KR20110125194A - 차량 하중을 이용한 공압발생장치 및 공압발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 풍력 및 태양광 발전보다 에너지 생산 효율이 월등히 능가하는 고효율적이며 경제적인 공압발전 시스템이며 또 환경적으로도 환경피해가 거의 없는 새로운 공압발전 시스템이며, 자동차의 주행도로 노면에 차량의 하중에서 나오는 위치에너지와 운동에너지를 흡수할 수 있는 유공압축기를 매설하여 주 동력원인 중력에너지를 유압으로 변환시키고 변환된 유압은 공압 피스톤을 작동시켜 발생된 압축공기로 공압모터나 에어터빈을 회전시켜 발전하게 하는 것이고, 혹한기와 혹서기에 도심에 집중되는 전력수요를 충당할 수 있게 하며 또한 겨울에 결빙이나 눈 쌓임을 방지할 수 있게 도로에 히터 장치도 하여 주요 구간에 교통을 원활하게 할 수 있도록 전력을 공급하는 등 비상전력 공급시스템도 구축할 수 있게 하며, 에너지 고갈과 온난화로 인한 경제적 환경적 문제를 풀어가며 유류 수입 대체효과를 증대시켜 국가 경쟁력을 높이며 세계에 녹색성장의 기술을 보급한다.

Description

차량 하중을 이용한 공압발생장치 및 공압발전 시스템{PNEUMATIC GENERATION APPARATUS AND POWER GENERATION SYSTEM USING LOAD OF VEHICLES}

본 발명은 발전시스템에 관한 것으로, 특히 자동차의 하중(무게) 즉 주행중 자중과 속도에 의해 도로 노면에 가해지는 중력에너지와 관성에너지를 유압과 공압으로 흡수하여 발전케 하는 공압발생장치 및 공압발전 시스템에 관한 것이다.

현대 인류가 삶을 유지해 나가기 위해서는 직간접적으로 많은 에너지를 필요로 하게 된다. 자연계에서는 하천의 물, 석탄, 석유, 천연가스, 풍력, 조력, 지열 또는 태양열 등 각종 에너지원이 존재하는데 이 중 어느 것을 발전에 이용할 것인가는 각종 에너지원 중 어느 것이 가장 경제적이며 또 다량으로 얻을 수 있는 것인지가 관건이다.

현재 인류는 매일 1인당 46,000~54,000㎉의 에너지를 소비하고 있다고 한다. 이것을 화석연료인 석유로 환산하면 연간 1인당 약 2톤, 전 세계적으로는 약 120억톤이 넘어서고 있다. 이로 인해 발생되는 이산화탄소[CO₂]로 인해 지구는 몸살을 앓고 있다. 산업혁명 이후 사회 발전에 따라 세계의 에너지 소비량은 점점 높아지고 있는 현시점에 발전에 가장 많이 이용되고 있는 것은 석탄, 석유, 천연가스 등의 지하매장자원(화석연료) 또는 하천 및 호수, 바다 등을 이용한 수력 자원, 원자력 등이다.

수자원은 끊이지 않는 순환자원이긴 하지만 이것은 자연 현상에 의존하기 때문에 그 양에 계절적 요인이 크며 건설기간도 길고 건설비가 비싸다.

현재 에너지 생산의 80%를 석유를 포함한 화석연료가 차지하고 있으며 그 공해 문제로는 굴뚝에서 배출되는 연소가스나 비산하는 산화칼슘이 도심 시가지나 농촌의 농작물에 해를 끼친다. 최근에는 이러한 환경오염 문제로 인해 화력 발전소의 건설에 여러 가지 제약이 가해지고 있다.

그러므로 차후 화석연료 고갈에 따른 대체에너지 개발이 시급한 실정이며, 현재 대체 에너지로서 개발에 주류를 이루고 있는 풍력이나 태양광 발전은 화석연료를 쓰지 않는다는 장점은 있으나 높아지고 있는 에너지 소비량에 수급의 균형을 이룰 수 없을 뿐더러 제작 단가와 설치비용 및 거리에 따른 송전 설비 비용, 유지관리 비용 대 발전량은 에너지 수급과 경제성 면에서 아직 효율적이라 할 수 없다.

화석연료에 의한 발전설비를 대체하여 그린에너지를 사용하였을 경우에는 1kw 당 이산화탄소[CO₂] 970g, 아황산가스[SO₂] 1.48g, 질소산화물[NO_x] 0.73g, 분진 0.04g의 환경오염 물질을 감소시킬 수 있다.

현재 세계에서 사용되고 있는 에너지의 에너지원별 비율은 석탄 석유 천연가스 등 화석연료가 약 80%를 차지하고 있으며 발전을 위해서 계속해서 많은 연료 구입 비용이 지출되어야 하는 문제점이 있으며, 지하매장 자원은 그 양에 한도가 있어 아직까지는 수입 등을 통하여 필요량을 확보할 수 있지만 앞으로 화석연료의 고갈과 우려로 인해 구입 비용이 비싸져 전력 생산 비용도 높아지게 하는 한 요인이된다.

원자력과 수력은 세계적으로 각각 약 5%씩 차지하고 있는데, 원자력과 수력은 초기 건설비용이 많이 들며 발전을 늘리기 위해 아무 곳에나 설치할 수 없는 제약이 뒤따른다. 원자력은 폐기물처리 시설이 요구되며 오랫동안 안전하고 이산화탄소 발생이 없는 전력을 생산해도 사고가 생기면 천문학적 피해가 우려되는 문제 요인을 포함하고 있다.

재생에너지는 세계적으로 약 11%, 풍력 및 태양에너지가 약 2~3% 정도이다. 풍력 및 태양에너지 또한 발전량에 비해 초기 자본이 많이 들며 발전효율이 경제적이라 할 수 없고 설치하는 것 또한 제한적 요소가 있어 화석연료 사용을 줄이는데 큰 효과를 낼 수 없다.

태양광 발전을 하는 태양전지는 태양에너지를 시스템의 총 변환 효율이 약 15% 정도이며 일년 평균 하루 발전시간은 3.84시간 밖에 안되는 문제점이 있고, 화력발전의 종합 변환 효율은 38%이다. 즉 증유 62%가 쓸데없이 태워지고 있는 문제점이 있다.

예컨대, 태양광 발전에 대해 구체적인 계산 예시는 아래와 같다.

태양광 시스템의 에너지 변환효율이 15%이라고 가정하여 1㎡의 태양전지로 얻을 수 있는 1일 전력량과 1년간의 전력량을 국내 1일당 평균 일사시간을 적용하여 태양전지의 출력을 계산하면, 1㎡의 태양전지로는 1일당 1kw/㎡(면적) × 15%(태양전지효율) × 3.84h(일사량) = 0.576kwh/㎡이며, 1년당은 0.576kwh/㎡일 × 365 = 210.24kwh/㎡이다.

그러므로 만약 60㎡에 태양전지를 설치하였을 경우라면 1일당 0.576kwh/㎡ × 60㎡ = 34.56kwh가 되어서 1일당 약 35kwh의 전력을 획득할 수 있는 셈이다. 또 여기서 태양전지 시스템의 30% 내외는 직류를 교류로 변환하는 과정에서 손실이 되기 때문에 이를 고려하면 1일당 24.5kwh의 전력을 획득할 수 있다.

현재 시세로 볼때 태양전지나 풍력발전기를 설치하려면 제작 및 설치비용이 kw 당 약 500만원 정도 소요되니 단독 주택 남쪽 지붕 한면 면적이 보통 60㎡ 정도이며 여기에 태양전지를 설치 했을 때 비용이 1억원이 넘어서게 되니 생산량에 비해 비용이 비싼 문제점이 있다.

따라서 종래의 에너지 수급 문제 및 경제성 문제와 아울러 환경문제도 함께 해결할 수 있는 방안에 대해 연구하여 국가 경쟁력을 높일 수 있는 친환경적인 신에너지를 개발하는 것이 요망된다.

친환경 신에너지의 일 예로서 차량의 중력에너지를 이용한 기술도 연구 개발되고 있다.

달리는 자동차의 힘을 이용하는 압력패드와 기계적 장치를 도로에 설치하여 발전을 하는 기술이 개발되고 있지만 차량의 위치에너지와 운동에너지에 따른 순간적인 충격 에너지를 기계적 장치로 받아 에너지로 변환한다는 것은 기기의 피로 누적과 마모 등으로 파손의 우려가 다분하다.

또 도로에 설치되는 과속방지턱과 달리는 자동차의 힘을 이용한 발전 기술도 있는데 이는 차량통행에 많은 지장을 초래할 것이다. 일반 도로에 여기저기 과속방지턱이 많이 있다면 비상시나 구급차 등 빨리 달려야 할 상황이나 일반 차량이 제속도로 달리지 못하면 운전자에게는 스트레스가 될 것이며, 또 도로교통법상 과속방지턱을 설치할 수 있는 도로는 차량통행이 많지 않는 곳이 대부분이다. 그러므로 달리는 자동차를 이용하여 에너지를 생산하는 것은 아직까지 경제성이 떨어지고 또 실용적이지 못한 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 차량 하중을 이용한 공압발생장치 및 공압발전 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 풍력 및 태양광 발전보다 에너지 생산 효율이 월등한 고효율적이고 경제적인 공압발생장치 및 공압발전 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 차량 하중을 이용한 발전을 수행함에 있어 환경적으로도 환경피해가 별로 없는 공압발생장치 및 공압발전 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따라 본 발명은, 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하며, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 유압작동부와, 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 공압부로 구성된 유공압축기로서, 주행 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 상기 누름판을 통해 압력으로 받아 상기 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 유압작동부 실린더로 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 공압부로 전달하여 상기 공압부에서 다량의 압축공기를 생산케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치이다.

또한 본 발명은, 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하며, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 각기 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 두개의 유압작동부와, 각 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 두개의 공압부로 구성된 "ㅗ"형 유공압축기로서, 주행 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 상기 누름판을 통해 압력으로 받아 상기 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 두개이 유압작동부 실린더로 각각 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 두개의 공압부로 전달하여 상기 두개의 공압부에서 다량의 압축공기를 생산케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치이다.

또한 본 발명은, 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하며, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 각기 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 두개의 유압작동부와, 각 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 두개의 공압부와, 상기 두개 공압부의 토출밸브와 흡입밸브 사이를 연결하는 압축공기 냉각기로 구성된 "ㅗ"형 2단 유공압축기로서, 상기 두개 공압부는 제1 공압부 실린더와 상기 제1 공압부 실린더 보다 좁은 실린더 내경을 갖는 제2 공압부 실린더를 구비하며, 주행 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 상기 누름판을 통해 압력으로 받아 상기 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 두개이 유압작동부 실린더로 각각 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 두개의 공압부로 전달하되 상기 제1 공압부 실린더에서 생성된 압축공기가 압축공기 냉각기를 통과하면서 냉각되고 제2 공압부 실린더로 전달되며 상기 제2 공압부 실린더에서 1차 압축된 공기를 재차 압축하여서 고압축 공기를 생산 토출케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치이다.

또한 본 발명은, 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하되, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 유압작동부와, 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 공압부로 구성된 유공압축기를 구비하며, 상기 유공압축기를 다수개씩 다수줄의 묶음 단위로 1개단을 구성하되 일괄 유지보수가 가능케 설치프레임에 고정하는 공압발생 어셈블리 1개단을 구성하고, 상기 공압발생 어셈블리 다수 개단으로 공압발생 어셈블리 소정 개조를 구성하여 터파진 도로에 설치되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생 장치이다.

또한 본 발명은, 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시켜 압축공기를 생성하는 유공압축기 다수로 각 단을 형성하고 다수 단들로 조를 형성하여 단별 및 조별 중의 하나로 주행도로 노면에 유공압축기들을 배열 설치하되, 유공압축기의 누름판이 도로노면에서 15mm이하 높이로 돌출되게 구성한 공압발생 장치부와, 공압발생 장치부의 유공압축기들로부터 생성된 압축공기를 압축공기탱크에 에너지로서 저장하는 공압에너지 저장 장치부와, 상기 에너지저장 장치부에서 공급되는 압축공기를 이용하여 발전하는 발전장치부로 구성하며, 상기 공압발생 장치부의 유공압축기는 유압부와 유압작동부 및 공압부로 구성하되, 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 누름판을 통해 압력으로 받아 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 유압작동부 실린더로 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 공압부로 전달하여 공압부에서 다량의 압축공기를 생산케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발전시스템이다.

상기의 공압발전 시스템은, 상기 발전장치부에서 발전한 전기를 지역단위 비상전력 구축망을 통해 비상전력 공급하는 비상전력장치부를 더 구비함을 특징으로 한다.

본 발명은 차량의 하중을 이용한 공압발전 시스템이 곧바로 압축기를 이용해 효용성 있는 공압을 발생시키기 때문에 기존 전동기를 이용할 때처럼 공압을 발생시키기 위한 에너지를 소모하지 않는다. 또 쉽게 얻을 수 있는 차량의 중력에너지를 이용할 수 있으므로 경제적 손실이 생길 수 없고 에너지가 많이 소모되는 압축기를 에너지 소모없이 직접 작동시켜 압축공기를 손쉽게 임의대로 얻을 수가 있기 때문에 압축공기 생산시설만 갖추면 공압을 이용한 발전으로 청정에너지 생산 효율과 경제성이 뛰어난 이점이 있다.

그러므로 본 발명은 발전을 하기 위해 공압모터에 공급되는 에너지(압축공기)를 저렴한 설비 비용만 들이면 주행차량이 있는 한 무한대로 에너지원을 공급할 수 있기 때문에 공압모터나 에어 터빈을 이용한 발전이 그대로 수입원이 될 수 있고, 공해가 없는 청정에너지를 생산하여 경제적이며 친환경적인 에너지를 생산할 수 있으며 그에 따라 화석연료 대체 효과와 온난화 방지에 도움이 되고 또 이산화탄소 배출권 확보로 경제적 수입원 창출이 가능한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 하중을 이용한 공압발생장치에서 압축공기를 생성하기 위한 유공 압축기의 구성도,
도 2는 도 1의 B-B선 단면도,
도 3은 도 1의 공압조절 토출밸브를 상세히 보여주기 위한 C-C선 단면 구성도,
도 4는 도 1의 흡입밸브를 상세히 보여주기 위한 A-A선 단면 구성도,
도 5는 도 1의 유공압축기에서 D-D선 단면 구성도,
도 6은 공압부에 있는 토출밸브와 흡입밸브의 조립 구성도,
도 7은 유공압축기의 조립 구성도,
도 8은 유공압축기의 작동상태를 설명하기 위한 개략도,
도 9는 "ㅗ"형 유공압축기 사시도,
도 10은 "ㅗ"형 유공압축기 평면구성도,
도 11은 도 10의 E-E선 단면도,
도 12는 "ㅗ"형 2단 유공압축기 사시도,
도 13은 "ㅗ"형 유공압축기 작동상태를 나타낸 개략 구성도,
도 14는 "ㅗ"형 유공압축기 조립도,
도 15는 본 발명의 압축기 누름판의 구성도,
도 16은 공압발생 장치부의 다수 유공압축기의 배치도로서 공압발생 어셈블리(6) 1개조의 부분 평면도,
도 17은 각 단에 배치되는 공압발생 어셈블리의 개략적인 장치 구성도,
도 18은 압축공기 증압 장치부의 구성도,
도 19는 공압발생 어셈블리를 도로 차선방향으로 설치한 배치방식을 보여주는 부분 평면 구성도,
도 20은 도 19의 배치방식에 따른 개략적인 기본 장치 구성도,
도 21은 공압발생 어셈블리를 구성하는 유공압축기의 또 다른 배치방식을 설명하기 위한 부분 평면 구성도,
도 22는 도 21의 압축기 배치방식에 대한 개략적인 장치 구성도,
도 23은 공압에너지 저장장치부의 개략적인 기본 장치 구성도,
도 24는 공압모터를 일방향으로만 연속 회전시키는 미터인제어 장치 구성도,
도 25는 본 발명의 실시 예에 따라 차량의 하중을 이용하는 공압발전 시스템의 전반적인 개략 구성도,
도 26은 공압발생 장치부를 구성하는 공압발생 어셈블리와 발전시설을 사거리 교차로에 설치한 예시를 보여주는 개략 구성도,
도 27은 공압발생 어셈블리 2개조가 배열 설치된 도로 상태를 보여주는 도면,
도 28은 콘크리트 블록의 사시 구성도,
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 하중을 이용한 공압발전 시스템의 개념 구성도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 차량의 하중을 이용한 공압발전 시스템의 실시 예에 의한 에너지 생산량을 수치로 예시적으로 계산하여 이론적 증명을 행하며, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 요소에 대한 상세 설명은 생략한다.

현재 우리나라만 해도 건설된 도로의 총 길이가 10만 4천km를 넘으며, 이는 지구를 두바퀴 반이나 돌 수 있는 긴 거리이다.

그러므로 본 발명에서는 세계 곳곳에 분포된 엄청난 거리의 도로 위를 달리는 차량을 이용해서 발전하는 시스템을 구현한다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에서는 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압과 공압으로 흡수하여 발전케 하는 시스템을 구현하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량 하중을 이용한 공압 발전시스템과 그 에너지 변환 과정을 도 29의 개념도를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

도 29를 참조하면, 본 발명의 차량 하중을 이용한 공압발전 시스템은 달리는 차량(4)의 하중에서 나오는 위치에너지와 운동에너지를 활용하는 것이며, 크게는 공압발생장치부(100)와 공압에너지 저장장치부(200)와 발전장치부(300)와, 및 비상전력장치부(400)로 구성한다.

공압발생장치부(100)는 달리는 차량 하중의 위치에너지와 운동 에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시켜 압축공기를 생성하는 유공압축기 다수로 각 단을 형성하고 다수 단들로 조(set)를 형성하여 단별이나 조별로 주행도로 노면에 유공압축기(2)들을 배열 설치한 것이며, 유공압축기(2)의 누름판(도 1의 10)이 노면에서 차량통행에 지장이 없는 적절한 높이로 돌출되게 구성한 것이다.

공압에너지 저장장치부(200)는 공압발생 장치부(100)의 유공압축기(2)들로부터 생성된 압축공기를 압축공기탱크(92)에 에너지로서 저장하는 장치이고, 발전장치부(300)는 공압에너지 저장장치부(200)에서 공급되는 압축공기를 이용하여 공압모터(110)나 터빈, 발전기(108) 등을 이용해서 발전하는 장치이다.

그리고, 비상전력 장치부(400)는 발전한 전기를 지역단위 비상전력 구축망을 통해 비상전력으로 공급하는 장치부이다.

본 발명에 따른 차량 하중을 이용한 공압 발전시스템에서의 에너지 변환 과정을 설명하면, 차량(4)의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지는 공압발생장치부(100)내 본 발명의 유공압축기(2)들을 통해서 압축에너지로 변환되고, 압축 에너지는 공압에너지 저장장치부(200)의 압축공기탱크(92)에 저장되면서 압력에 의한 팽창 에너지로 변환한다. 상기 팽창 에너지는 발전장치부(300)의 공압모터(110)에 회전력을 부여하여 역학적 에너지(mechanical energy)로 변환되게 하고, 회전에 의한 역학적 에너지는 발전기(108)에서 발전되어서 전기에너지로 변환되어서 수요자에게 공급되는 개념이다.

역학적 에너지는 위치에너지가 운동에너지로 변하는 에너지로서 기계적 에너지로도 칭해지며, 본 발명에서는 이러한 역학적 에너지를 이용한 발전 시스템이다.

아직까지 중력을 이용한 에너지 활용에 있어 자동차의 하중을 이용한다는 개념 적용이나 시도가 적은 수준이며 경제성 있는 실용화 단계까지에는 어려움이 있는 실정이다.

예컨대, 종래 기술에서는 도로의 과속 방지턱에 설치한 압축기로 발전하는 방식이 있으나 과속 방지턱을 차량 통행이 많은 도로에 설치할 수 없으며 설령 설치한다 해도 과속 방지턱을 몇 개 설치하여서 그로부터 생성되는 압축공기는 소량이므로 발전을 하기에는 경제적이지 못하다.

차량에는 차량자체 하중에 의한 큰 힘이 존재하지만 이를 제대로 활용하기 위해서는 자동차의 주행도로 노면에 압축기를 매설하되 차량이 지나갈 때 압축기의 누름판을 눌러 줌에 따라 생긴 압력을 제대로 된 공압으로 만들어 주는 압축기 구조를 갖도록 구현해야 하며, 또 일반국도의 제한속도로 차량 통행하는데에 지장을 없을 정도로 도로노면에서의 돌출높이를 갖도록 최소화하여야 실용화에 유리할 것이다.

제대로 된 공압을 만들어 주기 위해서는 압축기내 공압피스톤의 충분한 행정거리가 확보 되게 하는 것이 중요하며, 공압피스톤의 행정거리가 충분하면 많은 양의 압축 공기를 생산할 수 있다.

본 발명에서의 차량 하중을 이용한 공압발생 장치부(100)를 구성하는 유공압축기(2)에 대해서는 도 1 내지 도 14가 참조되어 후술될 것이며, 먼저 유공압축기(2)의 설치 구조에 대해서 16, 도 19, 도 21를 참조하여 설명한다.

본 발명의 공압발생 장치부(100)를 구성함에 있어, 도로 노면에 공압압축기(2)의 누름판(10)을 설치하되 과속방지턱 규정 설치높이보다는 훨씬 낮고 일반국도의 제한속도 이하로 달리는 차량에 충격무리를 주지 않는 돌출높이로 설치하며, 바람직하게는 도로 노면보다 10~20mm, 더욱 바람직하게는 10~12mm 상승되게 설치한다.

유공압축기(2)의 누름판(10) 넓이는 약 100~120mm, 인접된 누름판(10) 끼리의 중심 간 간격은 160~250mm, 인접한 누름판(10)들 사이에는 도로 노면과 동일한 높이로서 강철과 같이 내구성이 우수하며 녹방지된 금속재 테두리받침대(도 2 및 도 16의 34)를 설치한다. 그래서 차량이 빠르게 테두리받침대(34) 위로 지나가며 약간 돌출한(10~12mm 높이) 누름판(10)을 차량 타이어가 강한 압력으로 누르더라도 도로노면과 같은 높이의 테두리받침대(34) 위를 차량이 달리기 때문에 주행 차량에 미치는 충격 등의 영향은 거의 없게 된다.

이때 공압압축기(2)의 누름판(10)은 테두리받침대(34) 위를 지나가는 타이어의 탄성에 의해 도로 노면보다 5mm 정도 더밀려 내려가게 되므로 실제 공압압축기(2)에 장치된 피스톤의 작동 거리는 15~17mm 내외가 된다.

유공압축기(2)내 피스톤 행정 거리가 15~17mm로 되었어도 발전에 필요한 압축공기를 생산하기에 아직 부족한 행정거리이다. 도로의 과속방지턱의 높이(우리나리 규정에는 10cm)에 머금가게 공압압축기의 누름판 위치를 높이면 공압피스톤 행정거리를 높일 수 있으나, 이는 주행차량에 충격을 가하게 되므로 일반도로에 설치하는 것이 사실상 어렵다.

본 발명의 압축기에서는 단순히 공압을 사용하는 것이 아니라 다량의 유압을 이용하여서 압축공기 용적량(부피)을 증대시키고 그 결과 공압부 피스톤의 행정거리를 키워주는 방식을 채용한다.

일반 공압기술에는 실린더의 안정된 속도제어와 정확한 중간 위치 정지용으로 주로 필요로 하기에 공기압을 유압으로 변환시키는 에어하이드로 실린더(air-hydro cylinder)는 있지만, 그 반대의 작용 즉 유압을 공압으로 에너지 변환하는 기기는 찾아보기 힘들다.

기름은 공기보다 그 밀도가 약 800배에 달하기 때문에 공압보다 더 강한 힘을 정확하게 전달할 수 있다. 일반적으로 보면 유압의 경우는 사용압력이 70kgf/㎠내외가 많으나 300kgf/㎠ 까지도 쉽게 얻을 수 있고 전달할 수 있다.

유압에 비해 공압은 4~6kgf/c㎡가 주로 사용되고 있고 10kgf/c㎡이상은 활용되지 않는다. 즉 힘의 전달은 공압에 비해 유압이 월등하다는 것이다.

본 발명에서는 유압을 공압으로 변환시켜주는 압축기(이하 "유공압축기"라 칭함)를 구현하여서 많은 양의 공압 생성에 이용한다. 본 발명에서는 자동차의 큰힘(무게)을 누름판(10)을 통해 유압부 피스톤으로 전달받아 공압부 피스톤의 행정거리를 키워 압축공기 생산량을 늘리게 하는데, 유압의 작동유를 체적이 큰 실린더에서 체적이 작은 실린더로 밀어 넣어 공압부 피스톤의 행정 거리를 키우며 전달 받은 강한 압력으로 많은 양의 압축공기를 생산하는 것이다.

이때 자동차의 속력에 따라 순간적으로 가해지는 힘을 기계적 장치로 가해지는 충격력을 받게 된다면 기기의 마모가 심해지며 내구성이 떨어져 쉽게 파손될 것이므로 본 발명에서는 유압과 공압을 함께 이용하여 충격 에너지를 흡수하여 압축공기를 발생시키되 다량의 압축공기를 발생시켜 그 발생된 압축공기를 이용해 발전을 행한다.

본 발명의 실시 예에 따라 달리는 차량의 하중을 이용하여 공압을 발생하는 공압발생장치(100)를 설치할 도로를 선정함에 있어, 평균 유동차량이 한쪽 방향으로 분당(min) 최소 150~200대 이상되는 도로를 택하는 것이 바람직하며, 발전시설(도 26의 140)이 들어설 공간 또한 도로 주변에서 확보할 수 있어야 한다.

본 발명에 따라 구현되는 유공압축기(2)의 용이한 설치를 위하여 도 16, 도 19, 도 21에 도시된 바와 같이 유공압축기(2) 14~16개씩을 한 묶음 단위로 하여 내구성이 좋은 금속재 설치프레임(78)으로 고정하여 도로에 설치한다.

이러한 한 묶음을 본 명세서에서는 "1개단"이라 칭하며 1개단 두 개를 연이어 도로에 횡단 설치한 상태를 "1개조"라 언급할 것이며, 소정 개단이나 개조 단위로 된 다수 유공압축기 묶음을 "공압발생 어셈블리"라 칭할 것이다.

도 27에서는 공압발생 어셈블리(6)가 2개조로 설치된 도로 상태를 보여주고 있다.

공압발생 어셈블리(6)를 구성함에 있어 2개조를 기본으로 하여 도로에 설치하는 것이 차량의 하중을 이용한 공압발전 장치부(100)의 구현에 바람직하다.

공압발생 어셈블리 1~2개조를 도로에 설치함에 있어 도 28과 같이 "ㄷ"형 콘크리트 블록(114)을 이용하는 것이 바람직하며, 설치방법으로는 공압발생 어셈블리 (6) 2개조를 설치할 곳의 도로를 횡단하여 터파기를 한 후 "ㄷ"형 콘크리트 블록(114)의 개방부가 상방을 향하도록 콘크리트 블록(114)을 설치하고, 도로 노면과 같은 높이의 테두리받침대(34)로 지지하며 유공압축기(2) 14~16개로 된 1개단씩을 콘크리트 블록(114) 안에 내려놓고 배관 연결하는 것이다.

이때 콘크리트 블록(114)의 바닥에는 배수가 이루어질 수 있도록 형성하며 도로 옆 배수로와 연결하여서 시설물 안으로 스며든 빗물이 도로의 배수로로 배수될 수 있게 한다.

이렇게 도로에 공압발생 어셈블리(6)에 대한 설치가 끝나면 공압발생 장치부(100)와 함께 확보된 공압발전시설(공압에너지 저장장치부, 발전 장치부 등)과 배선 연결하며 상기 공압발전시설을 통해 발전을 할 수 있게 한다.

상기와 같이 콘크리트 블록(114)을 만들고 유공압축기(2)를 설치프레임(78)으로 14~16개씩 묶어서 고정 설치하는 것은 공압발생 어셈블리(6)의 유지보수 편의성과 차량 통행 불편을 최소화하기 위함이다. 공압발생 어셈블리(6)내 기기의 고장이 생겼을 때 유지 보수를 위해 도로를 막아 놓고 보수 작업을 하는 것은 많은 불편을 야기시키므로 어떤 유공압축기(2)에서 정상적인 공압이 발생하지 않으면 설치된 센서를 통해 고장난 공압발생 어셈블리(6) 조와 단을 파악할 수 있는바, 고장으로 판명된 공압발생 어셈블리(6) 조의 단 하나를 크레인 차로 바로 들어내고 다른 것으로 교체하면 해당 공압발생 어셈블리(6)는 곧바로 원상복구될 수 있다. 고장난 유공압축기(2)의 단은 정비소에서 정비하여서 대기(stand by) 공압발생 어셈블리(6)로서 예비해 놓을 수 있다.

도로에 공압발생 어셈블리(6)를 처음 설치할 경우에 굳지 않은 콘크리트를 터파기한 도로에 직접 타설할 수도 있으나 콘크리트 타설후 양생되는 시간 등이 도로 개통이나 통행에 지장을 줄 수 있으므로 터파기 후 본 발명에 따라 도 28과 같이 미리 성형한 콘크리트 블록(114)을 바로 설치하는 것이 공사기간을 가능한 한 줄이고 보수시간도 줄어들게 하므로 차량 통행의 불편을 최소화할 수 있기 때문이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 하중을 이용한 공압발생장치(100)에서 압축공기를 생성하기 위한 유공 압축기(2)의 구성도이다.

본 발명에서의 압축기는 공기보다 밀도가 높은 유체인 기름(액체)을 유압 작동유로 사용하여 밀도가 상대적으로 매우 낮은 유체인 공기(기체)의 공기량과 공기압을 증대시키는 압축기이며, 차량 하중을 유압으로 받고 유압을 공압으로 전환하여 다량의 공압을 발생시키는 압축기이므로 본 명세서에서는 "유공압축기"라 정의한다.

일반적으로 달리는 차량의 자중(중력) 에너지와 관성에너지를 기계적으로 받아 에너지를 발생케 하면 기계에 피로와 마모로 인한 내구성 등 여러 가지 문제점이 발생할 뿐 아니라 기계적으로는 차량의 속도에 빠르게 대응할 수 없는 한계가 있는데, 본 발명에서 구현하는 유공압축기(2)는 이러한 문제나 단점을 극복할 수 있는 것이다.

도 1의 유공압축기(2)에서, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 사시도이다.

그리고, 도 2는 도 1의 B-B선 단면도이고, 도 3은 도 1의 공압조절 토출밸브(22)를 상세히 보여주기 위한 C-C선 단면 구성도이며, 도 4는 도 1의 흡입밸브(64)를 상세히 보여주기 위한 A-A선 단면 구성도이다. 그리고, 도 5는 도 1의 유공압축기(2)에서 D-D선 단면 구성도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 유공 압축기(2)는 달리는 차량의 하중에서 나오는 위치에너지와 운동에너지를 누름판(10)을 통해 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기로서,

차량바퀴에 눌려지는 누름판(10)을 갖고 실린더(72)내에 작동유(24)가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부(2a)와,

유압부(2a)의 실린더(72)보다 좁은 실린더(26) 내경을 가지며 피스톤(16) 작동하는 유압작동부(2b)와,

유압작동부(2b)의 피스톤(16) 작동에 의거한 실린더(62)내의 피스톤(20) 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 공압부(2c)로 구성하되,

차량 타이어가 누름판(10) 위로 지나감에 따라 차량 하중에 의한 위치에너지 및 운동에너지를 누름판(10)을 통해 압력으로 받아 유압부(2a)의 실린더(72)내 충진된 작동유(24)를 상대적으로 좁은 내경의 유압작동부(2b) 실린더(26)로 보내서 공압부(2c)의 피스톤 행정거리를 키운후 피스톤로드(18)를 통해 공압부(2c)의 피스톤(20) 작동에 그대로 전달하여 공압부(2c)에서 다량의 압축공기를 생산케 구성하는 것이다.

차량(4)이 도로에 설치된 공압발생 어셈블리(6) 위를 지나가면서 유공압축기 (2)의 누름판(10)을 누르면 유압부(2a)의 피스톤로드(12)를 통해 유압부 피스톤(14)이 유압부 실린더(72)내 충진된 작동유(24)에 압력을 가하게 되며 작동유(24)는 유압작동부(2b)의 실린더(26) 속으로 밀려들게 된다.

이때 유공압축기 누름판(10)이 자동차 바퀴에 눌려 작동하는 거리는 15mm 내외이며 유압부 피스톤(14)은 15mm 내외로 움직이지만 지름(내경)이 큰 유압부실린더(72) 속에 있는 작동유는 지름(내경)이 작은 유압작동부 실린더(26) 속으로 밀려들 수 밖에 없다. 지름(내경)이 작은 유압작동부(2b)의 실린더(26)에서 작동하는 피스톤(16)은 유압부 작동유(24)의 압력에 의해 행정거리가 길어질 수 밖에 없다.

이때 행정거리가 길어져도 압력의 힘은 줄어들지 않으며 유압작동부(2b)의 피스톤로드(18)는 유압의 힘을 고스란히 공압부(2c)의 실린더(62)에서 작동하는 피스톤(20)에 전할 수 밖에 없게 되므로, 공압부(2c)에서는 길어진 행정과 유압의 압력으로 다량의 압축공기를 생산하고 토출밸브(22)를 통해서 설정 압력의 압축공기를 공압에너지 저장부(200)의 압축공기탱크(92)로 보낸다.

유공압축기(2)를 구성함에 있어, 누름판(10)이 정해진 거리만 작동되도록 해야한다. 만일 설정된 치수이상 유공압축기(2)의 누름판(10)이 내려가면 유압부(2a)와 공압부(2c)의 피스톤(14)(20)이 각 실린더(72)(62) 바닥에 충격을 주기 때문에 자동차 바퀴 탄력성에 의해 과하게 눌리더라도 설정된 치수 이상 내려가지 않도록 해야하는데, 이는 누름판(10) 외곽을 두르는 테두리받침대(34)를 이용한 높이조절로 누름판(10)을 설치하면 된다.

유공압축기(2)의 유압부(2a)와 유압작동부(2b)의 각 피스톤 로드(12)(18)에는 피스톤(14)(16)(20)의 빠른 복귀를 도울 수 있게 스프링(30)(32)이 각각 장치된다. 이는 차량의 앞바퀴에 의해 유공압축기(2)의 누름판(10)이 내려갔다가 뒷바퀴가 도착하기 전에는 빠르게 복귀되어야 압축 행정을 연속적으로 할 수 있어 압축 공기의 생산을 제대로 하기 때문이다. 또 유공압축기(2) 행정의 빠른 작동을 위하여 압축공기 토출구와 공기 흡입구의 구경을 용적량에 비례해 키우는 것이 바람직하다.

유압부(2a)와 유압작동부(2b)에 장치된 스프링(30)(32)의 힘이 너무 강하면 차량 무게에 의해 누름판(10)을 통해 발생되는 누름 압력을 상쇄할 수 있으므로 스프링(30)(32)의 힘은 피스톤 복귀에만 관여하도록 탄성력을 선정해야 한다.

그리고 유공압축기(2)의 실린더(72)(26)(62) 안으로의 불순물(빗물이나 먼지 등) 침투방지와 부식방지를 위하여 유압부 스프링(30)에는 신축성이 좋은 주름고무튜브(28)로 감싸서 밀봉하는 것이 바람직하다.

테두리받침대(34)와 유공압축기(2)의 누름판(10) 사이를 최대한 좁혀 큰 이물질 침투에 의해 누름판(10)의 작동이 방해받지 않도록 해야 하며, 누름판(10)은 상면을 경사 형성하여서 도로 노면높이와 같은 높이의 테두리받침대(34)와 누름판(10) 사이에 턱걸림이 없도록 하여서 주행 차량에 미치는 충격 영향을 최소화하는 것이 바람직하다.

유공압축기(2)의 누름판(10)이 도로 노면 위로는 12mm 정도만 올라오기 때문에 테두리받침대(34) 위를 달리는 자동차 바퀴에는 큰 무리가 없으므로 차량 차체에 흔들림이나 충격은 없다. 쿠션(36)(38)은 유공압축기(2)내 피스톤로드(12)(18)가 하강후 스프링(30)(32)에 의해 빠르게 상승 복귀함에 따라 피스톤(14)(20)의 후미부가 대응 실린더(72)(62)의 상부와 부딪치는 충격을 완화하기 위하여 해당 피스톤 로드(12)(18)에 끼워진다.

유압부(2a)의 피스톤로드(12)와 피스톤(14) 그리고 유압작동부(2b)의 피스톤 로드(18)는 내부에 중공을 형성하여서 강도면에서 충분히 강하되 무게는 줄여 빠른 작동력을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 도 1의 B-B선 단면도를 참조하면, 오일자동보충기(40)는 유공압축기(2)의 외부에 장착된다.

오일자동보충기(40)의 체크밸브(48)는 작동유(24)를 한쪽 방향인 위로만 통과시키며 유공압축기(2)의 유압작동부(2b) 피스톤(16)이 움직일 때에는 흡인력이 약해 오일자동보충기 체크밸브(48) 스프링의 힘을 이기고 작동유(24)를 뽑아 올리지 못하지만 유압작동부(2b)의 피스톤(16)이 정지되었을 때에는 유압작동부(2b) 실린더(26)에 있던 작동유(24)가 유압부(2a) 피스톤(14)이 후퇴(상승)정지됨에 의해 확장된 유압부 실린더(72)내로 이동하면서 유압부 실린더(72) 안이 감압상태에 이르게 되면 흡인력이 강해지기 때문에 누유된 만큼 작동유(24)가 오일자동보충기(40)에서 흡입관(42), 체크밸브(48)를 통해 유압부 실린더(72)내로 자동 빨려올라가게 된다. 즉 체크밸브(48)의 스프링의 힘(bias force)은 상기 감압상태에 의해 생기는 흡인력보다 조금 낮게 설정되어 상기 감압상태가 되면 체크밸브(48)가 개방상태가 되도록 해준다.

여기서, 오일자동보충기 체크밸브(48) 스프링의 힘 조절을 정확하게 맞추어 놓아야 하며, 유압부 실린더(72)의 작동유(24) 속에는 공기가 유입되지 않도록 처음 작동유(24)를 채울 때에는 실린더(72)내 공기가 완전히 빠져나갈 때까지 채우며, 정기적으로 작동유(24) 상태를 점검하는 것이 바람직하다. 작동유(24) 점검은 전자 센서에 의해 유공압축기(2)에서 정상적인 압력이 발생하는지를 체크하면 된다.

유공압축기 유압부 실린더(72)내에 처음 작동유(24)를 채울 때는 유공압축기(2)를 거꾸로 세워 놓고, 오일자동보충기(40)로부터 분리시킨후 준비된 작동유(24)로 흡입관(42)를 통해 주입하되 내부 공기가 빠져 나올 수 있게 조금씩 흘려 넣는다. 이때 오일자동보충기 체크밸브(48)는 스프링에 의해 닫혀 있기 때문에 가는 철심으로 흡입관(42)을 통해 밀어 넣어 체크밸브(48) 스프링을 눌러주므로 작동유(24)가 철심을 타고 흘러들어가고 공기는 밖으로 빠져 나올 수 있게 된다.

작동유(24)가 흡입관(42)를 통해 유공압축기 유압부 실린더(72)내에 충분히 채워지면 철심을 뺀 다음 흡입관(42)에도 작동유(24)를 가득 채우고 그 흡입관(42)을 오일자동보충기(40)와 결합한다. 그 후 유공압축기(2)를 바로 세워 놓고 그 상태에서 오일자동보충기(40)를 유공압축기(2) 측부에 장착하는 것이 바람직하다.

오일자동보충기(40)에도 주입구를 통해 정해진 눈금까지 작동유(24)를 채워 놓으면 그 때부터는 유공압축기 유압부(2a)에 작동유(24)가 누유되거나 소실되는 만큼 자동으로 오일자동보충기(4)의 작동유(24)가 흡입관(42)을 통하여 빨려 올라가 채워지게 된다.

소량이지만 유압부 작동유(24)가 누유되어 유압작동부 실린더(26) 내벽면으로 흘러 내리면 상기 실린더(26) 하단의 작동유 유도홈(44)에 모이게 되고, 유압작동부 실린더(26) 내부는 압력이 없는 공기 자유통로이기 때문에 중력에 따라 작동유 집유통로(46)를 타고가서 오일자동보충기(40)의 상측으로 흘러들게 된다.

오일자동보충기(40)는 보충기필터(50)를 내장하므로 필터(50)를 통해 불순물이 여과되고, 여과된 작동유(24)는 오일자동보충기(40)내 하단으로 모이고 유압부(2a)의 진공으로 인한 흡인력이 상승하면 오일보충기 흡입관(42)을 통해 끌려 올라가 줄어든 만큼 작동유(24)가 유압부 실린더(72)에 공급되는 것이다.

유압작동부(2b)에 설치된 스프링(32)에 의해 튕겨지는 작동유(24)는 작동유 유도홈(44)에 모이지 못하고 공압부(2c)로 내려와도 크게 문제되질 않지만 공압부 바닥에는 비금속재질 밸브가 있기 때문에 공압부(2c)의 피스톤링은 자체 윤활성이 있는 특수링을 사용하여 무급유 작동을 가능케 하는 것이 바람직하다.

한편 유공압축기(2)의 흡입공기 유통관(52)에 관련해서 도 1 및 도 4를 참조하여 설명하면, 흡입공기 유통연결관 입구(56)를 통해 흡입공기 유통관(52)에 들어온 흡입공기는 도 4의 A-A선 단면도에 나와 있듯이 유압부(2a)와 유압작동부(2b) 그리고 공압부(2c)에 공급되며, 이때 유압부(2a)와 유압작동부(2b)에는 피스톤(14)(16)(20)의 움직임에 따라 자유롭게 흡기되거나 배기되기도 한다. 흡입공기 유통관(52)과 공압부 흡입밸브(64)를 통해 공압부(2c)의 실린더(62)에 흡입된 공기는 공압부 피스톤(20) 하강으로 압축되어 토출밸브(22)를 통해 공압에너지 저장장치부(200)의 압축공기탱크(92)로 모여진다.

도 3은 도 1의 C-C선 단면도로서 공압부(2c)의 토출밸브(22)의 구성을 상세히 보여준다. 토출밸브(22)는 압력조절나사(58)가 있는 공압조절 토출밸브로서 설정토출공기압을 조절하여 필요한 압축공기를 얻을 수 있게 한다.

도 4는 도 1의 A-A의 단면도이다.

도 4를 참조하여 공압부(2c)에서의 공기 흡입와 유압부(2a) 및 유압작동부(2b)에서 공기 유통에 관련해서 보다 구체적으로 설명한다.

흡입공기유통관 입구(56)는 공기 자유통로인 흡입공기유통관(52)과 연통되며, 흡입공기 유통관(52)은 세개 단부중 제1 단부가 유압부 실린더(72)의 피스톤 로드(12)쪽과 연통되고 제2 단부는 유압작동부 실린더(26)의 피스톤 로드(18)쪽과 연통되어 유압부 피스톤(14) 및 유압작동부 피스톤(16) 작동시 피스톤로드(12)(18)에서의 부압 발생을 방지되도록 공기를 제공하며, 제3 단부는 공압부(2c)로 공기를 공급하기 위해 공압부 실린더(62)의 흡입밸브(64)와 연통된다.

보다 구체적으로 설명하면, 흡입공기유통관 입구(56)를 통하여 들어온 공기는 유압부 피스톤(14)이 압력을 받아 내려가면 부압을 막기 위해 흡입공기가 유압부 실린더(72)내 피스톤로드(12)쪽으로 자연스럽게 빨려 들어갔다가 유압작동부 피스톤(16)이 상승 복귀하면 유압부 실린더(72) 안에 있던 공기는 밀려서 다시 흡입공기 유통관(52)으로 밀려 들어가기를 반복한다.

또한 흡입공기는 유압작동부 피스톤(16)이 작동유(24)의 압력에 의해 밀려 내려오면 흡입되어 있던 공기는 흡입공기 유통관(52)을 통해 밀려 나기를 반복한다.

공압부실린더(62) 안으로는 공압부 피스톤(20)이 공기압축을 위해 상승 복귀되면 흡입밸브(64)를 통해 공기가 흡입되었다가 다시 유압작동부 피스톤로드(18)에 연결된 공압부 피스톤(20)이 내려오면 실린더(62) 안에 있던 공기는 흡입밸브(64)를 통해서는 나가지 못하고 압축이 이루어지며 공기압이 설정토출공기압을 넘어서면 토출밸브(22)를 통해 토출되는 것을 반복한다.

이때 공압부(2c)의 흡입밸브(64)는 흡입공기 조절나사(66)를 통해 흡입되는 공기량을 조절하여 스프링(30)(32)에 의해 복귀되는 각 피스톤(14)(20)이 실린더(72)(62) 천정과 부딪치는 충격을 줄여지도록 복귀 속력을 제어한다.

도 5는 도 1의 D-D선의 평단면도로서, 오일자동보충기(40)의 뚜껑부에 오일주입구나사(68)가 형성되며, 오일자동보충기(40)로 작동유(24)를 보충할 경우 상기 나사(68)를 빼고 주입하면 된다.

도 6은 공압부(2c)에 있는 토출밸브(22)와 흡입밸브(64)의 조립도이며, 토출밸브(22)와 흡입밸브(64)는 작동 원리를 설명하기 위한 한 방편으로 세부 설계구성까지 도시하였으나 이미 개발되어 있는 종래의 밸브를 사용해도 무방하며 상기 설명한 기술적 원리 내에서는 치환, 변경, 변형이 가능하며 본 발명에 한정되는 것이 아님을 이해하여야 한다.

도 7은 유공압축기(2)의 조립도이고, 도 8은 유공압축기(2)의 작동 상태를 나타낸 개략도이다. 도 7에서, 미설명된 부호 "60"는 실린더 상부커버이다.

도 8의 (a)는 유공압축기(2)가 작동되지 않은 상태이며, 도 8의 (b)는 누름판(10)이 차량(4) 무게에 의해 눌려진 상태이다. 도 8의 (b)에서는 유압부(2a)의 작동유(24)가 유압작동부(2b)로 밀려 내려온 상태이며 공압부(2c)에서는 유입공기의 압축으로 생성된 압축공기가 토출되는 상태도이다.

도 8의 (a)(b)의 화살표를 보면, (a)에서는 유압부(2a)와 유압작동부(2b)에 있던 공기는 공기 자유통로인 흡입공기 유통관(52)으로 밀려 나오며 흡입밸브(64)를 통해서는 흡입되는 과정이며, (b)의 상태에서는 유압부(2a)와 유압작동부(2b)로 자유통로에 있는 공기가 빨려 들어가며 흡입밸브(64)는 닫혀있고 토출밸브(22)를 통해서는 압축된 공기가 밀려 나오는 것이다.

도 9 내지 도 14는 유공 압축기의 다른 실시예로서, "ㅗ"형상의 유공 압축기(2)이다.

도 9에 도시된 "ㅗ"형 유공 압축기(2)에서, 도 9의 (a)는 자체 공기통로가 설치되지 않은 상태도이고, 도 9의 (b)는 자체 통로 배관을 설치한 상태를 보여주고 있다. 도 9에서, 참조부호 "22"는 토출밸브, "64"는 흡입밸브, "54"는 공압토출 연결관이다.

도 9에 도시된 "ㅗ"형 유공압축기(2)는 유압부(2a)의 하측에 좌우로 연장된 두개의 유압작동부(2b-1)(2b-2) 및 공압부(2c-1)(2c-2)를 구성하므로 도 1의 도시된 일자형 유공압축기(2)보다 대용량일 경우에 적합하다.

공압부(2c-1)(2c-2)가 좌우 양쪽으로 2개 있으므로 압축공기 생산량도 많아질 수 밖에 없으며 또한 토출압력도 더 강하게 된다.

그러나 도 9의 "ㅗ"형 유공압축기(2)는 도 1에 도시된 일자형 유공압축기(2)에 비해 옆으로 나온 길이가 더 길기 때문에 도로에 매설할 때 압축기 배열 및 배치 방식은 일자형과 동일하지만 터파기를 할 때의 깊이는 일자형 보다 적게 파고 넓이는 더 넓게 파야 한다. 이러한 특징을 고려할 때 도로 사정상 깊이방향으로 깊게 파지 못하는 곳에 유용하게 활용할 수 있다.

대용량에 적합한 "ㅗ"형 유공압축기(2)에서의 토출량이나 토출압력을 높이려면 압축기 누름판(10)을 누르는 압력 또한 높아야 한다.

그러므로 자동차 바퀴 하나에 1000kg이상 무게에 미칠 수 있는 5톤(5000kg) 이상의 자동차만 지나갈 때 작동되도록 설계할 수 있으며, 특정 도로에는 전체 자동차 통행량은 적으나 화물차 통행이 일반 도로보다 많은 곳도 있기 때문에 압력과 압력공기량을 늘리므로 해서 경제성 있는 발전을 도모할 수 있다.

"ㅗ"형 유공압축기(2)뿐 아니라 도 1의 일자형 유공압축기(2)도 5t(톤) 이상에서만 작동하도록 공압부실린더(62)의 체적을 넓히고 토출압력설정을 높여 제작할 수 있음도 이해하여야 한다.

마찬가지로 도 9의 "ㅗ"형유공압축기(2)를 도 1과 같은 일자형 유공압축기(2)처럼 일반 승용차에 적합하도록 설계 제작할 수 있음은 물론이다.

또 공압발생 어셈블리(6)를 구성함에 있어, 유공압축기(2)들의 일부는 승용차에 작동하게 맞추고 다른 일부는 대형 차량에 맞추어 실린더 지름(내경)을 넓혀 같은 압력에서 생산되는 공기량만 한층더 늘릴 수 있다.

도 10은 "ㅗ"형 유공압축기(2)의 평면 구성도이고, 도 11은 도 10의 E-E선의 단면구성도이다.

"ㅗ"형 유공압축기(2)의 작동방식은 일자형 유공 압축기(2)와 다를 바 없으나 "ㅗ"형 유공압축기(2)는 유압작동부(2b-1)(2b-2)가 밑으로 움직이지 않고 좌우 양옆으로 연장되어 둘로 나뉘어져 있고 흡입밸브(64)와 토출밸브(22)가 밑으로 향하여 있지 않고 옆으로 향해 있는 것이 구성적 특징이다.

또 오일자동보충기(40)의 작동유(24) 보충원리는 일자형 유공압축기(2)에 있는 것과 같으나 모양이 다를 뿐이며 좌우 유압작동부(2b-1)(2b-2)로 새어나온 작동유(24)가 작동유 집유통로(46)를 통해 모여 들게 되며 오일자동보충기필터(50)에서 여과된 작동유(24)는 오일자동보충기 체크밸브(48)를 통해 유압부(2a)로 채워지는 것이다.

도 12는 "ㅗ"형 유공압축기(2)에서 변형된 "ㅗ"형 2단 유공압축기(21)의 사시도이다.

도 12에 도시된 "ㅗ"형 2단 유공압축기(21)는 도 9 내지 도 11에 도시된 1단 "ㅗ"형 유공압축기(2)의 좌우 동급의 공압실린더(62)와는 다르게 2단 공기압축을 위해서 실린더 내경이 서로 다른 제1,제2 공압실린더(62a)(62b)로 구성하며, 압축공기 냉각기(70)를 더 구비한다. 제1,제2 공압실런더(62a)(62b)에서 제1 공압실런더(62a)의 내경이 제2 공압실린더(62b)의 내경보다 더 크다.

도 12를 참조하면, 흡입밸브(64)를 통해 제1 공압실린더(62a)에 들어온 공기는 압축되어 토출밸브(22)를 통해 토출되면 압축공기 냉각기(70)안으로 모여들어 냉각되고 부피축소되며 냉각된 압축공기는 제1 공압실린더(62a)보다 부피가 작은 공압실린더(62b)로 흡입밸브(64)를 통해 1차 압축된 공기가 들어가게 된다. 그에 따라 제2 공압실린더(62b)에서 재차 압축하여 압력을 더욱 높인후 고압축 공기를 토출밸브(22)를 통해 압축공기탱크(92)로 보내는 것이다.

도 13은 "ㅗ"형 유공압축기 작동상태를 나타낸 개략 구성도로서, 도 13의 (a)(b)는 "ㅗ"형 유공압축기(2)의 1단 압축작동 상태를 나타낸 개략 구성도이며, (c)는 "ㅗ"형 2단 유공압축기(21)의 2단 압축 상태를 나타내낸 개략 구성도이다.

도 13에서, ①②③은 공기 자유통로이고, 참조부호 "22"는 토출밸브, "64"는 흡입밸브이다.

도 13의 (a)은 피스톤이 스프링의 힘에 의해 복귀된 상태로서 ①②③의 공기 자유통로에서는 공기가 배기되며 흡입밸브(64)를 통해서는 공기가 흡입되는 공기흐름상태를 나타낸 것이다.

도 13의 (b)는 "ㅗ"형 유공압축기(2)가 작동유 압력에 의해 공기압축된 상태로서 ①②③의 공기자유통로에서는 공기가 흡입되고 압축공기는 토출밸브(22)를 통해서 토출되는 상태이다.

그리고, 도 13의 (c)는 "ㅗ"형 2단 유공압축기(21)를 개략 도시한 것으로, 도 13의 (a)(b)에 도시된 1단 "ㅗ"형 압축기(2)와 다르게 흡입밸브(64)와 토출밸브(22) 위치를 바꾸어 배관을 간편하게 하였다.

도 14는 "ㅗ"형 유공압축기(2)의 조립 구성도이다.

한편 도 15는 본 발명의 압축기 누름판(10)의 구성도로서, (a)는 평면도, (b)는 배면도, (c)는 (a)의 G-G선 단면도이다.

누름판(10)은 중앙 평면부와 외곽부 경사면을 갖는 만곡 돔형상이다.

도 15의 (c)에서 "F"는 누름판(10)이 도로의 노면 위로 솟아오른 돌출높이(약12mm 내외)이며, 누름판(10) 상부면에는 도 15의 (a)에서와 같은 미끄럼 방지홈(74)이 격자형으로 형성되고 누름판(10)의 뚜껑본체 하부에는 빗물 차단홈(76)이 형성되게 구성한다. 누름판(10) 상부면에 형성된 미끄럼방지홈(74)은 차량의 제동에 도움이 되고 이륜차의 미끌림 방지를 도모하며, 상기 빗물 차단홈(76)은 빗물이 타고 내려 유공압축기(2) 내부로 침투하는 것을 방지한다.

본 발명의 유공압축기(2)는 도로에 매설되는 관계로 습기 등 여러 가지 요인에 의해 흡입밸브(64)와 토출밸브(22)의 부식이 야기될 수 있는바, 이를 방지하고 고장을 줄이기 위하여 각 밸브에는 고무캡을 만들어 씌워 밀봉하는 것이 바람직하다.

도 16은 공압발생 장치부(100)의 다수 유공압축기(2)의 배치도로서 공압발생 어셈블리(6) 1개조의 부분 평면도이다.

도 16 내지 도 22에서 유공압축기(2)를 나타내는 점선 원 또는 실선 원은 유공압축기(2)의 실린더 외경을 표시한 것이다.

도 16과 도 27을 함께 참조하면, 도 16에서와 같이 유공압축기(2)가 4개씩 4줄로 된 1개단을 2개 연이은 1개조를 도로에 두개 설치하여 도 27에서는 총 2개조가 설치된 상태를 예시로 보여주고 있으며, 전술한 바 있듯이 유공압축기(2)는 용이한 설치와 기기의 고장시에 유지보수를 용이하게 하기 위하여 유공압축기를 14~16개씩 묶어 1개단으로 하고, 2개단들을 연이어 연결하여 1개조를 구성한다.

유공압축기(2)의 배치를 무작위로 하여서는 압축공기 발생량을 극대화 할 수 없으므로 질서와 규칙에 따라 배치하여야 압축공기 발생량을 극대화 할 수 있다.

본 발명의 압축공기 발생을 위한 공압발생 어셈블리(6)를 구성함에 있어 유공압축기의 배치 방법이 압축공기 발생량을 극대화하는데 중요한 요인중 하나이다.

그러므로 압축공기 발생량을 극대화하기 위한 본 발명에 따른 유공압축기(2)의 기본 배치구조는 도 16, 도 19 및 도 21에 도시된 3가지 배치방식이 있으며, 그에 대해서 설명하면 하기와 같다.

유공압축기(2)의 기본 배치를 정해야 하는 것은 자동차 타이어의 폭넓이가 경차부터 중형차, 대형트럭까지 각각 상이하며 그 타이어의 폭넓이가 155 ~ 235mm가 일반적으며 그 이상까지도 다양하게 존재한다.

주행차량 타이어의 폭넓이를 평균 170~210mm로 간주할 경우, 압축공기 발생량에 대한 최고의 효율을 내기 위해서는 유공압축기(2) 유압부 실린더(72)의 지름을 작게 할수록(190~200mm정도) 압축공기 생산효율이 높아지게 된다.

각 유공압축기 누름판(10)의 중심간 간격이 서로 좁아지게 되면 즉 유공압축기(2)를 가깝게 붙여 놓았을 때에는 차량 타이어 넓이에 의해 바퀴 하나에 두 개의 유공압축기(2)가 작동될 수 있도록 두개의 누름판(10)이 동시에 눌려지기 때문이다.

도 16은 다수 유공압축기들의 1번째 배치방식으로서 1개단이나 1개조 단위의 공압발생 어셈블리(6)를 도로 횡단방향으로 설치한 배치방식을 보여주고 있고, 도 19에서는 상기 공압발생 어셈블리(6)를 도로 차선방향으로 설치한 배치방식을 보여주고 있다.

본 발명에서는 도 16과 도 19의 2가지 배치방식 모두가 차량 진행방향의 관점에서 볼 때 누름판(10)의 중심축이 유공압축기(2) 지름원의 반씩 어긋나게 배치한다. 그래서 압축기 배열의 4줄 중에서 2줄은 2개씩 나머지 2줄은 1개씩 눌려지게 되어서 1개조의 공압발생 어셈블리(6) 위로 자동차가 지나갈 때 자동차 바퀴 1개에 4~6개씩 눌려지게 되므로, 바퀴가 4개인 승용차는 차량 1대에 유공 압축기(2)가 16~24개가 작동하며 바퀴가 6개인 대형차는 36개가 작동하게 된다.

유공압축기(2) 작동수는 차량바퀴의 넓이에 따라 약간의 차이가 생길 수 있으므로 바퀴 하나에 작동되는 평균 작동 수는 5개로 보며 자동차 1대의 바퀴 개수도 평균 5개로 보는 것이 바람직하다.

도 16에서, 설치프레임(78)은 각 유공압축기(2)를 단별로 고정시키며 누름판(10)만을 상부로 돌출되게 하는 강철 철골 구조체로서 도 28에 도시된 바와 같은 콘크리트블록(114) 안에 설치된다. 콘크리트블록(114) 안에는 유공압축기(2)가 설치프레임(78)에 견고히 고정되며, 내부에는 흙이나 기타 다른 물질로 채우지 않고 공간부를 형성하여서 압축기의 열이 발산될 수 있게 해준다. 설치프레임(78) 밑으로는 배수공간을 확보하는 것이 바람직하다.

도 16의 공압발생 어셈블리(6)에는 개폐문(80)을 구비하는데, 개폐문(80)은 각 단끼리 조립과 해체를 위해 배관을 연결하거나 연결 해체를 할 때 이용된다. 작업자는 개폐문(80)을 먼저 열고 배관을 연결하거나 연결을 해체하고 해당 단을 교체 후 개폐문(80)을 볼트로 조여 닫는다.

개폐문(80)과 누름판(10) 외에는 미끄럼 방지를 위해 요철이 있는 철판으로 각 단 별로 용접하며 철골 프레임구조도 움직이지 않게 콘크리트 블록(142)에 고정한다. 도 16에서는 상부 철골 프레임구조가 보이도록 철판을 덮지 않은 상태도이다. 유공압축기(2)를 수리 또는 설치프레임에서 분리할 때는 단을 뒤집어 놓고 철골 구조를 해체한다.

도 17은 각 단에 배치되는 공압발생 어셈블리(6)의 개략적인 장치 구성도이다.

도 16에 도시되어 있듯이 유공압축기(2) 14~16개로 된 한 단이 공압발생 어셈블리 기본 장치부(116)를 구성하며, 각 단의 기본 장치부(116)에는 흡입공기 주관로(90)와 압축공기 주관로(88)가 구비되고 주관로(88)(90)의 형성된 각 지관들을 통해서 대응 유공압축기(2)와 연결된다. 도 17에서, 참조부호 "22"는 토출밸브이고, "64"는 흡입밸브이다.

흡입공기 주관로(90)에는 압력조절을 위해 차단조절밸브(82)가 설치된다. 본 발명이 차량의 하중을 이용한 압축공기 생산 방식인데 최종 압력조절 방식으로는 차단조절밸브(82)를 이용한 차단조절 방식을 택하였다.

차단조절밸브(82)는 유공압축기(2)에서 토출되어서 압력탱크로 향하는 압축공기 주관로(88)내에 설정 이상의 압력이 형성되면 흡입공기 주관로(90)를 밸브로 차단하여서 유공압축기(2)가 흡입공기가 없는 상태에서 작동하도록 하는 방식이며, 다른 예로서는 그립-암(grip-arm)방식 제어도 가능하다.

그립-암(grip-arm) 제어방식은 주로 피스톤 압축기에 사용되는 방법으로 송출관 속의 압력이 설정압력 이상으로 고압이 되면 흡입 밸브가 계속 열려 있게 되므로 압축공기가 생산되지 않게 하는 방법이다. 이렇게 되면 피스톤에는 힘이 작용하지 않고 왕복 운동만 하게 되어 과부하가 방지된다.

차단조절밸브(82) 후단의 흡입공기 주관로(90)에는 흡입필터(86)가 설치된다. 흡입공기 주관로(90)로 공기가 들어올 때 이미 다른 흡입필터를 거쳐 왔지만 각 단에 상기 흡입필터(86)를 추가 설치하여서 좀 더 깨끗한 공기를 공급하게 위한 것이다. 상기 흡입필터(86)는 도로 밖 지상에서 2m이상 높이로 설치하여 습기나 먼지를 방지할 수 있게 한다.

도 17의 기본 장치부(116) 구성에 있어, 압축공기 주관로(88)에는 체크밸브(84)가 설치된다. 체크밸브(84)는 16개의 유공압축기(2)에서 생산된 압축공기를 설정된 압력으로 압축공기 주관로(88)로 내보내는 역할을 하며, 주관로(88)의 압력이 강해도 유공압축기(2)로 되돌아오지 못하게 한다.

도 18은 압축공기 증압 장치부(118)의 장치 구성도이다.

1단의 유공압축기(2)는 증압을 위한 2단 압축기가 아니므로 자체에서는 증압이 안된다. 그러므로 높은 압력이 필요할 때는 도 18의 압축공기 증압 장치부(118)를 거치게 되면 원하는 압력을 얻을 수 있다.

도 18을 참조하면, 압축공기 증압 장치부(118)는 저압부(120)와 증압부(122)로 구성한다. 저압부(120)와 증압부(122)는 1단의 유공압축기(2)를 다수로 구성하되, 증압부(122)의 유공압축기(2) 개수와 저압부(120)의 유공압축기(2) 개수는 동일하거나 비례하지 않으며 도로 상황에 따라서 형성되고, 보편적으로는 증압부(122)의 유공압축기(2) 개수가 적은 것이 바람직하다.

압축공기 증압 장치부(118)는 도 17의 공압발생 어셈블리 기본 장치부(116)에서와 같이 압축공기 주관로(88), 흡입공기 주관로(90), 흡입필터(86), 체크밸브(84) 및 차단조절밸브(82)를 그대로 구비하며, 압축공기 냉각기(70)를 더 구비한다.

흡입공기 주관로(90)를 통해 흡입된 공기는 각 지관과 흡입밸브(64)를 통해서 저압부(120)의 유공압축기(2)로 주입되어 압축된다. 저압부(120)의 유공압축기(2)들에서 1차 압축된 공기는 토출밸브(22)로 토출되어 압축공기 냉각기(70)으로 보내져 냉각되고, 냉각된 압축공기는 증압부(122)의 각 유공압축기 흡입밸브(64)를 통해 흡입되어 증압부(122)의 유공압축기(2)에서 증압되는 것이다. 증압 압축공기는 유공압축기(2)의 각 토출밸브(22)를 통해 배출되어 압축공기 주관로(88)로 보내진다.

이 때 증압부(122)의 유공압축기 누름판(10)을 누르는 압력은 저압부(120)에 해당하는 유공압축기 누름판(10)을 누르는 압력보다 강해야만 필요한 압력을 얻을 수 있다. 이를 위해서는 증압부(122)의 공압부 피스톤 지름을 줄이는 방식도 있지만 저압부(120)에서 만들어지는 공기량을 감당해 내기 위해서는 유공압축기(2)의 누름판(10) 압력을 키우는 것이 바람직하다.

증압부(122)를 구성하는 유공압축기(2)의 누름판(10)의 압력을 키우는 방법으로는 증압부(122)의 유공압축기(2)의 토출밸브(22)를 원하는 압력으로 설정해 놓는 것이다. 그렇게 되면 자연적으로 승용차 등 비교적 가벼운 차들은 증압부(120)를 구성하는 유공압축기(2)의 누름판(10)을 누르지 못하지만 설정압력 이상으로 누를 수 있는 중량이 무거운 차가 지나가게 되면 압축공기가 증압되어 토출하게 되므로 원하는 압력을 얻을 수 있다.

그러므로 도로 상황에 따라 저압부(120)와 증압부(122)의 압축기 개수를 증감할 수 있다.

도 19에서는 공압발생 어셈블리(6)를 도로 차선방향으로 설치한 부분 평면도를 보여주고 있는데, 도 19에서와 같이 차선방향 배치방식은 차량 통행이 1개 차로 정도의 좁은 도로에 유용하게 이용될 수 있다. 또 통행량이 많지 않거나 주차장 입구나 출구 등 한정된 공간을 갖는 도로 등에 설치 가능하며 일반도로에도 설치 가능함은 물론이다. 여러 차로에 설치할 경우에는 각 차로에 각각 복수조로 설치 가능한 것이다.

차량의 진행 방향과 동일하게 공압발생 어셈블리(6)를 설치하되 도 19에서와 같이 차선내 양쪽바퀴에 대응되는 두 줄(2개조)로 설치하며, 도로 형편에 맞는 가능한 길이만큼 설치할 수 있다. 공압발생 어셈블리(6)의 설치방향이 차량 진행방향과 같은 방향이기 때문에 자동차 1대가 지나가며 작동시키는 유공압축기(2) 개수는 설치길이에 따라 다르기 때문에 정할 수 없다. 하지만 도 16에서 함께 언급한 방식으로 계산해 보면 4줄에 24개가 작동하였으니 약 20m를 매설하면 40줄을 만들 수 있으므로 자동차 1대가 지나가면 유공압축기(2) 작동 개수는 240개가 될 것이다. 그러므로 차량 통행은 분당 40대 이상만 되어도 큰 효과를 낼 수 있다.

만약 도심 도로에 유공압축기(2)를 왕복 4차선 도로에 도로 차선방향 배치방식으로 각 차선에 공압발생 어셈블리(6)를 2개조씩 설치하게 되면 총 8개조가 설치된다. 이 때 같은 조건의 차량 통행 숫자라면 압축공기발생 어셈블리(6)는 4배가 설치 되었지만 압축공기 발생량은 10~15배 많아지게 된다.

도 20은 공압발생 어셈블리(6)의 도로차선방향 배치방식에 따른 개략 기본 장치도이며, 도 20에서 참조 부호 "92"는 압축공기 탱크이다.

도 20의 장치부 작동원리는 도 17의 공압발생 어셈블리 기본장치부(116)의 작동원리와 유사하므로 그에 대한 설명은 생략한다.

도 21은 공압발생 어셈블리(6)를 구성하는 유공압축기(2)의 3번째 배치방식을 설명하기 위한 부분 평면도이다. 도 16의 방식이 1번째 배치방식이고, 도 19의 배치방식이 2번째방식이다.

유공압축기(2)의 3번째 배치 방식은 설치할 유공압축기(124)의 실린더 지름(외경)원을 4등분하여 등분된 하나의 넓이만큼 뒤따르는 누름판(10) 중심선이 어긋나게 배치하는 방식이다. 이는 타이어의 폭넓이에 따라 바퀴 하나에 약 3~6개까지 유공압축기(2)가 작동하게 된다.

도 21에는 등분된 중심선에 ①②③④⑤⑥⑦⑧번까지 매겼는데, ①⑤번 압축기 중심선으로부터는 바로 뒤따르는 ③⑦번 압축기 중심선이 실린더지름 1/4만큼 오른쪽으로 어긋나 있고, ③⑦번 압축기 중심선으로부터는 바로 뒤따르는 ④⑧번 압축기 중심선이 실린더지름 1/4만큼 오른쪽으로 어긋나 있으며, ④⑧번 압축기 중심선으로부터는 바로 뒤따르는 ②⑥번 압축기 중심선이 실린더지름 1/4만큼 오른쪽으로 어긋나 있다.

이러한 배치방식은 타이어의 폭넓이에 따라, 타이어폭이 좁은 것은 압축기 작동 개수가 적고 타이어의 폭넓이가 넓은 것은 압축기 작동 개수가 많다는 것이 특징이다.

도 22는 도 21의 압축기 배치 방식에 대한 개략적 장치 구성도이며, 도 17의 공압발생 어셈블리 기본장치부(116)의 작동원리와 유사하므로 그에 대한 설명은 생략한다.

상기와 같은 배치구성을 통해서, 차량이 지나가므로 해서 유공압축기(2)에서 발생되는 압축공기는 유공압축기(2)의 지관 공통배관으로 모여지며 설정된 압력에 따라 체크밸브(84)를 통과하고 압축공기주관로(88)를 통해서 압축공기탱크(92)로 모여지게 되는 것이다.

도 23은 도 29에 도시한 공압에너지 저장장치부(200)의 개략적인 기본 장치구성도이다.

차량의 하중을 이용하는 압축기는 자동차가 통행하는 한 계속해서 압축 작동을 하기 때문에 출퇴근 시간이나 자동차의 통행량이 많아졌을 때 발전장치부(300)를 구성하는 공압모터(110)의 소비량보다 압축공기 생산량이 더 많다. 공압모터의 탱크의 저장능력 상한선을 넘어서게 되면 압축공기를 대기중으로 배기할 수 밖에 없지만, 본 발명의 공압에너지 저장장치부(200)를 이용하게 되면 잉여 에너지를 압축공기탱크(92)에 저장하였다가 필요시 공급할 수 있게 된다.

본 발명 공압에너지 저장장치부(200)에서는 압축공기탱크(92)가 2개의 탱크(92-1)(92-2)로 되게 구성하고, 압축공기의 흐름을 전환할 수 있는 압력스킨스밸브(94)를 채용한다.

도 23에 도시된 압력스킨스밸브(94)에서 부호 "P"는 입구단으로서 입력원(압축공기)에 연결되고, "A"는 메인 출구단으로서 1번 압축공기탱크(92-1)와 연결되며, "R"는 변경 출구단으로서 2번 압축공기탱크(92-2)와 연결된다.

공압에너지 저장치부(200)를 구성함에 있어 압력스킨스밸브(94)를 채택한 것은 정전이 되어도 계속해서 자동차가 다니는 한 공압발생 장치부(100)로부터는 압축공기가 발생되기에 그 압력에 의해서 압력스캔스밸브(94)가 작동가능하기 때문이다.

만일 1번 압축공기탱크(92-1)에 전기식 작동하는 압력스위치(98)를 설치할 경우에는 정전이 되어도 충전전류에 의한 작동이 될 수 있도록 충전부를 마련하여야 한다. 충전부를 마련하고 상기 압력스위치(98)를 설치하면 압력스킨스밸브(94) 대신에 전자식 3/2-웨이(way) 방향제어밸브를 설치하여서 밸브를 전자식으로 변경하는 것도 가능하다.

공압에너지 저장장치부(200)의 작동원리를 설명하면 하기와 같다.

평상시에는 1번 압축공기탱크(92-1)로 공기가 저장되고 정격압력으로 공압모터(110)에 공급되지만 자동차의 유동이 많은 출퇴근 시간에는 필요이상으로 생산되는 공기를 2번 압축공기탱크(92-2)로 자동저장시키는 에너지 저장방식이다.

1번 압축공기탱크(92-1)에서 설정된 상한 압력이 넘어설 때마다 자동전환밸브인 압력스킨스밸브(94)가 메인 출구단(A)에서 보조 출구단(R)으로 밸브통로를 전환하여 1번 탱크(92-1)의 입구는 닫고 2번 탱크(92-2)의 입구가 열리도록 한 후 압축공기를 2번 압축공기탱크(92-2)로 유도하여 저장한다. 상기 1번 압축공기탱크(92-1)에서의 설정된 상한압력 체크는 기설정된 상하한 압력을 체크하는 압력스위치(98)에 의해서 이루어진다.

그러다가 차량 유동이 적은 시간대에 압축공기 생산량보다 소모량이 많아져 1번 압축공기탱크(92-1)의 압력이 2번 압축공기탱크(92-2)보다 떨어질 때마다 셔틀밸브(102)에 의해 1번 압축공기탱크(92-1)의 출구가 닫히고 2번 압축공기탱크(92-2)의 출구가 열리며 저장되어 있던 압축공기가 발전장치부(300)의 공압모터(110)로 공급되어 정격출력을 유도하는 것이다.

압력스킨스밸브(94)는 1번 압축공기탱크(92-1)에 설정된 상한선으로 압력이 넘어설 때에만 1번 압축공기탱크(92-1) 입구가 닫히고 2번 압축공기탱크(92-2) 입구가 열리게 되며 1번 탱크(92-2)의 압축공기가 빠져나가 설정 하한선 이하로 떨어지면 압력스킨스밸브(94)에 의해 2번 압축공기탱크(92-2) 입구가 닫히고 1번 압축공기탱크(92-1) 입구가 열리게 되는 것이다.

이 때 셔틀밸브(102)는 1번,2번 압축공기탱크(92-1)(92-2) 중에서 압축공기가 어느 쪽으로 공급 되든지 반복적으로 압력이 약한 쪽을 막고 강한 쪽 탱크 출구를 열어 공압모터(110)에 정격 압축공기를 공급한다.

1번 압축공기탱크(92-1)의 압력이 설정 상한선 이상 되기 전에는 2번 탱크(92-2) 입구가 압력스킨스밸브(94)에 의해 열리지 않으며 1번 압축공기탱크(92-1)가 상한선이 되어 2번 압축공기탱크(92-2)로 전환 되어도 탱크의 압력은 1번 압축공기탱크(92-1)가 크기 때문에 1번 압축공기탱크(92-1) 출구가 셔틀밸브(102)에 의해 열려 있게 된다. 이 구간이 2번 압축공기탱크(92-2)에 압축공기가 모이게 되는 시간대이며 2번 압축공기탱크(92-2)의 압력이 1번 압축공기탱크(92-1)의 압력을 넘어설 때만 셔틀밸브(102)는 2번 압축공기탱크(92-2) 출구를 열어주게 된다.

하지만 1번 압축공기탱크(92-1)의 압력이 설정 하한선 이하로 떨어지지 않으면 2번 압축공기탱크(92-2)에서는 압력이 설정 상한선이 되어야 압력스킨스밸브(94)가 1번 압축공기탱크(92-1)로 전환하여 압축공기를 공급한다. 즉 압력스킨스밸브(94)는 1번 압축공기탱크(92-1)의 압력이 설정 상한선 이상이 될 때만 2번 압축공기탱크(92-2) 입구를 열어주고, 1번 압축공기탱크(92-1)의 압력이 설정 하한선 이하로 떨어지거나 2번 압축공기탱크(92-2)가 설정 상한선이 되면 1번 압축공기탱크(92-1) 입구를 열어주는 역할을 반복하며 에너지를 2번 압축공기탱크(92-2)로 모아두게 된다.

이 때 1,2번 압축공기탱크(92-1)(92-2) 모두 설정 상한선을 넘어서면 1,2번 압축공기탱크(92-1)(92-2) 각각과 압력스킨스밸브(132) 전단에 대응 연결된 안전밸브(96)에 의해 배기 된다.

따라서 출퇴근시간이나 심야 등 시간대에 따라 유동차량의 편차가 많은 곳에 자동차의 하중을 이용한 공압발전시스템을 설치할 때는 상기한 공압에너지 저장 장치부(200)에 의해 출력이 더욱 안정적이고 평균발전시간을 늘여 준다.

도 24는 발전장치부(300)를 구성하는 공압모터(110)를 일방향으로만 연속회전시키는 미터인제어 장치부(130)의 구성도이다.

본 발명의 자동차의 하중을 이용하는 공압발전시스템에 적합한 공압모터(110)는 출력이 강한 기어형 공압모터가 바람직하다.

기어형 공압모터(110)는 2개의 맞물린 기어(gear)에 압축공기를 공급하여 회전운동을 얻는 방식이다. 1개의 기어는 공압모터(110) 축에 고정되며 소형에서도 10,000rpm 정도의 고속 회전에 높은 출력 45kw(60마력)을 얻을 수 있다.

공압모터(110)의 특징으로는 속도와 출력을 무단으로 조절할 수 있으며 속도 범위가 크고 열,습기,냉기 등 주변 환경에 민감하지 않고 관리자가 적은 지식으로도 취급이 용이하고 유지보수가 쉬우며 출력대 중량비가 크므로 작은 모터가 큰 일을 할 수 있다.

단, 공압모터(110)는 공기배출 소음이 크므로 공압모터(110)에 소음기(112)를 설치해야 하며 발전장치부(300)는 지하시설 등을 이용하거나 지하공간을 만들며, 설령 주거공간과 연결되었을 때는 기계시설물에 방진시설과 방음장치를 설치하는 것이 바람직하다.

도 24의 미터인제어 장치부(130)를 참조하면, 공기압조정유닛(104)을 통하여 공급된 압축공기는 가변조리개밸브(106)를 통해 공압모터(110)로 주입되어 필요한 속도로 공압모터(110)를 회전시키며, 공압모터(110)의 출력에 의해 교류 발전기(108)가 발전한다.

공압모터(110) 배기측은 소음기(112) 뿐이므로 공기압 모터의 출력을 100% 효과적으로 사용할 수 있으며 공압모터(110) 급기측을 구경을 좁혀서 속도 조정을 하는 미터인 제어는 공기 소비량이 적어서 공기압 모터의 작동에 적합하다.

공압모터(110)와 연결되어 있는 교류발전기(108)는 공압모터(110)나 에어터빈의 출력에 따라 발전기 용량을 정할 수 있고 하나의 대형 에어터빈으로 하나의 발전기를 돌릴 수도 있지만, 도 24의 장치도에서 발전기(108)의 출력은 40kw급이다. 이는 현재 기존의 공압모터로 낼 수 있는 출력이 약 45kw(60마력)이기 때문에 종속된 것이며 발전기(108)를 구성함에 있어 2~3개의 발전기로 나누는 것도 유리한 점이 있다.

압축공기 생산량에 따라 공압모터(110)와 발전기(108)는 도 24와 같이 +n개 로 병렬 설치할 수 있다.

발전장치부(300)에서 공압에너지를 전기에너지로 변환하는 효율을 더욱 높이기 위해서는 더 높은 출력을 낼 수 있는 공압모터와 발전기가 둘이 아닌 하나로 이루어진 공압발전 전용 공압발전기를 개발하는 것이며, 대형 에어터빈을 제작하여 출력을 높이면 대용량 발전도 가능하고 에너지 변환 효율도 더욱 높일 수 있다.

미터인제어 장치부(130)에서 발전된 전기에너지는 변압부(132)를 거쳐서 수요자나 비상전력 장치부(도 29의 400)의 비상전력 구축망으로 공급된다.

도 25는 본 발명의 실시 예에 따라 차량의 하중을 이용하는 공압발전 시스템의 전반적인 개략도이다.

도 25에서, 본 발명의 공압발전 시스템은 공압발생 장치부(100)와, 공압에너지 저장장치부(200)와, 및 발전장치부(300)로 구성됨을 알 수 있고, 공압발생부(100)의 공압발생 어셈블리(6)는 도로에 매설되고 나머지 공압에너지 저장장치부(200)와 발전장치부(300)는 발전실에 갖춰진다. 공압발생 장치부(100)에서 차량의 하중에 의해 발생되는 압축공기는 공압에너지 저장장치부(200)로 넘어와서 적절하게 발전장치부(300)로 넘어가며 발전장치부(300)에서 최종적으로 조정된 압력으로 공압모터(110)의 출력을 제어하며 발전하는 것이다.

전술한 본 발명은 발명이 속하는 분야의 통상적인 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환이나 변경, 변형이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아님을 이해하여야 한다.

전술한 기술에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명의 차량의 하중을 이용한 공압발전시스템을 설치하여 운전하게 되었을시 생산할 수 있는 에너지량을 개략적인 수치로 표현하여 이론적 증명을 하고자 한다.

본 발명의 자동차의 하중을 이용한 공압발전 시스템에서는 자동차의 무거운 하중을 이용하고 공기를 압축하기 때문에 동력을 따로 준비하지 않고 자동차의 하중 즉 자중 에너지를 이용해 압축공기를 얻을 수 있는 것이다.

도 27의 일 예와 같이 공압발생 어셈블리(6)를 구성하는 유공압축기를 세로로 4개씩 가로로 4줄 늘어놓은 1개조를 두개로 기본적으로 2개조를 구성하고, 자동차의 하중을 이용한 공압발전을 수행한다. 또 도로에 2개조의 공압발생 어셈블리(6)가 설치되었을시 공압발전시스템의 예상 전력발생량을 계산하여 이론적으로 추론하되, 아래에서 계산하는 모든 수치는 경우의 수에서 최하의 수로 계산함을 유의하여야 한다.

차량의 기본 바퀴수가 승용차의 경우 앞뒤 총 4개, 버스나 트럭의 경우 6~10개가 되지만 승용차의 수가 많기 때문에 최하 값으로 기준을 잡아 차량 1대의 바퀴 수를 평균 4.5개로 기준하며 바퀴 1개가 1개조에서 작동시키는 압축기 수는 평균 5개씩 이므로 22.5개가 되며, 자동차 1대가 지나가면 작동하는 유공압축기 수가 2개조가 설치된 곳에서는 도로 한 방향에서 45개가 작동되며 양방향인 도심도로에 통행하는 자동차의 수가 대부분 비슷하기 때문에 양방향을 계산하면 양방향으로 자동차 1대의 통행에 작동되는 압축기 수는 90개가 된다.

그러므로 압축기 1개의 용적량과 자동차 1대에 의해 작동하는 압축기 수를 곱하면 양방향으로 자동차 1대가 통과할 때 압축공기 생산량(압축기 용적량X압축기 작동수=압축공기생산량)이 나오게 되며 여기서 분당(min) 한방향으로 통과하는 자동차의 수를 곱해주면 1개조에서 생산되는 압축공기량을 알 수 있다.

공압에서 실린더의 힘(피스톤로드의 작동력)은 하기 수학식 1과 같다.

이미 정해진 피스톤로드의 작동력과 압력이 정해져 있으니 피스톤의 면적을 구하려면,

피스톤의 면적[㎠] = 실린더 힘(kgf) ÷ 압력]kgf/㎠]

그래서 압축기의 실린더 크기는 피스톤로드를 누르는 힘에 따라 또는 토출압력에 따라 피스톤의 면적(실린더 크기)을 달리 할 수 있다.

또 피스톤 면적은 변하지 않으며 피스톤로드를 누르는 힘을 가감하므로 토출압력과 용적량을 가감할 수 있다.

그에 따라 본 발명의 일예 계산에서 정해진 수는 승용차 바퀴 하나가 유공압축기 누름판(10)을 누르는 무게(힘)를 350kg으로 잡는다. 즉 350kg 이상의 무게에는 압축기 누름판(10)이 작동되는 것이다.

승용차의 무게는 출고시 공차의 경우 평균무게는 약 1400kg~1600kg정도 되기 때문에 최저인 1400kg을 기준으로 바퀴 한 개에 미치는 무게는 약 350kg으로 볼 수 있으며 이 때 토출설정압력은 4kgf/㎠으로 정하면,

350÷4 = 87㎠(면적)이므로, 즉 350kg의 힘으로 4kgf의 압력을 압축기에서 만들어 낼려면 피스톤 면적이 87㎠이어야 한다는 것이다.

피스톤 면적이 87㎠가 되려면 면적 구하는 공식(πr²)을 대입하여 계산하면 3.14 × 5.3 × 5.3 = 88㎠이므로 피스톤 지름(2r)이 10.6cm이어야 한다.

그리고 본 발명의 유공압축기(2)의 유압부(2a)에 의해 늘어난 공압부(2c) 행정거리는 10cm로 정한다.

유공압축기(2)의 공압부 실린더 내경(피스톤지름)이 10.6cm에 피스톤 행정거리 10cm일 때, 실린더의 용적량(V)은 하기 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.

여기서, V: 용적량, r: 반지름, h: 높이(행정거리))

V = 3.14 × 5.3 × 5.3 × 10

V = 881㎤ (실린더 1개 용량)

그러면, 공압발생 어셈블리(6) 2개조의 분당 압축공기 생산량을 총용적량을 구하는 하기 수학식 3을 이용해 구해보면 하기와 같다.

여기서,

f: 총 용적량[㎡/min],

v: 압축기 1개 용적량(= 881㎤)

n: 자동차 1대당 압축기 작동수(=90개),

s: 분당 자동차 통행수(=250~300대/min)

그러므로, f = 881×90 ×250~300

f = 19.822.500 ~ 23.787.000 ㎤/min

f = 19.8 ~ 23.7 ㎥/min

이러한 결과를 통한 공압발생 어셈블리 2개조에서 송출압축공기량은 약 20 ~ 24㎥/min인데, 이러한 수치는 압력 4kgf를 기준으로 했기 때문에 압축기 이론 공급체적으로 표시하려면 대기압 상태로 환산 하여야 한다.

책제목 "공압제어기술과 실습"(권정희 저, 문운당 출판, 2003년도 발행)의 공지 문헌을 참고하면, 공급 공기량은 압축기가 단위 시간당 공급할 수 있는 대기압 상태 즉 표준상태(normal condition)의 공기체적을 말하며 단위는 N㎥/min이나 N㎥/h로 표시한다. 공기 소비량은 주로 공압작동기의 크기와 왕복 횟수를 고려하여 산출한 후 표준공기 상태로 환산하여 결정한다. 압축기의 송출공기량은 표준공기 상태의 이론 공급체적으로 표시되므로 체적효율을 고려하여 실제 공급 공기량으로 환산 후 비교해야 한다. 왕복식 압축기의 체적효율은 보통 55~65%정도이다.

<저장탱크의 선정>

저장탱크의 선정은 구동용 전동기의 정격출력을 기준으로 한다.

용적 [㎥]	직경 [mm]	유효높이 [mm]	배관크기 [mm]	압축기용량 [N㎥/min]
0.2	450	1320	25A	1.5~1.5(7.5~11kw)
0.4	650	1300	40A	2.0~3.5(15~27kw)
0.5	700	1400	40A	5.0 (37kw)
0.7	800	1510	50A	5.5 (55kw)
1.0	950	1550	50A	10 (75kw)
1.5	1000	2060	80A	15 (110kw)

저장탱크 선정표

상기 표 1의 저장탱크 선정표를 살펴보면 표준 공기 상태의 공급 공기량이 15N㎥/min되려면 전동기 출력이 110kw급이어야 가능하다는 것이다.

그런데 본 발명의 압축공기 발생장치부에서는 압축기 1대가 공급하는 공기량이 아니라 전체 2개조 공압발생 어셈블리에서 차량이 분당 250~300대 통과 할 때 생산하여 공급할 수 있는 공기량이므로 이를 표준대기압으로 환산하면,

4kgf × (20~24㎥/min)= 약 80~90N㎥/min이 된다.

위 공지 문헌의 내용과 비교하면 생산공기량이 15N㎥/min이 되려면 전동기 출력이 110kw 용량이어야 된다는 것이다. 상기 저장탱크 선정표에 따라 계산한다면 80~90N㎥/min의 공기를 생산하려면 약 600kw급 전동기가 있어야 한다는 것이다.

만약 110kw 출력의 전동기로 생산한 공기량 15N㎥/min로 발전을 한다면 발전할 수 있는 양이 얼마인지를 유추할 것이다.

그 양을 유추해 증명하기 위하여 공지 문헌을 다시 인용한다.

<참고 공지 문헌>

"공압제어기술과 실습"(권정희 저, 문운당 출판, 2003년도 발행)의 25~30쪽.

『압축기를 송출압력에 따라 분류하면 7~8kgf/㎠ 이하를 저압, 10~15kgf/㎠을 중압, 15kgf/㎠을 고압으로 분류한다. 또 소비동력(또는 출력)에 따라 0.2~14kw의 것을 소형, 15~74kw를 중형, 75kw이상의 것을 대형으로 분류한다.』

참고 공지문헌의 기재를 다르게 표현 한다면 전기한 '저장탱크 선정표"에 압축기용량(N㎥/min)을 기준으로 보면 10N㎥/min의 공기를 생산하는데 75kw의 전력이 소비되거나 전동기 출력이 75kw가 되어야 한다는 것이다. 다시 말하면 10N/min의 압축공기로 변환 손실을 무시한다면 75kw의 전력을 생산할 수 있다는 것이다.

그런데 본 발명의 압축공기발생시스템에서 생산되는 공기량은 약 80~90N㎥/min이므로 공압모터를 이용해 발전을 한다면 이 부분에 대해서는 정확한 실험을 하지 못한 관계로 정확한 수치를 제시할 수 없으나 필요한 압력이나 체적효율이 55~65%인점 또 에너지 변환효율과 손실을 감안하여 참고 공지문헌과 비교해도 최소 120~180kw 정도를 전력으로 변환할 수 있을 것으로 예상된다.

이 때 본 발명의 자동차의 하중을 이용한 공압발전시스템에서 생산할 수 있는 전력이 최저 120kw라면 자동차 통행량이 적어지는 새벽시간을 빼고 20시간만 평균 발전을 한다고 해도 하루 2400kwh의 전력을 생산하게 된다.

이것을 태양광 발전 효과와 비교해 보면 태양광 하루 평균 발전 시간이 3.84시간과는 다르게 본 발명의 발전시스템에서는 하루 평균 발전 시간을 20시간으로 잡을 수 있을 것이며 하여 태양광 발전으로 하루 2400kwh를 생산하려면 650kw급 발전시설을 갖추어야만 하루 2496kwh를 생산할 수 있다. 그런데 태양광 발전으로 650kw급 발전시설을 하려면 현재 1kw당 약 500만원 정도 총 비용이 소요 되기에 32억5천만원이 소요된다.

그러나 본 발명의 자동차의 하중을 이용한 공압발전 시스템에서는 압축기의 크기가 지름 약 240mm이하, 높이 650mm내외인 압축기로 2개조를 설치하는데 소요개수는 도로 넓이를 평균 15m정도로 기준 할 때 450~500개 정도이며 총 예상 소요 자금은 높게 잡아도 10~15억 정도로 보기 때문에 태양광이나 풍력발전기에 비해 하루 평균 동급의 발전을 하는데 소요자금이 30~40%정도이기 때문에 경제적 효율은 3배 정도 될 것으로 추정한다.

또한 에너지 변환 효율을 높이거나 대량 생산에 의한 압축기 생산 단가를 낮추거나 자동차 통행량이 많은 곳에 설치하거나 좋은 길목에 공압발생 어셈블리(6)를 2개조 이상 설치하여 운영한다면 경제적 효율을 더 높일 수 있으며 또한 공압에너지 저장장치부(200)에 의해 평균발전시간이 늘어나면 경제적 효율을 더욱 높을 수 있으며 무엇보다 자동차의 하중을 이용한 공압발생장치(100)를 포함한 공압발전시스템을 도로에 가로로 설치하지 않고 세로로 설치를 한다면 압축공기 발생효율은 같은 교통량의 조건에서는 10배 향상시킬 수 있다. 단, 공압발생 어셈블리(6)도 2~4배 더 설치해야 한다.

지금까지 계산한 수치는 단순히 자동차가 정지되어 있는 상태의 평균 최하 무게 1400kg을 기준으로 바퀴 하나로 압축기 누름판(10)을 누르는 힘을 350kg으로 계산한 것이지만 승용차에는 트렁크에 평상시 싣고 다니는 스페어 타이어 등 여러 가지 물건에 대한 중량과 사람이 승차한 무게 등을 합하면 더 무거워 질 수 있으며 이론적 계산보다 수치는 높아질 것이다.

또한 유공압축기(2)에 미치는 자동차 무게의 압력은 차량의 단순한 중량만 영향을 미치는 것이 아니라 달리는 자동차의 관성에너지까지 겹쳐지기 때문에 도로에 매설된 유공압축기(2)에 전달되는 에너지는 실제 자동차의 무게보다 크게 영향을 미친다. 즉 주먹크기의 돌을 머리위에 가만히 올려놓은 것은 단순한 중력에너지만 작용한다. 그러나 돌이 시속 40km내외로 굴러와 머리에 부딪히는 것은 질량과 가속도에 의해 자중 에너지와 관성에너지가 합산된 것으로 그 힘은 중력에너지만 작용할 때보다 차이가 많을 수 밖에 없다. 그러므로 상기 계산한 공압발전 예상량은 계산된 수치보다 높아질 것이라는 것을 생각해야 한다.

또 차량의 무게에서 나오는 위치에너지와 운동 에너지에 의한 충분한 힘이 있으므로 공압 실린더 지름(피스톤 지름)을 1cm 넓히거나 피스톤 행정거리를 1cm만 키워도 생산되는 압축공기량은 무척 많아지므로 압축공기생산량을 키울 수 있는 방안은 많다.

행정거리를 키우기 위해서는 유압작동부(2b) 실린더 지름을 줄이면 된다. 그러나 행정거리를 키우기 위해서는 압축기 누름판(10)에 자동차의 앞 바퀴가 지나가고 뒷 바퀴가 도착하기 전에 누름판이 복귀 되어야 하기 때문에 복귀 스프링의 힘 조절을 정확하게 해야 한다. 이러한 상보관계(trade off)에 의해서 공압 피스톤 행정거리 한계가 120mm 전후가 될 것이다.

도 26은 공압발생 장치부(100)를 구성하는 공압발생 어셈블리(6)와 발전시설(140)을 사거리 교차로에 설치한 예시를 보여주는 개략 구성도이다.

도심의 도로에 교차로와 가까이 있는 횡단보도(142) 등에 설치된 12개조의 공압발생 어셈블리(6)를 연결하면 하루 발전 예상 전력이 2개조 설치하였을 때 2400kwh였기에 하루 14,000kwh를 생산할 수 있는 발전시설(140)을 갖출 수 있는 것이며, 발전시설(140)을 한 곳으로 모으기 때문에 발전시설 설비비용을 절감될 수 있다.

공압발생 어셈블리(6)를 교차로나 횡단보도 주위에 설치하는 이유는 차량의 고속주행이 없는 곳이 유공압축기(2)의 수명이나 압축공기 생산량에 유리하기 때문이다.

공압발전을 위한 자동차의 적정 속도는 시속 30km~40km이하이며 속도가 한계를 넘어 설수록 압축공기 생산량은 떨어질 것이다.

그러므로 공압 발전 시설을 설치하기 유리한 곳으로는 교통량이 많으며 30km이하 속도로 주행하며 대형 주차장 입구 및 출구 물류센터나 고속도로 매표소 등이 선정될 수 있다.

공압발생 장치부의 자동차 적정 한계 속도를 올리려면 유공압축기(2)의 유압부(2a)와 유압작동부(2b) 복귀 스프링의 탄성계수를 높이거나 공압 피스톤 행정거리를 단축시키면 가능하게 된다. 그러나 그 한계가 있으며 피스톤 행정거리를 좁히면 1회 왕복에 발생되는 압축공기는 그만큼 줄어들 것이다.

빠르게 달리는 자동차는 그 질량의 힘만 압축기에 미치는 것이 아니라 관성력까지 전달되기 때문에 복귀 스프링 강도를 충분히 올려 순간작동에 대처할 수 있게 할 수도 있다. 단, 서행으로 달리는 도로에 설치된 유공압축기에 복귀스프링의 강도를 너무 올리게 되면 압축하는 힘과 상쇄되어 압축력을 약화 시킬 수 있음을 고려해야 한다.

본 발명의 공압발전시스템을 이용해 대형 공압발전소도 가능하며 신설될 도시 고가도로와 차량 유동량이 많은 교량이 적합하다.

거리가 1km정도 되는 교량이나 일반도로에도 저속 주행 구간을 만들어 놓고 전면적으로 공압발생 어셈블리(6)를 차선방향으로 설치한다면 연간 수십 GW급으로 발전할 수 있을 것이다.

한편 본 발명의 공압발전 시스템에서는 과냉 방지를 위한 대책을 세워야한다.

차량의 하중을 이용한 공압발전시스템에서 유공압축기(2)의 압축작용이 기존의 전동기나 내연기관에 의해 작동되는 것처럼 분당 수십회씩 고정적인 간격으로 왕복 운동하는 것이 아니라 자동차가 지나갈 때에만 압축에 의한 발생되는 열은 기존의 것보다 낮으며 발생열이 적으므로 팬이나 워터재킷을 이용하는 냉각장치는 필요치 않다. 다만 본 발명 압축기(2)의 과열을 막기 위해 압축기(2)는 방열판을 이용하는 공냉식을 택하지만 압축기(2)에서 벗어난 배관은 온도가 너무 내려가지 않도록 보온재로 마감처리 한다.

압축기(2)에서 일정거리를 벗어난 배관부터 압축공기탱크(92), 공압모터(110)에 이르기까지 과냉방지를 위하여 보온하며 본 발명의 공압발전 시스템은 압축공기탱크(92)에서 공압모터(110)로 사용하는 한가지 뿐이기 때문에 공기 압력과 공기량을 늘리기 위한 수단이다.

그리고 주변 온도가 너무 내려가면 드레인 발생도 많이질 뿐아니라 공기압력도 저하되고 체적도 줄어든다. 공기는 온도에 따라 압력과 부피에 차이가 많아지기 때문에 배관 내 압축공기 온도를 20~50℃로 유지하는 것이 온도 저하로 생기는 드레인 발생과 체적변화를 줄여 압력손실을 최소화 한다.

* 압축공기탱크(92)의 용량 선정

공기저장용 압축공기탱크(92)는 공기 소비량이 순간적으로 많아져도 압축공기의 공급을 안정화시키고 공기 소비시 발생되는 압력변화를 최소화시켜준다.

압축공기탱크(92)의 상부에는 압력계, 안전밸브, 온도계, 차단밸브 등이 설치되고, 저장탱크의 하부에는 응결수 배수구가 형성된다.

일반적으로 저장 탱크의 선정은 구동용 전동기의 정격출력을 기준으로 정하지만 본 발명에서 차량의 하중을 이용해 생산되는 공압은 자동차의 무게가 수 톤에서 수십 톤까지의 다양하게 분포될 수 있기에 그에 적응하는 생산 가능한 공압의 상한선을 계산하고 필요로 하는 공압에 따라 각종 기기를 설계하며 탱크의 크기는 총 발생되는 공기량과 소모되는 공기량을 산출하여 그 적정 크기를 정한다. 탱크가 클수록 유리하지만 경제적인 면도 고려해야 한다.

종래 방식의 공압모터 이용에는 여러 가지 장점이 있지만 공기 소모량이 많고 무엇보다 운전비용이 전기의 약 10배로 고가이기 때문에 비경제적으로 분류되었다. 먼저 그 이유를 살펴보면 기존의 공압발생방식은 전기로 전동기를 회전시켜 그 회전력을 벨트로 이용하여 다시 압축기를 회전시켜 공압을 발생시키는 구조이다. 이 방식은 전기로 전동기를 회전시킬 때 발생되는 열 등으로 인해 에너지 변환 효율이 떨어지게 되고 또 전동기에서 벨트를 이용하기 때문에 마찰에너지에서 변환효율이 크게 떨어질 수 밖에 없으며 전동기의 회전력으로 압축기의 피스톤을 왕복시키는 것은 무척 많은 에너지를 요구 하게 된다.

그러나 본 발명의 자동차의 하중을 이용한 공압발전 시스템에서는 곧바로 압축기(2)를 이용해 공압을 발생시키기 때문에 전동기를 이용할 때처럼 공압을 발생시키기 위해 에너지를 소모하지 않고 무한한 자동차의 자중 에너지를 이용하기 때문에 경제적 손실이 생길 수 없고 에너지가 많이 소모되는 압축기를 에너지 소모없이 직접 작동시켜 압축공기를 손쉽게 무한대로 얻을 수가 있기 때문에 압축공기 생산시설만 갖추면 공압을 이용한 발전으로 청정에너지 생산 효율과 경제성이 뛰어난 공압발전시스템이다.

풍력, 태양광 발전이 설치할 수 있는 공간도 여건 및 자연 환경과 연계되어 한정되어 있지만 본 발명은 풍력 및 태양광 발전 시설 비용보다 저렴하게 고효율의 발전시설을 설치가능 면적이 거의 무한대라고 할 수 있을 만큼 풍부한 도로에 설치하여 생산된 전력으로는 도시 전력 수급과 도로의 신호등과 가로등을 켤 수 있게 한다.

또한 차세대 전기자동차의 간이 충전소를 일반 주차장에까지 확대 설치하여 주차 중 충전을 가능하게 하며, 본 발명의 발전시스템의 전력 운전을 계통연계와 독립운전형을 병합한 시스템으로 사용하게 하여 만약 천재나 대형 재난 사고로 인해 대규모 정전사태가 벌어져도 도로와 신호등을 본 발명의 발전시스템과 연계한 비상전력 장치부(400)의 비상전력 투입으로 독립적으로 운용할 수 있게 하여 혼란을 완화시킬 수 있다.

또 본 발명은 혹한기와 혹서기에 도심에 집중되는 전력수요를 충당할 수 있으며, 겨울철에 결빙이나 눈 쌓임을 방지할 수 있게 도로에 히터장치를 하고 본 발명의 발전시스템을 통해 발전된 전력을 공급하면 주요 구간에 교통을 원활하게 할 수 있고, 비상시 비상전력을 공급할 수 있는 비상전력 공급시스템 즉 비상전력 장치부(400)도 구축할 수 있는 것이다.

또한 에너지 고갈과 온난화로 인한 탄소 배출권 티켓을 세계시장에 유통하는 시대적 흐름에 선점할 수 있게 하며, 유류 수입 대체 효과를 증대시켜 국가 경쟁력을 높이며 세계에 녹색성장의 기술을 보급할 수 있는 것이다.

본 발명에서는 발전을 하기 위해 공압모터(110)에 공급되는 에너지(압축공기)를 저렴한 설비 비용만 들이면 무한대로 공급되기 때문에 공압모터(110)나 에어터빈을 이용한 발전은 그대로 수입원이 될 수 있는 공해가 없는 청정에너지를 생산하여 경제적이며 친환경적인 에너지를 생산하여 효과로는 화석연료 대체 효과와 온난화 방지에 도움이 되며 또한 이산화탄소 배출권 확보로 경제적 수입원이 될 수 있는 효과가 있다.

현재 자동화 공장에서 사용하는 압축공기를 본 발명의 시스템으로 공압을 발생시켜 사용하면 비싼 전기료를 절약할 수 있는 효과가 있고 종래에는 공압 즉 압축공기를 얻기 위해서는 많은 에너지를 소모하기 때문에 압축공기 생산비용이 고가로 들어도 자동화 일을 하는데는 전기보다 안전하며 능률적으로 할 수 있기 때문에 많은 운전비용을 들여서라도 압축 공기를 쓸 수 밖에 없었지만 저렴한 압축공기가 정전사고 등에 관계없이 거의 무한대로 공급된다면 그 어떤 공압발생 장치보다 경제적인 효과가 있다.

본 발명의 자동차의 하중을 이용한 공압발전시스템에서는 공기압축에너지의 비용도 들이지 않고 자동차의 하중을 이용해 동력원인 압축공기를 저렴한 시설 장치로 무료로 또 무한대로 공급받아 발전을 하기 때문에 그 어떤 신,재생에너지 보다 싼 값으로 고품질 고효율의 전력을 생산할 수 있다.

본 발명의 공압발전시스템은 도로에서 생산되는 압축공기를 떨어진 어떤 위치라도 적당한 장소까지 기계의 구동축처럼 중심을 맞출 필요도 없고 경사 또는 상.하 어느 방향이든 배관만으로 간단하게 에너지를 전달하며 쉽게 옮길 수 있기 때문에 발전시설을 도로의 어떤 장소에도 용이하게 설치할 수 있으며 교차로나 횡단보도 등 가까운 곳에 설치된 여러조의 공압발생 어셈블리(6)를 통합하여 대용량의 발전을 하게 되면 설치 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 자동차의 하중을 이용한 공압발전시스템은 발전을 위해 공압모터(110)에 공급되는 공기의 양과 압력을 고정적으로 지속할 수 있고 증감도 쉽게 할 수 있으며 또한 생산되는 공기량 또는 필요로 하는 전력량에 따라 가변할 수 있으며 또한 풍속에 따라 수시 변동되는 풍력발전기와 또 흐리거나 야간에는 발전할 수 없는 태양광 전지에 비해 에너지 공급이 안정적이기 때문에 고품질의 전력을 생산할 수 있으며 하루 평균 발전 가능 시간이 설치장소에 따라 약간의 차이가 있을 수 있지만 평균 20시간은 정격발전이 가능하기 때문에 풍력이나 태양광 발전에 비해 평균 발전시간이 3~5배 길기 때문에 고효율의 발전 효과가 있다.

본 발명의 공압발전시스템은 태양광,풍력발전 설비 비용보다 하루 평균 전력 생산량 대비 월등히 저렴하게 들며 구조가 간단하여 고장이 적으며 또한 높은 기술력을 필요로 하지 않고 기능, 인력 및 기술력이 축척되어 있어 고장시에 수리가 용이하며 점검 및 관리가 쉬워 유지 보수 비용이 저렴하다.

우리나라는 더 이상 주력 발전방식인 화력이나 수력 발전소를 새로 건설하기에는 환경을 중시하는 요즘 환경적요인과 경제적요인 등 더 나아가서는 에너지원을 외국에 의존하게 되므로 인한 국가 안보적인 문제까지 생길 수 있으므로 신에너지 개발에 노력해야 하며 본 발명이 그 한 부분을 담당하는 기대가 가능하다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(2)-- 유공압축기 (2a)-- 유압부
(2b)-- 유압작동부 (2c)-- 공압부
(4)-- 차량 (6)-- 공압발생 어셈블리
(10)-- 누름판 (12)-- 유압부 피스톤로드
(14)-- 유압부 피스톤 (16)-- 유압작동부 피스톤
(18)-- 유압작동부 피스톤로드 (20)-- 공압부 피스톤
(21)-- "ㅗ"형 2단 유공 압축기 (22)-- 토출 밸브
(24)-- 작동유 (26)-- 유압작동부 실린더
(28)-- 주름 고무 튜브 (30)(32)-- 스프링
(34)-- 테두리받침대 (36)(38)-- 쿠션
(40)-- 오일자동보충기 (42)-- 오일자동보충기 흡입관
(44)-- 작동유 유도홈 (46)-- 집유통로
(48)-- 체크밸브 (50)-- 오일자동보충기 필터
(52)-- 흡입공기 유통관 (54)-- 공압토출 연결관
(56)-- 흡입공기 유통관 입구 (58)-- 압력조절나사
(62)-- 공압부 실린더 (64)-- 흡입 밸브
(66)-- 흡입공기 조절나사 (68)-- 오일주입구 나사
(70)-- 압축공기 냉각기 (72)-- 유압부 실린더
(74)-- 미끄럼 방지홈 (76)-- 빗물 차단홈
(78)-- 설치 프레임 (80)-- 개폐문
(82)-- 차단조절 밸브 (84)-- 체크 밸브
(86)-- 흡입 필터 (88)-- 압축공기 주관로
(90)-- 흡입공기 주관로 (92)(92a)(92b)-- 압축공기탱크
(94)-- 압력스킨스 밸브 (96)-- 안전밸브
(98)-- 압력스위치 (100)-- 공압발생 장치부
(102)-- 셔틀밸브 (104)-- 공기압 조정유닛
(106)-- 가변 조리개 밸브 (108)-- 발전기
(110)-- 공압모터 (112)-- 소음기
(114)-- 콘크리트 블록 (116)-- 공압발생어셈블리 기본 장치부
(118)-- 압축공기 증압 장치부 (120)-- 저압부
(122)-- 증압부 (130)-- 미터인제어 장치부
(132)-- 변압부 (140)-- 발전시설
(142)-- 횡단보도 (200)-- 공압에너지 저장장치부
(300)-- 발전장치부 (400)-- 비상전력장치부

Claims (17)

1. 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하며, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 유압작동부와, 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 공압부로 구성된 유공압축기로서,
   주행 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 상기 누름판을 통해 압력으로 받아 상기 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 유압작동부 실린더로 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 공압부로 전달하여 상기 공압부에서 다량의 압축공기를 생산케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 유압부와 유압작동부의 각 피스톤이 빠른 왕복운동을 할 수 있도록 상기 유압부와 유압작동부의 각 작동로드에 스프링이 장치되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 누름판은 중앙 평면부와 외곽부 경사면을 갖는 만곡 돔형상으로서, 도로노면에서 10~20mm의 돌출높이를 가짐을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유공압축기의 유압부 실린더 속에 있는 작동유의 누유와 소실분을 자동으로 보충해 주는 오일자동보충기를 구비하며, 상기 오일자동보충기는 뚜껑부에 오일주입구를 가지고 내부에는 오일필터를 장치하여서 상기 유압작동부의 작동실로 누유된 작동유를 작동유 집유통로를 통해 받아들이며 내부의 오일필터를 통해 여과한 작동유를 상기 유압부의 실린더에 연결된 흡입관과 상기 유압부의 피스톤이 후퇴 정지시 유압부 실린더내 감압에 의한 흡인력으로 밸브개방이 가능한 체크밸브를 통해 상기 유압부 실린더로 주입되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
5. 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하며, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 각기 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 두개의 유압작동부와, 각 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 두개의 공압부로 구성된 "ㅗ"형 유공압축기로서,
   주행 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 상기 누름판을 통해 압력으로 받아 상기 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 두개이 유압작동부 실린더로 각각 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 두개의 공압부로 전달하여 상기 두개의 공압부에서 다량의 압축공기를 생산케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
6. 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하며, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 각기 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 두개의 유압작동부와, 각 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 두개의 공압부와, 상기 두개 공압부의 토출밸브와 흡입밸브 사이를 연결하는 압축공기 냉각기로 구성된 "ㅗ"형 2단 유공압축기로서,
   상기 두개 공압부는 제1 공압부 실린더와 상기 제1 공압부 실린더 보다 좁은 실린더 내경을 갖는 제2 공압부 실린더를 구비하며,
   주행 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 상기 누름판을 통해 압력으로 받아 상기 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 두개이 유압작동부 실린더로 각각 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 두개의 공압부로 전달하되 상기 제1 공압부 실린더에서 생성된 압축공기가 압축공기 냉각기를 통과하면서 냉각되고 제2 공압부 실린더로 전달되며 상기 제2 공압부 실린더에서 1차 압축된 공기를 재차 압축하여서 고압축 공기를 생산 토출케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
7. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서, 흡입공기유통관 입구를 갖는 공기 자유통로인 흡입공기유통관을 구비하며, 상기 흡입공기 유통관의 세개 단부중 제1 단부가 유압부 실린더의 피스톤 로드쪽과 연통되고 제2 단부는 유압작동부 실린더의 피스톤 로드쪽과 연통되어 유압부 피스톤 및 유압작동부 피스톤 작동시 각 피스톤로드에서의 부압 발생이 방지되도록 공기를 제공하며, 제3 단부는 공압부로 공기를 공급하기 위해 공압부 실린더의 흡입밸브와 연통되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
8. 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시키는 압축기를 구비하되, 상기 압축기는 차량바퀴에 눌려지는 누름판을 갖고 실린더내에 작동유가 충진된 상태로 피스톤 작동하는 유압부와, 유압부의 실린더보다 좁은 실린더 내경을 가지며 피스톤 작동하는 유압작동부와, 유압작동부의 피스톤 작동에 의거해 실린더내의 피스톤 작동으로 흡입공기를 압축해 압축공기를 생성하는 공압부로 구성된 유공압축기를 구비하며,
   상기 유공압축기를 다수개씩 다수줄의 묶음 단위로 1개단을 구성하되 일괄 유지보수가 가능케 설치프레임에 고정하는 공압발생 어셈블리 1개단을 구성하고, 상기 공압발생 어셈블리 다수 개단으로 공압발생 어셈블리 소정 개조를 구성하여 터파진 도로에 설치되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생 장치.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 공압발생 어셈블리는 상부 개방되며 바닥에 배수가 이루어지게 형성된 기성형한 콘크리트 블록을 이용하여 도로에 설치되게 구성하고 각 유공압축기가 도로 노면과 같은 높이로 설치된 강철금속재 테두리받침대로 지지되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
   
10. 제8항에 있어서, 상기 공압발생 어셈블리는 도로 횡단방향으로 소정 개조로 배치되며, 앞줄을 구성하는 유공압축기들의 뒷줄에는 유공압축기 지름원의 반씩 어긋나게 배열되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
    
11. 제8항에 있어서, 상기 공압발생 어셈블리는 도로 차선방향으로 소정 개조로 배치되며, 앞줄을 구성하는 유공압축기들의 뒷줄에는 유공압축기 지름원이 반씩 어긋나게 배열되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
    
12. 제8항에 있어서, 상기 공압발생 어셈블리는 도로 횡단방향으로 소정 개조로 배치되며, 앞줄을 구성하는 유공압축기들의 뒷줄에는 유공압축기 지름원의 1/4씩 어긋나게 배열되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
    
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한항에 있어서, 상기 공압발생 어셈블리를 다수 유공압축기로 구성된 저압부와 다른 다수 유공압축기로 구성된 증압부로 구분하여 압축공기 증압장치부를 더 구비하되,
    상기 압축공기 증압장치부를 구성하는 흡입공기 주관로가 상기 저압부의 유공압축기들의 각 흡입밸브와 연통되고, 상기 저압부의 유공압축기들의 각 토출밸브와 상기 증압부의 각 유공압축기들의 각 흡입밸브 사이에는 압축공기 냉각기가 연결되며, 상기 증압부의 각 유공압축기들의 각 토출밸브에는 압축공기 주관로가 연통되게 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발생장치.
    
14. 달리는 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 유압으로 받아 공압으로 전환시켜 압축공기를 생성하는 유공압축기 다수로 각 단을 형성하고 다수 단들로 조를 형성하여 단별 및 조별 중의 하나로 주행도로 노면에 유공압축기들을 배열 설치하되, 유공압축기의 누름판이 도로노면에서 15mm이하 높이로 돌출되게 구성한 공압발생 장치부와,
    공압발생 장치부의 유공압축기들로부터 생성된 압축공기를 압축공기탱크에 에너지로서 저장하는 공압에너지 저장 장치부와,
    상기 에너지저장 장치부에서 공급되는 압축공기를 이용하여 발전하는 발전장치부로 구성하며,
    상기 공압발생 장치부의 유공압축기는 유압부와 유압작동부 및 공압부로 구성하되, 차량의 하중에 의한 위치에너지와 운동에너지를 누름판을 통해 압력으로 받아 유압부의 실린더내 충진된 작동유를 상대적으로 좁은 내경의 유압작동부 실린더로 보내서 피스톤 행정거리를 키우고 키워진 피스톤 행정거리를 피스톤로드를 통해 피스톤 작동하는 공압부로 전달하여 공압부에서 다량의 압축공기를 생산케 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발전시스템.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 발전장치부에서 발전한 전기를 지역단위 비상전력 구축망을 통해 비상전력 공급하는 비상전력장치부를 더 구비함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발전 시스템.
    
16. 제14항에 있어서, 상기 공압에너지 저장장치부는,
    압축공기를 저장하는 두개의 압축공기 탱크와,
    상개 두개의 압축공기 탱크에 연결된 압력스위치를 이용해 유입되는 압축공기를 두개의 압축공기 탱크중 하나로 입력 전환하는 밸브와,
    상기 두개의 압축공기탱크의 출구중 압력이 약한 쪽을 막고 강한 쪽을 열게 작동하는 셔틀밸브로 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발전 시스템.
    
17. 제14항에 있어서,
    상기 발전장치부는 공압모터를 일방향으로 연속회전시키는 미터인 제어 장치부로 구성하되;
    상기 미터인 제어 장치부는;
    공기압을 조정하는 공기압조정유닛과,
    상기 공기압조정유닛을 통해 공급된 압축공기를 가변하는 가변조리개밸브와,
    상기 가변조리개밸브를 통해 주입된 압축공기로 회전하는 기어형 공압모터와,
    공압모터에 축연결되어 공압모터이 회전력에 의해 발전하는 발전기로 구성함을 특징으로 하는 차량의 하중을 이용한 공압발전 시스템.

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