an object of the present invention to provide a power generation system for converting and charging kinetic energy of pedestrians into electrical energy.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전 시스템은 보행자의 통행이 많은 지역 내지 구획의 바닥면에 다수의 소형 발전소자들이 매설되어 있고, 상 기 발전소자들로부터 발생한 전류가 충전부로 전송되는 시스템으로서, 상기 발전소자는 보행자들에 의한 반복적인 가압으로 인하여 유발되는 가압력과 압력 해소 과정에서 구형파 전압을 생성하는 압전소자로 이루어진 것을 특징으로 한다.The power generation system according to the present invention for achieving this purpose is a system in which a number of small power plants are buried in the area of the pedestrian traffic or the bottom of the compartment, and the current generated from the power plants is transmitted to the live parts. The generator is characterized in that it consists of a piezoelectric element that generates a square wave voltage in the pressing force and pressure relief process caused by repeated pressurization by the pedestrians.
따라서, 본 발명에 따른 발전 시스템은 보행자의 운동에너지를 사용함으로써, 에너지 자원의 공급에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 에너지 고갈 및 환경 문제에 대한 문제점들을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 무용화되고 있는 에너지를 재활용하므로 매우 경제적이다.Therefore, the power generation system according to the present invention can reduce the cost of the supply of energy resources by using the kinetic energy of the pedestrian, can solve the problems of energy depletion and environmental problems, as well as the use of energy It is very economical because it is recycled.
하나의 바람직한 예에서, 상기 발전소자와 충전부 사이에는 구형파 전압을 정류하는 정류부가 추가로 포함될 수 있다. 보행자들에 의하여 가압되는 상기 발전소자는, 압력이 가해지고 해소되는 과정에서 순간적으로 매우 높은 전압을 띄는 반면에 낮은 전류를 가지므로, 비교적 적은 양의 전기에너지 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 상기 발전소자에서 발생되는 전압을 정류함으로써, 충전을 행할 수 있는 직류로 변환을 행한다.In one preferred example, the rectifier for rectifying the square wave voltage may be further included between the generator and the charging unit. The power plant, which is pressurized by pedestrians, generates a relatively small amount of electrical energy since it has a very high voltage while instantaneously having a very high voltage in the course of being pressed and released. Therefore, in the present invention, the voltage generated by the power generator is rectified, so that conversion is performed to direct current capable of charging.
상기의 예에서, 상기 정류부에는 발전소자들이 동시다발적인 가압되어 전류가 비연속적으로 전송되고 충전을 행할 수 있는 충분한 전류량을 확보하기 위하여, 지연회로가 추가로 포함되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 상기 지연회로에 의하여 전류가 충전부로 연속적으로 전송됨으로써, 충전이 용이하게 진행될 수 있다. 또한, 상기 정류부는 한 개로서 다수의 발전소자와 연결되어 있는 구조일 수 있고, 다수 개로서 각각의 발전소자에 연결되어 있는 구조일 수도 있다.In the above example, it is preferable that the rectifier further includes a delay circuit so as to ensure a sufficient amount of current for the generators to be simultaneously pressurized so that current can be transmitted discontinuously and charging can be performed. That is, since the current is continuously transmitted to the charging unit by the delay circuit, charging can be easily performed. In addition, the rectifying unit may be a structure connected to a plurality of power plants as one, or may be a structure connected to each power generator as a plurality.
본 발명에 따른 발전 시스템에서, 상기 발전소자들은 보행자의 통행이 많은 지역 또는 구획이라면 특별히 제한되지 않고 매설될 수 있으며, 상기 발전소자의 매설 장소로는, 예를 들어, 출퇴근 시간에 보행자들이 집중되는 지하철 구내 또는 지하철 내부 등을 들 수 있다.In the power generation system according to the present invention, the power generators may be buried without particular limitation as long as the area or section of the pedestrian traffic is many, and the buried place of the power generator, for example, a subway in which pedestrians are concentrated at rush hour On the premises or inside the subway.
상기 발전소자들은 외부의 물리적 힘에 의하여 분극이 유발되어 전압을 띄는 압전소자로서, 그것의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등에서 선택되는 하나 또는 그 이상으로 이루어진 압전소자일 수 있다.The power generators are piezoelectric elements that exhibit voltage due to polarization caused by an external physical force, and the kind thereof is not particularly limited. It may be a piezoelectric element consisting of or more.
상기 압전소자는 가압되는 방향으로 변형률이 크고, 가압부의 면적이 작을수록 높은 기전력을 나타낼 수 있으므로, 두께 방향으로 길쭉한 형태이거나, 그러한 형태를 나타낼 수 있도록 다층으로 적층된 구조일 수 있다. 상기 다층으로 적층된 구조를 1 단위로 하였을 경우, 그러한 1 단위 내에서 다수의 압전소자 층들은 상호 병렬구조로 연결될 수 있다.The piezoelectric element may have a high strain in the pressing direction and may exhibit a high electromotive force as the area of the pressing unit is small, and thus may have an elongated form in a thickness direction or a multilayered structure so as to exhibit such a form. In the case where the multi-layered structure is one unit, a plurality of piezoelectric element layers may be connected in parallel to each other within one unit.
상기 압전소자는 가해지는 압력을 효율적으로 흡수할 수 있도록, 그것의 일부가 노출된 상태로 상기 바닥부에 매설되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 상기 압전소자는 보행자들의 구두 굽 등 날카로운 물질들에 의하여 손상될 수 있으므로, 그것의 상부에 내구성이 우수하며 압력을 용이하게 전달할 수 있는 판재형의 부재가 추가로 개재될 수 있다. 이 경우, 상기 판재형의 부재는 특정한 문자 또는 기호로서 상기 바닥부의 일부를 형성할 수도 있다. The piezoelectric element is preferably buried in the bottom portion with its part exposed so that the applied pressure can be absorbed efficiently. In some cases, the piezoelectric element may be damaged by sharp materials such as heeled shoes of pedestrians, and thus, a plate member may be interposed on the upper portion of the piezoelectric element, which is excellent in durability and easily transmits pressure. In this case, the plate-shaped member may form part of the bottom portion as a specific letter or symbol.
상기에서 설명한 바와 같이, 하나의 단위 내에서 압전소자 층들은 상호 병렬구조로 연결되며, 상기 하나의 단위로서의 압전소자들은 상호 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 압전소자들이 바닥부를 따라 m n 의 행렬 구조를 가질 경우, 상기 각 행마다 하나의 충전부가 구비되어 있어 상기 충전부는 n + 1 번째 열을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 행으로 배열된 압전소자들은 병렬구조로 연결되어 각각 n + 1 번째 열의 충전부들로 전류를 전송할 수 있으며, 이러한 구조에 의하여, 상기 충전부들 역시 병렬로 연결되어 전기에너지를 집적시킬 수 있다. As described above, the piezoelectric element layers are connected in parallel to each other in one unit, and the piezoelectric elements as one unit may be connected in series and / or in parallel to each other. For example, when the piezoelectric elements have a matrix structure of m n along a bottom part, one charging part is provided in each row so that the charging part may form an n + 1th column. Therefore, the piezoelectric elements arranged in the row may be connected in parallel to each other to transmit current to the charging units of the n + 1th column, and by such a structure, the charging units may also be connected in parallel to integrate electrical energy. .
본 발명에서, 상기 충전부는 충방전이 가능한 이차전지로서, 상기의 압전소자에 의하여 충전되며, 별도의 디바이스에 직접 연결된 구조이거나, 또는 충전된 전력을 인출할 수 있도록 정기적으로 연결되는 구조일 수 있다. 이러한 이차전지는 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 대형 디바이스의 전력원으로 바람직하게 적용될 수 있다.In the present invention, the charging unit is a secondary battery capable of charging and discharging, may be charged by the piezoelectric element, a structure directly connected to a separate device, or a structure that is connected regularly to draw the charged power. . These secondary batteries may be connected in series and / or in parallel to be preferably applied as a power source of a large device.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 발전 시스템을 지하철 바닥면에 적용한 모식도가 도시되어 있다.Figure 1 is a schematic diagram showing the power generation system according to an embodiment of the present invention applied to the subway floor.
도 1을 참조하면, 발전 시스템(100)은, 바닥부(200)에 매설되어 있는 다수의 압전소자(300)가 보행자(400)들에 의하여 가압됨으로써 발생되는 전류가 충전부(500)로 전송됨으로써, 보행자(400)의 운동에너지를 전기에너지로 전환 및 충전할 수 있다. Referring to FIG. 1, in the
압전소자(300)는 보행자(400)들의 반복적인 가압 및 압력 해소 과정에 의하여 구형파 전압을 생성하며, 이러한 구형파 전압은 정류부(600)에 의하여 정류되어 충전부(500)로 전송된다. 이러한 구조는 도 2의 회로도에서 용이하게 확인할 수 있다.The
도 2를 참조하면, 안전소자(300)에서 발생되는 구형파 전압은 일차적으로 브릿지다이오드(610)에서 정류되며, 전류량을 증가시키고 전압을 조정하기 위한 저항(620) 및 전류를 축전하기 위한 컨덴서(630)로 이루어진 지연회로를 거쳐 충전부인 이차전지(500)로 전송된다. Referring to FIG. 2, the square wave voltage generated by the
다시 도 1을 참조하면, 일렬로 배열되어 있는 다수의 압전소자(300)는 상단면이 노출된 상태로 바닥부(200)에 매설되어 있으므로, 보행자(400)에 의한 가압력이 효과적으로 전달될 수 있다. 또한, 발전 시스템(100)은 다수의 압전소자(300)들이 병렬구조로 연결되어 각각의 압전소자(300)에서 미세하게 발생되는 전류를 증폭시킬 수 있다. Referring back to FIG. 1, since the plurality of
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전 시스템은 에너지 자원의 공급에 따른 별도의 추가 비용이 들지 않아 경제적이고, 에너지 변환시 오염물질이 발생되지 않아 친환경적이며, 에너지의 변환 효율이 우수하다는 효과가 있다.As described above, the power generation system according to the present invention is economical because there is no additional cost according to the supply of energy resources, it is environmentally friendly because no pollutants are generated during energy conversion, and has an effect of excellent energy conversion efficiency. .
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KR101113268B1 (en) * | 2009-11-06 | 2012-02-20 | 최성현 | System for generating power using piezoelectric element |
KR101248975B1 (en) * | 2011-05-13 | 2013-04-01 | 강민수 | Device for generating electricity |
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2006
- 2006-04-24 KR KR1020060036481A patent/KR20070104691A/en not_active Application Discontinuation
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KR101248975B1 (en) * | 2011-05-13 | 2013-04-01 | 강민수 | Device for generating electricity |
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