KR101630384B1 - 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템에 관한 것으로서, 특히 터널 내측 상단에 부착되도록 터널 단면과 동일 형태인 디귿자 또는 아치형태로 형성되고, 하단 일측에 급기구가 설치되고, 정면에 길이 방향으로 환기구가 형성되어 상기 급기구를 통해 유입되는 공기를 상기 환기구를 통해 배출시 베르누이 원리를 적용하여 공기 속도를 증가시키는 덕트와; 상기 덕트의 급기구와 연결 설치되어 상기 덕트로 공기를 제공하는 급기 모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 터널 단면과 동일한 형태의 단면을 갖는 덕트를 설치하고, 덕트의 하단 측면으로 공기를 유입받아 전면에 길이 방향으로 형성된 환기구를 통해 공기를 배출시켜 베르누이 원리에 의해 공기 속도가 증가되어 환기력을 증대시킴으로써 터널 내부 건축한계선과 간섭이 없으므로 터널단면의 확장없이 환기력을 확보할 수 있다.

Description

베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템{TUNNEL VENTILATION SYSTEM USING BERNOULLI PRINCIPLE}

본 발명은 터널 환기 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 터널 단면과 동일한 형태의 단면을 갖는 덕트를 설치하고, 덕트의 하단 측면으로 공기를 유입받아 전면에 길이 방향으로 형성된 환기구를 통해 공기를 배출시켜 베르누이 원리에 의해 공기 속도가 증가되어 환기력을 증대시킴으로써 터널 내부 건축한계선과 간섭이 없으므로 터널단면의 확장없이 환기력을 확보할 수 있도록 하는 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템에 관한 것이다.

국토의 70% 이상이 산지로 이루어진 우리나라는 도로, 철도 건설의 증대 및 지하철 등의 지하 공간 개발로 지하 굴착공사가 크게 급증함으로 인해 대형 터널공사가 현재까지도 활발하게 이루어지고 있다. 이와 같은 터널 구조물은 그 규모의 장대화로 인하여 터널 내 매연, 먼지 및 유해가스 등의 오염공기로부터 터널 이용자를 보호하기 위해 교통량과 터널길이 및 형상에 따라 효율성을 고려한 터널 환기장치(시설)을 갖추어야 한다.

또한 터널 구조물은 그 내부를 주행하는 자동차가 배출한 각종 오염물질이 축적되지 않도록 환기장치가 갖춰져야 하는데 터널의 길이가 짧아 터널 내 자동차 주행시 발생하는 교통환기력에 의해 자연적인 환기가 이루어지기 어려운 경우는 별도의 기계적인 장비를 부착한 환기장치를 설치하는 것이 의무화되어 있다. 이러한 환기장치는 터널의 규모와 특수성에 따라 자연 환기방식과 기계적인 강제 환기방식이 있으며 기계적인 강제 환기방식에는 종류식(Longitudinal), 반횡류식(Semi-Transverse System), 횡류식(Transverse System) 등으로 구분 될 수 있다.

터널 내 환기대상 오염물질은 인체에 해로운 물질 중 주행차량에서 비교적 많이 배출되는 매연(Smoke), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등이며 이들 배출가스의 허용 농도를 적정수준 이하로 유지시켜야 한다. 자동차가 통행하는 도로터널의 경우에는 터널 전 구간에서 오염 물질별 허용농도 C값(여기서 C는 소요환기량과 유입공기량의 비)은 1이하가 되어야 하며, 또한, 이를 위해 터널 내 흐르는 공기의 종 방향 풍속은 10m/s이하를 유지해야 하는 설계원칙을 필수적으로 준수해야 하는 기준이 정립되어 있다.

따라서 터널 구조물의 환기계획 수립 시에는 교통량, 터널형상, 이용자의 편의와 안전, 외부환경, 경제성 등을 충분히 고려하여 설계조건을 만족하는 최적의 시스템을 갖추어야 한다.

통상 터널에는 환기 장치로 제트팬 종류식 환기장치가 사용되는 데, 이는 터널의 천정면에 환기용 제트팬을 설치하여 외부의 신선한 공기를 터널입구를 통해 강제로 유입함으로써 터널 내 오염물질을 희석하여 환기하는 방식을 취한다.

이러한 제트팬 종류식 환기장치는 환기용 팬의 구동 시 터널 내 종방향 기류가 발생하여 교통환기력을 유효하게 이용할 수 있으므로 동력비의 효율적인 운용이 가능하며, 환기용 팬의 설치 이외에는 별도의 구조가 필요치 않으므로 공사비가 적어 경제적인 장점이 있다.

그러나, 제트팬 종류식 환기장치는 환기설비가 자동차가 운행되는 차로 상부에 설치되어야 하므로 터널의 내공 면적이 전구간에 걸쳐 일정면적 이상이 되도록 확보되어야 되고, 특히 박스 형태의 터널 단면에 적용시 제트팬 설치 구간에 단면 확폭이 필요하기 때문에 환기 효율이 저감되는 문제점이 있다.

국내등록특허 10-1239365호 국내공개특허 10-2012-0103258호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터널 단면과 동일한 형태의 단면을 갖는 덕트를 설치하고, 덕트의 하단 측면으로 공기를 유입받아 전면에 길이 방향으로 형성된 환기구를 통해 공기를 배출시켜 베르누이 원리에 의해 공기 속도가 증가되어 환기력을 증대시킴으로써 터널 내부 건축한계선과 간섭이 없으므로 터널단면의 확장없이 환기력을 확보할 수 있도록 하는 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 덕트에 급·배기 모터를 설치하고, 필요시 집진 장치를 설치함으로써 평상시에는 환기 시스템으로 작동하고, 화재 발생시 제연 시스템으로 동작되도록 하는 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

터널 내측 상단에 부착되도록 터널 단면과 동일 형태인 디귿자 또는 아치형태로 형성되고, 하단 일측에 급기구가 설치되고, 정면에 길이 방향으로 환기구가 형성되어 상기 급기구를 통해 유입되는 공기를 상기 환기구를 통해 배출시 베르누이 원리를 적용하여 공기 속도를 증가시키는 덕트와; 상기 덕트의 급기구와 연결 설치되어 상기 덕트로 공기를 제공하는 급기 모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 덕트는 상기 터널 상부에서 방향성을 가지며 복수개가 이격 설치된다.

여기에서 또한, 상기 덕트는 그 측단면 형상이 사각 형태이다.

여기에서 또, 상기 급기 모터는 화재 발생시 제연이 가능하도록 정역 회전 모터이다.

여기에서 또, 상기 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템은 화재 발생시 제연이 가능하도록 상기 급기 모터와 연결 설치되는 집진 장치를 더 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템에 따르면, 터널 단면과 동일한 형태의 단면을 갖는 덕트를 설치하고, 덕트의 하단 측면으로 공기를 유입받아 전면에 길이 방향으로 형성된 환기구를 통해 공기를 배출시켜 베르누이 원리에 의해 공기 속도가 증가되어 환기력을 증대시킴으로써 터널 내부 건축한계선과 간섭이 없으므로 터널단면의 확장없이 환기력을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 덕트에 급·배기 모터를 설치하고, 필요시 집진 장치를 설치함으로써 평상시에는 환기 시스템으로 작동하고, 화재 발생시 제연 시스템으로 동작할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템중 덕트의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템이 터널에 적용된 모습을 나타낸 개요도이다.

이하, 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템중 덕트의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템이 터널에 적용된 모습을 나타낸 개요도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템(1)은, 덕트(10)와, 급기 모터(20)로 이루어진다.

먼저, 덕트(10)는 금속 또는 합성 수지 재질로 터널 내측 상단에 부착되도록 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 터널 단면과 동일 형태인 디귿자 또는 아치형태로 형성되고, 하단 일측에 급기구(11)가 설치되며, 정면에 길이 방향으로 환기구(13)가 형성되어 급기구(11)를 통해 유입되는 공기를 환기구(13)를 통해 배출시 베르누이 원리를 적용하여 공기 속도를 증가시킨다. 여기에서, 덕트(10)는 터널 상부에서 방향성을 가지며 복수개가 이격 설치된다. 여기에서 또한, 덕트(10)는 그 측단면 형상이 사각 형태이고, 선택에 따라 환기구(13)의 상단이 하향 경사를 가지며 형성될 수도 있다.

그리고, 급기 모터(20)는 덕트(10)의 급기구(11)와 연결 설치되어 덕트(10)로 공기를 제공한다. 여기에서, 급기 모터(20)는 화재 발생시 배기 모터로 동작되어 제연이 가능하도록 정역 회전 모터이다.

한편, 본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 화재 발생시 제연이 가능하도록 급기 모터(20)와 집진 장치(30)를 연결 설치한다. 이때, 집진 장치(30)는 필터를 구비하는 통상의 구조이다.

본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템(1)은 도 3에 도시된 바와 같이 침매 터널(T1)이나 도 4에 도시된 바와 같이 일반 터널(T2)에 적용된다.

먼저, 침매 터널(T1)에 적용하는 경우 침매 터널(T1)은 중앙에 풍도(G)가 구비되는 데, 덕트(10)를 설치하고, 풍도(G)에 급기 모터(20)를 설치하여 덕트(10)와 급기 모터(20)를 상호 연결시킨다. 이때, 덕트(10)의 급기구(11)는 일측 하단 외측면에 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 설치가 완료된 상태에서 풍도(G)로 유입된 공기를 급기 모터(20)에서 덕트(10)의 급기구(11)를 통해 공급하면, 공기가 덕트(10)의 환기구(13)를 침매 터널(T1) 내부로 배출된다.

이때, 공기는 베르누이 원리에 의해 공기 속도가 증가되어 배출되기 때문에 침매 터널(T1) 내의 평균 풍속과, 입·출구의 정압차를 만족시킬 수 있다.

반대로, 침매 터널(T1) 내에서 화재가 발생되면 급기 모터(20)를 역으로 회전시킨다.

그러면, 급기 모터(20)의 역회전으로 인해 연기가 덕트(10)의 환기구(13)를 통해 흡입되고, 급기구(11)를 통해 급기 모터(20)로 유입되어 풍도(G)로 배출된다.

그리고, 풍도(G)로 배출된 연기는 풍도(G)를 따라 외부로 배출된다.

또한, 일반 터널(T2)에 적용하는 경우에는 제연을 수행하도록 집진 장치(30)를 같이 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 덕트(10)를 설치하고, 덕트(10) 하단에 급기 모터(20)와 집진 장치(30)를 모두 설치한다. 이때, 덕트(10)의 급기구(11)는 양측 저면에 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 설치가 완료된 상태에서 일반 터널(T2)로 유입된 공기를 급기 모터(20)에서 덕트(10)의 급기구(11)를 통해 공급하면, 공기가 덕트(10)의 환기구(13)를 일반 터널(T2) 내부로 배출된다.

이때, 공기는 베르누이 원리에 의해 공기 속도가 증가되어 배출되기 때문에 일반 터널(T2) 내의 평균 풍속과, 입·출구의 정압차를 만족시킬 수 있다.

반대로, 일반 터널(T2) 내에서 화재가 발생되면 급기 모터(20)를 역으로 회전시킨다.

그러면, 급기 모터(20)의 역회전으로 인해 연기가 덕트(10)의 환기구(13)를 통해 흡입되고, 급기구(11)를 통해 급기 모터(20)로 유입되고, 다시 집진 장치(30)로 공급된다.

그리고, 집진 장치(30)로 배출된 연기는 이물질과 오염물질이 제거되어 정화된 후 집진 장치(30)를 통해 일반 터널(T2) 내로 다시 배출된다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 덕트 11 : 급기구
13 : 환기구 20 : 급기 모터
30 : 집진 장치

Claims (5)

1. 금속 또는 합성 수지 재질로 터널 내측 상단에 부착되도록 터널 단면과 동일 형태인 디귿자 또는 아치형태로 형성되고, 그 측단면 형상이 사각 형태로 형성되며, 하단 일측에 급기구가 설치되고, 정면에 길이 방향으로 환기구가 형성되어 상기 급기구를 통해 유입되는 공기를 상기 환기구를 통해 배출시 베르누이 원리를 적용하여 공기 속도를 증가시키고, 상기 터널 상부에서 방향성을 가지며 복수개가 이격 설치되는 덕트와;
   상기 덕트의 급기구와 연결 설치되어 상기 덕트로 공기를 제공하고, 화재 발생시 제연이 가능하도록 정역 회전 모터인 급기 모터; 및
   화재 발생시 제연이 가능하도록 상기 급기 모터와 연결 설치되는 집진 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 베르누이 원리를 이용한 터널 환기 시스템.
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