KR20150009795A - 포장도로의 융설장치 및 그의 설치방법 - Google Patents

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KR20150009795A
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Abstract

본 발명은 겨울철 강설로 인하여 각종 포장도로에 쌓이는 눈이나 얼음을 자동으로 신속하게 제설할 수 있는 장치 및 그 장치의 설치 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 기존 및 신설 포장도로의 급경사 굴곡진 취약 구역에도 설치가 용이하고,
사후 시설관리 유지비가 저렴하며, 설치 지역의 융설열량 및 빙결방지열량 등을
고려한 전력 용량을 제공함으로써 경제적인 효과를 극대화할 수 있는, 포장도로의 제설장치 및 그 제설장치의 설치방법에 관한 것이다.
이를 달성하기 위하여, 본 발명은 포장도로에서 일정 구간 길이를 따라 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 홈 내부에 중공을 가지며 상기 홈에 대응하는 외형을 갖는 홈의 바닥부에 배치되는 수용부재 상기 수용부재 내에 배치되어 열을 발생시키는 발열부재 와 수용부재의 하부측에 취부되어 홈 속 하부로의 열 손실을 예방하여
상기 발열부재에서 발생하는 열을 지면으로 신속한 열전달을 도모하는 열전도체
상기의 홈 속에 포설 된 수용부재등을 밀착, 고정시키는 고정부재 가 설치되고,
홈 속의 나머지 공간을 흡착력과 접착력이 우수한 열전도성 수지액으로 충진되는 열전도층 도로표면 위의 온, 습도 및 적설을을 감지하는 온, 습도 및 적설감지유닛 상기 온, 습도 및 적설감지유닛으로 부터의 신호를 제공받아 발열부재를 제어하기 위한 콘트롤 유닛 과 현장상황을 실시간 감시, 제어할 수 있는 원격감시제어장치 를 포함하는 포장도로의 제설장치 및 그의 설치방법을 제공한다

Description

포장도로의 융설장치 및 그의 설치방법{SNOW MELTING APPARATUS ON PAVED ROAD AND INSTALLING MEHOD THEREOF}
본 발명은 겨울철 강설 시 각종 포장도로에 쌓이는 눈이나 얼음을 자동으로 신속하게 제설할 수 있는 제설장치 및 그 장치의 설치 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 및 신설 포장도로의 급경사 굴곡진 취약 구역과 고가도로의 교량, 교각등 산악지역의 터널 입, 출구에도 설치가 용이하고, 설치 지역의 융설열량 및 빙결방지열량 등을 고려한 전력용량을 제공함으로써 사후 시설관리 유지비가 저렴하며, 경제적인 효과를 극대화할 수 있는, 친환경적인 포장도로의 제설장치 및 그 제설장치의 설치방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화로 인해 기후가 급격하게 변화하면서 겨울철에 기록적인 폭설이
내리고 있다.
도로에서 발생하는 교통사고 중 겨울철 도로결빙에 의한 미끄러짐 사고비율이 높으며, 특히 상습결빙지역인 급경사 굴곡진도로와 고가도로, 교량(교각)구간등 터널 입, 출구부에서 사고발생빈도가 높게 나타났다.
그러므로 겨울철 노면 결빙에 의한 크고 작은 교통사고로 인명피해 및 막대한 재산피해 발생은 해마다 증가하고 있다.
또한, 강설로 인한 제설작업은 초기작업이 매우 중요하나, 이미 결빙으로 현장접근이 어렵게 되면 상대적으로 제설작업이 지연되어 극심한 교통정체 및 교통사고의 위험성을 대폭 증가시키고 있다.
더욱, 약설에 대한 융설 효과는 시간이 지남으로서 해결되지만 강설에 따른 융설 과정의 과도기 및 심야 최저기온 급 강하시 포장도로면의 적설과 결빙에 대한 근본적인 대책은 대부분 수립되어 있지 않은 상태이다.
이를 예방하기 위한 가장 손쉬운 수단으로 제설작업 차량을 이용한 제설제인 염화칼슘 살포가 많이 사용되고 있지만, 도로시설물의 부식피해 및 환경에 미치는 여러 가지 부정적인 영향이 환경단체 및 도로관계자의 늘 심각한 문제로 지적되고 있는 실정이다.
제설제인 염화칼슘 살포에 의한, 도로변 가로수 괴사 및 환경오염피해등 도로시설물 수명단축, 차량부식피해 특히, 고가도로 및 교량은 철 구조물로서 용접부위가 20~40배 빠른 속도로 부식된다는 연구결과가 보도되고 했다.
또한, 도로의 지뢰 '포트홀', 즉 도로에 움푹 패인 구멍 역시 제설제인 염화칼슘이 주범이다.
눈에 녹으면서 소금물로 변한 염화칼슘이 아스팔트의 취약한 부분을 파고들면서
훼손시켜 움푹 패인다. 사실 이 염화칼슘은 도로의 파괴자입니다. 사고를 부르는 도로의 지뢰, 이 포트홀을 만드는 주범이라고 여러 관계기관에서 수 차례 발표를 했다.
이는, 전국 통행도로 곳곳에서 쉽게 발견하는 포트홀( 도로에 움푹 패인 구멍)발생에 심각한 교통사고 유발과 응급복구 하느라 도로 유지보수관리비가 대폭 증가하고 있는 실정이다.
따라서 겨울철 적설과 결빙에 취약한 포장도로 급 경사부, 고가도로, 터널 입, 출구부, 나들목인 램프구간등의 초기적인 적설대응과 함께 보다 즉각적으로 효율적인 제설방법을 적용하여 겨울철 통행도로를 주행하는 운전자들의 혼란스런 교통재해로 인한 생명위협과 해마다 증가하는 막대한 경제적 손실을 예방하기 위한 친환경적인 제설공법이 절실히 필요한 시점이다.
그러나 이러한 제설방법으로는 겨울철 갑작스런 폭설에 의한 포장도로상의 제설
작업에 한계가 있어 도로표면 속에 전기발열선과 같은 발열매체를 직접 매설하여 제설하는 방법과 지하수를 끌어올려 열교환매체에 의한 온수로 생산하여 포장도로 속에 매설 된 물 순환 동배관, 방열관을 통하여 포장도로를 제설하는 여러방법이 제안되고 있다.
이러한 전기발열선 매설방법과 온수 순환배관 매설방법에 대한 공법은,
신규 포장공사를 하기 전, 미리 철근 메쉬 혹은 고정 띠를 깔고, 그 위에 전기발열선 과 온수 순환배관 을 포설, 배관하여 고정한 후, 그 위에 아스팔트 또는 시멘트 콘크리트로 포장하였다. 이때 전기발열선 매설의 경우, 전기발열선의 생명인 안전한 절연작업(누전방지)을 위해서는 매우 복잡하게 시공이 요구되었고, 온수 순환배관 매설의 경우는, 일정구간 씩의 온수순환배관 포설에 따른 까다로운 용접작업이 요구되므로 이에 따라 공사 기간도 많이 소요되고, 엄청난 공사비를 투입해야 하며, 추후 시설관리 차원의 개, 보수 작업 또한 용이하지 않은 단점 때문에 널리 적용되지 못하고 있는 실정이다.
또한, 전기발열선인 히팅케이블 과 가느다란 물 순환용 동배관 만을 도로 표면에서 50mm내외의 깊이로 설치하기 때문에, 지면 속으로의 막대한 열 손실로 인하여 발열된 열과 일정한 온수의 온도가 도로의 표면까지 전달되는 시간이 많이 소요되어
강설 시, 신속한 제설 작업이 어려웠으며, 불필요한 열 손실로 인한 막대한 전력 사용으로 시설유지, 관리비가 대폭증가 하는 상황이다.
이러한 공법에 대해서는 특허 제2002-0006241호 공보, 특허출원 제10-2000-0039791호 공보 및 공개특허 10-2009-0097602 , 공개특허 10-2012-0030734 와 특허등록 제10-0394555 공보 및 등록특허 10-0987790 등의 참조 문헌들에 제안되어 있다.
상기한 바와 같이, 전기발열선을 이용한 기 제안된 참조 문헌에 따른 기존의 제설 방법은 비효율적인 전기에너지 이용방법과 이미 포설된 발열선의 막대한 열 손실로 인하여 전력 사용량이 가중되고, 이에 따라 시설유지 및 관리에도 큰 부담이 되어 경제적 손실이 매우 큰 문제점이 있었다.
또 다른 제설방법의 공법인 등록실안 제20-0313924의 경우를 간략하게 요약하면,
도로 표면의 10mm이내 아래로 발열선 또는 발열 포장재를 포설하고 그 위에 미끄럼 방지제를 도포하여 제설 및 미끄러짐을 예방하는 방법을 제안하고 있으나, 각종
통행 차량의 큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 지반침하의 형질변형, 적재물 추락 그리고 폭설시, 스노우 체인 장착 차량으로 인한 점차적인 파손 및 훼손이 발생할 우려가 있다.
또한, 지하 150m 의 지하수 15℃를 끌어올려 히트펌프등 열교환장치와 전기보일러등를 통하여 데워진 약 40~50℃ 의 부동액을 희석한 물을 가느다란 동배관등 방열관으로 순환시켜 도로상의 적설이나 결빙을 융해시켜 제거하고자 하는 융설시스템이 제안되고 있으나, 지하수등 지열을 활용한 제설방법은, 히트펌프, 전기보일러등 열교환매체을 통한 약 40~50℃ 의 온수를 생산하여 지면 속에 매설된 동배관 순환방식의 간접가열방식이다.
이는, 도로지면 속에 직접포설방식에 비하여 보다 효율적인 열 이용방법에 있어서 매우 비 효율적인 방안으로 전력소모가 많으며 설치비용 및 유지관리 비용이 많이 소요되고 있음이 확인되고 있다.
참고로, 상기의 전기발열선을 활용한 제설방식은, 발열선인 히팅케이블을 지면
속에 직접포설방식이다.
또한, 기초 포장층 위에 동배관인 방열관을 포설, 용접하고 그 위에 덧씌우기 포장작업에 있어서 수 십톤의 운반차량과 포장장비의 하중과 다짐에 의한 충격으로
방열관은 찌그러지고 훼손될 수 있으며 추후, 찌그러짐 현상으로 온수 부동액의
누출과 점차적으로 동배관 속에 끼는 물 때(Scale)로 인하여 원활한 온수순환을
저해하는 심각한 요인의 문제가 있다.
그러므로, 상기의 기 제안된 참조 문헌과 같이 복잡 다양하게 까다로운 시공 방법으로 인한 잠재적인 위험요인과 불필요하게 소비되는 막대한 전력손실을 예방하고, 반영구적으로 안전하게 사용할 수 있는 효율적인 방안이 절실히 요구되는 상황이다.
상기와 같은 국내 기존의 제설시스템 실정을 감안하여, 겨울철 갑작스런 폭설 시에도 신속하게 대응하여 혼란스런 교통재해를 예방할 수 있는 "포장도로의 제설장치 및 그의 설치방법" 를 본 출원인은 "특허등록번호 제 10 - 0923663호" 를 특허
받은바 있다.
상기 특허공법을 포장도로의 급 경사진 굴곡구간 과 교각구간, 램프구간등에 적용하여 국내의 어느 공법보다도 신속한 제설효과의 효율성이 입증되었다.
첨부한 사진과 비교시험결과표에 의하면, 매설된 전기발열선에 의한 실시간 열전달과정을 Date Logger System으로 냉각챔버內 -5℃ 유지상태 즉, 외기온도 -5℃ 에서 실시하였다. 비교시험구조물 냉각온도 영하 -3℃에서 시험을 실시하여 융설개시시점인 영상 1℃ 까지 도달하는 시간, 즉 전기발열선에 전원투입 초기상태의 시간이 본 출원인의 신기술개발공법에서 콘크리트포장의 경우 13분 소요됐으나, 국내의 기존공법에서는 콘크리트포장의 경우 31분이 소요되었다.
이는, 국내의 일반적으로 기존공법인 보조기층 위에 전기발열선을 포설하고 일정두께의 덧씌우기 포장으로 마감하는 기술의 취약한 단점인, 지면속에 매설된 전기발열선의 발열열이 지면속으로 불필요하게 손실되는 막대한 열손실로 인한 도로표면으로의 열전달지연으로 겨울철 강설초기에 신속한 융설 및 결빙방지가 불가능하여 사용전력량증가(kwh)로 시스템 유지관리비가 대폭 증가하므로 각계각층 융설관계자들의 신속한 융설효과에 대한, 매우 부정적인 견해와 일치하고 있음을 아래와 같이 첨부하는 한국화학융합시험연구원에서 실시한 상기 두 공법의 열전도비교시험 표에서도 증명되고 있다.
그러나, 본 출원인의 상기 특허등록공법(특허등록번호 제 10 - 0923663호)인 신기술공법은, 기존 또는 신규포장도로 표면을 일정한 깊이로 홈 컷팅하여 지면속으로의 열손실예방과 전기발열선을 열전도체 속에 포설 고정하고, 접착 흡착력이 우수한 열전도성 수지액으로 컷팅 홈을 메워 마감하는 기술을 적용하여 도로표면 속에 매설된 전기발열선에 의한 지면속으로 불필요한 열손실을 최소화 방지하고, 상기 열전도체에 의한 보다 신속하게 상향열효율을 극대화 하여 융설시스템 사용전력량(kwh)을 대폭절약 할 수 있음을 아래의 시험표와 같이 증명하고 있다.
(사진)
Figure pat00001
(시험표)
Figure pat00002

또한, 2012년 12월 1일 부터 2013년 3월 15일 까지 포장도로 상의 강설 시에 융설 및 빙결방지을 위한 융설시스템 가동에 따른 소요된 사용전력량(kwh)을 토대로 일 평균 가동시간은 상기 특허등록공법을 적용한 신기술공법(특허등록번호 제 10 - 0923663호)의 수원시 권선구 시공현장은, 2,5시간/일 평균 과 국내 기존공법의
서울시 서대문구 시공현장에서의 융설시스템 가동시간은, 4,5시간/일 평균 소요되었다.
상기의 두 공법 모두 전기발열선을 활용한 각각의 기술로 현장적용 하였다.
특히, 제설장치 가동에 필요한 소요전력량(kw)를 한전에 수전신청하여 제설장치
가동기간에는, 기본요금 및 사용요금을 납부하였고 제설장치 비사용기간에는, 사용요금을 제외한 기본요금을 납부하여왔으나 즉, 겨울철이 지나 제설장치를 사용하지도 않는 기간에도 수전전력의 기본요금을 납부해야 하는, 이 불합리한 조항을 상기 본 출원인의 전기발열선인 히팅케이블을 활용한 "포장 도로의 제설장치 및 그의
설치방법" 의 특허공법확대적용을 통한 한전과의 협의결과로 수전전력의 모자분리 및 계절부하, 융설용전력(kw)으로 분리 적용되어 겨울철 제설대책기간(매년 11월 15 ~ 다음해 3월 15일 까지)동안에 사용되는 전력비용은, 기본요금 및 사용요금만을 납부하고 비사용기간 동안은 휴지신청을 하여 기본요금도 면제를 받고 있는
상황이다.
이러하게 해마다 반복하여 전력사용신청 및 휴지신청을 한전의 간소화된 업무방식에 의해 원활하고 신속하게 처리되고 있는 실정이다.
상기와 같이, 본 출원인의 상기 특허공법의 시공현장인 여러 기관에서도 사용전력요금에 대한 융설시스템 유지관리비가 대폭절감 운영되는 포장도로의 고효율 융설시스템 공법으로 입증되어 점차 확대시공 되고 있으나,
본 출원인의 상기 특허공법 "특허등록번호 제 10 - 0923663호" 에서 홈을 메우는 수용부재인 열전도층을 구성하는데 있어서 열전도도가 좋은 굵은 입자의 금속부재, 또는 금속편으로 형성되어 그 사이에 공극이 형성되어 후술하는 열전도성 수지액으로 그 공극을 충진 하였는데, 그 작업의 효율성이 매우 미흡한 실정이었다.
즉, 굵은 입자의 금속부재를 좁은 홈 속으로 삽입하는 시간이 많이 소요되어 작업성에 대한 시공성의 문제점이 있었다.
또한, 상기 특허등록에 도시한 도면 도4와 같이 포장도로에 쌓이는 눈을 녹이기
위해 발열부재등을 포설하는 시공 구간의 구간, 구역별 포설에 대한 큰 단점이
있었다.
상세하게는, 예를 들어 1개 차로 100m를 시공했을 시에 약, 16,5m 씩 6구간을 설정하여 그 구간, 구간의 구역을 각기 다른 1 구역(SPAN)으로 하여 가동되어 왔으나 추후, 어떠한 이유의 사고와 이상발생으로 그 1 구역(SPAN)이 고장발생시 그 구간 16,5m의 도로표면 전체에는 눈이 쌓이게 되어 차량통행이 불가능해진다.또한, 현장상황을 실시간 감시, 제어할 수 있는 원격감시용 카메라를 설치하고, 인터넷 망을 통한 원격감시 제어장치를 지정된 재해 상황실에 설치하는 원격감시제어장치와
융설시스템에 공급되는 전력생산설비 중 풍력 또는 태양광발전설비인 신재생에너지원의 전력생산공급이용에 대한 단점이 있었다.
본 발명의 제설 및 결빙방지를 필요로 하는 각종 포장도로에 설치하는 융설시스템에 있어서, 상기 홈 속으로 굵은 입자의 금속부재인 열전도체 삽입작업에 있어
작업지연에 따른 시공성의 문제점 과 융설 구역설정등의 단점들을 해결하여 우수한 시공성을 확보, 공사비 절감에 기여하고 특히, 설치지역의 융설열량 및
빙결방지열량 등을 고려한 전력용량을 제공함으로써 시설관리 유지비를 절감 운영하여 경제적인 효과를 극대화할 수 있는 포장도로의 제설 장치 및 그의 설치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 본 발명의 포장도로에서 일정구간 길이 및 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 홈 내부에 공동을 가지며 상기 홈에 대응하는 외형을 갖고, 열전도율이 우수한 금속물질로 구성된 열전도체인
수용부재 상기 수용부재 내의 바닥부에 배치되어 홈 속 하부로의 열 손실예방과
차가운 기운을 차단하는 단열재 상기 수용부재 내의 상부에 삽입, 배치되어 열을 발생시키는 발열부재 단열재가 취부되고 발열부재가 삽입되어진 수용부재를 즉,
단열재가 접착된 부분을 홈 속으로 향한 수용부재를 홈 속 하부로 밀착, 고정시키기 위한 고정부재 홈 속에 밀착, 고정된 수용부재 상부에 배치되는 열전도층 도로표면 위의 온, 습도 및 적설을 감지하는 온, 습도 및 적설감지센서 포장도로 갓길 외측에 설치되며, 상기 발열부재를 제어하는 콘트롤 유닛 과 현장상황을 실시간
감시, 제어할 수 있는 원격감시제어장치 를 포함하는 포장도로의 제설장치 및 그의 설치방법을 제공한다.
특히, 본 발명에 따른 상기 해결과제인 작업지연에 따른 시공성의 문제점은, 구체적인 실시 예와 같이 단열재가 취부되고, 발열부재가 삽입된 열전도체로 이루어진 조합된 수용부재로 해결하고(도 3), 도로표면의 융설 구간, 구역설정의 단점을 해결하기 위하여 도 4 와 같이 도로 1개 차로 일정구간 길이(50 ~ 100m)방향으로 발열부재등을 5 ~ 6구역으로 구성되도록 하여 추후, 어떠한 이유의 사고와 이상발생으로 그 1 구역(SPAN)의 고장발생시 그 1 구간의 적설범위 20 ~ 30cm의 도로표면에만 눈이 쌓이게 되고, 그 나머지 구역의 융설범위 70 ~ 80cm 의 구역만으로도 우선 차량통행이 가능하므로, 본 발명의 제설기능을 유지하면서 그 고장구간의 신속한 응급복구조치를 취할 수 있도록 구성하였다.
상기 고정부재는 금속재료로 이루어지며, 상기 수용부재를 향하는 고정부재의 일면은 상기 수용부재의 외면에 대응하게 형성된다.
또한, 상기 온, 습도센서는 발열부재가 매설된 위치에 설치하고 적설감지센서는
포장도로 갓길 외측에 설치되며 현장상황을 실시간 감시, 제어할 수 있는 원격감시제어장치는 제설시스템 설치구간 근방에 설치하는 것을 포함 한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 수용부재는 열전도성이 우수한 금속성의 재료로 이루어지며, 상기 홈의 높이보다 낮은 높이를 갖는다. 또한, 상기 열전도층은 수지액 또는 금속성 분말이 혼입된 수지액이 주입되어 경화되는 열전도성 수지액의 충진재로 이루어진다. 특히, 상기의 홈을 메우는 충진재는 아스팔트 및 콘크리트 포장도로의 성분재질과의 접착력과 흡착력, 내구성이 우수하고 물과 습기의 침투가 불가능한 방수성이 탁월하여 물기침투에 의한 점차적인 도로파손과 발열부재의 누전사고를 예방할 수 있는 융설장치 설치구간의 소성변형(Rutting) 및 균열(Cracking)등 마모(Abrasion) 현상을 방지할 수 있도록 구성된 수지액인 충진재로 이루어진다.
본 발명의 포장도로의 융설장치에서, 상기 홈은 폭 방향으로 소정 간격을 갖고
이웃하는 홈과 연속되게 형성되어 하나의 그룹을 형성하고, 상기 하나의 홈 그룹은 도로에서 주행하는 차량의 바퀴가 집중적으로접촉하는 영역으로서 도로 차선의
중심을 중심으로 하여 양측에 형성된다.
본 발명에서, 상기 콘트롤 유닛은 도로 외측에 일정구간 마다 설치되며, 발열부재의 구간 구역별 고장에 대한 이상 유무를 확인 검시할 수 있도록 전류 메터를 포함할 수 있고, 상기 열전도층 위에 미끄럼 방지를 위하여 도포되는 미끄럼방지재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 콘트롤 유닛은 설치되는 도로 지역의 최저 평균온도 및 평균 적설량을 토대로 단위 면적당의 융설열량을설계 조건으로 한 필요 전력용량을 발생하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 포장도로에 융설장치를 설치하는 방법으로서, 융설 장치가 설치되는 지역의 융설열량 및 빙결방지열량을 토대로 단위 면적당의 필요 전력 용량을 산출하고 단위면적당 융설열량에 의하여 산출된 열량을 기준으로 매립할 발열부재의 구간 및 구역별 매립경로를 결정하여 각 구역별 길이를 산출하고 매립경로에 따라 소정 깊이의 홈을 형성하고, 상기 홈에 대응하는 형태를 가지며, 내부가 공동인 열전도성 재료의 수용부재 하단에 단열재를 취부하고, 수용부재 상단 내에 발열부재인 히팅케이블을 삽입하여 외부 충격으로부터 안전하게 보호하고, 상기 발열부재의 발열 온/오프를 자동제어하기 위한 콘트롤 유닛에 상기 발열부재의 인출선을 연결하고 상기 수용부재 위에 수지액 또는 금속분말을 포함한
열전도성 수지액을 채워 상기 홈을 메우는 열전도층을 형성하고 상기 콘트롤 유닛에 도로 상의 적설 및 온, 습도를 검출하는 적설 및 온, 습도감지 센서와원격감시제어장치를 연결하는 포장 도로의 제설 장치의 설치 방법을 제공한다.
본 발명의 설치 방법에 따르면, 상기 융설열량 Qm (w/m2)은 0.4S(1-To)+64S/0.86α의 식에 의해 구해지고, 상기 빙결방지열량 Qi (w/m2)은 Ac+Ar/0.86α×(Tm-To)의 식에 의해 구해지고, 필요 전력 용량은 오옴의 법칙에 의해 산출되며, 여기에서 To는 설치 지역의 최저 기온 평균치이고, S는 설치 지역의 강설 강도이고, α는 융성 열효율이고, Ac는 대류에 의한 표면 열전달율이고, Ar은 복사에 의한 표면 열전달율이고, Tm은 2℃의 노면온도를 적용한다.
본 발명은 급 경사진도로 및 고가도로, 교량, 나들목인 램프구간, 산악지역의 터널 입, 출구부등 취약지역 도로 등 어느 곳이나 설치 장소에 관계없이 설치가 용이하고, 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 설치공정이 더욱 간결한 구조로 구성되어 공사기간을 최소화할 수 있으므로 공사비가 절감되며 특히, 발열부재를 안전하게 보호함으로써 반영구적인 사용으로 도로표면으로의 균등한 열 전달, 열효율을 극대화하고, 설치 지역의 융설열량 및 빙결방지열량 등을 고려한 전력용량을 제공함으로써 전기에너지 절약을
도모하여 뛰어난 경제성과 원활한 시설관리유지를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 포장 도로의 제설장치를 구성하는 발열선 등을 매립한
상세 단면도.
도 2는, 자동차 통행 도로 1개 차로 내에 본 발명에 따른 제설장치가 설치된 경우를 나타내는 단면도.
도 3은, 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
수용부재인 열전도체로 구성된 모듈에 발열부재와 단열재가 조합된 상세도.
도 4는, 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
경사 굴곡진 포장도로의 일정한 홈을 파고, 발열선 등을 매립한 평면도.
도 5는, 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
원격지 시설 장치를 중앙 집중 식으로 감시 제어하는 원격감시 제어장치 계통도.
도 6은, 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
전력공급을 위한 상시 상용전력과 신재생에너지의 계통연계형 전력공급장치 계통도.
도 7은, 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
제설시스템 동작원리도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 포장 도로의 제설장치를 구성하는 발열선 등을 매립한 상세 단면도이고, 도 2는 자동차 통행 도로 1개 차로 내에 설치된 경우를 나타내는 단면도이다. 도 3은, 본 발명에 따른 제설장치에 있어서, 수용부재인 열전도체로 구성된 모듈인 수용부재에 발열부재와 단열재가 조합된 상세도.
도 4는 아스팔트 및 콘크리트 포장도로의 경우에서 일정한 홈을 파고 발열부재 등을 매립한 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
원격지 시설 장치를 중앙 집중 식으로 감시 제어하는 원격감시 제어장치 계통도.
도 6은 본 발명에 따른 제설장치에 있어서,
전력공급을 위한 상용계통전력과 태양광, 풍력발전설비인 신재생에너지의 계통연계형 전력공급장치 계통도.
도 7은 본 발명에 따른 제설장치에 있어서, 시스템 동작원리도 .
이하에서 설명 및 도면에서, 소정 구성요소에 대해 나타낸 수치는 그 예시 중 하나를 나타내는 것으로, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 포장도로의 제설장치는 포장도로에서
표면으로부터 소정 깊이 및 길이를 갖고 형성되는 홈(2); 상기 홈 바닥부에 배치되며, 홈 속 하부로의 열 손실예방과 차가운 기운을 차단하는 단열재(3); 와 열전도성이 우수한 금속성의 재료로 이루어지며, 상기 홈의 높이보다 낮은 높이를 갖는 수용부재(4) 상기 수용부재 하부에 단열재가 접착되고 수용부재 상부에 삽입, 배치되어 열을 발생시키는 발열부재(5); 단열재가 취부되고 발열부재가 삽입되어진
수용부재(4)를 즉, 단열재가 접착된 부분을 홈 속으로 향한 수용부재를 홈 속 하부로 일정하게 밀착, 고정시키기 위한 고정부재(6) 상기 홈 속에 밀착, 고정된 수용부재 상부에 배치되는 열전도층(7) 은 수지액 또는 금속성 분말이 혼입된 수지액이 주입되어 경화되는 열전도성 수지액의 충진재로 이루어진다.
특히, 상기 홈의 나머지 공간을 메우는 열전도층(7)인 충진재는 아스팔트 및 콘크리트 포장도로의 성분재질과의 접착력과 흡착력, 내구성이 우수하고 물과 습기의 침투가 불가능한 방수성이 탁월하여 물기침투에 의한 점차적인 도로파손과 발열부재의 누전사고를 예방할 수 있도록 융설장치 설치구간의 소성변형(Rutting) 및 균열(Cracking)등 마모(Abrasion) 현상을 방지할 수 있도록 구성된 것이다.
또한, 도로표면 위의 온, 습도을 감지하는 온, 습도센서(8); 가 발열부재가 매설된 도로표면 일정구역에 설치되고, 강설과 강우를 자동으로 감지하는 적설감지센서(9) 와 상기 발열부재를 제어하는 콘트롤 유닛(10) 과 현장상황을 실시간 감시, 제어할 수 있는 원격감시제어장치(11) 가 발열부재가 매설된 포장도로 갓길 외측에 설치된다.
상기 홈(2)은 그 일 예로서 깊이 35~65mm×폭 6~10mm를 가지며, 서로에 대하여 150~300mm의 간격으로 유지되는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 말해서, 상기 홈(2)은 가로 폭에 비하여 그 깊이를 상대적으로 크게 형성하는 것임을 알 수 있다.
또한, 상기 홈(2)은 서로에 대하여 일정 간격을 갖는 홈 그룹이 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 도로 면에서 차량이 주로 주행하는 면에 형성되는 것이 바람직하다.
이는 차량이 주로 주행하는 도로 면의 눈 또는 결빙을 집중적으로 융설할 수 있도록 하여 도로 전체 면에 형성되는 것에 비하여 그 설치 비용을 절감과 사용전력량(kwh)을 절감 하여 시스템 유지관리비용 대폭절감 할 수 있다.
또한, 상기 홈(2)은 도로상에 일정 구간 형성됨에 있어 그 폭 방향으로 연속하게 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 홈(2)이 도로 상의 길이방향으로 일정 구간 형성되되, 그 폭 방향으로도 연속되도록 대략 라운드지는 연결 구간(즉, 라운드지게 굴곡되어 이어지는 구간)을 통해 하나의 홈 그룹이 연속되게 형성된다. 이와 같이 함으로써 하나의 그룹의 홈에 발열부재를 연속하게 설치할 수 있어 설치 작업 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 발열부재(5)는 전력공급에 따라 열을 발생시키는 부재로 이루어진다. 여기에서, 전력공급은 도 6 와 같이 예를 들면 주변전력시설로부터 제공받을 수 있으며, 별도의 전력생산공급설비(예를 들면, 태양광 및 풍력발전설비등)에 의해 제공받을 수 있음을 알 수 있다.
여기에서 한전의 상용계통전력과 상기의 전력생산공급설비와 계통연계형으로 구성되게 하여 보다 효율적인 신재생에너지를 활용한 융설시스템 공법으로 거듭날 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 관점에 따르면, 제설장치는 상부가 개방되고, 내부에 공동을 가지며 상기 홈(2)의 형상에 대응하는 외형을 갖고, 상기 단열재(3) 및 발열부재(5)을 수용하는 수용 부재(4)를 더 포함할 수 있다. 상기 수용부재(4)는 발열부재(5)에서 발생되는 열을 신속하게 전달할 수 있는 열전도성 재료의 수용부재로 이루어지는 것이 바람직한 것으로, 예를 들면 동 및 알루미늄, 탄소강, 탄소나노튜브등 금속물질이 함유된 유연성이 좋은 열전도체와 구리망 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기의 열전도층(7)은 상기 발열부재(5)에서 발생한 열을 도로표면으로 신속한 열 전달을 증강시키기 위한 것으로서, 열전도도가 좋은 열전도체, 예를 들면 구리, 알루미늄, 철 또는 텅스텐, 탄소강, 탄소나노튜브 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 열전도층(7)은 단열재가 취부되고, 발열부재가 삽입되어 열 전도체로 형성된 수용부재(4) 의 공극이 형성됨으로써 후술하는 수지액 또는 수직액과 금속분말이 혼합된 열전도성의 수지액 주입 시 상기 공극으로 칩입되어 견고성을 확보하도록 할 수 있다. 또한, 상기
공극과 홈 속의 나머지 공간에 열전도성 수지액이 주입됨에 따라 추후, 열전도성 수지액이 경화 시에 그 열전도층의 표면은 불규칙한 표면을 형성하여 즉, 홈 형태의 오목한 요부들이 형성되게 그루빙 효과(grooving effect)를 제공할 수 있다.
또, 상기 열전도층(7)은 수지액 또는 열전도성을 갖는 금속성 분말과 수지액이 혼합되어 이루어는 것으로서, 유동 상태의 충전재가 충전되어 경화되어 형성되는 것이다.
일 예로 열전도가 좋은 충전재(액상)로는 아스팔트 및 콘크리트 포장도로에 열전도성이 우수한 동 및 알루미늄, 텅스텐, 철 등 탄소강, 탄소나노튜브등 금속성의
분말과 수지액이 혼합하여 접착력과 흡착률이 탁월한 속경화성 및 내충격성등의
특성을 지닌 액상의 열전도성 충전재이다. 만일, 도로 표면의 온도가 5도 이하일 경우 빠르게 경화시키기위해 경화제를 더 첨가할 수 있다.
상기한 설명으로부터 알 수 있듯이, 상기 수용부재(4) 및 열전도층(7)은 발열부재(5)를 외부 충격으로 부터의 안전하게 보호함과 동시에, 발열부재(5)의
열을 효율적으로 도로 표면으로 신속하게 전달하기 위하여 열전도층을 형성하는
것임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 상기 콘트롤 유닛(10)은 발열부재에 전원이 공급되어 전류 상태를 나타내는 전류 메타를 포함하며, 그 전류 메타를 통해 발열부재 포설 분기회로
구간별 고장에 대한 이상 유/무를 확인 감시할 수 있다.
또한, 상기 단열재(3)는 단열 효과를 갖는 구성이라면 어떠한 방식으로 이루어질 수 있으며, 그 일예로 시트 형태의 세라믹 페이퍼(ceramic paper)를 예로 들 수
있고, 또는 액상으로 된 단열재를 사출하거나 압축하여 형상화된 단열재로 이루어질 수 있다. 이러한 단열재(3)는 후술하는 발열부재(5)에서 발열된 뜨거운 열이
홈 속 아래쪽으로 방산되는 즉, 불필요한 열 손실예방과 땅 속의 차가운 기운을
최대한 차단하여 발열부재에서 발열된 열 전부를 매우 신속하게 도로표면으로 전달하기 위한 구성이다.
도면 1과 같이 본 발명에 따른 융설 장치는 열전도층(7) 위에 미끄럼 방지를 위하여 도포되는 미끄럼 방지재(12)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 도1에 나타낸 바와 같이, 홈 속 바닥부와 수용부재(4) 사이에상기 수용부재(4)가 홈 속 바닥으로부터 이격(예를 들면, 굴곡 구간 등)되는 것을 방지하기 위한 고정부재(6)를 더 포함한다. 상기 고정부재(6)는 열전도성이 좋은 금속 재로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 고정부재(6)의 하면 형상은 수용부재(4)의 외면 형상에 대응하는 것이 바람직하다. 상기 고정부재(6)는 상기 홈 속으로 억지끼움 방식으로 삽입되어 수용부재(4)를 고정시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제설 장치는 넓은 시공면적을 발열부재로 적정 온도 유지하려면 많은 전력량이 소요되기 때문에, 전력량(kwh) 소모를 줄이기 위하여 발열부재인 히팅케이블에 의한 열의 발산을 도로표면으로 최대한 집중시키기 위한 매우 효율적인 구성임을 알 수 있다. 특히, 수용부재(4) 또한 열전도성을 갖는 재료로 구성됨으로써 발열부재로부터 전달된 열은 수용부재(4)를 통해 주변 지층을 통해 도로 표면으로 신속하게 전달됨으로써 홈 주변의 도로 면의 융설에 최대한 기여한다.
한편, 열전도층에 있어서 도로포장 재료 또는 상태와 관련하여, 액상으로 된 수지액인 열전도층의 완전한 접착과 흡착을 위해서는, 신규 아스팔트 포장도로 상에서의 시공은 유분이 완전 건조된 3개월 이상 후에 시공하고, 신규 콘크리트 포장도로 상에서의 시공은 콘크리트가 완전히 양생된 1~2개월 후에 시공하는 것이 바람직하다.
여기에서, 본 발명은 융설장치의 표설 표시를 하고. 차량의 안전운행 등을 도모하기 위하여 홈에 채워지는 열전도층(7) 또는 미끄럼방지재(12)에 착색안료를 혼용하여 사용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 융설장치에 있어서, 본 발명은 시공 지역의 평균적인 설계 조건, 즉 우리나라 수도권지역 및 강원도 각 지역의 구체적으로 평균적인
융설열량 및 빙결방지열량을 감안하여 단위면적당(㎡)의 설계 출력 용량(w)을 아래에서 설명될 사항들을 고려하여 산출한 결과를 적용함으로써 불필요한 전력 손실을 미연에 방지하여 더욱 효율적이고 경제성이 뛰어난 포장 도로의 제설 효과를 얻을 수 있다.
1. 설계 조건
1) 설계 대기 온도(To, ℃)
설계대기 온도는 시공 지역의 1월~2월 일 최저기온 평균치로서 미국, 캐나다의
경우 1℃ ~ 7℃이며, 우리나라의 경우는 다음과 같다.
구 분 서 울 인 천 원 주 춘 천 대 관 령
설계대기 온도 ℃ - 5.5 - 5.0 - 8.9 - 10.7 - 12.2
2) 설계 강설 강도(S, cm/hr)
시공 지역 강설 강도 누적 빈도 분포치의 80%값 또는 일 최대 강설량의 1/20값을 적용한다.
구 분 서 울 인 천 원 주 춘 천 대 관 령
일최고적설량(cm) 30 31.4 33.3 44.2 138
최대강설일수(일) 28 22 24 46 68
평균강설일수(일) 16 15 18 41 51
설계강설강도(cm/h) 1.5 1.5 2.0 2.1 7.0
3) 설계 노면 온도 (Tm, ℃)
기상 조건, 경제성 등을 고려하여 1 ~ 3℃로 설정하며, 보통 2℃로 설정한다.
4) 융설 열효율 (α)
토공부의 경우 80 ~ 90%, 교량 및 고가도로의 경우는 70 ~ 80%로 설정한다.
5) 설계 풍속 (V, m/sec)
시공 지역의 1월 ~ 2월 평균 풍속의 1.5배 값으로 일본은 4m/sec, 미국, 캐나다의 경우 4,5 ~ 6m/sec가 표준이며 한국은 다음과 같다.
구 분 서 울 인 천 원 주 춘 천 대 관 령
평균풍속(m/sec) 2.4 3.2 1.0 1.6 3.5
최대풍속(m/sec) 13.3 16.8 10.7 22.8 21.4
설계풍속(m/sec) 4.0 5.0 2.0 2.1 5.3
6) Ac, Ar
Ac : 대류에 의한 표면 열전달율 (㎉ / ㎡ hr ℃)
Ar : 복사에 의한 표면 열전달율 (㎉ / ㎡ hr ℃)
구 분 서 울 인 천 원 주 춘 천 대 관 령
Ac 18.6 22 11.8 9.76 35.6
Ar 3.69 3.76 3.58 3.72 3.73
2. 설계 출력
1) 융설열량 Qm (w/m2): 춘천지역 적용
Qm=0.4S(1-To)+64S/0.86α= 264 (w/m2)
2) 빙결방지열량 Qi (w/m2)
Qi=Ac+Ar/0.86 α×(Tm-To) = 313 (w/㎡)
3. 전력량 산출 기본 공식
1) 오옴의 법칙(Ohm's Law)
암페아(I)(전류/A)= 전압/저항=전력/전압=(전력/저항)1/2
3상 전류값= 총 전력(w)/(전압×1.732)
위 설계 출력 계산과 같이, 발열량이 높은 쪽을 기준으로 적용하여 채택하며, 안전도를 감안하여 10%의 할증을 더해 준다. 그러므로 강원도 춘천지역의 포장된 도로의 단위 면적당(㎡) 설계 용량(P)은 약, 340(w) 기준으로 적용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 포장도로의 융설장치 현장설치에 따른, 시공 지역의 최저평균온도, 평균적설량(결국, 융설 용량 또는 빙결방지열량)을 토대로 단위 면적당(㎡)의 융설 열량(w)을 위의 설계 조건을 참고 적용하여 필요 용량(Kw)을 산출하여, 소요 열량의 발열을 하는 발열부재(히팅케이블)를 선정하고, 단열층, 열전도층 등의 소요량과 소요되는 전기 전력량(Kwh)을 산출한다.
상기 발열부재(히팅케이블)는 무기질 및 금속재질 외피의 완벽한 접지로 누전,
감전사고에 대한, 안전한 설계로 이루어진 반영구적인 특성과 자동차 등의 큰 하중과 외부의 높은 압력에도 견딜 수 있으며, 열팽창으로 인한 레미콘/아스콘 등으로 포장된 도로의 균열현상 등을 최소화할 수 있는M.I Heating Cable(Mineral Insulated Heating Cable) 규격의 제품이 바람직하다. M.I Cable은 일본 도쿄의 경전철 선로구간(Tokyo-Yurikamome Line)과 국내 의정부 경전철 선로구간 현장에도 직접매설방식에 의하여 약, 60mm 깊이로 매설하여 사용하고 있고 특히, 본 출원인은 이미 특허등록된 "특허등록번호 제 10 - 0923663호, 포장 도로의 제설장치 및 그의 설치방법" 에 준하여 2009년부터 현장에 적용하여 사용하고 있으나 아무런
문제점 없이 반영구적으로 사용되고 있다.
본 발명에 따른 포장도로의 융설장치 및 그의 설치방법에 따라 실시 예를 기술하면, 상기와 같이 단위면적당(㎡) 융설열량(w)에 의하여 산출된 열량을 기준으로 매립할 발열부재의 구간, 구역별 매립경로를 결정하여 각 구역별 길이(m)를 산출한다.
매립 경로에 따라, 수용부재 및 열전도층 등을 매립할 일정한 홈(2)을 컷팅기(건식 또는 습식)를 이용하여 일정한 홈을 구성하고, 도로 컷팅으로 인한 이물질, 분진 등의 이물질과 습기를 완전하게 제거 건조시킨다. 홈(2) 하부 바닥쪽으로의 방열, 즉 열손실을 최소한으로 억제하기 위하여 단열재(3)가 취부되고, 발열부재(5)가 삽입된 수용부재(4)을 상기 홈 속으로 삽입한다. 이때, 단열재가 취부된 쪽이 홈 속
바닥쪽으로 향하여 삽입하고, 매립된 수용부재(4)에서 직선구간 또는 굴곡진 구간, 다시 말해서 수용부재(4)가 홈 속 바닥으로부터 이격되는 구간 또는 지점에서 일정한 간격으로 고정부재(6)를 통해 수용부재(4)를 홈 속 바닥측으로 밀착 고정시킨다.
다음으로, 도로표면(1) 쪽으로의 방열, 즉 신속한 열전달을 최대한 조장하기 위하여 열전도율이 좋은 열전도도가 탁월한 동 및 알루미늄, 텅스텐, 철, 탄소강, 탄소나노튜브등 금속성의 입자 또는 분말과 액상의 수지액과 일정 배합, 혼합된 접착력과 흡착률이 우수한 액상의 열전도성 수지액으로 상기 홈의 공극과 나머지 공간을 충진하여 이루어지는 열전도층(7)이 형성되고, 홈을 메운 열전도층 그 위에 미끄럼방지재(12)를 도포한다.
또한, 도로 갓길 쪽으로 인출된 수량의 발열부재(5)의 전원투입 인출선을 구간,
구역별 결선함(도 2 와 도 4의 도면부호 16)으로 인입되어 전선인입배관(도 2,
도 4의 도면부호 15)을 통하여 에서 연결하고, 분기 회로별 분기함으로 연결된
전선을 전선배관(도 4의 도면부호 14 참조)를 통하여 콘트롤 유닛(도 2, 도 4의
도면부호 10)으로 인입하여, 사용 전력량의 3상 불균형이 없도록 발열부재의 전원투입 인출선을 균등하게 즉, 발열부재의 소요 총용량(kw)을 균등하게 분리 델타결선(Δ-Connection)하여 결결한다.
또한, 도로표면 위의 온도 등, 눈이나 결빙된 상태를 자동으로 감지하는 외부에
설치된 온, 습도 및 적설감지센서(도 2, 도 4의 도면부호 8, 9)에서 보내온 센서 신호선을 콘트롤 박스에 설치된 온, 습도 및 적설감지콘트롤 유닛에 결선하고,
현장상황을 실시간 감시, 제어할 수 있는 원격감시용 카메라(도 2의 도면부호 11)를 설치하고, 인터넷 망을 통한 원격제어장치 제어장치(도 5)를 지정된 재해상황실 에 설치한다.
콘트롤 유닛의 일측은 그 콘트롤 유닛 취부된 전류 메터를 통하여 발열부재 포설 분기회로 구간별 고장에 대한 이상 유/무를 확인 감시하여 항시 원활한 관리가
되도록 2중 유리문으로 이루어지는 것이 바람직하다. 다만, 시공완료 후 최초로 전원투입하기 전, 균등하게 결선이 완료된 발열부재의 누전 및 절연에 대한 안전성 검사를 미리 시행한 후, 적합 판정시 입력전원을투입하고, 필요시 콘트롤 유닛에 자동/수동 선택스위치를 부가하여 이에 의한 전원을 투입한다.
콘트롤 유닛에는 도로표면 온, 습도감지 및 적설감지 콘트롤러가 포함된 장치로서 적설 및 온, 습도센서에서 보내진 신호와 도로표면의 적정온도 유지를 위하여 설정된 설정온도에 따라 결선된 발열부재로의 전원인가를 자동으로 온/오프(ON/OFF)를 반복하여 도로상에 쌓이는 눈을 신속히 융설 할 수 있도록 안전하게 구성된 전기장치가 포함되어 도로표면은 항상 적정한 온도를 유지하도록자동으로 작동한다.
이상에서 본 발명에 따른 포장도로의융설장치 및 그의 설치방법의 구체적인 기술을 첨부한 도면과 같이 설명하였지만, 이는 본 발명에서 가장 바람직한 실시 예만을 일 예로 들어 설명한 것으로 이 기술내용이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 청구범위에서 특징인 발열부재에 의한 홈 속으로의 불필요한 열손실방지와 도로표면으로의 최대한 신속하게 열 전달을 위한 열전도체로 이루어진 수용부재(4)와 열전도층(7) 구성에 있어서 본 발명의 청구범위를이탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형되어 구성될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 융설효과의 효율성과 경제성을 극대화한 것으로,
기존 사용되고 있는 도로 표면에 발열부재(히팅케이블)등을 매설하는 공정이 매우, 간단하고 수월하게 이루어지므로, 일시 폐쇄되는 공사 기간이 최소화되어 공사비가 절감되고 발열부재에 의한 도로 표면으로의 신속한 열전달, 열효율 극대화와 열손실 최소화로 도로에 쌓이는 눈을 수월하게 융설하여 동절기 도로상에서의 극심한 교통체증과, 각종 교통사고를 미연에 방지하여, 막대한 경제적 손실을 예방할 수 있으며, 귀중한 생명과 재산을 보존할 수 있다. 특히, 수질 및 환경오염, 도로시설물, 차량부식 피해 없는 100% 친환경적인공법으로서 발열부재의 열팽창으로 인한 포장도로의 소성변형(Rutting) 및 균열(Cracking), 마모(Abrasion) 현상을 등을 최소화한 특성공법이다.
또한, 본 발명은 겨울철 도로상에서의 폭설을 동반한 급격한 기상변화에도 신속하게 대응하여 가장 빠른 시간 내에 조치를 취할 수 있는 시스템이 신속히 가동되어 혹한기 포장도로에서의 원활한 교통소통이 되도록 유지할 수 있다. 특히, 각종
통행차량의 큰 하중과 적재물 추락 외부의 충격, 진동현상 등을 동반한 영향으로 발열부재의 파손 및 훼손의 염려가 전혀 없으므로, 반영구적으로 사용가능하고
시설유지, 관리비가 대폭 절감되는 경제적이고 효과적이다.
만일, 불가피하게 포설한 발열부재의 일부 구간의 망실, 훼손으로 교체를 요할
경우, 세부적인 작업공정 결선방식에 의한 구역, 단계별 발열선 포설용 세부도면을 토대로 발열선의 고유 저항값R(m/Ω)에 의해 훼손된 지점의 일부분을 정확하고
손쉽게 찾아내어 신속한 복구작업이 완료될 수 있으므로, 일시적으로 폐쇄 되던
교통도로가 수 시간 만에 통행을 재개하여 원활한 교통소통을 이룰 수 있다.
또한, 본 발명은 설치 지역의 융설열량 및 빙결방지열량 등을 고려하여 출력 용량을 산출함으로써 최적의 설계 조건을 구현하고, 이에 따라 소비전력을 최소화하여 에너지 절감에도 기여한다.
1: 도로표면 2: 홈
3: 단열재
4: 수용부재 4-1: 이탈방지 지지대
5: 발열부재 6: 고정부재
7: 열전도층 8: 온, 습도감지센서
9: 적설감지센서 10: 콘트롤 유닛
11: 원격감시제어장치 12: 미끄럼 방지재
13: 그루빙(grooving) 14: 발열부재 인출선
15: 전선인입배관 16: 구간 구역별 결선함(혹은, 맨홀)
17: 발열부분(융설구역)

Claims (15)

  1. 포장도로에서 일정구간 길이를 따라 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 홈 내부에 공동을 가지며 상기 홈에 대응하는 외형을 갖는 열전도성이 우수한 금속성의 열전도체로 이루어지는 수용부재 상기 수용부재 내의 바닥부에 배치되는 단열재 와
    상기 수용부재 상부에 삽입, 배치되어 열을 발생시키는 발열부재 상기 수용부재을 홈 속으로 향한 바닥측으로 일정하게 밀착, 고정시키기 위한 고정부재 상기 홈
    속에 밀착, 고정된 수용부재 상부에 배치되는 열전도층 과 미끄럼방지재 도로표면 위의 실시간 온, 습도 및 적설을 감지하는 온, 습도 및 적설감지센서 및 상기 온, 습도/적설 감지센서로 부터의 신호를 제공받아 발열부재를 제어하기 위한 콘트롤 유닛 과 콘트롤 유닛에 전력공급을위한 계통연계형 전력공급장치 와 현장상황을
    실시간 감시, 제어하는 원격감시 제어장치 를 포함하며, 시공되는 지역의 융설열량 및 빙결방지열량을 토대로 단위 면적당의 필요 전력 용량으로 산출된 열량을 기준으로 적용하고, 상기 수용부재는 금속성의 묘듈화 된 열전도체 속에 발열부재가
    삽입되고 단열재가 접착, 취부 되도록 구성된 것이 특징인 포장도로의 융설장치 및 그의 설치방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 폭 방향으로 소정 간격을 갖고 이웃하는 홈과 연속되게 형성되어 하나의 그룹을 형성하고, 상기 하나의 홈 그룹은 도로에서 주행하는 차량들의 양쪽 바퀴가 집중적으로 접촉하는 영역으로서 도로 차선의 중심을 중심으로 하여 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 포장도로의 제설장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용부재는 열전도성 재료로 이루어지며, 상기 홈의 높이보다 낮은 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 포장도로의 제설장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수용부재 "ㅂ" 형상의 하부에 단열재가 접착, 취부되어 상기 홈 속 하부로의 열 손실예방과 차가운 기운을 차단하는 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용부재를 상기 홈 속으로 향한 바닥측으로 고정시키기 위한 억지끼움 방식의 고정부재를 더 포함하는 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정부재는 열전도성이 우수한 금속재료로 이루어지며, 상기 수용부재를 향하는 고정부재의 일면은 상기 수용부재의 외면에 대응하게 형성되는 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  7. 제1항에 있어서,
    금속성의 묘듈화 된 열전도체 는, 열전도율이 우수한 동 및 알루미늄, 탄소강, 탄소나노튜브등 금속물질이 함유된 유연성이 좋은 금속판등으로 이루어진 "ㅂ" 형상의 열전도체 속에 발열부재인 히팅케이블을 삽입하도록 구성된 도로표면으로 신속한 열전달 도모를 극대화한 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    수용부재인 금속성의 묘듈화 된 열전도체 "ㅂ"형상의 "ㅁ"공간에 발열부재가 손쉽게 삽입되어 이탈이 안되고, 발열부재를 안전하게 보호하도록 구성된 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열전도층은 열전도성이 우수한 동 및 알루미늄, 텅스텐, 철 등 탄소강, 탄소나노튜브등 금속성의 분말과 수지액이 일정비율로 혼합되어 접착력과 흡착률이
    탁월한 속경화성 및 내충격성등의 특성을 지닌 액상의 열전도성 충전재로 이루어지는 방수성이 탁월한 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 열전도층 위에 미끄럼 방지를 위하여 도포되는 미끄럼 방지재를 더 포함하거나 홈 형태의 오목한 요부들이 형성되게 하여 그루빙 효과(grooving effect)를
    제공할 수 있는 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 콘트롤 유닛은 도로 외측에 일정 구간 마다 설치되며,
    발열부재의 구역별 고장에 대한 이상 유무를 확인 검시할 수 있도록 구간, 구역별 마다의 전류 메터와 원격감시 제어장치가 포함되어 구성된 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  12. 제1항 또는 제11항에 있어서,
    상기 콘트롤 유닛에 포함된 원격감시 제어장치는
    집중 원격감시 제어시스템 SCADA(Supervisory Control and Data Acquistion)
    으로 원격지 시설 장치를 중앙 집중 식으로 감시 제어하는 것이 특징인 포장도로의 제설장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 융설열량 Qm (w/m2)은 0.4S(1-To)+64S/0.86α의 식에 의해 구해지고,
    상기 빙결방지열량 Qi (w/m2)은 Ac+Ar/0.86α×(Tm-To)의 식에 의해 구해지고,
    필요 전력 용량은 오옴의 법칙에 의해 산출되며,
    여기에서 To는 설치 지역의 최저 기온 평균치이고, S는 설치 지역의 강설 강도이고, α는 융성 열효율이고, Ac는 대류에 의한 표면 열전달율이고, Ar은 복사에 의한 표면 열전달율이고, Tm은 2℃의 노면온도를 적용하는 것을 특징으로 하는 포장도로의 제설장치.
  14. 제1항에 있어서,
    콘트롤 유닛에 전력공급을 위한 계통연계형 전력공급장치는 한전의 상시 상용전력과 신재생에너지원을 활용한 전력생산공급설비인 태양광 및 풍력발전설비등에 의해 계통연계형으로 구성하여 가동전력을 원활하게 공급받아 제설장치 예열시간과 실시간 가동전력으로 제공받을 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는
    포장도로의 제설장치.
  15. 제1항 또는 14항에 있어서,
    계통연계형 전력공급장치에서 신재생에너지원을 활용한 전력생산공급된 계절휴무전력 과 잉여전력은 시공지역의 보안 가로등, 급 배수펌프등의 주변시설물 전력공급용과 전력생산발전사업자 측으로 매전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 포장도로의 제설장치.
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