KR20070066067A - 건물 지하수압용 발전장치 - Google Patents

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KR20070066067A
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유홍식
임성우
오상훈
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Abstract

본원 발명은 환경 친화적 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물의 지하층에서 발생하는 지하수압을 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 하는 건물 지하수압용 발전 장치에 관한 것이다.
상술한 본원 발명의 건물 지하수압용 발전 장치는, 메트릭스 구조의 압전소자로 이루어지며 건물의 지하 외측면에 부착되어 지하수압에 의한 전력을 생산하는 압전발전부와; 상기 압전발전부의 압전소자별 전력을 전원선을 통해 인가 받은 후 안정된 파형 및 안정된 전압의 전력으로 제어하여 출력하는 전력제어부;를 포함하여 구성되어,
건물의 필요 전력을 자체 생산할 수 있도록 함으로서 건물 유지비 및 발전 비용을 절감시키고 지하수압에 의한 발전을 수행하여 화석 또는 원자력 에너지의 소요를 줄임으로써 환경오염을 방지하는 효과를 제공한다.
지하수, 건물, 압전소자, 압전발전부, 지하수압, 지하수압용 발전장치

Description

건물 지하수압용 발전장치{Electric power generating apparatus using subsurface water pressure of building}
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 건물 지하수압용 발전장치를 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1의 건물 지하수압용 발전장치의 건물 적용 상태를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
100: 건물 200: 지하수
300: 지표면 400: 지하수압
500: 지하수압용 발전장치
510: 압전발전부
511: 압전소자
512: 상부 압전소자 출력전원선 513: 하부 압전소자출력전원선
514: 제 1 통합전원선 515: 제 2 통합전원선
520: 전원제어부
P1, P2: 전극
본원 발명은 환경 친화적 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물의 지하층에서 발생하는 지하수압을 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 하는 건물 지하수압용 발전 장치에 관한 것이다.
석유 및 천연가스 등과 같은 화석에너지에 대한 의존도는 2005년도 현재 세계적으로 85%에 달한다. 이 화석에너지는 재생이 불가능하고 매장량이 한정되어 있으며 매장지역이 편중되어 있기 때문에 가격과 공급에 있어서 항상 불안정한 요소를 지닌다. 따라서, 비산유국에서는 유가변동에 따라 극심한 물가변동이 발생된다.
이러한 공급의 불안전에 따른 물가의 악영향 이외에도 상술한 화석에너지는 환경오염을 유발시키는 주요 원인이 된다. 공장과 자동차에서 배출되는 배기가스, 유류 저장탱크에서 자연 증발되는 가스, 가공연료 생산공정에서 배출되는 가스 등은 대기오염의 주범이다. 이 때문에 전세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고 고갈의 염려가 없는 새로운 청정에너지원을 찾으려는 노력이 진행 중이다. 한때 원자력발전이 대체 에너지로 부상되기도 했으나 폐기물의 보관 및 방사능의 폐해가 많아 선진국에서는 점차 그 사용을 줄여가고 있다.
현재는 수력, 태양열, 지열, 풍력, 조력 등의 자연 에너지를 이용한 새로운 에너지개발이 한창이다. 그러나, 수력발전은 생태계를 파괴하고 사용기간의 제한이 있으며, 태양열발전은 아직 개발이 미진하여 발전효율이 떨어진다. 아울러, 풍력발전은 소음문제와 함께 날아다니는 조류에게 치명적인 해를 끼치는 문제점이 있어 보다 친자연적인 새로운 발전시스템이 요청된다.
그리고 현대 생활의 주거 환경이 고 에너지 요구의 건물 환경을 요구하고 있기 때문에 자동차 등의 운송 수단이외에도 건물의 전력 요구량을 충족하기 위한 전력 생산을 위하여 많은 확석 에너지 또는 원자력 에너지의 사용이 요구되며 이로 인한 환경 오염 문제는 더욱 심각해지고 있는 실정이다.
따라서, 본원 발명은 상술한 종래기수의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건물의 필요 전력 에너지 요구량 중 일부의 전력을 친환경 적으로 자체생산할 수 있도록 하는 것으로서 건물의 지하에서 발생하는 지하수압을 이용하여 건물에 필요한 전력을 생산할 수 있도록 하는 건물 지하수압용 발전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 건물 지하수압용 발전 장치는, 메트릭스 구조의 압전소자로 이루어지며 건물의 지하 외측면에 부착되어 지하수압에 의한 전력을 생산하는 압전발전부와; 상기 압전발전부의 압전소자별 전력을 전원선을 통해 인가 받은 후 안정된 파형 및 안정된 전압의 전력으로 제어하여 출력하는 전력제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전발전부는 압전소자마다 압전소자 상부 및 하부 압전소자출력전원선이 접속되고 상기 상부 및 하부 압전소자 출력전원선은 상기 전력제어부에 접속된 제 1 및 제 2 통합전원선에 접속되어 상기 압전소자에서 생성된 전원을 통합하여 상기 전력제어부로 출력한다.
상기 압전발전부는 상기 건물의 지하층에서 지하수면의 하부의 위치에서 건물의 상하 좌우 면에 부착 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 전력제어부는 상기 발전 전력의 파형을 일정하게 유지하는 정류회로와; 상기 정류회로의 출력 전원의 전압을 일정하게 유지하는 안정화회로; 및 상기 안정화회로의 출력 전력을 저장하는 충전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 건물 지하수압용 발전장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 건물 지하수압용 발전장치(500)는 피에죠 소자(P: Piezoelectric element)와 같은 압전소자(511)가 메트릭스 구조로 배치된다. 그리고 각각의 압전소자(511)에는 출력 전극(P1, P2)가 형성된다. 각각의 압전소자(511)의 수직 방향에서 상부에 위치되는 전극과 하부에 위치하는 전극은 동일한 극성의 전원을 출력하도록 구성된다.
상기 압전소자(511)는 수정, 전기석, 로셸염 등이 사용되며, 근래에는 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공 결정도 뛰어난 압전성을 나타내는 것으로 알려져 널리 사용되고 있다.
그리고 상기 각각의 출력 전극 중 압전소자(511)의 상부에 위치되는 전극(P1)은 메트릭스 구조의 압전소자 행에 위치되는 압전소자의 상부 전극(P1) 출력 전원을 통합하기 위한 상부의 압전소자출력전원선(512)에 접속된다. 그리고 상기 각각의 출력 전극 중 압전소자(511)의 하부에 위치되는 전극(P2)은 메트릭스 구조의 압전소자 행에 위치되는 압전소자의 하부 전극(P2) 출력 전원을 통합하기 위한 하부의 압전소자출력전원선(513)에 접속된다. 또한 상기 메트릭스 구조의 압전소자 행별로 접속된 상부 압전소자출력전원선(512)과 상기 메트릭스 구조의 압전소자 행별로 접속된 하부 압전소자출력전원선(513)은 각각이 제 1 통합전원선(514)와 제 2 통합전원선(515)에 접속되어 압전소자별 전원을 모두 통합하여 전원제어부(520)로 출력한다.
상기 전원제어부(520)는 정류회로, 안정화회로, 이에 추가적으로 직류변환 회로를 구비하여, 안정된 파형 및 안정된 전압의 교류 전원 또는 직류 전원을 출력하게 된다. 도면에 미도시되어 있으나 상기 도 1의 건물 지하수압용 발전장치(500)는 부가적으로 상기 교류 전원과 직류전원을 충전하여 저장하는 충전부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 건물 지하수압용 발전장치의 건물 적용 상태를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 건물 지하수압용 발전장치(500)는 건물(100)의 지하수면(S)의 하부에 위치되는 외벽 및 저면에 메트릭스 구조의 압전발전부(510)가 부착된다. 그리고 전력제어부(520)는 위치에 관계 없이 건물 내측에 제 1 및 제 2 통합전원선(514, 512)에 의해 연결되도록 설치된다.
상술한 바와 같은 도 2의 건물 지하수압용 발전장치(500)의 구체적 실시예를 설명하면 다음과 같다.
최근 지하공간에 대한 관심이 높아지고 주차장은 대부분 지하층에 만들기 때문에 도심지에서 대형 오피스건물을 지을때는 지하 6층 내외로, 지하심도로 따져서 20~30m 정도가 되는데 지하수위가 GL-5.0m로 가정한다면 기초바닥이나 기초에 인접한 벽체는 15ton/m2이상의 하중이 작용한다. 왜냐하면 물의 비중은 1이므로 압력으로 환산할 경우 수위가 1m일 때 1m2당 1ton의 수압이 작용하기 때문이다. 일반적으로 주차장 바닥이나 기계실 바닥의 적재하중을 1ton/m2내외로 설계하는 것을 감안한다면 지하층에 작용하는 부력의 크기가 어마어마하다는 것을 짐작할 수 있다. 이러한 지하수압을 고려하지 않고 공사를 할 경우 금전적, 시간적으로 엄청난 손실이 발생한다. 현재 이러한 지하수압이 작용할 때 자중증대법, 영구 정착법, 영구배수공법 등을 이용하여 부력을 제어하고 있다.
따라서 도 2와 같이 건물(100)의 지하수면 하부의 외부 바닥면 및 외벽면에 본원 발명의 압전발전부(510)를 부착하게 되면, 지하층에 지하수(200)가 존재하는 경우 건물 하부에는 상술한 바와 같은 엄청난 지하수압(400)이 작용하게 되고, 따라서 압전발전부(510)는 자연 발생적인 지하수압에 의해 상당한 량의 전력을 생산할 수 있게 된다.
상술한 본원 발명은 건물의 지하수면 하부의 지하수압을 이용하여 전력을 생산하여 사용함으로서 전력 사용비를 절감할 수 있도록 하여 건물 유지비용을 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한 상술한 본원발명은 건물 마다의 전력 소비량을 줄임으로써 국가 전체의 전력 생산을 위한 비용을 절감하고 또한 화석 및 원자력 에너지의 사용을 줄일 수 있도록 함으로써 환경오염을 방지하는 효과를 제공한다.

Claims (3)

  1. 메트릭스 구조의 압전소자로 이루어지며 건물의 지하 외측면에 부착되어 지하수압에 의한 전력을 생산하는 압전발전부와;
    상기 압전발전부의 압전소자별 전력을 전원선을 통해 인가 받은 후 안정된 파형 및 안정된 전압의 전력으로 제어하여 출력하는 전력제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건물 지하수압용 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 압전발전부는,
    상기 건물의 지하층에서 지하수면의 하부의 위치에서 건물의 상하 좌우 외벽면에 부착 설치되는 것을 특징으로 하는 건물 지하수압용 발전장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력제어부는
    상기 발전 전력의 파형을 일정하게 유지하는 정류회로와;
    상기 정류회로의 출력 전원의 전압을 일정하게 유지하는 안정화회로;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건물 지하수압용 발전장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100884284B1 (ko) * 2008-05-02 2009-02-18 한국유지관리 주식회사 자가 발전이 가능한 도로용 프리캐스트 패널
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