KR102231158B1 - Road snow melting system using carbon induction heating element - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소유도발열체를 이용한 도로 융설시스템으로, 더욱 상세하게는 겨울철 적설 및 노면결빙에 의한 차량정체 및 차량 미끄럼사고 등을 예방하기 위하여 자동차 바퀴 마찰부분(양쪽 각각 폭 대략 1m) 도로표면 하부를 절단하고 전기발열선 및 열전도체를 매설하여 열전도체를 통하여 발열열을 도로표면으로 신속하게 전달할 수 있도록 하고, IoT 기술을 활용하여 와이파이 환경에서 앱을 사용하여 원격무선통신이 가능하도록 하여 차량 사고를 미연에 방지하기 위한 탄소유도발열체를 이용한 도로융설 시스템에 관련된 것이다.The present invention is a road snow melting system using a carbon induction heating element, and more particularly, in order to prevent vehicle congestion and vehicle slip accidents caused by snowfall and road ice in winter, By cutting and embedding electric heating wires and heat conductors, it is possible to quickly transfer the heating heat to the road surface through the heat conductor, and using IoT technology to enable remote wireless communication using an app in a Wi-Fi environment to prevent vehicle accidents. It is related to a road melting system using a carbon induction heating element to prevent it.
도로융설시스템(Road Snow Melting System)은 겨울철 강설 및 결빙시 도로의 급경사 구간이나 APT 주차장 진출입로 및 터널의 입출구등 교통사고 발생이 예상되는 지역에 교통 안전 확보수단으로 취약지점에 대한 효율적인 제설작업 체계를 구축하고자 도로 포장면 아래 일정 깊이에 전열선 또는 히팅파이프를 매설하여 겨울철 눈이 오거나 온도차에 의한 노면 결빙이 발생할 때 자동적으로 온도 및 습도를 감지하여 전원을 공급함으로써 융설 및 융빙을 하는 시스템이다. Road Snow Melting System is an efficient snow removal system for vulnerable points as a means of securing traffic safety in areas where traffic accidents are expected, such as steep slopes of roads, entrance and exit routes of APT parking lots, entrances and exits of tunnels during winter snowfall and freezing. In order to build a system, a heating wire or heating pipe is buried at a certain depth under the road pavement to automatically detect temperature and humidity and supply power when it snows in winter or when road freezing occurs due to temperature difference.
일반적으로 도로상에 적설이나 결빙 발생시 제설차이나 염화칼슘 등을 통한 물리적 제거를 통하여 차량 미끄러짐을 방지하여 사고량발생을 방지하고 있다. 그러나 이러한 제설방식의 경우 적설시 즉시 제설작업이 이루어져야 하고 장시간 눈이 지속되는 경우에는 작업자가 항상 대기하여 제설작업을 수행해야 하는 불편함이 있었다.In general, when snow or freezing occurs on the road, vehicle slip is prevented through physical removal through snow removal or calcium chloride, thereby preventing the occurrence of accidents. However, in the case of such a snow removal method, the snow removal work must be performed immediately during snowfall, and when the snow continues for a long time, there is an inconvenience that the worker must always wait to perform the snow removal work.
또한 제설제를 과다하게 사용하면 차량을 부식시킬 뿐 아니라 건조되면서 미세먼지로 바뀌어 환경오염을 유발시키는 요인이 되기도 한다. 염화칼슘 또한 도로사고의 주범 중 하나인 도로면이 움푹 파이는 포트홀의 원인이 되기도 한다. 염화칼슘은 눈을 녹이는 것 뿐만 아니라 아스팔트의 결합력을 떨어뜨리는 역할을 하게 된다. 이렇게 연약해진 도로는 달리는 차량의 하중에 쉽게 패이게 되는 것이다.In addition, excessive use of snow removal agent not only corrodes the vehicle, but also becomes a factor that causes environmental pollution by turning into fine dust as it dries. Calcium chloride is also a cause of potholes in which the road surface is pitted, which is one of the main causes of road accidents. Calcium chloride not only melts snow, but also lowers the bonding strength of asphalt. Roads that have become soft like this are easily pitted under the load of a running vehicle.
이러한 문제점을 해결하기 위한 스노우 멜팅 시스템으로서의 도로 융설 장치가 다수 개시되어 있는데 이러한 방법으로는 한국 등록특허 제10-1898727호에서와 같이 방열파이프를 도로 지면 하부로 매설하고 방열파이프에 열원인 유체를 통과시켜 유체에서 발생하는 열이 도로 지면에 전달되는 방식이 있다.A number of road melting devices as a snow melting system to solve this problem have been disclosed. In this way, as in Korean Patent No. 10-1898727, a heat dissipation pipe is buried under the road surface and a heat source fluid is passed through the heat dissipation pipe. There is a method in which the heat generated by the fluid is transferred to the road surface.
하지만 이러한 경우에는 유체로서 물을 사용하고 이러한 유체를 데우기 위한 히팅장치로 라디에이터, 보일러 등의 부속 부재들이 필요하여 설치면적 및 설치비용에 있어 합리적이지 못하고 습한 환경으로 인한 파이프 부식 및 유체 사용으로 인하여 파이프 표면에서 온도차에 의한 표면 결빙등의 문제점이 발생할 수 있는 소지가 있었다. 또한 도로 기초 포장층 상에 배치한 방열관을 고하중의 덤프트럭등이지나가면서 압력과 충격을 가해, 방열관이 크게 파손되어 버리는 문제점이 있었다.However, in this case, water is used as a fluid, and accessory members such as a radiator and boiler are required as a heating device to heat such fluid, so it is not reasonable in terms of installation area and installation cost. There is a possibility that problems such as freezing of the surface due to temperature difference on the surface may occur. In addition, there is a problem in that the heat dissipation tube disposed on the pavement layer of the road is subjected to pressure and impact while passing through a high-load dump truck, and the heat dissipation tube is greatly damaged.
이를 위하여 전열선을 매설하여 열선에서 발생하는 고온의 열을 매개체로 하여 도로에 융설장치를 설치하는 도로융설 장치가 이미 광범위하게 설치, 운영되고 있다. To this end, a road melting device, which installs a snow melting device on a road by burying a heating wire and using the high-temperature heat generated from the heating wire as a medium, has already been widely installed and operated.
기존의 전기발열선 매설방식은 시멘트 또는 아스팔트 포장도로의 기층 포장면 상부에 전기 발열선을 포설하고 그 위에 몰탈 등 덧씌우기 포장으로 마감하는 방식이 있는데, 이 방식은 덧씌우기 포장작업시 장비의 하중과 접촉 등으로 포장면 아래 포장된 전기발열선이 훼손될 수 있으며, 포장층의 두께가 일정하지 않아 도로를 통행하는 차량의 충격과 진동으로 균열을 동반한 도로파손이 발생될 수 있는 문제점이 있었다. The existing electric heating wire burial method is a method of installing an electric heating wire on the top of the base pavement of a cement or asphalt pavement, and finishing it with an overlaid pavement such as mortar. This method is in contact with the load of the equipment during the overlaid pavement work. The electric heating wires paved under the pavement may be damaged by the like, and the thickness of the pavement layer is not constant, so there is a problem in that road damage accompanied by cracks may occur due to shock and vibration of a vehicle passing through the road.
일반적으로 이미 형성된 시멘트 콘크리트 또는 아스팔트 콘크리트 포장도로의 기층 포장면 상부에 전기발열선을 포설하고 그 위에 덧씌우기(표층) 포장으로 마감하는 방식인데, 이 경우에는 작업시 장비하중, 접촉 등으로 포장면 아래 포설된 전기발열선이 단락 또는 훼손될 수 있는 심각한 문제점이 발생하는 것이다.In general, it is a method of installing electric heating wires on the top of the base pavement of an already formed cement concrete or asphalt concrete pavement, and finishing it with an overlying (surface layer) pavement.In this case, under the pavement due to equipment load and contact, etc. There is a serious problem in that the installed electric heating wire may be short-circuited or damaged.
즉, 하중이 큰 덤프트럭이 수시로 도로 운행시 하중에 따른 수직방향의 충격량이 커 매설된 발열체에 손상이 가는 경우가 생기는데 이는 일반적인 아스팔트 도로의 경우도 고하중 누진충격이 계속되는 경우 일부분이 음푹 패이는 도로 환경에 비추어보면 자명한 사실이다. In other words, when a heavy-duty dump truck is driven on the road from time to time, the amount of impact in the vertical direction according to the load is large and damage to the buried heating element occurs. This is self-evident in the light of the road environment.
또한, 이를 위하여 외피를 원통형 금속으로 구성하는 스노우멜팅 시스템이 개시되어 있는데, 예를 들면, MI 히팅 케이블을 사용하여 아스팔트나 콘크리트 등의 도로 융설 작업시 매설하는 방식으로 외피를 금속 재질로 구성하여 포설상태에서 차량의 하중을 이길 수 있는 강도를 제공하기 위하여 외피를 HDPE(고밀도 폴리에틸렌)를 사용하고 있는 시스템이다.In addition, for this purpose, a snowmelting system in which the outer shell is made of cylindrical metal is disclosed.For example, the outer shell is constructed of metal material by embedding it during road snow melting work such as asphalt or concrete using MI heating cables. It is a system that uses HDPE (high-density polyethylene) as the outer shell to provide strength that can overcome the load of the vehicle in the state.
하지만, 이 경우에도 누적되는 외부 하중 충격으로부터 발열체를 보호하기 위한 용도일 뿐 열효율을 개선하는 열전도율 등 열적 특성에 있어서 장점을 갖는데는 문제점이 있었다.However, even in this case, there is a problem in having an advantage in thermal properties such as thermal conductivity that improves thermal efficiency, only for protecting the heating element from accumulated external load impact.
상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 IoT 시스템을 결합한 자동 원격제어가 가능한 시스템을 구현하여 필요한 장소 및 시간에 탄소유도 발열 시스템이 동작되도록 하여 소요 전력량을 줄이고 폭설, 결빙시 자동 눈녹임 및 결빙 방지로 교통사고에 대한 사전 예방이 가능하도록 하는 데 있다.An object of the present invention to solve the above-described conventional problems is to implement a system capable of automatic remote control in combination with an IoT system to operate a carbon-induced heating system at a required place and time, thereby reducing the amount of power required and automatically melting snow during heavy snowfall and freezing. It is to prevent traffic accidents in advance by preventing icing.
또한 3차 피복구조로 2차, 3차 피복에 일정 함량의 카본블랙을 첨가혼합하여 열전도율을 높이고, 유도발열 효율 및 기계적 강도가 우수한 탄소강관을 발열체 외부 구조체인 유도발열관으로 구성하여 도로상 고하중 누진충격으로부터 매설된 발열체를 보호할 수 있는 구조적 안정성을 확보하여 매설된 탄소유도발열체 수명을 대폭 늘리고, 발열체에 의한 고열원을 탄소강관 내부 및 외부로 보다 용이하게 전도하여 유도발열 효율을 제고하는 데 또 다른 목적이 있다.In addition, as a tertiary cover structure, a certain amount of carbon black is added to the secondary and tertiary coatings to increase the thermal conductivity, and a carbon steel pipe with excellent induction heating efficiency and mechanical strength is composed of an induction heating tube, which is an external structure of the heating element, to increase the height of the road. By securing structural stability that can protect the buried heating element from heavy progressive shock, the life of the buried carbon induction heating element is significantly increased, and the high heat source by the heating element is more easily conducted to the inside and outside of the carbon steel pipe, thereby enhancing the efficiency of induction heating. Has another purpose.
상기한 종래 문제점을 해결하고 본 발명에 이르게 된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도로융설 시스템은, 발열체를 이용한 도로융설 시스템에 있어서, 외부자켓으로서 탄소강관을 지표면으로부터 60~80mm 깊이로 매설하고, 상기 탄소강관 내부로는 중심부로부터 외부방향으로 순차적으로 발열도체인 니켈크롬발열선과, 카본블랙을 함유한 1차 절연체 및 카본블랙을 함유한 2차 절연체를 내설하여 구성된 탄소유도발열체를 사용하며, 상기 탄소유도발열체는 200 ~ 300mm 간격으로 2~4 라인을 도로를 절단하여 매설하되, 상기 도로의 절단방법으로는 표층 아스팔트 또는 콘크리트를 제거한 후, 기층에 다이아몬드날을 삽입한 건식컷팅기를 사용하여 폭 20mm, 깊이 60~80mm로 일정하게 절단하고 상기 다이아몬드날 주변으로는 진공흡입용 장치를 부착하여 발생되는 먼지나 이물질을 흡입하여 제거하는 건식흡입 방식을 사용하며, 상기 탄소유도발열체를 매설하기 위한 다수 풀박스 및 스플라이싱박스를 설치하고, 상기 풀박스 및 스플라이싱박스 장방향 측면 중앙에 다수 연결공을 형성하여 상기 연결공에 탄소강관을 끼워 넣은 후, 상기 연결공과 이와 대면하는 상기 탄소강관 부위를 용접하여 상기 탄소강관을 지면에서 일정 깊이로 수평 고정하고, 상기 풀박스 중 어느 하나 내부로 소정 길이로 돌출된 상기 탄소강관 내부로 상기 니켈크롬 발열선 및 1차 절연체 및 2차 절연체 외주면을 감싸 보호하는 요비선을 밀어넣거나 빼는 방식으로 설치 및 관리하여 일부 구간별 보수가 용이하도록 하며, 상기 탄소강관은 탄소성분이 0.13 ~ 0.20%이고, 상기 1차 절연체는 테프론 재질의 불소수지와 카본블랙을 혼합하여 구성하되 카본블랙 함량은 22.80 ~ 23.25%이며, 상기 2차 절연체는 카본블랙이 24.00 ~ 24.20% 함유된 열가소성탄성체인 것을 특징으로 한다.Road melting and snow system according to the present invention for solving the above-described conventional problems and achieving the object of the present invention, in the road melting and snow system using a heating element, a carbon steel pipe as an outer jacket is buried at a depth of 60 to 80 mm from the ground surface. , As the inside of the carbon steel pipe, a nickel chromium heating wire which is a heating conductor sequentially from the center to the outside, and a carbon induction heating element constructed by internally installing a primary insulator containing carbon black and a secondary insulator containing carbon black are used, The carbon induction heating element is buried by cutting 2 to 4 lines at intervals of 200 to 300 mm by cutting the road, but as the cutting method of the road, after removing the surface asphalt or concrete, and using a dry cutter inserting a diamond blade into the base layer, the width It uses a dry suction method in which dust or foreign matter generated by a vacuum suction device is attached around the diamond blade and removed by a constant cutting to 20mm and a depth of 60~80mm, and is used for embedding the carbon induction heating element. After installing a pull box and a splicing box, forming a plurality of connection holes in the center of the longitudinal side of the pull box and splicing box, inserting a carbon steel pipe into the connection hole, and the carbon steel pipe facing the connection hole By welding a part, the carbon steel pipe is horizontally fixed to a certain depth from the ground, and the nickel chromium heating wire and the outer circumference of the primary and secondary insulators are wrapped inside the carbon steel pipe protruding into one of the full boxes for a predetermined length. It is installed and managed by pushing or removing the protecting yobi wire to facilitate repair for each section.The carbon steel pipe contains 0.13 to 0.20% carbon, and the primary insulator is made of Teflon-made fluororesin and carbon black. It is composed by mixing, but the carbon black content is 22.80 ~ 23.25%, and the secondary insulator is characterized in that the thermoplastic elastomer containing 24.00 ~ 24.20% carbon black.
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또한, 본 발명에서 상기 탄소유도발열체 매설 후 도로 절단부 홈을 메꾸기 위한 후공정인 도로 표면 양생작업에서 양생재료인 고강도 시멘트에 분말형 색소를 혼합하여 마감처리하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, in the road surface curing operation, which is a post-process for filling the grooves of the road cut section after the carbon induction heating element is buried, the finishing treatment is performed by mixing a powdery pigment with high strength cement, which is a curing material.
또한, 본 발명에서 상기 도로융설 시스템을 제어하기 위한 제어방식은 원격제어가 가능한 모니터링 방식으로 IoT 모니터링 시스템 방식을 사용하며, 이를 위하여 와이파이(WIFI)를 설치하고 스마트 콘센트를 메인전원에 부착한 후 휴대폰 어플을 통하여 상기 시스템이 설치된 도로관리자 또는 재해발생시 이를 컨트롤하는 재해상황실 관리자가 관리 및 운영하고, 상기 IoT 모니터링 시스템 방식은 기상청 기상정보 및 터널 모니터링 시스템 정보를 수시로 받을 수 있는 데이터 연산방식 및 눈이 내린 도로 표면의 온도와 습도를 센서를 통하여 전송받는 센서정보방식을 통한 데이터를 수시로 수신할 수 있는 수신모듈 및 현장실시화면을 재해상황실에 실시간으로 전송하는 송신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the control method for controlling the road melting system uses an IoT monitoring system method as a monitoring method capable of remote control. To this end, a mobile phone is installed after a Wi-Fi is installed and a smart outlet is attached to the main power supply. Through the application, the road manager on which the system is installed or the disaster situation room manager who controls it in the event of a disaster is managed and operated, and the IoT monitoring system method is a data calculation method that can frequently receive meteorological information and tunnel monitoring system information from the Meteorological Agency. It characterized in that it comprises a receiving module that can frequently receive data through a sensor information method that receives the temperature and humidity of the road surface through the sensor, and a transmitting module that transmits the site execution screen to the disaster situation room in real time.
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본 발명에 따른 도로융설 시스템 적용시 갖는 효과는 다음과 같다.The effects of applying the road melting system according to the present invention are as follows.
첫째, IoT 시스템을 결합한 자동 원격제어가 가능한 시스템을 구현하여 필요한 장소 및 시간에 발열 시스템이 동작되도록 하여 소요 전력량을 줄이고 폭설, 결빙시 자동 눈녹임 및 결빙 방지로 교통사고에 대한 사전 예방이 가능하도록 한다.First, by implementing a system capable of automatic remote control combined with IoT system, the heating system is operated at the required place and time to reduce the amount of power required, and to prevent traffic accidents in advance by preventing automatic snow melting and freezing during heavy snowfall and freezing. do.
둘째, 3차 피복구조로 발열체인 히팅케이블의 절연성능 및 내구성을 배가할 수 있다. 또한 발열선을 감싸는 2차, 3차 피복에 일정 함량의 카본블랙을 첨가혼합하여 열전도율을 높이는 효과를 갖는다.Second, it is possible to double the insulation performance and durability of the heating cable, which is a heating element, with the tertiary covering structure. In addition, it has the effect of increasing thermal conductivity by adding and mixing a certain amount of carbon black to the secondary and tertiary coatings surrounding the heating wire.
셋째, 유도발열 효율 및 기계적 강도가 우수한 탄소강관을 발열체 외부 구조체인 유도발열관으로 구성하여 도로상 고하중 누진충격으로부터 매설된 발열체를 보호할 수 있는 구조적 안정성을 확보하여 매설된 탄소유도발열체 수명을 대폭 늘리고, 발열체에 의한 고열원을 탄소강관 내부 및 외부로 보다 용이하게 전도하여 유도발열 효율을 제고할 수 있다.Third, the carbon steel pipe with excellent induction heating efficiency and mechanical strength is configured as an induction heating tube, which is an external structure of the heating element, securing structural stability that can protect the buried heating element from progressive shocks under heavy loads on the road, thereby prolonging the life of the embedded carbon induction heating element. It can be significantly increased, and the high heat source by the heating element can be more easily conducted to the inside and outside of the carbon steel pipe, thereby improving the induction heating efficiency.
도 1은 본 발명에 따른 탄소유도발열체 구조를 도시한 구성도.
도 2는 기존 아스팔트 및 콘크리트 포장의 깊이에 따른 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 도로 절단 공정에 있어서 건식흡입공정이 이루어지기 위한 건식흡입장치 구성도.
도 4는 본 발명에 따라 매설되는 탄소유도발열체 전체 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 유도발열 시스템의 구성도로, 풀박스덮개와 스플라이싱덮개가 제거된 상태에서의 시스템 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 도로융설시스템 설치 후 도로의 전체적인 개략 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 IoT 결합 도로 융설 시스템 제어부를 도시한 플로우차트.
도 8은 본 발명에 따른 1차 절연체 및 2차 절연체 탄소 함유량 성분분석 시험성적서.1 is a block diagram showing the structure of a carbon induction heating element according to the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view according to the depth of the existing asphalt and concrete pavement.
3 is a block diagram of a dry suction device for performing a dry suction process in the road cutting process according to the present invention.
4 is an overall configuration diagram of a carbon induction heating element buried according to the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram of the induction heating system according to the present invention, the system configuration in a state in which the full box cover and the splicing cover are removed.
6 is an overall schematic configuration diagram of a road after installation of the road melting system according to the present invention.
7 is a flow chart showing an IoT combined road snow melting system control unit according to the present invention.
8 is a test report for component analysis of carbon content of a primary insulator and a secondary insulator according to the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 탄소유도발열체를 이용한 도로 융설 시스템에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a road snow melting system using a carbon induction heating element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 강관 내측 표피에 유도되는 전류에 의한 줄(Joule)열을 열원으로 사용하는 발열시스템을 유도발열시스템이라 하고 강관은 유도발열관, 전선은 유도전류전선이라 한다. 이하, 유도발열관은 본 발명 실시예에 따라서 탄소강관이라 하고 유도전류전선은 발열선(니켈크롬 발열선)이라 명칭한다.First, the heating system that uses Joule heat by the current induced in the inner surface of the steel pipe as a heat source is called an induction heating system, and the steel pipe is called an induction heating tube, and the electric wire is called an induced current wire. Hereinafter, the induction heating tube is called a carbon steel tube and the induction current wire is called a heating line (nickel chromium heating line) according to an embodiment of the present invention.
그리고, 스노우 멜팅 방식의 도로 융설 시스템에 있어서 본 발명의 일실시예에 따른 작업공정 순서대로 기술하기로 한다.And, in the snow melting system of the road snow melting system will be described in the order of the work process according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 탄소유도발열체(300) 구조에 대하여 설명하면, 상기 탄소유도발열체(300)는 외부자켓으로 열전도율이 높은 탄소 성분이 0.13 ~ 0,20%인 탄소강관(350)을 60mm 내지 80mm 깊이로 매설하고, 상기 탄소강관(350) 내부로는 원통 형상의 구조체 내부 중앙으로부터 발열도체인 니켈크롬발열선(310)과, 250℃에서 견딜 수 있도록 하여 피복을 보호하고 발열체 효율을 극대화하기 위한 1차 절연체(320) 및 2차 절연체(330)를 외부 방사 방향으로 순차적으로 내설하는 구조를 개시한다.First, referring to FIG. 1, when the structure of the carbon induction heating element 300 according to the present invention is described, the carbon induction heating element 300 is a carbon steel pipe having a high thermal conductivity of 0.13 to 0,20% as an outer jacket ( 350) is buried to a depth of 60mm to 80mm, and inside the
이 경우, 상기 발열선(310)과 절연체(3210, 330)는 요비선(340) 형식의 탄소강관(350) 내부 삽입 구조로 구성하여 상기 탄소강관(350) 내부로의 인입 및 인출 과정을 보다 용이하도록 함이 바람직하다. 이하, 상기 발열선(310) 및 1,2차 절연체(320, 330)를 포함하는 구조를 편의상 요비선(340)이라 칭하기로 한다. In this case, the
상기 탄소강관(350)은 탄소와 철의 합금인 탄소강으로 만든 관으로 관 내부와 외부에서의 열전달을 목적으로 사용하며, 바람직하게는 탄소성분 함량 0.13 ~ 0,20%인 탄소강관(350)을 활용하여 니켈크롬 발열선(310)에 의한 유도발열 방식을 이용하여 외부 환경에 의하여 내부 니켈크롬 발열선(310)의 발열 전달효율이 저하되는 것을 방지하고 탄소의 특성인 열전도성과 전기전도성 및 고강도 특성 등을 통하여 내부 니켈크롬 발열선(310)를 보호하고 이로부터 발열된 고온의 열을 전달하는 효율을 제고할 수 있도록 한다.The
탄소강관(350)의 성질은 기본적으로 탄소 조성에 따라서 결정되며, 탄소량이 일정해도 가공상태나 열처리조건에 따라서 그 성질은 현저하게 변화한다. 탄소강관(350)의 전기화학적 특성으로는 비중, 열팽창계수 및 열전도도는 탄소량이 증가함에 따라서 감소되지만, 비열, 전기저항 및 항자력은 증가된다. 또한 탄소강관 내 내식성은 탄소량이 증가할수록 감소하고 소량의 구리(Cu)가 첨가되면 내식성이 향상된다. The properties of the
탄소강관(350)의 상온에서 기계적 특성을 간단히 살펴보면 인장강도 및 경도는 탄소함유량에 따라 증가되고 연신율 및 단면감소율은 탄소량에 따라서 감소한다. 즉, 탄소 함유량이 높을수록 탄소강은 단단해지지만 깨지기 쉬워진다.A brief look at the mechanical properties of the
이러한 탄소강관(350)의 특성을 고려하였을 때, 본 발명에서 유도발열관 기능에 따른 열전도도 특성, 내부 발열선을 보호하는 보호관 기능을 수행하기 위하여 탄소유도발열체 외관으로 구성하고 있는 대략 20mm 내외 직경을 갖는 탄소강관의 성형에 있어서 탄소함량은 용접용으로 최적화된 저탄소강 기준인 0.13 내지 0.20% 탄소 함유량을 갖도록 함이 바람직하다.Considering the characteristics of the
이러한 기본 구성을 갖는 본 발명에 따른 탄소유도발열체(300)는 직렬형 히팅케이블로서 저항선인 니켈 또는 크롬 합금선(310)을 여러가닥 꼬아서 만든 저항 발열선에 불소수지나 실리콘고무 등의 절연체로 절연한 후 그 외층에 기계적 강도를 갖는 플라스틱(불소수지, 내열고무, 염화비닐 등)으로 피복(320, 330)되어 있는 케이블로, 전자기파를 거의 99% 차단시켜 인체에 무해한 발열선임을 특징으로 하고 있다. The carbon induction heating element 300 according to the present invention having such a basic configuration is a series-type heating cable, insulated with an insulator such as fluorine resin or silicone rubber on a resistance heating wire made by twisting several strands of nickel or
히팅케이블 구조(300)를 도면 1을 참조하여 분설하면, 소정 직경을 갖는 원통형 발열체 구조에 있어서 가장 내측 중앙으로는 일반적인 전열선으로 광범위하게 사용하고 있는 발열도체인 니켈크롬 발열선(310)이 구성되어 있으며, 상기 니켈크롬 발열선(310) 외주면을 감싸는 1차, 2차 절연체(320, 330)가 외부 방사 방향으로 형성되어 있음을 확인할 수 있다. If the heating cable structure 300 is divided with reference to Fig. 1, in the innermost center of the cylindrical heating element structure having a predetermined diameter, a nickel
이러한 절연체(320, 330)는 내열성을 갖도록 고온에 잘 견디는 재질을 사용하여야 하며, 이는 전선을 지중에 묻거나 접촉을 하여도 감전이 일어나지 않도록 하기 위한 구성이다. These
바람직하게는 상기 1차 절연체로는 테프론 재질의 불소수지와 카본블랙을 혼합하여 구성하고, 상기 2차 절연체는 열가소성탄성체(TPE)로 재질을 선택한다.Preferably, the primary insulator is composed of a mixture of Teflon-made fluororesin and carbon black, and the secondary insulator is a thermoplastic elastomer (TPE) material.
이 경우, 상기 1차 절연체(320)는 테프론 재질의 불소수지와 카본블랙을 혼합하여 구성하되 탄소함량은 22.80 ~ 23.25% 범위에서 구성하고, 상기 2차 절연체(330)는 피복 원재료에 첨가되는 탄소함량이 24 ~ 24.20%인 열가소성 탄성체(TPE)로 구성하는 것이 바람직하다.In this case, the
더욱 바람직하게는, 상기 1차 절연체(320)는 23.06%, 상기 2차 절연체(330)는 24.08% 탄소함량%로 구성한다. 이는 도8에서와 같이 한국품질시험연구원에 2020. 03. 10.에 성분분석을 의뢰하여 2020. 03. 23.자 시험성적서에 의거하여 확인된 수치이며, 이는 절연체 열전도 효율을 높일 수 있는 경험치적 결과이다. 이러한 열전도 효율은 발열선인 니켈크롬 발열선(310) 저항값이 커지면 이에 따른 전기비용이 커지게 되는데, 이를 절약하기 위하여는 발열온도가 도로 노면까지 온전하게 전달되도록 유지하는 부분이 매우 중요한데, 본 발명에서는 이를 위하여 1차, 2차 절연체(320, 330)에 가장 연전도율이 우수한 특성을 갖도록 카본블랙을 일정 함량 섞어 제작하고 유도발열관인 탄소강관(350)도 유도발열 효율이 높은 탄소함량을 갖도록 제작하였다. More preferably, the
테프론 재질은 250℃ 온도 환경에서도 견딜 수 있는 내열성을 갖고 정전기방지 목적의 도전성 코팅에도 사용되며, 광역주파수대에 걸쳐 매우 높은 절연성, 낮은 손실률, 우수한 표면 저항률을 갖기 때문에 이러한 재질을 절연체로 사용하였다. 그리고, 불소수지는 타고분자 재료와 비교했을 때 내열성, 내약품성, 내후성, 전기특성이 우수한 성질을 갖고 있다. Teflon material has heat resistance that can withstand a temperature of 250°C and is also used for conductive coatings for antistatic purposes, and since it has very high insulation, low loss rate, and excellent surface resistivity over a wide frequency band, this material was used as an insulator. In addition, fluororesin has excellent properties in heat resistance, chemical resistance, weather resistance, and electrical properties when compared to the riding molecular material.
이러한 특성을 갖는 테프론 재질의 불소수지에 카본블랙을 혼합 사용하게 되면, 즉 탄소 소재를 불소수지 입자와 계면 상호작용에 의하여 균일하게 혼합하여 전기전도도 및 강도를 증가시킬 수 있는 고분자 불소수지 - 카본블랙을 얻을 수 있으며 이러한 고분자 탄소복합체를 열간 성형장치를 이용하여 성형하여 사용하며 이렇게 만들어진 1차절연체(320)인 피복은 열전도도가 매우 큰 특성을 갖게 된다. A high-molecular fluororesin that can increase electrical conductivity and strength by mixing carbon black with a fluororesin made of Teflon having such characteristics, that is, by uniformly mixing the carbon material through interfacial interaction with fluorine resin particles-carbon black It is possible to obtain and use such a polymeric carbon composite material by molding using a hot forming apparatus, and the coating, which is the
열가소성탄성체(TPE)는 열적으로 가공이 가능하며 물성이 가교에 의한 고무 성질을 가져야 하는 특성을 가진 고분자 물질로 고무의 탄성과 열가소성수지가 가진 가공성이 우수한 재질로 기존의 PP/EPDM계 열가소성 탄성체에 비하여 내오일성, 내후성 및 내피로특성이 우수하여 본 발명에서는 2차 절연체(330) 물질로 구성하으며, 열전도율이 높은 특성을 갖는다.Thermoplastic elastomer (TPE) is a high molecular material with properties that can be processed thermally and has rubber properties by crosslinking. It is a material with excellent elasticity of rubber and processability of thermoplastic resin. It is suitable for existing PP/EPDM thermoplastic elastomers. Compared to that, it has excellent oil resistance, weather resistance, and fatigue resistance, and thus, it is composed of a material of the
이어서, 상기 탄소유도발열체 구조를 도로 노면 하부로 매립하기 위한 도로 절단 공정에 대하여 설명하면, 먼저 상기 탄소유도발열체(300) 매설 간격은 200 ~ 300mm 간격으로 2~4 라인을 절단하여 구성하고 설치 길이는 발열체 구조가 적용되는 도로 길이에 따라서 도로 표면을 절단한다.Next, the road cutting process for burying the carbon induction heating element structure under the road surface will be described. First, the carbon induction heating element 300 is constructed by cutting 2 to 4 lines at intervals of 200 to 300 mm, and the installation length Cuts the road surface along the road length to which the heating element structure is applied.
이어서, 상기 탄소유도발열체(300) 매설을 위한 전공정으로서 도로 노면상 설치위치에 일정 깊이로 매립홈을 형성하는 도로 절단 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. Next, a road cutting method of forming a buried groove to a predetermined depth at an installation location on a road surface as a pre-process for the burial of the carbon induction heating element 300 will be described as follows.
도로절단 방법으로는 위치하는 도로절단시 표층 아스팔트 또는 콘크리트를 제거한 후 기층에 20mm 다이아몬드날(410)을 삽입한 커팅기(400)를 사용하여 폭 20mm, 깊이 60~80mm로 일정하게 절단하고 상기 다이아몬드날(410) 주변으로는 진공 흡입용 장치(420)를 부착하여 발생되는 먼지나 이물질을 흡입하여 제거하는 건식흡입 방식을 사용하는 것이 바람직하다.As for the road cutting method, after removing the asphalt or concrete from the surface layer when cutting the located road, using a cutting
일반적인 도로포장 단면도를 보면 차량이 통행하는 도로 지면으로는 콘크리트 또는 아스팔트가 양생되고 그 하부로는 기층과 노판이 상방향으로부터 순차적으로 적층되는 구조를 갖는데, 본 발명에서는 매설되는 상기 탄소유도발열체(300)가 위치하는 부위의 도로 절단시 먼저 최상층인 표층 아스팔트 또는 콘크리트를 제거한 후 그 하부 기층 상면에 상기 다이아몬드날(410)을 삽입한 건식커팅기(400)를 사용하여 폭 20mm, 깊이 60~80mm로 일정하게 절단한다. When looking at a cross-sectional view of a general road pavement, concrete or asphalt is cured on the road surface through which a vehicle passes, and a base layer and a road plate are sequentially stacked from the top to the lower portion thereof.In the present invention, the carbon induction heating element 300 buried When cutting the road in the area where) is located, first remove the top layer of asphalt or concrete, and then use a
이를 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 커팅 폭에 맞게 20mm 다이아몬드날(410)을 삽입한 후 커팅기(400)를 전원인가 후 구동장치에 의하여 커팅시 분진처리를 위하여 다이아몬드날(410) 외측으로는 커팅시 발생한 분진이 외부로 비산되는 것을 방지하기 위한 비산방지커버(430)를 씌우고, 상기 비산방지커버(430) 일측에 진공호스(422)를 부착하여 상기 다이아몬드날(410)이 도로 절단부위를 절단할 때 외부 진공흡입기(421)의 동력 구동에 따라서 절단 공정시 발생하는 분진을 빨아들여 분진의 외부비산을 막고 포집함으로써 환경 친화적인 도로 절단 공정이 진행될 수 있다. 도 3에 도시된 구성은 일반적인 구성요소를 도시하기 위한 것으로 건식커팅기(400) 구성 및 그 형상은 다양하게 적용이 가능함은 물론이다.To this end, as shown in FIG. 3, after inserting a
이러한 건식공법을 이용하면, 전술하였듯이 습식용 로드컷팅기 사용시 문제점인 슬러지 발생, 이물질 제거 어려움, 물 결빙으로 인한 순차작업의 어려움 등을 개선할 수 있게 된다.By using such a dry method, it is possible to improve sludge generation, difficulty in removing foreign substances, and difficulty in sequential work due to freezing of water, which are problems when using a wet rod cutter as described above.
이어서 매설 구조체로서 다수 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(210)에 대하여 상세하게 설명한다. Next, a plurality of
상기 도로절단 공정을 통하여 일정 깊이 및 폭으로 절단된 절단홈 상면으로 상기 탄소유도발열체(300)를 매설하기 위한 구조체로서 다수 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(210) 설치 및 이를 이용한 매설공정을 진행한다. As a structure for embedding the carbon induction heating element 300 into the upper surface of the cut groove cut to a certain depth and width through the road cutting process, a plurality of
본 발명에 따른 유도발열관인 탄소강관(350)은 자성이 큰 도전재질로 구성하고 도로 하부로 매설 후 도로포장재, 바닥마감재, 고정구 등에 의하여 덮여지도록 구성하는데 이를 위하여 다수의 풀박스(110)와 스플라이싱박스(120)에 의하여 전기보호관 역할을 수행하는 요비선(340)이 삽입된 다수 탄소강관(350)이 결합 고정되는 형태로 구현하고 있다. The
이를 위하여 다수 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120)를 설치하고, 상기 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120) 장방향 측면 중앙에 다수 연결공(179)을 형성하여 상기 연결공(179)에 유도발열관인 탄소강관(350)을 끼워 넣은 후, 상기 끼움부위인 상기 연결공(179)과 이와 대면하는 상기 탄소강관(350) 부위를 용접하여 상기 탄소강관(350)을 지면에서 일정 깊이로 수평 고정하고, 상기 풀박스(110) 중 어느 하나 내부로 소정 길이로 돌출된 상기 탄소강관(350) 내부로 상기 니켈크롬 발열선(310) 및 1차, 2차 절연체(320, 330) 외주면을 감싸 보호하는 요비선(340)을 밀어 넣거나 빼는 방식으로 설치 및 관리하여 일부 구간별 보수가 가능하도록 하고 있다.To this end, a plurality of
이하, 본 발명에 따른 탄소유도발열체 구조를 매설하기 위한 구조체에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a structure for embedding the structure of the carbon induction heating element according to the present invention will be described in detail.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 도로 지면으로부터 대략 100mm 깊이에 4개의 풀박스(110)와, 상기 풀박스(110) 사이에 설치된 다수의 스플라이싱박스(120)를 차량 진행방향으로 바퀴 궤적 범위에 따라서 일직전으로 라인 배열하여 고정한다.As shown in FIGS. 4 and 5, first, four
상기 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120)는 도체를 쉽게 잡아당기기 위하여 하나 이상의 연속된 배선관 도중에 삽입되어 도체의 분배 목적에 이용되는 커버를 가진 상자 형태로 내부가 비어있는 구조로 도전체 재질로 구성하며, 각각 상향 개구된 본체(111, 121)와 상기 본체(111, 121)에 결합되어 상방향 차폐하는 덮개(112, 122)로 구성되어 있다. The
그리고 상기 풀박스(110) 내부는 동공부를 이루며 각기 바닥면부(111a)와 수직변측면부(111b)와 수평면측면부(111c)로 구성되며, 상기 스플라이싱박스(121) 또한 내부 중공 형상으로 수직변측면부(121b)와 수편변측면부(121c)로 이루어지며 각각 상부 덮개(112,122)로 상향 차폐 마무리된다.And the inside of the
그리고, 유도발열관 기능을 수행하는 탄소강관(350) 일단이 각각 풀박스(110)와 스플라이싱박스(120)에 결합되는데 이를 위하여 상기 일측 풀박스(110) 내측면부 중앙으로 일정 간격을 갖는 풀박스연결공(178)을 다수 형성하고 이와 대향하는 중앙 부위에 설치된 상기 스플라이싱박스(120) 수직변측면부(121b)에 대응하는 위치에 같은 크기의 스플라이싱박스 연결공(179)을 다수 구성한다.In addition, one end of the
이 경우 상기 탄소강관(350) 일측 끝단은 상기 풀박스연결공(178)을 통하여 삽입되어 풀박스(110) 내부로 도입되도록 설치하며 내부 돌출길이는 상기 탄소강관(350) 내부로 상기 발열체 및 절연체로 구성되는 요비선(340)을 밀어넣을 수 있도록 조절하여야 한다.In this case, one end of the
이 때, 상기 탄소강관(350)이 삽입되는 부위인 상기 탄소강관(350)과 상기 풀박스연결공(178)이 맞닿는 부위로는 일정 두께범위로 용접하여 상기 탄소강관(350)이 고정되도록 한다. At this time, the
비슷한 방식으로 상기 탄소강관(350) 타측 끝단은 상기 스플라이싱박스(121) 수지변측면부(121b) 중앙에 형성된 연결공(179)에 삽입되고 용접체결한다. 이러한 방식은 상기 스플라이싱박스(120) 타측면 연결공(179)과 타측 풀박스연결공(178)에 탄소강관(350)이 삽입되는 구조에 동일하게 적용된다.In a similar manner, the other end of the
그리고 상기 다수 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120) 내부로는 보호관인 탄소강관이 없는 요비선(340) 형태 또는 발열체인 니켈크롬 발열선(310) 형태로 연결 및 수납되도록 하여 스노우멜팅 시스템 설치도로의 부분별 결함이 발생하는 경우 문제되는 부분만 전기선을 인출하고 커팅한 후 발열선(310)을 재결속하거나 발열선 매설 길이를 필요에 따라서 인장하거나 겹침 수납하여 길이 변화에 적절히 대응할 수 있도록 함이 바람직하다. In addition, the plurality of
아울러, 상기 탄소강관(350) 내부로 수납된 요비선(340)이 루프 형상으로 연속 연결되도록 기능하는 발열관폐루프 연결부(133)로는 인접 구성되는 상기 풀박스(110) 상호간을 연결하는 도전 재질의 폐루프연결관(133)을 구성하며, 상기 폐루프연결관(133)은 용접 등의 방법으로 상기 풀박스(110)에 전기적으로 연결되도록 한다.In addition, the heating pipe closed
그리고 발열체를 구성하는 니켈크롬 전선(310)은 전선을 보호하는 요비선(340)에 의하여 감싸진 형상으로 매설되며, 이 경우 외부 전기단자에 연결되어 있는 요비선(340) 일측 끝단은 상기 풀박스(110) 중 어느 하나의 내부로 인입된 후 스플라이싱박스(120)와 풀박스(110)에 연결된 상기 탄소강관(350) 내부로 밀어넣어 탄소강관 폐루프를 구성할수 있도록 함이 바람직하다.And the
이를 위하여, 어느 하나의 풀박스연결공(178)과 인접하는 풀박스연결공(178)에 고정된 상기 탄소강관(350)을 이음 연결식으로 관통되도록 하여 상기 요비선(340) 타측 끝단이 상기 폐루프연결관(130)을 통하여 요비선(340)이 인입된 풀박스(110) 내부로 수용된 후 상기 풀박스(110) 일측면에 형성된 연결공을 통하여 외부로 배출되도록 하여 외부 전기단자에 전기적 접속되어 발열체에서의 발열이 이루어지게 된다.To this end, the
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 유도발열 시스템 동작을 간단히 설명하면 다음과 같다.A brief description of the operation of the induction heating system according to an embodiment of the present invention having such a configuration is as follows.
본 발명에 따른 발열체인 니켈크롬 발열선(310)이 내삽된 상기 요비선(340) 일측 끝단과 타측 끝단을 외부 전극에 전기적 접속시킨 후 단상 또는 3상의 교류전원을 전기적으로 인가하면 발열전선(310)에 전류가 흐르게 되고 1,2차 절연체(320, 330) 피복에 일정 함량의 카본블랙을 혼합하여 열전도성을 향상시키고 상기 탄소강관(350) 내측 표피로 유도전류가 흐르도록 하여 상기 탄소강관(350)은 발열되게 된다. 이 경우, 상기 탄소강관(350)은 탄소함유 0.13 ~ 0,20%인 범위로 구성하여 유도발열 효율을 높일 수 있도록 함이 바람직하다. When one end and the other end of the
전술한 일실시예에서는 발열체(310)가 하나의 교류전원에 연결되도록 구성하고 있으나 필요에 따라서 복수의 교류전원(단상 또는 3상)에 연결되도록 구성할 수도 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 도면에서는 2조의 풀박스를 사용하고 있으나 도로 노면의 설치 폭에 따라서 한 조 또는 3조 이상의 풀박스를 구성할 수도 있고, 상기 탄소강관(350)이 하나의 폐루프를 이루도록 구성하고 있으나 필요에 따라서 복수의 폐루프를 이루도록 할 수도 있을 것이다. In the above-described embodiment, the
그리고, 상기 다수 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120)를 매개하여 탄소유도발열체(300) 매설 설치 후 도로 절단부 홈을 메꾸기 위한 후공정인 도로 표면 양생작업에서는 고강도 시멘트에 기존 도로 표면색상과 유사한 분말형 색소를 혼합하여 마감처리 하는 것이 바람직하다. In addition, in the road surface curing work, which is a post-process for filling the groove of the road cut section after the installation of the carbon induction heating element 300 via the plurality of
이는 기존의 스노우멜팅 시스템 적용도로의 경우 발열체(300) 삽입 후 이어지는 후공정 몰탈 과정에서 기존 아스팔트나 콘크리트와 상이한 색상이 발현되어 미관상 좋지 않은 문제점을 개선하기 위함이다. This is to improve a problem that is not aesthetically pleasing in the case of an existing snow melting system applied road, as a different color from the existing asphalt or concrete is expressed in the mortar process in the post-process following the insertion of the heating element 300.
도 6은 본 발명에 따른 도로융설시스템 설치 후 도로의 전체적인 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 차량 바퀴가 지나가는 궤적인 노면상 발열부분(210)은 90cm 내지 110cm 범위를 차지하고, 그 하부로 매설되는 전기발열선을 포함하는 탄소발열체(300)는 지면으로부터 깊이 60mm 내지 80mm 범위에서 매설되고, 상기 발열부분(210) 일면 내부로는 온도 및 습도 감지센서(220)를 설치하여 도로 노면 상황 및 발열 상황을 체크할 수 있도록 구성하고, 전기발열선(310) 전기단자가 연결되는 결선함(240) 및 상기 결선함(240)으로부터 다수 결선이 연결되어 외부에 설치되며 컨트롤박스 역할을 수행하는 결선연결관(250)이 구성된다. 6 is an overall schematic configuration diagram of a road after installation of the road snow melting system according to the present invention. As shown, the
이어서, 본 발명에 따른 도로 융설시스템에 있어서의 제어방식에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. Next, a control method in the road snow melting system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
상기 도로융설 시스템을 제어하기 제어방식은 원격제어가 가능한 모니터링 방식으로 IoT 모니터링(500) 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 와이파이(WIFI)를 설치하고 스마트 콘센트를 메인전원에 부착한 후 휴대폰 어플을 통하여 상기 시스템이 설치된 도로 관리자가 관리 및 운영하도록 한다.It is preferable to use the IoT monitoring 500 method as a control method for controlling the road snow melting system as a monitoring method capable of remote control. To this end, after installing Wi-Fi and attaching a smart outlet to the main power source, the road manager on which the system is installed is managed and operated through a mobile phone application.
상기 IoT 모니터링 방식은 기상청 기상정보 및 터널 또는 지하주차장 모니터링 시스템 정보를 수시로 받을 수 있는 데이터 연산방식 및 눈이 내린 도로 표면의 온도와 습도를 센서(220)를 통하여 전송받는 센서정보방식을 통한 다양한 데이터를 수시로 수신할 수 있는 수신모듈(520) 및 실시간 화면전송을 위한 송신모듈(510)을 포함하여 구성하도록 함이 바람직하다.The IoT monitoring method includes various data through a data calculation method that can receive meteorological information from the Meteorological Agency and tunnel or underground parking lot monitoring system information from time to time, and a sensor information method that receives the temperature and humidity of the snowy road surface through the
이를 위하여는 발열체인 발열선(310)으로의 인가 공급전원, 발열체 최고 사양온도, 사용온도 범위, 발열간격, 발열량, 제품수명 등이 미리 충분한 스노우멜팅 시스템 사전 시험에 의하여 셋팅되어 있어야 한다. To this end, the applied power supply to the
이러한 자동 원격제어 가능 제어시스템(530)을 사용하면 강설 및 온도 및 습도 감지센서(220) 등을 설치하여 눈이 오거나 노면 결빙시에 무인 자동 작동은 물론 현장상황에 대한 모니터링 화면을 통하여 원격으로 실시간 감시제어가 가능하기 때문에 시설 유지관리가 편리하여 기상 악화에 따른 재해를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.Using such an automatic remote control capable control system 530, by installing snowfall and temperature and
이를 위하여, 발열체 매설 도로 일측 지면으로는 원격 감시제어 자동제어반에 해당하는 별도의 결선함(240) 및 결선연결관(250)을 설치하여 발열체(310)로의 전기인가를 위한 접속함 기능만이 아니라 다수 센서(220)로부터의 송신 신호를 받아 연산처리하는 컨트롤러 및 다수의 전기 입출력신호 스위치를 구성하여 발열체를 이용한 효율적인 발열 동작이 수행되도록 하여 고장시 도로시설 관리자가 신속하게 대응할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.To this end, a
그리고, 또 다른 실시예로 재해시 컨트롤타워가 되는 재해상황실에서 발열체 매설 도로에 대한 원격 감시제어가 가능하도록 실시간으로 스노우멜팅 시스템 설치도로의 현장 감시화면을 송신모듈(510)을 통하여 전송하도록 한다.In another embodiment, in a disaster situation room serving as a control tower in case of a disaster, the field monitoring screen of the road where the snow melting system is installed is transmitted in real time through the transmission module 510 so that remote monitoring and control of the road where the heating element is buried is possible.
그리고, 본 발명에서는 이러한 감시 후 현장방문 시스템 동작에 그치는 것이 아니라 관리자가 별도의 앱을 통하여 원격 자동제어가 가능하도록 와이파이 기반의스마트플러그를 설치하고 이러한 발열체(300) 전기인가 기기를 미리 등록하여 차량의 미끄럼 사고를 미연에 방지할 수 있도록 도로시설 관리자가 IoT 모니터링(500)시스템을 통하여 자동 원격제어가 가능하도록 하여 효율적인 시스템을 제공하고 있다. In addition, in the present invention, the operation of the field visit system after such monitoring is not limited, but the administrator installs a Wi-Fi-based smart plug so that remote automatic control is possible through a separate app, and the heating element 300 is registered in advance so that the vehicle In order to prevent slipping accidents in advance, road facility managers provide an efficient system by enabling automatic remote control through the IoT monitoring (500) system.
바람직하게는 이러한 원격제어 기능은 재해상황에서의 비상시에 대비하여 재해상황실 관리자가 앱을 사용하여 이와 연동되는 스마트플러그 시스템을 활용하는 방식을 사용할 수 있도록 하는 제어 시스템을 구성한다.Preferably, such a remote control function constitutes a control system that enables a disaster situation room manager to use a method of utilizing a smart plug system linked thereto by using an app in preparation for an emergency in a disaster situation.
또 다른 기능으로 결빙이 예상된 위험 구간에서 별도의 앱을 설치한 운전자가 사전에 해당 도로 상태를 미리 확인해 볼 수 있도록 도로 현재 상황화면 및 도로 현재상태 정보를 제공하여 운전자가 우회하거나 속도 감속등 사고 예방 차량 움직임을 갖도록 하여 차량 미끄럼 사고를 미연에 방지할 수 있도록 시스템을 구성할 수도 있을 것이다.Another function is to provide a road current situation screen and road current status information so that the driver who has installed a separate app in the danger zone where freezing is expected can check the road condition in advance, so that the driver bypasses or accidents such as speed reduction. The system may be configured to prevent vehicle sliding accidents in advance by having preventive vehicle movements.
그리고, 해당 도로를 지난 차량 운전자가 도로의 현재 노면 상태를 피드백하여 다른 운전자 및 시스템 관리자에게 실시간 전송할 수 있도록 하여 쌍방향 커뮤니케이션이 가능한 IoT 기반의 제어 시스템(500)을 구현함이 바람직하다. 이 경우, 차량안전을 위하여 문자 입력 방식보다는 도로 노면 상태를 안전/조심/위험 등급인 A/B/C 등급으로 터치 입력화면을 구성하여 운전자가 손쉽게 현재의 노면 상태정보를 송신할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.In addition, it is desirable to implement an IoT-based control system 500 capable of interactive communication by allowing a vehicle driver who has passed the corresponding road to feed back the current road surface state of the road and transmit it in real time to other drivers and system managers. In this case, for vehicle safety, the touch input screen is composed of A/B/C grades, which are safety/careful/dangerous grades, rather than text input method, so that the driver can easily transmit the current road surface condition information. More preferable.
그리고, 스노우멜팅 시스템이 설치된 구역에 대한 정보를 통합하여 관리하는 통합전산망(540)을 구축하여 IoT 모니터링 시스템(500)과 원격제어 시스템(530)이 적용되도록 하여 보다 포괄적이고 효율적인 전산망 활용이 가능하도록 하는 구성도 가능할 것이다. In addition, by establishing an integrated computer network 540 that integrates and manages information on the area where the snow melting system is installed, the IoT monitoring system 500 and the remote control system 530 are applied, so that a more comprehensive and efficient computer network can be utilized. It will also be possible to configure.
상기한 본 발명에 따른 탄소유도발열체를 이용한 도로 융설시스템의 일실시예는 본 발명의 권리 범위를 한정하는 것이 아니며, 후술하는 청구항에 기재된 권리범위 영역에서 당업자에게 자명한 보다 다양한 실시예로 시스템을 구성할 수 있음은 자명하다 할 것이다. One embodiment of the road snow melting system using the carbon induction heating element according to the present invention described above does not limit the scope of the present invention, and the system is implemented in more various embodiments that are apparent to those skilled in the art in the scope of the rights described in the claims to be described later. It is self-evident that it can be configured.
110: 풀박스 120: 스플라이싱박스
133: 폐루프연결관 178: 풀박스연결공
179: 스플라이싱박스연결공 210: 발열부분
220: 온도 및습도 감지센서 240: 결선함
250: 결선연결관 300: 탄소유도발열체
310: 니켈크롬 발열선 320: 1차 절연체
330: 2차 절연체 340: 요비선
350: 탄소강관 400: 건식도로컷팅기
420: 진공흡입용 장치 500: IoT 모니터링 시스템
510: 송신모듈 520: 수신모듈
530: 원격제어시스템 540; 스노우멜팅 통합전산망110: full box 120: splicing box
133: closed loop connector 178: full box connection hole
179: splicing box connection hole 210: heating part
220: temperature and humidity sensor 240: wiring box
250: connection connector 300: carbon induction heating element
310: nickel chromium heating wire 320: primary insulator
330: secondary insulator 340: yobi wire
350: carbon steel pipe 400: dry road cutter
420: device for vacuum suction 500: IoT monitoring system
510: transmission module 520: reception module
530: remote control system 540; Snow melting integrated computer network
Claims (6)
외부자켓으로서 탄소강관(350)을 지표면으로부터 60~80mm 깊이로 매설하고,
상기 탄소강관(350) 내부로는 중심부로부터 외부방향으로 순차적으로 발열도체인 니켈크롬발열선(310)과, 카본블랙을 함유한 1차 절연체(320) 및 카본블랙을 함유한 2차 절연체(330)를 내설하여 구성된 탄소유도발열체(300)를 사용하며,
상기 탄소유도발열체(300)는 200 ~ 300mm 간격으로 2~4 라인을 도로를 절단하여 매설하되,
상기 도로의 절단방법으로는 표층 아스팔트 또는 콘크리트를 제거한 후, 기층에 다이아몬드날을 삽입한 건식컷팅기(400)를 사용하여 폭 20mm, 깊이 60~80mm로 일정하게 절단하고 상기 다이아몬드날(410) 주변으로는 진공흡입용 장치(420)를 부착하여 발생되는 먼지나 이물질을 흡입하여 제거하는 건식흡입 방식을 사용하며,
상기 탄소유도발열체(300)를 매설하기 위한 다수 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120)를 설치하고, 상기 풀박스(110) 및 스플라이싱박스(120) 장방향 측면 중앙에 다수 연결공(178, 179)을 형성하여 상기 연결공(178, 179)에 탄소강관(350)을 끼워 넣은 후, 상기 연결공(178, 179)과 이와 대면하는 상기 탄소강관(350) 부위를 용접하여 상기 탄소강관(350)을 지면에서 일정 깊이로 수평 고정하고, 상기 풀박스(110) 중 어느 하나 내부로 소정 길이로 돌출된 상기 탄소강관 내부로 상기 니켈크롬 발열선(310) 및 1차 절연체(320) 및 2차 절연체(330) 외주면을 감싸 보호하는 요비선(340)을 밀어넣거나 빼는 방식으로 설치 및 관리하여 일부 구간별 보수가 용이하도록 하며,
상기 탄소강관(350)은 탄소성분이 0.13 ~ 0.20%이고,
상기 1차 절연체(320)는 테프론 재질의 불소수지와 카본블랙을 혼합하여 구성하되 카본블랙 함량은 22.80 ~ 23.25%이며,
상기 2차 절연체(330)는 카본블랙이 24.00 ~ 24.20% 함유된 열가소성탄성체(TPE)인 것을 특징으로 하는 탄소유도 발열체를 이용한 도로융설 시스템.
In the road melting system using a heating element,
As an outer jacket, a carbon steel pipe (350) is buried to a depth of 60 to 80 mm from the ground surface,
Inside the carbon steel pipe 350, a nickel chromium heating wire 310 which is a heating conductor sequentially from the center to the outside, a primary insulator 320 containing carbon black, and a secondary insulator 330 containing carbon black Using a carbon induction heating element 300 constructed by internally installing,
The carbon induction heating element 300 is buried by cutting the road in 2 to 4 lines at intervals of 200 to 300 mm,
As for the cutting method of the road, after removing the asphalt or concrete on the surface layer, by using a dry cutter 400 having a diamond blade inserted into the base layer, it is uniformly cut into a width of 20 mm and a depth of 60 to 80 mm, and the surface is cut around the diamond blade 410. Uses a dry suction method in which dust or foreign matter generated by attaching a vacuum suction device 420 is sucked and removed,
A plurality of pull boxes 110 and splicing boxes 120 are installed to bury the carbon induction heating element 300, and a plurality of the pull boxes 110 and splicing boxes 120 are connected to the center of the longitudinal side After forming the holes (178, 179) and inserting the carbon steel pipe (350) into the connection holes (178, 179), the connection holes (178, 179) and the portion of the carbon steel pipe (350) facing it are welded to The carbon steel pipe 350 is horizontally fixed to a predetermined depth from the ground, and the nickel chromium heating wire 310 and the primary insulator 320 protrude into any one of the full boxes 110 with a predetermined length into the carbon steel pipe. ) And the secondary insulator 330, the yobi wire 340 that wraps around the outer circumferential surface and protects it by pushing or removing the yobi wire 340, which is installed and managed to facilitate repair for each section
The carbon steel pipe 350 has a carbon component of 0.13 to 0.20%,
The primary insulator 320 is composed of a mixture of a fluororesin made of Teflon and carbon black, but the content of carbon black is 22.80 to 23.25%,
The secondary insulator 330 is a road melting system using a carbon-induced heating element, characterized in that the thermoplastic elastomer (TPE) contains 24.00 to 24.20% of carbon black.
상기 탄소유도발열체(300) 매설 후 도로 절단부 홈을 메꾸기 위한 후공정인 도로 표면 양생작업에서 양생재료인 고강도 시멘트에 분말형 색소를 혼합하여 마감처리하는 것을 특징으로 하는 탄소유도 발열체를 이용한 도로융설 시스템.
The method of claim 1,
A road melting system using a carbon-induced heating element, characterized in that after the carbon induction heating element 300 is buried, in a road surface curing work, which is a post-process for filling the groove of the road cut section, a high-strength cement curing material is mixed with a powdery pigment to finish treatment .
상기 도로융설 시스템을 제어하기 위한 제어방식은 원격제어가 가능한 모니터링 방식으로 IoT 모니터링 시스템(500) 방식을 사용하며, 이를 위하여 와이파이(WIFI)를 설치하고 스마트 콘센트를 메인전원에 부착한 후 휴대폰 어플을 통하여 상기 시스템이 설치된 도로관리자 또는 재해발생시 이를 컨트롤하는 재해상황실 관리자가 관리 및 운영하고, 상기 IoT 모니터링 시스템(500) 방식은 기상청 기상정보 및 터널 모니터링 시스템 정보를 수시로 받을 수 있는 데이터 연산방식 및 눈이 내린 도로 표면의 온도와 습도를 센서(220)를 통하여 전송받는 센서정보방식을 통한 데이터를 수시로 수신할 수 있는 수신모듈(520) 및 현장실시화면을 재해상황실에 실시간으로 전송하는 송신모듈(510)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소유도발열체(300)를 이용한 도로융설 시스템.
The method of claim 1 or 5,
The control method for controlling the road snow melting system uses the IoT monitoring system 500 method as a monitoring method capable of remote control. For this, a mobile phone application is installed after installing WiFi and attaching a smart outlet to the main power supply. Through a road manager installed with the system or a disaster situation room manager who controls it when a disaster occurs, the IoT monitoring system 500 is a data calculation method that can receive weather information and tunnel monitoring system information from the Meteorological Agency at any time. A receiving module 520 that can frequently receive data through a sensor information method that receives the temperature and humidity of the downed road surface through the sensor 220, and a transmission module 510 that transmits real-time on-site execution screens to the disaster situation room. Road melting snow system using a carbon induction heating element 300, characterized in that it comprises a.
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