KR102394048B1 - 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법 - Google Patents

지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법 Download PDF

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한국철도기술연구원
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Abstract

지열을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도에 적용함으로써, 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지할 수 있고, 산악철도의 특성상 심한 일교차와 동절기 적설 등으로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용을 방지하여 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지할 수 있는, 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FOR MELTING SNOW OF RACK TRACK FOR MOUNTAIN RAILWAY TRACK USING GEOTHERMY, AND CONSTRUCTION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 지열(Geothermy)을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도(Rack Track)에 적용함으로써 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지하고, 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지하는, 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량은 자동차가 다니는 일반적인 도로가 아닌 특수한 통로, 즉, 선로인 레일 위를 운행하도록 만들어졌기 때문에, 차량의 종류가 달라도 그 기본 구조는 모두 동일하며, 철도차량은 차륜부, 차대부, 차체부 및 부속장치로 이루어진다.
이러한 철도차량은 평탄한 지역에 부설된 선로를 주행하고 있으나, 비교적 경사가 급한 산악지대에 부설된 선로를 주행할 수도 있는데, 경사가 급한 산악지대를 주행하는 철도차량 및 선로를 산악철도(Mountain Railway)라고 한다.
도 1a는 통상적인 산악철도를 예시하는 사진이고, 도 1b는 산악철도 구동장치를 포함하는 산악철도 주행 시스템을 예시하는 도면이다.
철도차량의 차륜과 레일은 모두 금속재로 이루어지기 때문에 점착력이 일반 도로주행 차량보다는 떨어지게 되어, 산악철도와 같이 경사가 심한 지역을 운행할 경우, 도 1a에 도시된 바와 같이, 철도차량(11)이 레일(12)의 하부로 미끄러지는 경우가 많아서 운행이 용이하지 않기 때문에, 철도차량(11)이 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 레일(12)의 중앙부에 레일 길이방향을 따라 랙(13)을 설치한다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 철도차량(11)에는 랙(13)에 대응되도록 피니언(Pinion: 14)을 설치함으로써 철도차량(11)이 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 산악의 경사지역을 주행할 수 있게 한다. 즉, 이러한 산악철도 주행 시스템에서, 경사가 급한 지역에 설치된 선로에는 톱니레일인 랙(13)을 설치하고, 철도차량의 하부에는 톱니바퀴인 피니언(14)을 설치하여 철도차량(11)이 하부로 밀리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 동절기 노면결빙은 도로 소통에 큰 지장을 주며, 크고 작은 교통사고를 야기하고, 해마다 교통사고 발생률을 증가시키게 된다. 이를 예방하기 위한 가장 용이한 방법은 제설제를 뿌리는 것이지만, 이러한 제설제는 도로시설물의 성능과 환경에 미치는 여러 가지 부정적 영향이 지적되고 있다.
또한, 이러한 과도한 제설제 사용을 줄이면서 도로의 융설이 가능한 융설 방법 중에서 전열선 방식의 도로 융설 및 지열을 이용한 자동 융설 시스템이 이용될 수 있다. 하지만, 전열선 방식의 경우, 막대한 전기에너지 소비와 함께 고열로 인해 도로의 수명을 급격히 단축시킬 수 있다는 단점이 있으며, 이에 따라, 지열 융설 시스템의 적용이 증가하고 있다. 예를 들면, 표 1은 제설제, 전열선 및 지열 융설 시스템의 장점 및 단점을 비교하여 나타내었다.
[표 1]
Figure 112021094510220-pat00001
구체적으로, 지열 융설 시스템은 지하 150m 깊이에서 순환된 물을 일정 온도로 증온시킨 후, 노면으로부터 5㎝의 포장 내부에 순환시키는 구조로 형성되며, 이때, 노면의 온도를 단시간 내에 5℃ 이상으로 상승시켜 유지하는 시스템을 의미한다.
여기서, 지열은 지표면의 얕은 곳에서부터 수십 ㎞ 깊이에 존재하는 뜨거운 물과 암석을 포함한 땅이 갖고 있는 에너지를 말하며, 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 달라질 수 있지만, 지표면 가까운 땅속의 온도는 대략 10℃~20℃ 정도로 연중 큰 변화가 없지만, 지하 수십 ㎞ 깊이의 지열온도는 40℃~150℃를 유지한다.
이러한 지열 융설 시스템은 다양하게 활용되고 있는데, 도 2a에 도시된 바와 같이, 일반 노면 도로에 활용되고 있으며, 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 최근 철도 궤도와 승강장에서도 활용된 예가 있다.
도 2a는 지열을 이용하여 도로노면(21)을 융설하는 것을 예시하며, 도 2b는 지열을 이용하여 철로 승강장(22)을 자동 제설하는 것을 예시하는 도면이다. 예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 독일의 경우, 승강장 아래 9개의 시추공 열교환기를 200m 깊이까지 설치하여, 지열을 통해 승강장(22)에 쌓인 눈 및 얼음을 융설하고 있다.
한편, 전술한 전열선 방식의 융설 시스템과 관련된 선행기술로서, 일본 공개실용신안번호 실개평7-4501호에는 "철도 선로용 융설장치"라는 명칭의 고안이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 철도 선로용 융설장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 철도 선로용 융설장치(30)는, 철도 선로용 레일(31) 하부에 부설되는 레일 지지용 콘크리트 패널(33) 내에 히트 파이프(41) 또는 온수 순환 파이프 등의 가열 매체 순환로를 형성하고, 또한, 가열 매체열을 인가하는 히터(42)를 마련함으로써 콘크리트 패널(33)의 온도를 상승시킴으로써 철도 선로 주위의 눈을 녹임으로써 적설을 방지할 수 있다.
구체적으로, 철도 선로용 레일(31)은 소정의 폭(W) 및 길이(L)를 갖는 콘크리트 패널(33) 상에 한 쌍의 평행한 레일(31a, 31b)로 형성된다. 종래의 기술에 따른 철도 선로용 융설장치(30)는, 콘크리트 패널(33) 상에 레일 체결장치(32)에 의해 체결되고, 이때, 레일 체결장치(32)는 한 쌍의 체결볼트(32a, 32b)에 의해 철도 선로용 레일(31)을 콘크리트 패널(33) 상에 체결한다.
종래의 기술에 따른 철도 선로용 융설장치(30)는, 가열 매체를 수용한 순환로를 형성하며, 일단의 밀폐관이 헤더를 형성하는 히트 파이프(41) 및 이 헤더 내에 장착되는 전기히터(42)로 구성되며. 히트 파이프(41)는 그 밀폐관이 헤더를 형성하고 있는 증발부(41a)와 상기 증발부(41a)로부터 소정 피치로 분기되는 복수의 응축부(41b로 구성되며, 증발부(41a)는 선로의 긴 방향에 따라서 콘크리트 패널(33)의 일측에 배설된다.
종래의 기술에 따른 철도 선로용 융설장치(30)의 경우, 철도선로 레일 하부에 부설되는 콘크리트층 내부에 파이프가 매립되며, 가열을 도모하는 히터를 통해 파이프 내에 온수가 공급되어 콘크리트층의 온도가 상승함으로써 철도선로 주위를 융설할 수 있다.
한편, 지열을 이용한 융설 시스템과 관련된 선행기술로서로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1513532호에는 "도로 융설 시스템 및 그의 설치방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술에 따른 도로 융설 시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4a는 도로 융설 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 4b는 열순환장치를 나타낸 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 도로 융설 시스템(50)은 지중(54)에 매립되어 지열(52)에 의하여 생성되는 열을 순환하는 열순환장치(60) 및 상기 열순환장치(60)에 접촉하며 도로(51)의 표면에 노출되어 도로(51)의 적설을 제거하는 도로 융설장치(70)를 구비할 수 있다. 이때, 도로 융설장치(70)는 동절기 도로(51)에 쌓눈이나 얼음을 녹이기 위하여 지열(52) 또는 태양열을 이용할 수 있다.
종래의 기술에 따른 도로 융설 시스템(50)은 도로(51)의 측면 등과 같이 차량에 방해가 되지 않는 위치를 수직으로 굴삭하여 굴삭부(72)를 형성할 수 있다. 이때, 굴삭부(72)는 수직으로 깊게 굴삭되어 지열(52)이 높은 온도를 발휘할 수 있는 곳까지 도달하도록 굴삭될 수 있다.
구체적으로, 열순환장치(60)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 일부분이 굴삭부(72)에 깊게 매립되어 지중(54)에서 발생하는 지열(52)을 상부에 도로(51)가 진행하는 방면으로 형성되는 파이프까지 지열(52)을 전달하여 열을 순환시킬 수 있다.
또한, 열순환장치(60)는 지열(52)이 외부로 열을 방출하는 것을 방지하기 위하여 단열캡(63)을 구비할 수 있다. 단열캡(63)은 지면(53)과 동일한 위치에 형성되어 지열(52)이 지면(53)으로 방출되는 것을 방지하며 2겹으로 형성되어 지중(54)으로 매립될 때 열을 지면(53)으로 전달하고, 지면(53)에서 열을 빼앗긴 후 지중(54)으로 전달되는 파이프를 고정할 수 있다.
또한, 도로 융설장치(70)는 도로(51)의 노면에 노출되도록 매립되며 미끄럼방지를 위하여 고무재질로 형성될 수 있다. 이러한 도로 융설장치(70)는 차량이 이동하는 아스팔트 등의 도로(51)를 관통하여 소정의 폭으로 절삭하여 형성되는 절삭부(55)에 삽입될 수 있다. 또한, 도로 융설장치(70)는 지중(54)에 매립되어 지열(52)에 의하여 생성되는 열을 순환하는 열순환장치(60)에 접하는 접지파이프(71)를 구비하여 도로 융설장치(70)의 내부에 열이 발생할 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 열순환장치(60)는 지중(54)에 수직으로 매립되는 매립부(61); 상기 매립부(61)의 상부에서 수평으로 연장되는 전달부(62); 및 지열(52)이 외부로 방출되는 것을 방지하는 단열캡(63)을 구비할 수 있다.
이때, 매립부(61)는 지중(54)에 수직으로 매립되며 지열(52)에 의하여 열을 생성할 수 있다. 이러한 매립부(61)의 상부는 태양열을 축전하여 열을 발생시키는 열선(64a)이 감길 수 있으며 매립부(61)의 하부는 지중(54)에 깊게 매립될 수 있다. 또한, 이러한 매립부(61)는 도로 융설 시스템(50)을 설치하려는 도로(51)의 측면에 형성되는 갓길에 수직으로 굴삭하여 형성되는 굴삭부(72)에 삽입되어 형성될 수 있다.
또한, 태양열 축전장치(64)는 지열(52)에 의하여 1차적으로 열순환장치(60)의 온도를 높이고 태양열을 이용하여 2차적으로 가열하여 열을 발생시키기 위한 것으로, 외부단열캡(63a)과 내부단열캡(63b) 사이에 형성되며 매립부(61)의 일측에 나선형으로 감기는 열선(64a) 및 상기 열선(64a)에 열을 공급하기 위하여 태양열을 축전하는 축전설비(64b)를 구비할 수 있다.
종래의 기술에 따른 도로 융설 시스템(50)은, 지반에 매립되어 파이프 형식의 열교환장치가 구비되고, 열교환장치는 지열에 의해 열을 받아 내부의 용매가 순환되도록 이루어짐으로써, 지열에 의해 온도가 높아진 용매가 도로에 매립된 파이프 형식의 열전달부에 의해 도로가 융설되는 것을 예시하고 있다.
한편, 지열을 이용한 융설 시스템과 관련된 다른 선행기술로서로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1528711호에는 "융설 장치 및 블랙아이스 예방방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 종래의 기술에 따른 융설 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 융설 장치는, 센서부(81), 제어부(82), 지중 열교환기(83), 지열원 순환펌프(84, 히터 펌프(85), 축열 탱크(86), 대류순환펌프(87) 및 융설순환펌프(88)를 포함하며, 또한, 열교환 파이프(89a, 89b)를 포함한다.
센서부(81)는 경사로, 상시 응달, 교량과 같은 구간의 노면과 상기 노면 주변에 설치되어 대기 온도, 대기습도, 도로표면온도, 노면 또는 배수로, 배수관에 눈, 얼음 여부를 측정하거나 감지한다. 또한, 센서부(81)는 도로의 노면과 상기 노면 주변으로 설치되어 외기온도를 실시간으로 측정하는 대기온도 측정센서(81a), 외기습도를 실시간으로 측정하는 대기습도 측정센서(81b), 도로의 노면에 설치되어 눈이나 얼음을 실시간으로 감지하는 제1 감지센서(81c), 도로의 표면온도를 측정하는 도로표면온도 측정센서(81d) 및 도로의 주변 배수로 또는 배수관에 설치되어 눈이나 얼음을 실시간으로 감지하는 제2 감지센서(81e)로 이루어진다. 여기서, 제2 감지센서(81e)는 노면주변이나 배수로, 배수관에 눈이나 얼음을 실시간으로 감지한다.
제어부(82)는 센서부(81)로부터 전송되는 데이터를 수신하여 종래의 기술에 따른 융설 장치(80)의 각 장치의 동작을 지시하는 것으로, 중앙처리장치(CPU)를 구성하는 부분의 하나이며, 기억 장치에 축적되어 있는 명령을 해독하고 소요 신호를 내서 각 장치의 동작을 지시한다.
지중 열교환기(83)는 센서부(81)와 제어부(82)에 의해 동작이 제어되며, 지중으로 침투 여과되는 열원수에 존재하는 열에너지를 흡수 교환한다.
지열원 순환펌프(84)는 열원수를 순환시키는 역할을 하고, 히터 펌프(85)는 열원수를 공급받아 고온으로 열교환 하여 공급하는 역할을 한다.
축열 탱크(87)는 히터 펌프(85)의 일측으로 설치되어 융설 운전모드 또는 블랙아이스 운전모드 이전에 미리 냉난방용 열을 저장하는 역할을 하고, 대류 순환펌프(86)는 히터 펌프(85)와 축열 탱크(87) 사이에 설치되어 융설용 열원수를 대류 시키는 역할을 한다.
융설순환펌프(88)는 지중 열교환기(83)와 히터펌프(85) 및 축열 탱크(87) 등을 통해 공급되는 열원수를 도로의 노면과 도로주변 자연배수로나 교량의 배수관 등을 통해 설치되는 제1 열교환 파이프(89a) 및 제2 열교환 파이프(89b)로 순환시켜 눈이나 얼음을 녹이는 역할을 한다. 이때, 융설순환펌프(88)와 제1 열교환 파이프(89a) 및 제2 열교환 파이프(89b) 사이에는 제2 감지센서(81e)의 신호에 연동하여 개폐되는 복수 개의 3웨이 전자밸브(89c)가 설치된다.
종래의 기술에 따른 융설 장치에 따르면, 경사지, 상시 응달, 교량과 같은 도로에서 외기온도가 영하가 아닌 경우, 공기 중의 수분이나 갑작스럽게 발생하는 어는 비(freezing rain)에 의해 투명한 얼음이 아스팔트 위를 마치 코팅한 것처럼 뒤덮어 도로에 얼음이 없는 건조한 상태(검정색)로 보이는 블랙아이스 현상을 예방함으로써, 운전자의 착시에 의한 차량의 미끄러짐, 추돌, 전복 등과 같은 안전사고를 예방할 수 있다. 또한, 노면 적설과 노면 얼음을 녹인 후, 흘러내리는 물이 다시 얼지 않도록 함으로써, 융설과 해빙으로 인한 노면과 배수로의 2차 결빙을 방지하여 이로 인한 각종 사고를 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 지열을 이용한 융설 시스템은 지하 천공작업이 필요하며, 천공홀에 열교환장치를 설치하고 지열로부터 열을 열교환하되, 열교환장치와 연결된 파이프에 외부에서 따로 설치되는 물공급장치가 필요하여, 물을 파이프 내에 공급함으로써 지열의 열이 공급된 물의 온도를 높여준 상태에서 순환시키는 방식으로 융설이 이루어졌다.
또한, 종래의 기술에 따른 지열을 이용한 융설 시스템의 경우, 도로 혹은 철도 내부에 포설되는 파이프가 일방향으로 구성되어 일부는 융설이 가능하고 일부는 덜 융설되는 부분이 있을 수 있다. 또한, 종래의 기술에 따른 지열을 이용한 융설 시스템의 경우, 예열시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 지열을 활용하기 위해 땅 속 깊은 곳에 설치하기 어려운 취약지역에는 활용하기 어려운 한계점이 있기 때문에 이를 해결하기 위한 방법이 필요한 상황이다.
대한민국 등록특허번호 제10-1513532호(등록일: 2015년 4월 14일), 발명의 명칭: "도로 융설 시스템 및 그의 설치방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1528711호(등록일: 2015년 6월 8일), 발명의 명칭: "융설 장치 및 블랙아이스 예방방법" 대한민국 등록특허번호 제10-777628호(등록일: 2007년 11월 13일), 발명의 명칭: "지중열을 이용한 상습 결빙 도로의 제빙장치" 대한민국 등록특허번호 제10-2001529호(등록일: 2019년 7월 12일), 발명의 명칭: "도로 융설 시스템" 일본 공개실용신안번호 실개평7-4501호(공개일: 1995년 1월 24일), 고안의 명칭: "철도 선로용 융설장치"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 지열을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도에 적용함으로써, 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지할 수 있고, 산악철도의 특성상 심한 일교차와 동절기 적설 등으로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용을 방지하여 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지할 수 있는, 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 지열수 공급펌프만 활용하여 자연용출수와 같은 지열수를 산악철도용 랙 궤도의 하부에 전달하여 융설에 사용함으로써, 별도로 설치되는 가열설비로 융설을 위한 물을 가열하지 않고도 산악철도 입지조건의 지열수를 직접 이용할 수 있는, 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 격자망 또는 X자형 매설 배관을 산악철도용 랙 궤도의 프리캐스트 콘크리트 패널 하부에 설치함으로써 해당 부위의 면적을 보다 넓게 융설시킬 수 있는, 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템은, 콘크리트 기층 상부에 시공되는 산악철도용 궤도로서, PC 패널의 양측에 레일이 설치되고 중앙부에 랙이 설치되는 산악철도용 랙 궤도; 상기 콘크리트 기층 내에 매설되는 배관으로서, 지열수에 의해 상기 산악철도용 랙 궤도를 융설하는 매설 배관; 산악철도 입지조건의 지열수를 상기 매설 배관에 공급하는 지열수 공급원; 상기 지열수의 공급을 위해 상기 매설 배관 및 상기 지열수 공급원 사이에 연결 설치되는 지열수 공급배관; 및 상기 지열수 공급원으로터 상기 매설 배관으로 지열수가 공급되도록 상기 지열수 공급배관 상에 설치되어 구동되는 지열수 공급펌프를 포함하되,
상기 매설 배관은 상기 산악철도용 랙 궤도의 PC 패널 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관이고; 상기 지열수 공급원의 지열수는 산악철도 운행이 차단되는 저녁시간에 공급되어 상기 산악철도용 랙 궤도를 융설하고, 산악철도가 운행되는 낮시간에 상기 산악철도용 랙 궤도 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 상기 지열수 공급원에서 재활용되며; 그리고 상기 산악철도용 랙 궤도의 PC 패널 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관이고, 상기 매설 배관은 상기 산악철도용 랙 궤도의 융설을 위해 PC 패널 하부에 열을 공급하도록 높은 열전달계수를 갖는 동축 배관을 격자망 또는 X자형으로 가공하여 형성되며, 상기 매설 배관의 내부를 통해 흐르는 지열수의 지열을 상기 산악철도용 랙 궤도의 하부에 전달함으로써, 동절기 적설로 인한 산악철도 운행 지연을 방지하고, 산악철도의 일교차와 동절기 적설로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용에 기인한 열화현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.
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여기서, 상기 매설 배관의 일단에 형성된 지열수 인입구는 상기 지열수 배관에 연결되고, 상기 매설 배관의 타단에 형성된 지열수 인출구는 상기 산악철도용 랙 궤도 하부에서 융설에 사용된 폐수의 자유낙하가 가능하도록 개방 설치되는 것이 바람직하다.
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여기서, 상기 지열수 공급원의 지열수는 적어도 10℃ 이상의 자연용출수로서, 상기 자연용출수는 온천수 또는 지표면수인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 산악철도용 랙 궤도는 상기 지열수에 의해 적어도 5℃ 이상에서 융설이 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 지열수 공급배관은 상기 지열수 공급원으로부터 상기 매설 배관으로 상기 지열수를 공급할 때 외부로 방출되는 열을 차단하도록 낮은 열전달계수를 갖는 PVC 배관으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법은, a) 산악철도용 랙 궤도 설치를 위해 지반 상에 매설 배관이 배치된 콘크리트 기층을 시공하는 단계; b) 상기 매설 배관이 배치된 콘크리트 기층 상에 랙 궤도용 프리캐스트 콘크리트(PC) 패널을 설치하는 단계; c) 상기 PC 패널의 양측에 레일을 설치하고, 중앙부에 랙을 설치하여 산악철도용 랙 궤도 시공을 완료하는 단계; d) 상기 매설 배관의 지열수 인입구는 지열수 배관에 연결하고, 상기 매설 배관의 지열수 인출구는 폐수의 자유낙하가 가능하도록 개방 설치하는 단계: e) 지열수 공급원으로부터 상기 매설 배관까지 지열수 공급을 위한 지열수 공급펌프를 설치하는 단계; 및 f) 상기 산악철도용 랙 궤도의 융설이 필요한 경우, 상기 지열수 공급펌프를 구동하여 상기 매설 배관 내에 지열수를 공급하여 상기 산악철도용 랙 궤도를 융설시키는 단계를 포함하되,
상기 매설 배관은 상기 산악철도용 랙 궤도의 PC 패널 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관이고; 상기 지열수 공급원의 지열수는 산악철도 운행이 차단되는 저녁시간에 공급되어 상기 산악철도용 랙 궤도를 융설하고, 산악철도가 운행되는 낮시간에 상기 산악철도용 랙 궤도 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 상기 지열수 공급원에서 재활용되며; 그리고 상기 매설 배관은 상기 산악철도용 랙 궤도의 PC 패널 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관이고, 상기 매설 배관은 상기 산악철도용 랙 궤도의 융설을 위해 PC 패널 하부에 열을 공급하도록 높은 열전달계수를 갖는 동축 배관을 격자망 또는 X자형으로 가공하여 형성되며, 상기 매설 배관의 내부를 통해 흐르는 지열수의 지열을 상기 산악철도용 랙 궤도의 하부에 전달함으로써, 동절기 적설로 인한 산악철도 운행 지연을 방지하고, 산악철도의 일교차와 동절기 적설로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용에 기인한 열화현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 지열을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도에 적용함으로써, 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지할 수 있고, 산악철도의 특성상 심한 일교차와 동절기 적설 등으로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용을 방지하여 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지열수 공급펌프만 활용하여 자연용출수와 같은 지열수를 산악철도용 랙 궤도의 하부에 전달하여 융설에 사용함으로써, 별도로 설치되는 가열설비로 융설을 위한 물을 가열하지 않고도 산악철도 입지조건의 지열수를 직접 이용할 수 있고, 이에 따라, 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템을 친환경적이고 경제적으로 구축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 격자망 또는 X자형 매설 배관을 산악철도용 랙 궤도의 프리캐스트 콘크리트 패널 하부에 설치함으로써 해당 부위의 면적을 보다 넓게 융설시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 산악철도의 운행 차단시간에 지열수를 사용하여 산악철도용 랙 궤도를 융설하고, 산악철도의 운행 시간에 산악철도용 랙 궤도의 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 재활용할 수 있고, 기타 부대시설이나 필요시설을 설치할 필요가 없다.
도 1a는 통상적인 산악철도를 예시하는 사진이고, 도 1b는 산악철도 구동장치를 포함하는 산악철도 주행 시스템을 예시하는 도면이다.
도 2a는 지열을 이용하여 도로노면을 융설하는 것을 예시하며, 도 2b는 지열을 이용하여 철로 승강장을 자동 제설하는 것을 예시하는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 철도 선로용 융설장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술에 따른 도로 융설 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 융설 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템이 적용되는 산악철도용 랙 궤도를 예시하는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 산악철도용 랙 궤도에서 랙과 피니언의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서 매설 배관이 산악철도용 랙 궤도의 하부에 설치되는 것을 구체적으로 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서 경사지게 설치된 산악철도용 랙 궤도 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시키는 것을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서 매설 배관의 형태를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템이 적용되는 산악철도용 랙 궤도를 예시하는 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 산악철도용 랙 궤도에서 랙과 피니언의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템이 적용되는 산악철도용 랙 궤도는, 프리캐스트 콘크리트 패널(PC 패널), 레일, 랙(Rack), 랙 체결앵커, 탄성 충전재 및 배수관을 포함하여 구성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 이때, 도 7의 a) 내지 도 7의 c)에 도시된 바와 같이, 철도차량에는 랙(Rack)에 대응되도록 피니언을 설치함으로써 철도차량이 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 산악의 경사지역을 주행할 수 있게 한다.
다시 말하면, 산악철도 주행 시스템은 랙 앤 피니언(Rack and Pinion) 방식의 주행 시스템으로서, 산악철도 궤도 중앙에 레일 길이방향을 따라 랙을 설치하고, 철도차량에는 차륜 이외에 피니언을 이용하여 산악지형의 구배구간에서 레일의 마찰 주행시 철도차량의 슬립 현상을 방지하고, 추진력을 더해줄 수 있다.
본 발명의 실시예로서, 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지할 수 있고, 산악철도의 특성상 심한 일교차와 동절기 적설 등으로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용을 방지하여 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지할 수 있도록, 지열을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도에 적용한다.
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템을 구체적으로 설명하고, 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법을 구체적으로 설명한다.
[지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템(100)]
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서 매설 배관이 산악철도용 랙 궤도의 하부에 설치되는 것을 구체적으로 나타내는 정면도이다.
도 8을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템(100)은, 산악철도용 랙 궤도(110), 매설 배관(120), 지열수 공급배관(130), 지열수 공급펌프(140) 및 지열수 공급원(150)을 포함하여 구성된다.
산악철도용 랙 궤도(110)는 지반(210)상에 형성된 콘크리트 기층(220) 상부에 시공되는 산악철도용 궤도로서, PC 패널(111)의 양측에 레일(112)이 설치되고 중앙부에 랙(Rack: 113)이 설치된다. 즉, 상기 산악철도용 랙 궤도(110)는, 도 9에 도시된 바와 같이, PC 패널(111), 레일(112), 랙(113), 랙 체결앵커(114), 탄성 충전재(115) 및 배수관(116)으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 구성요소에 대한 설명은 당압자에게 자명하므로 구체적인 설명은 생략한다.
매설 배관(120)은 상기 콘크리트 기층(220) 내에 매설되는 배관으로서, 지열수에 의해 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설한다. 여기서, 상기 매설 배관(120)은 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 PC 패널(111) 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관인 것이 바람직하다. 또한, 상기 매설 배관(120)의 일단에 형성된 지열수 인입구(121)는 상기 지열수 공급배관(130)에 연결되고, 상기 매설 배관(120)의 타단에 형성된 지열수 인출구(122)는 상기 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 폐수의 자유낙하가 가능하도록 개방 설치되는 것이 바람직하다.
지열수 공급배관(130)은 상기 지열수의 공급을 위해 상기 매설 배관(120) 및 상기 지열수 공급원(150) 사이에 연결 설치된다. 여기서, 상기 지열수 공급배관(130)은 상기 지열수 공급원(150)으로부터 상기 매설 배관(120)으로 상기 지열수를 공급할 때 외부로 방출되는 열을 차단하도록 낮은 열전달계수를 갖는 PVC(Polyvinyl Chloride) 배관으로 형성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
지열수 공급펌프(140)는 상기 지열수 공급원(150)으로터 상기 매설 배관(120)으로 지열수가 공급되도록 상기 지열수 공급배관(130) 상에 설치되어 구동된다.
지열수 공급원(150)은 산악철도 입지조건의 지열수(Geothermal Water)를 상기 매설 배관(120)에 공급한다. 여기서, 상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 산악철도 운행이 차단되는 저녁시간에 공급되어 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설하고, 산악철도가 운행되는 낮시간에 상기 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 상기 지열수 공급원(150)에서 재활용될 수 있다.
또한, 상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 적어도 10℃ 이상의 자연용출수로서, 상기 자연용출수는 온천수 또는 지표면수인 것이 바람직하지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 예를 들면, 상기 산악철도용 랙 궤도(110)는 상기 지열수에 의해 적어도 5℃ 이상에서 융설이 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 매설 배관(120)의 내부를 통해 흐르는 지열수의 지열을 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 하부에 전달함으로써, 동절기 적설로 인한 산악철도 운행 지연을 방지하고, 산악철도의 일교차와 동절기 적설로 인한 산악철도용 랙 궤도(110)의 동결 및 융해작용에 기인한 열화현상을 방지할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서 경사지게 설치된 산악철도용 랙 궤도 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시키는 것을 예시하는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서, 산악철도용 랙 궤도(110)는 산악 지형상 대부분 경사지게 설치되므로, 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 지열수인 폐수를 용이하게 자유낙하시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열교환 및 순환되는 물을 공급하기 위해 지하에 천공작업을 하거나, 열 교환 및 물을 공급해야 하는 기타 장치 및 설비가 필요 없으며, 자연용출수 등의 지열수를 그대로 활용하기 때문에, 지열수 공굽펌프 외에는 추가시설이 필요 없다. 또한, 매설 배관 내에서 순환되어 융설작업에 활용된 지열수를 다시 자유낙하시킴으로써 지열수로 재활용할 수 있으며, 이에 따라, 추가시설이 역시 필요 없어, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템의 경제성 및 시공성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서 매설 배관의 형태를 구체적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에서, 상기 매설 배관(120)은, 도 11의 a)에 도시된 바와 같이, 격자망 매설 배관(120a)이거나 또는 도 11의 b)에 도시된 바와 같이, X자형 매설 배관(120b)일 수 있다.
상기 매설 배관(120)의 경우, 융설 필요 부위에 매설되는 지열수 공급배관 형상을 격자망 또는 X자형으로 구성함으로써 보다 넓은 면적을 한 번에 융설할 수 있다. 또한, 상기 매설 배관(120)은 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 융설을 위해 PC 패널(111) 하부에 열을 공급하도록 높은 열전달계수를 갖는 동축 배관을 격자망 또는 X자형으로 가공하여 형성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에 따르면, 지열을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도에 적용함으로써, 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지할 수 있고, 산악철도의 특성상 심한 일교차와 동절기 적설 등으로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용을 방지하여 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 격자망 또는 X자형으로 구성되는 매설 배관(120)은 콘크리트 기층(220)에 미리 매설되도록 설치하는 것이 통상적이지만 설치 후 유지관리가 가능하도록 설치하게 된다.
이를 위해 본 발명은 도 11의 c)를 참조하면 격자망 또는 X자형의 매설 배관(120)을 카트리지 방식으로 삽입 및 분리 할 수 있도록 콘크리트 기층(220) 시공 시 미리 매설되어 내부 빈 공간이 형성될 수평박스 형태의 하우징(221)을 더 형성시키고, 상기 수평박스 형태의 하우징(221) 내부에 설치된 슬라이딩레일(222)을 이용하여 측방으로부터 삽입 및 분리가 가능하도록 하게 되며, 이에 격자망 또는 X자형의 매설 배관(120)은 제작 및 운반 가능하게 모듈형식으로 일정한 크기를 가지도록 제작하고, 콘크리트 기층(220)에 삽입 및 분리 시, 격자망 또는 X자형의 매설 배관(120)은 서로 연통되도록 위치를 세팅시키면 달리 폐색되지 않도록 하게 된다.
또한, 종래의 기술에 따른 지열을 이용한 융설장치의 개념은 지하 천공작업이 필요하며, 천공홀에 열교환장치를 설치하고 지열로부터 열을 열교환하되, 열교환장치와 연결된 파이프에 외부에서 따로 설치되는 물공급장치가 필요하여, 물을 파이프 내에 공급함으로써 지열의 열이 공급된 물의 온도를 높여준 상태에서 순환시키는 방식으로 융설이 이루어졌지만, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에 따르면, 지열수 공급펌프만 활용하여 자연용출수와 같은 지열수를 산악철도용 랙 궤도의 하부에 전달하여 융설에 사용함으로써, 별도로 설치되는 가열설비로 융설을 위한 물을 가열하지 않고도 산악철도 입지조건의 지열수를 직접 이용할 수 있고, 이에 따라, 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템을 친환경적이고 경제적으로 구축할 수 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 지열 융설 시스템의 경우, 도로 또는 철도 내부에 포설되는 파이프가 일방향으로 구성되어 일부는 융설이 가능하고 일부는 덜 융설되는 부분이 있을 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템에 따르면, 격자망 또는 X자형 매설 배관을 산악철도용 랙 궤도의 프리캐스트 콘크리트 패널 하부에 설치함으로써 해당 부위의 면적을 보다 넓게 융설시킬 수 있다.
또한, 산악철도의 운행 차단시간에 지열수를 사용하여 산악철도용 랙 궤도를 융설하고, 산악철도의 운행 시간에 산악철도용 랙 궤도의 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 재활용할 수 있고, 기타 부대시설이나 필요시설을 설치할 필요가 없다.
[지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법]
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법은, 먼저, 산악철도용 랙 궤도(110) 설치를 위해 지반(210) 상에 매설 배관(120)이 배치된 콘크리트 기층(220)을 시공한다(S110). 여기서, 상기 매설 배관(120)은 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 PC 패널(111) 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관인 것이 바람직하다. 이에 따라, 격자망 또는 X자형 매설 배관을 산악철도용 랙 궤도의 프리캐스트 콘크리트 패널 하부에 설치함으로써 해당 부위의 면적을 보다 넓게 융설시킬 수 있다.
다음으로, 상기 매설 배관(120)이 배치된 콘크리트 기층(220) 상에 랙 궤도용 프리캐스트 콘크리트(PC) 패널(111)을 설치한다(S120).
다음으로, 상기 PC 패널(111)의 양측에 레일(112)을 설치하고, 중앙부에 랙(113)을 설치하여 랙 궤도(110) 시공을 완료한다(S130).
다음으로, 상기 매설 배관(120)의 지열수 인입구(121)는 지열수 공급배관(130)에 연결하고, 상기 매설 배관(120)의 지열수 인출구(122)는 폐수의 자유낙하가 가능하도록 개방 설치한다(S140). 이에 따라, 산악철도의 운행 차단시간에 지열수를 사용하여 산악철도용 랙 궤도를 융설하고, 산악철도의 운행 시간에 산악철도용 랙 궤도의 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 재활용할 수 있고, 기타 부대시설이나 필요시설을 설치할 필요가 없다.
다음으로, 지열수 공급원(150)으로부터 상기 매설 배관(120)까지 지열수 공급을 위한 지열수 공급펌프(140)를 설치한다(S150).
다음으로, 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 융설이 필요한 경우, 상기 지열수 공급펌프(140)를 구동하여 상기 매설 배관(120) 내에 지열수를 공급하여 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설시킬 수 있다(S160). 예를 들면, 상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 산악철도 운행이 차단되는 저녁시간에 공급되어 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설하고, 산악철도가 운행되는 낮시간에 상기 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 상기 지열수 공급원(150)에서 재활용될 수 있다. 이때, 상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 적어도 10℃ 이상의 자연용출수로서, 상기 자연용출수는 온천수 또는 지표면수일 수 있고, 예를 들면, 상기 산악철도용 랙 궤도(110)는 상기 지열수에 의해 적어도 5℃ 이상에서 융설이 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 매설 배관(120)의 내부를 통해 흐르는 지열수의 지열을 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 하부에 전달함으로써, 동절기 적설로 인한 산악철도 운행 지연을 방지하고, 산악철도의 일교차와 동절기 적설로 인한 산악철도용 랙 궤도(110)의 동결 및 융해작용에 기인한 열화현상을 방지할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 지열을 이용하여 눈을 녹이는 지열 융설 시스템을 산악철도용 랙 궤도에 적용함으로써, 동절기 적설 등으로 인한 산악철도의 운행 지연을 방지할 수 있고, 산악철도의 특성상 심한 일교차와 동절기 적설 등으로 인한 산악철도용 랙 궤도의 동결 및 융해작용을 방지하여 산악철도용 랙 궤도의 열화현상을 방지할 수 있다.
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 상기 상세한 설명보다는 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: 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템
110: 산악철도용 랙 궤도
111: 프리캐스트 콘크리트 패널(PC 패널)
112: 레일 113: 랙(Rack)
114: 랙 체결앵커 115: 탄성 충전재
116: 배수관
120: 매설 배관
120a: 격자망 매설 배관 120b: X자형 매설 배관
121: 지열수 인입구 122: 지열수 인출구
130: 지열수 공급배관 140: 지열수 공급펌프
150: 지열수 공급원 210: 지반
220: 콘크리트 기층

Claims (15)

  1. 콘크리트 기층(220) 상부에 시공되는 산악철도용 궤도로서, PC 패널(111)의 양측에 레일(112)이 설치되고 중앙부에 랙(Rack: 113)이 설치되는 산악철도용 랙 궤도(Rack Track: 110);
    상기 콘크리트 기층(220) 내에 매설되는 배관으로서, 지열수에 의해 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설하는 매설 배관(120);
    산악철도 입지조건의 지열수(Geothermal Water)를 상기 매설 배관(120)에 공급하는 지열수 공급원(150);
    상기 지열수의 공급을 위해 상기 매설 배관(120) 및 상기 지열수 공급원(150) 사이에 연결 설치되는 지열수 공급배관(130); 및
    상기 지열수 공급원(150)으로터 상기 매설 배관(120)으로 지열수가 공급되도록 상기 지열수 공급배관(130) 상에 설치되어 구동되는 지열수 공급펌프(140)를 포함하되,
    상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 산악철도 운행이 차단되는 저녁시간에 공급되어 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설하고, 산악철도가 운행되는 낮시간에 상기 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 상기 지열수 공급원(150)에서 재활용되며; 그리고
    상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 PC 패널(111) 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관이고, 상기 매설 배관(120)은 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 융설을 위해 PC 패널(111) 하부에 열을 공급하도록 높은 열전달계수를 갖는 동축 배관을 격자망 또는 X자형으로 가공하여 형성되며,
    상기 매설 배관(120)의 내부를 통해 흐르는 지열수의 지열을 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 하부에 전달함으로써, 동절기 적설로 인한 산악철도 운행 지연을 방지하고, 산악철도의 일교차와 동절기 적설로 인한 산악철도용 랙 궤도(110)의 동결 및 융해작용에 기인한 열화현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 매설 배관(120)의 일단에 형성된 지열수 인입구(121)는 상기 지열수 공급배관(130)에 연결되고, 상기 매설 배관(120)의 타단에 형성된 지열수 인출구(122)는 상기 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 폐수의 자유낙하가 가능하도록 개방 설치되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 적어도 10℃ 이상의 자연용출수로서, 상기 자연용출수는 온천수 또는 지표면수인 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산악철도용 랙 궤도(110)는 상기 지열수에 의해 적어도 5℃ 이상에서 융설이 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지열수 공급배관(130)은 상기 지열수 공급원(150)으로부터 상기 매설 배관(120)으로 상기 지열수를 공급할 때 외부로 방출되는 열을 차단하도록 낮은 열전달계수를 갖는 PVC(Polyvinyl Chloride) 배관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 시스템.
  9. a) 산악철도용 랙 궤도(110) 설치를 위해 지반(210) 상에 매설 배관(120)이 배치된 콘크리트 기층(220)을 시공하는 단계;
    b) 상기 매설 배관(120)이 배치된 콘크리트 기층(220) 상에 랙 궤도용 프리캐스트 콘크리트(PC) 패널(111)을 설치하는 단계;
    c) 상기 PC 패널(111)의 양측에 레일(112)을 설치하고, 중앙부에 랙(113)을 설치하여 산악철도용 랙 궤도(110) 시공을 완료하는 단계;
    d) 상기 매설 배관(120)의 지열수 인입구(121)는 지열수 공급배관(130)에 연결하고, 상기 매설 배관(120)의 지열수 인출구(122)는 폐수의 자유낙하가 가능하도록 개방 설치하는 단계:
    e) 지열수 공급원(150)으로부터 상기 매설 배관(120)까지 지열수 공급을 위한 지열수 공급펌프(140)를 설치하는 단계; 및
    f) 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 융설이 필요한 경우, 상기 지열수 공급펌프(140)를 구동하여 상기 매설 배관(120) 내에 지열수를 공급하여 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설시키는 단계를 포함하되,
    상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 산악철도 운행이 차단되는 저녁시간에 공급되어 상기 산악철도용 랙 궤도(110)를 융설하고, 산악철도가 운행되는 낮시간에 상기 산악철도용 랙 궤도(110) 하부에서 융설에 사용된 폐수를 자유낙하시켜 상기 지열수 공급원(150)에서 재활용되며; 그리고
    상기 매설 배관(120)은 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 PC 패널(111) 하부 면적에 대응하는 격자망 매설 배관 또는 X자형 매설 배관이고, 상기 매설 배관(120)은 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 융설을 위해 PC 패널(111) 하부에 열을 공급하도록 높은 열전달계수를 갖는 동축 배관을 격자망 또는 X자형으로 가공하여 형성되며,
    상기 매설 배관(120)의 내부를 통해 흐르는 지열수의 지열을 상기 산악철도용 랙 궤도(110)의 하부에 전달함으로써, 동절기 적설로 인한 산악철도 운행 지연을 방지하고, 산악철도의 일교차와 동절기 적설로 인한 산악철도용 랙 궤도(110)의 동결 및 융해작용에 기인한 열화현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 지열수 공급원(150)의 지열수는 적어도 10℃ 이상의 자연용출수로서, 상기 자연용출수는 온천수 또는 지표면수인 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산악철도용 랙 궤도(110)는 상기 지열수에 의해 적어도 5℃ 이상에서 융설이 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 지열수 공급배관(130)은 상기 지열수 공급원(150)으로부터 상기 매설 배관(120)으로 상기 지열수를 공급할 때 외부로 방출되는 열을 차단하도록 낮은 열전달계수를 갖는 PVC 배관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 산악철도용 랙 궤도의 융설 방법.
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