KR102398658B1 - 아진공튜브 운송 시스템 - Google Patents
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Abstract
아진공튜브 운송 시스템이 제공된다. 아진공튜브 운송 시스템은 제1 플랫폼; 제2 플랫폼; 제1 플랫폼 및 제2 플랫폼 사이에 배치되는 아진공튜브; 아진공튜브를 통해 제1 플랫폼 및 제2 플랫폼 사이를 운행하는 차량을 포함한다. 가속 구간에서 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 아진공압으로 점진적으로 감소하고 감속 구간에서 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가한다.
Description
본 발명은 아진공튜브 운송 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 자기 부상 아진공 초고속 운송 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
아진공튜브 운송 시스템, 소위 하이퍼튜브 운송 시스템은 아진공 상태의 튜브 내부에서 차량을 자기 부상 및 및 추진 하여 1,000 km/h 이상으로 고속으로 운송시키는 기술이다. 예컨대, 밀폐된 아진공 상태의 튜브를 레일로 이용하여 기존 자기부상(MagLev) 대비 소음과 공기 저항을 줄여 초고속 운송이 가능한 기술로서 최근에 각광받고 있다.
하이퍼튜브 운송 시스템의 차량 주행 경로는 튜브에 의해 형성되며, 예를 들어 대한민국의 서울역에서 부산역까지 본선 구간이 설치된다. 탑승자는 대기압 상태로 유지되는 출발 플랫폼, 예를 들어, 서울역에서 차량에 탑승하고 또한 대기압 상태로 유지되는 도착 플랫폼, 예를 들어, 부산역에서 하차할 수 있다.
이에 필연적으로 차량은 대기압 상태에 있는 플랫폼과 아진공 상태인 아진공튜브 사이를 오고 가야 한다. 그리고, 플랫폼과 아진공튜브는 차량의 출입이 가능하면서도 그 사이의 공기의 유출입을 차단하기 위한 적절한 격벽 등의 수단을 필요로 한다. 즉, 격벽이 플랫폼과 아진공튜브 사이에 설치되어, 차량이 양자를 오고 갈 때만 일시적으로 격벽이 개방되는 방식이 고려될 수 있다.
그러나, 단순히 격벽 등의 수단을 일시적인 개폐의 수단으로만 사용한다면, 격벽의 개방시 급격한 기압 차이로 인해 돌풍이 발생하는 것은 물론 플랫폼과 아진공튜브를 지날 때 차량이 강한 압력충격을 받으며 이로 인해 그 내부의 탑승자에게 상당한 불편을 초래하는 문제를 유발할 수 있다.
즉, 현재 하이퍼튜브 운송 시스템은 튜브 구조물 및 튜브 내 차량의 초고속 주행을 구현하는 것에 대해 초점이 맞추어 져 있으나, 하이퍼튜브 운송 시스템을 실제 운용하는데 있어 발생할 수 있는 위와 같은 문제에 대한 탐구 및 그 해소방안에 대한 고찰이 필요하다.
이에, 본 발명은 플랫폼과 아진공튜브 사이에서 차량의 압력충격 및 차량 탑승자의 불편을 해소할 수 있는 아진공튜브 운송 시스템 및 그 운용 방법을 제공하는 것에 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량 주변 공간의 가압 및 감압에 따른 운행 시간 손실을 줄일 수 있는 아진공튜브 운송 시스템 및 그 운용 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 에너지 효율을 높은 아진공튜브 운송 시스템 및 그 운용 방법을 제공할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 제1 플랫폼; 제2 플랫폼; 상기 제1 플랫폼 및 상기 제2 플랫폼 사이에 배치되는 아진공튜브; 상기 아진공튜브를 통해 상기 제1 플랫폼 및 상기 제2 플랫폼 사이를 운행하는 차량을 포함한다.
또한, 상기 아진공튜브는 상기 제1 플랫폼에 인접한 가속 구간 및 상기 제2 플랫폼에 인접한 감속 구간 및 상기 가속 구간 및 상기 감속 구간 사이에 있는 주행 구간을 포함한다.
또한, 상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가한다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 아진공튜브 운송 방법은 제1 플랫폼에서 탑승자가 차량에 승하차 하는 단계; 아진공튜브 내 가속 구간에서 차량이 가속되는 단계; 상기 아진공튜브 내 주행 구간에서 차량이 관성 중심 운행하는 단계; 상기 아진공튜브 내 감속 구간에서 차량이 감속되는 단계; 및 제2 플랫폼에서 탑승자가 차량에 승하차 하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브 내의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 추진 방식을 예시하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 아진공튜브 내 모습을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 아진공튜브 운송 시스템의 구간에 따른 기압 및 속도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 운용 방법을 예시하는 순서도이다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8는 도 7에 도시된 아진공튜브 운송 시스템의 구간에 따른 기압 및 속도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 추진 방식을 예시하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 아진공튜브 내 모습을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 아진공튜브 운송 시스템의 구간에 따른 기압 및 속도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 운용 방법을 예시하는 순서도이다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8는 도 7에 도시된 아진공튜브 운송 시스템의 구간에 따른 기압 및 속도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 차량(10), 가이드웨이(20) 및 아진공튜브(30)를 포함한다.
차량(10)은 그 하부에 배치된 전자석과 가이드웨이(20) 상에 배치된 코일의 전자기적인 상호작용으로 인해 추진 또는 제동된다.
가이드웨이(20)는 아진공튜브(30) 내에서 차량의 운행 경로를 따라 배치된다. 필요에 따라 가이드웨이(20)는 차량(10)의 부상 및 추진뿐만 아니라 차량(10)의 경로 이탈을 위한 안내 보조 수단을 더 포함할 수 있다.
아진공튜브(30)는 가이드웨이(20) 및 차량(10)을 둘러싸며 형성된다. 아진공튜브(30)의 내부 기압은 약 0.001atm수준으로 유지되고, 차량(10)은 아진공튜브(30) 내부에서 공기 저항이 거의 없는 상태로 운행할 수 있다. 이로써, 차량(10)은 일반 육상의 초고속 전철의 한계 속도를 넘어서, 초음속에 가까운 속도로 추진될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 추진 방식을 예시하는 예시도이다.
본 발명의 일 실시예에서, 3상 선형동기전동기(22)(LSM: Linear Synchronous Motor)가 아진공튜브(30) 내 가이드웨이(20) 상에 설치될 수 있다. 또한, 차량(10) 내부에 초전도전자석(12)(Superconducting magnet)이 설치될 수 있다. 차량측 초전도전자석(12)과 아진공튜브(30) 내 선형동기전동기(22) 사이의 상호 작용에 의해 차량(10)은 아진공튜브(30) 내에서 추진될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 부상코일이 아진공튜브(30) 내 가이드웨이(20) 상에 설치될 수 있다. 부상코일은 가이드웨이(20) 상에서 선형동기전동기(22)에 겹쳐지게 2층권으로 설치되는 자기유도 부상방식인 EDS(Electrodynamic Suspension)으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 아진공튜브 내 모습을 도시하는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 차량(10)은 본체(110), 가이드부(120) 및 전자석(130)을 포함할 수 있다.
차량(10) 본체(110)에는 차량(10) 운행에 필요한 조종 시스템, 객실, 운전실 등 일반적인 구성들이 포함될 수 있다. 또한 차량(10) 본체(110)는 가이드웨이(20)에 배치된 부상코일(220)로 인해 부상 상태를 유지하며 운행될 수 있다.
가이드부(120)는 일 예시적으로 본체(110)의 일면상에서 돌출되며, 차량(10)의 길이 방향을 따라 연장된 형태일 수 있다. 또한 차량(10) 주행시 가이드부(120)는 가이드웨이(20) 상에 형성된 홈에 인접 및 인입되도록 배치되며, 가이드웨이(20)에 의해 그 위치 이탈이 방지될 수 있다.
가이드부(120)의 내부 또는 외부에는 전자석(130)이 배치될 수 있다. 전자석(130)은 가이드웨이(20) 상에 배치된 추진코일(210)과 전자기적으로 상호작용함으로써 차량(10)에 추진력 또는 제동력을 제공할 수 있다.
가이드웨이(20)는 차량(10)의 진행 방향으로 길게 연장되어 차량(10)의 진행 경로를 마련해주는 역할을 한다. 가이드웨이(20)는 외부구조물(230) 및 외부구조물(230)을 지지하기 위한 지지구조물(240)을 포함한다. 또한, 가이드웨이(20) 상에는 추진코일(210) 및 부상코일(220)이 배치되어 차량(10)에 추진력 및 부상력을 제공한다.
도시된 실시예에서, 추진코일(210) 및 부상코일(220)은 서로 겹쳐진 2층 구조로 형성된 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명에 따를 때, 가이드웨이(20) 상에 추진코일(210) 및 부상코일(220)은 반드시 서로 함께 배치되어야 하는 것은 아니다.
추진코일(210) 및 부상코일(220)은 각각 추진 및 부상 기능이 요구되는 구간에 배치되면 충분하다. 예를 들어, 추진코일(210)은 가속 및 감속이 필요한 구간에만 배치될 수 있다. 부상코일(220)은 바퀴 등의 보조 지지 수단이 있다면 차량(10)이 일정 속도 이상을 유지할 수 있는 구간에만 설치될 수도 있다.
가이드웨이(20)의 외부구조물(230)은 일 예시적으로 콘크리트 소재로 형성된 것일 수 있다. 가이드웨이(20)의 외부구조물(230)은 일면이 아진공튜브(30)의 내면에 고정되며, 타면은 차량(10) 방향으로 형성되어 차량(10)의 가이드부(120)를 가이딩할 수 있는 구조로 배치된다. 이때, 일 예시적으로 가이드웨이(20)의 타면에는 요홈이 형성되어 차량(10)의 가이드부(120)가 이에 인입될 수 있는 구조일 수 있다.
지지구조물(240)은 가이드웨이(20) 내부에 배치되어 외부구조물(230)을 지지한다. 지지구조물(240)이 외부구조물(230)의 내부에서 골재 역할을 함으로써, 가이드웨이(20)가 받는 하중, 인장력 및 압축력 등을 견딜 수 있는 구조로 되어 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에서 제시하는 아진공튜브 운송 시스템의 운행 경로에 따른 전체 시스템 구조를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 아진공튜브 운송 시스템의 구간에 따른 기압 및 속도를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템은 제1 플랫폼(410), 제2 플랫폼(420), 제1 가감압 챔버(430), 제2 가감압 챔버(440), 아진공튜브(30), 가이드웨이(20) 및 차량(10) 등을 포함하며, 이러한 하이퍼튜브 운송 시스템은 아진공 상태인 아진공튜브(30) 내부에서 자기 부상으로 선로 위에 차량(10)을 부상시키고, 전자기 추진 및 관성에 의한 타력주행으로 차량(10)을 1,200 km/h 이상으로 고속 주행시킨다.
도시된 실시예에서, 아진공튜브(30)는 제1 플랫폼(410) 및 제2 플랫폼(420) 사이에 배치되고, 차량은 출발 플랫폼인 제1 플랫폼(410)으로부터 출발하여 도착 플랫폼인 제2 플랫폼(420)까지 운행하는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명에 따르면, 차량은 반대 방향으로, 즉, 제2 플랫폼(420)으로부터 제1 플랫폼(410)으로도 운행될 수 있다.
다만, 설명의 편의를 위하여, 이하에서, 차량(10)이 제1 플랫폼(410)으로부터 출발하여 제2 플랫폼(420)까지 운행하는 것을 전제로 본 발명에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)의 구성 요소들을 설명한다.
아진공튜브(30)의 단면은 원 또는 타원 형상을 이루는 것이 일반적이며, 내부는 공기 저항을 줄이기 위해 아진공 상태를 유지하도록 구성된다. 아진공튜브(30)의 단면의 형상은 원 또는 원에 가까운 형상인 것으로 설명하였으나, 아진공 상태를 유지하여 차량 주행에 따른 공기의 저항 및 소음을 감소할 수 있는 이상적인 형상을 가지는 것이 바람직하다.
아진공튜브(30)는 그 내부에 주행 경로를 따라 설치된 복수의 진공 펌프(36)를 포함할 수 있다. 복수의 진공 펌프(36)는 주행 경로를 따라 배치되며 아진공튜브(30) 내의 압력을 예를 들어, 대기압의 약 1/3 ~ 1/1,000 정도로 조절할 수 있다.
튜브 외부의 차량 승하차 역사인 제1 플랫폼(410), 예를 들어, 출발 플랫폼인 서울역, 제2 플랫폼(420), 예를 들어, 도착 플랫폼인 부산역 및 차량(10) 내부는 대기압 상태이다.
가이드웨이(20)는 아진공튜브(30) 내부를 포함한 주행 경로 상에 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 가이드웨이(20)는 자기력을 이용해 차량(10)에 추진력 또는 제동력을 가하기 위한 구성 요소로서 제1 가감속부(212) 및 제2 가감속부(214)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 가감속부(212) 및 제2 가감속부(214)는 앞서 설명한 바와 같은 3상 선형동기전동기(LSM: Linear Synchronous Motor)로 구성된 추진코일로 이루어질 수 있다.
아진공튜브(30)는 제1 플랫폼(410)과 제1 가감압 챔버(430)가 있는 출발 구간(R0)에 인접한 가속구간(R1)(또는 제1 가감속구간), 제2 가감압 챔버(440)와 제2 플랫폼(420)이 있는 도착 구간(R4)에 인접한 감속구간(R3)(또는 제2 가감속구간) 및 가속구간(R1) 및 감속구간(R3) 사이의 주행구간(R2)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 가속구간(R1)은, 차량(10)의 출발 시, 차량(10)이 정격 운행 속도(Vo), 예를 들어, 1,200km/h까지 또는 그 이상으로 가속되는 구간을 의미한다. 제1 가감속부(212)는 가속구간(R1) 내에 설치될 수 있고 제1 가감속부(212)에 의해 차량(10)의 주행에 필요한 대부분의 추진력이 제공될 수 있다.
또한, 주행구간(R2)은, 가속구간(R1)에서의 가속 이후, 차량(10)이 아진공튜브(30) 내부에서 관성 중심 운행하는 구간을 의미한다. 주행구간(R2)은 가속구간(R1) 및 감속구간(R3)에 비하여 상대적으로 상당히 긴 거리를 가진다. 여기서, 관성 중심 운행은 차량이 별도의 추진력을 제공 받지 않고 주로 그 관성에 의해 운행하는 구간을 의미한다. 다만, 주행구간(R2) 상에 곡선 구간이 있거나 분기점 등이 있는 경우, 차량(10)은 주행구간(R2) 내에서 속도 조절이 필요할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 주행구간(R2) 동안 차량에 추진력 또는 제동력을 보조적으로 제공하기 위한 보조 가감속부들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 엄밀히 말해, 관성 중심 운행은 차량이 대부분 관성에 의한 주행을 하되 일부 보조적으로 추진력 또는 제동력을 제공 받는 구간으로 이해될 것이다.
대부분의 주행구간(R2) 내에서, 차량(10)의 추진에 이용되는 선형동기전동기(LSM)가 필요하지 않으므로, 가이드웨이(20) 상에는 단지 차량(10)의 부상에 이용되는 부상코일만이 설치될 것이다.
또한, 감속구간(R3)은, 차량(10)의 도착을 위해 서행 속도 또는 정지 속도로 감속 되는 구간을 의미한다. 제2 가감속부(214)는 감속구간(R3) 내에 설치될 수 있고 제2 가감속부(214)에 의해 차량(10)의 주행에 필요한 대부분의 제동력이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템에 따르면, 상대적으로 짧은 거리를 갖는 가속구간(R1) 및 감속구간(R3) 내부에서 차량을 대부분 가속 또는 감속하기 때문에, 선형동기전동기(LSM)의 설치 구간 및 그에 따른 설치 비용이 감소될 수 있다.
아진공튜브(30) 내의 진공도를 유지하기 위하여, 아진공튜브(30)는 제1 플랫폼(410) 및 제2 플랫폼(420)에 대해 격리 또는 밀폐된 구조를 가져야 한다.
이러한 밀폐 구조를 실현하기 위한 가장 쉬운 접근은 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이에서 격벽 구조물을 설치하여 차량(10) 통과 시 격벽 구조물을 개방하고 차량이 모두 통과된 이후 다시 격벽 구조물을 폐쇄하는 것이다.
그러나, 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이에 단순한 격벽 구조만을 설치한다면, 격벽의 개방시 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이의 급격한 기압 차이로 인해 플랫폼들 내부에 강한 돌풍이 발생할 수 있다. 또한, 이 겨우, 플랫폼과 아진공튜브(30)를 지날 때 차량이 강한 압력충격을 받아 그 내부의 탑승자의 불편을 초래할 수 있다.
본 발명은 실제 아진공튜브 운행 시스템을 구현함에 있어서 적어도 상기와 같은 어려움이 고려되어야 한다는 특별한 인식을 기초로 안출되었다. 즉, 본 발명은, 아진공튜브 운행 시스템을 실제 운용하기 위해, 플랫폼 탑승자의 편의성 및 안락성, 그리고 운행 신뢰성 등이 보장되어야 하나 단순 격벽 구조로는 이러한 요건들을 달성하기 어렵다는 특별한 인식을 기초로 한다.
이러한 어려움을 해소하기 위하여, 본 발명은 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이에 양자와 공간적으로 격리된 압력차 해소 공간을 마련하거나 또는 아진공튜브(30) 내에서 차량(10)의 운행에 따라 점진적인 압력 변화가 이루어 지도록, 즉, 일정 기압으로부터 아진공까지 점진적으로 기압이 변하도록(압력 구배를 갖도록) 아진공튜브(30) 내 압력을 제어하는 것을 시도한다.
공간적으로 격리된 압력차 해소 공간을 마련하는 시도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템(1)은 제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)를 포함한다.
제1 플랫폼(410)과 제2 플랫폼(420) 사이에서, 차량이 주행하는 경로 상에서, 제1 가감압 챔버(430)는 제1 플랫폼(410)과 아진공튜브(30) 사이에 배치되고, 제2 가감압 챔버(440)는 제2 플랫폼(420)과 아진공튜브(30) 사이에 배치된다.
제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)는 개폐 여부가 독립 구동되는 두 개 이상의 격벽을 포함할 수 있다. 제1 가감압 챔버(430)는 제1 플랫폼(410) 측에 배치되는 제1 플랫폼측 격벽(432) 및 아진공튜브(30) 측에 배치되는 제1 튜브측 격벽(434)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 가감압 챔버(440)는 제2 플랫폼(420) 측에 배치되는 제2 플랫폼측 격벽(442) 및 아진공튜브(30) 측에 배치되는 제2 튜브측 격벽(444)을 포함할 수 있다.
제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)는 외부와 밀폐된 상태에서 그 내부의 기압, 특히, 챔버 내부에 있는 차량(10)과 챔버 내벽 사이의 공간의 기압을 조절할 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 차량(10)이 출발 플랫폼인 제1 플랫폼(410)으로부터 도착 플랫폼인 제2 플랫폼(420)까지 주행할 때, 차량(10)은 주행 경로 상에서 제1 플랫폼(410)과 아진공튜브(30) 사이의 제1 가감압 챔버(430)를 경유한 이후 아진공튜브(30)으로 진입하고, 차량(10)은 주행 경로 상에서 아진공튜브(30)와 제2 플랫폼(420) 사이의 제2 가감압 챔버(440)를 경유한 이후 제2 플랫폼(420)으로 진입할 수 있다.
제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)는 각각 내부 압력을 조절하기 위한 압력조절 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 압력 조절 수단은 예를 들어, 외기 통로 또는 압축기와 같은 가압 수단 또는 공기 배출 펌프와 같은 감압 수단을 포함할 수 있다.
차량이 제1 가감압 챔버(430) 또는 제2 가감압 챔버(440) 내에 진입된 상태에서 제1 가감압 챔버(430) 또는 제2 가감압 챔버(440)는 그 양측의 격벽들을 모두 폐쇄한 상태에서 대기압, 아진공압 또는 대기압과 아진공 사이의 일정 압력으로 압력 조절할 수 있다.
제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 운용 방법은 이후 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)는 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이의 급격한 압력변화를 완화하는 압력차 해소 공간으로 기능할 수 있다.
이어, 아진공튜브(30) 내에서 주행 경로를 따라 완만한 압력 변화가 이루어 지게 하는 시도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 아진공튜브(30) 내의 압력이 가속구간(R1) 및 감속구간(R3) 내에서 주행 경로를 따라 완만하게 점진적으로 증가 또는 감소하도록 구성될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 아진공튜브(30) 내 기압은 제1 가감압 챔버(430) 내부의 일정 압력으로부터 아진공압으로 점진적으로 감소하는 양상(51) 및 아진공압으로부터 제2 가감압 챔버(440) 내부의 일정 압력까지 점진적으로 증가하는 양상(52)을 보일 수 있다.
위와 같은 진공도의 조절을 구현하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 가속 또는 감속구간(R3)에 설치된 진공 펌프(36)의 설치 밀도(단위 거리당 펌프 개수) 또는 단위 펌프 처리 용량을 주행 경로를 따라 다르게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은, 대기압 하의 외기를 유입시킬 수 있는 외기 통로 또는 공기 유입 장치를 주행 경로를 따라 배치할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 아진공튜브 운송 시스템은 별도의 압력 조절 제어기를 이용해 주행 경로를 따라 배치되는 진공 펌프들의 작동 여부 또는 작동 용량을 독립 제어할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 차량(10)에 가해지는 압력이 주행 경로를 따라 완만하게 변하도록 구성될 수 있고, 급격한 압력 변화로 인해 발생될 수 있는 어려움을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 이러한 주행 경로를 따른 압력 변화는 가속구간(R1)에서 주행 경로를 따라 압력이 점차 감소하는 양상(51)을 가지며 감속구간(R3)에서 주행 경로를 따라 압력이 점차 증가하는 양상(52)를 가진다.
즉, 가속구간(R1)에서, 아진공튜브(30)는 차량(10)의 주행 방향을 기준으로 차량의 후단으로부터 차량의 선단까지 압력이 감소하는 압력 구배를 가지고, 감속구간(R3)에서, 아진공튜브(30)는 차량(10)의 주행 방향을 기준으로 차량의 후단으로부터 차량의 선단까지 압력이 증가하는 압력 구배를 가진다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 가속구간(R1)에서 차량(10)의 주행 방향에 대해 차량을 밀어주는 압력 구배를 가지며 감속구간(R3)에서 차량(10)의 주행 방향의 반대 방향으로 차량을 밀어주는 압력 구배를 가진다.
적어도 차량(10)이 이러한 압력 구배에 놓인 상태에서, 압력 구배는 차량(10)의 속도의 증가(A1) 또는 감소(A2)에 긍정적인 영향을 미치는 보조 수단으로 작용할 수 있다.
아울러, 차량(10)의 운행에 따른 공기 저항은 속도의 제곱에 비례한다. 이에, 차량(10)이 저속으로 주행하고 있을 때 아진공튜브(30) 내 공기 저항이 차량(10)에 가속 및 감속에 미치는 영향이 상대적으로 적다. 즉, 가속구간(R1) 및 감속구간(R3) 내에서 차량(10)이 충분히 저속일 것으로 예측되는 구간은 필요 이상으로 아진공 상태로 유지할 필요가 없다.
반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템에 따르면, 차량의 속도 프로파일에 상응하는 적절한 압력 구배를 갖도록 아진공튜브 내 압력이 조절될 수 있고 이로써 가속구간(R1) 및 감속구간(R3)에서 진공 펌프들이 불필요하게 에너지를 낭비하는 것이 해소될 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 가감압 챔버(430) 또는 제2 가감압 챔버(440)는 대기압에 비해 제1 압력차(△P1)를 갖는 일정 압력으로 감압하거나 일정 압력으로부터 제1 압력차(△P1) 만큼만 가압하도록 구성될 수 있다.
여기서 일정 압력은 대기압 또는 아진공압 사이의 임의의 압력이며 상대적으로 대기압에 가까운 압력일 수 있다. 만일, 제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440) 내부에서 대기압과 아진공압의 압력 차이인 제2 압력차(△P2) 만큼 감압 또는 가압한다면 감압 또는 가압에 따라 상당한 시간이 소모될 것이다. 이는 챔버 내 펌프 시스템의 제한된 처리 용량으로 유발되며, 이러한 시간 소모는 전체 아진공튜브 운송 시스템의 운영에 있어 병목으로 작용할 수 있다.
또한, 이러한 시간을 줄이기 위해, 제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440) 내부에 다수의 고성능 펌프를 배치하는 것은 전체 시스템의 설치 및 운영 비용을 증가시킬 것이며, 급격한 가압 및 가압에 따라 차량 및 시설물에 물리적인 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)에서 제2 압력차(△P2) 보다 작은 제1 압력차(△P1) 만큼 가압 또는 감압됨으로써 이러한 어려움을 해소할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 운용 방법을 예시하는 순서도이다.
도4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 운용 방법은 아래와 같은 단계들을 포함할 수 있다.
최초, 차량(10)은 출발 플랫폼인 제1 플랫폼(410) 상에 위치되며, 탑승자는 출발 플랫폼에서 차량(10)에 승차 또는 하차한다(S600).
이후, 차량은 감압 챔버인 제1 가감압 챔버(430) 내부로 진입하고 제1 가감압 챔버(430)는 외부로부터 밀폐된다(S610). 이 때, 제1 가감압 챔버(430)의 제1 플랫폼측 격벽(432)이 개방되고 제1 가감압 챔버(430)의 제1 튜브측 격벽(434)은 폐쇄된 상태에서 차량(10)은 제1 가감압 챔버(430)의 내부로 진입한다. 차량의 진입 이후, 제1 튜브측 격벽(434)이 폐쇄되어 제1가감압 챔버는 외부로부터 밀폐될 수 있다.
이후, 제1 가감압 챔버(430)의 내부 압력이 대기압과 아진공압 사이의 일정 압력으로 감압된다(S620).
이후, 제1 가감압 챔버(430)의 제1 튜브측 격벽(434)이 개방되고, 차량은 아진공튜브(30)의 가속구간(R1)으로 진입하여 가속된다(S630). 이 때, 차량(10)은 가속구간(R1)에 설치된 제1 가감속부(212)에 의해 가속될 수 있다. 또한, 가속구간(R1)에서 아진공튜브의 내부 압력은 주행 방향을 따라 감소하여 주행 방향에 대해 차량을 밀어주는 압력 구배를 가질 수 있다. 가속구간(R1)에서, 차량(10)은 정격 속도 또는 그 이상의 속도로 가속된다.
이후, 차량(10)은 주행구간(R2)에서 관성 중심 주행을 한다(S640).
이후, 차량(10)은 감속구간(R3)에서 감속된다(S650). 이 때, 차량(10)은 감속구간(R3)에 설치된 제2 가감속부(214)에 의해 감속될 수 있다. 또한, 감속구간(R3)에서 아진공튜브의 내부 압력은 주행 방향을 따라 증가하여 주행 방향의 반대 방향에 대해 차량을 밀어주는 압력 구배를 가질 수 있다.
이후, 차량은 가압 챔버인 제2 가감압 챔버(440) 내부로 진입한다(S660). 이 때, 제2 가감압 챔버(440)의 제2 튜브측 격벽(444)은 개방되고 제2 플랫폼측 격벽(442)은 폐쇄된 상태를 유지한다.
차량의 진입 이후, 제2 가감압 챔버(440)는 외부로부터 밀폐되고 밀폐 상태에서 제2 가감압 챔버(440)의 내부가 가압된다(S670). 이 때, 제2 가감압 챔버(440)의 제2 튜브측 격벽(444) 및 제2 플랫폼측 격벽(442)은 모두 폐쇄된다.
이후, 제2 가감압 챔버(440)의 제2 플랫폼측 격벽(442)이 개방된다(S680).
이후, 차량(10)은 도착 플랫폼인 제2 플랫폼(420)에 진입하며 제2 플랫폼(420)에서 탑승자의 승하차가 이루어진다(S690).
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8는 도 7에 도시된 아진공튜브 운송 시스템의 구간에 따른 기압 및 속도를 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템은 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 대해 제1 가감압 챔버(430) 및 제2 가감압 챔버(440)를 생략한 점에서 차이가 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예는 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이의 공간적으로 격리된 압력차 해소 공간 없이 아진공튜브(30) 내에서 차량(10)의 운행에 따라 점진적으로 압력 변화가 이루어지는 것을 시도한다.
이하에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템과 앞서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 아진공튜브 운송 시스템의 차이점을 위주로 설명하고, 중복되는 설명은 생략된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 출발 플랫폼인 제1 플랫폼(410)과 아진공튜브(30)는 별도의 가감압 챔버 없이 직접 이어지며 양자의 사이에 제1 격벽(810)이 설치된다. 마찬가지로 도착 플랫폼인 제2 플랫폼(420)과 아진공튜브(30)는 별도의 가감압 챔버 없이 직업 이어지며 양자의 사이에 제2 격벽(820)이 설치된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 아진공튜브(30) 내 기압은 대기압 또는 그에 준하는 일정 압력으로부터 아진공압까지 점진적으로 감소하는 양상(91) 및 아진공압으로부터 대기압 또는 그에 준하는 일정 압력으로 점진적으로 증가하는 양상(92)을 가질 수 있다. 제1 격벽(810)에 인접합 아진공튜브(30)의 내부는 대기압 및 그에 준하는 압력으로 유지될 수 있고, 제2 격벽(820)에 인접한 아진공튜브(30)의 내부 역시 대기압 또는 그에 준하는 압력으로 유지될 수 있다.
차량(10)은 일시적으로 제1 격벽(810) 또는 제2 격벽(820)이 개방된 상태에서 플랫폼들과 아진공튜브(30) 사이를 통과한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 격벽 또는 제2 격벽을 기준으로 플랫폼과 아진공튜브(30) 간의 압력차가 거의 없기 때문에 차량(10) 및 그 탑승자에게 가해질 수 있는 돌풍 또는 압력 충격과 같은 어려움이 해소될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 제1 플랫폼;
제2 플랫폼;
상기 제1 플랫폼 및 상기 제2 플랫폼 사이에 배치되는 아진공튜브;
상기 아진공튜브를 통해 상기 제1 플랫폼 및 상기 제2 플랫폼 사이를 운행하는 차량을 포함하되,
상기 아진공튜브는 상기 제1 플랫폼에 인접한 가속 구간 및 상기 제2 플랫폼에 인접한 감속 구간 및 상기 가속 구간 및 상기 감속 구간 사이에 있는 주행 구간을 포함하고,
상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 플랫폼과 상기 아진공튜브 사이에 배치되는 제1 가감압 챔버; 및
상기 제2 플랫폼과 상기 아진공튜브 사이에 배치되는 제2 가감압 챔버를 더 포함하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제2 항에 있어서, 상기 제1 가감압 챔버 및 상기 제2 가감압 챔버는 각각 내부 압력을 조절하기 위한 압력조절 수단 및 각각 개폐 여부가 독립 구동되는 두 개 이상의 격벽을 포함하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제3 항에 있어서, 상기 제1 가감압 챔버는 제1 플랫폼 측에 배치되는 제1 플랫폼측 격벽 및 상기 아진공튜브 측에 배치되는 제1 튜브측 격벽을 포함하고, 상기 제2 가감압 챔버는 상기 제2 플랫폼 측에 배치되는 제2 플랫폼측 격벽 및 상기 아진공튜브 측에 배치되는 제2 튜브측 격벽을 포함하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 아진공튜브 내에서 차량의 운행 경로를 따라 배치된 가이드웨이를 더 포함하고,
상기 가이드웨이는 상기 가속 구간에 설치된 제1 가감속부 및 상기 감속 구간에 설치된 제2 가감속부를 더 포함하고,
상기 가속 구간에서 상기 차량은 상기 제1 가감속부에 의해 정격 운행 속도 또는 그 이상으로 가속되고,
상기 주행 구간에서 상기 차량은 관성 중심 운행하고,
상기 감속 구간에서 상기 차량은 상기 제2 가감속부에 의해 서행 속도 또는 정지 속도로 감속되는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제5 항에 있어서, 주행 구간에서 상기 차량에 추진력 또는 제동력을 보조적으로 제공하기 위한 보조 가감속부를 더 포함하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 아진공튜브는 주행 경로를 따라 설치된 복수의 진공 펌프를 포함하고,
상기 가속 구간 및 상기 감속 구간에서, 주행 경로를 따라 설치된 진공 펌프의 단위 거리당 펌프 개수 또는 단위 펌프 처리 용량이 상이한,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 아진공튜브는 주행 경로를 따라 설치된 복수의 진공 펌프 및 상기 복수의 펌프를 제어하는 압력 조절 제어기를 포함하고,
상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가하도록, 상기 압력 조절 제어기가 주행 경로를 따라 상기 진공 펌프들의 작동 여부 또는 작동 용량을 제어하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가하도록 구성된 외기 통로 또는 공기 유입 장치를 더 포함하는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 항에 있어서, 가속 구간에서, 상기 아진공튜브의 내부 압력은 적어도 부분적으로 상기 차량의 주행 방향으로 차량을 밀어주는 압력 구배를 가지며, 감속 구간에서, 상기 아진공튜브의 내부 압력은 적어도 부분적으로 상기 차량의 주행 방향의 반대 방향으로 상기 차량을 밀어주는 압력 구배를 갖는,
아진공튜브 운송 시스템. - 제1 플랫폼에서 탑승자가 차량에 승하차 하는 단계;
아진공튜브 내 가속 구간에서 차량이 가속되는 단계;
상기 아진공튜브 내 주행 구간에서 차량이 관성 중심 운행하는 단계;
상기 아진공튜브 내 감속 구간에서 차량이 감속되는 단계; 및
제2 플랫폼에서 탑승자가 차량에 승하차 하는 단계를 포함하되,
상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브 내의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가하는,
아진공튜브 운송 방법. - 제11 항에 있어서, 제1 가감압 챔버에서 대기압으로부터 대기압과 아진공압 사이의 압력으로 감압되는 단계; 및
제2 가감압 챔버에서 대기압과 아진공압 사이의 압력으로부터 대기압으로 가압되는 단계를 더 포함하는,
아진공튜브 운송 방법. - 제12 항에 있어서, 상기 제1 가감압 챔버 및 상기 제2 가감압 챔버 내부의 압력은 압력조절 수단 및 각각 개폐 여부가 독립 구동되는 두 개 이상의 격벽을 이용해 조절되는,
아진공튜브 운송 방법. - 제13 항에 있어서, 상기 제1 가감압 챔버의 제1 플랫폼측 격벽이 개방되고 제1 가감압 챔버의 제1 튜브측 격벽이 폐쇄된 상태에서, 차량이 상기 제1 가감압 챔버 내부로 진입하고, 상기 제2 가감압 챔버의 제2 튜브측 격벽이 개방되고 제2 가감압 챔버의 제2 플랫폼측 격벽이 폐쇄된 상태에서, 차량이 상기 제2 가감압 챔버 내부로 진입하는,
아진공튜브 운송 방법. - 제11 항에 있어서, 상기 가속 구간에서 상기 차량은 아진공튜브 내에 설치된 가이드웨이의 제1 가감속부에 의해 정격 운행 속도 또는 그 이상으로 가속되고,
상기 감속 구간에서 상기 차량은 상기 가이드웨이의 제2 가감속부에 의해 서행 속도 또는 정지 속도로 감속되는,
아진공튜브 운송 방법. - 제15 항에 있어서, 상기 주행 구간에서 상기 차량은 보조 가감속부에 의해 보조적으로 추진 또는 제동되는,
아진공튜브 운송 방법. - 제11 항에 있어서, 상기 아진공튜브는 주행 경로를 따라 설치된 복수의 진공 펌프에 의해 내부 압력이 조절되고,
상기 가속 구간 및 상기 감속 구간에서, 주행 경로를 따라 설치된 진공 펌프의 단위 거리당 펌프 개수 또는 단위 펌프 처리 용량이 상이한,
아진공튜브 운송 방법. - 제11 항에 있어서, 상기 아진공튜브는 주행 경로를 따라 설치된 복수의 진공 펌프 및 상기 복수의 펌프를 제어하는 압력 조절 제어기에 의해 내부 압력이 조절되고,
상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가하도록, 상기 압력 조절 제어기가 주행 경로를 따라 상기 진공 펌프들의 작동 여부 또는 작동 용량을 제어하는,
아진공튜브 운송 방법. - 제11 항에 있어서, 아진공튜브의 외기 통로 또는 공기 유입 장치에 의해, 상기 가속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압 보다 큰 압력으로부터 상기 아진공압으로 점진적으로 감소하고 상기 감속 구간에서 상기 아진공튜브의 압력은 적어도 부분적으로 아진공압으로부터 아진공압보다 큰 압력으로 점진적으로 증가하는,
아진공튜브 운송 방법. - 제11 항에 있어서, 가속 구간에서, 상기 아진공튜브의 내부 압력은 적어도 부분적으로 상기 차량의 주행 방향으로 차량을 밀어주는 압력 구배를 가지며, 감속 구간에서, 상기 아진공튜브의 내부 압력은 적어도 부분적으로 상기 차량의 주행 방향의 반대 방향으로 상기 차량을 밀어주는 압력 구배를 갖는,
아진공튜브 운송 방법.
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