KR200389117Y1 - 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 상부의 응축부와 하부의 증발부로 이루어진 히트파이프와, 상기 히트파이프의 상단부와 간격을 두고 응축부의 외주에 돌출되게 부착된 하나 이상의 휜과, 상기 휜의 하단의 아랫쪽으로부터 응축부의 해당 외주연에 지표면으로부터 적어도 1m 이상 매설되는 길이로 부착된 단열부를 포함하여 구성되는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치에 관한 것으로서 비교적 간단한 구조이고, 시공이 간편하며, 그 동작을 위해 별도로 조작할 필요가 없고 그에 따라 운용, 유지 및 보수비용이 매주 적게 드는 효과가 있다.
Description
본 고안은 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치, 보다 상세하게는 히트파이프를 이용하여 지열을 지상에 전달하여 지표면이나 지상물체의 온도를 빙결온도 이상으로 유지함으로써 동절기에 지표면 또는 지상구조물 상면에 빙결층이 만들어지는 것을 방지하고 내린 눈을 녹이기 위한 장치에 관한 것이다.
우리나라와 같이 겨울에 혹한기가 찾아오고 눈이 자주 내리는 기후를 갖는 지방, 그 중에서도 특히 경사진 차도나 인도에 눈이 내려 쌓이게 되면 차량 운전자나 보행자에 많은 위험과 불편을 주게 된다.
눈이 쌓이거나 물이 흘러 지표면에 결빙이 생기어 교통사고가 발생하거나 넘어져서 부상자가 발생하는 경우 당사자의 고통과 손해가 큼은 물론 도로관리자의 책임문제가 제기되기도 한다.
이러한 사고의 발생을 막기 위해 도로밑에 전열선을 매설하여 지표면의 빙결을 방지하는 방법이 제안되어 실용화되고 있으나, 설치비용이 많이 들고 유지와 보수에 별도의 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 폭설로 인해 온실이나 비닐하우스가 붕괴되면 농작물이나 화초가 큰 피해를 보게 되어 농민들이 큰 손해를 봄은 물론 소비자들도 피해를 입으나 이러한 많은 눈을 제거하기 위한 적합한 방법이 없었다.
본 고안은 종래의 도로표면 빙결 방지장치의 결점을 해소하고 폭설로 인한 피해를 줄이기 위한 것으로서, 구조가 간단하고 설치비용이 싼 지상물체 빙결 방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 고안은 또한 유지와 보수가 용이한 지상물체 빙결 방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 고안은 에너지 비용이 소요되지 않는 지상물체 빙결 방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 상부 응축부와 하부 증발부로 이루어진 히트파이프와, 이 히트파이프의 응축부의 외주에 형성된 하나 이상의 휜(fin)과, 히트파이프의 휜 형성부 하측의 외주를 감싼 단열부를 포함하여 구성되는 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치를 제공한다.
히트파이프란 진공의 밀폐된 용기에 작동유체를 충진한 전열장치를 말하며, 작동유체가 연속적으로 기체와 액체 간의 상변화가 일어나면서 용기의 양단사이에 열을 전달한다. 특히 잠열(Latent heat)을 이용하여 열을 이동시킴으로써 단일상(Phase)의 작동유체를 이용하는 통상적인 열전달 기기에 비해 매우 큰 열전달 능력을 가지고 있다. 히트파이프의 기본적인 구조는 밀폐된 용기, 작동유체와 용기내부의 모세관으로 이루어지며 외벽의 재료 및 작동유체의 종류, 모세관 구조물의 종류, 액체의 귀환방법, 내부의 기하학적 형태, 작동온도 등에 따라 다양하게 분류된다. 또한 작동유체의 귀환이 모세관에 의하여 이루어지는 경우는 물론 중력 또는 원심력 등과 같은 힘에 의해서도 이루어지기도 하며 이를 통칭하여 히트파이프라고 부른다. 히트파이프는 작동하는데 별도의 동력원을 필요로 하지 않으며 그 자체가 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는 구조물로서의 역할을 할 수 있으므로, 재래의 열전달 기기에 필요했던 부가적 중량과 부피를 감소시킬 수 있다. 히트파이프의 작동온도는 봉입되어 있는 작동유체(암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 물 등)의 종류와 량에 따라 정해지고, 그 액상과 기상이 공존하는 범위 이내이어야 한다. 작동유체의 온도범위는 고체와 액체 그리고, 기체가 공존하는 3중점(triple point)부터 임계점(critical point) 사이이며 작동유체는 항상 기-액상변화 선도의 포화 곡선을 따르기 때문에 작동온도에 따라 내부의 압력이 결정된다. 작동유체에 따라서는 임계점 근체에서 매우 높은 증기압이 되는 경우가 있다.
이와 같은 때에는 용기의 강도를 고려하여 임계온도 보다 낮은 온도로 제한된다. 또, 3중점 부근에서 증기 밀도는 매우 작아 그만큼 큰 열수송량이 얻어지지 않기 때문에 이보다 어느 정도 낮은 온도로 제한되는 경우도 있다.
본 고안에 의한 지상물체 빙결 방지장치는 동절기(우리나의 경우)에도 16℃ 정도의 온도를 갖는 지하 3~10m 정도의 지열을 히트파이프를 이용하여 지표면이나 지상구조물 상부에 전달하여 지표면이나 지상구조물 상부의 온도를 빙결온도 이상으로 유지되게 함으로써 지표면이나 지상구조물 상부에 혹한이나 적설 등으로 인한 얼음층이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이하 본 고안의 지열을 이용한 지표면(지상구조물 상부를 포함한다. 이하 같다.) 빙결 방지장치를 그 실시예에 대하여 첨부도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 1, 도 2는 본 고안의 제1 실시예에 의한 지열을 이용한 지표면 빙결 방지장치의 일부 생략 사시도 및 부분 확대도로서, 상부 응축부(11)와 하부 증발부(12)로 이루어지며 상·하부에 공간부(S1, S2)를 남겨두고 동일한 구경의 모세관(CT) 6개가 봉입되고 상부캡(11')과 하부캡(12')에 의해 작동유체가 밀봉된 관체(13)로 된 진공상태의 ㄱ자형 히트파이프(10)와, 이 히트파이프(10)의 상부 응축부(11)의 외주에 부착된 2개의 평판형 휜(20) 및 하부 증발부(12)의 외주에 부착된 다수의 디스크형 휜(20')과 위의 휜(20)의 아랫부분으로부터 동절기에 땅이 동결점(지상으로부터 1.2m)까지 위치하게 될 히트파이프(10)의 관체(13)의 외주를 감싸도록 예를 들어, 폴리스티렌폼, 글래스울, 석면 기타 공지의 단열재가 부착된 단열부(30)를 포함하여 구성되는 지열을 이용한 지표면 빙결 방지장치가 도시되어 있다.
위의 상·하부의 공간부(S1, S2)는 6개의 통공이 모세관(CT)의 단부를 수용한 상태로 용접되고 관체(13)의 내경과 같은 직경을 갖는 원판(CP)을 상·하부 캡(11', 12')과 간격을 두게 배치하여 그 외주연을 관체(13)의 내벽에 용접 부착하여 만들어진다. 이렇게 하여 모세관(CT)들 사이의 관체(13)에 생긴 공간(SP)은 진공으로 함으로써 증발부와 응축부의 열순환을 좋게 할 수 있다.
또한, 휜(20)은 2개 이상을 방사상으로 부착할 수 있다.
이와 같은 지열을 이용한 지표면 빙결 방지장치는 도 6과 같이 도로 등 땅 밑에 매설하는 것으로서, 응축부(11)의 상부가 지표면으로부터 대략 10~20㎝ 정도 아래에 위치하고 증발부(12)내의 공간부(S2)가 지하 3~10m 되는 곳, 그리고 단열부(30)는 동절기의 기온을 고려하되 지표면으로부터 1m 이상 되는 지하까지 도달하도록 설치하는 것이 바람직하다.
도 6에는 하나의 휜이 도로의 2분의 1에 걸치는 길이로 도시되어 있으나, 이는 관체(13)의 직경이 20㎝인 지표면 빙결 방지장치를 하나의 예로서 나타낸 것이며, 여러 가지로 변경할 수 있다.
위와 같이 설치되는 지열을 이용한 도로표면 빙결 방지장치에서는 증발부(12), 특히 공간부(S2)내의 작동유체가 휜(20')을 통해 흡수된 지열(지하 3~10m 정도에서 약 16℃)에 의해 가열, 증발되어 모세관(CT)을 통해 응축부로 상승한다.
이렇게 가열된 기체상태의 작동유체는 응축부에서 열교환을 거쳐 공간부(S1)로 상승, 분출되고(↑ 표시), 그곳에서 응축되어 모세관(CT)을 통해 증발부(12)로 하강하며(↓ 표시), 이하 동일한 작용이 반복된다.
이러한 과정에서 가열된 작동유체에 의해 응축부에서 열교환이 일어나므로 관체와 휜(20)이 차례로 가열되어 그 열이 지표면으로 전도되고 그에 따라 가열된 지표면의 빙결이 방지되는 것이다.
도 3은 본 고안의 제1 실시예의 변형예에 의한 비닐하우스 지붕 설치상태도를 보여주는 것으로서, 휜(20)이 도로밑이 아닌 빙결 방지장치의 비닐하우스의 지붕속 또는 지붕위에 설치되고, 단열부(30)가 지표면으로부터 휜(20)의 하단부에 이르기까지 연장되어 있는 점이 제1 실시예의 빙결 방지장치와 다르고 나머지 구조는 동일하다.
이러한 비닐하우스 지붕 빙결 방지장치는 평상시에 지열에 의해 지붕이 가열되어 비닐하우스 내의 온도를 상승시킴으로써 에너지 절약효과를 가져오고, 눈이 올 때 눈이 지붕위에 쌓이지 않도록 녹여주고, 쌓인 눈은 녹여 줌으로써 비닐하우스의 붕괴를 막을 수 있다.
도 3의 비닐하우스 지붕 빙결 방지장치의 구성과 동작중 위에서 설명하지 않는 것은 제1 실시예의 그것과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
도 4, 도 5는 본 고안의 제2 실시예에 의한 지열을 이용한 지표면 빙결 방지장치의 일부 생략 사시도 및 부분 확대도로서, 도 1, 도 2와 동일한 구성 부분은 동일한 도면부호로 표시되며, ㄱ자형이 아니고 휜(20)이 관체(13)와 수직을 이루어 방사상으로 8개 형성되고, 큰 직경과 작은 직경의 모세관(CT)이 각각 4개씩 관체에 수용된 점을 제외하고는 도 1, 도 2의 실시예와 동일한 구성을 갖는다.
따라서, 본 고안의 제2 실시예의 구성과 동작에 대하여는 설명을 생략한다.
도 4, 도 5에 도시된 지표면 빙결 방지장치는 그 구조상 도로에 가해지는 차량 등의 하중이 휜(20)에 직접 가해지므로 다른 보강구조가 필요할 수 있으나, 도 1, 도 2의 지표면 빙결 방지장치보다 제작이 용이한 장점이 있다. 다만, 휜(20)은 도로표면과 평행하거나 평행하지 않게 형성할 수 있다.
본 고안에 사용되는 히트파이프는 위의 실시예에서 설명한 것에 한정되지 않고 작동유체도 제한되지 않으며, 휜의 형상이나 갯수도 다양하게 할 수 있다.
나아가, 단열부의 길이와 재질은 본 고안의 지표면 빙결 방지장치의 설치장소와 기후, 그리고 비용을 고려하여 결정되며, 이는 설계상의 문제이다.
위에서 본 고안의 지표면 빙결 방지장치를 그 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 않으며, 실용신안등록청구의 범위에 의해서만 제한된다.
본 고안은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상의 범위내에서 여러가지 변형과 변경을 할 수 있으며, 이러한 변형과 변경은 모두 본 고안의 범위에 속한다.
이상 설명한 바와 같이 본 고안은 동절기의 도로표면이나 지상구조물 상부가 빙결되지 않도록 하는 장치를 비교적 간단한 구조로 제공하며, 시공 또한 간편하다.
또한, 본 고안의 지상물체 빙결 방지장치는 그 기능발휘를 위해 동절기에 별도로 조작할 필요가 없고 그에 따라 운용, 유지 및 보수비용이 매주 적게 드는 효과가 있다.
또한, 비닐하우스나 또는 온실의 경우 동절기 폭설에 의하여 그 중량을 견딜 수 없는 경우가 많은데 그러한 현상을 방지하기 위하여 비닐하우스의 설치나 또는 온실을 건축할 때 미리 본 고안의 장치를 지붕까지 설치하여 폭설에 의한 피해를 막을 수 있다.
나아가, 본 고안의 지상물체 빙결 방지장치가 설치된 도로표면이나 지상구조물은 하절기의 고온에 의한 과열을 방지하는 기능도 가질 수 있다.
도 1은 본 고안의 제1 실시예에 의한 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치의 일부 생략 사시도.
도 2는 도 1의 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치의 부분 확대도.
도 3은 본 고안의 제1 실시예의 지상물체 빙결 방지장치의 변형예의 설치 상태도.
도 4는 본 고안의 제2 실시예에 의한 지열을 이용한 지표면 빙결 방지장치의 요부 확대도.
도 5는 도 4의 지열을 이용한 지표면 빙결 방지장치의 부분 확대도.
도 6은 도 1의 도로표면 빙결 방지장치의 설치 상태도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 히트파이프
11 : 응축부
12 : 증발부
20 : 휜
30 : 단열부
Claims (7)
- 상부의 응축부와 하부의 증발부로 이루어진 히트파이프와, 상기 히트파이프의 상단부와 간격을 두고 응축부의 외주에 돌출되게 부착된 하나 이상의 휜과, 상기 휜의 하단의 아랫쪽으로부터 응축부의 해당 외주연에 지표면으로부터 지하 적어도 1m 이상 매설되는 길이로 부착된 단열부를 포함하여 구성되는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히트파이프의 증발부의 외주에 하나 이상의 휜이 형성된 것을 특징으로 하는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히트파이프가 ㄱ자형인 것을 특징으로 하는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히트파이프가 ｜자형인 것을 특징으로 하는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
- 제3항에 있어서, 적어도 2개의 상기 휜이 설치표면과 평행을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
- 제4항에 있어서, 적어도 2개의 상기 휜이 설치표면과 평행을 이루도록 방사상으로 형성된 것을 특징으로 하는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
- 제4항에 있어서, 상기 휜이 3개 이상 방사상으로 설치표면과 평행하지 않게 형성된 것을 특징으로 하는, 지열을 이용한 지상물체 빙결 방지장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| REGI | Registration of establishment | ||
| T201 | Request for technology evaluation of utility model | ||
| EXTG | Extinguishment | ||
| T601 | Decision on revocation of utility model registration |