KR102442507B1 - 도로의 결빙 방지 장치 - Google Patents

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KR102442507B1
KR102442507B1 KR1020220033125A KR20220033125A KR102442507B1 KR 102442507 B1 KR102442507 B1 KR 102442507B1 KR 1020220033125 A KR1020220033125 A KR 1020220033125A KR 20220033125 A KR20220033125 A KR 20220033125A KR 102442507 B1 KR102442507 B1 KR 102442507B1
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Abstract

본 발명은 도로의 진행방향을 따라 도로면 지중에 설치되어 도로면의 결빙방지 및 융설을 수행하여 도로 이용의 안전을 향상시킴으로써 안전성 및 경제적인 효과를 극대화할 수 있는 도로의 결빙 방지 장치에 관한 것으로서, 포장 도로(10)에서 일정 구간 길이 및 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 수용홈(20)과, 상기 수용홈(20)의 바닥부에 설치되어 열을 발생시키는 발열부재(100)와 상기 발열부재(100) 상부에 충전되어 수용홈(20)을 메우는 열전도층(200) 및, 상기 포장 도로(10)의 외측에 설치되며, 상기 발열부재(100)를 제어하는 제어유닛(30)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

도로의 결빙 방지 장치{FREEZE PREVENTING APPARATUS OF ROAD}
본 발명은 도로의 결빙 방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도로의 진행방향을 따라 도로면 지중에 설치되어 도로면의 결빙방지 및 융설을 수행하여 도로 이용의 안전을 향상시킴으로써 안전성 및 경제적인 효과를 극대화할 수 있는 도로의 결빙 방지 장치에 관한 것이다.
동절기의 도로에 쌓인 눈이나 또는 눈이 얼어붙어 형성된 빙판은 주행 차량에 매우 높은 교통사고를 유발시킨다. 특히 교량이나, 햇빛이 잘 스며들지 않는 곡선도로에서는 잘 보이지 않는 빙판이 형성되어 있어 보다 많은 안전사고가 발생하고 있다.
그리고 도로의 노면상의 적설이나 결빙상태를 제거하여 도로 이용의 안전을 도모하기 위하여 다양한 방식이 사용되거나 연구되고 있으며, 이들 방식으로 융설제 살포 방식, 전열선 매설 방식, 발열콘크리트 방식, 면상 발열체 방식 등이 있다.
이러한 종래의 결빙방지 또는 융설을 위한 다양한 방식을 적용하고 있으나, 열선이 작동하면서 수축 및 팽창이 반복하면서 상기 열선 주변에 충진된 보호재에 균열이 발생하게 되며, 상기 균열부위에 융설로 인해 녹은 물이 침투하면서 열선 주변의 보호재에서는 보다 큰 수축과 팽창이 일어나게 되며, 이로 인하여 열선의 보호재가 파손되거나 심한 경우에는 단선되고, 또한 수분의 침투에 의한 누전으로 인하여 융설시스템이 제대로 작동되지 않게 되는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1932106호(도로의 융설 히팅시스템) 2. 대한민국 등록특허 제10-1594526호(히팅용 발열선 수용 케이스 및 이를 구비하는 히팅 시스템) 3. 대한민국 등록특허 제10-2173290호 (결빙 및 블랙아이스 방지용 히팅케이블시스템 및 그 설치방법)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 겨울철에 도로에 쌓인 눈을 자동으로 융설하여, 도로상의 눈이 결빙되는 것을 방지할 수 있으며, 융설 및 결빙방지를 위한 장치가 쉽게 파손되지 않아 내구성이 우수하여 유지관리비용이 절감되어 경제성을 도모할 수 있는 절전형 도로 결빙 방지 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 포장 도로에서 일정 구간 길이 및 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 수용홈과 상기 수용홈의 바닥부에 설치되어 열을 발생시키는 발열부재와 상기 발열부재 상부에 충전되어 수용홈을 메우는 열전도층 및 상기 포장 도로의 외측에 설치되며, 상기 발열부재를 제어하는 제어유닛을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 발열부재는 내부에 수용공간이 형성되어 상측부 및 하측부의 각 단면형상이 상호 대칭형태로 형성되면서 상측부와 하측부 사이에 동일한 수평폭을 가진 열전달관과,
상기 열전달관의 길이에 대응된 길이로 수용공간의 하측에 배치된 열선을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전달관 수용공간에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하는 축열재인 부동액을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 발열부재는 수용홈의 길이를 따라 수용홈 내부에 배치된 열선과,
상기 열선의 길이를 따라 열선 상부로 수용홈의 폭에 대응되도록 배치되는 열전달망 및,
상기 열선 하부에 중앙이 면접하여 열선 양측면을 감싸면서 양측이 각각 수직 상향 연장되어 열전달망에 상단이 체결되도록 양측 상단에 각각 걸림고리가 형성되는 열전달지지선이 열선의 길이를 따라 등간격으로 다수 개가 형성되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전달관의 길이를 따라 열전달관 상부로 수용홈의 폭에 대응되도록 배치되는 열전달망이 설치되며,
상기 열전달관 하부에 중앙이 면접하여 열전달관 양측면을 감싸면서 양측이 각각 수직 상향 연장되어 열전달망에 상단이 체결되도록 양측 상단에 각각 걸림고리가 형성되는 열전달지지선이 열전달관의 길이를 따라 등간격으로 다수 개가 형성되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전달지지선을 수용하면서 열전달관을 감싸도록 배치되어 상부가 개방된 형태를 가지며, 외주면에 다수 개의 방출공이 형성된 열전달지지관이 더 포함되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전달관 상부에 위치하여 하단면이 열전달관 상부면에 면접되며, 하부에 다수 개의 수직형 열전달핀이 등간격으로 배열되면서 열전달관의 상부면 형상에 대응된 하단면을 형성한 열전달부가 더 포함되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전달관의 상부에 위치하여 하면이 열전달관 상면에 면접되도록 열전달관의 상면 형상에 대응된 하면을 형성하며, 내부에 빈 공간의 충진공간을 형성한 열보존관이 설치되며,
상기 열보존관의 충진공간에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하는 부동액을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전달관의 상부에 위치하여 열전달관의 상부를 밀착 수용하도록 중앙에 열전달관의 상부형상에 대응된 형상의 단면을 가진 수용가이드로가 형성되면서 수용가이드로 양측으로 수평의 열확산판이 연결된 열확산부가 더 포함되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 수용홈은 하부로 갈수록 단면적이 점진적으로 증가하는 단면형상을 가지는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전도층은 열전도성 분말이 포함된 아스팔트이며, 상기 열전도성 분말은 열전도성 금속 분말 또는 탄소섬유 분말 중 선택된 어느 하나인 것을 사용하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
한편, 상기 열전도층의 상부에 발열도료가 도포되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
본 발명은 도로면의 수용홈에 설치된 발열부재 및 열전도층에 의해 열선의 발열로 수용홈의 표층 및 표층 주변에 까지 신속하게 전달되어 수용홈 표층 주변의 넓은 범위로 열이 분산됨으로써 열에너지가 균일하게 분포되며, 융설된 물이 표층으로부터 신속히 제거되어 융설과정이 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 발열부재의 단면 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 발열부재의 결합 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 열전달지지관이 포함된 발열부재의 단면 구조도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 열선-열전달지지선-열전달망으로 구성된 발열부재의 단면도(a)와 열전달지지관이 포함된 발열부재의 단면도(b).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 열선-열전달지지선-열전달망-열전달지지관이 포함된 발열부재의 사시도(a)와 측면도(b).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 발열부재에 포함된 열전달부의 사시도(a)와 열보존관의 사시도(b)
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 열확산부의 배면 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 수용홈에 발열부재가 설치된 단면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치에서 경사진 벽면을 형성한 수용홈에 발열부재가 설치된 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 결빙 방지 장치의 작동을 도시한 블록도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 도 1, 도 2, 도 8 및 도 10에 나타낸 바와 같이 포장 도로(10)에서 일정 구간 길이 및 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 수용홈(20)과 상기 수용홈(20)의 바닥부에 설치되어 열을 발생시키는 발열부재(100)와 상기 발열부재(100) 상부에 충전되어 수용홈(20)을 메우는 열전도층(200) 및 상기 포장 도로(10)의 외측에 설치되며, 상기 발열부재(100)를 제어하는 제어유닛(30)을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 수용홈(20)은 서로에 대하여 일정 간격을 갖는 수용홈 단위그룹이 도로면(10)에서 차량이 주로 주행하는 면에 형성되는 것이 바람직하며, 이는 차량이 주로 주행하는 도로면(10)의 눈 또는 결빙을 집중적으로 융설할 수 있도록 하여 도로 전체면에 형성되는 것에 비하여 그 설치 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 상기 발열부재(100)는 전력 공급에 따라 열을 발생시키는 부재로 이루어지며, 특히 발열부재(100)를 구성하는 열선(120)에 전력을 공급하여 열을 발생하도록 이루어진다. 여기에서, 전력 공급은 예를 들면 주변 전력 시설로부터 제공받을 수 있으며, 별도의 전력 공급 설비(예를 들면, 태양열, 풍력 등)에 의해 제공받을 수 있음을 알 수 있다.
그리고, 상기 열전도층(200)은 상기 발열부재(100)에서 발생한 열을 효율적으로 증강하면서 주변으로 열전달을 효율적으로 전도하기 위한 것으로서, 열전도도가 좋은 열전도체, 예를 들면 구리, 알루미늄, 철 또는 텅스텐 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 열전도층(200)은 열전도도가 좋은 굵은 입자의 금속부재, 또는 금속편으로 형성되거나 금속입자 또는 열전도성 고분자물질이 함유된 아스팔트로 이루질 수 있으며, 본 발명을 구성하는 열전도층(200)은 하기에 상세히 서술한다.
그리고, 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 발열부재(100)는 내부에 수용공간(111)이 형성되어 상측부 및 하측부의 각 단면형상이 상호 대칭형태로 형성되면서 상측부와 하측부 사이에 동일한 수평폭을 가진 열전달관(110)과,
상기 열전달관(110)의 길이에 대응된 길이로 수용공간(111)의 하측에 배치된 열선(120)을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 발열부재(100)는 수용홈(20)의 길이 방향을 따라 설치되어 수용홈(20)의 바닥면에 안착되며, 내부에 수용공간(111)을 형성한 열전달관(110)과 상기 열전달관(110)의 수용공간(111) 내에 삽입되어 열을 발생시키는 열선(120)으로 구성되며, 상기 열선(120)은 열전달관(110)의 설치길이에 대응된 길이로 설치된다.
상기 열전달관(110)은 내부에 수용공간(111)이 형성되며, 상기 열전달관(110)의 수직단면형태에서 상측부 형상과 하측부 형상이 상호 대칭형태로 형성되며, 즉 상측부 형상이 상부 볼록형의 반구형태라면 하측부 형상은 하부 볼록형의 반구형태를 가지며, 상기 상측부와 하측부 사이는 동일한 수평폭을 가진 소정의 세로길이로 형성된다.
상기 열선(120)은 열전달관(110)의 수용공간(111)에 배치되며, 특히 수용공간(111)의 바닥인 하측부의 내측에 안착된 배치구조를 가진다.
그리고, 상기 열선(120)은 열전도성이 높은 금속성의 열매체와 상기 열매체가 보호관(미도시)의 내측에 삽입되며 제어유닛에 포함된 전원공급부(미도시)에서 전류 또는 열을 공급받아 전달된 열이 상기 보호케이스의 열매체로 전달되어 상기 열전달관을 통해 열전도층으로 열을 전달할 수 있다.
즉, 상기 보호관 내에 수용된 열매체에 전류가 흐르거나 전류를 열로 변환하여 열이 순환되도록 할 수 있고, 상기 열매체에 전류가 흐르게 될 경우에는 상기 보호관은 전류가 흐르지 않는 재질로 형성할 수 있다.
또한, 상기 열매체는 도면에는 도시하지 않았지만 온도가 상승한 부동액 등의 용매가 순환되어 열을 발생시킬 수 있다. 상기 용매를 내부에 순환시키기 위하여 상기 보호관 내부에 중공부를 구비할 수 있으며, 상기 열매체의 용매는 온도가 높은 용매를 전달받으면 상기 보호관을 순환하여 상기 보호관의 단부가 연결되도록 하여 상기 용매가 순환되도록 할 수 있다.
또한, 상기 보호관이 카본스틸 파이프로 형성되어 고내열 특수케이블을 삽입한 열선을 사용할 수 있다.
또한, 열선(120)의 보호관 표면 또는 보호관이 없는 열매체의 표면에 무기질 나노 물질을 코팅하여 열 방사율을 증대시킬 수 있다.
또한, 케이블 형태를 가진 열선(120) 대신에 발열시트를 사용하며, 상기 발열시트는 탄소(carbon)분말이 함침되어 있는 하나의 직물원단 또는 복수 개로 겹침 결합된 직물원단에 전도성 접착제로 접착 고정된 띠형태의 전극판으로 구성된 발열시트를 사용할 수 있다.
그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 열전달관(110) 수용공간(111)에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하도록 축열재(300)인 부동액을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열선(120)이 내장된 열전달관(110)의 내부로 부동액을 유입시켜 열전달관(110) 내에서 기밀상태로 존재하도록 제공되며, 상기 부동액은 에틸렌글리콜계열(HOCH2CH2OH) 부동액 또는 프로필렌글리콜계열 부동액을 사용할 수 있으며, 에틸렌글리콜계열 부동액은 물 40%, 부동액 60%로 하여 부동액을 희석시켜 사용할 수 있으며, 상기 열선(120)의 발열로 수용공간(111)에 충진된 부동액이 열을 흡수하여 축열하게 된다.
그리고, 상기 축열재(300)인 부동액 대신에 다른 축열재(300)를 사용할 수 있으며, 상기 축열재(300)는 유기성 물질인 n-Paraffin 계열 테트라데칸(Tetradecane, C14H30)을 사용할 수 있으며, 잠열량을 이용한 상변화 물질로써, 액체와 고체 간 상변화 과정 시 발생되는 융해열 또는 응고열을 열전달관의 온도에 맞게 축열 및 방열할 수 있다.
또한, 상기 축열재(300)는 비중이 서로 다른 2종의 상변화물질을 사용할 수 있으며, 상기 2종은 비중과 밀도에서 차이를 가지면서 열전도도가 높은 극성 물질과 무극성 물질을 사용하며, 일예로 2종은 무극성 물질인 올레산(Oleic aid)과 극성 물질인 폴리에틸렌 글리콜(Polyetylene glycol)을 사용할 수 있다.
그리고, 상술한 열전달관(110)과 열선(120)으로 구성된 발열부재(100)의 실시예와는 다르게 구성된 발열부재(100)를 상세히 설명한다.
도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 발열부재(100)는 수용홈(20)의 길이를 따라 수용홈(20) 내부에 배치된 열선(120)과,
상기 열선(120)의 길이를 따라 열선(120) 상부로 수용홈(20)의 폭에 대응되도록 배치되는 열전달망(130) 및,
상기 열선(120) 하부에 중앙이 면접하여 열선(120) 양측면을 감싸면서 양측이 각각 수직 상향 연장되어 열전달망(130)에 상단이 체결되도록 양측 상단에 각각 걸림고리(141)가 형성되는 열전달지지선(140)이 열선(120)의 길이를 따라 등간격으로 다수 개가 형성되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열전달망(130)은 열선(120)의 상부에 면접되거나 상부로 이격된 상태로 배치될 수 있으며, 상기 열전달망(130)은 구리, 스테인리스강, 세라믹스 및 텅스텐으로부터 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지며, 가로선과 세로선이 교차배열된 망체 형태로 형성된다.
상기 열전달지지선(140)은 열전달망(130)과 같은 열전도도가 높은 금속재로 구성되어 열선(120)의 길이방향을 따라 등간격으로 다수 개가 설치되면서 상부 양단에 걸림고리(141)가 일체로 형성된 “U”형으로 형성되며, 하부의 내측 곡선부에 열선 외주가 안착되면서 상부 양단의 걸림고리(141)가 열전달망(130)에 걸림형태로 결합되어 지지하는 역할을 한다.
이에, 상기 열선(120)의 발열로 인해 열전달지지선(140)을 거쳐 열전달망(130)으로 열을 전도하여 열전도층(200)을 발열함과 함께 도로면(20)을 융설하게 된다.
그리고, 상술한 열전달관(110)과 열선(120)이 포함된 발열부재(100)에 하기의 구조가 더 포함되는 발열부재(100)를 구성한다.
도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 열전달관(110)의 길이를 따라 열전달관(110) 상부로 수용홈(20)의 폭에 대응되도록 배치되는 열전달망(130)이 설치되며,
상기 열전달관(110) 하부에 중앙이 면접하여 열전달관(110) 양측면을 감싸면서 양측이 각각 수직 상향 연장되어 열전달망(130)에 상단이 체결되도록 양측 상단에 각각 걸림고리(141)가 형성되는 열전달지지선(140)이 열전달관(110)의 길이를 따라 등간격으로 다수 개가 형성되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열전달망(130)은 열전달관(110)의 상부에 면접되거나 상부로 이격된 상태로 배치될 수 있으며, 상기 열전달망(130)은 구리, 스테인리스강, 세라믹스 및 텅스텐으로부터 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지며, 가로선과 세로선 다수 개가 교차배열된 망체 형태로 형성된다.
상기 열전달지지선(140)은 열전달망(130)과 같은 열전도도가 높은 금속재로 구성되어 열전달관(110)의 길이방향을 따라 등간격으로 다수 개가 설치되면서 상부 양단에 걸림고리(141)가 일체로 형성된 “U”형으로 형성되며, 상기 열전달지지선(140)의 하부의 내측 곡선부에 열전달관(110) 하부가 안착되면서 상부 양단의 걸림고리(141)가 열전달망(130)에 걸림형태로 결합되어 지지하는 역할을 한다.
이에, 상기 열선(120)의 발열로 인해 열전달관(110)으로 열이 전달되면서 열전달지지선(140)을 거쳐 열전달망(130)으로 열을 전도하여 열전도층(200)을 발열함과 함께 도로면(20)을 융설하게 된다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 열전달지지선(140)을 수용하면서 열전달관(110)을 감싸도록 배치되어 상부가 개방된 형태를 가지며, 외주면에 다수 개의 방출공(151)이 형성된 열전달지지관(150)이 더 포함되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열전달지지관(150)은 도 5의 (a)와 같이 상부가 개방된 “U”형의 단면형태를 가지어 열전달관(110)의 길이방향을 따라 배치되며, 전체면에 내측으로 통공된 방출공(151)이 형성된다.
상기 열전달지지관(150)은 열전달지지선(140)이 형성된 열전달관(110) 일체를 감싸 지지하게 되며, 상기 열전달관(110)의 폭에 비해 큰 폭을 가지어 양측 벽면에 간섭없이 내측 중앙에 열전달지지선(140)이 형성된 열전달관(110)이 위치하게 된다.
또한, 도 4의 (b)와 도 5에 나타낸 바와 같이 상술한 열전달지지선(140)과 열선(120)으로 이루어진 발열부재(100)인 경우 열전달지지관(140)의 내측 하부에 열선(120)이 위치하면서 열전달지지관(150)의 양측 벽면 내측에 열전달지지선(140)이 위치하며, 상기 열전달지지관(150)의 상부에 열전달망(130)이 위치하게 된다.
그리고, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 열전달관(110) 상부에 위치하여 하단면이 열전달관(110) 상부면에 면접되며, 하부에 다수 개의 수직형 열전달핀(161)이 등간격으로 배열되면서 열전달관(110)의 상부면 형상에 대응된 하단면을 형성한 열전달부(160)가 더 포함되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열전달부(160)는 열전달관(110)의 길이방향을 따라 열전달관(110)의 상부에 면접된 상태로 배치되며, 하면이 열전달관(110)의 상면 형상에 대응된 형상으로 형성되면서 하부가 다수 개의 수직형 열전달핀(161)이 등간격으로 배열된 형태를 가지며, 이때 다수 배열된 열전달핀(161) 단위의 하면이 열전달관(110)의 상면 형상에 대응된 형상을 가진다.
상기 열전달핀(161)이 열전달관(110)의 상면에 면접됨으로서 열전달관(110)의 외부 표면으로 전달된 잠열이 열전달핀(161)을 향해 직접열과 간접열을 함께 전달되어 열전달부(160)의 잠열시간을 증가시키게 된다.
그리고, 도면에 미도시되었지만 상기 열전달부(160)의 하부에 열전달핀(161)이 형성된다면 상부에는 내부에 빈 공간의 충진공간(미도시)을 형성하며, 이때 충진공간에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하도록 축열재인 부동액을 포함할 수 있으며, 또한 상기 충진공간에 부동액 외에 상술한 다른 축열재를 동일하게 사용할 수 있다.
그리고, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 상기 열전달관(110)의 상부에 위치하여 하면이 열전달관(110) 상면에 면접되도록 열전달관(110)의 상면 형상에 대응된 하면을 형성하며, 내부에 빈 공간의 충진공간(171)을 형성한 열보존관(170)이 설치되며,
상기 열보존관(170)의 충진공간(171)에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하도록 축열재인 부동액을 포함하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열보존관(170)은 열전달관(110)의 길이방향을 따라 열전달관(110)의 상부를 면접하도록 배치되며, 상기 열보존관(170)의 하면이 열전달관(110) 상면에 면접되도록 열전달관(110)의 상면 형상에 대응된 하면을 형성하며, 내부에 빈 공간의 충진공간(171)을 형성하며, 이때 충진공간(171)으로 부동액을 주입하여 기밀된 상태로 존재하며, 부동액과 같은 축열재 외에 상술한 바와 같이 다른 축열재를 사용할 수 있다.
그리고, 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 열전달관(110)의 상부에 위치하여 열전달관(110)의 상부를 밀착 수용하도록 중앙에 열전달관(110)의 상부형상에 대응된 형상의 단면을 가진 수용가이드로(181)가 형성되면서 수용가이드로(181) 양측으로 수평의 열확산판(182)이 연결된 열확산부(180)가 더 포함되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열확산부(180)는 열전달관(110)의 길이방향을 따라 열전달관(110)의 상부에 밀착 배치되며, 상기 열전달관(110)의 상부를 밀착 수용하도록 중앙에 열전달관(110)의 상부형상에 대응된 형상의 단면을 가진 수용가이드로(181)가 형성되면서 수용가이드로(181) 양측으로 수평의 열확산판(182)이 연결된 구조를 가진다.
상기 열전달관(110)으로 전달된 열원이 열확산부(180)의 수용가이드로(181)를 통해 열확산판(182)으로 열을 전달하여 열전도층(200)으로 빠르게 열을 전달하게 된다.
또한, 도면에 미도시되었지만 열전달지지선(140)이 열전달관(110)에 설치시 열전달지지선(140)이 통과하도록 대응된 위치의 열확산판(182)에 통공(미도시)이 형성되며, 열확산부(180)의 상부에 위치한 열전달망(130)에 열전달지지선(140)의 걸림고리(141)가 결속 결합하게 된다.
또한, 도면에 미도시되었지만 열전달부(160) 또는 열보존관(170)이 설치될 경우 열확산부(180)의 수용가이드로(181) 상부에 열전달부(160) 하부 또는 열보존관(170)의 하부가 밀착 배치될 수 있다.
그리고, 도 9에 나타낸 바와 같이 상기 수용홈(20)은 하부로 갈수록 단면적이 점진적으로 증가하는 단면형상을 가지는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 수용홈(20)으로부터 열전도층(200)이 파손되어 도로면으로 노출 및 발열부재(100)의 노출을 방지하도록 하부로 갈수록 단면적이 점진적으로 증가하는 단면형상을 가진 수용홈(20)을 형성한다.
그리고, 상기 열전도층(200)은 열전도성 분말이 포함된 아스팔트이며, 상기 열전도성 분말은 열전도성 금속 분말 또는 탄소섬유 분말 중 선택된 어느 하나인 것을 사용하는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열전달관(110) 또는 열선(120)에 의해 전달된 열원이 열전도층(200)의 열전도성 금속 분말 또는 탄소섬유 분말을 통해 도로표면으로 열전달이 향상된다.
또한, 상기 열전도층(200)이 메타크릴 수지(Methyl Methacrylate Resin)액상의 수지액과 동, 알루미늄, 텅스텐, 철, 탄소강 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나의 열전도성 금속분말을 혼합하여 사용될 수 있으며, 이때 열전도성 금속분말 대신에 탄소섬유 분말을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 열전도층(200)의 상부에 발열도료가 도포되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 발열도료는 널리 알려진 요소로서 규소, 알루미늄, 마그네슘 등의 다양한 통전 발열원소를 혼합하고 탄소를 가하는 방식으로 제조된 재료이며, 상기 열전도층의 상부에 도로된 발열도료로 이루어진 층은 얇은 막 형태를 가지며, 열전달 또는 통전시에 면상으로 발열되어 주로 복사에 의해 열이 전파되기 때문에 열효율이 뛰어나며, 상기 발열도료는 탄소섬유를 이용한 도전성재료에 바인더를 첨가하여 제작되어 사용되고 있다.
그리고, 도면에 미도시되었지만 열전달관(110)의 내부에 수용되는 다수 개의 진동볼(미도시)이 포함되며, 상기 진동볼은 내부가 빈 공간을 가진 구형 또는 내부가 빈 공간을 가진 구형의 외주면 둘레를 따라 돌출된 박판형의 진동판(미도시)이 형성되는 도로의 결빙 방지 장치를 제공한다.
상기 열전달관(110)의 내부에 진동볼이 충진되며, 상기 열전달관(110)의 수용공간(111)에 공기 또는 부동액으로 열을 축열시 진동볼 자체에 잠열을 가지게 되어 수용공간(111)의 잠열시간을 증가시키며, 게다가 수용공간(111)의 가열로 인해 수용공간(111) 내에 충진된 공기 또는 유체의 흐름을 따라 진동볼이 이동하여 수용공간(111)의 온도를 균일하게 유지하게 된다.
그리고, 상기 도로에 주행중인 차량에 의해 도로면의 지중으로 전달된 진동이 진동볼로 전달되어 수용공간(111) 내를 이동하여 가열온도를 일정하게 유지할 뿐만 아니라 열의 전도를 증대시키며, 게다가 진동볼의 외주면에 형성된 진동판이 진동됨에 따라 수용공간(111) 내의 공기 또는 유체 흐름을 유도하게 되며, 상술한 유체는 부동액 또는 부동액 외의 다른 축열재이다.
그리고, 도면에 미도시되었지만 열전달관(110)의 수용공간(111) 내에 배치되어 열선(120)의 상부에 설치되거나 열선(120)을 수용하도록 설치되도록 탄성력을 가진 코일형태의 진동스프링(미도시)이 열선(120)의 길이방향을 형성된다.
상기 진동스프링은 플렉시블형태로 자유롭게 휘어지면서 탄성력을 가진 코일형태로 형성되며, 그리고 열전달관(110)의 수용공간(111)에 배치되어 열선(120)의 상부에 안착될 경우 열전달관(110)의 하부에 열선(120) 및 상부에 진동스프링이 위치하며, 또한 열전달관(110)의 수용공간(111)에 배치되어 열선(120)을 내부에 수용한 형태로 설치될 경우 진동스프링의 내부로 열선(120)이 삽입되면서 열선(120)의 외주에 긴장된 형태가 아닌 여유공간이 형성된 느슨한 형태로 진동스프링 내부로 삽입된 구조를 가진다.
본 발명의 실시예에 따른 도로 결빙 장치는 도 10에 나타낸 바와 같이 열선(120)이 매설되는 곳에 인접하게 구비되는 제어유닛(30)을 포함하며, 상기 제어유닛(30)은 열선(120)의 발열을 제어하게 되며, 즉, 태양광발전 또는 풍력발전과 같은 전원공급부(34)와 통신하도록 연결될 수 있다. 이때, 제어유닛(30)은 자동과 수동으로 모두 작동될 수 있도록 구비될 수 있으며, 이에 제어유닛(30)은 원격 모듈을 내장할 수 있으며, 전원공급부(34)와 전기적 또는 통신적으로 연결될 수 있고, 표시수단(미도시)이 결합되어 상황이 표시되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛(30)의 원격 제어 시, 컨트롤박스, 스마트폰, 리모콘 등의 컨트롤러로 원격 모듈과 통신할 수 있으며, 도로 주변의 상황을 판별할 수 있도록 일측에 영상모듈(미도시)이 더 구비될 수 있다.
이를 통해, 열선(120)의 동작을 원격으로 수행할 수 있으며, 때에 따라 수동으로도 조작하도록 하여 어느 환경에서나 가동할 수 있다.
그리고, 도 10에 나타낸 바와 같이 상기 열선(120)에 대한 전원공급을 제어하며, 외기 환경 온도를 감지하는 온도센서(31), 외기 환경의 적설 여부와 강수 여부를 감지하는 기상센서(33) 및 외기 환경 습도를 감지하는 습도센서(32)로부터 감지신호를 입력받아 제어신호를 인가하며, 그리고 IoT(Internet of Things)기반으로 데이터통신을 수행하며, 온도센서(31), 습도센서(32), 기상센서(33) 중 적어도 하나로부터 측정된 외기온도, 외기습도, 외기강우강설 중 적어도 하나에 기초하여 열선의 전원공급을 자동 제어하는 제어유닛(30)을 포함하며,
상기 제어유닛(30)은, 관리서버(40)로부터 기상 정보를 수신하여 수신한 기상 정보가 열선의 발열 조건을 충족시키는지 여부를 판단하고, 상기 기상 정보가 상기 가동 조건을 충족시키는 경우, 상기 열선(120)에 상기 기상 정보에 따른 전원을 공급하는 IoT제어모듈(35)이 포함하며,
그리고, 상기 관리서버(40)는 열선(120)이 설치된 도로 노면의 적설, 결빙여부, 주변환경 및 상기 제어유닛(30)에 의한 제어상황을 포함하는 정보를 모니터링함과 동시에 원격으로 관리 제어하기 위하여 상기 제어유닛(30)의 IoT기반의 통신에 통신신호를 송수신하는 통신부(36), 상기 열선(120)의 전원공급 및 이상여부에 대한 제어프로그램 상에 접속 가능하게 구비하는 원격접속부(미도시)를 포함하게 된다.
상기 결빙 방지 장치(100)가 설치된 도로의 주변 상황에 대한 환경 데이터를 센싱하는 온도측정센서(31), 습도센서(32), 강우강설감지센서(33)가 설치될 뿐만 아니라 이미지 센서와 적외선 센서를 설치할 수 있다.
그리고, 상기 제어유닛(30)에서는 온도센서(31), 습도센서(32), 기상센서(33)의 입력신호에 따라 상기 제어유닛(30)에서 상기 열선(120)의 구동을 자동으로 제어한다. 즉, 상기 기상센서(33) 중 강우강설감지센서에서 눈이나 비를 감지하여 감지신호가 입력된 후, 상기 온도센서(31)로부터 감지된 외부 온도의 측정값이 설정온도보다 미만이면, 상기 제어유닛(30)에서 전원공급부(34)에 발열을 위한 제어신호를 인가하여 상기 열선의 구동을 자동으로 제어한다.
예를 들면, 상기 기상센서(33) 중 강우강설감지센서로부터 눈이나 비의 감지신호가 입력되어도 상기 온도센서(31)에서 감지한 온도 측정값이 설정온도 이상이면 상기 제어유닛(30)에서 상기 열선의 구동정지 상태를 그대로 유지하며, 상기 온도센서(31)로부터 입력된 온도 측정값이 설정온도 미만이여도 상기 강우강설감지센서(33)로부터 눈이나 비를 감지하지 않는 경우 상기 열선(120)의 구동정지 상태를 그대로 유지하게 된다.
상기 제어유닛(30)에는 열선(120)의 구동시간을 설정하는 타이머(미도시)를 구성하고, 상기 타이머에서 설정 시간이 경과하면 상기 제어유닛(30)에서 전원공급부(34)에 발열중지를 위한 제어신호를 인가하여 상기 열선의 구동정지를 자동으로 제어하게 구성한다.
그리고, 상기 IoT제어모듈(35)은 제어유닛(30)에 포함되거나 관리서버(40)에 포함될 수 있으며, 상기 관리서버(40)로부터 기상 정보를 수신하여 수신한 기상 정보가 열선(120)의 발열 조건을 충족시키는지 여부를 판단하고, 상기 기상 정보가 상기 가동 조건을 충족시키는 경우, 상기 열선(120)에 상기 기상 정보에 따른 전원을 공급하는 역할을 한다.
그리고, 상기 관리서버(40)는 통신부(36)와의 중 또는 장거리 무선통신을 통해 각종 센서로부터 검출된 감지데이터를 통신부에서 전송되는 감지데이터를 수신하여 저장함으로써 추후 노면 관리를 위한 빅데이터로 사용할 수 있게 한다. 또한 본 발명의 관리서버(40)에서는 감지데이터에 포함된 열선(120)에 따른 저항값을 추출하여 평균 저항값을 산출하고, 노면 구역별 열선의 식별정보를 이용하여 특정 열선의 위치를 추적할 수 있게 되며, 즉 열선의 작동여부를 판단하는 저항값의 산출을 통해 열선의 구동여부 판단 및 피로도 등을 판단하게 된다.
상기와 같이 산출되거나 추적된 정보들은 사용자가 직관적으로 모니터링할 수 있도록 하기 위하여 관리서버(40)는 그래프 또는 다이얼 타입 중의 어느 하나로 시각화하여 앱(APP) 또는 웹(WEB)상의 사용자 단말기를 통해 제공할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 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 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
수용홈 20 발열부재 100 열전달관 110
수용공간 111 열선 120 열전달망 130
열전달지지선 140 열전달지지관 150 방출공 151
열전달부 160 열전달핀 161 열보존관 170
충진공간 171 열확산부 180 수용가이드로 181
열확산판 182

Claims (16)

  1. 포장 도로(10)에서 일정 구간 길이 및 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 수용홈(20)과,
    상기 수용홈(20)의 바닥부에 설치되어 열을 발생시키도록 내부에 수용공간(111)이 형성되어 상측부 및 하측부의 각 단면형상이 상호 대칭형태로 형성되면서 상측부와 하측부 사이에 동일한 수평폭을 가진 열전달관(110)과 상기 열전달관(110)의 길이에 대응된 길이로 수용공간(111)의 하측에 배치된 열선(120)과 상기 열전달관(110)의 길이를 따라 열전달관(110) 상부로 수용홈(20)의 폭에 대응되도록 배치되는 열전달망(130) 및 상기 열전달관(110) 하부에 중앙이 면접하여 열전달관(110) 양측면을 감싸면서 양측이 각각 수직 상향 연장되어 열전달망(130)에 상단이 체결되도록 양측 상단에 각각 걸림고리(141)가 형성되면서 열전달관(110)의 길이를 따라 등간격으로 다수 개가 설치되는 열전달지지선(140)으로 구성된 발열부재(100)와,
    상기 발열부재(100) 상부에 충전되어 수용홈(20)을 메우는 열전도층(200) 및,
    상기 포장 도로(10)의 외측에 설치되며, 상기 발열부재(100)를 제어하는 제어유닛(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전달관(110) 수용공간(111)에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하도록 축열재(300)인 부동액을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  4. 포장 도로(10)에서 일정 구간 길이 및 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 수용홈(20)과,
    상기 수용홈(20)의 바닥부에 설치되어 열을 발생시키도록 수용홈(20)의 길이를 따라 수용홈(20) 내부에 배치된 열선(120)과 상기 열선(120)의 길이를 따라 열선(120) 상부로 수용홈(20)의 폭에 대응되도록 배치되는 열전달망(130) 및 상기 열선(120) 하부에 중앙이 면접하여 열선(120) 양측면을 감싸면서 양측이 각각 수직 상향 연장되어 열전달망(130)에 상단이 체결되도록 양측 상단에 각각 걸림고리(141)가 형성되면서 열선(120)의 길이를 따라 등간격으로 다수 개가 설치되는 열전달지지선(140)으로 구성된 발열부재(100)와,
    상기 발열부재(100) 상부에 충전되어 수용홈(20)을 메우는 열전도층(200) 및,
    상기 포장 도로(10)의 외측에 설치되며, 상기 발열부재(100)를 제어하는 제어유닛(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전달지지선(140)을 수용하면서 열전달관(110)을 감싸도록 배치되어 상부가 개방된 형태를 가지며, 외주면에 다수 개의 방출공(151)이 형성된 열전달지지관(150)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 열전달지지선(140)과 열선(120)으로 이루어진 발열부재(100)에서 상부가 개방된 형태를 가지면서 외주면에 다수 개의 방출공(151)이 형성된 열전달지지관(140)의 내측 하부에 열선(120)이 위치하면서 열전달지지관(150)의 양측 벽면 내측에 열전달지지선(140)이 위치하며, 상기 열전달지지관(150)의 상부에 열전달망(130)이 위치하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열전달관(110) 상부에 위치하여 하단면이 열전달관(110) 상부면에 면접되며, 하부에 다수 개의 수직형 열전달핀(161)이 등간격으로 배열되면서 열전달관(110)의 상부면 형상에 대응된 하단면을 형성한 열전달부(160)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열전달관(110)의 상부에 위치하여 하면이 열전달관(110) 상면에 면접되도록 열전달관(110)의 상면 형상에 대응된 하면을 형성하며, 내부에 빈 공간의 충진공간(171)을 형성한 열보존관(170)이 설치되며,
    상기 열보존관(170)의 충진공간(171)에 주입되어 유출되지 않는 기밀상태로 존재하도록 축열재인 부동액을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열전달관(110)의 상부에 위치하여 열전달관(110)의 상부를 밀착 수용하도록 중앙에 열전달관(110)의 상부형상에 대응된 형상의 단면을 가진 수용가이드로(181)가 형성되면서 수용가이드로(181) 양측으로 수평의 열확산판(182)이 연결된 열확산부(180)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈(20)은 하부로 갈수록 단면적이 점진적으로 증가하는 단면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열전도층(200)은 열전도성 분말이 포함된 아스팔트이며, 상기 열전도성 분말은 열전도성 금속 분말 또는 탄소섬유 분말 중 선택된 어느 하나의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  13. 제1항, 제4항, 제12항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도층(200)의 상부에 발열도료가 도포되는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 열전달관(110)의 내부에 수용되는 다수 개의 진동볼이 포함되며, 상기 진동볼은 내부가 빈 공간을 가진 구형 또는 내부가 빈 공간을 가진 구형의 외주면 둘레를 따라 돌출된 박판형의 진동판이 형성되는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 열전달관(110)의 수용공간(111) 내에 배치되어 열선(120)의 상부에 설치되거나 열선(120)을 수용하도록 설치되도록 탄성력을 가진 코일형태의 진동스프링이 열선(120)의 길이방향을 형성되는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
  16. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 열선(120)에 대한 전원공급을 제어하며, 외기 환경 온도를 감지하는 온도센서(31), 외기 환경의 적설 여부와 강수 여부를 감지하는 기상센서(33) 및 외기 환경 습도를 감지하는 습도센서(32)로부터 감지신호를 입력받아 제어신호를 인가하며, 그리고 IoT기반으로 데이터통신을 수행하며, 온도센서(31), 습도센서(32), 기상센서(33) 중 적어도 하나로부터 측정된 외기온도, 외기습도, 외기강우강설 중 적어도 하나에 기초하여 열선의 전원공급을 자동 제어하는 제어유닛(30)을 포함하며,
    상기 제어유닛(30)은, 관리서버(40)로부터 기상 정보를 수신하여 수신한 기상 정보가 열선의 발열 조건을 충족시키는지 여부를 판단하고, 상기 기상 정보가 가동 조건을 충족시키는 경우, 상기 열선에 상기 기상 정보에 따른 전원을 공급하는 IoT제어모듈(35)이 포함하며,
    상기 관리서버(40)는 열선(120)이 설치된 도로 노면의 적설, 결빙여부, 주변환경 및 상기 제어유닛(30)에 의한 제어상황을 포함하는 정보를 모니터링함과 동시에 원격으로 관리 제어하기 위하여 상기 제어유닛(30)의 IoT기반의 통신에 통신신호를 송수신하는 통신부(36), 상기 열선(120)의 전원공급 및 이상여부에 대한 제어프로그램 상에 접속 가능하게 구비하는 원격접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 장치.
KR1020220033125A 2022-02-10 2022-03-17 도로의 결빙 방지 장치 KR102442507B1 (ko)

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