KR20180011369A - 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치에 관한 것으로; 전동차가 이동하는 지하철 터널의 설정된 위치에 터널 내부면을 감싸도록 설치되는 흡기덕트와, 상기 흡기덕트에 설치되어 터널 내 공기를 흡입하는 흡입그릴과, 상기 흡입그릴을 통해 흡기덕트로 터널 내 공기를 강제흡입하는 압력 팬으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 흡입그릴이 설치되는 흡기덕트를 터널 내에 설치하여 열차 진행방향으로 음압을 형성함에 따라 터널내 열차풍 및 압력을 감소시켜 터널내 미세먼지의 확산 및 승강장 내로의 유입을 최소화하고 전동차 내부에 탑승한 승객의 이명감을 줄여줌은 물론 소음도 줄일 수 있어 승객에게 쾌적한 지하철 환경을 제공할 수 있다.

Description

지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치 {Reduction device to control wind speed and pressure induced by train draft in subway tunnel}

본 발명은 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 지하철 터널 내를 전동차가 통과시 발생되는 열차풍 및 압력을 감소시켜 터널에서 부유하는 미세먼지의 승강장 유입 및 소음 저감 및 전동차 내부에 탑승한 승객의 이명감을 줄일 수 있는 열차풍 및 압력 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 지하철은 신속하고 정확하며 안전한 장점 등으로 인해 대도심의 대중교통수단으로 많이 이용되고 있는 대표적인 대중교통수단으로 도로의 교통체증이 심화됨에 따라 그 이용객수도 점차 증가하는 추세에 있다.

그런데, 지하철은 그 특성상 대부분의 운행구간이 지하공간으로 이루어져 있음에 따라 전동차가 지하역사의 구내로 들어오거나 나갈 때 피스톤 효과에 의해서 열차풍이 발생하며, 터널 단면을 기준으로 보면 열차풍에 의해서 위치에 따라 압력에 큰 차이가 난다. 이와 같은 열차풍은 소음 발생은 물론 미세먼지가 스크린 틈새를 통해서 승강장으로 유입되어 승강장 내 공기 오염의 큰 원인이 된다.

특히, 지하철 터널에서 전동차를 운행하면 열차풍이 발생하며, 그 열차풍에 의해 전동차 내, 외부에 압력차를 형성하여 전동차 내부에 탑승한 승객에게 이명감을 유발하거나 터널에서 부유하는 미세먼지 (PM₁₀)가 승강장 쪽으로 이동하여 승강장의 미세먼지 농도를 높이게 된다.

물론, 지하철 터널 내 미세먼지를 제거하기 위해 등록특허 제10-0795418호(참고문헌 1)가 제안된 바 있다. 이는 열차풍에 의한 미세 부유 분진 발생 저감 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 이는 열차가 플랫폼으로 진입하기 전부터 열차의 양측에서 무화(霧化)된 미세 물입자를 분무하기 시작하고,열차가 플랫폼을 떠난 후 일정 시간까지 분무 상태를 유지시켜 줌으로써, 열차가 플랫폼으로 진입하고, 출발하는 과정에서 발생하는 열차풍으로 인하여 급증하는 다량의 부유 미세 분진 입자를 저감시킬 수 있도록 하기 위하여 플랫폼 내 열차가 정차하는 구간과 양측 터널방향으로 복수개의 분무 노즐을 설정된 높이와 간격에 따라 복수개 설치하여 차량의 진입 전 설정 시간 전부터 차량의 출발 후 설정시간 까지의 기간 동안 물을 무화시켜 분무하도록 하여, 열차풍으로 인하여 순간적으로 급증하는 미세 부유 분진을 환경 기준치 이하로 저감시켜 승객을 보호할 수 있다.

그런데, 상기 등록특허의 경우 열차풍에 의한 터널내 미세먼지가 스크린 틈새를 통해서 승강장으로 유입되는 것을 어느 정도 막을 수 있으나, 여전히 열차풍에 의한 압력에 의한 소음과 전동차 내부에 탑승한 승객의 이명감 발생으로 인한 불쾌감을 해소하기에는 미흡한 실정이다.

이에 더해 여전히 지하철 터널에서 전동차의 운행에 의해 발생하는 열차풍을 저감하기 위한 장치의 설치 사례가 없어 이에 대한 대책 마련이 필요한 실정이다.

참고문헌 1: 등록특허 제10-0795418호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 지하철 터널의 구간별로 내부면을 흡기덕트로 감싸 열차 진행시 열차 진행방향으로 음압을 형성하여 분진과 소음 및 전동차 내부에 탑승한 승객의 이명감 발생의 주된 원인이 되는 열차풍을 감소시킬 수 있는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

전동차가 이동하는 지하철 터널의 설정된 위치에 터널 내부면을 감싸도록 설치되는 흡기덕트와, 상기 흡기덕트에 설치되어 터널 내 공기를 흡입하는 흡입그릴과, 상기 흡입그릴을 통해 흡기덕트로 터널 내 공기를 강제흡입하는 압력 팬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치를 제공한다.

이때, 상기 터널은 천장 및 벽면의 단면 구조가 아치 형상으로 이루어지며, 상기 흡기덕트는 상기 지하철 터널 내주면에 밀착 설치되도록 전체적으로 아치 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 흡입그릴은 전동차의 전단과 마주하는 흡입덕트의 측면을 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 압력 팬은 상기 흡입덕트의 타단에 연결되는 안내덕트에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡입그릴이 설치되는 흡기덕트는 터널에 설정된 간격을 유지하며 연속적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 흡기덕트는 터널 상부의 전차선을 중심으로 좌, 우측으로 분리 형성된 것으로 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 흡입그릴이 설치되는 흡기덕트를 터널 내에 설치하여 열차 진행방향으로 음압을 형성함에 따라 터널내 열차풍 및 압력을 감소시키는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따르면 터널내 열차풍 및 압력을 감소시킴에 따라 터널내 미세먼지의 확산 및 승강장 내로의 유입을 최소화하고 전동차 내부에 탑승한 승객의 이명감을 줄여줌은 물론 소음도 줄일 수 있어 승객에게 쾌적한 지하철 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치의 설치 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열차풍 및 압력 저감을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 해석을 위한 도메인 설정 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열차풍 및 압력 저감장치의 해석대상 및 주요 경계조건을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 열차풍 및 압력 저감장치의 가동 전후시 전동차 주변 압력분포도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열차풍 및 압력 저감장치의 가동 전후시 전동차 주변 속도분포도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열차풍 및 압력 저감장치의 가동 전후시 전동차 주변 압력분포 특성변화 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치의 가동 전후시 전동차 주변의 속도분포 특성변화 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치의 다른 실시예의 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치(100)는 지하철 터널(1)의 설정된 위치의 내부면을 따라 감싸는 흡기덕트(110)를 통해 전동차(10)가 터널(1)을 주행시 터널(1) 내 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 구조를 통해 터널(1) 내부공간을 음(-)압을 형성하여 열차풍을 감소시킨다.

이와 같은 열차풍 및 압력 저감장치(100)는 전동차(10)가 이동하는 지하철 터널(1)의 설정된 위치에 터널(1) 내부면을 감싸도록 설치되는 흡기덕트(110)와, 상기 흡기덕트(110)에 설치되어 터널(1) 내 공기를 흡입하는 흡입그릴(120)과, 상기 흡입그릴(120)을 통해 흡기덕트(110)로 터널(1) 내 공기를 강제흡입하는 압력 팬(130)으로 구성된다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 흡기덕트(110)는 터널(1)의 설정된 위치에 터널(1) 내부면을 감싸도록 설치되어 터널(1) 내 공기를 강제 흡입한다.

이때, 상기 터널(1)은 천장 및 벽면(또는 사이드면)의 단면 구조가 아치 형상으로 이루어짐에 따라 흡기덕트(110)도 지하철 터널(1) 내주면에 밀착 설치될 수 있도록 전체적으로 아치 형상으로 이루어진 것을 설치한다.

이와 같은 흡기덕트(110)의 일단은 마감되고 타단에는 공기가 이동할 수 있도록 안내덕트(140)의 일단부가 연결되어 하며 외부로 배출할 수 있도록 한다.

한편, 상기 흡기덕트(110)에는 터널(1) 내 공기를 흡입하는 흡입그릴(120)이 설치된다. 이와 같은 흡입그릴(120)은 전동차(10)의 진행시 발생하는 열차풍을 신속하게 해소할 수 있도록 하기 위해 전동차(10)의 전단과 마주하는 흡입덕트(110)의 측면을 따라 아치형상으로 배치된다.

그리고, 상기 압력 팬(130)은 상기 흡입그릴(120)을 통해 흡입덕트(110)로 터널(1) 내부의 공기를 강제 흡입하여 배기구(150)로 강제 배출함으로써 터널 내 공기압을 음압상태로 만들어 주기 위한 것으로, 흡입덕트(110)의 타단에 연결되는 안내덕트(140)에 설치된다.

이와 같은 압력 팬(130)은 안내덕트(140)의 임의의 위치에 설치함도 가능하나 안내덕트(140)의 타단에 구비하고 터널 외부로 배출하도록 함이 바람직하다.

물론, 상기 열차풍 및 압력 저감장치(100)는 터널(1)에 설정된 간격(예를 들어 100m 간격)을 유지하며 연속적으로 설치 운영할 수 있다. 이 경우 흡입그릴(120)이 설치되는 흡기덕트(110)만 터널(1) 내에 설정된 간격을 유지하며 설치하거나 안내덕트(140)와 압력 팬(130)을 모두 포함한 열차풍 및 압력 저감장치(100) 전체를 터널(1) 내에 설정된 간격을 유지하며 설치할 수 있다.

그리고, 상기 열차풍 및 압력 저감장치(100)는 전동차(10)의 진입이 감지되는 경우 전동차(10)의 주행속도에 비례하여 상기 압력 팬(130)의 구동 속도 및 단위시간당 공기 흡입량을 제어함이 바람직하다.

아울러, 전동차(10)의 진입이 사전에 감지되는 경우 우선 압력 팬(130)을 구동하여 터널(1) 내부를 음압으로 형성한 상태에서 전동차(10)가 통과되도록 함이 바람직하다.

물론, 상기 압력 팬(130)의 구동 전이라도 상기 안내덕트(140)에 연결된 배기구(150)를 통해 전동차(10)의 이동방향으로 유도된 공기를 외부로 배기함도 가능하다.

이와 같은 본 발명은 도 2에서와 같이 길이 180m인 단선 터널(1)을 대상으로 도메인을 설정하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였으며 이를 통해 전동차(1)의 터널(10) 통과시 열차풍 및 압력 저감 효과를 검증하였다.

이 경우 컴퓨터 시뮬레이션의 경계조건은 도 3에서와 같이 경계조건은 전동차(10)가 일정 속도로 운행시 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동 전(case 1), 열차풍 저감장치 가동 후(case 2)로 구분하여 열차풍 및 압력 저감 효과를 검증한다.

도 3을 좀 더 구체적으로 설명하면 해석대상은 단선터널 전동차 운행시 내부유동 상태이며, 주요 경계조건은 전동차(10)가 시속 60km의 속도로 운행시 열차풍 및 압력 저감장치 가동 전(case 1), 열차풍 저감장치 가동 후(case 2)의 단선터널 180m 구간에 대한 부분 해석으로 열차풍 저감 및 압력 저감장치(100)를 통해 열차풍을 저감하기 위해서 배기구의 풍량은 100CMM(=㎥/MIN)로 설정하고, 전동차(10)는 4량을 1편성으로 하며, 이를 통해 전동차(10)가 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 흡기덕트(110) 통과 후의 터널(1) 내부 압력 및 유속 분포를 분석하였다.

이상의 조건에 따른 시뮬레이션 해석결과는 도 4에서 확인되는 바와 같이 전동차(10) 주변에서 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동 전후시 속도분포에 의하면 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동 전에 비해 가동 후의 터널(1)내 압력이 현저히 낮아짐을 알 수 있다.

그리고, 도 5에서 확인되는 바와 같이 전동차(10) 주변에서 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동 전후시 풍속 분포에 의하면 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동 전에 비해 가동 후의 터널(1)내 공기의 속도(풍속)가 현저히 낮아짐을 알 수 있다.

이와 같은 시뮬레이션 결과는 도 6 및 도 7에서와 같이 요약될 수 있다.

먼저, 도 6의 그래프에서 보는 바와 같이 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동시 흡기덕트(110) 부근에 음압이 형성되어 터널(1) 내 압력이 낮아지고, 압력감소로 인해 열차풍이 감소한 것을 확인할 수 있으며, 압력감소로 인해 소음도 줄어들 것으로 기대된다.

그리고, 도 7의 그래프에서 보는 바와 같이 열차풍 및 압력 저감장치(100)의 가동시 흡기덕트(110) 부근에 음압을 형성함으로써 풍속은 약 50% 가량 감소하는 것을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다. 물론, 이와 같은 풍속 감소로 인해 소음도 줄어들 것으로 기대된다.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치의 다른 실시예의 구성도로서, 지하철의 경우 터널(1)의 상부면에 전차선(20)이 설치될 경우에는 판토그라프(30)와의 사이에 흡기덕트를 설치할 공간이 없으므로, 전차선(20)을 중심으로 좌, 우측 흡기덕트(110a,100b)를 좌측과 우측으로 분할하여 설치하고, 터널(1) 바닥면은 침목과 레일 사이의 공간부를 통하여 좌측 또는 우측 흡기덕트(110a,100b)가 통과하도록 설치한다.

이때, 터널(1) 바닥면은 흡기덕트가 통과할 수 있도록 홈을 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 좌, 우측 흡기덕트(110a,100b)를 일정 위치에서 합체하여 안내덕트(140)를 통하여 압력팬(130)에 의해 터널(1) 내 공기를 강제 흡입하여 외부로 배출한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 터널 10: 전동차
100: 열차풍 및 압력 저감장치 110: 흡기덕트
120: 흡입그릴 130: 압력 팬
140: 안내덕트 150: 배기구

Claims (6)

1. 전동차가 이동하는 지하철 터널의 설정된 위치에 터널 내부면을 감싸도록 설치되는 흡기덕트와, 상기 흡기덕트에 설치되어 터널 내 공기를 흡입하는 흡입그릴과, 상기 흡입그릴을 통해 흡기덕트로 터널 내 공기를 강제흡입하는 압력 팬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 터널은 천장 및 벽면의 단면 구조가 아치 형상으로 이루어지며, 상기 흡기덕트는 상기 지하철 터널 내주면에 밀착 설치되도록 전체적으로 아치 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 흡입그릴은 전동차의 전단과 마주하는 흡입덕트의 측면을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 압력 팬은 상기 흡입덕트의 타단에 연결되는 안내덕트에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 흡입그릴이 설치되는 흡기덕트는 터널에 설정된 간격을 유지하며 연속적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 흡기덕트는 터널 상부의 전차선을 중심으로 좌, 우측으로 분리 형성된 것으로 특징으로 하는 지하철 터널 내 전동차 운행에 따라 발생되는 열차풍 및 압력 저감장치.
   

Images