KR101553541B1 - 방열핀을 이용한 제설용 히트 트레이싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열핀을 이용한 제설용 히트 트레이싱 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결빙구간의 도로나 교량, 철도 등의 노면 하부에 매립 설치되어 지상의 적설을 녹일 수 있는 제설용 히트 트레이싱 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방열핀을 이용한 제설용 히트 트레이싱 장치는 도로, 교량 등의 지표 하부에 매설되어 지표 등 표면을 가열함으로써 별도의 모래나 염화칼슘 등을 뿌리지 않고도 겨울철에 도로 등에 쌓인 눈을 녹여 결빙으로 인한 미끄럼을 방지하고, 차량 바퀴의 미끄럼으로 인한 교통사고를 미연에 방지할 수 있으며 기존의 방법에 비하여 시공성, 작업성, 경제성 및 내구성이 우수하다.

Description

방열핀을 이용한 제설용 히트 트레이싱 장치{Heat tracing device for clearing snow using heat-radiating fins}

본 발명은 방열핀을 이용한 제설용 히트 트레이싱 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결빙구간의 도로나 교량, 철도 등의 노면 하부에 매립 설치되어 지상의 적설을 녹일 수 있는 제설용 히트 트레이싱 장치에 관한 것이다.

일반적으로 도로에 눈이 내리거나 결빙될 경우 노면이 미끄러워져 교통사고와 같은 사고 위험이 높으며, 특히 고속도로나 언덕길, 커브길, 교량 등에서는 그 위험도가 더 커지게 된다.

이에 종래에는 차량이나 보행자가 다니는 노면에 모래나 염화칼슘을 뿌려 차나 보행자가 노면으로부터 미끄러지는 것을 방지하였다.

그러나, 눈이 올 때마다 뿌리기 위해 상기 모래나 염화칼슘을 노면에 항시 비치하는 경우에 평소에 모래나 염화칼슘을 보관하는 보관함이 도로나 보행로에 별도의 공간을 차지함에 따라 도로나 보행로가 좁아져 통행에 불편함을 주고, 모래나 염화칼슘이 떨어졌을 경우에 다시 채워 넣어야 하는 번거로움이 있다.

또한, 눈이 올 때마다 상기 모래나 염화칼슘을 뿌리기 위해 원하는 장소까지 운반해야 하기 때문에 운반비용이 발생하고, 모래나 염화칼슘을 뿌릴 때 차량 등의 통행을 통제해야 하므로 교통체증을 더욱 악화시키는 문제점이 있다.

아울러 염화칼슘의 경우는 강설량이 많으면 그 수급이 문제시될 정도로 다량이 소모되고 이에 따라 차량 및 도로의 부식 문제, 토양 오염, 하천 오염 등의 2차적 환경적 문제가 발생할 가능성이 높아진다. 그러나, 염화칼슘 외에 현실적으로 이를 대체할 수 있는 재료는 그 필요성은 절감하면서도 아직 개발되지 않고 있는 상황이다.

또한, 철도 궤도는 적설이 결빙되면 자칫 대형 사고의 원인이 될 수 있음에도 불구하고 제설장비가 쉽게 접근하기 어려운 면이 있어 특히 겨울철에는 항상 대형 사고의 위험을 안고 철도, 고속철도 등이 운행되고 있는 실정이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 정부나 지방자치단체를 중심으로 도로의 노면 하부에 전기 발열선을 매설하여 여기에서 발생하는 열로서 도로 상부의 적설을 녹이는 방법을 시도하고 있다. 그러나 이러한 전열선을 이용한 방법의 경우 과도한 전력 소모의 문제가 있고 콘크리트나 아스팔트가 열 전도성이 좋지 않아 전열선을 좁게 배설해야 하는 등 시공성이 좋지 않고 제작 비용이 과다하게 소모되며 유지/보수의 어려움 등의 문제가 있어 개선의 필요성이 큰 상황이었다.

본 발명은 상기와 같은 상황 및 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 도로, 교량 등의 지표면 등의 하부에 방열핀을 부착한 히트 트레이싱 장치를 매설하여 지표면 등을 가열함으로써, 별도의 모래나 염화칼슘 등을 뿌리지 않고도 겨울철에 도로 등에 쌓인 눈을 녹여 결빙으로 인한 미끄럼을 방지하고, 차량 바퀴의 미끄럼으로 인한 교통사고를 미연에 방지할 수 있으며 시공성, 작업성 및 경제성이 우수한 적설 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는

히트 트레이싱 케이블과 상기 히트 트레이싱 케이블과 수직으로 다수개가 일정 간격으로 연결되어 있는 방열핀으로 구성되며,

상기 방열핀의 외부 두께가 히트 트레이싱 케이블의 외경과 같고, 상기 히트 트레이싱 케이블 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이와 상기 방열핀의 설치 간격이 같으며 상기 방열핀과 상기 히트 트레이싱 케이블의 접속부는 방열핀 폭 전체를 감싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제설용 히트 트레이싱 장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는

히트 트레이싱 배관과 상기 히트 트레이싱 배관과 수직으로 다수개가 일정 간격으로 연결되어 있는 방열핀으로 구성되며,

상기 방열핀의 외부 두께가 히트 트레이싱 배관의 외경과 같고, 상기 히트 트레이싱 배관 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이와 상기 방열핀의 설치 간격이 같으며 상기 방열핀과 상기 히트 트레이싱 배관의 접속부는 방열핀 폭 전체를 감싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제설용 히트 트레이싱 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 방열판을 이용한 제설용 히트 트레이싱 장치는 히트 트레이싱 케이블 또는 히트 트레이싱 배관에서 발생하는 열을 방열핀을 통해 주변 영역에까지 분산시켜 적설을 녹이므로 기존의 전열선을 이용하는 방법 보다 그 간격을 넓게 할 수 있어 시공이 간편하고 경제성이 좋다. 또한, 금속 재질의 방열핀을 사용하므로 내구성이 좋고 유지/보수도 비교적 간편하다. 또한, 열 전도성이 우수한 방열핀을 사용하므로 차량의 바퀴가 지나가는 도로 노면의 하부에 1~2 라인만 설치하여도 충분한 제설 효과를 볼 수 있는 장점이 있다. 따라서, 겨울철에 도로에 적설이 발생하면 현재는 염화칼슘과 같은 제설제를 도로에 살포하여 적설을 녹이거나 덤프트럭 등의 장비를 이용하여 적설을 제거하고 있으나, 이 경우 염화칼슘에 의해 차량이 부식되는 등 환경 문제가 발생할 수 있고, 장비를 이용하는 경우에도 시간적, 인적 제약이 따르고 도로 파열 등 2차적 문제가 발생하게 되는데, 본 발명에 따른 제설용 히트 트레이싱 장치를 아스팔트, 콘크리트 등에 적용하면 상대적으로 적은 전력을 사용하면서도 적설을 단시간에 녹일 수 있으므로 종래와 같은 2차적 문제가 수반되지 않으며, 전열선에 의한 제설 장치의 경우 문제시되던 높은 시공 비용 및 작업상의 어려움, 내구성 등 기존 기술의 문제점을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 트레이싱 케이블을 이용한 제설 장치의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 방향에서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 케이블식 제설용 히트 트레이싱 장치가 서로 인접되어 배치된 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 트레이싱 배관을 이용한 제설 장치의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 방향에서의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 배관식 제설용 히트 트레이싱 장치가 서로 인접되어 배치된 것을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 히트 트레이싱 장치를 노면 하부에 배설한 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 히트 트레이싱 장치를 노면 하부에 배설한 다른 예를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 트레이싱 케이블을 이용한 제설 장치의 일부를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 방향에서의 단면도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제설용 히트 트레이싱 장치는 히트 트레이싱 케이블(10)과 상기 히트 트레이싱 케이블과 수직으로 다수개가 일정 간격으로 연결되어 있는 방열핀(11)으로 구성되며, 상기 방열핀의 외부 두께가 히트 트레이싱 케이블의 외경과 같고, 상기 히트 트레이싱 케이블 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이(D)와 상기 방열핀의 설치 간격(D)이 같으며 상기 방열핀과 상기 히트 트레이싱 케이블의 접속부는 방열핀 폭 전체를 감싸도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

히트 트레이싱(heat tracing)은 파이프 또는 탱크 내 유체의 고유 특성(점성, 빙점 등)을 유지하기 위해 외부로 방출되는 열을 최대한 억제하여 열 손실을 최소화하기 위한 장치로서 크게 온수나 증기를 이용하는 방식과 전기적인 방식(electrical heat tracing)이 있다.

온수나 증기를 이용하는 방법은 히트 트레이싱 배관을 이용하여 배관 내에 온수나 증기를 공급하여 가열시키는 방법으로서 미가동시 동파의 우려가 있기 때문에 배관의 직경을 크게 할 필요가 있고 시공성과 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 전기적인 방식의 히트 트레이싱 장치는 전열선 등의 전기 발열체를 이용하는 방법으로서 시공성 및 운전 비용 면에서 단점이 크다.

본 발명은 이러한 히트 트레이싱 배관과 히트 트레이싱 케이블을 적설 제거용으로 사용하는 것에 특징이 있다.

도로나 교량 등의 노면 재료인 콘크리트나 아스팔트 등은 열 전도율이 낮기 때문에 기존의 히트 트레이싱 배관이나 히트 트레이싱 케이블을 그대로 사용하게 되면 배관 및 케이블의 간격을 좁게 해야 하고 원가를 고려해서 그 굵기를 가늘게 해야 하므로 배관 및 케이블의 길이가 길어지는 문제가 있고 이에 따라 시공성이 나쁘고 마찰 저항이 커서 운전 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 히트 싱크에 사용되는 방열핀을 히트 트레이싱 케이블 또는 배관의 외피에 연결한 것을 특징으로 한다.

종래의 통상적인 방열핀은 그 표면적을 최대한으로 하여 방열의 효과를 높이는 데에 중점을 두었으며 핀의 두께를 최소화하고 핀의 표면적을 높여 히트 싱크를 설계하여 왔다.

본 발명에서는 이와 같은 방열핀을 사용하여 히트 트레이싱 케이블이나 배관에서 발생하는 열을 분산시키도록 함에 의해 적설 장치로 사용하는 것으로서, 케이블이나 배관의 간격을 넓혀 시공성을 높이고 제조 및 설치 비용을 절감하는 것에 특징이 있다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블식 히트 트레이싱 장치에 있어서 상기 방열핀(11)은 히트 트레이싱 케이블(10)과 수직으로 다수가 일정 간격으로 연결되며, 그 형태는 스틱형이나 판형 등 다양한 형태가 가능하다. 또한, 방열핀의 외부 두께(평면폭)는 히트 트레이싱 케이블의 외경과 같도록 구비되는 것이 바람직하고 상기 히트 트레이싱 케이블 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이와 상기 방열핀의 설치 간격이 동일한 것이 바람직하다. 즉, 방열핀 중심을 케이블 외피와 접속시켜 제설용 히트 트레이싱 장치를 제조하고 그 중심으로부터 방열핀의 끝까지에 이르는 거리(D)만큼 간격을 두어 인근에 다른 방열핀을 부착시키는 방법으로 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 상기 방열핀으로 사용되는 재료는 열전도율이 높은 내식성이 강화된 알루미늄(열전도율 약 220W/(m.K))이나 구리(열전도율 약 385W/(m.K))를 사용하는 것이 바람직하며 이 경우 상기 간격(D)을 약 15~20cm까지 확장하여도 제설에 충분한 열을 전달할 수 있다. 이와 같이 상기 간격(D)를 15~20cm까지 설정할 경우 전체 발열 면적(heating area)은 3D까지 가능하므로 발열이 미치는 범위가 최대 60cm까지 가능하여 도로의 한 개 차선에 차량 바퀴가 지나는 부분의 노면 하부에 1~2개씩만 설치할 경우에도, 즉, 한 개 차선에 2라인 또는 4라인만 설치해도 충분한 노면 적설 제거 효과가 있으므로 기존 전열선을 이용하는 방법에 비하여 시공성, 작업성을 대폭 개선할 수 있고 제작 비용 및 시공 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 2는 도 1에 따른 케이블형 히트 트레이싱 장치에 있어서 A-A 단면을 나타내는 도면이다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 히트 트레이싱 케이블(10)은 그 중심에 전열선과 같은 도체(12)가 포함되어 있고 이를 외피가 감싸고 있으며 상기 외피는 방열핀(11)과 같은 재질로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 때 히트 트레이싱 케이블과 방열핀의 접속부는 상기 방열핀의 폭 전체를 감싸도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블식 히트 트레이싱 장치에 있어서 상기 히트 트레이싱 케이블(10)과 상기 방열핀(11)은 서로 수직으로 연결되어 있는 것이 바람직하고, 상기 방열핀은 그 중심에서 끝까지의 거리가 일정하게(D) 연결되어 있는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 케이블식 제설용 히트 트레이싱 장치가 서로 인접되어 배치된 것을 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 인접한 케이블 장치 간의 거리를 3D만큼 이격시킬 수 있으므로 기존 방법에 비해 케이블 간격을 1/3 이상 넓힐 수 있고 그만큼 시공성, 작업성 및 경제성이 향상된다.

본 발명에서 상기 방열판 중심에서 방열판 끝까지의 길이(D)를 인접 방열판 사이의 거리보다 더 길게 할 경우에는 충분한 방열 효과가 발생하지 않으므로 방열판의 수를 늘려야 하는 문제가 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서는 방열판 중심에서 방열판 끝까지의 길이(D)를 인접 방열판 사이의 거리와 동일하게 함으로써 충분한 방열 효과와 함께 시공성, 작업성 및 경제성을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 트레이싱 배관을 이용한 제설 장치의 일부를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 4의 B-B 방향에서의 단면도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제설용 히트 트레이싱 장치는 히트 트레이싱 배관(20)과 상기 히트 트레이싱 배관과 수직으로 다수개가 일정 간격으로 연결되어 있는 방열핀(21)으로 구성되며, 상기 방열핀의 외부 두께가 히트 트레이싱 배관의 외경과 같고, 상기 히트 트레이싱 배관 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이와 상기 방열핀의 설치 간격이 같으며 상기 방열핀과 상기 히트 트레이싱 배관의 접속부는 방열핀 폭 전체를 감싸도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 배관식 히트 트레이싱 장치에 있어서 상기 방열핀(21)은 히트 트레이싱 배관(20)과 수직으로 다수가 일정 간격으로 연결되며, 그 형태는 스틱형이나 판형 등 다양한 형태가 가능하다. 또한, 방열핀의 외부 두께(평면폭)는 히트 트레이싱 배관의 외경과 같도록 구비되는 것이 바람직하고 상기 히트 트레이싱 배관 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이와 상기 방열핀의 설치 간격이 동일한 것이 바람직하다. 즉, 방열핀 중심을 배관 외피와 접속시켜 제설용 히트 트레이싱 장치를 제조하고 그 중심으로부터 방열핀의 끝까지에 이르는 거리(D)만큼 간격을 두어 인근에 다른 방열핀을 부착시키는 방법으로 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 상기 방열핀으로 사용되는 재료는 내식성이 강화되고 열전도율이 높은 알루미늄(열전도율 약 220W/(m.K))이나 구리(열전도율 약 385W/(m.K))를 사용하는 것이 바람직하며 이 경우 상기 간격(D)을 약 15~20cm까지 확장하여도 제설에 충분한 열을 전달할 수 있다. 이와 같이 상기 간격(D)를 15~20cm까지 설정할 경우 전체 발열 면적(heating area)는 3D까지 가능하므로 발열이 미치는 범위가 60cm까지 가능하여 도로의 한 개 차선에 차량 바퀴가 지나는 부분의 노면 하부에 1~2개씩만 설치할 경우에도, 즉, 한 개 차선에 2라인 또는 4라인만 설치해도 충분한 노면 적설 제거 효과가 있으므로 기존 전열선을 이용하는 방법에 비하여 시공성, 작업성을 대폭 개선할 수 있고 제작 비용 및 시공 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 5는 도 4에 따른 배관형 히트 트레이싱 장치에 있어서 B-B 단면을 나타내는 도면이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 히트 트레이싱 배관(20)은 그 중심에 온수나 증기(스팀)으로 채워져 있고 이를 외피가 감싸고 있으며 상기 외피는 방열핀(21)과 같은 재질로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 때 히트 트레이싱 배관과 방열핀의 접속부는 상기 방열핀의 폭 전체를 감싸도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 배관식 히트 트레이싱 장치에 있어서 상기 히트 트레이싱 배관(20)과 상기 방열핀(21)은 서로 수직으로 연결되어 있는 것이 바람직하고, 상기 방열핀은 그 중심에서 끝까지의 거리가 일정하게(D) 연결되어 있는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 배관식 제설용 히트 트레이싱 장치가 서로 인접되어 배치된 것을 나타낸다. 도 6에 나타난 바와 같이, 인접한 배관 간의 거리를 3D만큼 이격시킬 수 있으므로 기존 방법에 비해 그 간격을 1/3 이상 넓힐 수 있고 그만큼 시공성, 작업성 및 경제성이 향상된다.

본 발명에서 상기 방열판 중심에서 방열판 끝까지의 길이(D)를 인접 방열판 사이의 거리보다 더 길게 할 경우에는 충분한 방열 효과가 발생하지 않으므로 방열판의 수를 늘려야 하는 문제가 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서는 방열판 중심에서 방열판 끝까지의 길이(D)를 인접 방열판 사이의 거리와 동일하게 함으로써 충분한 방열 효과와 함께 시공성, 작업성 및 경제성을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 7은 본 발명에 따른 히트 트레이싱 장치를 노면 하부에 배설한 일 예를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 차량 바퀴가 지나는 영역이 넓거나 방열핀의 길이(D)가 작은 경우 등에는 차량의 진행 방향으로 각 차량 바퀴가 지나는 영역의 노면 하부에 각각 2개의 라인이 지나도록 설치할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 히트 트레이싱 장치를 노면 하부에 배설한 다른 예를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 차량 바퀴가 지나는 영역이 넓지 않거나 방열핀의 길이가 비교적 긴 경우 등에는 차량의 진행 방향으로 각 차량 바퀴가 지나는 영역의 노면 하부에 각각 1개의 라인만 지나도록 설치될 수도 있다.

본 발명에 따른 상기 제설용 히트 트레이싱 장치는 노면의 하부에 매립 설치되어 외부에는 노출되지 않으며, 겨울철 노면의 적설을 제거할 필요가 높은 지역, 예를 들어 지하 주차장 출입구, 단지내 도로, 고속도로의 톨게이트, 교량, 경사로, 터널 출입구, 철도 등에 설치되어 적설을 효과적으로 제거하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 히트 트레이싱 케이블 11 : 방열핀
12 : 전기 발열체 20 : 히트 트레이싱 배관
21 : 방열핀 30 : 배전반 또는 보일러

Claims (6)

1. 히트 트레이싱 케이블과 상기 히트 트레이싱 케이블과 수평 방향으로 직각으로 다수개가 일정 간격으로 연결되어 있는 방열핀으로 구성되며,
   상기 방열핀은 히트 트레이싱 케이블을 중심으로 양 쪽으로 대칭형으로 설치되되, 상기 히트 트레이싱 케이블 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이(D)와 상기 방열핀의 설치 간격(D)이 동일하고,
   상기 히트 트레이싱 케이블 중심에서 상기 방열핀 끝까지의 길이(D)와 상기 방열핀의 설치 간격(D)이 15~20cm이며,
   상기 방열핀의 외부 두께가 히트 트레이싱 케이블의 외경과 같고, 상기 방열핀과 상기 히트 트레이싱 케이블의 접속부는 방열핀 폭 전체를 감싸도록 구성되되, 상기 히트 트레이싱 케이블은 그 중심에 도체를 포함하고 상기 도체를 상기 방열핀과 같은 재질의 외피로 감싸고 있으며, 상기 방열핀은 상기 외피와 양쪽에서 연결되어 있고,
   상기 방열핀은 내식성이 강화된 구리 재질로 이루어져 있으며,
   도로의 한 개 차선에 각 차량 바퀴가 지나는 부분의 노면 하부에 각각 1~2라인이 매립 설치되되, 지하 주차장 출입구, 단지내 도로, 고속도로의 톨게이트, 교량, 경사로, 터널 출입구 또는 철도에 설치되는 것을 특징으로 하는 제설용 히트 트레이싱 장치.
   
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