KR100883076B1 - 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 설치되어 상판의 하중과 변형에 의한 충격력을 감소시키는 교량의 탄성 받침에 압전소자를 형성하여 압전효과를 통해 발전하는 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침에 있어서, 상기 교량의 상판 하단에 형성하여 교량의 상판에 스터드를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 상판부와 상기 받침 상판부의 하단에 형성하여 교각에 스터드를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 하판부와, 상기 받침 상판부와 받침 하판부의 사이에 형성하여 상기 교량의 상판 하중을 탄성적으로 지지하고 상기 교량의 상판과 교각 간의 수평방향이동을 허용하는 탄성 고무판과, 상기 탄성 고무판의 내부에 삽입되어 상기 탄성 고무판의 내구성을 높이는 다수의 보강판과, 상기 다수의 보강판 사이에 형성되어 다수의 압전소자 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생하는 압전 필름부를 포함하는 탄성 받침부와, 상기 탄성 받침부의 압전 필름부에서 발생한 전기 에너지를 전기적으로 연결하여 상기 압전 필름부에 의해 발생한 전류를 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하는 에너지 변환부와, 상기 에너지 변환부를 통해 변환된 전류를 충전하는 축전지로 이루어지는 것을 특징으로 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침을 제공한다.

교량, 탄성 받침, 보강판, 압전소자, 압전효과, 대체 에너지

Description

자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침{Elasticity support of bridge for self generating}

본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 설치되어 상판의 하중과 변형에 위한 충격력을 감소시키는 교량용 탄성 받침에 압전소자를 형성하여 압전효과를 통해 발전하는 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교량의 상판과 교각 사이에 형성하여 상기 교량의 상판을 고정하는 받침 상판부와 상기 받침 상판부의 하단에 상기 교각에 고정되는 받침 하판부를 형성하여 상기 받침 상판부와 받침 하판부 사이에 탄성 받침부를 형성하며, 상기 탄성 받침부의 내부에 다수의 보강판을 형성하여 상기 다수의 보강판 사이에 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자의 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 압전 필름부를 형성해 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생하고, 상기 발생된 전류를 에너지 변환부를 통해 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하여 축전지에 충전함으로써 상기 교량에서 발생하는 진동 에너지를 소비하지 않고, 재활용하여 상기 교량에서 필요로 하는 전원을 공급할 수 있도록 하는 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침에 관한 것이다.

일반적으로 현대사회에서 전기는 생활의 일부가 된 필수적 에너지 형태이며, 이러한 전기에너지는 이미 화력, 수력, 원자력 등 여러 가지 방식을 사용하여 얻어지고 있으며, 그 특성 또한 우수하다. 그러나 계속적인 에너지 생산에 따른 자원의 고갈과 이로 인한 에너지 생산의 한계성, 고 비용 그리고 발전시스템에 의해 발생되는 환경의 오염 등 많은 문제점을 안고 있다. 따라서 최근 이러한 문제를 인식한 각국은 대체에너지 개발에 대한 투자를 꾸준히 증가시켜가고 있는 실정이다. 예컨대, 대표적으로 중점 개발되고 있는 대체 에너지로 태양광을 이용한 전압발생장치가 개발되었으며, 이는 태양광을 직접 수광하는 태양전지를 구성하고, 그 태양전지로부터 발생되는 전압을 균일하게 유지해주는 정전압 회로를 매개로하여 축전지에 상기 태양전지로부터의 전압을 충전시켜 필요 시 보조전원으로 사용할 수 있게 한다.

하지만, 상기 태양전지를 이용한 전력 생산은 낮은 효율과 광량에 따라 발전량이 큰 차이가 생기고 밤에는 생산하지 못하는 단점이 있어 한 국가의 주 에너지원으로서 역할은 할 수 없고 다만 보조적이거나 시험적인 에너지원이 될 수밖에 없다.

또한, 조력과 풍력, 수력발전으로 인한 에너지 생성장치는 자연조건이 적합한 지역에서만 보조전원으로 사용하는 것이 가능한 에너지이며, 그로 인한 발생전압 또한 기대치에 미치지 못하거나 주변환경에 따른 제약을 많이 받고, 초기시설투자 비용이 막대하여 일반적이라고 할 수 없다.

이에 따라 대체 에너지원으로 에너지의 재활용에 대한 관심이 증가하고 있으며, 본 발명은 에너지의 재활용으로 교량에서 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 교량에 필요한 전원을 공급할 수 있도록 하는 것이다.

최근 전국의 교량은 약 23,000여 개로 앞으로 상기 교량의 수는 더욱 증가하고 있으며, 점차적으로 그 규모 및 길이 역시 커지고 있는 실정이다. 상기와 같은 교량은 교각 위에 상판을 올려주는 구조를 가지며, 교량 위에는 차량 등이 고속으로 통행하므로 교량에는 시시각각 변화되는 동하중이 작용하며, 큰 교량에서는 그 상판의 길이가 길어지므로 계절의 변화에 따른 온도변화에 의한 열변형으로 상판의 신축량이 커져 상판과 교각의 접촉부위에서 상대운동을 허용하도록 설계하여야 한다. 또한, 지진 등에 의해 교량에 수평방향으로 미치는 큰 충격력에 대비하여 수평방향의 충격력을 완화하여 줄 수 있는 지지구조를 가져야 하며, 상기 교량에는 교량 상판과 교각 사이에 탄성 받침을 설치하여 상판의 변위에 대응하면서 상판을 지지하여 상판에 미치는 충격력을 감소시키도록 한다.

상기와 같은 교량의 탄성 받침은 교량에서 발생하는 충격력을 감소시키기 위한 것으로 상기 탄성 받침에는 교량에서 발생하는 충격력이 그대로 전달되어 상기 충격력으로 진동 에너지가 발생한다.

그러나 종래에는 교량의 상판의 하중과 자동차의 주행 시 발생하는 진동 에너지를 전달받는 탄성 받침이 상기 진동 에너지의 충격력을 감소시키기만 할 뿐 상기 교량의 상판의 하중과 자동차의 주행 시 발생하는 진동 에너지를 재활용하지 못하고 낭비하고 있는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 교량의 상판과 교각 사이에 설치하여 상기 교량의 상판 하중과 변형에 의해 발생하는 충격력을 감소시키는 교량용 탄성 받침에 탄성 고무판을 형성하여 상기 탄성 고무판의 내부에 다수의 보강판을 형성하며, 상기 보강판 사이에 다수의 압전소자 상단과 하단에 필름 PCB를 도포한 압전 필름부를 형성하여 상기 교량의 상판의 하중과 상기 교량에 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전소자의 압전효과에 의한 전기 에너지로 변환하여 에너지 변환부를 통해 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하여 축전지에 충전함으로써 상기 교량 유지관리를 위한 센서, 가로등 등의 교량에 필요한 전원을 공급할 수 있어 낭비되기만 했던 교량의 진동 에너지를 탄성 받침부에서 재활용할 수 있는 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 설치하여 상기 교량의 상판 하중과 변형에 의해 발생하는 충격력을 감소시키는 교량용 탄성 받침에 다수의 압전소자 상단과 하단에 필름 PCB를 도포한 압전 필름부를 형성하여 상기 교량의 상판의 하중과 상기 교량에 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 의한 전기 에너지로 변환하여 에너지 변환부를 통해 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하여 축전지에 충전함으로써 상기 교량 유지관리를 위한 센서, 가로등 등의 교량에 필요한 전원을 공급할 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 교량에서 낭비되기만 했던 교량의 진동 에너지를 탄성 받침부에 형성된 압전 필름부를 통해 전기 에너지로 재활용할 수 있어 대체 에너지로서 활용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 설치되어 상판의 하중과 변형에 의한 충격력을 감소시키는 교량의 탄성 받침에 압전소자를 형성하여 압전효과를 통해 발전하는 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침에 있어서,

상기 교량의 상판 하단에 형성하여 교량의 상판에 스터드를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 상판부와 상기 받침 상판부의 하단에 형성하여 교각에 스터드를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 하판부;

상기 받침 상판부와 받침 하판부의 사이에 형성하여 상기 교량의 상판 하중을 탄성적으로 지지하고 상기 교량의 상판과 교각 간의 수평방향이동을 허용하는 탄성 고무판과, 상기 탄성 고무판의 내부에 삽입되어 상기 탄성 고무판의 내구성을 높이는 다수의 보강판과, 상기 다수의 보강판 사이에 형성되어 다수의 압전소자 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생하는 압전 필름부를 포함하는 탄성 받침부;

상기 탄성 받침부의 압전 필름부에서 발생한 전기 에너지를 전기적으로 연결하여 상기 압전 필름부에 의해 발생한 전류를 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하는 에너지 변환부;

상기 에너지 변환부를 통해 변환된 전류를 충전하는 축전지; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압전 필름부는 다수의 압전소자 상단과 하단에 PCB로 형성된 필름을 도포하여 각각의 압전소자에서 발생하는 전류를 서로 전기적으로 연결하여 상기 에너지 변환부에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 에너지 변환부는 압전 필름부에서 교량의 상판 하중과 교량에 자동차 주행 시 발생하는 진동에 의해 압전소자에 의한 압전효과로 발생하는 AC 전류 전압을 변환하는 트랜스포머;

상기 트랜스포머를 통해 인가된 전압을 정류하여 상기 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류 회로부;

상기 정류 회로부를 통해 변환된 전압을 캐패시터에 저장하는 에너지 저장부;

상기 에너지 저장부를 통해 저장된 전압을 축전지에 충전될 수 있는 전압으로 강압 또는 승압하는 DC 레귤레이터; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압전 필름부는 탄성 받침부의 보강판 사이에 다층 필름 형태로 적층하여 단위 면적당 발생하는 전하 방출량을 늘려 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동에 의한 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전류량을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침의 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침의 탄성 받침부의 상세 단면도이며, 도3은 본 발명에 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침의 에너지 변환부의 구성도이다.

본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 설치되어 상기 교량 상판의 하중과 변형에 의한 충격력을 감소시키는 교량의 탄성 받침에 발생하는 진동 에너지를 압전 소자의 압전효과를 통해 전기 에너지로 변환하여 교량의 유지관리를 위한 센서의 구동 전원 또는 교량에 설치된 가로등 등 상기 교량에 필요한 전원을 공급할 수 있는 것이다.

상기 도1에 도시된 바와 같이 본 발명은 교량의 상판 하단에 스터드(110)를 통해 상기 교량의 상판과 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 상판부(100)와 상기 받침 상판부(100)의 하단에 형성하여 교각에 스터드(310)를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 하판부(300)와 상기 받침 상판부(100)와 받침 하판부(300)의 사이에 형성되어 상기 교량의 상판의 하중을 탄성적으로 지지하고 상기 교량의 상판과 교각간의 수평방향이동을 허용하여 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행 등으로 인해 발생하는 변형에 따른 충격력을 감소시키는 탄성 받침부(200)로 이루어지며, 상기 탄성 받침부(200)는 도2에 도시된 바와 같이 교량의 상판 하중을 탄성적으로 지지하는 탄성 고무판(210)과 상기 탄성 고무판(210)의 내부에 삽입되어 상기 탄성 고무판(210)의 내구성을 높이는 다수의 보강판(220)과 상기 다수의 보강판 사이에 형성되어 압전소자의 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전소자의 압전효과에 의해 전기 에너지로 변환하는 압전 필름부(230)로 이루어진다.

또한, 상기 압전 필름부(230)에서 발생한 전기 에너지는 에너지 변환부(400)에 전송되어 상기 압전 필름부(230)에서 발생한 전기 에너지의 전류를 축전지(500) 에 충전할 수 있는 전류로 변환하며, 상기 축전지(500)에 충전할 수 있는 전류로 변환된 전류는 축전지(500)에 충전되어 상기 교량의 유지관리를 위한 센서 구동에 필요한 전원 또는 교량에 설치된 가로등 등의 교량에 필요한 전원을 공급할 수 있도록 구성한다.

상기 압전 필름부(230)는 다수의 압전소자의 상단과 하단에 PCB로 형성된 필름을 도포하여 각각의 압전소자를 통해 발생한 전류를 서로 전기적으로 연결할 수 있으며, 상기 압전 필름부(230)에서 전기적으로 연결된 전류는 에너지 변환부(400)로 전송한다.

상기 에너지 변환부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 탄성 받침부(200)의 압전 필름부(230)를 통해 전송받은 AC 전류 전압을 변환하는 트랜스포머(410)와 상기 트랜스포머(410)를 통해 인가된 전압을 정류하여 상기 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류 회로부(420)와 상기 정류 회로부(420)를 통해 변환된 전압을 캐패시터에 저장하는 에너지 저장부(430)와 상기 에너지 저장부(430)를 통해 저장된 전압을 축전지(500)에 충전할 수 있는 전압으로 강압 또는 승압하는 DC 레귤레이터(440)로 이루어져 상기 압전 필름부(230)를 통해 전송받은 전류를 축전지(500)에 충전할 수 있는 전류로 변환하여 상기 축전지(500)를 충전하고, 상기 축전지(500)에 충전된 전류를 이용하여 교량에 필요한 전원을 공급하도록 한다.

또한, 본 발명은 실시 예로 탄성 받침부(200)의 다수의 보강판(220) 사이에 형성된 압전 필름부(230)를 다층 필름 형태로 적층하여 진동 에너지를 받아들이는 압전 필름부(230)의 면적을 늘려 상기 단위 면적당 발생하는 전하 방출량을 증가시킴으로써 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동에 의한 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전류량을 증가시켜 상기 축전지(500)의 충전량을 높일 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 설치하여 상기 교량의 상판 하중과 변형을 받아주는 교량용 탄성 받침에 탄성 고무판(210)을 형성하여 상기 탄성 고무판(210)의 내부에 다수의 보강판(220)을 형성하고, 상기 다수의 보강판(220) 사이에 압전소자의 상단과 하단에 필름 PCB를 도포한 압전 필름부(230)를 형성하여 상기 교량의 상판 하중과 상기 교량에 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전소자의 압전효과에 의한 전기 에너지로 변환하여 에너지 변환부(400)를 통해 축전지(500)에 충전할 수 있는 전류로 변환하여 축전지(500)에 충전함으로써 상기 교량 유지관리를 위한 센서 구동 전원 또는 교량의 가로등 등 상기 교량에 필요한 전원을 공급할 수 있어 낭비되기만 했던 교량의 진동 에너지를 탄성 받침부(200)에서 재활용할 수 있도록 구성한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침의 사시도.

도2는 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침의 탄성 받침부의 상세 단면도.

도3은 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침의 에너지 변환부의 구성도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **

100 : 받침 상판부 110, 310 : 스터드

200 : 탄성 받침부 210 : 탄성 고무판

220 : 보강판 230 : 압전 필름부

300 : 받침 하판부 400 : 에너지 변환부

410 : 트랜스포머 420 : 정류 회로부

430 : 에너지 저장부 440 : DC 레귤레이터

500 : 축전지

Claims (4)

1. 교량의 상판과 교각 사이에 설치되어 상판의 하중과 변형에 의한 충격력을 감소시키는 교량의 탄성 받침에 압전소자를 형성하여 압전효과를 통해 발전하는 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침에 있어서,

   상기 교량의 상판 하단에 형성하여 교량의 상판에 스터드를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 상판부와 상기 받침 상판부의 하단에 형성하여 교각에 스터드를 통해 일체형으로 연결되어 고정하는 받침 하판부;

   상기 받침 상판부와 받침 하판부의 사이에 형성하여 상기 교량의 상판 하중을 탄성적으로 지지하고 상기 교량의 상판과 교각 간의 수평방향이동을 허용하는 탄성 고무판과, 상기 탄성 고무판의 내부에 삽입되어 상기 탄성 고무판의 내구성을 높이는 다수의 보강판과, 상기 다수의 보강판 사이에 형성되어 다수의 압전소자 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 각각의 압전소자에서 발생하는 전류를 서로 전기적으로 연결해 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생하는 압전 필름부를 포함하여 상기 압전 필름부를 다층 필름 형태로 적층해 단위 면적당 발생하는 전하 방출량을 늘려 상기 교량의 상판 하중과 자동차의 주행으로 발생하는 진동에 의한 진동 에너지를 전기 에너지로 변환되는 전류량을 증가시킬 수 있는 탄성 받침부;

   상기 탄성 받침부의 압전필름부에서 교량의 상판 하중과 교량에 자동차 주행 시 발생하는 진동에 의해 압전소자에 의한 압전효과로 발생하는 AC 전류 전압을 변환하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머를 통해 인가된 전압을 정류하여 상기 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류 회로부와, 상기 정류 회로부를 통해 변환된 전압을 캐패시터에 저장하는 에너지 저장부와, 상기 에너지 저장부를 통해 저장된 전압을 축전지에 충전될 수 있는 전압으로 강압 또는 승압하는 DC 레귤레이터를 포함하는 에너지 변환부;

   상기 에너지 변환부를 통해 변환된 전류를 충전하는 축전지; 로 이루어지는 것을 특징으로 자가 발전이 가능한 교량의 탄성 받침.
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