WO2011074739A1 - 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템 및 진공 차단막 장치 - Google Patents

튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템 및 진공 차단막 장치 Download PDF

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WO2011074739A1
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WO
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vacuum
barrier
tube
film
blocking film
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PCT/KR2010/000768
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French (fr)
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권삼영
김형철
장동욱
조용현
이형우
박찬배
Original Assignee
한국철도기술연구원
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/10—Tunnel systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/08—Sliding or levitation systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the present invention relates to a tube railway system that uses a closed vacuum tube as a railroad track to minimize noise and air resistance so that the train can run at high speed.
  • a barrier device for rapidly blocking the tube passage by the operation signal is installed at a certain interval or in a certain section of the tube track,
  • a vacuum barrier device can be operated to isolate the section from other sections and manage the vacuum level of the section differently.
  • tube railway which is a means of transportation in which a train runs in a closed space in a vacuum.
  • Trains running on this tube railway may be Maglev, wheeled or other propulsion trains.
  • Tube rails generally have a circular or similar sized square or polygonal tube cross section with a diameter of about 4m to 10m, and the upper and lower lines are wrapped around a separate tube line, and the degree of vacuum in the tube is about atmospheric pressure. A decompression condition of about 1/3 to 1/1000 is common.
  • the tube rail system has a tube isolated from the Atmosphere and must maintain a vacuum inside the tube, and once the vacuum begins to break somewhere in the tube, it rapidly spreads to all physically connected spaces within the tube.
  • the rate at which this vacuum breakup spreads, that is, the rate at which the vacuum breaks, is close to the speed of sound, at about 1224 km / h.
  • the vacuum division management system of the tube railway system of the present invention is to install a vacuum barrier device for each section or a specific section or point of the tube line, if the vacuum leakage occurs in the operation of the vacuum cut-off membrane device of the section It is to provide a vacuum management system that isolates only the poor vacuum from other sections, so that the normal operation of the train and the maintenance of the section can be performed quickly.
  • the aim of the present invention is to provide a vacuum management system as an auxiliary braking means that helps to emergency stop the train by releasing the vacuum in the train section to generate air resistance acting on the train.
  • the vacuum division management system of the tube railway system of the present invention is a tube railway system in which a train travels in a closed track space in a vacuum state
  • the vacuum barrier device for folding the expanded vacuum barrier device to the original standby position to return the tube line to normal operation conditions, the vacuum breaking means for destroying the vacuum in the tube line for each section, and for each section Vacuum forming means for vacuuming the inside of the tube line, air pressure sensing means for detecting the pressure in the tube line for each section, monitoring the vacuum degree of the tube line and the operating state of the train, To control the operation of the vacuum barrier device according to the control operation. Characterized in that the configuration including the control device.
  • the vacuum when the vacuum begins to break at any part of the tube in the tube railway system, this part can be separated from other healthy places and separated into a separate space to block the spread of vacuum leakage.
  • the limit of traffic can be minimized, the work area can be reduced to a minimum when increasing the degree of vacuum, and the time and cost can be saved.
  • the section where the train is located can break the vacuum quickly, so when a problem occurs in the running train and the train must be stopped, the vacuum in the section is released to create air resistance so that the train can be stopped. It can be usefully used as an auxiliary braking aid to help ensure passenger safety and enhance emergency response.
  • it can be used to construct a boundary interface for connecting tube railway lines having different vacuum conditions or for connecting a vacuum tube tube line to an atmospheric general railway line.
  • FIG. 1 is a view showing the basic concept of the vacuum barrier device and the vacuum division management system in the tube railway system according to the present invention.
  • Fig. 2A is a conceptual diagram showing the configuration of a vacuum division management system in terms of overall route in the present invention.
  • FIG. 2B is a conceptual diagram showing the configuration of a vacuum division management system as an example of detailed tracks in a station section in the present invention.
  • FIG. 3A is a block diagram of a vacuum division management system of a tube railway system according to the present invention.
  • Figure 3b is a block diagram and a control signal flow block diagram of a vacuum barrier device including a control device of the tube railway system in the present invention.
  • 4 to 7 is a view showing the configuration of the vacuum cut-off membrane device in the case of MAGLEV in the tube-type rail transport in the present invention
  • Figure 4 and 5 show the folded state of the barrier film
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the tube line
  • Figure 5 is a longitudinal cross-sectional view.
  • FIG. 6 and 7 show the unfolded state of the barrier film
  • Figure 6 is a cross-sectional view
  • Figure 7 is a longitudinal cross-sectional view.
  • FIG. 8 to 11 is a view showing the configuration of a vacuum barrier device in the case of applying to a wheel railway in the tubular railway transportation means in the present invention
  • FIG. 8 and 9 show the folded state of the barrier film
  • Figure 8 is a cross-sectional view of the tube line
  • Figure 9 is a longitudinal cross-sectional view.
  • FIG. 10 and 11 show the unfolded state of the barrier film, Figure 10 is a cross-sectional view, Figure 11 is a longitudinal cross-sectional view.
  • FIG. 12 is a plan view of the configuration and arrangement of the vertical guide structure, the barrier film, and the folding finish clasp device according to the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing the configuration, structure and principle of operation of the barrier film drive unit, the vertical guide structure and the barrier film sealing device according to the present invention.
  • Figure 14 to 16 is a conceptual view of the structure and operation of the outer structure
  • Figure 14 is a view of the vent opening in front of the state, the vent opening is open
  • Figure 15 is a closed vent
  • Figure 16 when viewed from the top Figure showing the form of.
  • FIG. 17 is a view showing the basic structure and configuration of a vacuum barrier device based on the use of a bag-type barrier film when the barrier film is unfolded.
  • FIG. 18 is a view showing another embodiment in which the shape of the vertical guide structure and the upper structure in a round shape in the present invention.
  • the barrier film 110 is folded so that it does not interfere with the passage of the train. And the vacuum cut-off film device 100 and the vacuum cut-off film device 100 to fold back the unfolded shield film 110 to return to the original standby position so as not to interfere with the passage of the train.
  • the vacuum pump 200 for making the inside of the tube line for each section into a vacuum state
  • the vacuum breaker valve means 300 for breaking down the vacuum in the tube line for each section of the vacuum barrier device 100
  • the vacuum barrier device Atmospheric pressure detecting means 400 for detecting the pressure in the tube line for each section of 100, and the tube line state and the operating state of the train
  • it is configured to include the monitoring information and control the operation control device 500 for the vacuum barrier apparatus in accordance with the control operation of the administrator.
  • the vacuum barrier device 100 may include a screen 110 for blocking a passage of a tube line, an upper structure 120 for accommodating the barrier 110 in an atmospheric state, and a barrier film 110.
  • the lower structure (130) responsible for sealing between the blocking film 110 and the lower surface of the tube passage and the blocking film 110 is dragged from the left and right sides,
  • the vertical guide structure (Vertical guide structure) 140 which serves to descend and unfold, and later to fold the barrier to return the barrier back to the original standby state, and the barrier layer outside the rectangular barrier 110
  • the structure 151 is pre-installed to match the shape of the space and has a plurality of circular or oval air passages therein, the opening and closing hole 152 therein.
  • the opening and closing hole 152 may block the passage by inflating the balloon or may contract the balloon to open the passage and the vertical guide structure 140.
  • the barrier layer 110 is pulled down from the upper structure 120 to the lower structure 130 to be unfolded, and when the barrier layer 110 is folded, the barrier layer 110 is extended from the lower structure 130 to the upper structure 120. Since the blocking film driver 160 and the blocking film 110 which acts to pull back up and the blocking film 110 are movable parts, air may leak to the surroundings after the blocking film 110 is unfolded, so that the blocking film 110 is unfolded after the blocking film 110 is unfolded.
  • a barrier membrane hermetic seal device 170 which serves to inflate the interface between the vertical guide structures 140 and inflates the balloon 172, and a barrier film 110 that is folded and folded again under the control of the control device 500. 120) Into It is configured to include a folding finish clasp 180 is configured in the upper structure 120 to completely receive and secure.
  • a tube round diameter of 4m to 10m
  • similar sized square or polygonal tube is produced by an operation signal in a tube railway system that needs to maintain a vacuum state (1/3 to 1/1000 of atmospheric pressure).
  • the present invention relates to a vacuum zone management system or a vacuum division management system that blocks a passage at a high speed in a transverse direction so that a tube line can be separated and managed in different areas of vacuum degree.
  • the vacuum blocking screen device 100 is a specific device for enabling the vacuum splitting management system.
  • the vacuum blocking screen device 100 is installed at a predetermined distance of a tube line or at a section or a point requiring a separate vacuum management such as a station.
  • the barrier layer 110 of the vacuum barrier device 100 is the most direct means for blocking the passage of the tube line in a vertical (or nearly vertical) transverse direction, and its horizontal and vertical size prevents the train from passing at a normal speed. It is designed to ensure that no pressure is given, i.e. it is sized not to violate building limits.
  • the blocking film 110 is accommodated in the folded state of the upper structure 120 in the standby state in which the train is operating normally, and in the unfolded state, the blocking film 110 is located inside the upper structure 120-lower structure 130-vertical guide structure 140. It will unfold to block the entire quadrilateral space.
  • the blocking film 110 is made of nylon (Nylon) material coated with a synthetic rubber to fit this role, so that air is not leaked, light and soft to be folded well, and a certain degree of elasticity (elastic) and required Have strength at the same time.
  • the blocking film 110 may be configured in two ways, one in the form of a curtain-like film and the other in the form of a bag (Bag), as shown in Figure 17, using the blocking film 110 in the form of a bag In this case, when the blocking film 110 is unfolded, a shape retainer (Tether) is inserted into the blocking film 110 to maintain a desired shape.
  • a shape retainer Tether
  • the vertical guide structure 140 is a means for guiding when the barrier film 110 is extended or folded in the vertical direction.
  • the vertical guide structure 140 is installed outside the vehicle limit so that the running of the train does not interfere.
  • the lower structure 130 is a means for releasing the blocking film 110 when the blocking film 110 is held while the blocking film 110 is unfolded.
  • the lower structure 130 is interfaced with a structure such as a track (Track) or a rail existing at the bottom of the tube track and is also responsible for the airtight portion of the interface and the face meets the blocking film (110).
  • a structure such as a track (Track) or a rail existing at the bottom of the tube track and is also responsible for the airtight portion of the interface and the face meets the blocking film (110).
  • the track of the tube railway is different from the shape and structure of the track in the case of a Maglev train and a wheeled train. It is necessary to individually design the lower structure 130 to suit the shape and structure of the track.
  • the installation position of the lower structure 130 should be beyond the limit of the vehicle, which is the space in which the train travels, and since the airtightness of the face that meets the track when the barrier film 110 is unfolded is very difficult, as in the example of the MAGLEV line of FIGS. 4 and 5. It is also possible to plant the lower structure 130 by cutting the line in advance so that the barrier is unfolded so that there is no problem.
  • the track or the rail is cut by a very short length at the place where the vacuum barrier device 100 is installed. Even if the track or rail is broken, the train can run, but supplementary measures may be needed.
  • the outer skirt 150 has an outer shape, that is, an upper structure (ie, an upper structure), since the tube line is mainly geometrically circular in shape, whereas the blocking film 110 has a rectangular shape that enters the inside of the tube circle. Since the space remaining outside of the 120 and the vertical guide structure 140 and the lower structure 130 is generated and it is necessary to block the flow of air circulated to this space, the outer structure 150 is designed to play this role.
  • the structure 151 which is the frame of the outer structure 150, is manufactured and installed in accordance with the shape of the installation space, and may be designed by splitting into a plurality of structures 151.
  • the outer structure 150 may not be necessary when the blocking film 110 is designed to be large so as to block the entire cross section of the tube line using only the blocking film 110.
  • the structure 151 blocks a part of the passageway, however, it may cause a disruption in the flow of the train driving wind, and thus, a circular or oval hole is drilled in the structure 151 as shown in FIGS. 14 to 16, and the balloon 153 is formed in the hole. Put the air into the balloon 153 rapidly blown to inflate to block the hole or to remove the air of the balloon 153 to add the function of opening the passage. This hole is the vent 152.
  • Close and open of the vent 152 is mainly controlled to be operated simultaneously with the blocking film 110, but may be controlled to operate in advance or slightly later than the blocking film 110.
  • the vent 152 further includes a grate 154 for providing a limited space to the left and right sides when the balloon 153 is inflated and for inducing the shape of the inflated balloon 153 to completely cover the vent.
  • the blocking film driver 160 is installed in the vertical guide structure 140 and is a means for driving the blocking film 110 so that the blocking film 110 can be unfolded or received from the upper structure 120. Although stored in the guide structure 140, some means for driving the blocking film 110 is configured to be distributedly installed in the upper structure 120 or to be interoperable.
  • stator winding unit 160 is installed at the guide line side of the vertical guide structure 140, and is connected to the front end of the shielding membrane 110 to provide a permanent magnet to the movable body holding the shielding membrane 110.
  • a linear synchronous motor (LSM) 161 is disposed.
  • the expansion / folding of the barrier membrane 110 may be a gas diffusion method that explodes the explosives as in the operating principle of the automobile airbag.
  • the barrier layer 110 uses a bag method, explodes a gunpowder (Nazide (NaN 3)) to generate a large amount of gas (Azide method), and also a gas compressed therein.
  • Gas generation means for activating Hybrid method
  • a gas injection means for blowing a large amount of nitrogen gas into the membrane pocket to expand the membrane while expanding the membrane membrane at high speed.
  • the gas expansion by the explosion of the explosive may be used together.
  • the folding operation since the folding operation does not require much faster operation than the expanding operation, the folding operation is only performed using the linear synchronous motor (LSM) method.
  • LSM linear synchronous motor
  • Unfolding-folding driving to perform the folding and folding operation of the blocking film 110 is carried out by the linear synchronous motor (LSM), in addition to the linear induction motor (LIM) method or rotational motor and conveyor belt ( Conveyer belt or chain combination is also available.
  • LSM linear synchronous motor
  • LIM linear induction motor
  • Conveyer belt or chain combination is also available.
  • the goal can be achieved at a slower speed, such as when installed at the interface station between a vacuum tube and an atmospheric line.
  • the required blocking speed varies depending on the train speed, the size of the tube passage, the detailed design, and the distance between the train and the blocking film, and is determined by the control device 500 of the vacuum blocking device to command the target speed.
  • the barrier driving unit 160 which is responsible for folding the unfolding barrier film 110 and folding it into the upper structure 120, may be rolled or folded by rotation of the gear, or the rotation of the gear may be changed into a reciprocating motion to be folded and folded in various ways. Can be.
  • the finishing clasp device 180 is a means for pulling the blocking film 110 up to the position of the upper structure 120 by the linear synchronous motor 161 in the folding operation, and then placing the blocking film 110 into the upper structure 120 to clean it up. to be.
  • finishing clasp device 180 is configured as a clasp for preparing for the later unfolding operation, the latch (Latch) type of the ring device to move the left and right of the upper structure 120 to fold the barrier membrane 110, folds After that, the barrier 110 is held by the latch to prepare for the next unfolding command.
  • the barrier layer airtight device 170 is a means for preventing the flow of air to the interface between the barrier layer 110 and the vertical guide structure 140 after the barrier layer is unfolded, as shown in FIG. 13, through the air inlet 171. Inflating the balloon 172 to expand the balloon 172 fills the limited space inside the vertical guide structure 140 to press the blocking film 110 to perform airtightness of the interface of the blocking film 110, the blocking film When you want to fold 110, it is necessary to discharge the air of the balloon 172 is configured to include an air discharge means.
  • the barrier layer airtight device 170 is installed in the lower structure 130, and operates in the same principle and manner as in the vertical guide structure 14.
  • the synthetic material spandex or polyester similar to nylon (Nylon) with respect to the material of the balloon 153 of the barrier layer 110 or the outer structure 150 and the balloon 172 of the barrier interface airtight device 170 It can also be manufactured using a variety of application materials under the same (similar) properties, such as) or Teflon coating.
  • Elasticity and strength are the opposites of concepts.
  • the target value for the elasticity and strength in the blocking film 110 is found by solving the optimization function.
  • the strength of the barrier film 110 should be such that the degree of vacuum can withstand extreme differences such as atmospheric pressure in one region and 1/1000 of atmospheric pressure, and 3km ahead for trains running at high speeds from 600 to 1000 km / h. It must be able to withstand the air pressure applied to the barrier when the passage is closed and the tube is raised to atmospheric pressure, and the strength is selected so that the expansion displacement occurs within 3 m. In order to ensure the strength of the blocking film 110 to be selected.
  • the folding finish clasp 180 is configured to the upper structure 120 as a means for completely storing and fixing the blocking film 110 that is folded and then folded back into the upper structure 120, and controls the operation according to the control of the control device 500. do.
  • the shape of the tube line is circular and the vehicle also has a rounded outer shape so as to fit the vehicle.
  • the vertical guide structure and the upper structure of the vacuum barrier device may interfere with the traffic of the vehicle. Invasion) may occur, and as illustrated in FIG. 18, the shapes of the vertical guide structure 140 and the upper structure 120 may be formed in a round shape having a predetermined curvature so as to be utilized in this case.
  • the blocking film 110 is made of a nylon material having elasticity so that the expansion or folding operation of the blocking film 110 can be made smoothly.
  • the control device 500 is a means for monitoring the tube line state and the operating state of the train and the operation control of the vacuum cut-off membrane device 100 according to the monitoring information and the control operation of the manager.
  • the control device 500 controls the vacuum cut-off film device 100 by determining the expansion and folding control of the blocking film 110 and the speed thereof, and the operating speed is the speed of the train and the train and the blocking film 110.
  • the relative position of the sensor, the degree of vacuum in the tube, the severity of the accident and other various external and vacuum monitoring information will be determined according to a pre-programmed algorithm.
  • the blocking film driver 160 has two or more means for spreading / folding the blocking film 110, when the operating speed is determined, the operating driving type to be used may be determined accordingly.
  • the present invention is a tube railway in which a train runs on a closed track in a vacuum state (1/3 to 1/1000 of atmospheric pressure) called a tube (diameter of about 5m to 10m) aiming at ultra high speed of 400km / h or more. )
  • the magnetic levitation train (MAGLEV) method is described as an application target, but in addition to the levitation train tube railway in FIGS. 8 to 11. It can also be applied to the construction of transportation of wheeled tube railway system such as.
  • the vacuum pump device 200 is a vacuum forming means for making the inside of the tube line in a vacuum state.
  • Vacuum release valve means 300 is a vacuum breaking means for breaking or lowering the vacuum in the tube line.
  • the vacuum barrier film device 100 as shown in FIG. 1 is constructed at a designated position so as to make different vacuum regions for each section when necessary.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a tube line provided with a vacuum interruption membrane device 100 according to the present invention.
  • the vacuum division management system of the present invention may be constructed for the entire route or for a station section.
  • the control device 500 may cause a loss of vacuum or a serious problem (maintenance or breakdown of the train) depending on the section according to external information such as vacuum status monitoring information, train information (position, speed, etc.) and emergency stop.
  • external information such as vacuum status monitoring information, train information (position, speed, etc.) and emergency stop.
  • the vacuum blocking device 110 is set in the corresponding section is controlled to separate the section and the other section physically separate space.
  • the vacuum barrier device 100 has two states, an unfolded state and a folded state.
  • the folded state refers to the state of FIGS. 4 and 5 in which the blocking film 110 is folded so that there is no obstacle in the passage of the train and is in a standby state in which the blocking film 110 can be unfolded at any time, and the blocking film 110 is an upper structure.
  • the barrier layer airtight device 170 is in a contracted state
  • the vent 152 of the outer structure 150 is in an open state
  • the train (maglev train or wheel type) Train) may normally pass through the place where the vacuum barrier device 100 is installed.
  • the unfolded state is a state in which the barrier layer 110 is extended from the upper structure 120 to the lower structure 130, the barrier layer airtight device 170 is in an expanded state, and the ventilation holes 152 of the outer structure 150 are In the closed state, the tube line is closed and blocked as shown in FIGS. 6 and 7 so that the air flows from both sides with the vacuum blocking membrane device 100 interposed therebetween.
  • the unfolding driving of the blocking film 110 is performed by the linear synchronous motor 161 of the blocking film driver 160 installed along the vertical guide structure.
  • the stator winding is disposed on the guide line side of the vertical guide structure 140, and the permanent magnet is disposed on the movable body holding the blocking membrane so that the permanent magnet acts as a rotor to transfer the blocking membrane 110. .
  • the expansion and folding operation of the barrier film in the control device 500 commands the control device.
  • the control unit also determines and indicates the speed of the unfolding and folding operations, which determine the speed of the train and its relative position between the train and the vacuum barrier, the degree of vacuum in the tube, the severity of the accident, and other external and condition monitoring information. The overall decision is made according to a preprogrammed algorithm.
  • the blocking film driver 160 guides the blocking film 110 from the upper structure 120 to the vertical guide structure 140 and the lower structure 130 to block the tube line. do.
  • the blocking film driving unit 160 is to fold up the unfolding the blocking film 110 again, the finishing clasp 180 is operated to the top of the folded blocking film 110 It is stored in the structure 120, and then fixed again in preparation for the unfolding operation.

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Abstract

본 발명은 밀폐된 진공 상태의 튜브를 철도 선로로 이용하여, 소음과 공기 저항을 최소화시켜 열차를 초고속으로 달릴 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템(Tube Railway System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 상태(대기압의 1/3 ~ 1/1000)를 유지하는 것이 필요한 튜브 철도 시스템에서 작동 신호에 의해 튜브 통로를 빠른 속도로 차단하기 위한 차단막 장치를 튜브 선로 일정 구간마다 또는 특정 구간에 설치하여, 진공 유지에 문제가 발생하거나 또는 고의로 진공을 해제하고자 할 때 또는 열차를 비상 정지하고자 할 때 진공 차단막 장치를 동작시켜 해당 구간을 다른 구간과 격리시키고 그 구간만의 진공도를 다르게 관리할 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템의 진공 관리 시스템과, 그 시스템에서 이용되는 진공 차단막 장치에 관한 것이다.

Description

튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템 및 진공 차단막 장치
본 발명은 밀폐된 진공 상태의 튜브를 철도 선로로 이용하여, 소음과 공기 저항을 최소화시켜 열차를 초고속으로 달릴 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템(Tube Railway System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 상태(대기압의 1/3 ~ 1/1000)를 유지하는 것이 필요한 튜브 철도 시스템에서 작동 신호에 의해 튜브 통로를 빠른 속도로 차단하기 위한 차단막 장치를 튜브 선로 일정 구간마다 또는 특정 구간에 설치하여, 진공 유지에 문제가 발생하거나 또는 유지보수 등을 위해 고의로 진공을 해제하고자 할 때 또는 열차를 비상 정지하고자 할 때 진공 차단막 장치를 동작시켜 해당 구간을 다른 구간과 격리시키고 그 구간만의 진공도를 다르게 관리할 수 있도록 하는 튜브 철도 시스템의 진공 관리 시스템과, 그 시스템에서 이용되는 진공 차단막 장치에 관한 것이다.
초고속 열차 시스템으로 튜브 철도(Tube Railway)가 있으며, 튜브 철도는 진공 상태의 밀폐된 선로 공간에서 열차가 주행하는 교통수단을 말한다.
이 튜브 철도를 달리는 열차는 자기부상열차(MAGLEV) 또는 바퀴식 열차 또는 그 외의 다른 추진 방식의 열차도 가능하다.
밀폐된 진공 상태의 튜브를 철도 선로로 이용하면 소음과 공기 저항을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
튜브 철도는 직경이 약 4m에서 10m 사이에 있는 원형 또는 이와 유사한 크기의 사각형 또는 다각형의 튜브 단면을 갖고, 상하선은 별도의 튜브 선로로 감싸는 구조를 갖는 것이 일반적이며, 튜브 내의 진공도는 대기압의 약 1/3 ~ 1/1000 정도의 감압 상태가 일반적이다.
열차에서 승객이 체류하는 공간은 대기압을 유지해야 하므로 튜브 철도용 열차는 기밀(Sealing)이 되어야 하며, 이를 위한 기밀(Sealing) 장치를 둔다.
이와 같이 튜브 철도 시스템은 대기(Atmosphere)와 격리된 튜브가 있고 그 튜브 속은 진공 상태를 유지해야 하며, 튜브의 어떤 곳에서 진공이 깨지기 시작하면 튜브 내에 물리적으로 연결된 모든 공간으로 급속히 파급된다. 이 진공 파괴가 파급되는 속도, 즉 진공이 깨지는 속도는 시속 1224km/h 정도로 음속에 가깝다.
튜브의 어떤 곳에서 이상이 생겨 진공이 깨지기 시작하면 다른 건전한 곳으로 진공 파괴가 파급되는 것을 막기 위하여 튜브를 물리적으로 격리할 필요가 있다. 그렇지 않으면 어느 한곳의 진공의 누설이 튜브 내의 모든 터진 공간으로 파급되어 노선 전체에 대하여 열차 운행을 중지하거나 속도가 저하된 비정상적인 운행을 하여야 한다. 또한, 다시 진공도를 높이고자 할 때 진공 펌프의 운영 시간과 비용이 크게 증가한다.
또한 튜브 선로 설비에 이상이 생겨서 튜브 선로로 사람이 직접 들어가서 보수하고자 할 때는 보수하고자 하는 해당 구역만을 진공을 깨서 대기압 상태로 만드는 것이 효율적이며, 이를 위해서는 튜브 선로에 미리 구역을 분할하여 진공을 차단할 수 있는 시설이 되어 있어야 한다.
튜브 철도에서 튜브 선로 설비에 이상이 생겨서 튜브 선로로 사람이 직접 들어가서 보수하고자 할 때 튜브 선로 전체의 진공을 깨서 대기압 상태로 만드는 것은 비합리적이다. 튜브 선로에 구역을 분할하여 격리할 수 있는 시설이 있다면 해당 구간만을 진공 파괴시킬 수가 있어 효율적이다.
본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은 튜브 선로의 일정 구간 마다 또는 특정 구간이나 지점에 추가적으로 진공 차단막 장치를 설치하여, 진공이 누설되는 곳이 발생하는 경우 해당 구간의 진공차단막 장치를 동작시켜 진공이 불량한 곳만 다른 구간과 격리시켜, 열차의 정상적 운행 및 해당 구간의 유지 보수가 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 진공 관리 시스템을 제공하고자 한 것이다.
또한, 본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은 운행중인 열차에 문제가 발생하여 열차를 비상 정지시켜야 할 때 열차가 있는 구간의 전후로 진공 차단막을 작동시켜 별개의 막힌 공간 영역으로 만들어주고, 해당 열차 운행 구간의 진공을 해제시켜 열차에 작용하는 공기 저항을 발생시켜 열차를 비상 정지시킬 수 있도록 도와주는 보조적인 제동 수단으로 진공 관리 시스템을 제공하고자 한 것이다.
본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은, 진공 상태의 밀폐된 선로 공간에서 열차가 주행하는 튜브 철도 시스템에 있어서,
튜브 선로의 일정 구간마다 또는 특정 구간이나 정거장에 설치되어 정상적인 열차 운행 조건에서는 열차 통과에 지장이 없도록 접혀져 있다가 튜브 차단의 필요시에 튜브 선로를 물리적으로 막아 진공의 전파를 차단하고, 다시 정상적인 열차 운행조건 상에서는 튜브선로를 다시 정상적인 운전 조건으로 만들기 위하여 펼쳐진 진공 차단막 장치를 접어 원래의 대기 위치로 접어주는 진공 차단막 장치와, 각 구간별 튜브 선로 내의 진공을 파괴하기 위한 진공 파괴 수단과, 각 구간별 튜브 선로 내를 진공 상태로 만들어 주기 위한 진공 형성 수단과, 각 구간별 튜브 선로 내의 압력을 감지하기 위한 기압 감지 수단과, 튜브 선로의 진공도 상태 및 열차의 운행 상태를 감시하고 그 감시 정보 및 관리자의 제어 동작에 따라 진공차단막 장치를 동작 제어하는 제어 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 튜브 철도(Tube Railway) 시스템에서 튜브의 어떤 곳에서 진공이 깨지기 시작하면 이 부분을 다른 건전한 곳과 차단하여 별개의 공간으로 분리하여 진공 누설의 파급을 차단할 수 있어서, 열차 통행의 제한 범위를 최소화할 수 있으며, 진공도를 높이거나 할 때에 작업 구간을 최소한으로 줄일 수 있고 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 튜브 철도에서 튜브 선로 설비에 이상이 생겨서 튜브 선로로 사람이 직접 들어가서 보수하고자 할 때 튜브 선로 전체의 진공을 깨서 대기압 상태로 만드는 것은 비합리적이다. 튜브 선로에 구역을 분할하여 격리할 수 있는 시설이 있다면 해당 구간만을 진공 파괴시킬 수가 있어 효율적이다.
또한, 열차가 위치해 있는 구간만을 별도로 진공을 빠르게 깰 수 있어, 운행중인 열차에 문제가 발생하여 열차를 비상 정지시켜야 할 때 해당 구간의 진공을 해제시켜 공기 저항을 발생시켜 열차를 비상 정지시킬 수 있도록 도와주는 보조적인 제동 수단으로 유용하게 활용할 수 있어, 승객의 안전도 보장되고 비상 대응 능력도 강화할 수 있다
따라서 본 발명에 따르면, 열차 운영 측면이나 유지보수 면 및 안전 측면 등 모든 면에서 매우 유리하다.
또 다른 용도로는, 진공 상태가 서로 다른 튜브 철도 선로를 잇는 경우나 진공 상태의 튜브 선로와 대기압의 일반 철도 선로를 연결하는 경우에 있어서 경계가 되는 인터페이스 정거장을 구축하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 있어서, 튜브 철도 시스템에서 진공 차단막 장치와 진공 분할 관리 시스템의 기본 개념을 나타낸 도면.
도 2a는 본 발명에 있어서, 진공 분할 관리 시스템의 구성을 노선 전반적 측면에서 나타낸 개념도.
도 2b는 본 발명에 있어서, 진공 분할 관리 시스템의 구성을 정거장 구간에서 세부 선로별 일례로 나타낸 개념도.
도 3a는 본 발명에 있어서, 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템의 구성 블록도.
도 3b는 본 발명에 있어서, 튜브 철도 시스템의 제어 장치를 포함한 진공 차단막 장치의 구성 블록도 겸 제어신호 흐름 블록도.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 있어서, 튜브형 철도 교통수단중에서 MAGLEV 경우에서의 진공차단막 장치의 구성을 나타낸 도면으로,
도 4와 도 5는 차단막이 접혀진 상태를 나타낸 것으로, 도 4는 튜브 선로의 횡단면도이고, 도 5는 종단면도이다.
도 6와 도 7은 차단막이 펼쳐진 상태를 나타낸 것으로, 도 6은 횡단면도이고, 도 7은 종단면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 있어서, 튜브형 철도 교통수단 중에서 바퀴형 철도에 적용하는 경우 진공차단막 장치의 구성을 나타낸 도면으로,
도 8과 도 9는 차단막이 접혀진 상태를 나타낸 것으로, 도 8은 튜브 선로의 횡단면도이고, 도 9는 종단면도이다.
도 10과 도 11은 차단막이 펼쳐진 상태를 나타낸 것으로, 도 10은 횡단면도이고, 도 11은 종단면도이다.
도 12는 본 발명에 있어서, 수직 가이드 구조체와 차단막 및 접음 마무리 걸쇠 장치의 구성 및 배치 관계를 평면적으로 본 도면.
도 13은 본 발명에 있어서, 차단막 구동부와 수직 가이드 구조체와 차단막 경계면 기밀장치의 구성, 구조 및 동작 원리를 나타낸 도면.
도 14 내지 도 16은 외곽 구조체의 구조 및 동작 개념도로서, 도 14는 통풍구를 정면에서 본 그림으로 통풍구가 열려있는 상태를, 도 15는 통풍구가 닫혀있는 상태를, 도 16은 통풍구를 위에서 봤을 때의 형태를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에 있어서, 진공 차단막 장치의 기본적인 구조와 구성을 주머니 형태의 차단막을 사용하고 차단막이 펼쳐졌을 때를 기준으로 나타내 도면.
도 18은 본 발명에 있어서, 수직 가이드 구조체 및 상부 구조체의 형상을 둥근 형상으로 구성하는 다른 실시 예를 나타낸 도면.
이하에서는, 본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템을 첨부된 도면 도 1 내지 도 18에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템은,
튜브 선로의 정해진 구간 지점 또는 정거장마다 설치되어 정상적인 열차 운행 조건에서는 열차 통과에 지장이 없도록 차단막(110)을 접어두었다가 튜브 차단의 필요시에 차단막(110)을 펼쳐 튜브 선로를 물리적으로 막아 진공의 전파를 차단하고, 튜브 선로를 다시 정상적인 운전 조건으로 만들기 위하여 펼쳐진 차단막(110)을 접어 원래의 대기 위치로 되돌려 열차 통과에 지장이 없도록 하는 진공차단막 장치(100)와, 진공 차단막 장치(100)의 각 구간별 튜브 선로 내를 진공 상태로 만들어 주기 위한 진공 펌프(200)와, 진공 차단막 장치(100)의 각 구간별 튜브 선로 내의 진공을 파괴하기 위한 진공 파괴 밸브 수단(300)과, 진공 차단막 장치(100)의 각 구간별 튜브 선로 내의 압력을 감지하기 위한 기압 감지 수단(400)과, 튜브 선로 상태 및 열차의 운행 상태를 감시하고 그 감시 정보 및 관리자의 제어 동작에 따라 진공 차단막 장치를 동작 제어하는 제어 장치(500)를 포함하여 구성된다.
상기 진공 차단막 장치(100)는 튜브 선로의 통로를 차단하기 위한 차단막(Screen)(110)과, 대기 상태에서 차단막(110)을 수납하는 상부 구조체(Upper Structure)(120)와, 차단막(110)이 상부 구조체(120)로부터 튜브 통로의 하부면까지 펼쳐진 후 차단막(110)과 튜브 통로의 하부면 사이의 밀봉을 담당하는 하부 구조체(Lower Structure)(130)와, 차단막(110)을 좌우측에서 끌고 내려와서 펼쳐는 역할을 하고, 나중에 차단막을 다시 원래의 대기 상태로 되돌리기 위하여 차단막을 접어 올리는 역할을 수행하는 수직 가이드 구조체(Vertical Guide Structure)(140)와, 사각형의 차단막(110) 바깥으로 차단막과 튜브 통로와의 잔여 공간을 메우기 위한 목적의 구조체로서 공간의 형상에 맞도록 미리 설치되는 구조물(151)이면서 내부에 다수의 원형 또는 타원형의 공기 통로인 개폐구(152)를 갖고 이 개폐구(152)에는 풍선을 부풀려 통로를 막을 수도 있고 풍선을 수축시켜 통로를 열수도 있는 기능을 갖는 외곽 구조체(Outskirt Structure)(150)와, 수직 가이드 구조체(140) 내에 설치되며 차단막(110)을 펼치고자 할 때 상부 구조체(120)로부터 하부 구조체(130)까지 차단막(110)을 끌고 내려오고 차단막(110)을 접고자 할 때 하부 구조체(130)에서 상부 구조체(120)까지 차단막(110)을 다시 끌고 올라가는 역할을 하는 차단막 구동부(160)와, 차단막(110)이 가동부인 관계로 차단막(110)이 펼쳐진 후 그 주변으로 공기가 누설될 수 있으므로 차단막(110)이 펼쳐진 후 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면을 풍선(172)을 부풀려 메우는 역할을 하는 차단막 경계면 기밀장치(170)와, 제어 장치(500)의 제어에 따라 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부 구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위하여 상부 구조체(120)에 구성되는 접음 마무리 걸쇠장치(180)를 포함하여 구성된다.
본 발명은 진공 상태(대기압의 1/3 ~ 1/1000)를 유지하는 것이 필요한 튜브 철도 시스템(Tube Railway System)에서 작동 신호에 의해 원형(직경 4m ~ 10m) 또는 유사한 크기의 사각형 또는 다각형의 튜브 통로를 횡방향으로 빠른 속도로 차단하여 튜브 선로를 진공도가 서로 다른 영역으로 분리해내어 관리할 수 있도록 하는 진공 구역 관리 또는 진공 분할 관리 시스템에 관한 것이다.
진공 차단막 장치(Vacuum Blocking Screen Device)(100)는 상기 진공 분할 관리 시스템을 가능하도록 하는 구체적인 장치로서 튜브 선로의 일정한 거리마다 설치되거나 또는 정거장과 같이 별도로 진공 관리가 필요한 구간이나 지점에 설치된다.
상기 진공 차단막 장치(100)의 차단막(110)은 튜브 선로의 통로를 수직(또는 거의 수직에 가까운) 횡방향으로 막기 위한 가장 직접적인 수단으로서, 그 가로 세로의 크기는 열차가 정상적인 속도로 통과하는데 지장을 주지 않도록 보장된 게이지(Gauge), 즉 건축한계를 침범하지 않을 크기로 설계된다.
차단막(110)은 열차가 정상 운행되고 있는 대기 상태에서는 상부 구조체(120)에 접힌 상태로 수납되어 있다가 펼침 상태에서는 상부 구조체(120)-하부 구조체(130)-수직 가이드 구조체(140) 안쪽의 4각형의 공간 전체를 막도록 펼쳐지게 된다.
따라서 차단막(110)은 이런 역할에 맞도록 합성고무로 코팅 처리한 나일론(Nylon) 재질로 구성되어, 공기가 누설되지 않고, 가볍고 부드러워 잘 접혀지도록 하고, 일정 정도의 신축성(탄성)과 필요로 하는 강도를 동시에 가지도록 한다.
또한 차단막(110)은 커튼 모양의 한 겹의 막 형태로 하는 방식과 주머니(Bag) 형태로 하는 2가지 방식으로 구성할 수 있으며, 도 17에서와 같이, 주머니 형태의 차단막(110)을 사용하는 경우는 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 원하는 형상을 유지하도록 차단막(110) 내부에 형상 유지체(Tether)를 넣는다.
수직 가이드 구조체(140)는 차단막(110)을 수직 방향으로 펼치거나 접을 때 안내하는 수단이다. 수직 가이드 구조체(140)는 열차의 주행에 지장이 없도록 차량한계 바깥으로 설치된다.
하부 구조체(130)는 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 차단막을 잡고 있다가 차단막(110)을 접고자 할 때 차단막(110)을 놓아주기 위한 수단이다.
아울러 하부 구조체(130)는 튜브 선로 하단에 존재하는 선로(Track)나 레일과 같은 구조물과 인터페이스 되며 이 인터페이스 되는 부분 및 차단막(110)과 만나는 면의 기밀도 담당한다.
튜브 철도의 선로(Track)는 자기부상열차(MAGLEV)인 경우와 바퀴식 열차인 경우에서 선로의 형상과 구조가 다르다. 선로의 형상과 구조에 적합하도록 하부 구조체(130)을 개별 맞춤식으로 설계할 필요가 있다.
하부 구조체(130)의 설치 위치는 열차가 다니는 공간인 차량 한계를 벗어나야 하며, 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 선로와 만나는 면의 기밀이 매우 어려우므로 도 4와 도 5의 MAGLEV 선로의 예와 같이 차단막이 펼쳐지는데 지장이 없을 정도의 폭만큼 선로를 미리 절개하여 그 속으로 하부 구조체(130)를 심는 방법도 가능하다.
이 경우 선로(Track)나 레일은 진공 차단막 장치(100)가 설치되는 곳에서 아주 짧은 길이만큼 끊어지게 된다. 선로나 레일이 끊어지더라도 열차는 운행될 수 있지만 보완적인 대책이 필요할 수도 있다.
외곽 구조체(Outskirt Structure)(150)는 튜브 선로가 주로 기하학적으로 원형의 형상을 갖는데 비하여 차단막(110)은 튜브 원형 내부에 들어가는 사각형의 형상을 가지므로 차단막(110)의 외곽, 즉, 상부 구조체(120)와 수직 가이드 구조체(140)와 하부 구조체(130)의 바깥으로 남는 공간이 발생하고 이 공간으로 유통되는 공기의 흐름도 차단하는 것이 필요하므로 이 역할을 하도록 설계된 것이 외곽 구조체(150)이다.
따라서 외곽 구조체(150)의 프레임 격인 구조물(151)은 해당 설치 공간의 형상에 맞도록 제작되어 설치되며 여러 개의 구조물(151)로 쪼개어 설계하는 것도 가능하다.
그러나 차단막(110)을 크게 설계하여 차단막(110)만으로 튜브 선로의 횡단면 전체를 막을 수 있도록 설계하는 경우에는 외곽 구조체(150)는 필요 없을 수도 있다.
열차가 정상적으로 운행될 때는 열차 주행풍이 튜브 선로내로 유통되어야 한다. 따라서 구조물(151)이 통로를 일정 부분이지만 막고 있으면 열차 주행풍의 유통에 지장을 초래할 수 있으므로 도 14 내지 도 16에서와 같이 구조물(151) 내에 원형 또는 타원형의 구멍을 뚫고 그 구멍에는 풍선(153)을 넣어두어 풍선(153) 안으로 공기를 급격히 불어넣어 부풀려 구멍을 막거나 풍선(153)의 공기를 빼내서 수축시켜 통로를 여는 기능을 부가한다. 이 구멍이 통풍구(152)이다.
통풍구(152)의 차단(close)과 오픈(open)은 주로 차단막(110)과 동시에 작동되도록 제어되지만 차단막(110)보다 미리 작동하거나 조금 늦게 작동하도록 제어할 수도 있다.
상기 통풍구(152)에는 풍선(153) 팽창 시 좌우측으로 제한된 공간을 제공하고 팽창된 풍선(153)의 형상이 통풍구를 완전히 덮을 수 있도록 유도하기 위한 창살(154)을 더 포함하여 구성한다.
차단막 구동부(160)는 수직 가이드 구조체(Vertical Guide Structure)(140)에 설치되며 상부 구조체(120)로부터 차단막(110)이 펼쳐지거나 다시 수납될 수 있도록 차단막(110)을 구동시키는 수단으로, 주로 수직 가이드 구조체(140) 내에 수납되어 있지만 차단막(110)을 구동시키기 위한 일부 수단이 상부 구조체(120)에도 분산 설치되거나 상호 연계 작동되도록 구성된다.
차단막 구동부(160)는 도 13에서와 같이, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로측에 고정자 권선이 설치되고, 차단막(110)의 선단과 연결되어 차단막(110)을 잡고있는 이동체에 영구자석을 배치하는 선형동기모터(LSM)(161)로 구성된다.
즉, 상기 차단막(110)에 회전자(영구자석)을 연결하여 선형동기모터(161)가 차단막(110)을 이송시키는 역할을 수행하도록 하는 것이다.
한편, 차단막 구동부(160)의 다른 실시 예로 차단막(110)의 펼침/접음을 자동차 에어백의 작동 원리와 같이 화약을 폭발시키는 가스확산방식으로 할 수 있다.
이는 도 17에서와 같이, 차단막(110)은 주머니 방식을 사용하고, 화약(아지드화나트룸(NaN3))을 폭발시켜 대량의 가스를 발생시키고(Azide 방식) 여기에 압축되어 있는 가스도 함께 활성화시키기(Hybrid 방식)위한 가스발생수단과, 차단막 주머니 속으로 급격히 많은 양의 질소 가스를 불어넣어 차단막 주머니가 빠른 속도로 팽창하면서 차단막이 펼쳐지도록 하는 가스주입수단을 포함하여 구성된다.
또한 차단막 구동부(160)의 또 다른 실시 예로 선형동기모터 방식 외에 상기 의 화약 폭발에 의한 가스 팽창 원리를 함께 사용할 수도 있다.
이는 차단막의 펼침 동작은 빠르게 이루어지는 것이 바람직하기 때문이다.
이때, 반면에 접음 동작은 펼침 동작에 비하여 그리 빠른 동작이 요구되지 않으므로 선형동기모터(LSM) 방식만을 사용하여 접도록 한다.
차단막(110)의 펼치고 접는 동작을 수행하는 펼침-접음 구동은 선형동기모터(LSM)에 의한 이송 방식으로 하는 외에 보다 저렴한 방식의 채택을 위하여 선형유도모터(LIM) 방식이나 회전모터와 콘베이어 벨트(Conveyer Belt)나 체인(Chain)의 조합에 의한 이송 방식도 가능하다.
또한 압축 공기의 분사에 의한 이송 방식도 가능하며 기타 일반 산업계에서 사용되는 다양한 방식의 이송 시스템을 적용한 변형 방식도 가능하다.
차단막(110)의 펼침 작동은 빠르면 빠를수록 우수한 성능의 것이 된다. 그러나 직경 4m에서 10m인 튜브 통로를 무한대로 빠르게 막는 것은 물리적으로 불가능하며, 0.05초 이내로만 차단을 완료할 수 있다면 진공 차단막을 설치하는 목적을 달성할 수 있다고 판단하고 있다. 그러나 진공튜브와 대기압 선로의 인터페이스 정거장에 설치되는 경우와 같이 이보다 느린 속도로도 목적을 달성할 수 있는 경우가 있다.
필요로 하는 차단 속도는 열차 속도 및 튜브 통로의 크기, 세부적인 디자인 및 열차와 차단막과의 거리 등에 다르며 진공 차단막 장치의 제어장치(500)에서 판단하여 목표 속도를 명령으로 하달한다.
펼쳐진 차단막(110)을 접어서 상부 구조체(120) 내에 접어 넣는 작동을 담당하는 차단막 구동부(160)는 기어의 회전에 의하여 말아서 접는 방법이나 기어의 회전을 왕복 운동으로 바꾸어 포개서 접는 방법 등 다양한 방식으로 할 수 있다.
마무리 걸쇠 장치(180)는 접음 작동에서 차단막(110)을 상부 구조체(120) 위치까지 선형동기모터(161)에 의해 끌어올린 후, 차단막(110)을 상부 구조체(120) 내에 넣어 정리하기 위한 수단이다.
또한 마무리 걸쇠 장치(180)는 추후 펼침 작동을 대비하기 위한 걸림쇠 용도로 구성된 것으로, 걸쇠(Latch) 타입의 고리 장치가 상부 구조체(120)의 좌우로 이동하면서 차단막(110)을 접어 넣고, 접어 넣고 난 후에는 차단막(110)을 걸쇠로 잡고 있어 다음의 펼침 명령에 대비하도록 한다.
차단막 경계면 기밀장치(170)는 차단막이 펼쳐진 후 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면으로 공기의 유통을 막기 위한 수단으로, 도 13에서와 같이, 공기주입구(171)를 통해 공기를 유입시켜 풍선(172)을 팽창시키고 이 팽창된 풍선(172)이 수직 가이드 구조체(140) 내부의 제한된 공간을 메움으로서 차단막(110)을 눌러주어 차단막(110) 경계면의 기밀을 수행하며, 차단막(110)을 접고자 할 때는 풍선(172)의 공기를 배출시켜야 하므로 공기 배출 수단을 포함하여 구성된다.
하부 구조체(130) 내에도 차단막 경계면 기밀장치(170)가 설치되며, 수직 가이드 구조체(14)에서와 같은 원리와 방식으로 작동된다.
차단막(110)이나 외곽 구조체(150)에 구성되는 풍선(153) 및 차단막 경계면 기밀장치(170)의 풍선(172)의 재질에 대하여 나일론(Nylon)과 유사한 합성섬유(스판덱스)나 폴리에스터(Polyester)를 사용하거나 테프론 코팅을 하는 등 같은(유사한) 성질을 내는 조건에서 다양한 응용 물질을 사용하여 제작할 수도 있다.
신축성(탄성)과 강도는 상반되는 개념의 관계이다. 차단막(110)에서 신축성과 강도에 대한 목표치는 최적화 함수를 풀어서 찾는다. 차단막(110)이 가져야 할 강도는 진공도가 한쪽 영역은 대기압이고 한쪽 영역은 대기압의 1/1000인 극한 차이에서도 견딜 수 있는 강도이어야 하고, 600~1000km/h까지 고속으로 달리는 열차에 대하여 3km 전방에서 통로를 막고 튜브를 대기압으로 높였을 때 차단막에 걸리는 공기압을 견딜 수 있어야 하고 이때 발생하는 팽창 변위는 3m 이내에 있도록 강도를 선정하며, 그러나 열차가 차단막(110)에 부딪치면 찢어질 수 있도록 하여 승객 안전을 보장할 수 있도록 차단막(110)의 강도를 선정하도록 한다.
접음 마무리 걸쇠장치(180)는 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부 구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위한 수단으로 상부 구조체(120)에 구성되며, 제어장치(500)의 제어에 따라 동작 제어된다.
한편, 튜브 선로의 형상은 원형이고 차량도 이에 맞도록 둥근 외부 형상을 갖게 되는 것이 일반적인데, 이럴 경우 진공 차단막 장치의 수직 가이드 구조체 및 상부 구조체가 직선형이면 차량의 통행에 저촉되는 경우(차량 한계를 침범하는 경우)가 발생할 수 있는데, 이 경우에 활용 가능하도록 도 18에서와 같이, 수직 가이드 구조체(140) 및 상부 구조체(120)의 형상을 일정한 곡률을 갖는 둥근 형상으로 구성할 수 있다.
이때, 차단막(110) 재질은 차단막(110)의 펼침이나 접음의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 신축성을 갖는 나일론 재질로 구성한다.
제어장치(500)는 튜브 선로 상태 및 열차의 운행상태를 감시하고 그 감시정보 및 관리자의 제어동작에 따라 진공차단막 장치(100)를 동작제어 하는 수단이다.
제어장치(500)는 진공차단막 장치(100)를 제어함에 있어서, 차단막(110)의 펼침과 접음 제어 및 그 속도를 결정하여 제어하게 되는 바, 작동 속도는 열차의 속도와 열차와 차단막(110)과의 상대적인 위치, 튜브 내 진공도, 사고의 심각성 및 기타 각종 외부 정보와 진공상태 모니터링 정보를 종합하여 미리 프로그램 된 알고리즘에 따라 결정하게 된다.
여기서, 차단막 구동부(160)가 차단막(110)을 펼침/접음 수단이 두 가지 이상 구성되는 경우 작동 속도가 결정되면 이에 따라 사용할 작동 구동 타입도 결정할 수 있다.
본 발명은 400km/h 이상의 초고속 운행을 목표로 튜브(직경이 약 5m에서 10m 사이)라는 진공 상태(대기압의 1/3∼1/1000)의 밀폐된 선로를 열차가 운행하는 튜브 철도(Tube Railway) 시스템이라는 교통수단에 적용되는 부속 시스템이다.
본 발명의 실시 예에서 우선적으로 튜브 철도 시스템 중에서 도 4 내지 도 7에서와 같이, 자기부상열차(MAGLEV) 방식을 적용 대상으로 하여 설명하고 있으나, 자기부상열차 방식 튜브 철도 외에도 도 8 내지 도 11에서와 같은 바퀴식 튜브 철도 시스템의 교통수단 구축에도 적용될 수 있다.
진공펌프장치(200)는 튜브 선로 내를 진공상태로 만들어 주기 위한 진공형성수단이다.
진공파괴밸브수단(300)은 튜브 선로내의 진공을 파괴하거나 저하시키기 위한 진공 파괴 수단이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 튜브 철도 시스템을 구성함에 있어서, 필요시에 구간 별로 서로 다른 진공 영역을 만들어 줄 수 있도록 하기 위하여 지정된 위치에 도 1에서와 같은 진공 차단막 장치(100)를 구축한다.
도 1은 본 발명에 있어서, 진공차단막 장치(100)가 설치된 튜브 선로의 종단면을 나타낸다.
이때, 도 2에서와 같이, 노선 전반에 대하여 또는 정거장(역) 구간에 대하여 본 발명의 진공 분할 관리 시스템이 구축될 수 있다.
제어장치(500)는 진공상태 모니터링정보, 열차정보(위치,속도 등) 비상정지 등과 같은 외부 정보에 따라서 구간에 따라 진공의 소실이 발생되거나 심각한 문제(유지보수가 필요하거나, 열차의 고장으로 인한 급정거 등의 필요에 따른 상황발생 시에 해당 구간에 설정되는 진공차단막 장치(110)를 제어하여 해당 구간과 다른 구간을 물리적 별개의 공간으로 분리해놓는다.
진공 차단막 장치(100)는 펼침(Unfolded State)과 접음(Folded State)의 2가지 상태가 있다.
접음 상태는 열차 통행에 지장이 없도록 차단막(110)을 접어두고 있는 상태로서 차단막(110)을 언제든 펼칠 수 있는 대기 상태에 놓여 있는 도 4 및 도 5의 상태를 말하며, 차단막(110)은 상부 구조체(120)의 내부 공간에 접힌 상태로 있고, 차단막 경계면 기밀장치(170)는 수축된 상태에 있고, 외곽 구조체(150)의 통풍구(152)는 열려진 상태에 있으며, 열차(자기부상열차 또는 바퀴식 열차)는 진공차단막 장치(100)이 설치된 곳을 정상적으로 통과할 수 있다.
펼침 상태는 차단막(110)이 상부 구조체(120)에서 하부 구조체(130)까지 펼쳐진 상태에 있으며, 차단막 경계면 기밀장치(170)는 팽창된 상태에 있고, 외곽 구조체(150)의 통풍구(152)는 닫힌 상태에 있게 되며, 튜브 선로는 진공차단막 장치(100)를 사이에 두고 양쪽의 공기의 유동이 없도록 도 6 및 도 7에서와 같이, 밀폐, 차단된 상태이다.
차단막(110)의 펼침 구동은 수직 가이드 구조체를 따라 설치된 차단막 구동부(160)의 선형동기모터(161)가 수행한다.
도 13에서와 같이, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로 측에는 고정자 권선을 배치하고 차단막을 잡고 있는 이동체에는 영구자석을 배치하여 영구자석이 회전자 역할을 하도록 하여 차단막(110)을 이송시키도록 한다.
제어장치(500)에서 차단막의 펼침과 접음 작동은 제어장치에서 명령을 내린다. 제어장치는 펼침 작동과 접음 작동의 속도도 결정하여 지시하게 되는데, 작동 속도는 열차의 속도와 열차와 진공 차단막과의 상대적인 위치, 튜브내 진공도, 사고의 심각성 및 기타 각종 외부 정보와 상태 모니터링 정보를 종합하여 미리 프로그램된 알고리즘에 따라 결정하게 된다.
제어장치(500)에서 펼침 명령이 전달되면, 차단막 구동부(160)에서는 차단막(110)을 상부 구조체(120)로부터 펼쳐지면서 수직가이드 구조체(140)와 하부 구조체(130)에 안내되어 튜브 선로를 막게 된다.
이때, 차단막(110)이 완전히 다 펼쳐진 후에는 차단막 경계면 기밀장치(170)가 공기주입구(151)를 통해 풍선(172)내로 공기를 유입시켜 풍선(172)을 팽창시켜 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 및 차단막(110)과 하부 구조체(130) 사이의 경계면을 압박하여 그 사이로 유통되는 공기의 흐름을 막는다.
한편, 제어장치(500)로부터 접음 동작이 전달되면, 차단막 구동부(160)은 펼쳐져있는 차단막(110)을 다시 접어 올리게 되고, 마무리 걸쇠장치(180)가 동작하여 접어 올려진 차단막(110)을 상부 구조체(120)내에 수납하고, 이후 다시 펼침 동작의 대비를 위하여 고정시킨다.

Claims (20)

  1. 진공 상태의 밀폐된 선로 공간에서 자기부상식 열차(MAGLEV) 또는 바퀴식 열차가 주행하는 튜브 철도 시스템에 있어서,
    튜브 선로의 정해진 구간 지점 또는 정거장 전후에 설치되어 정상적인 열차 운행상태에서는 열차를 지장 없이 통과시키다가 튜브 선로의 상태나 열차 운행 조건 에서 비정상적인 사태가 발생하거나 튜브 선로를 서로 다른 진공도의 구간으로 분리할 필요가 발생하는 경우에는 튜브 선로 통로를 물리적으로 차단하여 차단된 공간 양쪽을 별개의 진공상태로 만들어줄 수 있도록 하거나 한쪽 공간만을 진공해제가 가능하도록 하는 진공차단막 장치와, 튜브 선로 상태 및 열차의 운행상태를 감시하고 그 감시정보 또는 관리자의 제어동작에 따라 진공차단막 장치를 동작 제어하는 제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 진공차단막 장치의 각 구간별 튜브 선로내의 진공을 파괴하기 위한 진공 파괴 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 진공차단막 장치의 각 구간별 튜브 선로 내를 진공상태로 만들어 주기 위한 진공형성수단을 더 포함하여 구성되며,
    상기 진공형성수단은 튜브선로 내를 진공으로 만들어주기 위한 진공펌프장치 또는 외부의 진공펌프장치를 연결할 수 있는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 진공차단막 장치의 각 구간별 튜브 선로내의 압력을 감지하기 위한 기압감지수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 진공차단막 장치는 튜브 선로의 통로를 수직 횡방향으로 차단하기 위한 차단막(110)과, 대기상태에서 차단막(110)을 수납하는 상부 구조체(120)와, 차단막(110)의 상부구조체(120)로부터 펼쳐지는 차단막(110)이 통로를 차단할 수 있도록 하부로 안내하여 펼쳐질 수 있도록 하기 위한 하부 구조체(130)와, 차단막(110)이 통로를 차단하기 위하여 펼쳐지거나 열차를 다시 통과시키기 위하여 접힐 때 좌우부로 안내하여 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 하기 위한 수직가이드 구조체(140)와, 차단막(110) 바깥 주변으로 형성되어 사각형의 차단막과 원형의 튜브 선로 사이의 공간을 메워주는 장치로서 차단막(110)과 함께 연계하여 공기 통로를 차단하도록 작동하는 차단막주변 기밀부(150)와, 상부 구조체(120)로부터 차단막(110)이 펼쳐지거나 다시 수납될 수 있도록 차단막(110)을 구동시키기는 차단막 구동부(160)와, 차단막(110)과 수직가이드 구조체(140) 사이의 경계면으로 공기가 유통되는 것을 차단하기 위한 차단막경계면기밀장치(170)와, 제어장치(500)의 제어에 따라 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위하여 상부 구조체(120) 내에 구성되는 접음 마무리 걸쇠장치(180)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 수직 가이드 구조체(140') 및 상부 구조체(120')의 형상은 일정한 곡률을 갖는 둥근 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 차단막(110)의 재질은 차단막(110)의 펼침이나 접음의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 신축성을 갖는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템.
  8. 튜브 선로의 통로를 차단하기 위한 차단막(110)과, 대기상태에서 차단막(110)을 수납하는 상부 구조체(120)와, 차단막(110)의 상부구조체(120)로부터 펼쳐지는 차단막(110)이 통로를 차단할 수 있도록 하부로 안내하여 펼쳐질 수 있도록 하기 위한 하부 구조체(130)와, 차단막(110)이 통로를 차단할 수 있도록 좌우부로 안내하여 펼쳐질 수 있도록 하기 위한 수직가이드 구조체(140)와, 차단막(110) 주변으로 튜브선로의 형상과 차단막 형상 차이로 발생되는 빈 공간을 차단하기 위한 외곽 구조체(150)와, 수직가이드 구조체(140)에 설치되며 상부 구조체(120)로부터 차단막(110)이 펼쳐지거나 다시 수납될 수 있도록 차단막(110)을 구동시키기는 차단막 구동부(160)와, 차단막과 수직 가이드 구조체(14) 사이의 경계면으로의 공기의 유통을 차단시키기 위한 차단막경계면기밀장치(170)와, 제어장치(500)의 제어에 따라 펼쳐진 후 다시 접히는 차단막(110)을 상부구조체(120)내로 완전히 수납 고정시키기 위하여 상부 구조체(120)에 구성되는 접음 마무리 걸쇠장치(180)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 차단막(110)은 커튼 모양의 한 겹의 막 형태로 하는 방식 또는 주머니(Bag) 형태로 하는 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 차단막(110)은 주머니 형태의 차단막(110)으로 구성되고, 차단막(110)이 펼쳐졌을 때 원하는 형상을 유지하도록 차단막(110) 내부에 형상유지체(Tether)를 넣는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차단막(110)은 합성고무로 코팅 처리한 나일론(Nylon) 재질 또는 이와 유사한 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  12. 제 8항에 있어서, 외곽 구조체(150)는 상부 구조체(120)나 수직 가이드 구조체(140)나 하부 고조체(130) 바깥으로 튜브 선로와의 잔여 공간을 메우도록 그 형상에 맞게 구조물(151)이 구성되고, 구조물(151) 안에 통풍구(152)를 두는 구조로 하고, 통풍구(152)는 원형 또는 타원형으로 구성하고, 통풍구(152)에는 풍선(153)과 공기 주입구를 구비되고, 풍선이 팽창했을 때 형상을 유도하기 위한 창살(154)을 포함하여 구성되어, 압축 공기 또는 화약의 폭발에 의해 공기를 급속히 주입하여 풍선(153)이 통풍구(152)를 메움으로서 통풍구(152)를 차단하고, 풍선(153)의 공기를 배출함으로서 통풍구(152)를 여는 작동을 하는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  13. 제 8항에 있어서, 차단막 구동부(160)는 수직가이드 구조체(Vertical Guide Structure)(140)에 설치되며, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로측에 고정자 권선이 설치되고, 차단막(110)의 선단과 연결되어 차단막(110)을 잡고 있는 이동체에 영구자석을 배치하는 선형동기모터(LSM)(161)를 포함하는 선형동기모터(LSM)방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 차단막(110)은 주머니 형태로 구성되고,
    상기 차단막 구동부(160)는 빠른 속도로 차단막(110)이 팽창될 수 있도록 급격히 가스를 발생시키기 위한 가스발생수단과, 발생된 가스를 차단막(110)의 주머니속으로 주입시키기 위한 가스주입수단을 포함하는 가스확산방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 가스발생수단은 화약을 폭발시켜 대량의 가스를 발생시키고(Azide 방식) 여기에 압축되어 있는 가스도 함께 활성화시켜(Hybrid 방식) 질소 가스를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  16. 제 8항에 있어서, 차단막 구동부(160)는 수직가이드 구조체(140)에 설치되며, 수직 가이드 구조체(140)의 가이드 선로측에 고정자 권선이 설치되고, 차단막(110)의 선단과 연결되어 차단막(110)을 잡고 있는 이동체에 영구자석을 배치하는 선형동기모터(LSM)(161)를 포함하는 선형동기모터 방식을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  17. 제 8항에 있어서, 차단막경계면 기밀장치(170)는 차단막 경계면 기밀부(150)를 차단시키기 위하여 차단막경계면 기밀부(150)에 설치되는 풍선(172)과, 공기주입구(151)를 통해 공기를 유입, 배출시켜 풍선(172)을 팽창, 축소시켜 차단막경계면 기밀부(150)의 기밀제어를 수행하는 공기유입수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  18. 제 8항에 있어서, 차단막경계면 기밀장치(170)는 화약을 폭발시키는 방식과 압축되어 있는 가스를 함께 활성화시키는 방식으로 대량의 질소 가스를 얻어 공기 주입구(171)를 통하여 풍선(172)내로 급격히 불어넣어 풍선(172)을 팽창시켜 차단막(110)과 수직 가이드 구조체(140) 사이의 경계면 또는 차단막(110)과 하부 구조체(130) 사이의 경계면의 기밀 제어를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  19. 제 8항에 있어서, 수직 가이드 구조체(140') 및 상부 구조체(120')의 형상은 일정한 곡률을 갖는 둥근 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 차단막(110)의 재질은 차단막(110)의 펼침이나 접음의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 신축성과 유연성을 갖는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브 철도 시스템의 진공차단막 장치.
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