KR102495395B1 - 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치 및 그 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 기술적 측면에 따른 도로 결빙 방지 장치는, 도로의 적어도 일부 영역에서 차량의 진행 방향에 대한 횡 방향으로 설치되는 탄소 나노튜브 발열체 및 상기 적어도 일부 영역의 온도가 기 설정된 기준 온도 미만이면 상기 탄소 나노튜브 발열체에 전류를 제공하여 발열 구동시키는 발열 관리부를 포함 할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 탄소 나노튜브를 발열체로 이용함으로써 발열체의 설치를 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치 및 그 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법에 관한 것이다.
우리나라에서 동절기의 경우, 기온이 영하 이하로 떨어지는 것이 빈번하게 발생하여 도로 표면의 결빙이 빈번하게 발생한다. 특히, 터널 입구 주변이나 산악지형에서의 급 커브 지역 등은 그늘이 장시간 형성되어, 눈에 잘 띄지 않는 결빙 현상, 즉, 블랙 아이스가 발생하게 되고, 이러한 도로 표면의 결빙은 차량 사고의 주 원인이 된다.
이러한 겨울철 응달구간, 터널 외부의 노면의 결빙을 방지하기 위하여 인력으로 도로에 모래나 염화칼슘을 살포하는 방법을 사용하였는데, 이는 많은 인력, 시간 및 장비가 요구되며 또한 신속한 대응이 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 도로 결빙 방지 시스템이 개발되고 있다. 종래의 도로 결빙 방지 시스템은, 도로의 일부를 걷어내고 열 발열체를 설치한 후 콘크리트를 타설하여 설치된다.
그러나, 이러한 종래의 방식의 경우, 열 발열체 구조물 자체의 입체적인 외형에 의하여, 구조물을 설치하기 위하여 도로의 일부를 걷어내는 등, 설치에 많은 비용 및 시간이 소모되어야 하는 한계가 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 탄소 나노튜브를 발열체로 이용함으로써 발열체의 설치를 용이하게 수행할 수 있는 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치 및 그 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 기술적 측면은, 도로의 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 탄소 나노튜브 발열체를 설치하여 탄소 나노튜브를 발열체의 손상을 방지하고 럼블 스트립과 발열을 동시에 적용하여 차량의 미끄러짐을 보다 효율적으로 방지할 수 있는 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치 및 그 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 기술적 측면은, 차량의 바퀴가 통행하는 영역에서 발열체의 두께를 보다 좁게 설정하여, 발열 효율을 극대화 할 수 있는 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치 및 그 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 일 기술적 측면은 탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치를 제안한다. 상기 도로 결빙 방지 장치는, 도로의 적어도 일부 영역에서 차량의 진행 방향에 대한 횡 방향으로 설치되는 탄소 나노튜브 발열체 및 상기 적어도 일부 영역의 온도가 기 설정된 기준 온도 미만이면 상기 탄소 나노튜브 발열체에 전류를 제공하여 발열 구동시키는 발열 관리부를 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄소 나노튜브 발열체는, 탄소 나노튜브 및 에폭시 혼합체를 포함하는 탄소 나노튜브 코팅제가 상기 도로의 적어도 일부 영역에 도포되어 형성 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄소 나노튜브 코팅제는, 상기 탄소 나노튜브의 함량은 0.75 wt.% 내지 5.0wt.%의 범위로 혼합 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄소 나노튜브 발열체는, 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로, 복수의 행으로 설치되는 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은, 상기 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 형성되는 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은, 상기 발열 관리부에 대하여 병렬로 연결 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은, 제1 폭을 가지는 제1 영역 및 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 가지는 제2 영역을 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 교번적으로 형성 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 영역은, 상기 도로에서 상기 차량의 진행 방향으로 볼 때, 차량의 바퀴가 이동하는 영역에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 영역의 발열 온도는, 상기 제1 영역의 발열 온도보다 높을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도로 결빙 방지 장치는, 상기 탄소 나노튜브 발열체가 설치된 상기 도로의 적어도 일부 영역에 설치되어, 상기 적어도 일부 영역의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 발열 관리부는 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 상기 기준 온도와 비교하여, 상기 탄소 나노튜브 발열체의 발열 구동 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 제안한다. 상기 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법은, 도로에서 차량의 진행 방향에 대하여 종 방향으로 한 쌍의 연장 전극을 설치하는 단계, 상기 한 쌍의 연결 전극 사이에, 상기 차량의 진행 방향에 대한 횡 방향으로 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하는 단계, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열라인의 양 단을 각각 상기 한 쌍의 연장 전극에 전기적으로 연결하는 단계 및 상기 한 쌍의 연장 전극을, 발열 관리부에 전기적으로 연결하는 단계를 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하는 단계는, 상기 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 형성되는 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에, 탄소 나노튜브 코팅제를 도포하는 단계를 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄소 나노튜브 코팅제는, 상기 탄소 나노튜브의 함량은 0.75 wt.% 내지 5.0wt.%의 범위로 혼합 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하는 단계는, 상기 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 럼플 스트립을 형성하는 단계 및 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을, 상기 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 안착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 탄소 나노튜브를 발열체로 이용함으로써 발열체의 설치를 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도로의 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 탄소 나노튜브 발열체를 설치하여 탄소 나노튜브를 발열체의 손상을 방지하고 럼블 스트립과 발열을 동시에 적용하여 차량의 미끄러짐을 보다 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 차량의 바퀴가 통행하는 영역에서 발열체의 두께를 보다 좁게 설정하여, 발열 효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브의 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 등가 회로도이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 14는 도 1에 도시된 발열 관리부의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 15 내지 도 16은 발열 관리부에서 수행되는 발열 관리 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브의 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 등가 회로도이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 14는 도 1에 도시된 발열 관리부의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 15 내지 도 16은 발열 관리부에서 수행되는 발열 관리 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
즉, 전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 이하에서 본 발명에 따른 시스템을 설명하기 위하여 다양한 구성요소 및 그의 하부 구성요소에 대하여 설명하고 있다. 이러한 구성요소 및 그의 하부 구성요소들은, 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합 등 다양한 형태로서 구현될 수 있다. 예컨대, 각 요소들은 해당 기능을 수행하기 위한 전자적 구성으로 구현되거나, 또는 전자적 시스템에서 구동 가능한 소프트웨어 자체이거나 그러한 소프트웨어의 일 기능적인 요소로 구현될 수 있다. 또는, 전자적 구성과 그에 대응되는 구동 소프트웨어로 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현되거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "부(Unit)", "서버(Server)" 및 "시스템(System)" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템에서 실행되는 각 기능은 모듈단위로 구성될 수 있고, 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 및 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.
본 발명의 실시형태를 설명하기 위하여 다양한 순서도가 개시되고 있으나, 이는 각 단계의 설명의 편의를 위한 것으로, 반드시 순서도의 순서에 따라 각 단계가 수행되는 것은 아니다. 즉, 순서도에서의 각 단계는, 서로 동시에 수행되거나, 순서도에 따른 순서대로 수행되거나, 또는 순서도에서의 순서와 반대의 순서로도 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치는, 차량이 다니는 도로(10)의 적어도 일부 구간에 설치되는 탄소 나노튜브 발열체(100)와, 탄소 나노튜브 발열체(100)에 전류를 제공하여 탄소 나노튜브 발열체(100)를 발열 구동시키는 발열 관리부(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 터널 입구 주변이나 산악지형에서의 커브 지역 등과 같은 응달 지역이나, 횡단 보도나 학교 주변 등의 보행 안전 지역에 구비되어, 해당 지역의 빙결을 방지할 수 있다. 즉, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 도로의 표면 또는 도로에 형성된 럼블 스트립에 형성되고, 발열하여 도로의 빙결을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 탄소 나노튜브 및 에폭시 혼합체를 포함하는 탄소 나노튜브 코팅제를 도로에 도포되어 형성될 수 있다.
예컨대, 아세톤, 에폭시 또는 타 폴리머류를 혼합하여 형성된 용매에, 일정량의 다중 탄소나노튜브를 혼합한 후, 분산기를 이용하여 충분히 분산시킨 코팅제를 준비하고, 이러한 코팅제에서 아세톤을 증발시켜고 하드너와 섞어 도로 상에 도포하여 코팅 할 수 있다. 이러한 경우, 도로를 걷어내는 작업을 별도로 수행할 필요 없이 간단하게 설치할 수 있다.
이러한 일 실시예에서, 탄소 나노튜브 코팅막(100)을 형성하는 다중 탄소나노튜브 및 에폭시 혼합체에서, 탄소 나노튜브의 함량은 0.75 wt.% 내지 5.0wt.%의 범위로 혼합될 수 있다. 이는, 탄소나노튜브의 함량이 0인 상태에서는 기재인 에폭시의 특성에 따라서 전기가 흐르지 않지만, 탄소 나노튜브를 첨가함으로써 도전성, 즉, 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 탄소 나노튜브의 함량이 0.75 내지 1.00wt.% 범위에서 혼합체의 특성이 비전도성에서 전도성으로의 급격한 변화가 발생한다. 이는 기재에 분사된 탄소 나노튜브들 사이의 연결이 발생함에 따라 전도성을 가지게 된 것을 의미하며, 그에 따라 탄소 나노튜브 혼합체에 전기적 특성이 반영될 수 있음을 의미한다. 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라서 전기 전도도도 상승하나, 5.0wt.% 이후에는 큰 변화가 없다. 따라서, 탄소 나노튜브의 함량은 0.75 wt.% 내지 5.0wt.%의 범위로 설정할 수 있다.
일 실시예예서, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 도로에 형성된 럼블 스트립의 내부 공간에 형성될 수 있다. 럼블 스트립은 차량의 안전 운행을 목적으로 도로의 일부 영역에서 형성되는 홈 구조의 집합체로서, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 이러한 럼블 스트립의 내부 공간에 형성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 탄소 나노튜브 발열체에 가해지는 데미지를 원천적으로 방지하여 파손 가능성을 최소화시키고, 럼블 스트립의 마찰 효과와 도로 결빙 방지 장치의 결빙 방지 효과가 시너지 효과를 제공하므로 보다 안전한 도로 환경을 제공할 수 있다.
일 실시예예서, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 차량의 진행 방향의 횡 방향으로, 복수의 행으로 설치되는 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 포함할 수 있다. 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인의 양 단은 각각 한 쌍의 전극에 연결되어, 발열관리부(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은 상술한 럼블 스트립의 각 라인의 내부 공간 중 일부에 설치될 수 있다.
이하 도 2 내지 도 14를 참조하여, 탄소 나노튜브 발열체(100)의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법을 설명하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도로에서 차량의 진행 방향에 대하여 횡 방향으로 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인(102)을 형성할 수 있다.
이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인의 양 단 측에, 차량의 진행 방향에 대하여 종 방향으로 한 쌍의 연장 전극(101)을 설치할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 탄소 나노튜브 발열라인(102)의 양 단을 각각 한 쌍의 연장 전극(101)에 전기적으로 연결할 수 있다.
일 예로, 복수의 탄소 나노튜브 발열라인(102)의 양 단과, 각각 한 쌍의 연장 전극(101)은 전도성 페인트(103)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 연장 전극(101)을, 발열 관리부(200)에 전기적으로 연결할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치의 등가 회로도로서, 도시된 바와 같이, 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인이 한 쌍의 연장 전극을 이용하여 상호 병렬 연결됨을 알 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것으로서, 실시예에 따라 적어도 일부 구간에서 탄소 나노튜브 발열 라인이 직렬 연결되도록 변형 구성도 가능하다.
일 실시예에서, 탄소 나노튜브를 이용한 도로 결빙 방지 장치는, 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 도 7 내지 도 8은 온도 센서를 더 포함하는 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 온도 센서(104)가 탄소 나노튜브 발열체(100)가 설치된 도로의 적어도 일부 영역에 설치될 수 있다. 도시된 예에서, 온도 센서(104)가 한 쌍의 전극 (101) 사이에 위치하며, 개별적으로 동작하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로서 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 온도 센서(104)는 별도의 온도 센서로 구현되어 발열관리부에 감지된 온도를 제공하도록 구현될 수 도 있고, 또는 다른 일 예로, 탄소 나노튜브 자체를 이용하여 온도를 감지하도록 구현될 수도 있다.
온도 센서(104)는, 도로의 적어도 일부 영역의 온도를 측정하여 발열 관리부(200)에 제공할 수 있고, 발열 관리부(200)는 측정된 온도를 기준 온도와 비교하여 탄소 나노튜브 발열체(100)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 도로에 기 형성된 럼블 스트립을 이용하여 설치될 수 있다. 이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여, 럼블 스트립을 이용하는 탄소 나노튜브 발열체(100)를 설치하는 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 9는 도로에 형성되는 럼블 스트립을 도시하는 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 럼블 스트립의 A-A' 방향의 측단면도이다.
도 9는 및 도 10에 도시된 바와 같이, 럼블 스트립은 도로의 표면에서 소정의 공간(11)을 제거하여 형성될 수 있다. 도 9 내지 도 10에서는 단면이 직사각형 모양이 되도록 럼블 스트립이 형성되는 예를 도시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 럼블 스트립은 차량의 바퀴에 접촉 면적을 넓혀 마찰력을 높이고 제동력을 증가시키는 효과를 가진다. 럼블 스트립은 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 탄소 나노튜브 발열체(100)는 이러한 럼블 스트립 내의 공간에 설치될 수 있으며, 이에 대하여 도 11 내지 도 12를 참조한다.
도 11은 럼블 스트립에 형성된 탄소 나노튜브 발열체(100)을 도시하는 평면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 럼블 스트립에 형성된 탄소 나노튜브 발열체(100)의 A-A' 방향의 측단면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 럼블 스트립(11)의 복수의 홈의 내부 공간 중 적어도 일부에 각각 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하여, 탄소 나노튜브 발열체(100)를 설치할 수 있다.
일 예로, 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에, 탄소 나노튜브 코팅제를 도포하여 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성할 수 있다.
다른 예로, 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 대응되는 형상으로 형성된 탄소 나노튜브 발열 라인을 준비하고, 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 준비된 탄소 나노튜브 발열 라인을 안착하여, 탄소 나노튜브 발열체(100)를 설치할 수 있다.
일 실시예에서, 탄소 나노튜브 발열 라인(102)은 적어도 일부 영역에서 상이한 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 탄소 나노튜브 발열 라인(102)은, 제1 폭을 가지는 제1 영역(110)과, 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 가지는 제2 영역(120)을 포함할 수 있다.
일 예로, 탄소 나노튜브 발열 라인(102)은 제1 영역(110)과 제2 영역(120)이 교번적으로 형성될 수 있다. 이 때, 제2 영역(120)은 도로에서 차량의 진행 방향으로 볼 때, 차량의 바퀴가 이동하는 영역에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
여기에서, 제2 영역(120)의 발열 온도는, 제1 영역(110)의 발열 온도보다 높을 수 있다.
즉, 차량의 바퀴가 이동하는 영역에 대응되는 제2 영역(120)에서는, 그 단면적이 제1 영역(110)보다 좁게 설정함으로써, 동일한 전류량이 통전되더라도 제2 영역(120)에서의 발열이 보다 크게 발생하도록 하는 것이다.
이러한 제2 영역 및 제1 영역은 다음의 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
여기에서, L은 도체의 길이, A는 도체의 단면적을 나타내며, ρ는 비저항으로 물체의 고유한 성질이다.
즉, 저항값 R은 도체의 길이에 비례하고, 도체의 단면적에 반비례한다.
상술한 탄소 나노튜브 발열 라인(102)은 동일한 길이로 형성될 수 있으며, 따라서, 부분적으로 높은 발열을 발생시키기 위하여, 제2 영역(120)의 폭을 좁게 설정하여, 즉, 단면적이 상대적으로 작아지도록 설정하면 동일한 전류량이 흐르는 탄소 나노튜브 발열 라인(102)에서 제2 영역(120)에 대응되는 부분에서 보다 높은 저항을 가지게 된다. 결국, 저항에 의한 줄 발열으로 발열 하는 탄소 나노튜브 발열 라인(102)이므로, 단면적이 보다 작은 제2 영역(120)에서의 발열이 보다 크며, 그에 따라 결빙 해동에 있어서도 차량의 바퀴가 지나가는 영역을 우선적으로 해동할 수 있는 효과를 가진다.
이상에서는 도 1 내지 도 13을 참조하여, 탄소 나노튜브 발열체에 대하여 설명하였다. 이하, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 발열 관리부(200) 및 그 발열 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 14는 도 1에 도시된 발열 관리부의 일 실시예를 설명하는 도면이고, 도 15는 발명 관리부에 의한 발열 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 발열 관리부(200)는 온도 감지부(210), 전원 제어부(230) 및 전류 공급부(250)를 포함할 수 있다.
온도 감지부(210)는 온도 센서(104)와 연결되어, 도로 결빙 방지 장치가 설치된 도로의 적어도 일부 영역의 온도를 확인할 수 있다(S1510).
전원 제어부(230)는 온도 감지부(210)에서 확인된 온도를 기 설정된 기준 온도와 비교하고(S1520), 확인된 온도가 기준 온도 미만이면(S1520, 예), 발열 구동을 설정한다. 한편, 확인된 온도가 기준 온도 이상이면(S1520, 아니오) 온도 확인 절차를 반복한다.
전원 제어부(230)가 발열 구동을 설정하면, 전원을 전류 공급부(250)에 제공한다. 전류 공급부(250)는 전원 제어부(230)에서 제공되는 전원을 기초로, 전류를 탄소 나노튜브 발열체에 제공하여 발열 구동을 수행할 수 있다(S1530).
도 16은 발열 관리부에서 수행되는 에러 판단 방법을 설명하는 도면이다.
전류 공급부(250)는 탄소 나노튜브 발열체의 저항값을 확인하고, 발열 구동 시의 탄소 나노튜브 발열체의 저항 평균값을 산출할 수 있다(S1610).
전류 공급부(250)는 발열 구동 상태에서의 탄소 나노튜브 발열체의 현재 저항을 확인하고, 현재 저항값이 저항 평균값을 초과하면(S1620, 예), 에러 상태로 판단할 수 있다(S1630).
한편, 현재 저항값이 저항 평균값 이하이면(S1620, 아니오), 정상상태로 판정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 탄소 나노튜브 코팅막
200 : 발열 관리부
101 : 연장 전극 102 : 탄소 나노튜브 발열라인
103 : 전도성 페인트 104 : 온도 센서
200 : 발열 관리부
101 : 연장 전극 102 : 탄소 나노튜브 발열라인
103 : 전도성 페인트 104 : 온도 센서
Claims (16)
- 도로의 적어도 일부 영역에서 차량의 진행 방향에 대한 횡 방향으로 설치되고,
상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로, 복수의 행으로 설치되는 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인; 을 포함하고,
상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은, 제1 폭을 가지는 제1 영역; 및 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 가지는 제2 영역;이 교번적으로 형성되고,
상기 제2 영역은 상기 도로에서 상기 차량의 진행 방향으로 볼 때, 차량의 바퀴가 이동하는 영역에 대응되는 위치에 구비되어, 상기 제1 영역의 저항값 보다 더 높은 저항값을 갖고,
상기 제2영역의 발열 온도는 상기 제1 영역의 발열 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 발열체; 및
상기 적어도 일부 영역의 온도가 기 설정된 기준 온도 미만이면 상기 탄소 나노튜브 발열체에 전류를 제공하여 발열 구동시키는 발열 관리부;
를 포함하는 탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 발열체는,
아세톤 및 에폭시를 혼합하여 형성된 용매에, 다중 탄소 나노튜브를 0.75wt.% 내지 5.0wt.%의 범위로 혼합한 후, 분산기를 이용하여 분산시키고, 아세톤을 증발시킨 후 하드너와 섞어 도포되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은,
상기 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 형성되는 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 설치되는
탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인은,
상기 발열 관리부에 대하여 병렬로 연결되는
탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 도로 결빙 방지 장치는,
상기 탄소 나노튜브 발열체가 설치된 상기 도로의 적어도 일부 영역에 설치되어, 상기 적어도 일부 영역의 온도를 측정하는 온도 센서;
를 더 포함하고,
상기 발열 관리부는,
상기 온도 센서에서 측정된 온도를 상기 기준 온도와 비교하여, 상기 탄소 나노튜브 발열체의 발열 구동 여부를 결정하는
탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치.
- 도로에서 차량의 진행 방향에 대하여 횡 방향으로 설치되고,
제1 폭을 가지는 제1 영역; 및 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 가지는 제2 영역;이 교번적으로 형성되고,
상기 제2 영역은 상기 도로에서 상기 차량의 진행 방향으로 볼 때, 차량의 바퀴가 이동하는 영역에 대응되는 위치에 구비되어, 제1 영역의 저항값보다 더 높은 저항값을 갖고,
상기 제2 영역의 발열 온도는 상기 제1 영역의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하는 단계;
상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인의 양 단 측에, 상기 차량의 진행 방향에 대하여 종 방향으로 한 쌍의 연장 전극을 설치하는 단계;
상기 복수의 탄소 나노튜브 발열라인의 양 단을 각각 상기 한 쌍의 연장 전극에 전기적으로 연결하는 단계; 및
상기 한 쌍의 연장 전극을, 발열 관리부에 전기적으로 연결하는 단계;
를 포함하는 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하는 단계는,
상기 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 형성되는 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에, 탄소 나노튜브 코팅제를 도포하는 단계;
를 포함하는 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 코팅제는,
아세톤 및 에폭시를 혼합하여 형성된 용매에, 다중 탄소 나노튜브를 0.75wt.% 내지 5.0wt.%의 범위로 혼합한 후, 분산기를 이용하여 분산시키고, 아세톤을 증발시킨 후 하드너와 섞어 도포되는 것을 특징으로 하는 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을 형성하는 단계는,
상기 도로의 적어도 일부 영역에서 상기 차량의 진행 방향의 횡 방향으로 럼블 스트립을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 탄소 나노튜브 발열 라인을, 상기 럼블 스트립의 내부 공간 중 적어도 일부에 안착하는 단계;
를 포함하는 도로 결빙 방지 장치의 설치 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소 나노튜브 발열체의 발열 구동 시의 저항 평균값을 산출하고,
발열 구동 상태에서의 저항이 상기 저항 평균값을 초과하는 경우 에러상태로 판단하는 전류 공급부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 코팅막을 이용한 도로 결빙 방지 장치
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| KR101769860B1 (ko) * | 2016-05-16 | 2017-08-30 | 주식회사 쓰리제이 | 탄소발열체를 이용한 다용도 탄소 발열담요 |
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