KR920004620B1 - 레일포인트 동결방지장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

레일포인트 동결방지장치

제 1 도는 직렬 표피전류 발연관의 원리설명도.

제 2 도는 유도 표피전류 발열관의 원리설명도.

제 3 도는 이 표피전류 발열관을 설치한 철도의 레일포인트부의 평면도.

제 4 도는 그 측면도.

제 5 도는 상기 장치의 강판이 2조(4매)인 경우의 전기적 접속을 나타내기 위해 일부를 절결한 평면도.

제 6 도는 상기와 같은 측면도.

제 7 도는 2장이 1조가 된 강판 상호간의 간격조절쇠와 절연전선의 보호조절관의 부분 종단면도.

제 8 도는 본 발명을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1' : 발열강관 2 : 절연전선

3, 3' : 교류전원 4, 4', 4'' : 접속전선

5, 6 : 단자 7, 8 : 단락편

9, 9', 9'' : 강판 10 : 궤도레일

10' : 톤그레일 11 : 톤그레일 받침판

14 : 강판간격조절쇠 16 : 측판

17 : 보온층 18 : 커버판

19 : 단상 20 : 단상커버

본 발명은 북극의 강설지대에서 철도의 레일포인트가 동절기에 적설 또는 동결됨으로 해서 교통에 지장을 주는 것을 방지하기 위한 장치에 관한 것이다.

종래, 설해나 동결을 방지하는 장치를 부설할때 그 열원으로 온수식, 온풍식, 온유순환방식, 부동액순환 방식등이 사용되고 있으나, 온수식은 펌프가열기등이 고장이 났을때 온수배관이 물의 동결팽창으로 파손되는 염려가 있고, 동기에는 주야 구분없이, 또한 온도의 고저에 불구하고 온수를 공급할 필요가 있으므로 열경제상 좋은 방법이 아니다.

다음에, 온풍식은 온수식의 결점은 없으나 단위 체적당의 함열량이 온수와 비교해서 현저히 작기때문에 동일 가열량에 대해서 대량의 풍량을 필요로 할뿐만 아니라 원거리까지 온풍을 도달시키는 것은 불가능하고 균일가열을 위한 유효거리는 기껏 10m 이하이다. 그리고 장치가 대형고가로 될뿐만 아니라 가열효율도 현저히 낮은 결점이 있다.

다음에, 온유 또는 부동액순환방식에서는 그 순환계통의 파손으로 레일부근에 기름 또는 부동액이 유출되어 공해를 발생하는 결점이 있다.

전기가열은 이상 설명한 온수식, 온풍식, 온유순환방식의 결점은 전혀없다. 그러나, 종래 사용된 가열 케이블을 레일포인트의 톤그레일의 받침판측면에 밀착시키는 방식은 가열 케이블 자체가 국부적으로 온도가 높아져서 수명이 짧은점과 열차가 통과할때 레일의 진동으로 단선사고가 발생하기 때문에 실용적이 아니다.

상기의 여러 결점을 제거하기 위하여 발열체로서 표피전류 발열관을 이용하게 된 것이며, 표피전류 발연관은 직렬 표피전류 발열관과, 유도 표피전류 발열관으로 분류된다. 여기에서 간단히 도면에 대해서 설명하면 제 1 도는 직렬 표피전류 발열관을 나타내고, 제 2 도는 유도 표피전류 발열관을 도시하고 있으나, 양 도면에서 (1), (1')는 강자성을 지니는 발열강관, (2)는 본 발명에서는 이 강관내에 비교적 자유로이 통과되는 절연전선 또는 케이블, (3)은 교류전원으로 통상은 상용 주파수이다.

제 1 도의 경우에는 교류전원(3)의 1단자를 강관(1)의 단자(6)에 접속전선(4')으로 접속하고, 교류전원(3)의 다른 단자를 절연전선(2)의 일단에 접속전선(4)으로 접속하고 강관(1)의 다른 단자(5)를 전선(2)의 타단에 접속전선(4'')으로 접속해서 교류전원(3)에 대하여 절연전선(2)과 강관(1)이 직렬이 되도록 접속되고, 제 2a, b 도의 경우에는 절연전선(2)의 강관(1), (1')은 그 양단에서 단락편(7), (8)으로 전기적으로 접속하고, 전원(3), 접속전선(4), (4') 및 전선(2)으로 형성되는 1차 회로에 대하여 2차 유도회로를 형성하도록 구성되고, 제 1 도, 제 2a 도에서는 전선(2)이 한줄인 기본적인 경우를 예시했으나 복수줄의 전선이 병렬로 있을 경우 또는 제 2b 도의 도시와 같이 전선(2)이 일차권선을 구성하는 겨우도 고려된다.

제 1 도, 제 2a, b 도의 강관(1) 또는 (1')의 두께를 t(cm), 길이1(cm), 강관 내경을 D(cm)로 하고, 교류 전류가 강관내 표피에 흐르는 범위를 나타내는 표피의 깊이(또는 두께)를 S(cm)로 하고 강관재질의 저항률을 P(

, cm), 비투자율을 μ, 전원주파수를 f(Hz)로 하면,

t〉2S, 1〉 D, D〉 S, S＝5030·

………………………………(1)

와 같은 조건하에서는 교류전류(i)는 거의 강관(1)의 외부에 유출하지 않기 때문에 강관외면에 금속적 접촉을 해도 아아크의 발생이 나타나거나 인체나 동물에 감전의 위험을 주지 않는다. 따라서 통상 제 1 도는 직렬 표피전류 발열관, 제 2a 도, 및 제 2b 도는 유도 표피전류 발열관으로써 파이프라인의 가열보온이나 노상 면가열에 사용되어 왔다. 또 제 1 도 및 제 2a 도에서는 단상회로에 대해 설명하였으나 이들의 발열관의 조합에 의하여 다상 회로의 구성도 가능하고, 발열관도 원형단면에 한정되지 않고 여러가지의 형상의 단면의 것도 사용할 수 있다.

표피전류 발열관은 이상의 설명으로 알 수 있듯이 전기장치의 약점인 절연물, 여기에서는 전선(2)의 절연이 강관(1)(1')에서 기계적으로 보호되고 있을뿐만 아니라, 강관(1), (1')의 발열은 강관(1)(1')이 소면적의 단일화된 강판에 직접 용접되어 있고, 그 발열이 강판을 개재해서 레일포인트의 톤그레일의 받침판의 측면 및 레일저면에 효과적으로 전달되기 때문에 강관과 이들이 접촉되는 구조물과의 온도차는 1 내지 5℃로 극히 작고, 다른 발열체와 같이 전선의 절연물이 고온에 직면되는 위험이 없다. 또, 열차가 통과할때의 레일 진동에 대해서는 강관과 전선간에 간극이 있으므로 진동은 완충되어 전선이 단선될 염려는 없다.

종래 표피전류 발열관은 일종의 발열체로서 인정되어 왔으나, 본 장치에서는 또 하나의 효과를 발휘할 수 있다. 그것은 표피전류 발열관은 변압기등과 같이 일종의 전자기기이기 때문에 변압기 철심등에서와 같이 발생되는 전자진동을 이용할 수 있는 효과이다. 즉, 강관(1)에 삽통된 절연전선(2)은 강관내부에 고정되지 않고 비교적 자유로이 이동될 수 있고, 또 강관(1)의 자기적 중심(이 경우는 강관의 중심)에 있지 않기 때문에 전자력에 의해 전선(2)은 전류(i)의 주파수의 2배의 주파수로 미진동한다. 이 진동은 전선(2)이 관통하고 있는 강관(1)에 전파되고, 표피전류 발열관은 통전시 미진동하여 강판을 개재해서 동결의 초기에 있어서의 표면의 결빙의 발생을 방지하고, 또는 생성된 결빙의 박리를 쉽게 하는 효과가 있다.

제 3 도 내지 제 7 도는 상기의 표피전류 발열관에 의한 장치의 일실시예의 설명도이다. 이하 본 장치를 이들 도면을 참조하여 설명한다. 제 3 도는 철도레일포인트부의 전체의 개요를 나타내는 평면도, 제 4 도는 그 종단면도, 제 5 도는 2장을 1조로 하는 강판(9), (9'), …(9'')을 도시하고, 포인트 동결방지장치의 주요 역할을 한다. (10)은 궤도레일, (10')는 톤그레일, (11)은 톤그레일 받침판, (12)는 침목, (13)은 강판(9), (9'),…(9'') 상호간의 전기적 접속코넥터, (14)는 강판(9), (9'),…(9'') 상호간의 간격조절쇠로서, 볼트, 너트 및 체결너트로 구성되고, 이 조절쇠의 조절에 의하여 강판(9), (9'),…(9'')을 받침판(11)에 밀착시키고, 상호간의 전열을 가능하고 용이하게 한다. 또한 강판(9), (9'),…(9'')은 궤도레일(10) 및 톤그레일(10')의 하면에 밀착해서 전열을 가능하게 한다. 궤도레일 및 톤그레일(10')은 신호전류의 절연의 필요상 상호전기적으로 절연되어 있어야 하기때문에 직렬 표피전류 발열관을 이용할때는 주의가 필요하고, 제 3 도에서는 전원을 (3), (3')와 같이 독립시키고 있으나 이밖에도 여러가지의 수단이 있다.

제 5 도는 강판이 (9), (9')의 2조인 경우의 접속을 주로한 개요 평면도이고, 제 6 도는 그 측면도이다. 제 5, 6 도에 있어서의 부호(1) 내지 (14)는 제 1 내지 4 도에서 사용된 것과 동일하고, (15), (15'), (15'')는 발열강관(1), (1')과 강판(9), (9')의 용접부이다. (17)은 보온층으로서, 강판(9), (9')에 전열하여 하부에의 방열을 방지하고 있다. (18)은 보온층(17)의 커버이다. 발열강관(1), (1')의 양단에 뚜껑(20), (20')을 가지는 단상(19), (19')이 설치되고, 단상(19), (19')은 발열강관(1), (1')과 용접부(15), (15'), (15'')에서 용접이 되어 있기 때문에 단상은 동시에 제 2 도에 있어서의 단락편(7), (8)의 역할을 수행한다.

제 5 도는 제 2 도의 유도 표피전류 발열관의 접속을 도시하고 있으나, 제 1 도의 직렬 표피전류 발열관을 이용할 수 있음은 물론이다.

제 7 도는 2장 1조의 강판(9)의 상호의 간격조절쇠(14)의 한 예와 절연전선(2)의 보호조절관(21), (22)의 부분을 대략 도시한 종단 측면도이다. 간격조절쇠(14)는 1개의 볼트와 4개의 너트의 경우를 도시하고, 너트를 돌려서 간격을 조절한 후 체결너트로 고정한다.

보호조절관(21), (22)은 각각의 강판(9)에 용접되고, 내관(22)은 외관(21)에 삽입되고, 상호 축선방향으로 진퇴가 가능하므로 조절쇠(14)의 조절간격에 따라 그 삽입깊이가 변화하고 보호관의 역할을 수행한다(이 부분에 케이블을 사용해서 (21)과 (22)를 생략할 수도 있다).

본 장치의 강판은 이상의 설명과 같이 구성되므로 그 능률은 우수하고 동결은 방지하고 또 고정시의 강판의 교환 또는 수요기인 겨울과 불수요기인 여름철의 착탈이 극히 용이하고, 또 간격조절이 용이하다.

다음에 레일이 전차용일때 레일에 직류가 존재하여 이 직류가 이 발열강판상에 분류(分流)하여 다시 발열강관(1), (1')에 분류하는 겨우가 생각되나, 이것을 방지시키기 위해서는 레일에 흐르는 전류의 방향과 발열강관(1), (1')의 길이방향이 직교하도록 하면 된다. 그 이유는 제 7 도에서 만약 강판(9), (9')에 수평 좌우방향, 즉 레일방향의 직류전류가 존재해도 그 전류가 평강판에 직각으로 선 첩촉하는 발열강관(1), (1')의 원주방향으로 우회해서 유입하는 양은 0 아니면 극히 작기때문에 발열강관(1), (1')의 전자적 특성에 직류적 영향을 주는 일이 없다. 이 방법에서는 표피전류 발열관을 교묘히 이용하고 있으므로 효과적으로 전열이 되고, 또 발열관의 표면적 1m²당 수 100w 이하이므로 경제적으로 동결을 방지할 수 있고, 교통에 지장을 주지 않는다.

본 발명은 이상 설명한 표피전류 발열관에 의한 레일포인트 동결방지장치(이하 상기 장치로 약칭한다)의 개량에 관한 것이다.

이하 본 발명의 개량에 대하여 설명하면 상기 장치에 있어서는 표피전류 발열관의 치수에 식(1)에 보이는 제한을 가했다.

그러나 이러한 제한하에서도 표피전류 발열관(1), (1')등으로 부터는 근소한 전류가 관외로 누설 유출하여 이것이 철도신호에 영향을 주는 가능성이 없다고는 할 수 없다.

본 발명은 이것은 완전히 방지하기 위해서 이루어진 것이다.

표피전류 발열관(1), (1')등으로부터의 누설전류를 적게하기 위해서는 (1)식의 t〉2S에 있어서 t를 S에 비해서 가능한한 2보다 크게 하는것에 의해서도 가능하다. 이것은 강관의 표준치수보다 현저히 빗나가게 되고 경제적이 못된다는 것이 시험결과로 판명되었다.

여기에서 본 발명을 제 8 도를 따라 설명하면 제 8 도는 제 5 도에 있어서의 단면 XY를 도시하고 있으나, 본 발명에 있어서는 상기 장치와는 달리, 두께 t₁의 강판(9)와 두께 t₂의 측판(16)과 두께 t₃의 커버판(18), 제 5 도에 도시하는 두께 t₄의 단상(端箱) (19), (19')등으로 발열강관(1), (1')을 밀봉해서 일체구조로 하고, 각각의 판의 재질에 따라 결정되는 전류가 판의 표피에 흐르는 범위인 표피의 깊이(또는 두께)를 S₁, S₂, S₃, S₄로 한 경우, t₁, t₂, t₃, t₄가 t₁〉S₁, t₂〉S₂, t₃〉S₃, t₄〉S₄…(2)이 되도록 구성한다. 여기서 각각의 판의 재질에 따라 결정되는 표피의 깊이 S₁, S₂, S₃, S₄는 각각의 재질에 특유한 저항율을 ρ₁, ρ₂, ρ₃, ρ₄라고 하고, 비투자율을 μ₁, μ₂, μ₃, μ₄로 한 경우 (1)식을 사용하여, S₁=5030·

으로 정해지며, S₂, S₃, S₄도 동일한 방식으로 정해진다.

이와같이 구성하므로써 (1)식에 있어서의 관계식 t〉2S는 t〉S로 하는 것도 철도신호전류에 악영향을 주지 않는 범위에서 가능하다는 것이 판명되었다. 그 이유는 발열강관(1), (1')등에 의해 형성되는 밀봉구조의 각각의 판두께가 식(2)의 관계를 가지므로써, 표피전류 발열관과 동일하게, 유도전류는 제 8 도의 (23), (24)에서 도시하는 것과 같이 밀봉구조의 내표피 부분에만 흐르고 밀봉구조의 외부에 유출되지 않기 때문이다. (1), (2)식에 있어서의 표피의 깊이 S, S₁… S₄등은 재질이 강자성을 가지는 강재로서 상용 주파수의 경우에는 1mm정도이기 때문에 t, t₁…t₄는 1.0 내지 2.0mm 이하가 되는 강판의 치수 150mm×500mm 정도의 경우 그 기계적 강도면에서 비경제적인 두께라고 할 수 없다. 다음에 제 5 도를 참조해서 강판(9), (9')의 폭을 B로 하고 상호간의 간극을 a로하면 레일의 동결을 균일하게 방지하기 위해서는 a〈2B라야 된다는 것도 판명되었으므로 본 발명 장치에 있어서는 이와같은 관계식으로 설비되는 것이 좋다.

Claims (4)

1. 평강판의 하면에 복수개의 표피전류 발열관을 평행으로 용접부착하여 이루어지는 강판을 2장 1조로하여 그 복수조를 강판이 병행하는 레일에서 전기적으로 단락되지 않도록 결선하고, 톤크레일의 받침판 및 레일하면에서 개재시켜서 각 강판을 인접하는 받침판에 밀착시키고, 또 착탈을 쉽게 한 강판간의 간격조절쇠를 구비하는 레일포인트 동결방지장치에 있어서, 강판, 측판, 커버판, 단상으로 표피전류 발열관을 밀봉하도록 구성하고, 상기 강판, 측판, 커버판, 단상을 구성하는 판의 두께를 각각의 판의 표피에 유도전류가 흐르는 범위인 표피의 깊이의 1배 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 레일포인트 동결방지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 강판에 평행으로 용접된 발열강판의 길이방향, 즉 전류방향을 레일과 직교방향으로 한 것을 특징으로 하는 레일포인트 동결방지장치.
3. 제 1 항에 있어서, 강판의 폭을 B로 하고, 강판 상호간의 간극을 a로 한 경우 a〈2B로 한 것을 특징으로 하는 레일포인트 동결방지장치.
4. 제 2 항에 있어서, 강판의 폭을 B로 하고, 강판 상호간의 간극을 a로 한 경우 a〈2B로 한 것을 특징으로 하는 레일포인트 동결방지장치.

Images