KR20100089670A - 초고속 장거리 광역 지하철 및 그에 따른 차량설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 지하철 보다 깊은 심도에 시공되며 지하철 차량의 감속 및 가속에 요구되는 에너지를 최소화할 수 있도록 한 초고속 장거리 광역 지하철 및 그에 따른 차량설비에 관한 것이다.

그 구성은 기존 지하철보다 깊은 심도에 배치되고 다수개의 역들 사이에 직선구간을 가지며 역 주위에 양측으로 구배지도록 경사를 갖는 감속구간과 가속구간을 구비한 것이다.

본 발명의 광역 지하철은 기존 지하철과 간섭되지 않는 심도인 대략 지하 50m이상의 깊은 심도에 위치하며 터널 형태로 구성된다.

이에 따르면 본 발명은 역 주위에 경사로인 감속구간과 가속구간을 구비하여 차량 가속과 감속에 요구되는 에너지를 최소화함으로써, 에너지를 절감할 수 있으며 각 구간별 시공시 기존 지하철을 포함한 지하구조물과 간섭되지 않으므로 시공시간 및 공사 비용을 절감할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 중간 경유지 및 정차역을 배제하여 직선구간에서 차량의 최대 운행속도로 주행할 수 있으므로, 이용객의 이동 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

Description

초고속 장거리 광역 지하철 및 그에 따른 차량설비{Wide area high-speed express-subway and car equipment}

본 발명은 초고속 장거리 광역 지하철 및 그에 따른 차량설비에 관한 것으로, 특히 기존 지하철과 간섭되지 않도록 깊은 심도에 시공되며 역 주위에 위치 에너지를 이용할 수 있도록 구배진 경사구간을 두어 에너지를 낭비하지 않고 도시간 주요 거점 간의 원거리를 고속으로 운행할 수 있도록 한 초고속 장거리 광역 지하철 및 그에 따른 차량설비에 관한 것이다.

일반적으로 지하철은 버스, 택시등과 같은 육상 교통시설에 비해 교통 체증이 거의 없고, 대량의 인원을 비교적 정해진 시간에 운송하는 장점을 갖고 있으므로, 대도시 교통수단으로 많이 이용하고 있다.

우리나라의 경우, 대도시중 서울을 예를 들면 서울 시내는 물론이고 서울 인근 위성 도시까지 지하철이 연계되어 있다.

그런데, 기존의 지하철은 역간 거리가 대부분 1km 이하의 짧은 거리로 이루어져 있으므로 근거리 이동시 편리한 이점이 있는 반면에, 서울 외곽과 도심 사이의 이동이나 서울 외곽과 다른 외곽지역으로의 이동시 많은 역을 거치게 되고, 또 다른 노선으로 환승해야 하는 번거로움이 있었다.

이 경우에는 오히려 버스나 자가용 등의 육상 교통시설을 이용하는 경우보다 더 많은 시간이 소요된다.

이는, 근거리 역들의 정차, 발차시 감속을 위한 주행시간이 길어지게 될 뿐만 아니라, 유동인구가 많은 역의 경우에는 탑승시간이 많이 소요되기 때문이다.

또한, 기존의 지하철 구간은 대부분이 직선 구간으로 구성되어 있으므로, 가속 및 정차를 위한 감속 주행시 전기 에너지가 많이 소모될 뿐만 아니라, 통행 인원의 증가로 인해 새로운 구간이 요구될 경우에는 기존 지하철 구조물을 회피하여 시공하여야 하므로 공사 기간 및 비용이 많이 요구되고 있는 실정이다.

그리고, 기존 지하철의 경우, 철로의 경사도가 0.2% 이하로 규정되어 있으므로, 노선의 고저가 거의 수평상태에 가깝기 때문에 노선의 경사도에 의한 차량의 가감속 효과를 기대하기 어렵다.

도 16은 기존 서울 및 수도권 지하철 노선도를 나타낸 도면으로서, 기존 도심지 지하철는 도심지와 도시 외곽 지역의 역(10)들이 방사형으로 연결되는 다양한 노선(11)을 구성하고, 각 노선별 교차시 환승역(12)을 구비하고 있다.

이 경우 역간 거리가 평균 1.0~1.5㎞ 이고, 역간 차량의 이동 소요시간은 약 2분 정도 소요되며, 차량의 배차 간격을 2~3분 정도로 가정할 경우, 차량의 속도를 고려할 때 역 정거장 2개소에 차량 1대씩 운용되어야 하므로, 편도 기준으로 전체 노선 정거장수의 절반에 해당하는 많은 양의 차량이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 기존의 지하철과 간섭되지 않으면서 감속 및 가속을 위한 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 주행구간별 거리를 확대시켜 신속하고 경제적인 광역 지하철망을 구성할 수 있도록 한 초고속 장거리 광역 지하철 및 그에 따른 차량설비를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지하철보다 더 깊은 심도에 배치되고 복수개의 광역 지하철 역들을 가지며 상기 광역 지하철 역을 기준으로 양측으로 하향 경사지게 구배진 가속구간과 감속구간을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 광역 지하철 역과 광역 지하철 역 사이에 직선 구간을 갖는다.

상기 가속구간과 감속구간의 구배 경사가 서로 다르거나, 가속구간과 감속구간의 구배 경사가 동일한 것을 채택할 수 있다.

상기 가속구간과 감속구간의 구배 경사가 10~50°의 각도를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징적인 요소인 초고속 장거리 광역 지하철 차량설비는, 광역 지하철 역을 기준으로 양측으로 하향 경사지게 구배진 가속구간과 감속구간을 주행하며, 고속 주행시 차량의 선로 이탈을 방지하기 위한 탈선방지수단이 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 탈선방지수단은 상기 차량의 상부면 양측에 서로 이격되게 배치되고 회전 가능한 주행 가이드륜과,

상기 주행 가이드륜과 접촉되고 지하철 터널의 상부에 배치되는 가이드 레일을 구비한 것이다.

상기 탈선방지수단은 상기 차량의 양측면에 각각 외측으로 연장되도록 배치되어 양력을 억제시키기 위한 주행익을 구비한 것이다.

상기 차량의 양측면에 각각 배치되며 주행시 발생되는 바람에 의해 회전 동작되는 프로펠러를 더 구비한 것이다.

본 발명은 기존 지하철 보다 깊은 심도에 시공되며 지하철 차량의 감속 및 가속에 요구되는 에너지를 최소화할 수 있도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 역 주위에 경사로인 감속구간과 가속구간을 구비하여 차량 가속과 감속에 요구되는 에너지를 최소화함으로써, 에너지를 절감할 수 있으며 각 구간별 시공시 기존 지하철을 포함한 지하구조물과 간섭되지 않으므로 시공시간 및 공사 비용을 절감할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 중간 경유지 및 정차역을 배제하여 직선구간에서 차량의 최대 운행속도로 주행할 수 있으므로, 이용객의 이동 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 그 구성은 기존 지하철 구간보다 깊은 심도(H)에 배치되고 다수개의 광역 지하철 역(20b)들 사이에 직선구간을 가지며 광역 지하철 역(20b) 주위에 양측으로 구배지도록 경사를 갖는 감속구간(201b)과 가속구간(201a)을 구비한 것이다.

더 상세히 설명하면, 본 발명의 광역 지하철 구간(L)은 기존 지하철과 간섭되지 않는 심도인 대략 지하 50m이상의 깊은 심도에 위치하며 터널 형태로 구성된다.

감속구간(201b)과 가속구간(201a)은 광역 지하철 역(20b) 주위에 양측으로 하향 경사진 경사로 형태로 구성된다.

즉, 본 발명의 초고속 장거리 광역 지하철 구간(L)은 광역 지하철 역(20b) 들 사이에 고속 운행을 위한 직선구간(201)이 배치되고, 역 주위에 경사로인 감속구간(201b) 및 가속구간(201a)이 배치된 것이다.

각 광역 지하철 역(20b)들간의 거리는 대략 5~10km 정도가 바람직하나, 굳이 이에 한정하지 아니한다.

가속구간(201a)과 감속구간(201b)의 경사로 각도(S1,S2)는 10~50°의 각도가 바람직하며, 이는 지하철 차량의 주행 속도 및 심도(H), 직선구간(201)의 길이, 경사로 거리(SL) 등을 고려하여 적합한 경사율을 설정할 수 있다.

경사로 각도(S1,S2)가 10°미만일 경우에는 위치 에너지에 따른 가속 및 감속 에너지를 얻기 어렵고, 50°를 초과할 경우에는 경사가 너무 과도하기 때문에 탑승객의 승차감이 좋지 않을 뿐만 아니라 오히려 광역 지하철 역(20b)에 접근하기 어려운 단점이 있다.

또 가속구간(201a)과 감속구간(201b)의 구배 경사가 S곡선으로 형성된 것이 바람직하다.

도 4 내지 도 6에서는, 심도(H)와 경사로 거리(SL)에 따른 감속구간(201b) 및 가속구간(201a)의 경사로 각도를 나타낸 것이다.

경사로 각도는 심도(H)에 비례하고 경사로 거리(SL)에 반비례하는 특성을 갖는다.

또한, 감속구간(201b) 및 가속구간(201a)은 광역 지하철 역(20b)을 기준으로 양측으로 서로 대칭되는 형태로 구성되며, 경사로 각도는 서로 동일하거나 주위 환경에 따라서 다른 경사율을 가질 수도 있다.

그리고, 가속구간(201a) 및 감속구간(201b)의 경사로는 직선형태로 하향 경사진 구조로 되거나, 도 3에서와 같이 완만한 곡선 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 직선구간(201)을 포함한 감속 및 가속구간(201a)은 광역 지하철 역(20b)보다 깊은 위치에 시공된다.

각 광역 지하철 역(20b)들은 기존 지하철 역(10b)이나 출입구(10a)를 공유하거나, 별도의 역사를 구비할 수 있다.

이때, 광역 지하철 역(20b)은 기존 지하철 역(10b)의 하부에 별도로 마련되거나, 기존 지하철 역을 공유할 수 있다.

각 광역 지하철 역(20b)들과 기존 지하철 역(10b)이 공유된 경우에는, 광역 지하철 역(20b)과 기존 지하철 역을 연결하는 연결통로(200)가 구비되고, 기존 지 하철 역사에서 출입구측으로 연결되는 연결통로(100)를 공유하게 되며, 이 연결통로(100,200)는 공지의 계단, 에스컬레이터, 엘리베이터등을 채택할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 초고속 장거리 광역 지하철은, 지하철 차량이 직선구간(201)을 운행한 후에 주행을 차량이 광역 지하철 역(20b) 주위에 진입할 경우와, 광역 지하철 역(20b)으로부터 출발하는 경우를 구분하여 설명하기로 한다.

먼저 지하철 차량이 광역 지하철 역(20b) 주위에 진입할 경우에는, 직선구간(201)에서 가속된 차량이 감속에 필요한 제동에너지를 오르막 경사로인 감속구간(201b)을 통과하는 중에 변곡점을 지나서 감속되므로, 최소한의 에너지로 감속할 수 있으므로 에너지 소모를 줄일 수 있다.

이와 반대로 지하철 차량이 광역 지하철 역(20b)에서 출발할 경우에는 내리막 경사로인 가속구간(201a)을 통과하면서 가속도가 부여됨에 따라 에너지 소모를 최소화하면서 가속에너지를 얻을 수 있다.

이어서, 직선구간(201)에 진입한 경우에는 근거리 정차역없이 장거리를 운행할 수 있으므로, 차량의 최대속도로 운행할 수 있다.

예를 들어 차량의 최대속도를 300㎞/hr 이상의 속도로 10㎞를 운행할 경우에는 대략 3분 내에 도착하기 때문에 각 광역 지하철 역(20b)들간 운행 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

이 때, 평면상 역과 역 사이에 곡선 주행로를 배제하고 직선으로 차량을 주행시키기 위하여, 다음 역까지 도달하기 위한 노선의 구부러짐이나 노선의 각도 변 경부분은 역사 내에 수용하여 배치한다.

즉, 본 발명의 초고속 장거리 광역 지하철은 광역 지하철 역(20b) 주위의 경사로인 가속구간(201a)과 감속구간(201b) 운행시 발생되는 위치 에너지를 차량의 가속 및 감속에 이용함으로써, 에너지를 최소화할 수 있으며, 기존 지하철 역 구조물 및 기타 지하 매설물과 간섭되지 않는 깊은 심도에 배치되어 공사 시간 및 공사 비용을 절감할 수 있다.

또한, 중간 경유지 및 근거리 정차역을 배제하고 각 광역 지하철 역(20b)들간의 거리를 원거리 구간으로 배정함으로써, 차량의 최대속도를 운행할 수 있으므로 운행시간을 단축할 수 있는 이점을 갖는다.

도 7은 본 발명 광역 지하철 주위의 부대설비를 나타낸 도면으로서, 광역 지하철 역(20b)과 가,감속구간(201a,201b) 사이에 대기구간(205)이 배치된 것이며, 이는 차량 고장, 승하차 지연, 우발상황등의 비상시 앞의 차량과 보조를 맞출 수 있도록 후속 차량이 대기할 수 있는 공간을 확보한 것이다.

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철의 주행 차량설비의 실시 예들을 나타낸 도면이다. 이는 기존 지하철 차량과는 달리 고속 주행시 발생되는 양력(揚力)으로 인해 차량이 선로를 이탈하는 탈선을 방지하는 탈선방지수단이 구비된 것이다.

본 발명에 의한 초고속 장거리 광역 지하철용 차량 설비의 일 실시 예는, 도 8에서와 같이, 그 탈선방지수단이 선로 상에 주행하는 차량(C)의 상부 양측면에 각각 배치되고 회전 가능한 주행 가이드륜(310)과, 주행 가이드륜(310)과 각각 접촉 되도록 지하철 터널(T)의 상부에 이격되게 배치되는 가이드 레일(320)을 구비한 것이다.

즉, 가이드 레일(320)은 터널의 상부면에 경사진 각도로 배치되고 단부가 주행 가이드륜(310)과 항시 접촉되어 차량의 좌,우 및 상,하 유동을 억제시켜 탈선을 방지하는 기능을 수행한다.

본 발명 탈선방지수단의 다른 실시 예는, 도 9에서와 같이, 차량(C)의 양측면에 각각 외측으로 연장되도록 배치되어 양력을 억제시키기 위한 주행익(翼)(500)을 구비한 것이다.

주행익(500)은 차량의 양측면에 돌출되게 배치되며, 바람직하게는 차량의 선단부나 후단부에서 중간으로 갈수록 상향 경사지도록 유선형으로 형성된 것이다.

이 주행익(500)은, 차량 주행시 차량(C)의 주행 전면에서 차량의 측면으로 발생되는 유체(공기)의 흐름을 하측으로 누르는 힘으로 유도함으로써, 차량의 주행시 양력 발생을 억제시키기 위함이다.

또 다른 실시 예는 도 10에서와 같이, 차량(C)의 양측면에 각각 배치되며 주행시 발생되는 바람에 의해 회전 동작되는 프로펠러 등을 포함한 추진체(400)를 구비한 것이다.

추진체(400)는 차량의 고속 주행시 추진력과 공기 저항을 향상시키기 위한 것이다.

상기한 실시 예들은 각각 개별적으로 차량에 배치되거나, 도 11에서와 같이, 앞서 설명한 실시 예들의 구성요소인 주행 가이드륜(310),가이드 레일(320),추진 체(400),주행익(500)을 같이 병합하여 채용할 수도 있다.

한편, 상기한 차량설비는 선로 구동방식이 도 12a와 도 12b에서와 같이 일반적인 레일(32)과 바퀴(52)로 주행하는 방식과, 코일이 권회된 궤도(35)와 차량 주행레일(55)로 구성된 자기 부상방식으로 주행할 수 있다.

상기한 선로 구동방식은 공지의 것이므로 구체적인 언급은 생략한다.

도 13과 도 14는 본 발명에 따른 광역 지하철이 운행 가능한 노선의 일 예들을 나타낸 도면이고, 도 15는 본 발명 노선에 대한 시간 및 거리를 분석한 표이다.

즉, 서울역을 중심으로 일정한 거리를 갖는 단위 반경 내에 방사형으로 역이 배치되고, 역과 역 사이의 노선이 직선으로 배치되며, 서울역을 포함한 각 반경 내에 주요 거점을 환승역으로 구성함을 알 수 있다.

일 예로 서울역을 중심으로 5㎞ 반경 내에는 1개 역, 10㎞ 반경 내에는 6개 역, 15㎞ 반경 내에는 2개 역, 20㎞ 반경 이내에는 8개 역, 20㎞ 반경 외에는 8개 역으로 구성하는 초고속 장거리 광역 지하철 노선을 구성하며,

1호선은 불광동 -서울역 - 고속터미널 - 과천 - 금정 - 안산을 연결하고,

2호선은 은평 뉴타운 - 불광역 - 상암 경기장 - 영등포구청 - 광명역 - 금정 - 수원역을 연결하며,

3호선은 일산 - 상암경기장 - 서울역 - 왕십리 - 남양주를 연결하고,

4호선은 김포공항 - 영등포구청 - 고속터미널 - 잠실운동장 - 강동을 연결하며,

5호선은 불광동 - 길음역 - 왕십리 - 잠실운동장 - 복정 - 서현 - 신갈을 연 결하고,

6호선은 의정부 - 노원역 - 길음역 - 서울역 - 영등포구청 - 온수 - 문학경기장을 연결하는 노선을 갖는다.

서울 및 지하철 노선에 초고속 장거리 광역 지하철의 운행 노선(21)이 일부 겹치거나 더 연장되고 기존 지하철역사와 연계하여 대심도 광역 역사를 운행할 수 있음을 나타낸 것이다.

즉, 유동인구가 많고 지리적으로 중요한 거점(20)을 지정하고 거점간의 거리를 5km 이상으로 설정하여, 역간 중간 경유지를 최소화함으로써 환승이나 중간 경유지 정차시 소요되는 시간을 최소화함으로써, 장거리 이동시 이동시간을 단축시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 광역 고속지하철은 기존 지하철 보다 깊은 심도에 터널식으로 시공하는 방식을 채택하며, 기존 지하철의 역사를 활용하고 근거리 정차역을 배제할 수 있으므로, 지하철 공사비의 절반가량을 차지하는 역사 건설비를 최소화할 수 있다.

또한, 기존 지하철의 운행 차량에 비해 적은 차량수로도 운행이 가능할 수 있으므로, 차량 운행에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

이는 차량의 평균 주행 속도가 빠를 뿐만 아니라 환승 및 정차시 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로, 차량의 이동속도에 따른 배차 간격을 고려해볼 때 기존 지하철 구간에 대비해 적은 수의 차량으로도 운행할 수 있기 때문이다.

도 1은 본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명 광역 지하철 역이 기존 지하철 역의 하부에 배치된 상태를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명 가속 및 감속구간이 완만한 경사를 갖도록 형성된 예를 나타낸 도면.

도 4,도 5,도 6은 본 발명의 가속 및 감속구간의 경사 각도의 각각 다른 예를 보인 도면이다.

도 7은 본 발명의 대기구간을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비의 일 실시 예를 나타낸 정면도.

도 9는 본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비의 다른 실시 예를 나타낸 정면도.

도 10은 본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비의 또 다른 실시 예를 나타낸 정면도.

도 11은 본 발명에 따른 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비의 각 실시 예들이 같이 채용된 상태를 나타낸 정면도.

도 12a와 도 12b는 본 발명 차량설비의 선로 구동방식을 각각 나타낸 도면.

도 13은 본 발명에 따른 광역 지하철이 운행 가능한 노선을 일 예로 설명한 노선도.

도 14는 본 발명 광역 지하철과 기존 지하철이 연계된 노선도.

도 15는 본 발명 노선도를 거리와 시간으로 분석한 표.

도 16은 종래 수도권 지하철 노선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20b : 광역 지하철 역 201 : 직선구간

201a : 가속구간 201b : 감속구간

310 : 주행 가이드륜 320 : 가이드 레일

400 : 추진체 500 : 주행익

C : 차량

H : 심도 T : 터널

SL : 경사로 거리

S1,S2 : 가속 및 감속구간의 경사 각도

Claims (9)

1. 지하철보다 더 깊은 심도에 배치되고 복수개의 광역 지하철 역(20b)들을 가지며, 상기 광역 지하철 역(20b)을 기준으로 양측으로 하향 경사지게 구배진 가속구간(201a)과 감속구간(201b)을 구비한 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 광역 지하철 역(20b)과 광역 지하철 역(20b) 사이에 직선구간(201)을 갖는 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 가속구간(201a)과 감속구간(201b)의 구배 경사가 서로 다른 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 가속구간(201a)과 감속구간(201b)의 구배 경사가 S곡선으로 된 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 가속구간(201a)과 감속구간(201b)의 구배 경사가 10~50°의 급경사 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철.
6. 광역 지하철 역(20b)을 기준으로 양측으로 하향 경사지게 구배진 가속구간(201a)과 감속구간(201b)을 주행하며, 고속 주행시 차량의 선로 이탈을 방지하기 위한 탈선방지수단이 배치된 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 탈선방지수단은 상기 차량의 상부면 양측에 서로 이격되게 배치되고 회전 가능한 주행 가이드륜(310)과,

   상기 주행 가이드륜(310)과 접촉되고 지하철 터널의 상부에 배치되는 가이드 레일(320)을 구비한 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 탈선방지수단은 상기 차량의 양측면에 각각 외측으로 연장되도록 배치되어 양력을 억제시키기 위한 주행익(500)을 구비한 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비.
9. 청구항 6 내지 청구항 9중 어느 한 항에 있어서,

   상기 차량의 양측면에 각각 배치되며 주행시 발생되는 바람에 의해 회전 동작되는 추진체(400)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 초고속 장거리 광역 지하철용 차량설비.

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