KR20130076271A

KR20130076271A - 사면결빙 방지시스템

Info

Publication number: KR20130076271A
Application number: KR1020110144793A
Authority: KR
Inventors: 엄주용
Original assignee: 한국도로공사
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-08

Abstract

본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템은, 사면(斜面)에 설치되어 방열작동을 행하는 방열수단과, 상기 방열수단으로 공급되는 열을 축적하는 열축적수단과, 상기 방열수단의 방열작동에 필요한 열에너지를 생성하여 상기 열축적수단으로 공급하는 발열장치를 포함하여 이루어진다.
상기 방열수단은 다수개의 히트파이프(heat pipe)가 조합된 히트파이프 구조체를 포함하여 이루어지고, 상기 열축적수단은 상기 히트파이프 구조체와 연결되고, 상기 발열장치에서 발생된 열에 의해 가열되는 축열부재를 포함하는 히트싱크로 이루어진다.
또한, 상기 발열장치는 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판에서 상기 히트싱크로 순환연결되어 축열부재를 가열하는 온수히터배관을 포함하여 이루어진다.
상기 발열장치는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크의 축열부재를 가열하는 가열히터를 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 의하면, 발열장치의 작동으로 방열수단을 구성하는 히트파이프 구조체가 방열됨으로써 고속도로주변의 사면결빙현상을 사전에 지속적으로 방지할 수 있으므로, 도로교통의 안전이 크게 향상된다는 이점이 있다.

Description

사면결빙 방지시스템{Anti-freezing system for slope}

본 발명은 고속도로 등의 주변의 사면에 눈이 쌓여 결빙되는 현상을 방지하는 사면결빙 방지시스템에 관한 것이다.

일반적으로 동절기에 눈이 내려 도로 표면이 결빙되는 경우에는 차량의 제동거리가 길어짐은 물론, 주행 콘트롤이 제대로 이루어지지 않기 때문에 교통사고가 발생할 위험성이 높아지는데, 특히 고속도로의 경우에는 차량의 주행속도가 일반도로에 비해 빠르기 때문에 도로결빙으로 인한 사고발생시 대형사고로 이어질 가능성이 크다고 볼 수 있다.

따라서, 동절기에는 염화칼슘 등의 제설제를 이용하여 노면결빙으로 인한 문제를 사전에 방지하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다.

그러나 한편, 산간지역의 절개지를 통과하는 고속도로 환경에서와 같이 도로주변에 사면(斜面)이 많은 지역에서는 사면의 방향에 따라 그늘이 형성되기 때문에 일조량 부족 등의 이유로 사면에 쌓인 눈이 증발되어 소멸되지 않고 동절기 동안 부분적으로 해빙과 결빙을 반복하는 과정에서 단단하게 결빙되어 버리는 이른바 완전결빙현상이 발생할 수 있다.

그리고, 이와 같이 사면에 쌓인 눈이 완전결빙된 상태에서 해빙기에 접어들게 되면, 얼었던 눈이 급격히 녹아서 고속도로 노면측으로 물이 흘러드는 현상이 발생할 수 있는데, 해빙기에는 일기온차가 심하기 때문에 노면으로 흘러들어온 물이 조석으로 다시 얼어서 노면이 결빙되는 현상이 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 노면이 결빙되지는 않더라도 노면상의 물기로 인해 사고발생 위험이 높아지게 된다.

따라서, 동절기 및 해빙기의 고속도로상의 전반적인 주행안정을 위해서는 고속도로 노면 뿐만 아니라, 노면의 결빙을 초래할 수 있는 고속도로 주변의 사면에 대하여서도 결빙문제를 해소하기 위한 적극적인 대책이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 사면에 눈이 쌓여서 결빙되는 현상을 방지함으로써 사면결빙으로 인해 유발될 수 있는 도로교통상의 위험요인을 사전에 방지할 수 있는 사면결빙 방지시스템의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템은, 사면(斜面)에 설치되어 방열작동을 행하는 방열수단과, 상기 방열수단으로 공급되는 열을 축적하는 열축적수단과, 상기 방열수단의 방열작동에 필요한 열에너지를 생성하여 상기 열축적수단으로 공급하는 발열장치를 포함하여 이루어진다.

상기 방열수단은 다수개의 히트파이프(heat pipe)가 조합된 히트파이프 구조체를 포함하여 이루어지고, 상기 열축적수단은 상기 히트파이프 구조체와 연결되고, 상기 발열장치에서 발생된 열에 의해 가열되는 축열부재를 포함하는 히트싱크로 이루어진다.

또한, 상기 발열장치는 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판에서 상기 히트싱크로 순환연결되어 축열부재를 가열하는 온수히터배관을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 발열장치는 태양전지와, 상기 태양전지에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크의 축열부재를 가열하는 가열히터를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 발열장치는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크의 축열부재를 가열하는 가열히터를 포함하여 이루어질 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 의하면, 고속도로주변의 사면결빙현상을 사전에 지속적으로 방지할 수 있게 됨으로써 도로교통의 안전이 크게 향상된다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 적용되는 히트파이프의 작동원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에서 히트싱크의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 적용되는 태양열 직접가열식 발열장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 적용되는 태양열 간접가열식 발열장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 적용되는 풍력방식의 발열장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템에 적용되는 태양열 간접가열식과 풍력방식이 조합된 발열장치를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 도 1부터 도 7까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템은 사면(斜面)에 설치되어 방열작동을 행하는 방열수단과, 상기 방열수단으로 공급되는 열을 축적하는 열축적수단과, 상기 방열수단의 방열작동에 필요한 열에너지를 생성하여 상기 열축적수단으로 공급하는 발열장치를 포함하여 이루어진다.

도 1에 나타난 것과 같이 상기 방열수단은 다수개의 히트파이프(12)가 조합된 히트파이프 구조체(10)를 포함하여 이루어지고, 상기 열축적수단은 상기 히트파이프 구조체(10)와 연결되는 히트싱크(20)로 이루어진다.

여기서, 도 2에 나타난 것과 같이 히트파이프(12)는 내부에 충진된 열전달매질(12a)의 상변화 현상을 이용하여 열을 전달하는 것으로서 모세관로(121)가 갖추어진 구조로 이루어진다.

히트파이프(12)는 일측단이 고온측(도면상 좌측)에 배치되고 타측단은 저온측(도면상 우측)에 배치됨으로써 고온측에서 열을 흡수하여 기화된 열전달매질(12a)이 저온측으로 이동하여 열을 방출하여 액화된 다음 모세관로(121)를 통하여 다시 고온측으로 이동하는 작동원리를 갖는다.

상기 히트파이프 구조체(10)를 구성하는 히트파이프(12)의 조합형태는 사면의 일정면적에 대하여 고르게 열을 전달할 수 있도록 병렬형태 내지는 격자형태, 지그재그형태 등으로 이루어질 수 있으며, 사면의 지형이나 면적에 따라 보다 다양하게 이루어질 수 있다.

그리고, 도 3에 나타난 것과 같이 상기 히트싱크(20)는 상기 발열장치에서 발생된 열에 의해 가열되고 열을 축적하는 축열부재(22)를 포함하여 이루어지며, 상기 히트파이프 구조체(10)와 히트싱크(20)의 연결구조는 예시적으로 히트파이프 구조체(10)에서 연장된, 역시 히트파이프 구조의 연결관(101)이 히트싱크(20) 내에서 축열부재(22)와 접하는 방식으로 이루어질 수 있다.

상기 발열장치는 이른바 자연에너지를 이용한 것으로서, 작동에 필요한 에너지원의 종류에 따라 태양열 방식 내지는 풍력방식으로 이루어질 수 있다.

태양열 방식의 발열장치는 다시 이른바 직접가열식과 간접가열식으로 구분될 수 있는데, 도 4에 나타난 것과 같이 직접가열식의 발열장치는 태양열을 모으는 태양열 집열판(30)과, 상기 태양열 집열판(30)에서 상기 히트싱크(20)로 순환연결되어 축열부재(22)를 가열하는 온수히터배관(32)을 포함하여 이루어진다.

도 5에 나타난 것과 같이 간접가열식의 발열장치는 태양광을 받아서 전원을 생성하는 태양전지(40)와, 상기 태양전지(40)에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크(20)의 축열부재(22)를 가열하는 가열히터(42)를 포함하여 이루어진다.

도 6에 나타난 것과 같이 풍력방식의 발열장치는 풍력에 의해 가동되는 풍력발전기(50)와, 상기 풍력발전기(50)에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크(20)의 축열부재(22)를 가열하는 가열히터(42)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 발열장치는 태양열 및 풍력과 같은 자연에너지를 이용하는 특성상 기상상태 등의 영향을 많이 받기 때문에 상시 안정적인 작동이 가능하다고는 볼 수 없기 때문에, 발열작동의 안정성을 높이기 위해서는 상기 태양열 방식의 발열장치와 풍력방식의 발열장치를 함께 구성하여 상호보완적으로 작동되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 서로 다른 종류의 자연에너지를 이용하는 발열장치를 조합하는 경우에는 태양전지(40)와, 풍력발전기(50)가 조합되도록 함으로써 가열히터(42)에 대하여 태양광과 풍력으로 인한 전원이 함께 공급되도록 하는 것이 구성상 용이하다고 볼 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 사면결빙 방지시스템의 작동은 다음과 같다.

먼저, 발열장치가 태양열을 이용한 직접가열식으로 이루어진 경우에 있어서는, 태양열 집열판(30)에 의해 가열된 온수가 온수히터배관(32)을 통해 전달됨으로써 히트싱크(20)의 축열부재(22)가 가열되며, 가열된 축열부재의 온도가 일정치(히트파이프의 열전달 기준온도)를 넘어서게 되면, 히트싱크(20)내에서 축열부재(22)와 접한 연결관(101)을 통해 히트파이프 구조체(10)를 구성하는 각각의 히트파이프(12)로 열이 전달되고, 히트파이프 구조체(10)의 방열작동이 이루어지게 된다.

히트파이프 구조체(10)에서 방열작동이 이루어지게 되면, 히트파이프 구조체(10)의 주변에 쌓인 눈이 열을 흡수하여 녹아서 증발되기 때문에 결빙이 방지된다.

여기서, 상기 히트싱크에서는 축열부재에 의해 열이 축적되기 때문에, 기상조건 등에 의해 발열장치의 작동이 일시적으로 정지되는 경우에도 히트파이프 구조체의 방열작동이 즉시 정지되지 않으며, 일정시간 동안 지속됨으로써 방열작동의 안정성을 높이게 된다.

이어서, 발열장치가 태양열을 이용한 간접가열식으로 이루어진 경우에는 태양전지(40)에서 발생된 전원으로 가열히터(42)가 발열되어 히트싱크(20)의 축열부재(22)가 가열된다.

그리고, 히트싱크(20)내에서 축열부재(22)와 접한 연결관(101)을 통해 열이 전달되어 히트파이프 구조체(10)에서 방열작동이 이루어짐으로써, 상기 히트파이프 구조체(10)가 설치된 사면에서의 결빙을 방지하게 되는 것은 앞서와 같다.

발열장치가 풍력방식으로 이루어진 경우에는 풍력발전기(50)에 의해 발생된 전원으로 가열히터(42)가 발열되어 히트싱크(20)의 축열부재(22)가 가열되고, 앞서와 마찬가지로 히트싱크(20)에 연결된 연결관(101)을 통해 열이 전달되어 히트파이프 구조체(10)에서 방열작동이 이루어짐으로써, 상기 히트파이프 구조체(10)가 설치된 사면에서의 결빙을 방지하게 된다.

또한, 가열히터(42)에 대한 전원공급이 태양전지와 풍력발전기에 의해 함께 이루어지도록 구성된 경우에는 날씨가 흐려서 햇빛이 약할때는 바람이 강하게 불고, 상대적으로 바람이 약하면 햇빛이 강해지는 동절기 날씨의 특성을 상호보완적으로 활용함으로써 보다 안정적인 발열작동이 가능하게 된다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 의하면, 사면에 쌓인 눈이 결빙되었다가 녹아서 노면으로 흘러내리기 전에 히트파이프 구조체(10)에서 발산되는 열에 의해 쌓인 눈이 녹아서 증발되기 때문에 사면결빙으로 인한 도로교통상의 위험요소가 해소된다.

한편, 본 발명에 의하면, 발열장치의 작동에 필요한 에너지를 태양열 및 풍력과 같은 자연에너지에서 얻기 때문에 자연에너지를 이용하는 특성상 일반 전력을 사용하는 경우에 비하여 다음과 같은 특징이 있다.

우선, 일반 전력 사용시에는 전력사용료의 부담을 줄이기 위하여 적설상태나 기온 등의 이른바 작동조건에 따라 발열장치를 선택적으로 가동할 필요가 있으므로, 관리자가 작동조건을 수시로 파악하여 발열장치의 작동을 제어해야 하는 사용상의 번거로움을 예상할 수 있다.

더불어 이러한 사용상의 번거로움을 해소하기 위하여 적설상태나 기온 등의 조건을 자동으로 파악하기 위한 각종 센서장치를 갖추게 되면, 구성상의 어려움이 있을 뿐만 아니라, 센서장치들의 오작동으로 인하여 제때에 결빙방지 기능이 수행되지 않는 작동상의 위험성 또한 예상할 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 자연에너지를 사용하는 만큼 전력사용료에 대한 부담이 없기 때문에 동절기나 해빙기에는 발열장치를 상시 가동상태로 유지할 수 있으며, 결과적으로 사용상의 번거로움이 없을 뿐만 아니라 결빙방지의 안정성 또한 높다고 볼 수 있다.

10: 히트파이프 구조체 101: 연결관
12: 히트파이프 20: 히트싱크
22: 축열부재 30: 태양열 집열판
32: 온수히터배관 40: 태양전지
42: 가열히터 50: 풍력발전기

Claims

사면(斜面)에 설치되어 방열작동을 행하는 방열수단과,
상기 방열수단으로 공급되는 열을 축적하는 열축적수단과,
상기 방열수단의 방열작동에 필요한 열에너지를 생성하여 상기 열축적수단으로 공급하는 발열장치
를 포함하여 이루어지는 사면결빙 방지시스템.
제1항에 있어서,
상기 방열수단은 다수개의 히트파이프(heat pipe)가 조합된 히트파이프 구조체를 포함하여 이루어지고,
상기 열축적수단은 상기 히트파이프 구조체와 연결되고, 상기 발열장치에서 발생된 열에 의해 가열되는 축열부재를 포함하는 히트싱크로 이루어지는
사면결빙 방지시스템.
제2항에 있어서, 상기 발열장치는
태양열 집열판과,
상기 태양열 집열판에서 상기 히트싱크로 순환연결되어 축열부재를 가열하는 온수히터배관
을 포함하여 이루어지는 사면결빙 방지시스템.
제2항에 있어서, 상기 발열장치는
태양전지와,
상기 태양전지에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크의 축열부재를 가열하는 가열히터
를 포함하여 이루어지는 사면결빙 방지시스템.
제2항에 있어서, 상기 발열장치는
풍력발전기와,
상기 풍력발전기에서 발생되는 전원에 의해 가동되어 상기 히트싱크의 축열부재를 가열하는 가열히터
를 포함하여 이루어지는 사면결빙 방지시스템.