KR101626761B1 - 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템은 에어스트림을 통해 전기를 생산하여 에너지를 회수하는 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템에 관한 것으로, 차량용 터널의 천정에 설치되어 에어스트림을 생성하는 터널 고속팬;과 상기 터널 고속팬과 이격되고 상기 에어스트림에 대향하도록 설치되어 에어스트림에 의해 회전하는 회전부를 갖는 에너지 회수부;를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하여 터널 내부에 설치된 터널 고속팬의 불필요한 운전으로 낭비되는 에너지를 회수할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명은 터널 고속팬으로부터 회수한 에너지를 상기 터널 고속팬의 운전에 필요한 에너지로 활용하여 터널 고속팬의 에너지 효율을 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유속 증가부를 통해 에너지 회수부의 효율을 상대적으로 높일 수 있는 효과 및 방향 전환부를 통해 터널 고속팬에 의한 환기 효율을 유지하거나 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템{Tunnel jet-fan system having the energy recovery function}

본 발명은 터널 내의 터널 지붕에 설치되어 터널 내의 환기를 위해 강한 에어스트림(airstream)을 생성하는 터널 고속팬 시스템에 있어서, 상기 에어스트림을 통해 전기를 생산하여 에너지를 회수하는 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템에 관한 것이다.

터널(tunnel) 시공 기술의 발달로 터널의 수가 급격히 증가하고 있으며, 터널의 길이 또한 길어지고 있다.

또한, 터널은 그 특성상 터널 외부보다 내부가 공기밀도가 낮아 대류 현상이 제대로 발생하지 않고 터널의 길이가 길어질수록 공기의 순환이 어려워 차량 운행으로 발생하는 매연, 오염물질 및 미세먼지 등의 농도가 외부에 비해 심할 수밖에 없어 터널 내의 환기가 이루어지지 않는 경우 터널 내 공기오염이 심각하고, 심각한 공기 오염 및 불순물들로 인해 터널 내부에서 자동차를 운행하는 운전자는 시야가 제대로 확보되지 않아 사고발생률이 높아질 뿐만 아니라 운전자의 호흡기 계통에도 피해가 발생한다.

이러한 터널 내 공기 오염을 방지하기 위해 터널 내부에는 도 1 터널 고속팬의 역할을 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같이, 터널의 천정에 에어스트림을 생성하는 터널 고속팬을 설치하여 터널 내부의 공기를 터널 외부로 배출한다.

즉, 상기 터널 고속팬은 차량의 이동에 따라 차량의 이동방향으로 배출되는 터널 내부의 공기를 추진시켜 터널 외부로 배출하는 역할을 한다.

따라서, 정회전시에는 차량의 이동방향으로 에어스트림을 형성하며, 터널 내 화재시 또는 기타 상황에 따라 역회전을 하여 반대로 에어스트림을 형성할 수 도 있다.

이와 같은 터널 고속팬은 상당히 고속으로 회전하는 팬(fan)을 내재하여 고속으로 팬을 회전시킴으로써 에어스트림을 형성하여 터널 내부의 공기를 밖으로 밀어내는 수단으로 상당히 많은 전력을 소비하고 있어 터널 내부의 공기 오염이 어느 정도 이상이 된 경우에만 운전을 하고 평상시에는 별도로 운전을 하지 않는다.

그러나, 터널 고속팬을 항시 운전하는 경우 또는 터널 내부 공기의 오염도와 무관하게 자동으로 운전되는 경우, 터널 내부의 공기 오염과 무관한 불필요한 터널 고속팬의 운전으로 에너지를 낭비하는 경우가 많이 발생하고 있다.

특히, 다양한 환경적인 이유로 터널 고속팬을 항시 운전하는 경우 에너지 낭비는 더욱 심각하고, 이와 같이 낭비되는 에너지를 회수할 방법이 전무하다.

한편, 종래기술로 출원번호 10-2012-0019683 '터널의 풍압 활용장치 및 그 방법'이 개시된 바 있다.

상기 종래기술은 터널을 통과는 차량이나 열차에 의해 발생한 풍압을 이용하여 발전을 하고, 이를 환풍 등에 이용하는 기술 팬 및 팬의 회전력을 이용하여 발전하는 발전부를 구비하고, 상기 발전부를 두 개의 터널을 서로 연통시키는 압력 릴리프 덕트 또는 복선방식 터널의 환기를 위한 통풍공에 설치되어 열차 또는 자동차의 이동에 의해서 발생하는 풍압에 의해 팬이 회전되어 전기를 발생시킨다.

그러나, 상기 종래기술은 양압과 음압에 따른 피스톤 효과를 이용하는 자연환기방식을 이용하는 터널에 설치된 환풍공에 발전부를 구비하여 발전을 하는 것이나, 환풍공에 설치된 발전부는 오히려 저항으로 작용하기 때문에 환기 효율을 저해하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 터널 내부에 설치된 터널 고속팬의 운전으로 생성된 에어스트림으로부터 에너지를 회수하여 터널 고속팬의 불필요한 운전으로 낭비되는 에너지를 회수하는 터널 고속팬 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 터널 고속팬으로부터 회수한 에너지를 상기 터널 고속팬의 운전에 필요한 에너지로 활용하는 터널 고속팬 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 특징을 통해 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예를 통해 보다 분명하게 알 수 있고, 특허청구범위에 나타난 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 아래와 같은 기술적 특징을 갖는다.

본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템은 차량용 터널의 천정에 설치되어 에어스트림을 생성하는 터널 고속팬;과 상기 터널 고속팬과 이격되고 상기 에어스트림에 대향하도록 설치되어 에어스트림에 의해 회전하는 회전부를 갖는 에너지 회수부;를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템은 상기 에너지 회수부에서 회수된 에너지를 저장하고 제어하는 회수에너지 관리부;를 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템은 원형의 입구와 출구가 동일 중심선상의 양단에 위치하고, 상기 입구에 비해 점차적으로 직경이 줄어들어 상대적으로 작은 출구가 형성되는 원뿔체 형상으로 상기 입구 측은 상기 터널 고속팬 쪽을 향하고 상기 출구 측은 상기 에너지 회수부를 향하도록 배치되어 상기 에어스트림의 유속을 증가시키는 유속 증가부;를 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템은 상기 터널 고속팬과 상기 에너지 회수부 사이에 위치하고 터널의 천정에 설치되어 에어스트림이 에너지 회수부 쪽으로 향하지 않도록 에어스트림의 방향을 터널 내부 아래쪽으로 전환시키는 방향 전환부;를 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 상기 에너지 회수부는 상기 에어스트림에 의해 힘이 작용하는 다수의 날개가 결합된 회전축을 포함하는 회전부;와 상기 회전부와 기계적으로 연결되어 상기 회전부의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기;를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제의 해결 수단을 통해 터널 내부에 설치된 터널 고속팬의 불필요한 운전으로 낭비되는 에너지를 회수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 터널 고속팬으로부터 회수한 에너지를 상기 터널 고속팬의 운전에 필요한 에너지로 활용하여 터널 고속팬의 에너지 효율을 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유속 증가부를 통해 에너지 회수부의 효율을 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 방향 전환부를 통해 터널 고속팬에 의한 환기 효율을 유지하거나 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는 본 발명의 특징을 통해 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예를 통해 보다 분명하게 알 수 있고, 특허청구범위에 나타난 수단 및 조합에 의해 발휘될 수 있다.

도 1은 터널 고속팬의 역할을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 터널 고속팬과 에너지 회수부를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 회수에너지 관리부를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 유속 증가부를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 방향 전환부를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 방향 전환부의 역할을 설명하기 위한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예 는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위 는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 2는 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템(1)은 터널(2)의 내부에 설치되는 것으로 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 터널(2) 내부의 천정(3)에 설치된 터널 고속팬(10)에 의해 생성된 에어스트림(4)을 통해 낭비되는 에너지 일부를 에너지 회수부(20)에서 회수함으로써 전체 시스템의 효율을 상대적으로 높인다.

즉, 터널 고속팬(10)의 과잉 운전으로 인해 낭비되는 에너지를 에너지 회수부(20)를 통해 일부 회수한다.

이와 같은 기술적 특징을 갖는 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템(1)은 도 3 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 터널 고속팬과 에너지 회수부를 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같이, 터널 고속팬(10)과 회전부(210)를 갖는 에너지 회수부(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 터널 고속팬(10)은 터널(2) 내부에 설치되어 터널 내부의 공기를 배출시키기 위해 설치되어 에어스트림을 생성하는 통상의 고속 회전 팬(fan)으로 일명 '제트팬'이라 불리는 수단에 해당하고, 상기 에너지 회수부(20)는 일방으로 흐르는 기체(에어스트림)에 의해 회전을 하는 회전수단을 갖는 통상의 풍력발전수단으로 상기 회전부(210)의 회전에 의해 발전을 위한 회전축이 회전되어 전기가 생산된다.

즉, 에너지 회수부(20)는 상기 에어스트림에 의해 힘이 작용하는 다수의 날개가 결합된 회전축을 포함하는 회전부(210)와 상기 회전부(210)와 기계적으로 연결되어 상기 회전부(210)의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함하여 이루어진다.

상기 회전부(210)는 상기 도 3에 도시한 바와 같이 다수의 날개가 형성된 풍차가 될 수 있고, 이외에 다양한 날개 형태와 다양한 구조를 갖는 풍차가 될 수 있고 어느 특정된 형태의 풍차에 국한되지 않는다.

또한, 상기 터널 고속팬(10)은 에어스트림(4)에 포함된 미세먼지 등과 같은 오염물질을 집진하는 집진수단을 포함할 수 있고, 터널 고속팬(10)의 구동을 제어하는 제어부에 의해 자동으로 운전되거나 운전자의 조작에 의해 수동으로 운전될 수 있다.

또한, 상기 에너지 회수부(20)는 상기 도 3에 도시한 바와 같이, 에어스트림(4)의 진행방향 쪽으로 에어스트림에 대향하여 설치되고, 상기 터널 고속팬(10)에 소정의 거리로 이격되어 설치된다.

이때, 에너지 회수부(20)가 이격되는 거리는 30m 이내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지 회수부(20)는 도 4 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 회수에너지 관리부를 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같이, 에너지 회수부(20)를 통해 회수된 에너지를 저장하고 에너지 회수부(20)의 운전을 전체적으로 제어하는 회수에너지 관리부(220)를 더 포함한다.

상기 회수에너지 관리부(220)는 에너지 회수부(20)를 통해 회수된 에너지의 회수량을 체크하여 데이터화하고, 이를 전산망을 통해 전송한다.

또한, 자체적으로 축전지를 포함하여 회수된 에너지를 저장할 수 있고, 인버터 수단 등을 포함하여 상기 고속 터널팬(10)의 운전시에 전력을 공급할 수 있다.

또한, 상기 회수에너지 관리부(220)는 상기 고속 터널팬(10)의 운전을 제어하는 제어부가 될 수 있다.

이와 같은 에너지 회수부(20)는 터널(2)의 운용을 제어하는 제어시스템에 부속되거나, 고속 터널팬(10)의 운전 제어부에 부속될 수 있다.

이하, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템(1)의 실시 예를 설명한다.

본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템(1)은 도 5 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 유속 증가부를 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같은 구조와 형상의 유속 증가부(30)를 더 포함한다.

상기 유속 증가부(30)는 에어스트림의 유속을 증가시키고 에너지 회수부(20)로 에어스트림을 집중시켜 발전효율을 상대적으로 높이기 위한 수단으로 상기 도 5에 도시한 바와 같이 원형의 입구(310)와 출구(320)가 동일 중심선상의 양단에 위치하고, 상기 입구(310)에 비해 점차적으로 직경이 줄어들어 상대적으로 작은 출구(320)가 형성되는 원뿔체 형상을 갖는다.

또한, 상기 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 입구(310) 측은 상기 터널 고속팬(10) 쪽을 향하고 상기 출구(320) 측은 상기 에너지 회수부(20)를 향하도록 배치된다.

이와 같은 유속 증가부(30)는 입구(310)와 출구(320)를 갖고 에어스트림(4)의 유속을 증가시키는 수단으로 상기 도 5에 도시된 형태 이외에도 유속을 증가시킬 수 있는 다양한 형태가 될 수 있고, 상기 도 5에 도시된 형태에 국한되지 않는다.

또한, 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템(1)은 도 6 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 방향 전환부를 설명하기 위한 도면 및 도 7 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템의 방향 전환부의 역할을 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같은 방향 전환부(40)를 더 포함한다.

상기 방향 전환부(40)는 상기 도 6에 도시한 바와 같이, 터널 고속팬(10)과 상기 에너지 회수부(20) 사이에 위치하고 터널(2)의 천정(3)에 설치되어 에어스트림(4)이 상기 에너지 회수부(20) 쪽으로 향하지 않도록 에어스트림(4)의 방향을 터널 내부 아래쪽으로 전환시키는 역할을 한다.

이와 같은 방향 전환부(40)는 소정의 넓이를 갖는 판상으로 하고, 상기 도 7에 도시한 바와 같이, 터널 고속팬(10) 기준으로 터널(2)의 아래쪽으로 경사면을 형성하도록 설치되어 작동하여, 상기 터널 고속팬(10)에서 발생한 에어스트림(4)이 에너지 회수부(20) 측으로 향하지 않고 도로 쪽으로 향할 수 있도록 방향을 전환시키는 역할을 한다.

즉, 상기 방향 전환부(40)는 에너지 회수부(20)를 이용한 에너지 회수시에는 천정(3) 쪽에 붙어있어 에어스트림(4)이 에너지 회수부(20) 쪽으로 형성되는데 영향을 미치지 않으나, 에너지 회수부(20)를 이용한 에너지 회수를 하지 않는 경우에는 에너지 회수부(20)로 인한 에어스트림(4)의 저항을 줄이기 위해 상기 방향 전환부(40)를 작동하여 에어스트림(4)이 터널(2)의 내측(도로 방향)으로 형성되도록 에어스트림(4)의 방향을 전환한다.

비록, 방향 전환부(40)를 통해 약간의 손실이 발생하기는 하나 터널(2) 내부에서 상대적으로 대류가 원활하게 이루어져 미세먼지와 같은 오염물질의 배출이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 방향 전환부(40)의 구동은 상기 에너지 회수부(20)와 연동하여 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명 의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

1 : 본 발명 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템
2 : 터널
3 : 천정
4 : 에어스트림
10 : 터널 고속팬
20 : 에너지 회수부
30 : 유속 증가부
40 : 방향 전환부
210 : 회전부
220 : 회수에너지 관리부
310 : 입구
320 : 출구

Claims (5)

1. 차량용 터널의 천정에 설치되어 에어스트림을 생성하는 터널 고속팬;과 상기 터널 고속팬과 이격되고 상기 에어스트림에 대향하도록 설치되어 에어스트림에 의해 힘이 작용하는 다수의 날개가 결합된 회전축을 포함하는 회전부와 상기 회전부와 기계적으로 연결되어 상기 회전부의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함하여 이루어지는 에너지 회수부; 및 상기 에너지 회수부에서 회수된 에너지를 저장하고 제어하는 회수에너지 관리부;를 포함하는 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템에 있어서,
   원형의 입구와 출구가 동일 중심선상의 양단에 위치하고, 상기 입구에 비해 점차적으로 직경이 줄어들어 상대적으로 작은 출구가 형성되는 원뿔체 형상으로 상기 입구 측은 상기 터널 고속팬 쪽을 향하고 상기 출구 측은 상기 에너지 회수부를 향하도록 배치되어 상기 에어스트림의 유속을 증가시키는 유속 증가부; 및
   상기 터널 고속팬과 상기 에너지 회수부 사이에 위치하고 터널의 천정에 설치되어 에어스트림이 에너지 회수부 쪽으로 향하지 않도록 에어스트림의 방향을 터널 내부 아래쪽으로 전환시키는 방향 전환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템.
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