중력 위치 에너지를 이용한 기차의 운영비(에너지) 절약 방법.

// 2013-08-17: 서울시 지하철 추진으로 이 글만 다시 공개로 바꿉니다. 아래 내글 링크들은 아직 비공개입니다. 추가 비용이 너무 많이 드는 방법들이고 당장은 쓰일 수 없는 특허들(제 특허는 등록되지는 않았음. 대만 특허는 등록 되었다고 들은듯.)일겁니다.

// 내글 링크: [대만 특허 펌] 멈추지 않고 승객을 태우고 내리는 열차(efficient non-stop train system)

// 내글 링크: [내 특허] 중간역 정차없는 대중교통 체계(Non-stop mass transit system)

 

아래와 같이 특허를 대충 냈더니 거절통보.

2007.07.02. 출원.

2007.08.06. 특허공개.

2008.01.09. 선행 기술 조사 의뢰서

2008.02.14. 선행 기술 조사 보고서

2008.04.28. 의견 제출 통지서

- 이 때 답변을 내가 안함. 귀찮아서 ㅡ,.ㅡ

2008.09.02. 거절 결정서

 

그냥 공개합니다. 아무나 특허를 내시던지. 지하철 공사에서는 이 방법을 이용해서 전철을 만들었으면 좋겠습니다.

괜히 땅바닥에 전기 버리지 말자구요.

 

요약
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.

 

청구항 1.
매 역마다 정차하여 사람을 태우고 내리는 기차(전철, 지하철 등)의 특성을 이용, 역의 위치를 역 사이 열차가 운행되는 구
간보다 높이를 높게 함으로서 역에 가까워져 감속할 때 쓰이는 에너지와 역에서 출발, 가속할 때 쓰이는 에너지를 중력 에
너지를 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 포함
한다.

 

 

 

발명의 상세한 설명

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

 

 

발명이 이루고자 하는 기술적 과제
역의 높이를 역 사이의 구간보다 높이는 기술이 필요하며, 이는 고도의 기술을 필요로 하는 것이 아니므로 현재의 건축기
술로 충분히 이루어낼 수 있는 부분이다.

 

발명의 구성

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, 기차
가 출발할 때 이 에너지를 공급하는 방법도 가능하다. 기차의 운동에너지로 발전기를 돌려서, 기차의 운동에너지를 감소시
켜 기차를 정지시키는데 도움을 주는 동시에, 이 운동에너지는 발전기를 통해 전기에너지로 변환시켜 출발할 때 다시 쓸
수 있도록 한다.

 

 

발명의 효과
기차가 중간역 사이를 달리는 속도가 80~100km/h 라고 한다면, 약20~30m/s의 속도이다. 이 기차의 운동 에너지를 계산
해보면 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, 역의 높이를 역 사이 구간보다
20~45m 높게 만든다면, 외부적인 에너지를 많이 들이지 않고, 기차를 80~100km/h로 운행할 수 있다는 뜻이다. 실제 역
의 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 생각
하여 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 줄어
들게 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 이
용하더라도 비슷한 에너지 절감 효과를 누릴 수 있다.

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