KR102280829B1 - 스노우멜팅 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로의 표면에 인쇄되어 열을 발생시키는 발열부, 도로의 일 방향을 따라 표면으로부터 소정 깊이 함몰되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 함몰부, 상기 함몰부에 삽입되어 전류를 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부의 일 단에 연결되어 상기 전원공급부로부터 공급받은 전력을 상기 발열부로 전달하는 전원전달부를 포함하며, 상기 발열부는 탄소나노튜브 (CNT) 인 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템에 관한 것이다.

Description

스노우멜팅 시스템 {SNOW MELTING SYSTEM}

본 발명은 결빙 방지가 요구되는 곳의 스노우멜팅 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 겨울철 눈이 내리거나 온도차에 의한 노면 결빙을 제거하기 위한 히팅케이블에 관한 종래 기술로는 등록특허 제10-1157187호 "도로 융설용 케이블" 이 있는데, 상기 종래기술은 케이블이 인장력 및 내구성이 향상된 구조를 가져 파손방지 및 반영구적인 수명이 가능하고, 보온성이 월등히 향상된 도로 융설용 케이블로서, 전원을 공급하는 전원선과, 상기 전원선에서 공급되는 전원을 공급받아 발열하도록 구성되되, 심선 외면에 저항선이 권선되는 권선형 도체와, 상기 권선형 도체의 외주면을 감싸 설치된 절연내피로 구성되는 발열선과, 상기 전원선 및 발열선의 외주면을 따라 권취되어, 내부에 공기층을 형성하고 상기 발열선에서 발생되는 열을 확산시키도록 구성하는 확산밴딩부와, 상기 공기층 내에 배치되고, 강선으로 마련되어 인장력 및 강도를 향상시키도록 구성되는 1 개 이상의 보강선과, 상기 확산밴딩부의 외면에 피복되어 상기 전원선, 발열선 및 확산밴딩부를 보호하고, 확산 밴딩부를 통해 전달되는 열을 외부로 확산시키도록 구성되는 금속 피복층을 포함한 도로 융설용 케이블을 제시하고 있다.

나아가 종래기술로 등록실용신안 제20-0307204호 "발열선" 이 있는데, 상기 종래기술은 절연 피복체 내에 전류의 흐름에 따라 열을 발생시키는 히터선과 전류의 통로 역할을 갖는 리드선이 절연 피복체의 길이 방향을 따라 서로 평행한 상태로 배치되어 있으며, 히터선의 한 종단에는 전원선의 한 단자가, 리드서의 한 종단에는 전원선의 또 다른 단자가 연결되며, 히트선과 리드선의 또 다른 종단은 서로 연결되어 있어 히터선 및 히터선에 인접하는 리드선에는 전류가 서로 반대 방향으로 흘러 히터선에서 발생된 전자파와 리드선에서 반대 방향으로 발생된 전자파가 상쇄 소멸되는 발열선을 제시하고 있다.

그러나 두 종래기술은 히팅케이블 (발열선) 에 관한 것으로, 히팅케이블을 매설하는 경우 히팅 케이블을 정위치 고정시키는 수단이 구비되지 않아 원하고자 하는 위치에 정확하게 고정시킬 수 없으며, 노면에 이러한 히팅케이블을 고정시키는 수단이 구비되어 있다고 하더라도, 히팅케이블이 노면에 노출되지 않기 위해서 아스콘을 포장해야 하는 불편이 있었다.

나아가, 히팅케이블은 전열선 면적당 전기소모량이 크기 때문에 전력효율이 좋지 않은 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같이 노면에 스노우멜팅 시스템을 시공할 때, 기존의 히팅케이블을 사용함으로 인해 발생하는 공정상 불편을 해결하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 전열선 면적당 전기소모량을 줄여 전력효율이 상승된 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 도로의 표면에 인쇄되어 열을 발생시키는 발열부, 도로의 일 방향을 따라 표면으로부터 소정 깊이 함몰되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 함몰부, 상기 함몰부에 삽입되어 전류를 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부의 일 단에 연결되어 상기 전원공급부로부터 공급받은 전력을 상기 발열부로 전달하는 전원전달부를 포함하며, 상기 발열부는 탄소나노튜브 (CNT) 인 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 전원전달부는 상기 전원공급부의 양의 극에 연결되는 제 1 전원전달부 및 상기 전원공급부의 음의 극에 연결되는 제 2 전원전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 제 1 전원전달부는 도로의 진행 방향을 따라 일측에 구비되고, 상기 제 2 전원전달부는 도로의 진행 방향을 따라 타측에 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 발열부는 상기 전원전달부와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 1 발열부 및 상기 제 1 발열부와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 2 발열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 제 2 발열부는 도로위를 달리는 차량의 바퀴의 이동경로를 따라 상기 차량의 바퀴 부분과 상기 도로가 접하는 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 제 2 발열부는 도로위를 달리는 차량의 바퀴의 이동경로와 수직이 되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 함몰부에 삽입된 상기 전원전달부는 상기 전원공급부와 전기적으로 연결될 수 있도록 구비되며, 상기 전원전달부 및 상기 전원공급부의 외주면과 상기 함몰부의 내주면의 사이에 상기 함몰부 내부의 균열 또는 공극을 메꾸기 위한 열경화성 수지가 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템을 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 노면에 스노우멜팅 시스템을 시공할 때, 기존의 히팅케이블을 사용함으로 인해 발생하는 공정상 불편을 해결하는 스노우멜팅 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 전열선 면적당 전기소모량을 줄여 전력효율이 상승된 스노우멜팅 시스템을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 스노우멜팅 시스템의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열부의 배치구조를 도시한 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 함몰부를 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, ““...수단”, ““...부”, ““...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 스노우멜팅 시스템의 개략도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스노우멜팅 시스템은 도로의 일 면에 인쇄되어 열을 발생시키는 발열부 (210), 도로의 일 방향을 따라 표면으로부터 소정 깊이 함몰되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 함몰부 (310), 상기 함몰부에 삽입되어 전류를 공급하는 전원공급부 (250), 상기 전원공급부의 일 단에 연결되어 상기 전원공급부로부터 공급받은 전력을 상기 발열부로 전달하는 전원전달부 (230) 및 상기 전원공급부 (250) 에 전원을 공급 및 제어하는 제어부 (100) 를 포함하도록 구비될 수 있다.

제어부 (100) 는 본 발명의 스노우멜팅 시스템에 전력을 제공함과 동시에 어떤 컨디션에서 작동을 하는지 제어하도록 구비될 수 있다.

전력공급과 관련하여, 제어부 (100) 는 기존에 존재하는 전력소스로부터 직접 전력을 공급받도록 구비될 수 있으며, 태양열 집열판을 구비하여 태양열을 이용하여 생성된 전력을 이용해 본 스노우멜팅 시스템을 가동시킬 수 있다.

한편, 상기 제어부 (100) 는 수분센서를 포함하도록 구비될 수 있는데, 본 발명의 스노우멜팅 시스템은 겨울에 눈이나 비가 왔을 경우, 도로에 열을 가하여 도로의 표면에 미끄러운 얼음이 발생하거나 눈이 쌓이는 것을 방지하기 위함인데, 이를 위해서는 눈이나 비가 오는 상황을 측정할 수 있어야 한다.

따라서, 상기 제어부 (100) 에 구비된 수분센서로 인하여 눈이나 비가 오는 것을 측정할 수 있고, 이로 인하여 스노우멜팅 시스템의 가동 여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.

전원전달부 (230) 는 상기 전원공급부의 양의 극에 연결되는 제 1 전원전달부 (231) 및 상기 전원공급부의 음의 극에 연결되는 제 2 전원전달부 (233) 를 포함하도록 구비될 수 있고, 상기 제 1 전원전달부 (231) 는 도로의 진행 방향을 따라 일측에 구비되고, 상기 제 2 전원전달부 (233) 는 도로의 진행 방향을 따라 타측에 구비될 수 있다.

전원전달부 (230) 는 구리 또는 니켈과 같은 열전도율이 높은 비활성금속으로 구비될 수 있다.

본 발명의 스노우멜팅 시스템은 눈이나 비가 오는 경우를 상정하기 때문에, 상기 전원전달부 (230) 는 액체에 노출될 수 밖에 없기 때문에, 이온화 경향이 비교적 낮은 비활성금속으로 구비됨으로 인하여, 부식을 보다 효율적으로 예방할 수 있다.

발열부 (210) 는 상기 전원전달부 (230) 와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 1 발열부 (211) 및 상기 제 1 발열부 (211) 와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 2 발열부 (213) 를 포함하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 발열부 (210) 의 구조에 대해서는 도 2 를 참조하여 뒤에서 보다 구체적으로 서술하도록 한다.

발열부 (210) 는 탄소나노튜브 (CNT) 로 구비될 수 있다.

탄소나노튜브는 탄소 6 개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 신소재로서, 형태는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있다. 관의 지름이 수 내지 수십 나노미터에 불과하여 탄소나노튜브라고 일컬어지게 되었다.

전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다.

탄소섬유는 1% 만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15% 가 변형되어도 견딜 수 있다.

또한, 발열부 (210) 에 사용되는 탄소나노튜브 (CNT) 는 금속을 도핑한 탄소나노튜브로 구비될 수 있다.

금속-탄소나노튜브를 적용한 페이스트는 온도 저항계수가 거의 0 에 가까우며, 반복적인 사용에도 저항수치의 변화가 없어서 신뢰성 확보가 용이하고, 전류 흐름성도 좋아지는 효과가 있다.

한편, 앞서 상술한 바와 같이 종래에는 스노우멜팅 시스템을 구축하기 위해서, 히팅케이블을 지면에 매설하고, 이를 다시 포장재로 덮는 방식을 취하고 있어서, 시공이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제가 있었다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열부 (210) 가 액상으로 인쇄 후 응고가 가능한 탄소나노튜브로 구비됨으로 인하여, 종래 히팅케이블을 지면에 매설하기 위하여 도로를 커팅하고, 히팅케이블의 매립 이후 다시 포장재로 덮을 필요가 없이, 도로의 표면에 발열부 (210) 를 인쇄한 이후 응고시키면 되기 때문에 시공 절차가 간단해지고, 시공 시간이 단축되는 효과가 존재한다.

나아가, 기존의 히팅케이블의 경우 부피가 있기 때문에 자동차들의 운행을 방해하지 않도록 도로의 내부에 매립되어야 했다.

따라서, 도로의 내부에서 열을 발생시켜 도로의 표면까지 그 열을 전달시켜야 했기 때문에 도로의 표면 온도를 표적 온도로 유지시키기 위해서는 보다 많은 전력이 소모되었다.

하지만, 본 발명에 따른 발열부 (210) 는 도로 표면에 인쇄되기 때문에 도로의 표면 온도를 표적 온도로 유지시키기 위해서 소모되는 전력이 기존의 히팅케이블을 사용하는 경우에 비해 50% 이상 감소될 수 있는 효과가 있다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열부의 배치구조를 도시한 것이다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열부 (210) 는 전원전달부 (230) 와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 1 발열부 (211) 및 상기 제 1 발열부 (213) 와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 2 발열부 (213) 를 포함하도록 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2 (a) 를 참조하면, 적어도 하나 이상의 제 1 발열부 (211) 및 제 2 발열부 (213) 는 자동차의 진행 방향과 동일한 방향으로 구비될 수 있고, 제 2 발열부 (213) 는 도로위를 달리는 차량의 바퀴의 이동경로를 따라 상기 차량의 바퀴 부분과 상기 도로가 접하는 영역에 구비될 수 있다.

이로 인하여, 적정량의 전력으로 차량의 바퀴 부분이 접하는 부분의 도로에 있는 눈이나 얼음을 녹일 수 있기 때문에, 기존의 스노우멜팅 시스템보다 에너지 효율이 현격히 상승되는 효과가 있다.

또한, 도 2 (b) 에 도시된 바와 같이 제 2 발열부 (213) 는 달리는 차량의 바퀴의 이동경로와 수직이 되도록 구비되도록 구비될 수 있다.

이로 인하여, 도로 전체에 쌓인 눈이나 얼음을 모두 녹일 수 있고, 앞서 설명한 바와 본 발명의 발열부는 같이 도로의 내부에 매립된 히팅케이블에서 열을 도로의 표면으로 전도시키는 방식이 아닌, 도로의 표면에서 직접 열을 발생시키는 방식으로 열을 공급하기 때문에 도 2 (b) 에 도시된 바와 같은 방식으로 모든 도면을 커버하도록 구비되어도 기존의 스노우멜팅 시스템보다 에너지 효율이 약 2배 이상 높다.

이러한 에너지 효율의 계산은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 자명하게 도출해 낼 수 있는 부분이기 때문에 이에 대해서는 부가적인 설명을 생략하기로 한다.

한편, 도 2 (a) 및 도 2 (b) 에 도시된 발열부의 배치 구조는 설명의 편의를 위하여 일 예를 들어 도시한 것이고, 도로의 표면에 열을 공급하여 도로위에 쌓인 눈이나 얼음을 녹이는 배치이면 충분한 것이며, 이는 본 발명의 권리범위를 한정하려는 의도는 아니다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 함몰부를 도시한 것이다.

도 3 을 참조하면, 본 발명의 함몰부 (310) 에는 전원전달부 (230) 의 일부가 삽입될 수 있도록 구비되며, 상기 전원전달부 (230) 는 상기 전원공급부 (250) 와 전기적으로 연결될 수 있도록 구비될 수 있다.

상기 전원전달부 (230) 및 상기 전원공급부 (250) 는 직접적으로 전기적으로 연결되도록 구비될 수도 있고, 도 3 에 도시된 바와 같이 커넥터 (400) 의 내부에서 전기적으로 연결되도록 구비될 수도 있다.

전원전달부 (230) 및 상기 전원공급부 (250) 의 외주면과 상기 함몰부 (310) 의 내주면의 사이에 상기 함몰부 내부의 균열 또는 공극을 메꾸기 위해 열경화성 수지 (330) 가 구비될 수 있다.

이는, 도로의 일 부분에 전원전달부 (230) 와 전원공급부 (250) 가 매설되기 위해서는 필수적으로 도로의 일부를 파내는 컷팅 공정이 필수적으로 수반된다.

기존의 컷팅 공정에서는 컷팅 부위를 다시 메꾸기 위해서 시멘트 모르타르를 이용하는 것이 일반적이었으나, 이는 별도의 다짐 작업 없이 채움의 용도로만 사용되기 때문에, 함몰부 (310) 의 내부에 삽입된 전원전달부 (230) 나 전원공급부 (250) 주위에 공극이 발생하는 문제가 있었다.

이러한 공극이 발생하게 되면, 빗물등의 이물질이 침투하여 전원전달부 (230) 나 전원공급부 (250) 의 내구성을 저하시켜 결과적으로는 파손에 이르는 문제가 있으며,

도로위에서 이동하는 차량의 진동으로 인하여 지속적인 스트레스로 인한 피로 파괴 (Fatigue Fracture) 가 발생할 수 있는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스노우멜팅 시스템은 전원전달부 (230) 및 상기 전원공급부 (250) 의 외주면과 상기 함몰부 (310) 의 내주면의 사이에 상기 함몰부 내부의 균열 또는 공극을 메꾸기 위해 열경화성 수지 (330) 가 구비되어, 함몰부부위의 미세 균열이나 전원전달부 (230) 및 상기 전원공급부 (250) 주위의 공극이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 내구성이 증가하는 효과가 있다.

한편, 상기 열경화성 수지 (330) 의 일 예로는 저점도 폴리우레탄이 사용될 수 있다.

저점도 폴리우레탄의 경우에는 액상에서 고체상으로의 경화시간이 약 15분으로 매우 짧은 편이며, 탄성도가 높기 때문에, 상술한 효과를 모두 달성할 수 있기 때문이다.

다만, 상술한 저점도 폴리우레탄은 설명의 편의를 위하여 일 예를 든 것이며, 사용자는 필요에 따라 저점도 폴리우레탄 외에 다른 수지성 재료를 사용할 수 있으며, 이는 본 발명의 권리범위를 한정하지 아니한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 제어부
210 : 발열부
211 : 제 1 발열부
213 : 제 2 발열부
230 : 전원전달부
250 : 전원공급부
310 : 함몰부
330 : 열경화성수지
400 : 커넥터

Claims (7)

1. 도로의 일 방향을 따라 표면으로부터 소정 깊이 함몰되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 함몰부;
   상기 함몰부에 삽입되어 전류를 공급하는 전원공급부;
   상기 전원공급부의 상부면에 전기적으로 연결되도록 구비되는 전원전달부; 및
   상기 전원전달부의 상부면에 구비되고, 도로의 표면에 노출되도록 구비되어 공기중으로 직접 열을 발생시키는 발열부;를 포함하며,
   상기 전원전달부는,
   상기 전원공급부의 양의 극에 연결되는 제 1 전원전달부; 및
   상기 전원공급부의 음의 극에 연결되는 제 2 전원전달부를 포함하고,
   상기 제 1 전원전달부는 도로의 진행 방향을 따라 일측에 구비되고,
   상기 제 2 전원전달부는 도로의 진행 방향을 따라 타측에 구비되며,
   상기 발열부는 탄소나노튜브 (CNT) 인 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열부는,
   상기 전원전달부와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 1 발열부; 및
   상기 제 1 발열부와 면 접촉을 하도록 구비되는 적어도 하나 이상의 제 2 발열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 발열부는 도로위를 달리는 차량의 바퀴의 이동경로를 따라 상기 차량의 바퀴 부분과 상기 도로가 접하는 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 발열부는 도로위를 달리는 차량의 바퀴의 이동경로와 수직이 되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 함몰부에 삽입된 상기 전원전달부는 상기 전원공급부와 전기적으로 연결될 수 있도록 구비되며,
   상기 전원전달부 및 상기 전원공급부의 외주면과 상기 함몰부의 내주면의 사이에 상기 함몰부 내부의 균열 또는 공극을 메꾸기 위한 열경화성 수지가 구비되는 것을 특징으로 하는 스노우멜팅 시스템.

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