KR20090113088A - 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를이용한 노면 온도조절시스템 - Google Patents

지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를이용한 노면 온도조절시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20090113088A
KR20090113088A KR1020080038968A KR20080038968A KR20090113088A KR 20090113088 A KR20090113088 A KR 20090113088A KR 1020080038968 A KR1020080038968 A KR 1020080038968A KR 20080038968 A KR20080038968 A KR 20080038968A KR 20090113088 A KR20090113088 A KR 20090113088A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
road surface
transfer medium
exchange means
heat exchange
Prior art date
Application number
KR1020080038968A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100991075B1 (ko
Inventor
조용성
김효성
Original Assignee
조용성
김효성
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 조용성, 김효성 filed Critical 조용성
Priority to KR1020080038968A priority Critical patent/KR100991075B1/ko
Publication of KR20090113088A publication Critical patent/KR20090113088A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100991075B1 publication Critical patent/KR100991075B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C11/00—Details of pavings
    • E01C11/24—Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather
    • E01C11/26—Permanently installed heating or blowing devices ; Mounting thereof
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01H—STREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H5/00—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice
    • E01H5/10—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice by application of heat for melting snow or ice, whether cleared or not, combined or not with clearing or removing mud or water, e.g. burners for melting in situ, heated clearing instruments; Cleaning snow by blowing or suction only
    • E01H5/102—Self-contained devices for melting dislodged snow or ice, e.g. built-in melting chambers, movable melting tanks

Abstract

지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용하여 노면의 온도를 조절함으로써, 경제적인 방법으로 주행이나 보행 안전성을 향상시킬 수 있는 노면 온도조절시스템이 개시되어 있다. 이를 위하여 열전달 매체, 지중 열교환 수단, 및 지중 열교환 수단과 연결되어 열전달매체가 순환하고, 노면과 열교환할 수 있도록 노면의 하부에 설치되는 노면 열교환 수단을 포함하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 제공한다. 본 발명에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 사용하면, 구조가 간단하여 설치비가 저렴하며, 지열을 이용한 노면의 온도조절이 가능함에 따라 겨울철 발생되는 노면 결빙이나 여름철 고온으로 인한 노면의 내구성 저하 등을 방지하여 안전한 보행 및 주행 환경을 제공할 수 있다.

Description

지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템{TEMPERATURE CONTROL SYSTEM OF ROAD SURFACE USING CONVECTION OF HEAT TRANSFER MEDIUM IN DUAL PIPE BY SUBTERRANEAN HEAT}
본 발명은 노면의 온도를 조절하는 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 경제적인 방법으로 노면의 온도를 조절하여, 주행이나 보행 안전성을 현저하게 향상시킬 수 있는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템에 관한 것이다.
동절기에 눈비가 내리고 기온이 강하하여 보도, 도로, 주차장 등의 노면이 결빙되면, 각종 사고가 빈번히 발생하게 된다. 이러한 노면의 결빙을 방지하거나 제거하기 위하여 제설 작업 등을 실시할 수 있지만, 적시에 넓은 지역에 대하여 제설작업을 실시하는 것이 용이하지 않고 제설작업에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
따라서 노면에 열선을 형성하고, 상기 열선을 통하여 발열시킴으로써 노면이 결빙되는 것을 방지하는 시스템들이 개발되어 있다.
예를 들면, 대한민국 등록실용신안공보 제 20-204872 호(2000. 09. 18. 등록)에는 "노면 결빙 방지 시스템"이 개시되어 있다.
이는 포장층의 하측에 형성되는 복수 개의 방수지, 상기 방수지의 내측에 배설되어 전원이 인가됨에 따라 열을 발생시키는 열선, 상기 열선으로 인가되는 전원을 공급하는 스위치, 및 상기 스위치의 작동을 노면의 온도나 눈, 우수의 량에 따라 온, 오프 작동시키는 제어기를 포함하는 노면 결빙 방지 시스템에 관한 것이다.
그러나 이 기술의 경우 열선에 전원을 인가하여 발열시킴으로써 노면이 결빙되는 것을 방지할 수는 있으나, 상기 열선에 전원을 인가시키기 위해서는 전력소모가 과다하게 발생되어 경제성이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제 10-1999-78926 호(1999. 11. 05. 공개)에 "노면 결빙 방지 시설 및 그 시스템"이 개시되어 있다.
이는 내부에 열선이 삽입되어 열선에서 발생하는 열에 의해 발열하는 발열체를 노면에 매설시킴으로써, 겨울철에 발생될 수 있는 도로의 결빙을 미연에 방지하기 위한 노면 결빙 방지 시설 및 그 시스템에 관한 것이다.
그러나 이 기술 역시 발열체 내부에 삽입된 열선을 통해 발열되는 열을 통해서만 노면의 결빙을 방지할 수 있도록 함으로써, 열선에 공급되는 전력소모가 과다하게 발생되어 경제성이 부족하다는 문제점이 있다.
이에 따라, 별도의 동력이나 유지비가 필요치 않은 지열만을 이용하여 노면이 결빙되는 것을 미연에 방지하는 시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 위에서 언급한 열선을 이용한 선행기술들은 사용시기에 제한이 있게 된다. 즉, 노면에 결빙이 발생될 수 있는 영하의 날씨에 적용되거나, 또는 눈이 적설되는 겨울철에만 제한적으로 사용되는 기술에 관한 것이다.
이는 여름철 폭염으로 인해 노면의 내구성 저하 및 품질저하 등의 문제점에 대해서는 아무런 해답을 주지 못하고 있으며, 이를 위해서는 별도의 냉각시스템을 추가로 구성해서 노면에 매설해야 된다. 이러한 추가 구성은 경제적인 문제점이 발생될 수밖에 없는 바, 겨울철 노면을 가열하고, 여름철 노면을 냉각시킬 수 있는 노면의 온도 조절이 가능한 시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 별도의 동력원 없이 지중열만을 이용하여 노면의 온도를 조절함으로써, 비용측면에서 매우 경제적일 뿐만 아니라, 노면 결빙방지를 통한 각종 사고를 미연에 방지하고 노면의 내구성 및 주행이나 보행의 안전성을 향상시킬 수 있는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 노면의 열과 지중의 열을 교환시키기 위한 열전달 매체; 상기 열전달 매체가 대류에 의하여 이동할 수 있도록 상기 지중에 매설되는 이중관 구조를 가지는 지중 열교환 수단; 및 상기 지중 열교환 수단과 연결되어 상기 열전달매체가 순환하고, 상기 노면과 열교환할 수 있도록 상기 노면의 하부에 설치되는 노면 열교환 수단을 포함하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 사용하면, 구조가 간단하여 설치비가 저렴하며, 지열을 이용한 노면의 온도조절이 가능함에 따라 겨울철 발생되는 노면 결빙으로 인한 각종 사고를 미연에 방지함은 물론, 제설 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다.
그리고 본 발명의 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템은 온도에 따른 노면의 수축, 및 팽창을 최소화함으로써 노면의 내구성을 증진시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 나아가 노면의 내구성을 증진시켜 주행차량의 안전 및 보행안전을 개선할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 별도의 동력원 없이 지중열만을 이용해 노면의 온도조절을 가능토록 함으로써, 운용비가 소요되지 않는 경제적인 노면 온도조절시스템을 제공할 수 있다.
또한, 이중관 구조를 이용하여 지중열과의 열교환을 이룬 액체가 서로 섞이지 않도록 함으로써, 지중열을 이용한 노면의 온도조절 효과를 극대화시킬 수 있는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 상세하게 설명한다.
기상변화가 노면과 지중(지하)에 미치는 영향을 살펴보면, 노면의 경우 기상변화에 매우 민감한 반면, 지중의 경우 기상변화에 의한 영향을 거의 받지 않는다. 즉, 겨울철에는 노면보다 지중의 온도가 높고, 여름철에는 노면보다 지중의 온도가 낮은 특성을 지니고 있다.
본 발명은 기상변화에 의한 영향을 거의 받지 않는 지중열과의 열교환을 통해 지중의 열을 노면에 전달함으로써, 노면의 온도를 조절하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 노면 온도조절시스템은 열전달 매체(10), 지중 열교환 수단(20), 및 노면 열교환 수단(30)을 포함한다.
이하 도면을 참조하여 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 의한 노면 온도조절시스템은 노면의 열과 지중의 열을 교환시키는 열전달 매체(10)를 포함한다.
도 1에 도시된 도면부호 10은 노면 열교환 수단(30) 내부에 흐르는 열전달 매체를 나타낸 것이다.
상기 열전달 매체(10)는 지중열과의 열교환을 통해 얻어진 열(온열 또는 냉열)을 노면에 전달한다. 이를 위해 상기 열전달 매체(10)는 상기 지중 열교환 수단(20)과 상기 노면 열교환 수단(30)을 순환한다.
상기 열전달 매체(10)는 지중 열교환 수단(20)과 노면 열교환 수단(30)을 순환하는 동력원으로 온도에 의해 발생되는 대류현상을 이용한다. 즉, 지중의 온도는 사계절 내내 온도변화가 없는 반면에 노면의 온도는 계절에 따라 온도변화가 심하다. 따라서 노면의 온도보다 지중의 온도가 높을 경우 지중의 높은 온도를 노면에 전달하고, 또한 노면의 온도보다 지중의 온도가 낮을 경우 지중의 낮은 온도를 노면에 전달한다.
상기 열전달 매체(10)가 순환하는데 있어 동력원이 되는 대류에 대해서 보다 상세히 설명하면, 노면의 온도보다 지중의 온도가 높은 경우, 상기 노면 열교환 수단(30)을 흐르면서 노면과의 열교환을 통해 지중의 온도보다 낮아진(냉각된) 열전달 매체(10)가 지중 열교환 수단(20)으로 유입되고, 상기 지중 열교환 수단(20)으로 유입된 열전달 매체(10)는 지중의 온도보다 낮은 관계로 아래쪽으로 대류가 이루어지면서 지중열과의 열교환을 통해 가온된다. 이후 가온된 상기 열전달 매체(10)는 대류에 의해 상기 노면 열교환 수단(30)으로 순환하게 된다.
그리고 노면의 온도보다 지중의 온도가 낮은 경우, 상기 노면 열교환 수 단(30)을 흐르면서 노면과의 열교환을 통해 지중의 온도보다 높아진(가온된) 열전달 매체(10)가 지중 열교환 수단(20)으로 유입되고, 상기 지중 열교환 수단(20)으로 유입된 가온된 열전달 매체(10)는 노면보다 낮은 온도의 지중열에 의해 냉각되어 아래쪽으로 대류가 이루어진다. 상기 대류에 의해 열전달 매체(10)는 상기 지중 열교환 수단(20)으로부터 상기 노면 열교환 수단(30)으로 순환하게 된다.
이와 같이 노면 열교환 수단(30)을 통해 노면과의 열교환을 거친 열전달 매체(10)가 상기 지중 열교환 수단(20)으로 유입된 후, 노면과 지중의 온도차에 의해 열전달 매체(10)가 대류가 이루어지며, 이는 상기 열전달 매체(10)가 지중 열교환 수단(20)과 노면 열교환 수단(30)을 순환하는 동력원이 된다.
다만, 위에서 언급한바와 같이 노면보다 지중의 온도가 높은 경우에는 냉각된 열전달 매체(10)가 지중 열교환 수단(20)으로 유입된 후, 대류가 이루어지면서 지중열과의 열교환을 이루고, 노면보다 지중의 온도가 낮은 경우에는 가온된 열전달 매체(10)가 지중 열교환 수단(20)으로 유입된 후, 노면보다 낮은 온도의 지중열에 의해 냉각되면서 대류가 이루어진다. 노면과 지중의 온도차에 의해 상기 열전달 매체(10)의 순환속도차가 발생할 수 있다.
상기 열전달 매체(10)는 물 또는 알코올과 같이 열전도율이 큰 액체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템은 지중 열교환 수단(20)을 포함한다.
상기 지중 열교환 수단(20)은 상기 열전달 매체(10)가 대류에 의하여 이동할 수 있도록 지중에 매설되는 이중관 구조를 가진다.
상기 지중 열교환 수단(20)은 지중에 매설되되, 일정한 양의 지중열이 발생하는 깊이까지 매설할 수 있도록 충분한 길이의 이중관 구조가 바람직하다. 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 온도조절시스템은 겨울철에 발생되는 노면의 결빙이나 적설을 방지할 수 있어야하며, 여름철 폭염과 같은 고온으로 인해 노면의 내구성이 떨어지는 것을 방지할 수 있어야한다.
따라서 상기 지중 열교환 수단(20) 내부를 흐르면서 지중열과 열교환한 열전달 매체(10)가 상기 노면 열교환 수단(30)으로 순환되고, 상기 노면 열교환 수단(30)으로 순환된 열전달 매체(10)가 노면과의 열교환을 통해 노면의 온도가 최소한 0℃를 초과하는 상태로 만들 수 있는 깊이로 매설하는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 상기 지중 열교환 수단(20)은 지질조사나 광상(鑛床)의 탐사를 위하여 구멍을 뚫는 것과 같이 지중에 수직으로 매설된다.
상기 지중에 매설되는 지중 열교환 수단(20)의 이중관 길이는 이중관 구조의 길이가 몇 m 일 때 상기 노면 열교환 수단(30)을 통해 어느 정도 넓이의 노면을 온도 조절할 수 있는지를 열 방정식을 사용하여 얻어진 데이터를 바탕으로 결정될 수 있다. 다만, 상기 열 방정식을 이용한 이중관 길이는 본 발명의 노면 온도조절시스템이 설치되는 지역이나 지반 구조 등에 따라 달라질 것이기 때문에 특정할 수는 없다.
또한, 상기 지중 열교환 수단(20)은 내부에 형성된 내부 파이프(21) 및 상기 내부 파이프(21)를 둘러싸고 하단부가 폐쇄된 외부 파이프(22)를 포함하는 이중관 구조를 가진다.
상기 내부 파이프(21) 및 외부 파이프(22)로 이루어진 이중관 구조는 상기 노면 열교환 수단(30)을 통해 노면과의 열교환을 거친 열전달 매체(10)가 내부로 유입되어 뒤섞이지 않고 원활하게 지중열과의 열교환을 이룰 수 있도록 하기 위함이다. 보다 상세히 설명하면, 상기 노면 열교환 수단(30)을 통해 유입된 열전달 매체(10)는 상기 내부 파이프(21)로 유입되고, 상기 내부 파이프(21)로 유입된 열전달 매체는 상기 외부 파이프(22)를 통해 노면 열교환 수단(30)으로 순환한다. 이를 위해 상기 내부 파이프(21)의 하단부는 개방되고, 상단부는 상기 노면 열교환 수단(30)과 연결된다. 또한, 상기 내부 파이프(21)를 둘러싸고 있는 외부 파이프(22)의 하단부는 폐쇄되고, 상단부는 상기 노면 열교환 수단(30)과 연결된다. 이로써 상기 열전달 매체(10)가 상기 지중 열교환 수단(20)과 상기 노면 열교환 수단(30)으로 이루어지는 순환구조가 형성된다.
상기 외부 파이프(22)는 상기 내부 파이프(21)를 통해 순환된 열전달 매체(10)가 보다 용이하게 지중열과의 열교환이 이루어지도록 열전도도가 우수하고 충분한 내구성을 지닌 주철, 스테인레스 스틸 등과 같은 금속 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 내부 파이프(21) 또한, 상기 노면 열교환 수단(30)을 통해 냉각 된 열전달 매체(10)가 상기 내부 파이프(21)로 유입되어 지중열과의 열교환이 이루어지도록 열전도도가 우수하고 충분한 내구성을 지닌 주철, 스테인레스 스틸 등과 같은 금속 재실을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템은 노면 열교환 수단(30)을 포함한다.
상기 노면 열교환 수단(30)은 상기 지중 열교환 수단(20)과 연결되어 상기 열전달 매체(10)가 순환하고, 노면과 열교환할 수 있도록 노면의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 노면 열교환 수단(30)은 지중열을 노면에 보다 용이하게 전달할 수 있도록 노면과 가까운 깊이에 수평으로 매설되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 노면 열교환 수단(30)은 지중열을 노면에 보다 용이하게 전달할 수 있도록 표면적이 증가될 수 있는 구조인 지그재그 형상의 주름관 구조가 바람직하며, 이외에도 노면과의 열교환이 용이하게 이루어질 수 있는 형상이라면 어떠한 형상의 구조든 무방하다.
상기 노면 열교환 수단(30)은 상기 지중 열교환 수단(20)을 거쳐 지중열과의 열교환이 이루어진 열전달 매체(10)가 유입되어 노면과 열교환을 이룰 수 있도록 하는 수단이다. 이를 위해 상기 노면 열교환 수단(30)은 일단부에 형성된 유입구(31)와 타단부에 형성된 배출구(32)를 포함한다.
보다 상세히 설명하면, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 설명하기 위한 지중 열교환 수단과 노면 열교환 수단의 연결상태를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 노면 열교환 수단(30)의 일단부에 지중 열교환 수단(20)을 거쳐 지중열과 열교환된 열전달 매체(10)가 내부로 유입될 수 있도록 상기 지중 열교환 수단(20)의 외부 파이프(22) 상단부에 개방된 부분(도시 생략)과 연결되는 유입구(31)를 포함한다. 또한, 상기 노면 열교환 수단(30)의 타단부에 상기 유입구(31)를 통해 유입된 열전달 매체(10)가 노면과의 열교환을 마친 후, 상기 지중 열교환 수단(20)의 내부 파이프(21)로 유입될 수 있도록 상기 내부 파이프(21) 상단부에 개방된 부분(도시 생략)과 연결되는 배출구(32)를 포함한다.
이로써 상기 배출구(32)를 통해 노면 열교환 수단(30) 내부를 거친 열전달 매체(10)가 상기 지중 열교환 수단(20)으로 유입되고, 상기 지중 열교환 수단(20)으로 유입된 열전달 매체(10)는 지중열과의 열교환을 이룬 후, 상기 유입구(31)를 통해 노면 열교환 수단(30)으로 유입된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템에 포함되는 노면 열교환 수단을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 노면 열교환 수단(30)은 표면에 내부에 흐르는 열전달 매체(10)가 노면과의 열교환이 보다 용이하게 이루어지도록 노면에 대한 열전달 면적을 증가시킬 수 있는 돌출부(33)를 포함할 수도 있다.
상기 돌출부(33)는 상기 노면 열교환 수단(30)의 표면적을 증가시켜 내부에 흐르는 열전달 매체(10)가 노면과의 열교환 효율을 극대화시키기 위함이며, 이를 위해 상기 노면 열교환 수단(30) 표면에 돌기, 방열핀 등과 같은 돌출부(33)가 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템 내부를 순환하는 열전달 매체(10)의 흐름을 노면의 온도가 지중의 온도보다 낮은 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
먼저, 노면 열교환 수단(30)을 통해 노면과 열교환(노면으로부터 냉기를 흡수 또는 노면보다 높은 열을 노면으로 방출)한 열전달 매체(10)가 상기 노면 열교환 수단(30)의 배출구(32)를 통해 지중 열교환 수단(20)의 내부 파이프(21)로 유입된다. 상기 노면과의 열교환을 통해 냉각된 열전달 매체(10)는 상기 내부 파이프(21) 하부쪽으로 대류가 이루어진 후, 외부 파이프(22)로 흐르게 된다. 상기 외부 파이프(22)로 흐른 열전달 매체(10)는 지중열과의 열교환을 통해 가온되어 상부쪽으로 대류가 이루어진다. 상부쪽으로 대류가 이루어진 열전달 매체(10)는 상기 노면 열교환 수단(30)의 유입구(31)를 통해 노면 열교환 수단(30)으로 유입된다. 상기 노면 열교환 수단(30)으로 유입된 가온된 열전달 매체(10)는 노면과 열교환을 통해 냉각된 후, 재차 상기 배출구(32)를 통해 지중 열교환 수단(20)의 내부 파이 프(21)로 유입되어 순환하게 된다.
그리고 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템은 펌프(40)를 더 포함할 수도 있다.
상기 펌프(50)는 열전달 매체(10)가 지중 열교환 수단(20), 및 노면 열교환 수단(30)을 순환하도록 구동한다. 이는 지중열을 이용해 상기 지중 열교환 수단(20), 및 노면 열교환 수단(30)을 순환하는 열전달 매체(10)의 흐름 속도를 필요에 따라 상승시키기 위함이다.
보다 상세히 설명하면, 노면에 다량의 열전달이 필요한 경우, 지중열과의 열교환을 통해 자연 순환되는 열전달 매체(10)의 순환속도에 한계가 있을 수 있기 때문에 이를 극복하기 위해 구동한다.
또한, 상기 펌프(40)는 태양열, 풍력, 및 전기 등의 전원을 통해 구동되는 저속모터를 이용하여 가동시킬 수 있다. 이는 상기 태양열 및 풍력 등을 이용해 전원을 공급함으로써, 상기 펌프(40)를 구동시키는데 필요한 전력소비를 최소한으로 하기 위함이다.
나아가 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템은 축열수단을 더 포함할 수도 있다.
상기 축열수단은 상기 지중 열교환 수단(20)을 통해 지중열과의 열교환을 이룬 열전달 매체(10)의 열을 축열한다. 이는 지중열과 열교환한 열전달 매체(10)의 열을 노면에서 다량으로 필요로 할 때를 대비해서 축열하는 것이다. 또는 노면으 로 전달되는 열전달 매체의 온도를 최대한 일정하게 유지시키기 위해 축열한다 할 수도 있다.
보다 상세히 설명하면, 예를 들어 노면의 온도가 3℃이고 지중의 온도가 10℃이라고 가정한다면, 상기 지중 열교환 수단(20) 내부를 흐르면서 지중열과 열교환한 열전달 매체(10)가 9℃로 가온되어 상기 노면 열교환 수단(30)으로 유입될 수 있다. 상기 노면 열교환 수단(30)으로 유입된 9℃의 열전달 매체(10)가 노면과의 열교환을 통해 노면의 온도가 3℃의 온도보다 상승하는 것이 자명할 것이다. 그러나 날씨가 급격히 하강하여 노면의 온도가 상승하지 않고 최초 노면의 온도 3℃보다 낮은 2℃가 될 수도 있다. 이 경우 상기 열전달 매체(10)는 노면 열교환 수단(30)을 거쳐 상기 지중 열교환 수단(20)으로 유입되어 순환하는 바, 노면의 온도가 낮아지면 지중열에 의해 가온되는 상기 열전달 매체(10)의 온도가 최초 9℃보다 낮아질 수밖에 없다. 이에 상기 축열수단에 축열된 열을 낮아진 열전달 매체(10)에 전달하여 상기 노면 열교환 수단(30)으로 유입되어 흐르는 열전달 매체(10)의 온도를 최대한으로 일정하게 유지시켜 노면과의 열전달 효과를 극대화시킬 수 있다.
상기 열전달 매체(10)의 열을 축열하는 축열수단은 내부에 상변화물질을 포함한다. 상기 축열수단 내부에 포함되는 상변화물질의 위치는 축열수단의 구조에 따라 달리 위치할 수 있다.
상기 상변화물질은 온도에 따라 액체에서 고체 또는 고체에서 액체로 변하면서 잠열에 해당되는 열을 저장하거나 방출하는 자동 온도조절 기능성 물질을 의미 한다.
이러한 자동 온도조절 기능성 물질인 상변화물질(Phase Change Material : PCM)로는 n-paraffin, poly ethylene glycol(PEG), Na2SO4 10H2O, Na2HPO4 12H2O, Zn(NO2)2 6H2O, Na2S3O3 5H2O, NaCH3COO 3H2O 등을 예시할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 잠열(latent heat)이란 어떤 물질이 상전이(phase transition) 될 때 즉, 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체에서 기체(또는 기체에서 액체)가 될 때 흡수하거나 방출하는 열을 의미한다. 이러한 잠열은 현열(sensible heat) 즉, 상전이가 일어나지 않은 상태에서 온도 변화에 따라 흡수 또는 방출하는 열보다 매우 크게 나타난다.
물의 경우 섭씨 0℃ 얼음(고체)에서 물(액체)로 바뀔 때 1g당 80cal의 열을 흡수한다. 이러한 열은 같은 양의 섭씨 O℃의 물을 80℃까지 올릴 때 필요한 열량과 같다. 이와 같이 잠열에 해당되는 열의 흡수 또는 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 물질을 잠열 저장물질, 상변화 물질 또는 상전이 물질이라 한다.
상전이 온도 및 잠열량 등은 그 물질이 고유한 특성이라서, 물질마다 다르게 나타나며 사용 목적에 따라 적당한 물질을 선택할 경우 일상생활에 유용하게 쓰일 수 있다.
상기와 같은 기능을 갖는 상변화물질을 포함하는 축열수단은 상기 지중 열교 환 수단(20)과 상기 노면 열교환 수단(30) 사이에 형성될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 지중 열교환 수단(20)의 외부 파이프(22)와 연결되는 유입구(31) 구간에 형성될 수도 있고, 또는 상기 지중 열교환 수단(20)의 내부 파이프(21)와 연결되는 배출구(32) 구간에 형성될 수도 있다. 이처럼 상기 축열수단의 위치는 설계 목적에 따라 달라질 수 있다.
상기 축열수단은 원형, 사각형 등의 형태로 구성하는 것이 바람직하며, 이외의 다른 형태로 구성할 수도 있다.
상기 여러 가지 형태로 구성이 가능한 축열수단은 상기 지중 열교환 수단(20)과 연결되는 유입구(31) 또는 배출구(32) 구간 둘레를 감싸는 구조로 형성할 수 있다. 이하, 축열수단이 유입구(31) 구간에 형성되는 것을 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 유입구(31) 구간 둘레를 감싸는 범위는 설계 목적에 따라 달리 할 수 있다.
그리고 상기 축열수단은 관(파이프형상) 구조로 형성하여 상기 유입구(31) 구간 내부면에 접촉되도록 할 수도 있다. 이 또한, 상기 유입구(31) 구간 내부에 형성되는 범위를 설계 목적에 따라 달리 할 수 있다.
상기 유입구(31) 구간 내부면에 접촉되는 관 구조의 축열수단의 경우 내부에 포함되는 상변화물질을 관 구조 내부에 형성된 열전달 매체(10)가 흐르는 유로(도시 생략)에 포함시킬 수 있다. 이를 위해 상변화 물질이 열전달 매체(10)의 흐름에 의해 이동되지 않도록 상기 축열수단 선·단부에 각각 차단막을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 차단막은 열전달 매체(10)를 통과시키되 상변화 물질은 차단할 수 있는 필터 개념의 차단막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 축열수단은 관 구조를 독립적으로 형성할 수도 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 유입구(31) 구간 중 설치를 원하는 구간을 절단한 후, 그 구간에 관 구조를 삽입시킬 수도 있다. 이때 내부에 포함되는 상변화물질은 상기와 같이 축열수단 선·단부에 각각 차단막을 형성하여 그 내부에 위치시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템은 에어벤트(air vent; 미도시) 및 열전달 매체 공급부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
상기 에어벤트는 상기 지중 열교환 수단(20) 및 상기 노면 열교환 수단(30) 내부에 발생될 수 있는 공기를 외부로 배출시킨다.
보다 상세히 설명하면, 최초 상기 지중 열교환 수단(20) 및 노면 열교환 수단(30)에 열전달 매체(10)를 충진시키는 과정에서 유입될 수 있는 공기를 외부로 배출시키거나, 또는 상기 지중 열교환 수단(20) 및 노면 열교환 수단(30)의 노후로 인해 표면에 균열이 발생하여 외부로부터 공기가 유입될 경우 이를 외부로 배출시키기 위함이다.
상기 열전달 매체 공급부를 통하여 상기 지중 열교환 수단(20) 및 상기 열교 환 수단(30) 내부를 순환하는 열전달 매체(10)를 보충한다. 이는 위에서 언급한 바와 같이 지중 열교환 수단(20) 및 노면 열교환 수단(30)이 노후로 인해 표면에 균열이 발생하여 이를 통해 내부에 흐르는 열전달 매체(10)가 상기 균열을 통해 외부로 새어나갔을 경우에 이를 보충하기 위함이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템을 설명하기 위한 지중 열교환 수단과 노면 열교환 수단의 연결상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템에 포함되는 노면 열교환 수단을 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 열전달 매체 20 : 지중 열교환 수단
21 : 내부 파이프 22 : 외부 파이프
30 : 노면 열교환 수단 31 : 유입구
32 : 배출구 33 : 돌출부
40 : 펌프

Claims (9)

  1. 노면의 열과 지중의 열을 교환시키기 위한 열전달 매체;
    상기 열전달 매체가 대류에 의하여 이동할 수 있도록 상기 지중에 매설되는 이중관 구조를 가지는 지중 열교환 수단; 및
    상기 지중 열교환 수단과 연결되어 상기 열전달매체가 순환하고, 상기 노면과 열교환할 수 있도록 상기 노면의 하부에 설치되는 노면 열교환 수단을 포함하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달 매체가 물 또는 알코올인 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노면 열교환 수단이 주름관 구조인 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달 매체가 대류에 의하여 상기 지중 열교환 수단 및 상기 노면 열 교환 수단을 순환하는 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 지중 열교환 수단이
    내부에 형성된 내부 파이프; 및
    상기 내부 파이프를 둘러싸고 하단부가 폐쇄된 외부 파이프를 포함하는 이중관 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 노면 열교환 수단이
    일 단부가 상기 내부 파이프와 연결되고,
    타 단부가 상기 외부 파이프에 연결된 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 노면 열교환 수단이
    노면에 대한 열전달 면적을 증가시키기 위한 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달 매체가 상기 지중 열교환 수단, 및 노면 열교환 수단을 순환하도록 구동하는 펌프;
    상변화를 이용하여 상기 노면 열교환 수단으로 유입되는 열전달 매체의 열을 축열하는 축열 수단;
    상기 지중 열교환 수단 및 상기 노면 열교환 수단 내부에 발생될 수 있는 공기를 외부로 배출시키는 에어벤트; 및
    상기 지중 열교환 수단 및 상기 노면 열교환 수단 내부를 순환하는 열전달 매체를 공급하는 열전달 매체 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노면 열교환 수단을 순환한 열전달 매체가
    상기 내부 파이프로 이동한 후 내부 파이프를 따라 하부로 이동하고,
    상기 내부 파이프 하부로 이동된 열전달 매체는 상기 외부 파이프를 따라 외부 파이프 하부에서 상부로 이동한 후, 상기 노면 열교환 수단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절시스템.
KR1020080038968A 2008-04-25 2008-04-25 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절장치 KR100991075B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080038968A KR100991075B1 (ko) 2008-04-25 2008-04-25 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080038968A KR100991075B1 (ko) 2008-04-25 2008-04-25 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090113088A true KR20090113088A (ko) 2009-10-29
KR100991075B1 KR100991075B1 (ko) 2010-10-29

Family

ID=41554208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080038968A KR100991075B1 (ko) 2008-04-25 2008-04-25 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100991075B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100987790B1 (ko) * 2010-04-01 2010-10-13 주식회사 지지케이 지열을 이용한 도로의 노면결빙 방지장치
WO2012091266A2 (ko) * 2010-12-30 2012-07-05 주식회사 자온지 세관형 히트파이프를 구비한 지열교환장치, 이를 이용한 도로-교량결빙 방지장치 및 지열 냉난방장치
KR101245297B1 (ko) * 2010-10-25 2013-03-19 주식회사 자동기 열교환기를 이용한 제설용액 가온장치
CN110095496A (zh) * 2019-05-31 2019-08-06 长安大学 一种用于测试半刚性基层盐胀与温胀的综合测试仪及方法
KR102622913B1 (ko) * 2022-12-23 2024-01-10 한국건설기술연구원 도로 포장체의 계간 지중 축열 및 방열 장치 및 이를 이용한 도로 융설 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10298943A (ja) 1997-04-28 1998-11-10 Maeda Corp 融雪装置
JP2003306918A (ja) 2002-04-16 2003-10-31 Misawa Kankyo Gijutsu Kk 地中熱利用融雪装置の制御方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100987790B1 (ko) * 2010-04-01 2010-10-13 주식회사 지지케이 지열을 이용한 도로의 노면결빙 방지장치
KR101245297B1 (ko) * 2010-10-25 2013-03-19 주식회사 자동기 열교환기를 이용한 제설용액 가온장치
WO2012091266A2 (ko) * 2010-12-30 2012-07-05 주식회사 자온지 세관형 히트파이프를 구비한 지열교환장치, 이를 이용한 도로-교량결빙 방지장치 및 지열 냉난방장치
WO2012091266A3 (ko) * 2010-12-30 2012-08-23 주식회사 자온지 세관형 히트파이프를 구비한 지열교환장치, 이를 이용한 도로-교량결빙 방지장치 및 지열 냉난방장치
CN110095496A (zh) * 2019-05-31 2019-08-06 长安大学 一种用于测试半刚性基层盐胀与温胀的综合测试仪及方法
CN110095496B (zh) * 2019-05-31 2021-11-23 长安大学 一种用于测试半刚性基层盐胀与温胀的综合测试仪及方法
KR102622913B1 (ko) * 2022-12-23 2024-01-10 한국건설기술연구원 도로 포장체의 계간 지중 축열 및 방열 장치 및 이를 이용한 도로 융설 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR100991075B1 (ko) 2010-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4257239A (en) Earth coil heating and cooling system
JP4929028B2 (ja) 太陽地熱蓄熱供給設備
KR100991075B1 (ko) 지중열에 의한 이중관 내에서의 열전달 매체의 대류를 이용한 노면 온도조절장치
US4344414A (en) Solar-earth thermal system
JP2007333295A (ja) 蓄熱システム
KR20090099392A (ko) 다용도 결빙 방지 장치
KR101091210B1 (ko) 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로 결빙 방지 시스템
JP6524571B2 (ja) 熱交換装置の制御方法及び熱交換装置並びに水冷式ヒートポンプ冷暖房装置・水冷式ヒートポンプ装置
KR101145611B1 (ko) 지열히트펌프 시스템을 이용한 지능형 융설시스템 및 그 작동방법
KR101631508B1 (ko) 태양열 및 지열히트펌프를 이용한 노면 온도조절 시스템
KR101152732B1 (ko) 2단 가열구조의 온수,난방,건조시설 가열장치
EP2118580A1 (en) A method of changing the temperature of a thermal load
JP3143216U (ja) 給湯兼用融雪装置
KR100991060B1 (ko) 지중열을 이용한 두개의 저장부를 가지는 노면 온도조절장치
JP2689400B2 (ja) 太陽熱蓄熱型路面融雪装置
JP2001107307A (ja) 融雪，凍結防止装置
JP4702556B2 (ja) 太陽熱の地中内熱備蓄方法と装置
KR100991085B1 (ko) 온도에 따라 형성되는 액체의 성층을 이용한 노면 온도조절장치
JP2006308262A (ja) 給湯兼用融雪装置
KR101644304B1 (ko) 신축성 열교환파이프를 갖는 노면 온도조절 시스템
JP3928085B2 (ja) 無散水融雪システム及びそのシステムの運転方法
RU2187050C1 (ru) Система солнечного теплоснабжения
EA044666B1 (ru) Устройство для поддержания оптимального теплового режима дорожного полотна
KR101843833B1 (ko) 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템
KR20160020613A (ko) 열저장탱크를 갖는 노면 온도조절 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131023

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141222

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151020

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161017

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180829

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191118

Year of fee payment: 10