KR20240044628A - 도로의 친환경 결빙방지 시스템 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도로의 친환경 결빙방지 시스템 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 적설 또는 결빙이 발생되는 도로의 주행선에 차륜의 폭보다 넓게 일정 깊이로 절삭된 절삭공간; 장방형 판의 내부에 다수의 융합공이 격자형태로 형성되어 상기 절삭공간의 내부에 삽입되는 금속제 열확산판; 금속제 판이 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 상기 열확산판의 융합공 주변 상부와 하부에 복수로 결합된 스페이; 상기 발열판의 열을 이루는 융합공 사이에 부착되는 제1 유리섬유 띠; "U"자 형으로 이루어지고, 상기 유리섬유 띠의 상부에 놓이는 탄소매트; 상기 탄소매트의 상부에 놓이는 제2 유리섬유 띠; 상기 탄소매트와 제2 유리섬유 띠를 감싸면서 상기 제1 유리섬유 띠의 상부에 부착되는 커버; 상기 절삭공간의 일측에 삽입되어 접속용 전선을 통해 상기 탄소매트에 전기를 공급하는 동축케이블; 상기 열확산판의 상부에 부착된 스페이서의 상부에 놓이는 와이어 매쉬; 상기 와이어 매쉬 상부를 통해 주입되어 상기 열확산판의 상하부와 상기 절삭공간에 충진되는 콘크리트; 및 도로상의 일측에 설치되고, 상기 동축케이블에 연결되어 상기 탄소매트에 공급되는 전기공급을 제어하는 콘트롤러;를 포함하여 구성된다.

Description

도로의 친환경 결빙방지 시스템 및 그 시공방법{An eco-friendly antiicing road system and its construction method thereof}
본 발명은 도로의 친환경 결빙방지 시스템 및 결빙방지 시공방법에 대한 것으로 더 구체적으로는 결빙이 발생되는 도로의 노면에 절삭공간을 형성하고, 열확산판에 스페이서와 탄소매트를 포함한 발열수단이 부착된 열확산 발열판이 절삭공간에 삽입되고, 와이어매쉬가 올려진 후에 절삭공간에 콘크리트 타설에 의해 이루어진 결빙방지 시스템 및 그 시공방법에 관한 것이다.
도로의 포장방법에는 아스팔트 포장과 시멘트 콘크리트 포장 방법으로 크게 나누어지고 있는데, 아스팔트 포장은 아스팔트의 연성으로 도로 바닥에 고르게 퍼져 도로가 평평하게 되므로 승차감이 좋고 소음이 적어 보편적으로 많이 사용되고 있지만, 시간의 경과됨에 따라 아스팔트가 빗물에 씻겨 나가고 씻겨나간 아스팔트가 빗물에 씻겨 나가고 내부의 자갈이 외부로 드러나고 동절기가 지난 해빙기에 노면에 포트홀이 발생해 자동차의 타이어 파손과 안전사고의 원인이 되기도 한다.
콘크리트 포장은 지면이 단단해지는 포장 방법으로 시공 및 양생기간이 길고, 추운 겨울이 지나면 수축팽창에 의한 균열이 발생되는 경우가 있으며, 보행과 주행에 쾌적성이 떨어진다는 단점이 있지만 최근에 설치되는 콘크리트 포장은 노면의 기계화 시공에 의해 평탄화 방법이 개선되어 소음발생이 줄고 승차감이 점차 개선되고 있다.
한편, 동절기에 눈이 내리면 도로가 빙판이 되기 쉽고, 이렇게 도로에 결빙이 발생되는 경우에는 미끄러운 노면으로 인해 차량 사고와 보행자의 안전사고가 발생될 수 있으므로 도로에 쌓인 눈을 신속히 제거하여 도로가 결빙되는 것을 방지할 필요가 있으며, 특히 최근 기상이변 현상에 따라 기록적인 폭설현상이 빈번히 발생되고 있으므로 이와 같은 겨울철 도로의 결빙방지에 대하여 많은 관심을 기울이고 있다.
동절기에 도로에 눈이 쌓이거나 결빙이 발생한 경우 차량과 보행자의 안전에 문제가 발생하기 때문에 도로에 쌓인 눈을 제설차량을 이용하여 눈을 제거하거나 염화칼슘과 같은 제설제를 사용하여 녹이거나 모래를 뿌려 미끄럼을 감소시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 도로에 쌓인 눈을 제거하기 위해서는 많은 노동력과 장비가 소요되고, 염화칼슘과 같은 제설제를 사용하는 경우에는 노면의 눈이나 얼음을 쉽게 녹이는 데는 효과적이지만, 제설제로 인한 환경오염이 초래되고, 노면에 잔류하는 제설제와 제설제에 함유된 염분이 또 다른 문제를 야기하기도 한다.
제설제는 염화나트륨(NaCl)과 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염화물계 물질로 내부에 염소이온(Cl-)을 다량으로 포함하고 있어 대량 살포시 심각한 부식현상과 환경오염의 원인이 된다. 염화물이 물속에 녹아 강이나 호소에 흘러 들어가면 수중생태계의 파괴와 음용수의 오염을 일으킬 수 있다. 제설제로 인한 염화물은 대기에서 분진의 형태로 식물과 직접 접촉하거나 토양에 녹아 들어가 식물의 뿌리로 흡수되어 생장에 영향을 미친다. 특히, 토양 속에 농축된 CaCl2는 식물 뿌리와 접촉하여 전반적인 생장 장애, 가지 등과 같은 특정부분의 고사 등을 유발하고, 심한 경우에는 식물 자체의 고사를 일으키기도 한다.
도로의 적설과 결빙 문제를 신속히 해결하기 위하여 터널의 진출입로나 결빙구간 노면 하부에 전열선을 매설하고, 전열선에 전기를 공급함으로써, 눈이나 얼음을 열로 녹여 제거하고 결빙을 방지하는 전열 빙설방지 시스템이 사용되기도 한다.
전열선이 매설된 도로에 대해서는 대한민국 등록특허 10-0903747호 도로결빙 방지시스템에서 눈감지센서와 전기적으로 연결되어 강설유무를 감지하는 제어부와 도로의 노면 하측에 설치되고 제어부와 전기적으로 연결되어 눈이 내릴 때 제어부의 명령에 따라 발열되는 원적외선 히팅케이블을 포함하여 구성되되, 원적외선 히팅케이블은 중심부의 발열선과, 발열선의 표면을 감싸고 테프론 재질로 이루어진 1차피복과, 1차피복의 표면을 감싸는 2차피복과, 2차피복의 표면을 감싸고 동 또는 알루미늄으로 이루어진 3차피복과, 3차피복의 표면을 감싸고 내열PVC로 이루어진 4차피복으로 구성되고, 2차피복은 산화알루미늄 7중량%와, 이산화규소 9중량%와, 산화마그네슘(MgO) 9중량%, 폴리디메틸실록(Polydimethylsiloxane) 37%와, 올리고실록산(Oligosiloxane) 38중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 도로결빙 방지시스템이 개발되었다. 상기 기술은 지하에 제설제 탱크가 설치되고, 도로의 측면에 제설제 분사노즐을 구비되며, 도로의 양측 하부에 다층으로 피복된 전열선이 설치되어 적설감지센서를 통해 적설을 감지하여 전열선을 이용해 적설이나 얼음을 녹이도록 구성되었지만, 전열선에 다층으로 설치된 피복이 열전달을 방해하여 지상의 적설이나 얼음을 녹이기 위해서는 다량의 전기가 소모되고, 열선으로 녹이지 못한 눈과 얼음을 녹이기 위해 제설제가 분사되도록 구성되어, 전기가 많이 소모되고, 제설제로 인한 환경오염이 초래된다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0903747호
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 본 발명은, 동절기 결빙이 발생되는 도로상의 결빙을 친환경적으로 제거하기 위해 제설제 사용을 지양하고, 도로의 노면 하부에 열전달이 우수하고, 전력소모가 적은 탄소섬유 패널을 포함한 열확산 발열판을 신속히 설치하여 교통차단이 최소화되도록 하며, 도로의 적설과 결빙 문제를 효과적으로 해소하여 동절기에 교통사고를 줄이는 것을 주요 해결과제로 하였다.
상기와 같은 과제를 수행하기 위해 본 발명은, 적설 또는 결빙이 발생되는 도로의 주행선(110)에 차륜의 폭보다 넓게 일정 깊이로 절삭된 절삭공간(150); 장방형 판의 내부에 다수의 융합공(270)이 격자형태로 형성되어 상기 절삭공간(150)의 내부에 삽입되는 금속제 열확산판(260); 금속제 판이 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 상기 열확산판(260)의 융합공(270) 주변 상부와 하부에 복수로 결합된 스페이서(300); 상기 발열판의 열을 이루는 융합공(270) 사이에 부착되는 제1 유리섬유 띠(330); "U"자 형으로 이루어지고, 상기 유리섬유 띠의 상부에 놓이는 탄소매트(350); 상기 탄소매트(350)의 상부에 놓이는 제2 유리섬유 띠(370); 상기 탄소매트와 제2 유리섬유 띠(370)를 감싸면서 상기 제1 유리섬유 띠(330)의 상부에 부착되는 커버(400); 상기 절삭공간의 일측에 삽입되어 접속용 전선(210)을 통해 상기 탄소매트에 전기를 공급하는 동축케이블(200); 상기 열확산판(260)의 상부에 부착된 스페이서(300)의 상부에 놓이는 와이어 매쉬(450); 상기 와이어 매쉬(450) 상부를 통해 주입되어 상기 열확산판(260)의 상하부와 상기 절삭공간에 충진되는 콘크리트; 및 도로상의 일측에 설치되고, 상기 동축케이블(200)에 연결되어 상기 탄소매트에 공급되는 전기공급을 제어하는 콘트롤러(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 동절기에 결빙이 발생되는 도로상의 온도가 5℃ 이상이 되어 결빙이 방지되고, 도로 노면에 염화칼슘과 같은 제설제나 모래를 뿌릴 필요가 없어져 환경훼손이 방지되며, 전력소모가 적은 금속제 패널을 포함한 열확산 발열판이 사용되어 저전력으로 도로의 결빙을 방지하여 동절기에 교통사고를 줄이고, 인력소모와 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결빙방지 시스템의 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산 발열판의 분해도
도 3은 본 발명에 따른 열확산 발열판의 결합 설명도
도 4는 본 발명에 따른 결빙방지 시스템의 단면도
도 5는 본 발명의 동축케이블과 탄소매트의 결선도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결빙방지 시스템의 시공 절차도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 도로의 친환경 결빙방지 시스템 및 그 시공방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결빙방지 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산 발열판의 분해도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열확산 발열판의 결합 설명도이고, 도 4는 본 발명에 따른 결빙방지 시스템의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 동축케이블과 탄소매트의 결선도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결빙방지 시스템의 시공 절차도이다.
본 발명은 동절기 결빙사고가 발생되는 교량, 터널 입구와 출구, 해안가, 응달진 도로상의 결빙을 제설제를 사용하지 않고 친환경적으로 제거하기 위해, 포장된 도로의 자동차 바퀴가 지나가는 주행선(110)이 있는 부분이 일정 깊이로 절삭되어 절삭공간이 형성되고, 절삭된 공간 내부에 전기에 의해 작동하는 열확산 발열판(250)이 설치되어 외부의 온도가 결빙온도까지 내려가면 전기에 의해 열확산 발열판이 열을 발산하여 주변으로 열을 확산하여 도로의 결빙을 막도록 구성된 것이다.
이하 도 1 내지 도 5를 참고하면서 결빙방지 시스템(100)에 대해 먼저 구체적으로 설명하고, 이후 결빙방지 시스템의 시공방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
결빙방지 시스템(100)을 설치하기 위해 결빙이 발생되는 도로의 주행선(110)에 차륜의 폭보다 넓게 일정한 깊이로 절삭된 절삭공간(150)이 형성되고, 절삭공간의 내부에 동축케이블(200)과 열확산 발열판(250)이 설치된다. 열확산 발열판(250)을 설치 전에 절삭공간(150)의 바닥과 주면에 열손실을 방지하는 얇은 단열판(170)이 설치될 수 있고, 단열판의 외측에 방수제가 도포될 수 있다. 단열판의 소재로는 포리에스터 바이오 보드와 같이 단열성과 내구성이 강한 소재가 사용될 수 있다.
열확산 발열판(250)은 열확산판(260)에 스페이서(300)와 탄소매트(350)가 결합된 것으로, 열확산판(260)은 아연 또는 알루미늄과 같이 녹이 슬지 않는 금속제의 장방형 판으로, 폭이 주행선(110)의 폭보다 넓은 2m 내외이고, 길이는 1~2m 정도이며, 판의 내부에 지름 3~7cm크기의 다수 융합공(270)이 격자형태로 형성되어 이후 융합공(270)을 통해 내외부로 콘크리트가 주입되어 열확산판(260)의 상하부 구성들이 일체가 되도록 하고, 스페이서(300)는 열확산판(260)과 같은 재질의 금속제 판이 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 양단부가 외측으로 절곡된 형태로, 열확산판(260)의 융합공(270) 주변 상부와 하부에 용접 등에 의해 복수로 고정되어 아래로는 절삭공간 또는 단열재와 이격되어 콘크리트가 채워질 공간이 형성되게 하고 상부로는 탄소섬유로 된 가열수단이 부착될 공간과 콘크리트가 채워질 공간이 되게 한다.
열확산판(260)의 상부에 부착되는 탄소매트는 열확산판과 통전을 차단하기 위해 불에 타지 않고 단전이 되는 유리섬유 띠에 의해 단전된 상태로 결합되며, 제1 유리섬유 띠(330)는 열확산판(260)의 융합공(270) 사이에 부착되는 얇은 띠 형상으로, 폭이 4mm 내외이고, 길이는 열확산판(260)의 폭과 같은 길이이며, 에폭시 또는 페놀 수지에 의해 열확산판 위에 부착된다. 제1 유리섬유 띠(330)의 상부에는 "U"자 형상으로 이루어지고, 단부에 접속용 전선(210)이 결합된 탄소매트(350)가 에폭시 등의 수지에 의해 결합된다. 탄소매트 발열체는 탄소섬유로 구성되어 전기에 의해 열을 발생시키는 매트로 산소를 태우지 않아 친환경적이고, 전기열선 보다는 구매 가격이 비싸지만 에너지 효율이 우수해 장기간 사용시에는 전기열선에 비해 더 경제적인 발열체이다.
탄소매트(350)의 상부에는 앞선 띠 형상의 제1 유리섬유보다 폭과 길이가 작은 제2 유리섬유 띠(370)가 부착되어 탄소매트를 금속제인 커버와 단전이 이루어지도록 하며, 길다란 함체 형상의 아연 또는 알루미늄 커버(400)는 제1, 2 유리섬유 띠와 탄소매트를 감싸면서 덮는 것으로 일측에 홀이 형성되어 접속용 전선(210)이 삽입되어 전선이 노출된 상태로 결합된다. 즉, 제1, 2 유리섬유 띠는 탄소매트가 발열하였을 때 열확산판(260)이나 커버(400)와 단전을 이루면서 열기를 전달하기 위한 것이고, 접착제인 에폭시 또는 페놀 수지는 내열성이 있는 열경화성 수지로 탄소매트가 발열상태에서 연소하지 않으면서 유리섬유 띠와 커버를 열확산판(260)에 부착하기 위한 것이다.
도로의 절삭공간 일측에는 접속용 전선(210)들이 결합된 동축케이블(200)이 먼저 설치되어 탄소매트의 접속용 전선(210)과 연결되며, 동축케이블과 탄소매트에 연결된 양측 접속용 전선(210)을 합한 후 꼬아, 절연 테이프로 감는 방식으로 연결하면 간편하면서도 견고한 연결이 이루어진다.
도 5는 탄소매트의 접속용 전선이 동축케이블에 연결되는 것을 설명하는 도면으로, 산업용 전력은 전력공급의 안정성과 효율성을 위해 3상 전력으로 전기가 공급되는데, 3상 전력선과 중성선(N)을 합하여 3상 4선식 배전이라고 하고, 3상 4선식 배전은 Y결선, 델타 결선, 와이 델타결선 등의 방법으로 중성선(N)과 전력선(R상, S상, T상)이 결합되어 전력이 공급된다.
다상 다 선식 선로에서 각상의 한쪽의 선로를 공통(common)으로 한 선로를 의미한다. 이러한 제로전위(영전위)가 바로 기준전위가 되고 이른바 N상 즉, 중성선이 된다.
본 발명의 열확산 발열판(250)은 한장에 3의 배수에 해당하는 3장 또는 6장의 탄소매트가 결합되고, 탄소매트에 전선을 연결할 때 도 5의 도 A와 같이 하나의 전력선(R상, S상, T상)에 중성선(N)을 연결되면 공급되는 전기의 전압은 각각 220V가 되고, 도 B와 같이 전력선들 끼리 R상-S상, R상-T상, S상-T상과 같이 연결되면 공급 전압은 각각 380V가 된다.
220V 연결에 있어 중성선(N)에 전력선(R상, S상, T상) 중, 한개나 두개만 연결되어 누락된 전력선이 있거나, 380V 연결에서 전력선들 끼리 R상-S상, R상-T상, S상-T상 연결 중 어느 하나라도 빠지면 전력효율은 그만큼 줄게 된다. 본 발명은 전력효율이 최대가 되게 하기 위해 한장의 열확산 발열판(250)에 3의 배수가 되는 3장 또는 6장이 결합되고, 220V로 연결될 때에는 N상-R상, N상-S상, N상-T상이 한 세트가 되어 반복 연결되고, 380V로 연결될 때에는 R상-S상, R상-T상, S상-T상의 연결이 한 세트가 되어 반복 연결된다. 탄소매트의 접속용 전선의 일측에는 적절한 용량의 저항이 연결되어 탄소매트에 흐르는 전류가 조절될 수 있다.
열확산판(260)의 상부에 결합된 스페이서(300)의 상부에는 교차하는 철사로 이루어진 와이어 매쉬(450)가 결합되고, 와이어 매쉬(450)의 상부에 콘크리트가 주입된다. 와이어 매쉬(450)는 스페이서(300)의 열기를 상부로 넓게 전파하면서 자체가 콘크리트의 철근 역할을 한다. 와이어 매쉬(450)의 상부에 주입된 콘크리트는 열확산판(260)의 융합공(270)을 통해 열확산판(260)의 하부로 진입해 하부 스페이서(300)에 의해 형성된 공간을 가득 메우고, 열확산판(260)의 상부에도 상부 스페이서에 의해 상부에 형성된 공간에 채워지고, 융합공(270)에 의해 열확산판(260) 상하부에 채워진 콘크리트가 한 덩어리로 연결되어 지반을 단단히 떠받치게 된다.
콘크리트는 절삭공간의 상단까지 채워지는 것이 결빙방지 시스템이 설치된 도로의 구별을 위해 바람직하나, 필요시 콘크리트를 절삭공간 상단까지 채우지 않고 남겨 콘크리트의 상부에 아스팔트를 깔 수도 있다.
콘트롤러는 절삭공간의 측면 중앙선 부분이나 노변측에 빗물유입이 방지되고, 통풍이 되는 콘트롤박스에 설치되며, 콘트롤박스의 내부에 동축케이블(200)에 연결되어 탄소매트에 전기를 공급하며 전기공급을 제어하는 콘트롤러(600)가 설치된다. 콘트롤러(600)에는 외부의 전선과 콘트롤러 사이에 결합된 전력 스위치, 콘트롤박스의 내부 또는 외부에 설치되어 외부 온도를 감지하는 공기온도센서가 연결되고, 콘트롤러에 연결되어 콘크리트의 온도를 감지하는 노면온도센서(660), 공기온도센서와 노면온도센서의 정보에 따라 열확산 발열판에 공급되는 전력을 제어하는 구동부가 포함된다. 구동부는 콘트롤보드에 외부 온도, 콘크리트의 온도와 전력공급 상태를 표시하는 디스플레이, 발열온도와 발열시작 또는 끝을 지정하는 조작부, 결빙방지 시스템 작동 로직이 구현되는 회로가 포함된다.
이하 친환경 결빙방지 시스템 시공방법에 대해 설명하기로 한다.
결빙방지 시스템 시공방법은 사용중인 도로의 일부를 차단하고 가능하면 최단 시간 내에 시공이 이루어져야 하므로, 크게 시공전 준비단계와 시공단계로 구성된다. 먼저 시공전 준비단계는 시공현장 답사 후 설계를 마친 후 현장 규격에 맞는 재료준비단계로 부터 시작된다.
<재료준비단계(S10)>
재료 준비단계에서는 콘트롤러 제작, 열확산판 준비, 스페이서 제작, 제1, 2 유리섬유 띠 제작, 탄소매트 발열체 제작, 와이어 매쉬 제작, 케이블 소재 준비단계를 포함한다.
<접속용 전선이 연결된 케이블 제작단계(S20)>
접속용 전선이 연결된 케이블 제작단계는 설계 규격에 맞는 간격으로 접속용 전선(210)이 연결된 케이블을 제작하는 단계로, 탄소매트들의 접속용 전선(210)을 병렬 연결하기 위한 케이블을 제작하는 과정으로, 열확산 발열판에 부착된 탄소매트의 위치에 맞추어 접속용 전선을 도출시키며, 시중에 판매되는 기성제품이 없으므로 직접 제작되어야 한다.
<열확산 발열판 제작단계(S30)>
열확산 발열판(250) 제작단계는 열확산판(260)에 격자 형태의 융합공(270)을 형성하고, 준비된 스페이서(300)를 용접이나 볼트로 고정하며, 열확산판(260)의 상부 융합공(270)들 사이에 제1 유리섬유 띠(330)를 에폭시 또는 페놀 수지를 이용해 부착하고, 부착된 제1 유리섬유 띠(330)의 상부에 "U"자 형상 탄소매트에 접속용 전선(210)을 연결한 후 부착하고, 탄소매트의 상부에 제2 유리섬유 띠(370)를 에폭시 또는 페놀 수지를 이용해 부착하며, 이후 길다란 함체형상의 커버(400)를 탄소매트와 제2 유리섬유를 감싸면서 제1 유리섬유에 에폭시 또는 페놀 수지를 이용해 부착하면 열확산 발열판이 완성된다.
결빙방지 시스템의 시공은 현재 이용중인 도로를 일시 차단하고 최단 시간에 이루어지므로 시공 전에 모든 자재들이 완성되어 시공 현장에 주변에 이송되어 바로 설치될 수 있도록 준비되어야 한다.
<절삭공간 형성단계(S40)>
절삭공간 형성단계는 결빙방지 시스템 설치가 정해진 도로의 주행선(110)과 동축케이블이 삽입될 연결홈을 절삭장비를 이용하여 차륜의 폭보다 넓은 폭으로, 50mm 내지 100mm 깊이로 평탄하게 절삭하고, 고압 에어 또는 고압 물분사를 이용해 분진이나 이물질을 제거하고, 평탄화한 후, 필요시 바닥에 방수제를 바로 살포하거나 별도로 설치되는 단열판(170)의 이면에 방수제를 도포하고 바닥면과 측면에 설치할 수 있다.
<콘트롤박스와 동축케이블 설치단계(S50)>
절삭공간의 측면에 있는 중앙선 부분이나 노변측에 분전함이 포함된 콘트롤박스를 설치한다. 콘트롤박스는 빗물유입이 방지되는 지붕과 다수의 통풍구가 형성되어 통풍이 되도록하며, 콘트롤박스의 외부에 공기온도센서 등을 포함한 콘트롤러(600)가 설치된다.
<열확산 발열판 설치단계(S60)>
열확산 발열판 설치단계는 콘트롤박스로부터 연결된 동축케이블(200)을 절삭공간의 일측에 연결하고 미리 조립된 열확산 발열판(250)을 절삭공간의 바닥이나 단열판(170) 위에 올려놓고, 동축케이블(200)에 연장된 접속용 전선(210)과 탄소매트에서 연장된 접속용 전선(210)을 합한 후 꼬아 절연테이프로 감아 고정한다.
<와이어매쉬 설치단계(S70)>
와이어매쉬 설치단계는 열확산 발열판의 상부에 와이어매쉬를 깔고 와이어매쉬의 철사를 열확산판(260)의 스페이서(300)에 결속선을 이용해 묶거나 용접을 하여 고정한다. 와이어 매쉬(450)는 열확산 발열판(250)가 폭과 길이가 같은 것을 사용하거나, 여러장의 열확산 발열판(250)위에 두루말이 처럼 길게 감겨 있는 것을 풀어서 깔고 티그용접 등을 이용해 고정할 수도 있다.
<콘크리트 타설단계(S80)>
와이어매쉬가 열확산 발열판 상부에 고정된 후, 와이어매쉬 상부에 콘크리트또는 폴리머 몰탈을 타설해 채운 후 진동기를 이용해 기포를 제거하고, 압착기계를 이용해 눌러 압축한다. 타설되는 콘크리트 또는 폴리머 몰탈은 열확산판(260)의 융합공(270)을 통해 열확산판(260)의 하부로 진입해 하부 스페이서(300)를 통해 형성된 공간을 메우고, 열확산판 상부 스페이서(300)에 의해 상부에 형성된 공간에 채워지고, 융합공(270)에 의해 열확산판(260) 상하부에 채워진 콘크리트가 한 덩어리로 연결되어 지반을 단단히 떠받치게 된다. 콘크리트는 와이어매쉬 상부로부터 5cm 내외로 채우는 것이 바람직하며, 필요시 콘크리트의 상부에 아스팔트를 채울 수 있으며, 이 경우 열확산 발열판(250)으로부터 콘크리트와 아스팔트가 너무 두껍지 않게 채우는 것이 바람직하며, 와이어매쉬로 부터 도로면 까지의 두께가 얇으면 도로면이 신속히 가열되지만 열기의 지속시간이 짧게 되고, 두꺼우면 가열시간이 길어지지만 잠열지속시간이 길어진다.
<콘크리트 양생단계(S90)>
콘크리트 타설후 열확산 발열판(250)를 가동하면서 양생을 시작하면, 일반 콘크리트인 경우에는 8시간 정도가 지나면 양생이 완성되고, 폴리머 몰탈을 사용한 경우에는 2시간 정도 지나면 이후에 차량통행이 가능하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 동절기에도 도로면온도가 5℃ 이상이 되어 결빙이 방지되고, 도로 노면에 염화칼슘과 같은 제설제나 모래를 살포할 필요가 없어져 환경훼손이 방지되며, 저전력으로 도로의 결빙을 방지하여 동절기에 교통사고를 줄이고 비용을 절감하는 효과가 있다.
100 : 결빙방지 시스템 110 : 주행선
150 : 절삭공간 170 : 단열판
200 : 동축케이블 210 : 접속용 전선
250 : 열확산 발열판 260 : 열확산판
270 : 융합공 300 : 스페이서
330 : 제1 유리섬유 띠 350 : 탄소매트
370 : 제2 유리섬유 띠 400 : 커버
450 : 와이어 매쉬 500 : 콘크리트
600 : 콘트롤러 610 : 전원 스위치
650 : 공기온도센서 660 : 노면온도센서
670 : 구동부 680 : 디스플레이
690 : 조작부

Claims (5)

  1. 결빙이 발생되는 도로의 주행선(110)에 차륜의 폭보다 넓게 일정 깊이로 절삭된 절삭공간(150);
    장방형 판의 내부에 다수의 융합공(270)이 격자형태로 형성되어 상기 절삭공간(150)의 내부에 삽입되는 금속제 열확산판(260);
    금속제 판이 "ㄷ"자 형상으로 절곡되고 양단부가 외측으로 절곡되어 상기 열확산판(260)의 융합공(270) 주변 상부와 하부에 복수로 결합된 스페이서(300);
    상기 열확산판의 열을 이루는 융합공(270) 사이에 부착되는 제1 유리섬유 띠(330);
    "U"자 형으로 이루어지고, 상기 제1 유리섬유 띠의 상부에 놓이는 탄소매트(350);
    상기 탄소매트(350)의 상부에 놓이는 제2 유리섬유 띠(370);
    상기 탄소매트와 제2 유리섬유 띠(370)를 감싸면서 상기 제1 유리섬유 띠(330)의 상부에 부착되는 커버(400);
    상기 절삭공간의 일측에 삽입되어 접속용 전선(210)을 통해 상기 탄소매트에 전기를 공급하는 동축케이블(200);
    상기 열확산판(260)의 상부에 부착된 스페이서(300)의 상부에 놓이는 와이어 매쉬(450);
    상기 와이어 매쉬(450) 상부를 통해 주입되어 상기 열확산판(260)의 상하부와 상기 절삭공간에 충진되는 콘크리트; 및
    도로상의 일측에 설치되고, 상기 동축케이블(200)에 연결되어 상기 탄소매트에 공급되는 전기공급을 제어하는 콘트롤러(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도로의 친환경 결빙방지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘트롤러(600)는
    외부의 전선과 콘트롤러 사이에 결합된 전력 스위치;
    상기 콘트롤러에 연결되어 콘트롤박스에 설치되어 온도를 감지하는 공기온도센서(650);
    상기 콘트롤러에 연결되어 상기 콘크리트의 온도를 감지하는 노면온도센서(660);
    외부의 온도와 전력공급 상태를 표시하는 디스플레이;
    발열온도와 발열시작 또는 끝을 지정하는 조작부;
    결빙방지 시스템 작동 로직이 구현되는 회로가 포함되어 열확산 발열판에 공급되는 전력을 제어하는 구동부가 포함된 것을 특징으로 하는 도로 친환경 결빙방지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소매트는 띠의 형상으로 이루어지고, 그 단부에는 접속용 전선(210)이 결합되며, 상기 동축케이블(200)에도 탄소매트의 접송용 전선에 대응되는 복수의 접속용 전선(210)이 연결된 것을 특징으로 하는 도로의 친환경 결빙방지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    한장의 열확산 발열판(250)에는 3n장의 탄소매트가 결합되고, 220V로 연결될 때에는 N상-R상, N상-S상, N상-T상이 한 세트가 되어 반복 연결되고, 380V로 연결될 때에는 R상-S상, R상-T상, S상-T상의 연결이 한 세트가 되어 반복 연결되는 것을 특징으로 하는 도로의 친환경 결빙방지 시스템.
  5. 결빙이 발생되는 도로의 결빙을 방지하는 결빙방지하는 방법에 있어서,
    콘트롤러(600) 제작, 열확산판(260) 준비, 스페이서(300) 제작, 제1, 2 유리섬유 띠 제작, 탄소매트 발열체 제작, 와이어 매쉬(450) 제작, 케이블 소재 준비단계를 포함하는 재료준비단계(S10);
    설계 규격에 맞는 간격으로 접속용 전선(210)이 연결된 케이블을 제작하는 케이블 제작단계(S20);
    열확산판(260)에 형선된 격자 융합공(270) 형성, 열확산판(260)의 상하부에 스페이서(300) 고정, 상기 융합공(270)들 사이에 제1 유리섬유 띠(330) 부착, 접속용 전선(210)이 연결된 "U"자 형상의 탄소매트 부착, 탄소매트의 상부에 제2 유리섬유 띠(370)를 부착, 함체형상의 커버(400)를 탄소매트와 제2 유리섬유를 감싸면서 제1 유리섬유에 부착하는 열확산 발열판(250) 제작단계(S30);
    지정된 도로의 주행선(110)에 절삭공간과 동축케이블(200) 연결홈을 형성하는 절삭공간 형성단계(S40);
    중앙선 부분이나 노변측에 콘트롤박스와 동축케이블(200)을 설치하는 콘트롤박스와 동축케이블(200) 설치단계(S50);
    절삭공간에 열확산 발열판(250) 설치와 동축케이블(200)을 연결하는 열확산 발열판(250) 설치단계(S60);
    상기 열확산 발열판(250)의 상부에 와이어매쉬를 설치하는 와이어매쉬 설치단계(S70);
    와이어매쉬 설치단계 이후 와이어매쉬의 상부에 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계(S80); 및
    타설된 콘크리트를 양생하는 콘크리트 양생단계(S90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 친환경 결빙방지 시스템 시공방법.
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