KR20130135428A - 지하 터널 환기 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치는, 일측이 외부로 노출되어 외부 공기가 출입하는 환기구가 형성된 환기풍도와, 본선 터널과 일측이 연결되는 자연환기풍도와, 송풍팬이 설치되는 기계환기실과, 상기 환기풍도의 하부에 위치하고 일측은 상기 기계환기실과 연통되고 다른 일측은 자연환기풍도와 연통되는 연결풍도와, 상기 기계환기실의 상부에 위치하고 상기 환기풍도와 일측이 연통되고, 타측은 터널측 풍도와 연통되는 중간풍도실와, 상기 중간풍도실 및 기계환기실과 일측이 연통되고, 본선 터널과 타측이 연통되는 터널측풍도와, 상기 환기풍도와 연결풍도의 경계에 설치되는 제1블라스트댐퍼와, 상기 연결풍도와 자연환기풍도의 경계에 설치되는 제2블라스트댐퍼와, 상기 환기풍도와 중간풍도실의 경계에 설치되는 제3블라스트댐퍼와, 상기 중간풍도실과 상기 본선 터널의 경계에 설치되는 제4블라스트댐퍼 및 상기 블라스트댐퍼들의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 지하 터널 환기 장치 및 방법에 관한 것으로서, 기계환기실을 지하 본선 터널의 측면에 배치하고, 기계환기실의 상하에 각각 중간풍도실과 자연환기풍도를 배치하며, 자연풍도와 연결풍도, 연결풍도와 자연환기풍도, 환기풍도와 중간풍도실 및 터널측풍도와 본선터널의 경계에 각각 블라스트댐퍼를 설치하여 제어부에 의해 개폐를 제어함으로써, 터널의 환기 효율을 증대시키고 개착공사의 폭을 줄여 공사비를 절감하는 지하 터널 환기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 지하 터널 환기 시스템은 지하 터널 내부의 공기를 외부로 배출시키고 외부 공기를 지하 터널로 공급하여 지하 터널 내부의 공기를 환기시키는 시스템이다. 지하 터널 환기 시스템이 적용되는 대표적인 예가 지하철이다. 지하철이 왕복하는 지하 터널은 외부의 공기가 자유롭게 드나들지 못해 환기 시스템에 의한 환기가 필요하다.
통상적으로 자연환기식과 송풍팬에 의한 기계환기식(또는 강제환기식)이 널리 사용된다. 자연환기식 터널 환기 시스템은 본선터널을 운행하는 열차에 의해 발생하는 압력에 의한 방식이다. 이러한 자연환기식은 본선터널에서 운행되는 열차의 전방에 정압이 발생되고 후방에 부압이 발생되어 외기가 본선터널의 내부로 유입되는 것이다. 자연환기식 터널 환기 시스템은 초기 시설비 및 관리비의 절감효과는 있으나 본선터널에 열차가 운행되지 않는 시간에는 터널 내부를 환기할 수 없는 한계가 있으므로 통상 송풍팬에 의한 기계환기식 터널 환기 시스템이 함께 적용된다.
기계환기식 터널 환기 시스템은 기계환기실 내부에 설치된 송풍팬에 의하여 터널 내부의 공기와 외부 공기를 교환하여 터널 내부 공기를 환기하는 방식이다. 종래의 기계환기식 터널 환기 시스템은 상선터널에 사용되는 송풍팬과 하선터널에 사용되는 송풍팬을 별도로 설치하여 사용하였으며, 터널 내부에 공기를 급기하는 경우에는 송풍팬이 정회전을 하지만 터널 내부의 공기를 외부로 배기하는 경우에는 송풍팬이 역회전을 하며 역회전을 하는 경우에는 송풍팬의 효율이 현저히 떨어지게 되는 문제점을 가지고 있었다.
도 9 내지 도 10은 종래기술에 의한 터널 환기 시스템에 관한 것이다. 현재에도 가장 널리 사용되는 터널 환기 시스템은 도9 및 도10에 도시된 바와 같이 본선 터널의 측면에 기계환기실을 배치하지 아니하고, 지하 일정 깊이에 송풍팬이 설치된 기계환기실(2)을 배치하고, 기계환기실의 측면부에 별도의 자연환기풍도(3)를 두어 자연환기와 기계환기를 겸하고 있다. 이러한 종래의 터널 환기 시스템은 기계환기실과 자연환기풍도를 배치할 공간을 개착공사를 통해 확보하여야 하므로 공사비가 많이 들고, 터널 내 화재 등의 비상 시 급기용 송풍팬을 재연을 위한 배기용으로 사용하고자 하는 경우에는 송풍팬을 역회전 구동해야 하므로 재연의 효율이 떨어지는 단점을 가지고 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 송풍팬이 설치되는 기계환기실을 별도의 개착공사가 필요 없도록 지하 본선 터널의 측면에 배치하고 자연환기풍도를 기계환기실의 하부에 배치하며 기계환기실의 상부에는 중간풍도실을 두며, 다수개의 블라스트댐퍼를 설치하여 제어함으로써, 개착공사의 비용을 현저히 줄이고, 블라스트댐퍼의 조작으로 정회전 만으로도 기계급기와 기계배기를 모두 수행할 수 있어 환기효율을 증대시키는 지하 터널 환기 장치 및 환기 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치는, 일측이 외부로 노출되어 외부 공기가 출입하는 환기구가 형성된 환기풍도와, 본선 터널과 일측이 연결되는 자연환기풍도와, 송풍팬이 설치되는 기계환기실과, 상기 환기풍도의 하부에 위치하고 일측은 상기 기계환기실과 연통되고 다른 일측은 자연환기풍도와 연통되는 연결풍도와, 상기 기계환기실의 상부에 위치하고 상기 환기풍도와 일측이 연통되고, 타측은 터널측 풍도와 연통되는 중간풍도실와, 상기 중간풍도실 및 기계환기실과 일측이 연통되고, 본선 터널과 타측이 연통되는 터널측풍도와, 상기 환기풍도와 연결풍도의 경계에 설치되는 제1블라스트댐퍼와, 상기 연결풍도와 자연환기풍도의 경계에 설치되는 제2블라스트댐퍼와, 상기 환기풍도와 중간풍도실의 경계에 설치되는 제3블라스트댐퍼와, 상기 중간풍도실과 상기 본선 터널의 경계에 설치되는 제4블라스트댐퍼 및 상기 블라스트댐퍼들의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 기계환기실에 설치되는 송풍팬은, 상기 연결풍도에서 상기 터널측풍도 방향으로 송풍하는 급기용 송풍팬과, 상기 터널측풍도에서 상기 연결풍도 방향으로 송풍하는 배기용 송풍팬을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치를 이용한 지하 터널 환기 방법은, 자연환기 되는 경우에는, 상기 제1블라스트댐퍼와 상기 제2블라스트댐퍼가 개방되고 상기 제3블라스트댐퍼와 제4블라스트댐퍼는 폐쇄되도록 제어부에 의해 조작되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 지하 터널 환기 방법은, 기계급기 또는 기계배기의 경우에는 상기 기계급기용 송풍팬 또는 기계배기용 송풍팬이 각각 구동되고, 상기 제1블라스트댐퍼와 제4블라스트댐퍼는 개방되며, 상기 제2블라스트댐퍼와 상기 제3블라스트댐퍼는 폐쇄되도록 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지하 터널 환기 방법은, 비상 시 급기용 송풍팬을 구동하여 기계배기 하거나, 배기용 송풍팬을 구동하여 기계급기 하는 경우에는, 제1블라스트댐퍼와 제4블라스트댐퍼는 폐쇄되고 제2블라스트댐퍼와 제3블라스트댐퍼는 개방되도록 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면 기계환기실과 자연환기풍도를 지하 본선 터널의 측면부에 배치함으로써 기계환기실과 자연환기풍도의 설치를 위한 별도의 개착공사를 필요로 하지 아니하므로 개착공사에 따른 비용을 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 송풍팬의 역회전 구동없이 블라스트댐퍼의 조작만으로 급기용 송풍팬을 배기용으로, 배기용 송풍팬을 급기용으로 사용할 수 있어 본선 터널 내 화재 등이 발생한 경우 송풍팬의 효율저하 없이 신속한 재연이 가능하고, 신속한 급기가 가능해지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 급기용 송풍팬 의한 기계급기를 나타내는 작동설명도.
도 2 및 도 5는 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 자연환기를 나타내는 작동 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 급기용 송풍팬 의한 비상 기계배기를 나타내는 작동설명도.
도 4는 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 배기용 송풍팬 의한 기계배기를 나타내는 작동설명도.
도 6은 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 배기용 송풍팬 의한 비상 기계급기를 나타내는 작동설명도.
도 7은 도 1의 A-A 단면도.
도 8은 도 1의 B-B 단면도.
도 9는 종래의 지하 터널 환기 장치에 의한 자연환기 및 기계환기를 나타내는 작동설명도.
도 10은 도 9의 A-A 단면도이고, 도 11은 도 9의 B-B 단면도.
도 2 및 도 5는 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 자연환기를 나타내는 작동 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 급기용 송풍팬 의한 비상 기계배기를 나타내는 작동설명도.
도 4는 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 배기용 송풍팬 의한 기계배기를 나타내는 작동설명도.
도 6은 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 배기용 송풍팬 의한 비상 기계급기를 나타내는 작동설명도.
도 7은 도 1의 A-A 단면도.
도 8은 도 1의 B-B 단면도.
도 9는 종래의 지하 터널 환기 장치에 의한 자연환기 및 기계환기를 나타내는 작동설명도.
도 10은 도 9의 A-A 단면도이고, 도 11은 도 9의 B-B 단면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 말하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하 터널 환기 장치 및 방법에 대하여 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치의 종 단면도이며, 각각 자연환기 또는 기계환기에 관한 작동을 설명하고 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치는, 환기풍도(10), 연결풍도(20), 기계환기실(30), 중간풍도실(40), 자연환기풍도, 터널측풍도(50)를 포함하여 구성된다. 종래에는 기계환기실(2)과 자연환기풍도(3)가 지상에서 가까운 지하에 별도의 개착공사를 하여 기계환기실과 자연환기풍도가 설치될 공간을 확보하였으나, 본 발명에서는 기계환기실(30)과 자연환기풍도를 지하 본선 터널(60)의 측면에 배치한다.
환기풍도(10)는 종래의 환기풍도와 같이 일측이 외부로 노출되어 환기구가 형성되며 본선 터널(60)의 깊이 만큼 지상에서 지하로 종 방향으로 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 환기풍도(10)의 하부에는 연결풍도(20)가 배치되며, 환기풍도(10)와 연결풍도(20)의 사이에는 제1블라스트댐퍼(101)가 설치된다. 연결풍도(20)는 일측이 기계환기실(30)과 연통되며, 연결풍도(20)의 하부는 자연환기풍도와 연통되고 연결풍도(20)와 자연환기풍도의 경계에는 제2블라스트댐퍼(102)가 설치된다.
연결풍도(20)와 일측이 연통되는 기계환기실(30)에는 송풍팬(31)이 설치된다. 종래에는 기계환기실이 지상에서 가까운 곳에 설치되었으나, 본 발명에서는 기계환기실(30)이 본선터널의 측면에 배치된다. 도 8과 도 10을 비교하여 살펴보면 도 8에서 본선 터널(60)의 측면부에는 환기풍도(10)에 이르는 일정한 공간이 마련되어 있으므로, 도 10과 같이 이 공간에 일정한 기계환기실(30)을 설치하여도 별도의 개착공사가 필요 없다. 따라서 본선 터널(60)의 측면에 기계환기실(30)을 설치하면 종래 기계환기실과 자연환기풍도를 설치하기 위한 개착공사가 필요 없게 되는 것이다.
자연환기풍도는 기계환기실(30)의 하부에 마련되는 것이 바람직하며 자연환기풍도는 본선 터널(60)과 연통되어 있다. 도 2와 도 9를 비교하여 보면 자연환기풍도를 통한 자연환기에 있어서 종래의 자연환기 경로보다 본 발명에 따른 자연환기 경로가 더 단순하여 보다 원활한 자연환기가 이루어질 수 있다.
기계환기실(30)의 상부에는 중간풍도실(40)이 마련된다. 중간풍도실(40)은 환기풍도(10)와 일측이 연통되어 있으며, 그 경계에는 제3블라스트댐퍼(103)가 설치된다. 기계환기실(30)과 중간풍도실(40)은 터널측풍도(50)와 연결되며, 터널측풍도(50)는 본선 터널(60)과 연결된다. 터널측풍도(50)와 본선 터널(60)의 경계에는 제4블라스트댐퍼(104)가 설치된다.
이하 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치에 의해 자연환기 및 기계환기가 일어나는 과정을 살펴본다. 먼저 자연환기에 관하여 설명한다. 자연환기에 관한 작동 설명은 도 2 및 도 5에 도시되어 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 자연환기의 경우에는 제1블라스트댐퍼(101)와 제2블라스트댐퍼(102)가 개방된다. 반대로 제3블라스트댐퍼(103)와 제4블라스트댐퍼(104)는 폐쇄된다. 이렇게 하면 환기풍도(10), 연결풍도(20), 자연환기풍도 및 본선터널에 이르는 풍도가 형성되게 되고 본선 터널(60) 내부의 공기와 외부 공기가 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 지하철이나 기차 등이 터널 내부로 들어올때는 터널내부의 압력이 올라가 자연배기가 되고, 터널 외부로 나갈때는 터널내부의 압력이 낮아져 자연급기가 이루어지게 된다.
다음으로 기계급기 및 기계배기에 관하여 설명한다. 기계환기실(30)에는 하나 이상의 송풍팬(31)이 설치된다. 종래의 지하 터널 환기 장치는 급기용 송풍팬(31)과 배기용 송풍팬(31)이 반드시 구분되어 있었다. 만약 하나의 송풍팬(31)으로 기계급기와 기계배기 겸용으로 사용하는 경우에는 어느 한 방향에 대해서는 송풍팬(31)이 역회전해야 되는데, 송풍팬(31)은 역회전 하는 경우에는 송풍효율이 약 80%로 이하로 떨어지게 되어 비효율적이 된다. 그러나 본 발명에 따른 지하 터널 환기 장치는 급기용 송풍팬(31)과 배기용 송풍팬(31)을 구분하여 사용할 수 있지만, 하나의 송풍팬(31)으로 급기와 배기를 모두 수행할 수 있다. 블라스트댐퍼의 개폐를 제어함으로써 송풍팬(31)의 역회전 없이 급배기 겸용으로 사용할 수 있게 되므로 효율적이다.
다만, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 기계급기 경로가 복잡해지는 것을 방지하기 위해서 본 발명에서도 급기용 송풍팬(31)과 배기용 송풍팬(31)을 구분하여 사용하는 것이 바람직하다.
도 1은 기계급기에 관한 작동설명도이다. 급기용 송풍팬(31)이 구동하고 제1블라스트댐퍼(101)와 제4블라스트댐퍼(104)가 개방되고, 제2블라스트댐퍼(102) 및 제3블라스트댐퍼(103)가 폐쇄되면, 외부 공기가 환기풍도(10), 연결풍도(20), 송풍팬(31), 터널측풍도(50)를 순서대로 경유하여 본선터널로 공급된다. 도 4는 기계배기에 관한 작동설명도인데 기계급기의 경우에 대한 역과정이므로 별도로 설명하지 아니한다.
다음으로 비상시의 기계환기에 대하여 설명한다. 터널 내부에 화재가 발생하여 재연이 필요한 경우에 급기용 송풍팬(31)을 이용하여 기계배기에 사용하고, 배기용 송풍팬(31)을 기계급기에 사용할 수 있게 되면 보다 신속하게 재연을 할 수 있다. 본선 터널(60)에는 다수개의 지하 터널 환기 장치가 터널의 길이 방향에 대하여 소정의 거리 이격되어 설치된다. 화재가 발생한 지점과 가까운 입구 사이에 설치된 지하 터널 환기 장치에서는 신속하게 기계배기를 하고, 화재 발생 지점과 먼 쪽 입구 사이에 설치된 지하 터널 환기 장치에서는 신속하게 기계급기를 하면 화재로 인한 연기가 터널내부로 확산되지 아니하고 화재 발생 지점과 가까운 쪽 입구 또는 지하 터널 환기 장치로 배출되게 된다.
도 3 및 도 6이 비상시의 기계배기 또는 기계급기에 대한 작동설명도이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 제2블라스트댐퍼(102)와 제3블라스트댐퍼(103)를 개방하고 제1블라스트댐퍼(101)와 제4블라스트댐퍼(104)를 폐쇄한 상태에서 급기용 송풍팬(31)을 작동시키면 비상 기계배기로 바뀌게 된다. 도 6에 도시된 비상 기계급기에 관해서는 역과정에 불과하므로 설명을 생략한다.
10 : 환기풍도
20 : 연결풍도
30 : 기계환기실
31, 31a, 31b : 송풍팬
40 : 중간풍도실
50 : 터널측풍도
60 : 본선 터널
101 : 제1블라스트댐퍼
102 : 제2블라스트댐퍼
103 : 제3블라스트댐퍼
104 : 제4블라스트댐퍼
20 : 연결풍도
30 : 기계환기실
31, 31a, 31b : 송풍팬
40 : 중간풍도실
50 : 터널측풍도
60 : 본선 터널
101 : 제1블라스트댐퍼
102 : 제2블라스트댐퍼
103 : 제3블라스트댐퍼
104 : 제4블라스트댐퍼
Claims (5)
- 지하 터널 환기 장치에 있어서,
일측이 외부로 노출되어 외부 공기가 출입하는 환기구가 형성된 환기풍도;
본선 터널과 일측이 연결되는 자연환기풍도;
송풍팬이 설치되는 기계환기실;
상기 환기풍도의 하부에 위치하고 일측은 상기 기계환기실과 연통되고 다른 일측은 자연환기풍도와 연통되는 연결풍도;
상기 기계환기실의 상부에 위치하고 상기 환기풍도와 일측이 연통되고, 타측은 터널측 풍도와 연통되는 중간풍도실;
상기 중간풍도실 및 기계환기실과 일측이 연통되고, 본선 터널과 타측이 연통되는 터널측풍도;
상기 환기풍도와 연결풍도의 경계에 설치되는 제1블라스트댐퍼;
상기 연결풍도와 자연환기풍도의 경계에 설치되는 제2블라스트댐퍼;
상기 환기풍도와 중간풍도실의 경계에 설치되는 제3블라스트댐퍼;
상기 중간풍도실과 상기 본선 터널의 경계에 설치되는 제4블라스트댐퍼; 및
상기 블라스트댐퍼들의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 터널 환기 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 기계환기실에 설치되는 송풍팬은, 상기 연결풍도에서 상기 터널측풍도 방향으로 송풍하는 급기용 송풍팬과, 상기 터널측풍도에서 상기 연결풍도 방향으로 송풍하는 배기용 송풍팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 터널 환기 장치.
- 제 1항 또는 제 2항의 지하 터널 환기 장치를 이용한 지하 터널 환기 방법에 있어서,
자연환기 되는 경우에는, 상기 제1블라스트댐퍼와 상기 제2블라스트댐퍼가 개방되고 상기 제3블라스트댐퍼와 제4블라스트댐퍼는 폐쇄되도록 제어부에 의해 조작되는 것을 특징으로 하는 지하 터널 환기 방법.
- 제 2항의 지하 터널 환기 장치를 이용한 지하 터널 환기 방법에 있어서,
기계급기 또는 기계배기의 경우에는 상기 기계급기용 송풍팬 또는 기계배기용 송풍팬이 각각 구동되고, 상기 제1블라스트댐퍼와 제4블라스트댐퍼는 개방되며, 상기 제2블라스트댐퍼와 상기 제3블라스트댐퍼는 폐쇄되도록 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 지하 터널 환기 방법.
- 제 2항의 지하 터널 환기 장치를 이용한 지하 터널 환기 방법에 있어서,
비상 시 급기용 송풍팬을 구동하여 기계배기 하거나, 배기용 송풍팬을 구동하여 기계급기 하는 경우에는, 제1블라스트댐퍼와 제4블라스트댐퍼는 폐쇄되고 제2블라스트댐퍼와 제3블라스트댐퍼는 개방되도록 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 지하 터널 환기 방법.
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