KR101130807B1

KR101130807B1 - 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템 및 진공 차단막 장치

Info

Publication number: KR101130807B1
Application number: KR1020090126104A
Authority: KR
Inventors: 권삼영; 김형철; 장동욱; 조용현; 이형우; 박찬배
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2012-03-28
Also published as: KR20110069391A; WO2011074739A1; US8468949B2; US20110283914A1

Abstract

본 발명은 밀폐된 진공 상태의 튜브를 철도 선로로 이용하여, 소음과 공기 저항을 최소화시켜 열차를 초고속으로 달릴 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템(Tube Railway System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 상태(대기압의 1/3 ~ 1/1000)를 유지하는 것이 필요한 튜브 철도 시스템에서 작동 신호에 의해 튜브 통로를 빠른 속도로 차단하기 위한 차단막 장치를 튜브 선로 일정 구간마다 또는 특정 구간에 설치하여, 진공 유지에 문제가 발생하거나 또는 고의로 진공을 해제하고자 할 때 또는 열차를 비상 정지하고자 할 때 진공 차단막 장치를 동작시켜 해당 구간을 다른 구간과 격리시키고 그 구간만의 진공도를 다르게 관리할 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템의 진공 관리 시스템과, 그 시스템에서 이용되는 진공 차단막 장치에 관한 것이다.

튜브 선로, 튜브 열차, 자기부상열차, MAGLEV, 바퀴식 열차, 진공, 차단막, 진공도, 진공 관리, 진공 해제, 대기압, 튜브 철도

Description

튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템 및 진공 차단막 장치{Vacuum sectional management system and vacuum blocking screen device for the tube railway}

본 발명은 밀폐된 진공 상태의 튜브를 철도 선로로 이용하여, 소음과 공기 저항을 최소화시켜 열차를 초고속으로 달릴 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템(Tube Railway System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 상태(대기압의 1/3 ~ 1/1000)를 유지하는 것이 필요한 튜브 철도 시스템에서 작동 신호에 의해 튜브 통로를 빠른 속도로 차단하기 위한 차단막 장치를 튜브 선로 일정 구간마다 또는 특정 구간에 설치하여, 진공 유지에 문제가 발생하거나 또는 유지보수 등을 위해 고의로 진공을 해제하고자 할 때 또는 열차를 비상 정지하고자 할 때 진공 차단막 장치를 동작시켜 해당 구간을 다른 구간과 격리시키고 그 구간만의 진공도를 다르게 관리할 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템의 진공 관리 시스템과, 그 시스템에서 이용되는 진공 차단막 장치에 관한 것이다.

초고속 열차 시스템으로 튜브 철도(Tube Railway)가 있으며, 튜브 철도는 진공 상태의 밀폐된 선로 공간에서 열차가 주행하는 교통수단을 말한다.

이 튜브 철도를 달리는 열차는 자기부상열차(MAGLEV) 또는 바퀴식 열차 또는 그 외의 다른 추진 방식의 열차도 가능하다.

밀폐된 진공 상태의 튜브를 철도 선로로 이용하면 소음과 공기 저항을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

튜브 철도는 직경이 약 4m에서 10m 사이에 있는 원형 또는 이와 유사한 크기의 사각형 또는 다각형의 튜브 단면을 갖고, 상하선은 별도의 튜브 선로로 감싸는 구조를 갖는 것이 일반적이며, 튜브 내의 진공도는 대기압의 약 1/3 ~ 1/1000 정도의 감압 상태가 일반적이다.

열차에서 승객이 체류하는 공간은 대기압을 유지해야 하므로 튜브 철도용 열차는 기밀(Sealing)이 되어야 하며, 이를 위한 기밀(Sealing) 장치를 둔다.

이와 같이 튜브 철도 시스템은 대기(Atmosphere)와 격리된 튜브가 있고 그 튜브 속은 진공 상태를 유지해야 하며, 튜브의 어떤 곳에서 진공이 깨지기 시작하면 튜브 내에 물리적으로 연결된 모든 공간으로 급속히 파급된다. 이 진공 파괴가 파급되는 속도, 즉 진공이 깨지는 속도는 시속 1224km/h 정도로 음속에 가깝다.

튜브의 어떤 곳에서 이상이 생겨 진공이 깨지기 시작하면 다른 건전한 곳으로 진공 파괴가 파급되는 것을 막기 위하여 튜브를 물리적으로 격리할 필요가 있다. 그렇지 않으면 어느 한곳의 진공의 누설이 튜브 내의 모든 터진 공간으로 파급되어 노선 전체에 대하여 열차 운행을 중지하거나 속도가 저하된 비정상적인 운행을 하여야 한다. 또한, 다시 진공도를 높이고자 할 때 진공 펌프의 운영 시간과 비용이 크게 증가한다.

또한 튜브 선로 설비에 이상이 생겨서 튜브 선로로 사람이 직접 들어가서 보수하고자 할 때는 보수하고자 하는 해당 구역만을 진공을 깨서 대기압 상태로 만드는 것이 효율적이며, 이를 위해서는 튜브 선로에 미리 구역을 분할하여 진공을 차단할 수 있는 시설이 되어 있어야 한다.

튜브 철도에서 튜브 선로 설비에 이상이 생겨서 튜브 선로로 사람이 직접 들어가서 보수하고자 할 때 튜브 선로 전체의 진공을 깨서 대기압 상태로 만드는 것은 비합리적이다. 튜브 선로에 구역을 분할하여 격리할 수 있는 시설이 있다면 해당 구간만을 진공 파괴시킬 수가 있어 효율적이다.

본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은 튜브 선로의 일정 구간 마다 또는 특정 구간이나 지점에 추가적으로 진공 차단막 장치를 설치하여, 진공이 누설되는 곳이 발생하는 경우 해당 구간의 진공차단막 장치를 동작시켜 진공이 불량한 곳만 다른 구간과 격리시켜, 열차의 정상적 운행 및 해당 구간의 유지 보수가 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 진공 관리 시스템을 제공하고자 한 것이다.

또한, 본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은 운행중인 열차에 문제가 발생하여 열차를 비상 정지시켜야 할 때 열차가 있는 구간의 전후로 진공 차단막을 작동시켜 별개의 막힌 공간 영역으로 만들어주고, 해당 열차 운행 구간의 진공을 해제시켜 열차에 작용하는 공기 저항을 발생시켜 열차를 비상 정지 시킬 수 있도록 도와주는 보조적인 제동 수단으로 진공 관리 시스템을 제공하고자 한 것이다.

본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은, 진공 상태의 밀폐된 선로 공간에서 열차가 주행하는 튜브 철도 시스템에 있어서,

튜브 선로의 일정 구간마다 또는 특정 구간이나 정거장에 설치되어 정상적인 열차 운행 조건에서는 열차 통과에 지장이 없도록 접혀져 있다가 튜브 차단의 필요시에 튜브 선로를 물리적으로 막아 진공의 전파를 차단하고, 다시 정상적인 열차 운행조건 상에서는 튜브선로를 다시 정상적인 운전 조건으로 만들기 위하여 펼쳐진 진공 차단막 장치를 접어 원래의 대기 위치로 접어주는 진공 차단막 장치와, 각 구간별 튜브 선로 내의 진공을 파괴하기 위한 진공 파괴 수단과, 각 구간별 튜브 선로 내를 진공 상태로 만들어 주기 위한 진공 형성 수단과, 각 구간별 튜브 선로 내의 압력을 감지하기 위한 기압 감지 수단과, 튜브 선로의 진공도 상태 및 열차의 운행 상태를 감시하고 그 감시 정보 및 관리자의 제어 동작에 따라 진공차단막 장치를 동작 제어하는 제어 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 튜브 철도(Tube Railway) 시스템에서 튜브의 어떤 곳에서 진공이 깨지기 시작하면 이 부분을 다른 건전한 곳과 차단하여 별개의 공간으로 분리하여 진공 누설의 파급을 차단할 수 있어서, 열차 통행의 제한 범위를 최소화할 수 있으며, 진공도를 높이거나 할 때에 작업 구간을 최소한으로 줄일 수 있고 시간과 비용을 절감할 수 있다.

또한, 튜브 철도에서 튜브 선로 설비에 이상이 생겨서 튜브 선로로 사람이 직접 들어가서 보수하고자 할 때 튜브 선로 전체의 진공을 깨서 대기압 상태로 만드는 것은 비합리적이다. 튜브 선로에 구역을 분할하여 격리할 수 있는 시설이 있다면 해당 구간만을 진공 파괴시킬 수가 있어 효율적이다.

또한, 열차가 위치해 있는 구간만을 별도로 진공을 빠르게 깰 수 있어, 운행중인 열차에 문제가 발생하여 열차를 비상 정지시켜야 할 때 해당 구간의 진공을 해제시켜 공기 저항을 발생시켜 열차를 비상 정지시킬 수 있도록 도와주는 보조적인 제동 수단으로 유용하게 활용할 수 있어, 승객의 안전도 보장되고 비상 대응 능력도 강화할 수 있다

따라서 본 발명에 따르면, 열차 운영 측면이나 유지보수 면 및 안전 측면 등 모든 면에서 매우 유리하다.

또 다른 용도로는, 진공 상태가 서로 다른 튜브 철도 선로를 잇는 경우나 진공 상태의 튜브 선로와 대기압의 일반 철도 선로를 연결하는 경우에 있어서 경계가 되는 인터페이스 정거장을 구축하는데 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템을 첨부된 도면 도 1 내지 도 18에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은,

튜브 선로의 정해진 구간 지점 또는 정거장마다 설치되어 정상적인 열차 운 행 조건에서는 열차 통과에 지장이 없도록 차단막(110)을 접어두었다가 튜브 차단의 필요시에 차단막(110)을 펼쳐 튜브 선로를 물리적으로 막아 진공의 전파를 차단하고, 튜브 선로를 다시 정상적인 운전 조건으로 만들기 위하여 펼쳐진 차단막(110)을 접어 원래의 대기 위치로 되돌려 열차 통과에 지장이 없도록 하는 진공차단막 장치(100)와, 진공 차단막 장치(100)의 각 구간별 튜브 선로 내를 진공 상태로 만들어 주기 위한 진공 펌프(200)와, 진공 차단막 장치(100)의 각 구간별 튜브 선로 내의 진공을 파괴하기 위한 진공 파괴 밸브 수단(300)과, 진공 차단막 장치(100)의 각 구간별 튜브 선로 내의 압력을 감지하기 위한 기압 감지 수단(400)과, 튜브 선로 상태 및 열차의 운행 상태를 감시하고 그 감시 정보 및 관리자의 제어 동작에 따라 진공 차단막 장치를 동작 제어하는 제어 장치(500)를 포함하여 구성된다.

상기 진공 차단막 장치(100)는 튜브 선로의 통로를 차단하기 위한 차단막(Screen)(110)과, 대기 상태에서 차단막(110)을 수납하는 상부 구조체(Upper Structure)(120)와, 차단막(110)이 상부 구조체(120)로부터 튜브 통로의 하부면까지 펼쳐진 후 차단막(110)과 튜브 통로의 하부면 사이의 밀봉을 담당하는 하부 구조체(Lower Structure)(130)와, 차단막(110)을 좌우측에서 끌고 내려와서 펼쳐는 역할을 하고, 나중에 차단막을 다시 원래의 대기 상태로 되돌리기 위하여 차단막을 접어 올리는 역할을 수행하는 수직 가이드 구조체(Vertical Guide Structure)(140)와, 사각형의 차단막(110) 바깥으로 차단막과 튜브 통로와의 잔여 공간을 메우기 위한 목적의 구조체로서 공간의 형상에 맞도록 미리 설치되는 구조물(151)이면서 내부에 다수의 원형 또는 타원형의 공기 통로인 개폐구(152)를 갖고 이 개폐구(152)에는 풍선을 부풀려 통로를 막을 수도 있고 풍선을 수축시켜 통로를 열수도 있는 기능을 갖는 외곽 구조체(Outskirt Structure)(150)와, 수직 가이드 구조체(140) 내에 설치되며 차단막(110)을 펼치고자 할 때 상부 구조체(120)로부터 하부 구조체(130)까지 차단막(110)을 끌고 내려오고 차단막(110)을 접고자 할 때 하부 구조체(130)에서 상부 구조체(120)까지 차단막(110)을 다시 끌고 올라가는 역할을 하는 차단막 구동부(160)와, 차단막(110)이 가동부인 관계로 차단막(110)이 펼쳐진 후 그 주변으로 공기가 누설될 수 있으므로 차단막(110)이 펼쳐진 후 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면을 풍선(172)을 부풀려 메우는 역할을 하는 차단막 경계면 기밀장치(170)와, 제어 장치(500)의 제어에 따라 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부 구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위하여 상부 구조체(120)에 구성되는 접음 마무리 걸쇠장치(180)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 진공 상태(대기압의 1/3 ~ 1/1000)를 유지하는 것이 필요한 튜브 철도 시스템(Tube Railway System)에서 작동 신호에 의해 원형(직경 4m ~ 10m) 또는 유사한 크기의 사각형 또는 다각형의 튜브 통로를 횡방향으로 빠른 속도로 차단하여 튜브 선로를 진공도가 서로 다른 영역으로 분리해내어 관리할 수 있도록 하는 진공 구역 관리 또는 진공 분할 관리 시스템에 관한 것이다.

진공 차단막 장치(Vacuum Blocking Screen Device)(100)는 상기 진공 분할 관리 시스템을 가능하도록 하는 구체적인 장치로서 튜브 선로의 일정한 거리마다 설치되거나 또는 정거장과 같이 별도로 진공 관리가 필요한 구간이나 지점에 설치된다.

상기 진공 차단막 장치(100)의 차단막(110)은 튜브 선로의 통로를 수직(또는 거의 수직에 가까운) 횡방향으로 막기 위한 가장 직접적인 수단으로서, 그 가로 세로의 크기는 열차가 정상적인 속도로 통과하는데 지장을 주지 않도록 보장된 게이지(Gauge), 즉 건축한계를 침범하지 않을 크기로 설계된다.

차단막(110)은 열차가 정상 운행되고 있는 대기 상태에서는 상부 구조체(120)에 접힌 상태로 수납되어 있다가 펼침 상태에서는 상부 구조체(120)-하부 구조체(130)-수직 가이드 구조체(140) 안쪽의 4각형의 공간 전체를 막도록 펼쳐지게 된다.

따라서 차단막(110)은 이런 역할에 맞도록 합성고무로 코팅 처리한 나일론(Nylon) 재질로 구성되어, 공기가 누설되지 않고, 가볍고 부드러워 잘 접혀지도록 하고, 일정 정도의 신축성(탄성)과 필요로 하는 강도를 동시에 가지도록 한다.

또한 차단막(110)은 커튼 모양의 한 겹의 막 형태로 하는 방식과 주머니(Bag) 형태로 하는 2가지 방식으로 구성할 수 있으며, 도 17에서와 같이, 주머니 형태의 차단막(110)을 사용하는 경우는 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 원하는 형상을 유지하도록 차단막(110) 내부에 형상 유지체(Tether)를 넣는다.

수직 가이드 구조체(140)는 차단막(110)을 수직 방향으로 펼치거나 접을 때 안내하는 수단이다. 수직 가이드 구조체(140)는 열차의 주행에 지장이 없도록 차량한계 바깥으로 설치된다.

하부 구조체(130)는 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 차단막을 잡고 있다가 차단막(110)을 접고자 할 때 차단막(110)을 놓아주기 위한 수단이다.

아울러 하부 구조체(130)는 튜브 선로 하단에 존재하는 선로(Track)나 레일과 같은 구조물과 인터페이스 되며 이 인터페이스 되는 부분 및 차단막(110)과 만나는 면의 기밀도 담당한다.

튜브 철도의 선로(Track)는 자기부상열차(MAGLEV)인 경우와 바퀴식 열차인 경우에서 선로의 형상과 구조가 다르다. 선로의 형상과 구조에 적합하도록 하부 구조체(130)을 개별 맞춤식으로 설계할 필요가 있다.

하부 구조체(130)의 설치 위치는 열차가 다니는 공간인 차량 한계를 벗어나야 하며, 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 선로와 만나는 면의 기밀이 매우 어려우므로 도 4와 도 5의 MAGLEV 선로의 예와 같이 차단막이 펼쳐지는데 지장이 없을 정도의 폭만큼 선로를 미리 절개하여 그 속으로 하부 구조체(130)를 심는 방법도 가능하다.

이 경우 선로(Track)나 레일은 진공 차단막 장치(100)가 설치되는 곳에서 아주 짧은 길이만큼 끊어지게 된다. 선로나 레일이 끊어지더라도 열차는 운행될 수 있지만 보완적인 대책이 필요할 수도 있다.

외곽 구조체(Outskirt Structure)(150)는 튜브 선로가 주로 기하학적으로 원형의 형상을 갖는데 비하여 차단막(110)은 튜브 원형 내부에 들어가는 사각형의 형상을 가지므로 차단막(110)의 외곽, 즉, 상부 구조체(120)와 수직 가이드 구조체(140)와 하부 구조체(130)의 바깥으로 남는 공간이 발생하고 이 공간으로 유통되 는 공기의 흐름도 차단하는 것이 필요하므로 이 역할을 하도록 설계된 것이 외곽 구조체(150)이다.

따라서 외곽 구조체(150)의 프레임 격인 구조물(151)은 해당 설치 공간의 형상에 맞도록 제작되어 설치되며 여러 개의 구조물(151)로 쪼개어 설계하는 것도 가능하다.

그러나 차단막(110)을 크게 설계하여 차단막(110)만으로 튜브 선로의 횡단면 전체를 막을 수 있도록 설계하는 경우에는 외곽 구조체(150)는 필요 없을 수도 있다.

열차가 정상적으로 운행될 때는 열차 주행풍이 튜브 선로내로 유통되어야 한다. 따라서 구조물(151)이 통로를 일정 부분이지만 막고 있으면 열차 주행풍의 유통에 지장을 초래할 수 있으므로 도 14 내지 도 16에서와 같이 구조물(151) 내에 원형 또는 타원형의 구멍을 뚫고 그 구멍에는 풍선(153)을 넣어두어 풍선(153) 안으로 공기를 급격히 불어넣어 부풀려 구멍을 막거나 풍선(153)의 공기를 빼내서 수축시켜 통로를 여는 기능을 부가한다. 이 구멍이 통풍구(152)이다.

통풍구(152)의 차단(close)과 오픈(open)은 주로 차단막(110)과 동시에 작동되도록 제어되지만 차단막(110)보다 미리 작동하거나 조금 늦게 작동하도록 제어할 수도 있다.

상기 통풍구(152)에는 풍선(153) 팽창 시 좌우측으로 제한된 공간을 제공하고 팽창된 풍선(153)의 형상이 통풍구를 완전히 덮을 수 있도록 유도하기 위한 창살(154)을 더 포함하여 구성한다.

차단막 구동부(160)는 수직 가이드 구조체(Vertical Guide Structure)(140)에 설치되며 상부 구조체(120)로부터 차단막(110)이 펼쳐지거나 다시 수납될 수 있도록 차단막(110)을 구동시키는 수단으로, 주로 수직 가이드 구조체(140) 내에 수납되어 있지만 차단막(110)을 구동시키기 위한 일부 수단이 상부 구조체(120)에도 분산 설치되거나 상호 연계 작동되도록 구성된다.

차단막 구동부(160)는 도 13에서와 같이, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로측에 고정자 권선이 설치되고, 차단막(110)의 선단과 연결되어 차단막(110)을 잡고있는 이동체에 영구자석을 배치하는 선형동기모터(LSM)(161)로 구성된다.

즉, 상기 차단막(110)에 회전자(영구자석)을 연결하여 선형동기모터(161)가 차단막(110)을 이송시키는 역할을 수행하도록 하는 것이다.

한편, 차단막 구동부(160)의 다른 실시 예로 차단막(110)의 펼침/접음을 자동차 에어백의 작동 원리와 같이 화약을 폭발시키는 가스확산방식으로 할 수 있다.

이는 도 17에서와 같이, 차단막(110)은 주머니 방식을 사용하고, 화약(아지드화나트룸(NaN3))을 폭발시켜 대량의 가스를 발생시키고(Azide 방식) 여기에 압축되어 있는 가스도 함께 활성화시키기(Hybrid 방식)위한 가스발생수단과, 차단막 주머니 속으로 급격히 많은 양의 질소 가스를 불어넣어 차단막 주머니가 빠른 속도로 팽창하면서 차단막이 펼쳐지도록 하는 가스주입수단을 포함하여 구성된다.

또한 차단막 구동부(160)의 또 다른 실시 예로 선형동기모터 방식 외에 상기 의 화약 폭발에 의한 가스 팽창 원리를 함께 사용할 수도 있다.

이는 차단막의 펼침 동작은 빠르게 이루어지는 것이 바람직하기 때문이다.

이때, 반면에 접음 동작은 펼침 동작에 비하여 그리 빠른 동작이 요구되지 않으므로 선형동기모터(LSM) 방식만을 사용하여 접도록 한다.

차단막(110)의 펼치고 접는 동작을 수행하는 펼침-접음 구동은 선형동기모터(LSM)에 의한 이송 방식으로 하는 외에 보다 저렴한 방식의 채택을 위하여 선형유도모터(LIM) 방식이나 회전모터와 콘베이어 벨트(Conveyer Belt)나 체인(Chain)의 조합에 의한 이송 방식도 가능하다.

또한 압축 공기의 분사에 의한 이송 방식도 가능하며 기타 일반 산업계에서 사용되는 다양한 방식의 이송 시스템을 적용한 변형 방식도 가능하다.

차단막(110)의 펼침 작동은 빠르면 빠를수록 우수한 성능의 것이 된다. 그러나 직경 4m에서 10m인 튜브 통로를 무한대로 빠르게 막는 것은 물리적으로 불가능하며, 0.05초 이내로만 차단을 완료할 수 있다면 진공 차단막을 설치하는 목적을 달성할 수 있다고 판단하고 있다. 그러나 진공튜브와 대기압 선로의 인터페이스 정거장에 설치되는 경우와 같이 이보다 느린 속도로도 목적을 달성할 수 있는 경우가 있다.

필요로 하는 차단 속도는 열차 속도 및 튜브 통로의 크기, 세부적인 디자인 및 열차와 차단막과의 거리 등에 다르며 진공 차단막 장치의 제어장치(500)에서 판단하여 목표 속도를 명령으로 하달한다.

펼쳐진 차단막(110)을 접어서 상부 구조체(120) 내에 접어 넣는 작동을 담당하는 차단막 구동부(160)는 기어의 회전에 의하여 말아서 접는 방법이나 기어의 회전을 왕복 운동으로 바꾸어 포개서 접는 방법 등 다양한 방식으로 할 수 있다.

마무리 걸쇠 장치(180)는 접음 작동에서 차단막(110)을 상부 구조체(120) 위치까지 선형동기모터(161)에 의해 끌어올린 후, 차단막(110)을 상부 구조체(120) 내에 넣어 정리하기 위한 수단이다.

또한 마무리 걸쇠 장치(180)는 추후 펼침 작동을 대비하기 위한 걸림쇠 용도로 구성된 것으로, 걸쇠(Latch) 타입의 고리 장치가 상부 구조체(120)의 좌우로 이동하면서 차단막(110)을 접어 넣고, 접어 넣고 난 후에는 차단막(110)을 걸쇠로 잡고 있어 다음의 펼침 명령에 대비하도록 한다.

차단막 경계면 기밀장치(170)는 차단막이 펼쳐진 후 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면으로 공기의 유통을 막기 위한 수단으로, 도 13에서와 같이, 공기주입구(171)를 통해 공기를 유입시켜 풍선(172)을 팽창시키고 이 팽창된 풍선(172)이 수직 가이드 구조체(140) 내부의 제한된 공간을 메움으로서 차단막(110)을 눌러주어 차단막(110) 경계면의 기밀을 수행하며, 차단막(110)을 접고자 할 때는 풍선(172)의 공기를 배출시켜야 하므로 공기 배출 수단을 포함하여 구성된다.

하부 구조체(130) 내에도 차단막 경계면 기밀장치(170)가 설치되며, 수직 가이드 구조체(14)에서와 같은 원리와 방식으로 작동된다.

차단막(110)이나 외곽 구조체(150)에 구성되는 풍선(153) 및 차단막 경계면 기밀장치(170)의 풍선(172)의 재질에 대하여 나일론(Nylon)과 유사한 합성섬유(스판덱스)나 폴리에스터(Polyester)를 사용하거나 테프론 코팅을 하는 등 같은(유사한) 성질을 내는 조건에서 다양한 응용 물질을 사용하여 제작할 수도 있다.

신축성(탄성)과 강도는 상반되는 개념의 관계이다. 차단막(110)에서 신축성과 강도에 대한 목표치는 최적화 함수를 풀어서 찾는다. 차단막(110)이 가져야 할 강도는 진공도가 한쪽 영역은 대기압이고 한쪽 영역은 대기압의 1/1000인 극한 차이에서도 견딜 수 있는 강도이어야 하고, 600~1000km/h까지 고속으로 달리는 열차에 대하여 3km 전방에서 통로를 막고 튜브를 대기압으로 높였을 때 차단막에 걸리는 공기압을 견딜 수 있어야 하고 이때 발생하는 팽창 변위는 3m 이내에 있도록 강도를 선정하며, 그러나 열차가 차단막(110)에 부딪치면 찢어질 수 있도록 하여 승객 안전을 보장할 수 있도록 차단막(110)의 강도를 선정하도록 한다.

접음 마무리 걸쇠장치(180)는 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부 구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위한 수단으로 상부 구조체(120)에 구성되며, 제어장치(500)의 제어에 따라 동작 제어된다.

한편, 튜브 선로의 형상은 원형이고 차량도 이에 맞도록 둥근 외부 형상을 갖게 되는 것이 일반적인데, 이럴 경우 진공 차단막 장치의 수직 가이드 구조체 및 상부 구조체가 직선형이면 차량의 통행에 저촉되는 경우(차량 한계를 침범하는 경우)가 발생할 수 있는데, 이 경우에 활용 가능하도록 도 18에서와 같이, 수직 가이드 구조체(140) 및 상부 구조체(120)의 형상을 일정한 곡률을 갖는 둥근 형상으로 구성할 수 있다.

이때, 차단막(110) 재질은 차단막(110)의 펼침이나 접음의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 신축성을 갖는 나일론 재질로 구성한다.

제어장치(500)는 튜브 선로 상태 및 열차의 운행상태를 감시하고 그 감시정 보 및 관리자의 제어동작에 따라 진공차단막 장치(100)를 동작제어 하는 수단이다.

제어장치(500)는 진공차단막 장치(100)를 제어함에 있어서, 차단막(110)의 펼침과 접음 제어 및 그 속도를 결정하여 제어하게 되는 바, 작동 속도는 열차의 속도와 열차와 차단막(110)과의 상대적인 위치, 튜브 내 진공도, 사고의 심각성 및 기타 각종 외부 정보와 진공상태 모니터링 정보를 종합하여 미리 프로그램 된 알고리즘에 따라 결정하게 된다.

여기서, 차단막 구동부(160)가 차단막(110)을 펼침/접음 수단이 두 가지 이상 구성되는 경우 작동 속도가 결정되면 이에 따라 사용할 작동 구동 타입도 결정할 수 있다.

본 발명은 400km/h 이상의 초고속 운행을 목표로 튜브(직경이 약 5m에서 10m 사이)라는 진공 상태(대기압의 1/3～1/1000)의 밀폐된 선로를 열차가 운행하는 튜브 철도(Tube Railway) 시스템이라는 교통수단에 적용되는 부속 시스템이다.

본 발명의 실시 예에서 우선적으로 튜브 철도 시스템 중에서 도 4 내지 도 7에서와 같이, 자기부상열차(MAGLEV) 방식을 적용 대상으로 하여 설명하고 있으나, 자기부상열차 방식 튜브 철도 외에도 도 8 내지 도 11에서와 같은 바퀴식 튜브 철도 시스템의 교통수단 구축에도 적용될 수 있다.

진공펌프장치(200)는 튜브 선로 내를 진공상태로 만들어 주기 위한 진공형성수단이다.

진공파괴밸브수단(300)은 튜브 선로내의 진공을 파괴하거나 저하시키기 위한 진공 파괴 수단이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 튜브 철도 시스템을 구성함에 있어서, 필요시에 구간 별로 서로 다른 진공 영역을 만들어 줄 수 있도록 하기 위하여 지정된 위치에 도 1에서와 같은 진공 차단막 장치(100)를 구축한다.

도 1은 본 발명에 있어서, 진공차단막 장치(100)가 설치된 튜브 선로의 종단면을 나타낸다.

이때, 도 2에서와 같이, 노선 전반에 대하여 또는 정거장(역) 구간에 대하여 본 발명의 진공 분할 관리 시스템이 구축될 수 있다.

제어장치(500)는 진공상태 모니터링정보, 열차정보(위치,속도 등) 비상정지 등과 같은 외부 정보에 따라서 구간에 따라 진공의 소실이 발생되거나 심각한 문제(유지보수가 필요하거나, 열차의 고장으로 인한 급정거 등의 필요에 따른 상황발생 시에 해당 구간에 설정되는 진공차단막 장치(110)를 제어하여 해당 구간과 다른 구간을 물리적 별개의 공간으로 분리해놓는다.

진공 차단막 장치(100)는 펼침(Unfolded State)과 접음(Folded State)의 2가지 상태가 있다.

접음 상태는 열차 통행에 지장이 없도록 차단막(110)을 접어두고 있는 상태로서 차단막(110)을 언제든 펼칠 수 있는 대기 상태에 놓여 있는 도 4 및 도 5의 상태를 말하며, 차단막(110)은 상부 구조체(120)의 내부 공간에 접힌 상태로 있고, 차단막 경계면 기밀장치(170)는 수축된 상태에 있고, 외곽 구조체(150)의 통풍구(152)는 열려진 상태에 있으며, 열차(자기부상열차 또는 바퀴식 열차)는 진공차 단막 장치(100)이 설치된 곳을 정상적으로 통과할 수 있다.

펼침 상태는 차단막(110)이 상부 구조체(120)에서 하부 구조체(130)까지 펼쳐진 상태에 있으며, 차단막 경계면 기밀장치(170)는 팽창된 상태에 있고, 외곽 구조체(150)의 통풍구(152)는 닫힌 상태에 있게 되며, 튜브 선로는 진공차단막 장치(100)를 사이에 두고 양쪽의 공기의 유동이 없도록 도 6 및 도 7에서와 같이, 밀폐, 차단된 상태이다.

차단막(110)의 펼침 구동은 수직 가이드 구조체를 따라 설치된 차단막 구동부(160)의 선형동기모터(161)가 수행한다.

도 13에서와 같이, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로 측에는 고정자 권선을 배치하고 차단막을 잡고 있는 이동체에는 영구자석을 배치하여 영구자석이 회전자 역할을 하도록 하여 차단막(110)을 이송시키도록 한다.

제어장치(500)에서 차단막의 펼침과 접음 작동은 제어장치에서 명령을 내린다. 제어장치는 펼침 작동과 접음 작동의 속도도 결정하여 지시하게 되는데, 작동 속도는 열차의 속도와 열차와 진공 차단막과의 상대적인 위치, 튜브내 진공도, 사고의 심각성 및 기타 각종 외부 정보와 상태 모니터링 정보를 종합하여 미리 프로그램된 알고리즘에 따라 결정하게 된다.

제어장치(500)에서 펼침 명령이 전달되면, 차단막 구동부(160)에서는 차단막(110)을 상부 구조체(120)로부터 펼쳐지면서 수직가이드 구조체(140)와 하부 구조체(130)에 안내되어 튜브 선로를 막게 된다.

이때, 차단막(110)이 완전히 다 펼쳐진 후에는 차단막 경계면 기밀장치(170) 가 공기주입구(151)를 통해 풍선(172)내로 공기를 유입시켜 풍선(172)을 팽창시켜 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 및 차단막(110)과 하부 구조체(130) 사이의 경계면을 압박하여 그 사이로 유통되는 공기의 흐름을 막는다.

한편, 제어장치(500)로부터 접음 동작이 전달되면, 차단막 구동부(160)은 펼쳐져있는 차단막(110)을 다시 접어 올리게 되고, 마무리 걸쇠장치(180)가 동작하여 접어 올려진 차단막(110)을 상부 구조체(120)내에 수납하고, 이후 다시 펼침 동작의 대비를 위하여 고정시킨다.

도 1은 본 발명에 있어서, 튜브 철도 시스템에서 진공 차단막 장치와 진공 분할 관리 시스템의 기본 개념을 나타낸 도면.

도 2a는 본 발명에 있어서, 진공 분할 관리 시스템의 구성을 노선 전반적 측면에서 나타낸 개념도.

도 2b는 본 발명에 있어서, 진공 분할 관리 시스템의 구성을 정거장 구간에서 세부 선로별 일례로 나타낸 개념도.

도 3a는 본 발명에 있어서, 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템의 구성 블록도.

도 3b는 본 발명에 있어서, 튜브 철도 시스템의 제어 장치를 포함한 진공 차단막 장치의 구성 블록도 겸 제어신호 흐름 블록도.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 있어서, 튜브형 철도 교통수단중에서 MAGLEV 경우에서의 진공차단막 장치의 구성을 나타낸 도면으로,

도 4와 도 5는 차단막이 접혀진 상태를 나타낸 것으로, 도 4는 튜브 선로의 횡단면도이고, 도 5는 종단면도이다.

도 6와 도 7은 차단막이 펼쳐진 상태를 나타낸 것으로, 도 6은 횡단면도이고, 도 7은 종단면도이다.

도 8 내지 도 11은 본 발명에 있어서, 튜브형 철도 교통수단 중에서 바퀴형 철도에 적용하는 경우 진공차단막 장치의 구성을 나타낸 도면으로,

도 8과 도 9는 차단막이 접혀진 상태를 나타낸 것으로, 도 8은 튜브 선로의 횡단면도이고, 도 9는 종단면도이다.

도 10과 도 11은 차단막이 펼쳐진 상태를 나타낸 것으로, 도 10은 횡단면도이고, 도 11은 종단면도이다.

도 12는 본 발명에 있어서, 수직 가이드 구조체와 차단막 및 접음 마무리 걸쇠 장치의 구성 및 배치 관계를 평면적으로 본 도면.

도 13은 본 발명에 있어서, 차단막 구동부와 수직 가이드 구조체와 차단막 경계면 기밀장치의 구성, 구조 및 동작 원리를 나타낸 도면.

도 14 내지 도 16은 외곽 구조체의 구조 및 동작 개념도로서, 도 14는 통풍구를 정면에서 본 그림으로 통풍구가 열려있는 상태를, 도 15는 통풍구가 닫혀있는 상태를, 도 16은 통풍구를 위에서 봤을 때의 형태를 나타낸 도면.

도 17은 본 발명에 있어서, 진공 차단막 장치의 기본적인 구조와 구성을 주머니 형태의 차단막을 사용하고 차단막이 펼쳐졌을 때를 기준으로 나타내 도면.

도 18은 본 발명에 있어서, 수직 가이드 구조체 및 상부 구조체의 형상을 둥근 형상으로 구성하는 다른 실시 예를 나타낸 도면.

Claims

진공 상태의 밀폐된 선로 공간에서 자기부상식 열차(MAGLEV) 또는 바퀴식 열차가 주행하는 튜브 철도 시스템에 있어서,

튜브 선로의 정해진 구간 지점 또는 정거장 전후에 설치되어 정상적인 열차 운행상태에서는 열차를 지장 없이 통과시키다가 튜브 선로의 상태나 열차 운행 조건 에서 비정상적인 사태가 발생하거나 튜브 선로를 서로 다른 진공도의 구간으로 분리할 필요가 발생하는 경우에는 튜브 선로 통로를 물리적으로 차단하여 차단된 공간 양쪽을 별개의 진공상태로 만들어줄 수 있도록 하거나 한쪽 공간만을 진공해제가 가능하도록 하는 진공차단막 장치와, 튜브 선로 상태 및 열차의 운행상태를 감시하고 그 감시정보 또는 관리자의 제어동작에 따라 진공차단막 장치를 동작 제어하는 제어장치를 포함하여 구성되되,

상기 진공차단막 장치의 각 구간별 튜브 선로내의 진공을 파괴하기 위한 진공 파괴 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 진공차단막 장치의 각 구간별 튜브 선로 내를 진공상태로 만들어 주기 위한 진공형성수단을 더 포함하여 구성되며,

상기 진공형성수단은 튜브선로 내를 진공으로 만들어주기 위한 진공펌프장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진공차단막 장치의 각 구간별 튜브 선로내의 압력을 감지하기 위한 기압감지수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진공차단막 장치는 튜브 선로의 통로를 수직 횡방향으로 차단하기 위한 차단막(110)과, 대기상태에서 차단막(110)을 수납하는 상부 구조체(120)와, 차단막(110)의 상부 구조체(120)로부터 펼쳐지는 차단막(110)이 통로를 차단할 수 있도록 하부로 안내하여 펼쳐질 수 있도록 하기 위한 하부 구조체(130)와, 차단막(110)이 통로를 차단하기 위하여 펼쳐지거나 열차를 다시 통과시키기 위하여 접힐 때 좌우측으로 안내하여 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 하기 위한 수직가이드 구조체(140)와, 차단막(110) 바깥 주변으로 형성되어 사각형의 차단막과 원형의 튜브 선로 사이의 공간을 메워주는 장치로서 차단막(110)과 함께 연계하여 공기 통로를 차단하도록 작동하는 외곽 구조체(150)와, 상부 구조체(120)로부터 차단막(110)이 펼쳐지거나 다시 수납될 수 있도록 차단막(110)을 구동시키기는 차단막 구동부(160)와, 차단막(110)과 수직가이드 구조체(140) 사이의 경계면으로 공기가 유통되는 것을 차단하기 위한 차단막 경계면 기밀장치(170)와, 제어장치(500)의 제어에 따라 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부 구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위하여 상부 구조체(120) 내에 구성되는 접음 마무리 걸쇠장치(180)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 장치.
제 5항에 있어서, 상기 수직 가이드 구조체 및 상부 구조체의 형상은 일정한 곡률을 갖는 둥근 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 장치.
제 5항에 있어서, 상기 차단막(110)의 재질은 차단막(110)의 펼침이나 접음의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 신축성을 갖는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 장치.
튜브 선로의 통로를 차단하기 위한 차단막(110)과, 대기상태에서 차단막(110)을 수납하는 상부 구조체(120)와, 차단막(110)의 상부 구조체(120)로부터 펼쳐지는 차단막(110)이 통로를 차단할 수 있도록 하부로 안내하여 펼쳐질 수 있도록 하기 위한 하부 구조체(130)와, 차단막(110)이 통로를 차단할 수 있도록 좌우측으로 안내하여 펼쳐질 수 있도록 하기 위한 수직가이드 구조체(140)와, 차단막(110) 주변으로 튜브선로의 형상과 차단막 형상 차이로 발생되는 빈 공간을 차단하기 위한 외곽 구조체(150)와, 수직가이드 구조체(140)에 설치되며 상부 구조체(120)로부터 차단막(110)이 펼쳐지거나 다시 수납될 수 있도록 차단막(110)을 구동시키기는 차단막 구동부(160)와, 차단막과 수직 가이드 구조체(14) 사이의 경계면으로의 공기의 유통을 차단시키기 위한 차단막 경계면 기밀장치(170)와, 제어장치(500)의 제어에 따라 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부 구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위하여 상부 구조체(120)에 구성되는 접음 마무리 걸쇠장치(180)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 차단막(110)은 커튼 모양의 한 겹의 막 형태로 하는 방식 또는 주머니(Bag) 형태로 하는 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 차단막(110)은 주머니 형태의 차단막(110)으로 구성되고, 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 원하는 형상을 유지하도록 차단막(110) 내부에 형상유지체(Tether)를 넣는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차단막(110)은 합성고무로 코팅 처리한 나일론(Nylon) 재질 또는 이와 유사한 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 외곽 구조체(150)는 상부 구조체(120)나 수직 가이드 구조체(140)나 하부 구조체(130) 바깥으로 튜브 선로와의 잔여 공간을 메우도록 그 형상에 맞게 구조물(151)이 구성되고, 구조물(151) 안에 통풍구(152)를 두는 구조로 하고, 통풍구(152)는 원형 또는 타원형으로 구성하고, 통풍구(152)에는 풍선(153)과 공기 주입구를 구비되고, 풍선이 팽창했을 때 형상을 유도하기 위한 창살(154)을 포함하여 구성되어, 압축 공기 또는 화약의 폭발에 의해 공기를 급속히 주입하여 풍선(153)이 통풍구(152)를 메움으로서 통풍구(152)를 차단하고, 풍선(153)의 공기를 배출함으로서 통풍구(152)를 여는 작동을 하는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 차단막 구동부(160)는 수직가이드 구조체(Vertical Guide Structure)(140)에 설치되며, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로측에 고정자 권선이 설치되고, 차단막(110)의 선단과 연결되어 차단막(110)을 잡고 있는 이동체에 영구자석을 배치하는 선형동기모터(LSM)(161)를 포함하는 선형동기모터(LSM)방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 차단막(110)은 주머니 형태로 구성되고,

상기 차단막 구동부(160)는 빠른 속도로 차단막(110)이 팽창될 수 있도록 급격히 가스를 발생시키기 위한 가스발생수단과, 발생된 가스를 차단막(110)의 주머니속으로 주입시키기 위한 가스주입수단을 포함하는 가스확산방식으로 구성되는 것 을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 14항에 있어서, 상기 가스발생수단은 화약을 폭발시켜 대량의 가스를 발생시키고(Azide 방식) 여기에 압축되어 있는 가스도 함께 활성화시켜(Hybrid 방식) 질소 가스를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
삭제
제 8항에 있어서, 상기 차단막 경계면 기밀장치(17)는 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면을 차단시키기 위하여 설치되는 풍선(172)과, 공기주입구(171)를 통해 공기를 유입, 배출시켜 풍선(172)을 팽창, 축소시켜 차단막(110) 경계면의 기밀을 수행하는 공기 배출 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 차단막 경계면 기밀장치(170)는 화약을 폭발시키는 방식과 압축되어 있는 가스를 함께 활성화시키는 방식으로 대량의 질소 가스를 얻어 공기 주입구(171)를 통하여 풍선(172)내로 급격히 불어넣어 풍선(172)을 팽창시켜 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면 또는 차단막(110)과 하부 구조체(130) 사이의 경계면의 기밀 제어를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 수직 가이드 구조체 및 상부 구조체의 형상은 일정한 곡률을 갖는 둥근 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
제 8항에 있어서, 상기 차단막(110)의 재질은 차단막(110)의 펼침이나 접음의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 신축성을 갖는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.