KR100896452B1 - 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치 - Google Patents

아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 관한 것으로, 아스팔트 중간층에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층과의 접촉면적을 향상시켜서 상기 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 효율적으로 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프/; 상기 아스팔트 중간층 상부면과 상기 아스팔트 표층 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층으로 빠르게 전달하도록 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층;이 포함되어 이루어진다.
그러므로, 택코팅 재료인 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루를 첨가해서 이루어지는 택코팅층은 아스팔트 표층으로부터 흡열된 태양열에너지가 아스팔트 중간층으로 보다 빠르고 효과적으로 전달되도록 하며, 히팅파이프 둘레의 흡열핀은 히팅파이프와 아스팔트 중간층과의 접촉면적이 극대화하여, 히팅파이프가 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡수하도록 한다. 그리고, 히팅파이프가 아스팔트 중간층에 설치되므로 도로포장의 유지 및 보수를 위하여 아스팔트 표층을 절삭하거나 재포장 할 경우 히팅파이프를 제거할 필요가 없으며, 이에 따른 히팅파이프를 표층에 설치할 경우와 비교하여 시공비를 절감할 수 있다.
아스팔트 포장 도로, 흡열판, 히팅파이프, 흡열핀, 흡열주름부, 택코팅층, 섬유보강재, 태양열 재생 에너지

Description

아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치{Air conditioner that use blacktop road}
본 발명은 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 관한 것으로, 아스팔트 표층의 유지보수를 위한 걷어낼 때에도 히팅파이프를 이와 함께 제거할 필요가 없으며, 아스팔트 표층으로부터 흡열된 태양열 에너지를 아스팔트 중간층에 설치한 히팅파이프에 보다 빠르고 효과적으로 흡수할 수 있는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 관한 것이다.
태양열은 지구상에서 가장 풍부하고 접근이 용이하며 소진되지 않을 뿐 아니라 짧은 시간 내에 엄청난 양의 에너지를 방출한다. 그런데 에너지화를 위한 높은생산비와 낮은 효율 때문에 오늘날 전세계적으로 태양열을 이용한 에너지 사용은 전체 에너지 사용량의 0.04%에 불과한 실정이다.
한편 아스팔트 포장은 이른 봄부터 늦은 가을까지 태양열에 의해 많은 양의 지열(地熱)을 방출한다. 혼잡한 도시의 기온이 농촌보다 높은 것은 바로 이 아스팔트 포장으로부터 방출되는 강렬한 열에너지 때문이다. 최근에 도심지에서 발생하는 열섬화 현상도 아스팔트 포장으로부터 발생하는 지열이 주요한 원인이며, 여름철 한동안 도시인들을 괴롭히는 열대야도 아스팔트 포장으로부터의 지열이 한 몫을 한다.
따라서 최근에는 이러한 아스팔트 포장 도로를 이용한 냉난방장치를 활용하는 방안이 연구되고 있다. 아스팔트 포장의 지열을 이용하기 위해 도로의 아스팔트 표층에 파이프를 매설하여서 아스팔트 포장에 흡수된 태양열에너지를 이용하여 파이프의 냉매가 가열되도록 하고 가열된 냉매를 이용하여 결빙된 도로를 녹이거나 주택을 냉난방하는데 사용할 수 있으며, 전기에너지로 변환하여서 사용하기도 한다.
아스팔트 포장 도로에 매설되는 파이프는 아스팔트 포장표면으로부터 흡수된 태양열에너지를 최대한 활용하기 위해 아스팔트 포장 도로의 최상층인 아스팔트 표층에 매설된다.
그런데 이러한 종래 아스팔트 포장 도로를 이용한 냉난방장치는 몇 가지 문제점이 있다. 먼저, 종래의 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치는, 아스팔트 표층의 수명이 다하면 이에 매설된 파이프도 함께 제거해야 한다.
현재 아스팔트 포장의 설계 수명은 10년으로 산정하고 있으나, 차량 하중의 증가, 여름철 고온 및 집중호우로 인해 균열, 소성변형, 포트홀 등과 같은 조기 파손이 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인해 도로 포장의 평균 수명이 단축되어 유지 보수비용이 증가하고 있는 실정이다.
따라서 아스팔트 표층의 수명이 다하면 이를 걷어 낸 후 다시 신설포장을 해야 하는데, 아스팔트 표층을 걷어낼 때에 함께 매설되어 있는 파이프도 함께 제거해야 하는 문제점이 있다. 그리고 노후한 아스팔트 표층을 제거한 후 새로운 아스팔트 표층을 시공할 때에 표층 내부에 다시 파이프를 매설하여서 냉난방장치를 새로 설치해야 한다.
이와 같이 종래의 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치는, 아스팔트 표층의 수명이 다할 때마다 매설된 파이프도 이와 함께 제거하고 재설치해야 하는 번거러움은 물론 소요되는 비용이 일반적인 공사보다 2배 이상 소요되는 경제적인 문제점이 있다.
종래 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치의 다른 문제점은, 태양열에너지가 아스팔트 포장 도로의 전체 표면적을 통해 흡열되지만 흡수되는 열에너지는 파이프를 통해 효과적으로 흡열되지 못하는 점에 있다.
즉, 아스팔트 도로의 전체 표면적을 통해 그 내부로 흡열되는 열량에 비해 파이프의 표면적은 상대적으로 작으며, 이에 따라 아스팔트 표층의 지열이 파이프의 냉매를 제대로 가열하지 못한 상태에서 외부로 배출된다.
따라서 종래의 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치는 아스팔트 표층의 지열을 효과적으로 흡열하지 못하므로 열효율이 떨어지며, 이에 따라 고가의 초기설치비용에 비해 그 효율은 매우 낮아서 실용화되지 못하고 있는 실정이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 아스팔트의 포장 도로의 표층의 수명이 다해도 이와 함께 히팅파이프를 제거할 필요가 없도록 한 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 아스팔트 표층으로부터 흡열된 태양열에너지를 히팅파이프에 최대한 빠르고 효과적으로 흡수될 수 있도록 한 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치는, 노상 또는 노반에 타설되는 콘크리트 기층과, 상기 콘크리트 기층의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층과, 상기 콘크리트 보조기층의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층과, 상기 아스팔트 중간층의 상부면에 포설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층으로 이루어진 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 있어서, 상기 아스팔트 중간층에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층과의 접촉면적을 증가시켜서 상기 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프; 상기 아스팔트 중간층 상부면과 상기 아스팔트 표층 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층으로 빠르고 효과적으로 전달하도록 유화아스팔트에 열 전도율이 매우 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치는, 노상 또는 노반에 타설되는 콘크리트 기층과, 상기 콘크리트 기층의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층과, 상기 콘크리트 보조기층의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층과, 상기 아스팔트 중간층의 상부면에 포설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층으로 이루어진 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 있어서, 상기 아스팔트 중간층에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층과의 접촉면적을 증가시켜서 상기 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프; 상기 아스팔트 중간층에 매설되고 상기 히팅파이프가 안착되도록 상기 히팅파이프의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈들이 형성되며 상기 아스팔트 중간층으로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하여서 상부에 안착된 상기 히팅파이프를 가열하는 흡열판; 상기 아스팔트 중간층 상부면과 상기 아스팔트 표층 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층으로 빠르고 효과적으로 전달하도록 유화아스팔트에 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치는, 노상 또는 노반에 타설되는 콘크 리트 기층과, 상기 콘크리트 기층의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층과, 상기 콘크리트 보조기층의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층과, 상기 아스팔트 중간층의 상부면에 타설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층으로 이루어진 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 있어서, 상기 아스팔트 중간층에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층과의 접촉면적을 증가시켜서 상기 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프; 상기 아스팔트 중간층에 매설되고 상기 히팅파이프가 안착되도록 상기 히팅파이프의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈들이 형성되며 상기 아스팔트 중간층으로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하여서 상부에 안착된 상기 히팅파이프를 가열하는 흡열판; 상기 아스팔트 중간층 상부면과 상기 아스팔트 표층 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층으로 빠르고 효과적으로 전달하도록 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층; 고탄성계수를 갖는 유리섬유에 의해 격자망 형태로 이루어지고, 유화아스팔트 에멀젼에 함침된 후 그 상면에 규사가 도포되며, 상기 택코팅층의 상부면과 상기 아스팔트 표층 사이에 위치되어서 상기 아스팔트 표층의 균열을 방지하는 섬유보강재;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치의 다른 특징은, 상기 히팅파이프의 흡열부는, 판형상의 핀이 상기 히팅파이프의 둘레에 나선형으로 감겨지면서 형성된 흡열핀으로 이루어진다.
본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치의 또 다른 특징은, 상기 히팅파이프의 흡열부는, 상기 히팅파이프의 둘레에 그 길이방향을 따라 내측으로 오목하게 절곡되어서, 상기 히팅파이프의 외측면에는 오목한 절곡홈이 형성되고, 상기 히팅파이프의 내부에는 볼록하게 돌출된 절곡돌부가 돌출되며, 상기 히팅파이프가 상기 아스팔트 중간층에 매설될 시 상기 아스팔트 중간층이 상기 절곡홈에 매워지면서 상기 히팅파이프 표면적과의 접촉면적이 증대되도록 하는 흡열주름부들로 이루어진다.
본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치의 또 다른 특징은, 상기 택코팅층은, 유화아스팔트 90∼95중량%에 구리가루 5∼10중량%가 혼합되어서 이루어진다.
이상에서와 같은 본 발명은, 히팅파이프의 둘레에는 아스팔트 중간층과의 접촉면적을 증가시켜서 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열핀으로 이루어진 흡열부가 형성되어 있다. 또한 아스팔트 중간층 상부면에는 아스팔트 표층으로부터 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡수하도록 유화아스팔트에 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층이 도포된다. 따라서 히팅파이프가 아스팔트 표층에 설치되는 것이 아니라 아스팔트 중간층에 설치되므로 히팅파이프의 매설깊이가 포장 표면으로부터 깊어질수록 흡수한 태양열에너지가 전달되는데 일정한 시간이 소요되며, 태양열에너지를 효율적으로 전달하지 못하는 문제점을 극복할 수 있다.
즉, 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 혼합되어서 이루어지는 택코팅층은 아스팔트 표층으로부터의 열이 아스팔트 중간층으로 빠르고 효과적으로 전달되도록 돕는다. 그리고, 히팅파이프 둘레의 흡열핀은 히팅파이프와 아스팔트 중간층과의 접촉면적이 극대화되도록 하므로 히팅파이프가 아스팔트 중간층에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡수하도록 한다. 그러므로 아스팔트 표층에 흡열된 태양열에너지가 아스팔트 중간층으로 확실하게 전달된 후 개량된 히팅파이프에 빠르고 효과적으로 흡열되므로 열효율이 극대화되며, 이에 따라 본 발명의 냉난방장치를 가정용 또는 산업용으로 적용하여 사용할 수 있다.
이러한 본 발명은, 히팅파이프가 아스팔트 중간층에 설치되므로 도로포장의 유지 및 보수를 위하여 아스팔트 표층을 절삭하거나 재포장 할 경우 히팅파이프를 제거할 필요가 없으며, 이에 따른 히팅파이프를 아스팔트 표층에 설치할 경우와 비교하여 시공비를 절감할 수 있다.
또한 본 발명은, 히팅파이프의 하부에 히팅파이프가 안착되도록 히팅파이프의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈들이 형성된 흡열판이 구비된다. 이러한 흡열판의 상부에 히팅파이프를 안착시키면 흡열판의 안착홈들에 히팅파이프의 각각의 라인들이 안착되면서 히팅파이프가 정해진 위치에 안정적으로 지지된다. 따라서 흡열판에 의해 히팅파이프의 설치가 용이하고 안정적으로 설치할 수 있다. 또한 흡열판은, 아스팔트 중간층 전체로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하는 역할을 하며, 이와 같이 흡열판에 의해 태양열에너지가 히팅파이프까지 빠르고 효과적으로 흡열되므로 히팅파이프의 열효율을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치는, 택코팅층의 상부면에 섬유보강재가 안착된다. 이 섬유보강재는, 고탄성계수를 갖는 유리섬유에 의해 격자망 형태로 이루어지고 유화아스팔트 에멀젼에 함침된 후 그 상면에 규사가 도포되므로, 아스팔트 표층에 발생하는 균열발생을 막거나 줄이는데 유용하며, 중차량에 의한 아스팔트 표층의 소성변형 등을 최소화한다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치를 보인 개략적 부분 절개 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 부분 단면도들로써, 이러한 본 발명은, 아스팔트 포장 도로에 매설되며 아스팔트 포장 도로의 지열을 이용하여서 결빙된 도로를 녹이거나 주택을 냉난방하는데 사용할 수 있으며, 전기에너지로 변환하여서 사용하기도 한다.
이러한 아스팔트 포장 도로는 노상 또는 노반에 타설되는 콘크리트 기층(10)과, 콘크리트 기층(10)의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층(20)과, 콘크리트 보조기층(20)의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층(30)과, 아스팔트 중간층(30)의 상부면에 포설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층(40)으로 이루어진다.
여기서 아스팔트 표층(40)은 태양열에너지가 직접 전달되므로 본 발명의 히팅파이프(50)를 아스팔트 표층(40)에 매설하면 그만큼 열효율을 증대시킬 수 있지 만, 아스팔트 표층(40)의 파손시 히팅파이프(50)에 영향을 미칠 수 있으며, 아스팔트 표층(40)의 교체시 이와 함께 교체해야 하는 종래의 문제점이 대두된다.
따라서 본 발명은 히팅파이프(50)를 아스팔트 표층(40)에 매설하지 않고 안전하고 교체할 필요가 없는 아스팔트 중간층(30)에 매설되며, 이에 따른 열효율의 문제점을 개선한 것이다.
이러한 본 발명의 히팅파이프(50)는, 아스팔트 중간층(30)에 매설된다. 히팅파이프(50)의 둘레에는 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열부가 형성된다.
흡열부는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 판형상의 핀이 히팅파이프(50)의 둘레에 나선형으로 감겨지면서 형성된 흡열핀(51)으로 이루어진다. 이러한 흡열핀(51)은 히팅파이프(50)의 표면적을 증대시키는 역할을 하며, 히팅파이프(50)와 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 극대화시킨다. 따라서 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지가 히팅파이프(50)에 빠르고 효과적으로 전달된다.
히팅파이프(50)는 강관(steel pipe)이나 동관(copper pipe)으로 이루어질 수 있으며, 열가소성 플라스틱재의 합성수지관(plastics pipe)로 이루어질 수도 있다.
한편, 아스팔트 중간층(30) 상부면과 아스팔트 표층(40) 사이에는 택코팅층(60)이 도포된다. 이 택코팅층(60)은, 아스팔트 중간층(30)과 아스팔트 표층(40)이 확실하게 접착되도록 하는 역할을 수행하지만, 이에 더해 본 발명의 택코팅층(60)은, 아스팔트 표층(40)에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 아스팔트 중간층(30)으로 빠르고 효과적으로 전달하는 역할을 더 수행한다. 이러한 열전달 효율이 증가되도록 본 발명의 택코팅층(60)은 유화아스팔트에 열전달이 뛰어난 구리가루가 첨가되어서 이루어진다. 여기서, 택코팅층(60)을 이루는 유화아스팔트와 열전도율이 매우 높은 구리가루의 혼합비율은, 유화아스팔트 90∼95중량%에 구리가루 5∼10중량%가 혼합되어서 이루어진다.
택코팅층(60)에 구리가루를 첨가한 후 열에너지의 전달 효과를 실험한 결과는 다음과 같다.
태양열에너지는 아스팔트 표층(40)으로 흡수된 후 택코팅층(60)을 통해 아스팔트 중간층(30)으로 전달된다. 열에너지 이동 시 택코팅층(60) 재료인 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루를 첨가하여 그 효과를 평가하기 위해 다음과 같은 모형시험을 실시하였다.
1. 모형시험
1-1 구성 시스템
Figure 112008078298927-pat00001
Figure 112008078298927-pat00002
Figure 112008078298927-pat00003
1-2 구리가루 첨가 비율
가. 유화아스팔트 100중량% + 구리가루 0중량%
나. 유화아스팔트 95중량% + 구리가루 5중량%
다. 유화아스팔트 90중량% + 구리가루 10중량%
라. 유화아스팔트 85중량% + 구리가루 15중량%
마. 유화아스팔트 80중량% + 구리가루 20중량%
1-3 시험 진행
가. 택코팅층(60) 도포 - 아스팔트 중간층(30) 위에 1-2와 같은 비율로 각각 택코팅층(60) 도포를 실시한다. 이 때 도포량은 기존 택코팅층 도포량과 동일한 비율로 실시한다.
나. 아스팔트 표층(40) 시공 - 택코팅층(60) 양생 후 5Cm 두께로 다짐
다. 상온 양생 - 완성된 시편은 24시간 상온에서 양생한다.
라. 온도측정 위치 - 온도센서는 아스팔트 표층(40) 중간에 1개소 설치하고, 아스팔트 중간층(30) 중간에 3개소 설치한다.
마. 태양에너지 모사를 위해 실내온도 : 24℃에서 측정하였다.
1-4 시험 데이터
택코팅층 혼합비율 유화아스팔트 100중량% 유화아스팔트 95중량% 구리가루 5중량% 유화아스팔트 90중량% 구리가루 10중량% 유화아스팔트 85중량% 구리가루 15중량% 유화아스팔트 80중량% 구리가루 20중량%
표층 표면 온도 51.0℃ 50.7 50.8℃ 50.6 50.7℃
표층 중간 온도 44.5℃ 44.2 44.1℃ 44.1 44.6℃
중간층 중간 온도 37.7℃ 40.6 41.9℃ 42.0 42.5℃
표층, 중간층 온도차 6.8℃ 3.6 2.2℃ 2.1 2.1℃
2. 시험 결과
아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 장치의 태양열에너지 흡수효과를 평가하기 위해 택코팅(60)의 재료를 달리하여 각각의 효과를 알아보았다.
외기 온도가 24℃일 때, 5차례 시험한 아스팔트 표층(40) 표면의 온도는 50.6℃∼51.0℃의 온도가 측정되었고, 이때 아스팔트 표층(40) 중간의 온도는 44.1℃∼44.6℃의 온도가 측정되었다.
1차 시험.
택코팅층(60)이 유화아스팔트 100중량%로 이루어진 경우, 아스팔트 중간층(30)의 온도는 37.7℃였으며, 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차는 6.8℃이다.
2차 시험.
택코팅층(60)이 유화아스팔트 95중량%에 구리가루 5중량%가 혼합되어 이루어진 경우, 아스팔트 중간층(30)의 온도는 40.6℃로 상승되었으며, 이때 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차는 3.6℃로 크게 줄어들었다.
3차 시험.
택코팅층(60)이 유화아스팔트 90중량%에 구리가루 10중량%가 혼합되어 이루어진 경우, 아스팔트 중간층(30)의 온도는 41.9℃로 더 상승되었으며, 이때 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차는 2.2℃로 더 줄어들었다.
4차 시험.
택코팅층(60)이 유화아스팔트 85중량%에 구리가루 15중량%가 혼합되어 이루어진 경우, 아스팔트 중간층(30)의 온도는 42.0℃로, 3차 시험에 비해 0.1℃ 상승하였으나 그 상승 정도가 미미하고, 이때 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차는 2.1℃로 3차 시험에 비해 큰 차이가 없었다.
5차 시험.
택코팅층(60)이 유화아스팔트 80중량%에 구리가루 20중량%가 혼합되어 이루어진 경우, 아스팔트 중간층(30)의 온도는 42.5℃이며, 이때 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차는 2.1℃로, 4차 시험치와 동일한 온도차를 나타내었고, 3차 시험에 비해 큰 차이가 없었다.
3. 결론
택코팅층(60)이 유화아스팔트로만 이루어진 경우, 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차가 비교적 크므로 열전달이 제대로 이루어지지 않음을 알 수 있고, 택코팅층(60)이 유화아스팔트 90∼95중량%와 구리가루 5∼10중량%가 혼합되어 이루어진 경우, 아스팔트 표층(40)과 아스팔트 중간층(30)과의 온도차가 크게 줄어 들므로 열전달이 효과적으로 이루어짐을 알 수 있으며, 택코팅층(60)에 구리가루가 15중량% 이상 함유된 경우, 구리가루 5∼10중량%가 혼합된 경우와 열전달 효과가 유사한 반면에 고가의 구리가루가 다량 포함됨에 따라 설치 단가가 크게 증가된다.
그러므로 택코팅층(60)이 유화아스팔트 90∼95중량%와 구리가루 5∼10중량%가 혼합되어 이루어질 때에 열전달 효율이 크면서도 경제적임을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치는, 다음과 같이 설치된다. 먼저, 노상 또는 노반에 콘크리트 기층(10)을 타설한다. 그리고 콘크리트 기층(10)의 상부면에 콘크리트 보조기층(20)을 타설한다. 콘크리트 보조기층(20)이 타설되면 그 상부면에 아스팔트 중간층(30)을 포설한다.
여기서 아스팔트 중간층(30)에는 흡열부가 형성된 히팅파이프(50)가 매설되는 바, 히팅파이프(50)의 매설방법은 다음과 같이 할 수 있다. 즉, 콘크리트 보조 기층(20)의 상부면에 아스팔트 중간층(30)을 절반 정도 포설한 후 그 상부에 히팅파이프(50)를 안착시키고 아스팔트 중간층(30)의 나머지 절반을 포설하여 히팅파이프(50)를 아스팔트 중간층(30)에 매설되도록 할 수 있다.
또는, 히팅파이프(50)를 콘크리트 보조기층(20)의 상부면으로부터 일정 간격 이격되도록 설치한 후 그 위에 아스팔트 중간층(30)을 포설하여서 아스팔트 중간층(30)이 히팅파이프(50)의 상하부에 충진되도록 할 수 있다. 즉, 포설되는 아스팔트 중간층(30)이 틈새로 충분히 유입될 수 있도록 철근 베이스(미도시)를 만들고 이 철근 베이스의 상부에 히팅파이프(50)를 안착 및 고정시킨 후 그 위에 아스팔트 중간층(30)을 포설한다. 이와 같이 하면 포설되는 아스팔트 철근 베이스의 사이로 유입되면서 히팅파이프(50)의 하부 및 측면에 유입되면서 충진된다.
히팅파이프(50)는 그 둘레에 흡열핀(51)으로 이루어진 흡열부가 형성되어 있기 때문에 표면적이 증대된다. 따라서 히팅파이프(50)가 아스팔트 중간층(30)에 매설될 시 이들 사이의 접촉면적이 증대되며, 이에 따라 아스팔트 중간층(30)의 지열이 히팅파이프(50)에 빠르고 효과적으로 전달된다.
이러한 히팅파이프(50)는 히트펌프, 열교환기, 순환펌프 등에 연결되어서 이들의 열공급원으로 사용할 수 있으며, 이들을 통해 주택이나 공장 등에 냉난방 및 냉온수를 공급할 수 있다.
이와 같이 하여 아스팔트 중간층(30)에 히팅파이프(50)가 매설되면 아스팔트 중간층(30)의 상부면에 택코팅층(60)을 도포한다. 그리고 택코팅층(60)의 상부면에 아스팔트 표층(40)을 포설한다.
이러한 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치는, 다음과 같은 장점이 있다.
히팅파이프(50)의 둘레에는 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열핀(51)으로 이루어진 흡열부가 형성되어 있다. 또한 아스팔트 중간층(30) 상부면에는 아스팔트 표층(40)으로부터 흡열된 태양열에너지를 빠르고 효과적으로 흡열하도록 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층(60)이 도포된다.
따라서 히팅파이프(50)가 아스팔트 표층(40)에 설치되는 것이 아니라 아스팔트 중간층(30)에 설치되므로 아스팔트 도로 표면과의 거리가 더 멀어지지만, 그 문제점을 충분히 극복할 수 있다.
즉, 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층(60)은 아스팔트 표층(40)으로부터의 열에너지가 아스팔트 중간층(30)으로 빠르고 효과적으로 전달되도록 돕는다.
그리고, 히팅파이프(50) 둘레의 흡열핀(51)은 히팅파이프(50)와 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적이 극대화되도록 하므로 히팅파이프(50)가 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡수하도록 한다.
그러므로 아스팔트 표층(40)에 흡열된 태양열에너지가 아스팔트 중간층(30)으로 확실하게 전달된 후 개량된 히팅파이프(50)에 빠르고 효과적으로 흡열되므로 열효율이 극대화되며, 이에 따라 본 발명의 냉난방장치를 가정용 또는 산업용으로 적용하여 사용할 수 있다.
이러한 본 발명은, 히팅파이프(50)가 아스팔트 중간층(30)에 설치되므로 도로포장의 유지 및 보수를 위하여 아스팔트 표층(40)을 절삭하거나 재포장 할 경우 히팅파이프(50)를 제거할 필요가 없으며, 이에 따른 히팅파이프(50)를 아스팔트 표층(40)에 설치할 경우와 비교하여 시공비를 절감할 수 있다.
도 4는 히팅파이프(70)의 다른 실시 예를 보인 개략적 부분 사시도로써, 이는, 히팅파이프(70)의 흡열부가 흡열주름부(71)로 이루어진다. 이 흡열주름부(71)는, 히팅파이프(70)의 둘레에 그 길이방향을 따라 내측으로 오목하게 절곡되도록 형성된다.
이러한 흡열주름부(71)는, 히팅파이프(70)의 외측면에 오목한 절곡홈(72)이 형성되고, 히팅파이프(70)의 내부에는 볼록하게 돌출된 절곡돌부(73)가 돌출된다. 따라서 히팅파이프(70)가 아스팔트 중간층(30)에 매설될 시 아스팔트 중간층(30)이 절곡홈(72)에 매워지면서 히팅파이프(50) 표면적과의 접촉면적이 증대되도록 한다.
이러한 히팅파이프(50)는 흡열주름부(71)에 의해 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적이 증대되므로 아스팔트 중간층(30)의 지열을 충분히 흡수하는데 적합하며, 이에 따라 본 발명 냉난방장치의 열효율을 증대시킨다.
도 5는 본 발명의 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치의 다른 실시 예를 보 인 개략적 부분 절개 사시도이고, 도 6은 도 5의 부분 단면도로써, 이는, 콘크리트 기층(10), 콘크리트 보조기층(20), 아스팔트 중간층(30), 아스팔트 표층(40)으로 이루어진 아스팔트 포장 도로에 설치되고, 히팅파이프(50), 택코팅층(60)을 포함하여 이루어지며, 도 1 내지 도 3에 비해 흡열판(80)이 더 설치된다.
히팅파이프(50)는, 아스팔트 중간층(30)에 매설되고, 그 둘레에 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열부가 형성된다. 이 흡열부는 상술한 바와 같이 흡열핀(51)으로 이루어질 수도 있고, 흡열주름부(71)로 이루어질 수도 있다.
흡열판(80)은, 아스팔트 중간층(30)에 매설되고, 히팅파이프(50)가 안착되도록 히팅파이프(50)의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈(81)들이 형성되며, 아스팔트 중간층(30)으로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하여서 상부에 안착된 히팅파이프(50)를 가열한다.
택코팅층(60)은, 아스팔트 중간층(30) 상부면과 아스팔트 표층(40) 하부면 사이에 도포되고, 아스팔트 표층(40)에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 아스팔트 중간층(30)으로 공급하도록 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 혼합되어서 이루어진다.
이러한 본 발명의 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치는, 히팅파이프(50)의 하부에 히팅파이프(50)가 안착되도록 안착홈(81)들이 형성된 흡열판(80)이 구비된 점에 특징이 있다.
흡열판(80)의 상부에 히팅파이프(50)를 안착시키면 흡열판(80)의 안착홈(81) 들에 히팅파이프(50)가 안착되면서 히팅파이프(50)가 정해진 위치에 안정적으로 지지된다. 따라서 흡열판(80)에 의해 히팅파이프(50)의 설치가 용이하고 안정적으로 설치할 수 있다.
또한 흡열판(80)은, 아스팔트 중간층(30) 전체로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하는 역할을 하며, 이와 같이 흡열판(80)에 의해 태양열에너지가 히팅파이프(50)까지 빠르고 효과적으로 흡열되므로 히팅파이프(50)의 열효율을 더 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 아스팔트 포장을 이용한 냉난방장치의 또 다른 실시 예를 보인 개략적 부분 절개 사시도이고, 도 8은 도 7의 부분 단면도로써, 이는, 콘크리트 기층(10), 콘크리트 보조기층(20), 아스팔트 중간층(30), 아스팔트 표층(40)으로 이루어진 아스팔트 포장 도로에 설치되고, 히팅파이프(50), 흡열판(80), 택코팅층(60)을 포함하여 이루어지며, 도 5 및 도 6에 비해 섬유보강재(90)가 더 설치된다.
히팅파이프(50)는, 그 둘레에 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 최대한 흡열하도록 흡열부가 형성되며, 이 흡열부는 흡열핀(51)이나 흡열주름부(71)로 이루어진다.
흡열판(80)는, 아스팔트 중간층(30)에 매설되고, 히팅파이프(50)가 안착되도록 히팅파이프(50)의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈(81)들이 형성되며, 아스팔트 중간층(30)으로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하여서 상부에 안착된 히 팅파이프(50)를 가열한다.
택코팅층(60)은, 아스팔트 표층(40)에 전달된 태양열에너지를 최대한 흡열하여서 아스팔트 중간층(30)으로 빠르고 효과적으로 전달하도록 유화아스팔트에 열전도율이 매우 높은 구리가루가 혼합되어서 이루어진다.
섬유보강재(90)는, 고탄성계수를 갖는 유리섬유에 의해 격자망 형태로 이루어지고, 유화아스팔트 에멀젼에 함침된 후 그 상면에 규사가 도포된다. 이러한 섬유보강재(90)는, 택코팅층(60)의 상부면과 아스팔트 표층(40) 사이에 위치되어서 아스팔트 표층(40)의 균열을 방지한다.
이러한 섬유보강재(90)에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
섬유보강재(90)는, 고탄성계수를 갖는 유리섬유에 의해 격자망 형태로 이루어지고, 유화아스팔트 에멀젼에 함침되며, 유화아스팔트 에멀젼이 함침된 격자망의 상면에 규사가 도포되어 구비된다. 이러한 섬유보강재(90)는, 다음과 같은 순서로 제조된다.
먼저, 고탄성계수를 갖는 유리섬유로 격자망을 형성시키고, 이 격자망을 유화아스팔트 에멀젼에 함침시킨다. 그리고 격자망의 상면을 샌딩 처리한다.
이러한 섬유보강재(90)는, 아스팔트 표층(40)을 기준으로 그 폭방향으로는 탄소섬유가 배치되도록 하고, 길이 방향, 즉 차량 진행 방향으로는 유리섬유가 배치되도록 한다. 여기서, 아스팔트 표층(40)의 폭방향으로 섬유보강재(90)의 탄소섬유가 배치되도록 한 것은 도로상에서 주로 길이방향으로 크랙이 발생하거나 소성변형이 생기기 때문에 유리섬유보다 고강도인 탄소섬유를 사용함으로써 균열발생 등 을 최소화시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
그리고, 섬유보강재(90)는 고탄성계수를 갖는 유리섬유의 극히 높은 장력강도(10ton/m)에 의해 장기간 균열이 발생되지 않도록 하고, 교통하중에 의한 전단(소성)변형을 저감하며, 표면에 전달하는 하중의 확대로 인한 포장 도로의 구조적 파손을 예방하는 공용성능을 증진시킬 수 있다.
섬유보강재(90)의 유화아스팔트 에멀젼 처리는, 격자망이 택코팅층(60)과 아스팔트 표층(40) 사이에 배치된 상태에서 이들이 서로 견고히 부착될 수 있도록 하는 본딩 에이젼트(bonding agent) 역할을 할 수 있도록 하기 위한 것이다.
섬유보강재(90)의 샌딩처리는, 섬유보강재(90)가 설치된 후 아스팔트 표층(40)이 포장되기 전에 작업 차량이 섬유보강재(90) 상부면을 통행할 경우, 차량 바퀴에 섬유보강재가 붙어서 섬유보강재가 훼손되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이러한 섬유보강재(90)는, 고탄성계수를 갖는 유리섬유에 의해 격자망 형태로 이루어지고, 유화아스팔트 에멀젼에 함침되며, 유화아스팔트 에멀젼이 함침된 격자망의 상면에 규사가 도포되어 구비된다.
그러므로, 이러한 섬유보강재(90)를 택코팅층(60) 및 아스팔트 표층(40) 사이에 적층시킬 경우, 아스팔트 표층(40)에 발생하는 균열발생을 막거나 줄일 수 있고, 중차량에 의한 소성변형 등을 최소화한다.
도 1은 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치를 보인 개략적 부분 절개 사시도
도 2 및 도 3은 도 1의 부분 단면도들
도 4는 히팅파이프의 다른 실시 예를 보인 개략적 부분 사시도
도 5는 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치의 다른 실시 예를 보인 개략적 부분 절개 사시도
도 6은 도 5의 부분 단면도
도 7은 본 발명의 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치의 또 다른 실시 예를 보인 개략적 부분 절개 사시도
도 8은 도 7의 부분 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 콘크리트 기층 20 : 콘크리트 보조기층
30 : 아스팔트 중간층 40 : 아스팔트 표층
50,70 : 히팅파이프 51 : 흡열핀
60 : 택코팅층 71 : 흡열주름부
72 : 절곡부 73 : 절곡돌부
80 : 흡열판 81 : 안착홈
90 : 섬유보강재

Claims (6)

  1. 노상 또는 노반에 타설되는 콘크리트 기층과, 상기 콘크리트 기층의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층과, 상기 콘크리트 보조기층의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층과, 상기 아스팔트 중간층의 상부면에 포설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층으로 이루어진 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 있어서,
    상기 아스팔트 중간층(30)에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 상기 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프(50)(70);
    상기 아스팔트 중간층(30) 상부면과 상기 아스팔트 표층(40) 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층(40)에 전달된 태양열에너지를 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층(30)으로 전달하도록 유화아스팔트에 열전도율이 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층(60);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치.
  2. 노상 또는 노반에 타설되는 콘크리트 기층과, 상기 콘크리트 기층의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층과, 상기 콘크리트 보조기층의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층과, 상기 아스팔트 중간층의 상부면에 포설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층으로 이루어진 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 있어서,
    상기 아스팔트 중간층(30)에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 상기 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프(50)(70);
    상기 아스팔트 중간층(30)에 매설되고 상기 히팅파이프(50)(70)가 안착되도록 상기 히팅파이프(50)(70)의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈(81)들이 형성되며 상기 아스팔트 중간층(30)으로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하여서 상부에 안착된 상기 히팅파이프(50)(70)를 가열하는 흡열판(80);
    상기 아스팔트 중간층(30) 상부면과 상기 아스팔트 표층(40) 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층(40)에 전달된 태양열에너지를 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층(30)으로 전달하도록 유화아스팔트에 열전도율이 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층(60);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치.
  3. 노상 또는 노반에 타설되는 콘크리트 기층과, 상기 콘크리트 기층의 상부면에 타설되는 콘크리트 보조기층과, 상기 콘크리트 보조기층의 상부면에 포설되는 아스팔트 중간층과, 상기 아스팔트 중간층의 상부면에 포설되며 태양열에너지가 직접 흡열되는 아스팔트 표층으로 이루어진 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치에 있어서,
    상기 아스팔트 중간층(30)에 매설되고 그 둘레에 상기 아스팔트 중간층(30)과의 접촉면적을 증가시켜서 상기 아스팔트 중간층(30)에 흡열된 태양열에너지를 흡열하도록 흡열부가 형성된 히팅파이프(50)(70);
    상기 아스팔트 중간층(30)에 매설되고 상기 히팅파이프(50)(70)가 안착되도록 상기 히팅파이프(50)(70)의 매설 방향을 따라 하측으로 오목한 안착홈(81)들이 형성되며 상기 아스팔트 중간층(30)으로부터 흡열된 태양열에너지를 흡열하여서 상부에 안착된 상기 히팅파이프(50)(70)를 가열하는 흡열판(80);
    상기 아스팔트 중간층(30) 상부면과 상기 아스팔트 표층(40) 하부면 사이에 도포되고 상기 아스팔트 표층(40)에 전달된 태양열에너지를 흡열하여서 상기 아스팔트 중간층(30)으로 전달하도록 유화아스팔트에 열전도율이 높은 구리가루가 첨가되어서 이루어지는 택코팅층(60);
    고탄성계수를 갖는 유리섬유에 의해 격자망 형태로 이루어지고, 유화아스팔트 에멀젼에 함침된 후 그 상면에 규사가 도포되며, 상기 택코팅층(60)의 상부면과 상기 아스팔트 표층(40) 하부면 사이에 위치되어서 아스팔트 표층(40)의 균열을 방지하는 섬유보강재(90);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히팅파이프(50)의 흡열부는,
    판형상의 핀이 상기 히팅파이프(50)의 둘레에 나선형으로 감겨지면서 형성된 흡열핀(51)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히팅파이프(70)의 흡열부는,
    상기 히팅파이프(70)의 둘레에 그 길이방향을 따라 내측으로 오목하게 절곡되어서, 상기 히팅파이프(70)의 외측면에는 오목한 절곡홈(72)이 형성되고, 상기 히팅파이프(70)의 내부에는 볼록하게 돌출된 절곡돌부(73)가 돌출되며, 상기 히팅파이프(70)가 상기 아스팔트 중간층(30)에 매설될 시 상기 아스팔트 중간층(30)이 상기 절곡홈(72)에 매워지면서 상기 히팅파이프(70) 표면적과의 접촉면적이 증대되도록 하는 흡열주름부(71)들로 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 택코팅층(60)은,
    유화아스팔트 90∼95중량%에 구리가루 5∼10중량%가 혼합되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로를 집열판으로 이용한 태양열 재생에너지 냉난방장치.
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