KR102442979B1 - 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템 - Google Patents

해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템 Download PDF

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김정수
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대진대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템에 관한 것으로, 교량에 내설되는 열선부; 상기 교량 하부에 배치되고, 유입되는 바람에 의해 발전하여 상기 열선부에 전력을 공급하는 발전부; 상기 교량 주위 대기의 온도, 습도, 강수, 풍속 및 풍향을 포함한 기상정보를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에서 측정된 정보를 기반으로 상기 교량 상에 발생될 블랙아이스 예측 정보를 생성하여 상기 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 센서부에서 측정된 정보를 수집하여 블랙아이스 예측 정보를 생성하는 블랙아이스예측모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템 {A BLACK ICE PREVENTION SYSTEM FOR MARINE BRIDGES}
본 발명은 해상 교량용 블랙 아이스 예방 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 측정된 기상 정보를 기반으로 교량에서의 블랙아이스 예측 정보를 도출하고, 도출된 예측 정보로 구동되는 발전부 및 상기 발전부의 전력을 공급받아 발열되는 열선부로 구성된 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템에 관한 것이다.
블랙 아이스(Black Ice)는 도로 표면에 코팅한 것처럼 얇은 얼음막이 생기는 현상으로, 아스팔트 표면의 틈 사이로 눈과 습기가 공기 중의 매연, 먼지와 뒤엉켜 스며든 뒤 검게 얼어붙은 현상을 포함한다.
또한, 상기한 특징을 갖는 블랙아이스는 추운 겨울 교량 위, 터널의 출입구, 그늘진 도로, 산모퉁이 음지 등 그늘지고 온도가 낮은 곳에 주로 발생하게 된다.
이 중, 교량의 경우 지열이 올라 오지 않고, 상측 뿐 아니라 하측으로도 바람이 통하게 되어 동일한 온, 습도 조건에서도 일반 도로에 비해 결빙이 더욱 빈번하게 발생하고 있다.
따라서, 최근에는 교량 바닥판에 열선(熱線)을 배치하고, 열선에 전력을 공급하도록 구성되어 교량에서의 융설이나 블랙아이스의 발생을 방지하는 노력이 시도되고 있으며, 이 때, 상기 열선에 공급하는 전력을 교량 자체적으로 필요 전력을 조달해야할 필요성이 높아지고 있다.
일반적으로, 하천을 가로지르는 교량의 하단부는 계곡, 해안지방, 고가도로, 댐 등과 같이 자연적으로 바람 자원이 풍부한 지역으로, 바람 자원을 이용한 풍력 발전 장치를 설치하여 전력을 생산 및 즉시 사용할 수 있기에 좋은 조건을 가지고 있다.
풍력 발전은 자연 상태의 무공해 에너지원으로 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술로써, 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템이다.
이러한 풍력 발전 장치 중 특히 교량의 하부측에 구비된 각 교각 사이에서 발생되는 골바람을 이용하여 전력을 생산하는 방법이나 장치 등이 매우 다양하게 출현되어 활용되고 있다. 이는 육상 및 해상에 설치된 교량의 각 교각 사이라던지 또는 마천루가 즐비한 도심 골목 등에서는 교각이나 각 건물로 인해 골바람이 발생하게 되는데 이러한 골바람은 풍력이 매우 강하며 이를 이용한 풍력 발전은 효율성이 매우 높은 편이기 때문이다.
따라서, 교량 주위의 기상 정보를 측정하는 센서부에서 측정된 정보를 기초로 교량 위의 블랙아이스 발생을 예측하는 예측 정보를 도출하고 도출된 예측 정보에 따라 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 일반 도로에 비해 빈번하게 발생하는 교량의 블랙아이스 발생을 방지하여 결빙 또는 블랙아이스에 따른 사고를 미연에 방지하도록 구성된 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 개발이 요구되고 있다.
[특허문헌] KR 10-2173290호 (등록일자 2020.10.28)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 교량에 내설되는 열선부,상기 교량 하부에 배치되고 상기 열선부에 전력을 공급하는 발전부, 상기 교량 주위 대기의 기상정보를 측정하는 센서부 및 상기 센서부에서 측정된 정보를 기반으로 상기 교량 상에 발생될 블랙아이스 예측 정보를 생성하여 상기 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정된 정보를 수집하여 블랙아이스 예측 정보를 생성하는 블랙아이스예측모듈을 포함하여 구성됨으로써, 교량의 블랙아이스 발생을 방지하여 결빙 또는 블랙아이스에 따른 사고를 미연에 방지하도록 구성된 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템은, 교량에 내설되는 열선부; 상기 교량 하부에 배치되고, 유입되는 바람에 의해 발전하여 상기 열선부에 전력을 공급하는 발전부; 상기 교량 주위 대기의 온도, 습도, 강수, 풍속 및 풍향을 포함한 기상정보를 측정하는 센서부; 및상기 센서부에서 측정된 정보를 기반으로 상기 교량 상에 발생될 블랙아이스 예측 정보를 생성하여 상기 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 센서부에서 측정된 정보를 수집하여 블랙아이스 예측 정보를 생성하는 블랙아이스예측모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 블랙아이스예측모듈은, 블랙아이스 생성 온도 조건인 영하의 기온 또는 5℃ 이하의 영상 기온이 3일 이내 관측되는지를 감지하는 온도조건감지부; 블랙아이스 생성 조건인 이슬점 이하의 기온이 3일 이내 관측되는지를 감지하는 이슬점감지부; 및 블랙아이스 생성 기상 조건인 눈이나 비가 3일 이내 관측되는지를 감지하는 기상조건감지부; 및 상기 온도조건감지부, 이슬점조건감지부 및 기상조건감지부 중 하나 이상의 블랙아이스 생성 조건이 관측되면 상기 발전부 및 열선부의 구동 신호를 생성하는 발열신호생성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발전부는, 내부 중심부에 발전 터빈이 배치되고, 전후단에 개방구를 갖는 관형의 터빈관; 상기 터빈관 양측에 병렬로 배치되는 한 쌍으로, 전후단에 구비된 개방구로 외부 바람을 유입하여 상기 발전 터빈으로 공급하는 관형의 집풍관; 상기 터빈관과 집풍관이 접촉하는 측면 일측에 연통된 통공으로, 상기 집풍관에 유입된 바람을 상기 발전 터빈으로 공급하는 유입공; 및 상기 개방구 및 유입공의 개폐를 제어하는 플랩도어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 집풍관은, 상기 유입공과 이웃하는 상기 집풍관 내부에 배치되는 격벽으로, 상기 개방구로 유입된 바람의 유동 방향을 상기 유입공으로 전환하는 차단격벽;을 포함하고, 상기 차단격벽은, 일측 개방구에서 유입된 바람의 유동을 전환하는 제1격벽; 및 타측 개방구에서 유입된 바람의 유동을 전환하는 제2격벽;을 포함하고, 상기 유입공은, 상기 제1격벽으로 유동 방향이 전환된 바람을 상기 발전 터빈으로 유입시키는 제1유입공; 및 상기 제2격벽으로 유동 방향이 전환된 바람을 상기 발전 터빈으로 유입시키는 제2유입공;을 포함하며, 상기 플랩도어는, 상기 터빈관 개방구에 배치되는 제1플렙도어; 상기 집풍관 개방구에 배치되는 제2플렙도어; 및 상기 유입공에 배치되는 제3플렙도어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 상기 제어부는, 상기 센서부에서 측정된 정보를 전송받아 바람의 유동 방향 및 유량값을 도출하는 유체분석모듈; 상기 유체분석모듈에서 도출된 유량값 정보와 기설정된 기준값을 비교 분석하여 상기 플랩도어의 개폐를 제어하는 플랩도어제어모듈; 및 상기 유체분석모듈에서 도출된 바람의 유동 방향에 기인하여 상기 유입공의 개폐를 제어하는 유입공제어모듈;을 포함하고, 상기 플랩도어제어모듈은, 도출된 유량값 정보가 상기 기준값 이상으로 측정되는 경우, 상기 제1플랩도어는 개방하고 상기 제2플랩도어는 폐쇄하고, 도출된 유량값 정보가 상기 기준값 미만으로 측정되는 경우, 상기 제1플랩도어 및 상기 제2플랩도어가 개방되도록 제어하며, 상기 유입공제어모듈은, 일측 개방구로 바람이 유입되는 경우, 상기 제1유입공은 개방하고, 상기 제2유입공은 폐쇄하고, 타측 개방구로 바람이 유입되는 경우, 상기 제1유입공은 폐쇄하고, 상기 제2유입공은 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템에 의하면, 교량 주위의 기상 정보를 측정하는 센서부에서 측정된 정보를 기초로 교량 위의 블랙아이스 발생을 예측하는 예측 정보를 도출하고 도출된 예측 정보에 따라 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 지열이 올라 오지 않고 상측 뿐 아니라 하측으로도 바람이 통하게 구성되어 동일한 온, 습도 조건에서도 일반 도로에 비해 빈번하게 발생하는 교량의 블랙아이스 발생을 방지하여 교량에서의 결빙 또는 블랙아이스에 따른 사고를 미연에 방지하는 효과가 있다.
또한, 내부 중심부에 발전 터빈이 배치되는 관형의 터빈관 및 상기 터빈관 양측에 병렬로 배치되는 한 쌍으로 유입된 바람을 상기 발전 터빈으로 공급하는 관형의 집풍관으로 구성된 발전부가 교량 하부에 병렬로 이음 연결되도록 구성됨으로써, 바람 자원이 풍부한 교랑 하단부에 설치하여 교량에서의 전력 생산 및 전력 사용이 효율적으로 구현되는 효과가 있다.
아울러, 센서부에서 측정된 바람 정보에 기초하여 발전부의 작동을 제어하는 제어부를 구비함으로써, 풍량 및 풍속에 따른 플랩도어 및 유입공 각각의 개폐를 제어하여 바람의 특성에 적합한 발전 환경을 적용하여 전력 출력량이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 작동 상태를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 사용상태를 나타낸 상태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발전부의 세부적인 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4(a)는 일측에서 타측 방향으로 바람이 유동할 때의 발전부의 사용상태를 나타낸 상태도이다.
도 4(b)는 타측 방향에서 일측 방향으로 바람이 유동할 때의 발전부의 사용상태를 나타낸 상태도이다.
도 5(a)는 터빈관의 제1플랩도어 및 집풍관의 제2플랩도어가 개방된 발전부의 사용 상태를 나타낸 상태도이다.
도 5(b)는 터빈관의 제1플랩도어는 개방되고 집풍관의 제2플랩도어는 폐쇄된 발전부의 사용 상태를 나타낸 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 전반적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 작동 상태를 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 사용상태를 나타낸 상태도이며, 도 6은 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템의 전반적인 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템은 도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 발전부, 센서부, 제어부 및 열선부를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 발전부의 세부적인 구성을 나타내는 분해 사시도이고, 도 4(a)는 일측에서 타측 방향으로 바람이 유동할 때의 발전부의 사용상태를 나타낸 상태도이며, 도 4(b)는 타측 방향에서 일측 방향으로 바람이 유동할 때의 발전부의 사용상태를 나타낸 상태도이다.
본 발명에 따른 상기 발전부(100)는 도 3 내지 도 4(b)에 도시된 바와 같이 교량(10) 하부에 다수개로 이음 연결되고, 유입되는 외부 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성된다.
구체적으로, 상기 발전부(100)는 교량(10)의 열선부(400) 또는 교량(10)에서 사용되는 조명등에 사용되는 전력을 생산하기 위한 구성으로, 바람 자원이 풍부한 교량(10)의 특성을 이용하여 교량(10)의 하부에 풍력으로 구동하는 발전 터빈(111)을 장착하여 전력을 생산하는 풍력 발전 장치의 구성일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발전부(100)는 내부 중심부에 발전 터빈(111)이 배치되고 전후단에 개방구를 갖는 관형의 터빈관(110) 및 상기 터빈관(110) 양측에 병렬로 배치되는 길이 방향의 관 형상으로, 전후단에 구비된 개방구로 외부 바람을 유입한 후 상기 발전 터빈(111)으로 유입된 바람이 공급되도록 구성된 집풍관(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 상기 발전부(100)는 터빈관(110)과 터빈관(110) 양측에 병렬로 배치되는 한 쌍의 집풍관(120)이 하나의 모듈을 이루며, 이러한 모듈이 교량의 하부에 병렬로 이음 연결되어 다수개가 배치될 수 있도록 구성된다.
상기 터빈관(110)은 내부에 발전 터빈(111)이 배치되며 전 후방으로 바람이 유입되는 개방구를 갖는 길이방향의 원통형으로, 개방구로 유입되는 바람 뿐 아니라 상기 유입공(130)을 통해 양측 집풍관(120)으로부터 유입되는 바람을 추가적으로 공급받아 전력을 생산하도록 구성된다.
따라서, 상기 터빈관(110)은 내부 중심측에 발전 터빈(111)이 배치되고 전후단의 개방구에 후술할 플랩도어(140)가 설치되며, 발전 터빈(111)과 이웃하는 양측부에 집풍관(120)으로부터 바람이 유입되도록 통공된 유입공(130)이 배치될 수 있다.
상기 집풍관(120)은 상기 터빈관(110) 양측에 병렬로 배치되는 한 쌍으로, 전후단에 구비된 개방구로 외부 바람을 유입하여 상기 발전 터빈(111)으로 공급하는 길이 방향의 원통형으로 구성된다.
따라서, 상기 집풍관(120)은 풍향에 따라 전후단의 개방구 중 하나로 바람이 유입되고, 유입된 바람을 터빈관(110)의 발전 터빈(111)으로 공급하기 위해 바람의 방향을 터빈관(110) 측으로 전환하는 차단격벽(121)을 포함하여 구성된다.
상기 차단격벽(121)은 상기 유입공(130)과 이웃하는 상기 집풍관(120) 내부에 배치되어 집풍관(120) 내부 통공을 차단하는 것으로, 상기 개방구로 유입된 바람의 유동 방향을 상기 유입공(130)으로 전환하도록 상기 집풍관(120)의 내부 통공을 차단하는 막 형상일 수 있다.
또한, 상기 차단격벽(121)은 일측 개방구에서 유입된 바람의 유동을 전환하는 제1격벽(121a) 및 타측 개방구에서 유입된 바람의 유동을 전환하는 제2격벽(121b)을 포함하는 한 쌍으로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 차단격벽(121)은 터빈관(110)의 발전 터빈(111)과 이웃하는 집풍관(120) 내부에 구비되어 개방구로 유입된 바람을 차단하여 바람이 터빈관(110)의 발전 터빈(111)으로 유입되도록 구성되며, 일측 개방구에서 유입된 바람을 차단하는 제1격벽(121a) 및 타측 개방구에서 유입된 바람을 차단하는 제2격벽(121b)이 인접하게 배치되는 한 쌍으로 구성된다.
따라서, 상기 차단격벽(121)은 개방구로 유입된 바람이 방향을 전환하여 상기 집풍관(120) 측으로 유입될 수 있는 위치에 배치됨이 바람직할 수 있으며, 차단격벽(121)의 배치 형태는 도시된 바와 같이 소정으로 기울어진 경사를 갖고 제1격벽(121a)과 제2격벽(121b)이 일단에서 접촉하여 'ㅅ' 자 형상으로 배치될 수 있으나, 상기 차단격벽(121)의 배치 상태는 도시된 형상에 제한되지 않고 다양한 형상으로 적용실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전부(100)는 유입공(130) 및 플랩도어(140)를 포함할 수 있다.
상기 유입공(130)은 상기 터빈관(110)과 집풍관(120)이 접촉하는 측면 일측에 연통된 통공으로, 상기 집풍관(120)에 유입된 바람을 상기 발전 터빈(111)으로 공급하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 유입공(130)은 상기 차단격벽(121)으로 방향이 전환된 바람이 터빈관(110)으로 유입될 수 있도록 상기 터빈관(110) 및 집풍관(120)으로 이어지는 통공으로, 바람이 발전 터빈(111)으로 유입될 수 있는 크기 및 위치에 배치됨이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 유입공(130)은 상기 제1격벽(121a)으로 유동 방향이 전환된 바람을 상기 발전 터빈(111)으로 유입시키는 제1유입공(131) 및 상기 제2격벽(121b)으로 유동 방향이 전환된 유체를 상기 발전 터빈(111)으로 유입시키는 제2유입공(132)을 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 집풍관(120)의 일측 개방구로 유입된 바람은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 제1격벽(121a)에 부딪혀 방향이 전환된 후 제1유입공(131)을 통해 발전 터빈(111)으로 유동하여 터빈을 구동하는 동력원으로 사용되게 되며, 터빈(111) 구동 후 터빈관(110)의 타측 개방구를 통해 외부로 배출되게 된다.
또한, 집풍관(120)의 타측 개방구로 유입된 바람은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 제2격벽(121b)에 부딪혀 방향이 전환된 후 제2유입공(132)을 통해 발전 터빈(111)으로 유동하여 터빈을 구동하는 동력원으로 사용되게 되며, 터빈 구동 후 터빈관(110)의 일측 개방구를 통해 외부로 배출되게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 발전부(100) 내로 유동하는 바람의 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 'Y'자 형상의 유동 흐름이 나타날 수 있다.
상기 플랩도어(140)는 상기 개방구 및 유입공(130)의 개폐를 제어하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 플랩도어(140)는 상기 터빈관(110)과 집풍관(120)의 전후방 개방구와 유입공(130)에 구비되어 개방구 및 유입공(130)을 개폐시키는 도어 장치로써, 상기 센서부(200)에서 측정된 바람의 상태에 적합한 발전부(100)의 구동을 위해 각각의 개방구 및 유입공(130)을 개방 또는 폐쇄하도록 구성된다.
또한, 상기 플랩도어(140)는 측정된 풍량, 풍속 및 풍향 정보를 분석한 제어부(300)의 제어에 의해 개폐될 수 있다.
또한, 상기 플랩도어(140)는 상기 터빈관(110) 개방구에 배치되는 제1플렙도어(141), 상기 집풍관(120) 개방구에 배치되는 제2플렙도어(142) 및 상기 유입공(130)에 배치되는 제3플렙도어(143)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 플랩도어(140)는 상기 터빈관(110) 일측 개방구 및 타측 개방구 각각에 제1플랩도어(141)가 배치되고, 상기 집풍관(120) 일측 개방구 및 타측 개방구 각각에 제2플랩도어(142)가 배치되며, 상기 제1유입공(131) 및 제2유입공(132) 각각에 제3플랩도어(143)가 배치될 수 있다.
또한, 각각의 플랩도어(140)는 측정된 풍향 및 풍속 정보에 따라 상기 제어부(300)의 제어로 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
상기 센서부(200)는 상기 교량 주위 대기의 온도, 습도, 강수, 풍속 및 풍향을 포함한 기상 정보를 측정하도록 구비된다.
또한, 상기 센서부(200)는 차량이 통행하는 교량의 온도, 습도, 이슬점, 풍속, 풍향, 눈, 비, 서리, 안개 등과 같은 기상상황, 날씨 및 날씨로 인한 이상 상황등을 실시간 측정 및 감지하여 측정된 정보를 상기 제어부(300)로 전송하는 센서일 수 있다.
또한, 상기 센서부(200)는 상술한 내용을 수행할 수 있는 공지의 센서를 제한없이 적용실시할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 상기 제어부(300)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 센서부(200)에서 측정된 정보를 기반으로 상기 교량(10) 상에 발생될 블랙아이스 예측 정보를 생성하여 상기 발전부(100) 및 열선부(400)의 작동을 제어하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제어부(300)는 상기 센서부(200)에서 측정된 기온, 습도, 이슬점 및 기상 정보를 전송받아 블랙아이스 예측 신호를 생성하고, 생성된 블랙아이스 예측 신호를 기반으로 상기 발전부(100)의 작동을 제어하는 구성으로, 블랙아이스 생성 조건이 관측되었는지를 도출하여 블랙아이스가 생성되기 전에 교량(10)이 발열될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제어부(300)는 센서부(200)에서 측정된 풍향 및 풍량, 풍속값을 전송받아 측정된 바람 정보에 기초하여 발전부(100)의 작동을 제어하는 구성으로, 풍량 및 풍속에 따른 제1플랩도어(141), 제2플랩도어(142), 제3플랩도어(143), 제1유입공(131) 및 제2유입공(132) 각각의 개폐 정보를 도출하고 각각의 구성이 적합한 환경으로 개폐될 수 있도록 제어한다.
따라서, 상기 제어부(300)는 블랙아이스예측모듈(340), 유체분석모듈(310), 플랩도어제어모듈(320) 및 유입공제어모듈(330) 포함할 수 있다.
상기 블랙아이스예측모듈(340)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 센서부(200)에서 측정된 정보를 수집하여 블랙아이스 예측 정보를 생성하는 모듈로써, 대기의 온도, 이슬점 및 눈이나 비와 같은 강수 정보를 통해 블랙아이스 발생을 예측하도록 구성된다.
이 때, 블랙아이스 발생 조건은 온도 조건, 이슬점 조건 및 기상 조건의 3가지 조건으로 예측된다.
따라서, 상기 블랙아이스예측모듈(340)은 온도조건감지부(341), 이슬점감지부(342), 기상조건감지부(343) 및 발열신호생성부(344)를 포함할 수 있다.
상기 온도조건감지부(341)는 블랙아이스 생성 온도 조건이 측정되는지를 감지하는 구성으로, 3일 이내에 영하의 기온 또는 5℃이하의 영상 기온(0 ~ 5℃)이 관측되는지를 감지하여 블랙아이스 생성을 예측하는 구성이다.
상기 이슬점감지부(342)는 블랙아이스 생성 조건인 이슬점 이하의 온도가 3일 이내 관측되는지를 감지하는 구성이다.
이슬점은 공기가 포화가 되는 순간의 온도로써, 기온이 이슬점이 되면 공기는 포화상태가 되고, 이슬점이하의 온도로 기온이 하강하면 공기중의 수증기가 응결 되어 이슬이나 서리가 발생하고 이에 따라 블랙아이스가 발생할 수 있다.
상기 기상조건감지부(343)는 블랙아이스 생성 기상 조건인 눈이나 비가 3일 이내 관측되는지를 감지하는 구성이다.
상기 발열신호생성부(344)는 상기 온도조건감지부(341), 이슬점조건감지부(342) 및 기상조건감지부(343) 중 하나 이상의 블랙아이스 생성 조건이 관측되면 상기 발전부(100) 및 열선부(400)의 구동 신호를 생성하여 발전부(100) 및 열선부(400)의 구동을 제어하는 구성이다.
따라서, 상기 발열신호생성부(344)는 3일 이내에 영하의 기온 또는 5℃이하의 영상 기온(0 ~ 5℃)이 관측되거나 이슬점 이하의 기온이 3일 이내 관측되거나 눈이나 비와 같은 기상 상태가 3일 이내 관측될 경우, 블랙아이스 발생 예측 신호를 생성하고 예측 신호를 발전부 및 열선부(400)로 전송하여 발전부(100) 및 열선부(400)가 구동될 수 있도록 제어한다.
상기 유체분석모듈(310)은 상기 센서부(200)에서 측정된 정보를 전송받아 바람의 유동 방향 및 유량값 즉, 풍향 및 풍속값을 도출하는 모듈일 수 있다.
도 5(a)는 터빈관의 제1플랩도어 및 집풍관의 제2플랩도어가 개방된 발전부의 사용 상태를 나타낸 상태도이고, 도 5(b)는 터빈관의 제1플랩도어는 개방되고 집풍관의 제2플랩도어는 폐쇄된 발전부의 사용 상태를 나타낸 상태도이다.
본 발명에 따른 상기 플랩도어제어모듈(320)은 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시된 바와 같이 상기 유체분석모듈(310)에서 도출된 유량값 정보와 기설정된 기준값을 비교 분석하여 상기 플랩도어(140)의 개폐를 제어하는 모듈일 수 있다.
구체적으로, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 유체분석모듈(310)에서 도출된 정보를 전송받아 발전부(100)의 발전 효율을 높이기 위해 플랩도어(140) 각각의 개폐 상태를 제어하는 모듈로써, 측정된 바람의 유량값 즉, 풍속 정보를 전송받아 제1플랩도어(141)만을 개방할 것인지 제1플랩도어(141) 및 제2플랩도어(142) 모두를 개방할 것인지를 제어하게 된다.
또한, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 측정된 유량값 정보와 기설정된 기준 유량값 정보를 비교하여 플랩도어(140)를 제어한다.
보다 구체적으로, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 도 5(b)에 도시된 바와 같이 도출된 유량값 정보가 상기 기준값 이상으로 측정되는 경우, 상기 제1플랩도어(141)는 개방하고 상기 제2플랩도어(142)는 폐쇄하도록 제어한다.
이 때, 상기 기설정된 기준값은 발전 터빈의 최대 용량 값을 기준으로 한다.
즉, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 발전 터빈(111)의 최대 용량값보다 많은 양의 유량값이 관측될 경우에는 집풍관(120)으로의 바람 유입을 차단하기 위해 제2플랩도어(142)는 폐쇄하고 제1플랩도어(141)를 개방하여 터빈관(110)만으로의 공기 유입을 유도하게 된다.
또한, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 측정되는 바람의 유량값에 따라 제2플랩도어(142)를 모두 폐쇄할 수 있으나 도시되지는 않았지만 제2플랩도어(142) 중 어느 하나만 폐쇄할 수도 있다.
또한, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 도 5(a)에 도시된 바와 같이 도출된 유량값 정보가 기준값 미만으로 측정되는 경우, 상기 제1플랩도어(141) 및 상기 제2플랩도어(142)가 개방되도록 제어한다.
즉, 상기 플랩도어제어모듈(320)은 발전 터빈(111)의 최대 용량값보다 적은 양의 유량을 갖는 바람이 관측될 경우에는 터빈관(110) 뿐 아니라 집풍관(120)으로의 공기 유입을 유도하기 위해 상기 제1플랩도어(141) 및 제2플랩도어(142) 모두를 개방할 수 있다.
상기 유입공제어모듈(330)은 상기 유체분석모듈(310)에서 도출된 바람의 유동 방향에 기인하여 상기 유입공(130)의 개폐를 제어하는 모듈일 수 있다.
구체적으로, 상기 유입공제어모듈(330)은 바람의 방향에 따라 제1유입공(131) 또는 제2유입공(132)의 개폐를 제어하는 것으로, 일측 개방구로 바람이 유입되는 경우에는 상기 제1유입공(131)은 개방하고, 상기 제2유입공(132)은 폐쇄하며, 타측 개방구로 바람이 유입되는 경우에는 상기 제1유입공(131)은 폐쇄하고, 상기 제2유입공(132)은 개방되도록 제어한다.
즉, 상기 유입공제어모듈(330)은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 일측에서 타측으로 유동하는 공기가 관측될 경우에는 제3플랩도어(143) 중 제1유입공(131) 측을 개방함으로써, 일측 개방구에서 유입된 바람이 제1격벽(121a)의 충돌로 제1유입공(131)을 통해 발전 터빈(111)으로 유입되어 발전 터빈(111)을 구동한 후 터빈관 (110) 타측 개방구를 통해 외부에 배출되게 된다.
또한, 상기 유입공제어모듈(330)은 도 4(b)에 도시된 바와 같이 타측에서 일측으로 유동하는 공기가 관측될 경우에는 제3플랩도어(143) 중 제2유입공(132) 측을 개방함으로써, 타측 개방구에서 유입된 바람이 제2격벽(121b)의 충돌로 제2유입공(132)을 통해 발전 터빈(111)으로 유입되어 발전 터빈(111)을 구동한 후 터빈관 (110) 일측 개방구를 통해 외부로 배출되게 된다.
상기 열선부(400)는 상기 발전부(100)와 전기적으로 연결되도록 상기 교량(10) 내에 내설되어 발전부(100)에서 생성된 전력을 공급받아 가열되는 구성이다.
또한, 상기 열선부(400)는 교량위의 블랙아이스 생성을 방지하여 블랙아이스로 인한 사고를 방지할 수 있도록 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템에 의하면, 교량 주위의 기상 정보를 측정하는 센서부에서 측정된 정보를 기초로 교량 위의 블랙아이스 발생을 예측하는 예측 정보를 도출하고 도출된 예측 정보에 따라 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 지열이 올라 오지 않고 상측 뿐 아니라 하측으로도 바람이 통하게 구성되어 동일한 온, 습도 조건에서도 일반 도로에 비해 빈번하게 발생하는 교량의 블랙아이스 발생을 방지하여 교량에서의 결빙 또는 블랙아이스에 따른 사고를 미연에 방지하는 효과가 있다.
또한, 내부 중심부에 발전 터빈이 배치되는 관형의 터빈관 및 상기 터빈관 양측에 병렬로 배치되는 한 쌍으로 유입된 바람을 상기 발전 터빈으로 공급하는 관형의 집풍관으로 구성된 발전부가 교량 하부에 병렬로 이음 연결되도록 구성됨으로써, 바람 자원이 풍부한 교랑 하단부에 설치하여 교량에서의 전력 생산 및 전력 사용이 효율적으로 구현되는 효과가 있다.
아울러, 센서부에서 측정된 바람 정보에 기초하여 발전부의 작동을 제어하는 제어부를 구비함으로써, 풍량 및 풍속에 따른 플랩도어 및 유입공 각각의 개폐를 제어하여 바람의 특성에 적합한 발전 환경을 적용하여 전력 출력량이 증대되는 효과가 있다.
이에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1 : 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템
10 : 교랑 100 : 발전부
110 : 터빈관 111 : 발전 터빈
120 : 집풍관 121 : 차단 격벽
121a : 제1격벽 121b : 제2격벽
130 : 유입공 131 : 제1유입공
132 : 제2유입공 140 : 플랩도어
141 : 제1플랩도어 142 : 제2플랩도어
143 : 제3플랩도어 200 : 센서부
300 : 제어부 310 : 유체분석모듈
320 : 플랩도어제어모듈 330 : 유입공제어모듈
340 : 블랙아이스예측모듈 341 : 온도조건감지부
342 : 이슬점감지부 343 : 기상조건감지부
344 : 발열신호생성부 400 : 열선부

Claims (5)

  1. 교량에 내설되는 열선부;
    상기 교량 하부에 배치되고, 유입되는 바람에 의해 발전하여 상기 열선부에 전력을 공급하는 발전부;
    상기 교량 주위 대기의 온도, 습도, 강수, 풍속 및 풍향을 포함한 기상정보를 측정하는 센서부; 및
    상기 센서부에서 측정된 정보를 기반으로 상기 교량 상에 발생될 블랙아이스 예측 정보를 생성하여 상기 발전부 및 열선부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서부에서 측정된 정보를 수집하여 블랙아이스 예측 정보를 생성하는 블랙아이스예측모듈;를 포함하며,

    상기 발전부는,
    내부 중심부에 발전 터빈이 배치되고, 전후단에 개방구를 갖는 관형의 터빈관;
    상기 터빈관 양측에 병렬로 배치되는 한 쌍으로, 전후단에 구비된 개방구로 외부 바람을 유입하여 상기 발전 터빈으로 공급하는 관형의 집풍관;
    상기 터빈관과 집풍관이 접촉하는 측면 일측에 연통된 통공으로, 상기 집풍관에 유입된 바람을 상기 발전 터빈으로 공급하는 유입공; 및
    상기 개방구 및 유입공의 개폐를 제어하는 플랩도어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 블랙아이스예측모듈은,
    블랙아이스 생성 온도 조건인 영하의 기온 또는 5℃ 이하의 영상 기온이 3일 이내 관측되는지를 감지하는 온도조건감지부;
    블랙아이스 생성 조건인 이슬점 이하의 기온이 3일 이내 관측되는지를 감지하는 이슬점감지부; 및
    블랙아이스 생성 기상 조건인 눈이나 비가 3일 이내 관측되는지를 감지하는 기상조건감지부; 및
    상기 온도조건감지부, 이슬점조건감지부 및 기상조건감지부 중 하나 이상의 블랙아이스 생성 조건이 관측되면 상기 발전부 및 열선부의 구동 신호를 생성하는 발열신호생성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 집풍관은,
    상기 유입공과 이웃하는 상기 집풍관 내부에 배치되는 격벽으로, 상기 개방구로 유입된 바람의 유동 방향을 상기 유입공으로 전환하는 차단격벽;을 포함하고,
    상기 차단격벽은,
    일측 개방구에서 유입된 바람의 유동을 전환하는 제1격벽; 및
    타측 개방구에서 유입된 바람의 유동을 전환하는 제2격벽;을 포함하고,
    상기 유입공은,
    상기 제1격벽으로 유동 방향이 전환된 바람을 상기 발전 터빈으로 유입시키는 제1유입공; 및
    상기 제2격벽으로 유동 방향이 전환된 바람을 상기 발전 터빈으로 유입시키는 제2유입공;을 포함하며,
    상기 플랩도어는,
    상기 터빈관 개방구에 배치되는 제1플렙도어;
    상기 집풍관 개방구에 배치되는 제2플렙도어; 및
    상기 유입공에 배치되는 제3플렙도어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서부에서 측정된 정보를 전송받아 바람의 유동 방향 및 유량값을 도출하는 유체분석모듈;
    상기 유체분석모듈에서 도출된 유량값 정보와 기설정된 기준값을 비교 분석하여 상기 플랩도어의 개폐를 제어하는 플랩도어제어모듈; 및
    상기 유체분석모듈에서 도출된 바람의 유동 방향에 기인하여 상기 유입공의 개폐를 제어하는 유입공제어모듈;을 포함하고,
    상기 플랩도어제어모듈은,
    도출된 유량값 정보가 상기 기준값 이상으로 측정되는 경우, 상기 제1플랩도어는 개방하고 상기 제2플랩도어는 폐쇄하고,
    도출된 유량값 정보가 상기 기준값 미만으로 측정되는 경우, 상기 제1플랩도어 및 상기 제2플랩도어가 개방되도록 제어하며,
    상기 유입공제어모듈은,
    일측 개방구로 바람이 유입되는 경우, 상기 제1유입공은 개방하고, 상기 제2유입공은 폐쇄하고,
    타측 개방구로 바람이 유입되는 경우, 상기 제1유입공은 폐쇄하고, 상기 제2유입공은 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 해상 교량용 블랙아이스 예방 시스템.
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