WO2025014271A1 - 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치 - Google Patents

지열을 이용한 노면 온도 조절 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2025014271A1
WO2025014271A1 PCT/KR2024/009837 KR2024009837W WO2025014271A1 WO 2025014271 A1 WO2025014271 A1 WO 2025014271A1 KR 2024009837 W KR2024009837 W KR 2024009837W WO 2025014271 A1 WO2025014271 A1 WO 2025014271A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
road surface
road
ground
temperature control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2024/009837
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이정호
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation
Original Assignee
Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation filed Critical Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation
Publication of WO2025014271A1 publication Critical patent/WO2025014271A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C11/00—Details of pavings
    • E01C11/24—Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather
    • E01C11/26—Permanently installed heating or blowing devices ; Mounting thereof
    • E01C11/265—Embedded electrical heating elements ; Mounting thereof
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01H—STREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H5/00—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice
    • E01H5/10—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice by application of heat for melting snow or ice, whether cleared or not, combined or not with clearing or removing mud or water, e.g. burners for melting in situ, heated clearing instruments ; Cleaning snow by blowing or suction only
    • E01H5/102—Self-contained devices for melting dislodged snow or ice, e.g. built-in melting chambers, movable melting tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the present invention relates to a road surface temperature control device using geothermal heat, and more specifically, to a road surface temperature control device using geothermal heat that transfers geothermal heat to a road surface to remove snow accumulated on the road surface or cool the road surface.
  • snow removal work such as spreading calcium chloride can be carried out, but there is the problem that it is not easy to carry out snow removal work over a wide area in a timely manner.
  • the above technology is configured to remove snow accumulated on the road surface by installing an electrically operated heating element on the road and using the heat generated from the heating element.
  • the above technology has a problem in that it requires a lot of electric energy because a certain amount of power must be supplied for the operation of the heat generating element.
  • plate-type heat transfer device discloses a configuration in which geothermal heat is absorbed from the lower part of a heat transfer device placed underground, then transferred to the upper part using the thermosyphon phenomenon, and then heat is released from the upper part.
  • the geothermal heat of the ground is transferred to the road surface where snow has accumulated, thereby removing the accumulated snow.
  • a technology using a heat transfer device in the form of a predetermined pipe i.e., a heat pipe, is also disclosed.
  • Figure 1 is a drawing showing an example of a snow removal structure using a thermosyphon type heat pipe.
  • thermosyphon type heat pipe 10
  • a thermosyphon type heat pipe 10
  • its ends are divided into multiple pieces and then placed on the ground surface.
  • the heat pipe (10) is placed only on one side, the branched pipes are spaced apart from each other, so there is a problem in that the heat to be transferred from the ground cannot be uniformly transferred to the ground surface.
  • Figure 2 is a drawing showing vaporization and condensation by a conventional heat pipe.
  • the existing heat pipe (10) is arranged vertically in the ground, and then condensation of the working fluid occurs at the upper portion (10a), and then it moves to the lower portion (10b) of the heat pipe (10) and vaporization occurs at the lower portion (10b).
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems and aims to provide a road surface temperature control device using geothermal heat that transfers geothermal heat to a road to remove snow accumulated on the road.
  • the purpose is to provide a road surface temperature control device using geothermal heat, which controls the temperature of the road surface by arranging heat pipes vertically in the ground, allowing vaporization of a working fluid at the upper end of the heat pipes and condensation of the working fluid at the lower end, thereby allowing heat exchange between the ground and the road surface through the working fluid when the temperature of the road rises due to sunlight in the summer.
  • the present invention provides a device for controlling the temperature of a road surface by exchanging the heat of a road above ground with the geothermal heat of the ground, comprising: a road surface heat exchange means disposed on a road and configured to exchange heat with the road surface; and a ground heat exchange means disposed underground, for exchanging heat with the road surface heat exchange means and then exchanging the exchanged heat with the ground; wherein the ground heat exchange means provides a road surface temperature control device using geothermal heat, in which condensation of a working fluid occurs at a lower portion and vaporization of the working fluid occurs at an upper portion.
  • the above-mentioned underground heat exchange means may include a plurality of heat pipes in a tubular shape having a predetermined length and diameter, one end of which is connected to the lower portion of the above-mentioned surface heat exchange means and the other end of which is placed underground at a predetermined depth.
  • the other end of the above heat pipe can be provided as a condensation space for the working fluid.
  • the above road surface heat exchange means may include a heat spreader formed in a flat plate shape and embedded in the road.
  • a heat pipe can be connected to the lower portion of the above heat spreader.
  • the above heat pipe may include a wick that is arranged on the inner surface of the heat pipe and allows the working fluid condensed at the bottom to move upward by capillary action.
  • the present invention transfers geothermal heat to a road to remove snow accumulated on the road.
  • the temperature of the road surface can be controlled by allowing heat exchange between the ground and the road surface through the working fluid.
  • Figure 1 is a drawing showing an example of a snow removal structure using a thermosyphon type heat pipe.
  • Figure 2 is a drawing showing vaporization and condensation by a conventional heat pipe.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a road surface temperature control device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are drawings explaining the arrangement of a road surface temperature control device according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat pipe used in the present invention.
  • Fig. 3 is a perspective view showing the configuration of a road surface temperature control device according to one embodiment of the present invention
  • Figs. 4 and 5 are drawings explaining the arrangement of a road surface temperature control device according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat pipe used in the present invention.
  • a road surface temperature control device (100) includes a ground heat exchange means (110) and a road surface heat exchange means (120).
  • the road surface temperature control device (100) can be placed and used anywhere where vehicles are driven or parked, such as on roads as well as in parking lots, but for the sake of ease of explanation, it will be explained assuming that it is placed on a road.
  • a heat pipe (110) can be used as a ground heat exchange means (110).
  • the heat pipe (110) has a predetermined length and is formed in a tubular shape that provides space on the inside.
  • the heat pipe (110) may be formed in a circular tubular shape, but may also be formed in various shapes, such as a square tubular shape.
  • the heat pipe (110) is buried in the ground (1) in an up-down direction, with one end placed above ground and the other end placed underground at a predetermined depth.
  • the other end of the heat pipe (110), that is, the end of the heat pipe (110) that is placed underground is formed as long as possible to increase the amount of heat exchange with the ground (1).
  • wrinkles may be formed on the surface to improve the heat exchange area.
  • a plurality of heat pipes (110) are arranged at regular intervals at the bottom of the heat spreader described below.
  • the heat pipe (110) be made of a thermally conductive material with high thermal conductivity.
  • the road surface heat exchange means (120) is placed on the road (2) and supplies the geothermal heat absorbed by the heat pipe (110) to exchange heat with the road.
  • the road surface heat exchange means (120) may include a heat spreader configured as follows.
  • the heat spreader (120) is formed in the shape of a rectangular plate with a constant length and width.
  • the heat spreader (120) can be buried in the road (2) to a predetermined depth.
  • the heat spreader (120) may be formed in a rectangular hexahedron shape that provides space on the inside.
  • the heat spreader (120) may be formed to have the same size as the area of the road, but may be installed in a manner in which heat spreaders manufactured to have a size smaller than the area of the road are continuously arranged.
  • the heat spreader (120) be made of a thermally conductive material with high thermal conductivity.
  • one end of a heat pipe (110) be connected to the lower portion of the heat spreader (120) so that the geothermal heat collected through the other end of the heat pipe (110) can be easily transferred to the heat spreader (120).
  • a plurality of heat pipes (110) are arranged at regular intervals at the bottom of the heat spreader (120).
  • the number of heat pipes (110) placed in the set area be two or more.
  • the heat pipe (110) can exchange heat with the geothermal heat in the ground and then transfer it to the heat spreader (120).
  • the geothermal heat transferred to the heat spreader (120) can be heat-exchanged with the road (2), so that the temperature of the road (2) corresponds to the temperature of the ground (1).
  • the ground temperature 5m underground is maintained at a constant 15°C throughout the year.
  • the snow accumulated on the road surface melts and snow removal can be performed.
  • the heat pipe (110) included in the road surface temperature control device (100) according to the present invention can operate as follows.
  • a wick (114) is arranged on the inner surface of the heat pipe (110).
  • the wick (114) is arranged from one end to the other on the inner surface of the heat pipe (110).
  • the wick (114) is formed of a capillary structure using a predetermined fiber, thereby allowing the working fluid inside the heat pipe (110) to move to the top of the heat pipe (110) by capillary phenomenon.
  • the working fluid (116) can undergo a phase change inside the heat pipe (110) to facilitate heat transfer between the heat pipe (110) and the heat spreader (120).
  • a predetermined amount of working fluid is filled into the inner lower portion of the heat pipe (110). At this time, the working fluid may be in a liquid state.
  • the working fluid (116) can move from the bottom to the top of the heat pipe (110) through the wick (114) by capillary action.
  • the wick (114) is formed of a capillary structure, so that the working fluid (116) can move along the wick (114) from the bottom to the top of the heat pipe (110) by capillary phenomenon.
  • the heat spreader (120) is buried in the road at a certain depth and maintains a certain temperature through heat exchange with the road. Since the temperature of the road surface in summer is 50°C or higher, the inside of the heat spreader (120) also maintains a corresponding temperature.
  • the working fluid (116) that has moved to the upper part of the heat pipe (110) can be vaporized by the heat of the heat spreader (120).
  • the upward arrow in FIG. 6 indicates that the condensed working fluid (116) is moving toward the heat spreader (120).
  • the working fluid (116) is vaporized at the top of the heat pipe (110) and can absorb the heat possessed by the heat spreader (120).
  • the working fluid (116) can be used without limitation in type as long as it is a fluid that can be vaporized by the temperature of the heat spreader (120).
  • the working fluid (116) can be used in various ways as long as it is a fluid that stores or releases heat corresponding to latent heat while changing from liquid to gas or gas to liquid depending on temperature.
  • the working fluid (116) is continuously vaporized by the temperature of the heat spreader (120), and the first vaporized working fluid (116) can move to the lower part of the heat pipe (110) through the inner space of the heat pipe (110).
  • the working fluid (116) that has moved to the lower part of the heat pipe (110) can condense at the lower part (110A) of the heat pipe (110) and release the heat contained in the working fluid (116).
  • the heat released by the working fluid (116) can be absorbed into the ground (1).
  • the present invention configured as described above, transfers geothermal heat to a road so as to remove snow accumulated on the road, and when the temperature of the road rises due to sunlight in the summer, heat exchange between the ground and the road surface is performed through a working fluid to control the temperature of the road surface, and since the temperature of the road surface is controlled using geothermal heat, there is an effect of reducing the energy cost required for controlling the temperature of the road surface. In addition, since the temperature of the road surface is controlled using geothermal heat, there is an effect of semi-permanently controlling the temperature of the road surface.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

본 발명은 지열을 도로로 전달하여 도로에 쌓여있는 눈의 제설이 이루어지도록 하고, 하절기에 일사 광선에 의해 도로의 온도가 상승한 경우 작동 유체를 통해 지중과 노면의 열교환이 이루어지도록 하여 노면의 온도를 조절하는 노면 온도 조절 장치를 제공하는 것으로서, 지상의 도로의 열과 지하의 지열을 서로 교환하여 도로면의 온도를 조절하는 장치로서, 지중에 배치되고, 지열을 흡수하는 지중 열 교환 수단; 도로에 배치되고 상기 지중 열 교환 수단이 흡수한 열을 공급하여 노면과 열교환이 이루어지도록 하는 노면 열 교환 수단; 을 포함한다.

Description

지열을 이용한 노면 온도 조절 장치
본 발명은 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지열을 노면으로 전달하여 노면에 쌓여 있는 눈의 제설을 수행하거나 노면이 냉각되도록 하는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치에 관한 것이다.
동절기에 눈비가 내리고 기온이 강하하여 보도, 도로, 주차장 등의 노면이 결빙되면, 교통사고, 낙상 등이 발생하는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해, 염화칼슘을 뿌리는 등의 제설 작업을 실시할 수 있지만, 적시에 넓은 지역에 대하여 제설작업을 실시하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.
또한, 강설이 계속되어 염화칼슘의 소모량이 재고량을 초과하는 경우 염화칼슘의 부족에 의해 제설 작업이 미루어지는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해, 대한민국 공개특허공보 제 10-2009-0100314 호(2009. 09. 23. 공개)에 "포장 도로의 제설장치 및 그의 설치방법"이 개시되었다.
상기한 기술은 도로에 전기로 동작하는 발열부재를 설치한 후, 발열부재에서 발생한 열을 이용하여 노면에 적설된 눈을 제거하도록 구성되어 있다.
그러나, 상기한 기술은 발열부재의 동작을 위해 소정의 전원 공급이 이루어져야 하므로, 많은 전기 에너지가 소요되는 문제점이 있다.
또한, 일정 사용 시간이 경과하면 발열부재를 교체해야 하므로, 발열부재의 교체를 위해서는 도로 공사가 수반되어야 하므로 많은 비용이 소모되는 문제점이 있다.
한편 등록특허 10-0204304호 "판상형 열전달장치"에는 지중에 배치된 열전달장치의 하부에서 지열을 흡수한 후 써모사이폰(THERMOSYPHON) 현상을 이용하여 상부로 전달한 후, 상부에서 열을 방출하는 구성이 개시되어 있다.
상기한 구성의 열전달 장치를 이용하여, 지중의 지열을 눈이 쌓여있는 도로 노면으로 전달함으로써 적설된 눈을 제설이 이루어지도록 하고 있다.
여기서, 열전달 장치의 배치를 용이하게 하기 위해, 소정의 파이프 형태의 열전달장치 즉 히트 파이프를 사용하는 기술도 개시되었다.
도 1은 써모사이폰 방식의 히트 파이프를 이용한 제설 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 써모사이폰 방식의 히트 파이프(10)가 지중(1)에 소정 깊이로 배치되어 있고, 그 단부는 복수개로 분지된 후, 지표면에 배치되어 있음을 알 수 있다.
여기서, 히트 파이프(10)가 일측으로만 배치되어 있어, 분지된 관들은 서로 이격되어 있어, 지중에서 전달받을 열을 지표면에 균일하게 절달하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 하절기에는 폭염에 의해 도로 건설에 사용된 아스팔트가 변형되고, 이로 인해 노면에 융기 현상이 발생되며 도로가 파손되거나 주행중인 차량의 타이어가 파손되며 교통사고가 발생하는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해, 살수차를 이용하여 도로에 물을 뿌려 도로 노면의 온도를 낮추고 있다. 그러나, 도로에 뿌린 물은 증발하게 되어 살수에 의한 도로의 온도 하강은 일시적인 효과로 그치고 있다.
일정한 온도를 유지하는 지열을 이용하여 도로의 온도를 하강시키려는 시도를 하고 있다.
도 2는 기존의 히트 파이프에 의한 기화와 응축을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 기존의 히트 파이프(10)는 지중에 상하로 배치된 후, 상부(10a)에서는 작동 유체의 응축이 이루어진 후, 히트 파이프(10)의 하부(10b)로 이동하면 하부(10b)에서는 기화가 이루어지도록 구성되어 있다.
따라서, 작동 유체가 하부(10b)에서 기화된 후 상부(10a)로 상승하며 열전달을 수행하면 도로의 노면으로 열전달이 가능하여 제설 등을 수행할 수 있지만, 여름에는 도로의 온도가 높아 작동 유체가 파이프 상부에서 응축되지 못하고, 이에 따라 도로의 온도를 저하시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지열을 도로로 전달하여 도로에 쌓여있는 눈의 제설이 이루어지도록 하는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 지중에 상하로 히트 파이프를 배치하고, 히트 파이프의 상단에서는 작동 유체의 기화가 이루어지도록 하고, 하단에서는 작동 유체의 응축이 이루어지도록 함으로써, 하절기에 일사 광선에 의해 도로의 온도가 상승한 경우 작동 유체를 통해 지중과 노면의 열교환이 이루어지도록 하여 노면의 온도를 조절하는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 지상의 도로의 열과 지중의 지열을 서로 교환하여 도로면의 온도를 조절하는 장치로서, 도로에 배치되고 노면과 열교환이 이루어지도록 하는 노면 열 교환 수단; 및 지중에 배치되어, 상기 노면 열 교환 수단과 열교환한 후 교환된 열을 지중과 열교환하는 지중 열 교환 수단; 을 포함하고, 상기 지중 열 교환 수단은, 하부에서는 작동 유체의 응축이 이루어지고, 상부에서는 작동 유체의 기화가 이루어지는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치를 제공한다.
상기 지중 열 교환 수단은, 일정 길이와 직경을 갖는 관 형상으로, 일단은 상기 노면 열 교환 수단의 하부로 연결되고, 타단은 지하에 일정 깊이로 배치되는 복수의 히트 파이프를 포함할 수 있다.
상기 히트 파이프의 타단은, 상기 작동 유체의 응축 공간으로 제공될 수 있다.
상기 노면 열 교환 수단은, 평판 형태로 이루어지고, 도로에 매립되는 히트 스프레더를 포함할 수 있다.
상기 히트 스프레더의 하부로는, 상기 히트 파이프가 연결될 수 있다.
상기 히트 파이프는, 상기 히트 파이프의 내주면 상에 배치되고, 하부에서 응축된 상기 작동유체가 모세관 현상에 의해 상부로 이동하도록 하는 윅(wick)을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 지열을 도로로 전달하여 도로에 쌓여있는 눈의 제설이 이루어지도록 한다.
또한, 하절기에 일사 광선에 의해 도로의 온도가 상승한 경우 작동 유체를 통해 지중과 노면의 열교환이 이루어지도록 하여 노면의 온도를 조절할 수 있다.
또한, 지열을 이용하여 노면의 온도를 조절하므로, 노면 온도 조절에 필요한 에너지 비용이 감소되는 효과가 있다.
또한, 지열을 이용하여 노면의 온도를 조절하므로, 노면 온도 조절이 반영구적으로 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 써모사이폰 방식의 히트 파이프를 이용한 제설 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 기존의 히트 파이프에 의한 기화와 응축을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 온도 조절 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 온도 조절 장치의 배치를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에서 사용하는 히트 파이프의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 온도 조절 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 온도 조절 장치의 배치를 설명하는 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명에서 사용하는 히트 파이프의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 온도 조절 장치(100)는 지중 열 교환 수단(110), 노면 열 교환 수단(120)을 포함한다.
본 발명에 따른 노면 온도 조절 장치(100)는 도로 뿐만 아니라 주차장 등 차량의 운행 및 주정차가 이루어지는 곳이라면 어디에도 배치되어 사용될 수 있지만, 설명의 용이함을 위해 도로에 배치되는 것으로 상정하여 설명하기로 한다.
지중 열 교환 수단(110)로는 히트 파이프(Heat pipe)(110)가 사용될 수 있다.
이후의 설명에서는 히트 파이프(110)에 대하여 지중 열 교환 수단과 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
히트 파이프(110)는 소정의 길이를 갖고, 내측으로는 공간을 제공하는 관 형상으로 이루어진다. 히트 파이프(110)는 원형관 형상으로 이루어질 수 있지만, 사각형 관 형상으로 이루어지는 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
히트 파이프(110)는 지중(1)에 상하 방향으로 매설되되, 일단은 지상으로 배치되고, 타단은 지하에 소정 깊이로 배치된다.
여기서, 히트 파이프(110)의 타단 즉, 지하로 배치되는 히트 파이프(110)의 단부는 가능한 길게 형성하여 지중(1)과의 열 교환량이 증가되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 열 교환 면적을 향상시키기 위해 표면에 주름이 형성될 수도 있다.
히트 파이프(110)는 후술하는 히트 스프레더의 하부에 일정한 간격으로 복수개가 배치되는 것이 바람직하다.
지열의 흡수가 용이하게 이루어지도록 하기 위해, 히트 파이프(110)는 열전도율이 높은 열전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
히트 파이프(110)의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
노면 열 교환 수단(120)은 도로(2)에 배치되고, 히트 파이프(110)가 흡수한 지열을 공급받아 도로와 열교환하도록 한다.
노면 열 교환 수단(120)은 다음과 같이 구성되는 히트 스프레더를 포함할 수 있다.
이후의 설명에서는 히트 스프레더(120)에 대해서 노면 열 교환 수단과 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
히트 스프레더(Heat spreader)(120)는 일정한 가로 세로 길이를 갖는 직사각형의 평판 형태로 이루어진다.
히트 스프레더(120)는 도로(2)에 소정 깊이로 매립될 수 있다.
여기서, 히트 스프레더(120)는 내측으로 공간을 제공하는 직육면체 형태로 이루어질 수도 있다.
여기서, 히트 스프레더(120)는 도로의 면적과 동일한 크기로 형성될 수 있지만, 도로의 면적보다 작은 크기를 갖도록 제작된 히트 스프레더를 연속적으로 배치하는 방식으로 설치할 수 있다.
여기서, 히트 스프레더(120)는 열전도율이 높은 열전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
히트 스프레더(120)의 하부로는 히트 파이프(110)의 일단이 연결되어, 히트 파이프(110)의 타단을 통해 수집한 지열이 히트 스프레더(120)로 용이하게 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 지열 흡수 효율을 향상시키기 위해, 히트 파이프(110)는 히트 스프레더(120)의 하부에 일정 간격으로 복수개가 배치되는 것이 바람직하다.
여기서, 히트 스프레더(120)에 소정의 면적으로 갖는 임의의 영역을 설정하였을 때, 설정된 영역에 배치되는 히트 파이프(110)의 개수는 2개 이상이 되는 것이 바람직하다.
이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 히트 스프레더(120)의 일단에서 타단으로 2/3 만큼 진행한 부분을 A 영역으로 설정하였을 때, A 영역의 하부에는 3개의 히트 파이트(110)가 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 히트 스프레더(120)의 타단에서 일단으로 2/3 만큼 진행한 부분을 B 영역으로 설정하였을 때, B 영역의 하부에는 3개의 히트 파이트(110)가 배치되는 것이 바람직하다.
히트 파이프(110)는 지중의 지열과 열교환 한 후, 이를 히트 스프레더(120)로 전달할 수 있다.
히트 스프레더(120)로 전달된 지열은 도로(2)와 열교환되어, 도로(2)의 온도가 지중(1)의 온도에 대응되도록 할 수 있다.
여기서, 지하 5m 의 지중 온도는 15℃로 연중 일정하게 유지된다.
히트 스프레더(120)를 통해 도로의 온도가 지중의 온도에 대응하게 되면, 도로의 노면에 적설되어 있는 눈이 녹으며 제설이 이루어질 수 있다.
여름의 고온 날씨에는 일사광선이 도로의 노면으로 조사되어 도로 표면의 온도는 50℃ 이상으로 상승하며 도로 표면의 형상이 변형될 수 있다. 즉, 도로 표면의 온도 상승에 의해 도로 건설에 사용된 아스팔트가 변형되는 등의 문제가 발생하고 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 노면 온도 조절 장치(100)가 포함하는 히트 파이프(110)는 다음과 같이 동작할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 히트 파이프(110)의 내주면 상에는 윅(114)이 배치되어 있다.
윅(114)은 히트 파이프(110)의 내주면 상에서 일단에서 타단까지 배치된다. 윅(114)는 소정의 섬유를 이용한 모세관 구조로 이루어져 있어, 히트 파이프(110)의 내측의 작동 유체가 모세관 현상에 의해 히트 파이프(110) 상단으로 이동 가능하게 한다.
작동 유체(116)는 히트 파이프(110)의 내측에서 상변화하여, 히트 파이프(110)와 히트 스프레더(120) 간의 열전달을 용이하게 할 수 있다.
작동 유체(116)의 상변화에 대하여 살펴보기로 한다.
히트 파이프(110)의 내측 하부로는 소정량의 작동 유체가 채워져 있다. 이때, 작동 유체는 액상 상태일 수 있다.
작동 유체(116)는 모세관 현상에 의해 윅(114)을 통해 히트 파이프(110) 하부에서 상부로 이동할 수 있다.
여기서, 윅(114)는 모세관 구조로 이루어져 있어 작동 유체(116)는 모세관 현상에 의해 히트 파이프(110)의 하부에서 상부로 윅(114)을 따라 이동할 수 있다.
히트 스프레더(120)는 도로 상에 일정 깊이로 매립되어 있어, 도로와 열교환에 의해 소정의 온도를 유지하고 있다. 하절기의 도로 표면의 온도는 50℃ 이상이므로, 히트 스프레더(120) 내부도 이에 대응하는 온도를 유지하고 있다.
히트 파이프(110)의 상부는 히트 스프레더(120)의 하부와 연결되어 있으므로, 히트 파이프(110)의 상부로 이동한 작동 유체(116)는 히트 스프레더(120)의 열에 의해 기화될 수 있다.
도 6에서 상방을 향하는 화살표는 응축된 작동 유체(116)가 히트 스프레더(120) 쪽으로 이동하고 있음을 나타낸다.
따라서, 작동 유체(116)는 히트 파이프(110)의 상부에서 기화되며 히트 스프레더(120)가 갖고 있는 열을 흡수할 수 있다.
여기서, 작동 유체(116)는 히트 스프레더(120)의 온도에 의해 기화될 수 있는 유체라면 종류의 제한없이 사용 가능하다.
즉, 작동 유체(116)는 온도에 따라 액체에서 기체 또는 기체에서 액체로 변하면서 잠열에 해당되는 열을 저장하거나 방출하는 유체라면 다양하게 사용할 수 있다.
작동 유체(116)는 히트 스프레더(120)의 온도에 의해 계속적으로 기화되고, 먼저 기화된 작동 유체(116)는 히트 파이프(110)의 내측 공간을 통해 히트 파이프(110)의 하부로 이동할 수 있다.
히트 파이프(110) 하부는 히트 스프레더(120) 내부보다 낮은 온도를 유지하고 있으므로, 히트 파이프(110) 하부로 이동한 작동 유체(116)는 히트 파이프(110)의 하부(110A)에서 응축하며 작동 유체(116)가 갖고 있는 열을 방출할 수 있다.
작동 유체(116)가 방출한 열은 지중(1)으로 흡수될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 지열을 도로로 전달하여 도로에 쌓여있는 눈의 제설이 이루어지도록 하고, 하절기에 일사 광선에 의해 도로의 온도가 상승한 경우 작동 유체를 통해 지중과 노면의 열교환이 이루어지도록 하여 노면의 온도를 조절할 수 있으며, 지열을 이용하여 노면의 온도를 조절하므로, 노면 온도 조절에 필요한 에너지 비용이 감소되는 효과가 있다. 또한, 지열을 이용하여 노면의 온도를 조절하므로, 노면 온도 조절이 반영구적으로 이루어지는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 지상의 도로의 열과 지중의 지열을 서로 교환하여 도로면의 온도를 조절하는 장치로서,
    도로에 배치되고 노면과 열교환이 이루어지도록 하는 노면 열 교환 수단; 및
    지중에 배치되어, 상기 노면 열 교환 수단과 열교환한 후 교환된 열을 지중과 열교환하는 지중 열 교환 수단; 을 포함하고,
    상기 지중 열 교환 수단은,
    하부에서는 작동 유체의 응축이 이루어지고, 상부에서는 작동 유체의 기화가 이루어지는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지중 열 교환 수단은,
    일정 길이와 직경을 갖는 관 형상으로, 일단은 상기 노면 열 교환 수단의 하부로 연결되고, 타단은 지하에 일정 깊이로 배치되는 복수의 히트 파이프를 포함하는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히트 파이프의 타단은,
    상기 작동 유체의 응축 공간으로 제공되는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노면 열 교환 수단은,
    내측에 공간을 제공하는 직육면체 형태로 이루어지고, 도로에 매립되는 히트 스프레더를 포함하는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히트 스프레더의 하부로는,
    상기 히트 파이프가 상기 공간과 연통 가능하게 연결되는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 히트 파이프는,
    상기 히트 파이프의 내주면 상에 배치되고, 하부에서 응축된 상기 작동유체가 모세관 현상에 의해 상부로 이동하도록 하는 윅(wick)을 포함하는 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치.
PCT/KR2024/009837 2023-07-10 2024-07-10 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치 Ceased WO2025014271A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230088912A KR20250009092A (ko) 2023-07-10 2023-07-10 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치
KR10-2023-0088912 2023-07-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025014271A1 true WO2025014271A1 (ko) 2025-01-16

Family

ID=94215780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2024/009837 Ceased WO2025014271A1 (ko) 2023-07-10 2024-07-10 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20250009092A (ko)
WO (1) WO2025014271A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62200712U (ko) * 1986-06-06 1987-12-21
JPS6340002A (ja) * 1986-08-05 1988-02-20 東洋熱工業株式会社 融雪装置
JPH08184005A (ja) * 1994-12-27 1996-07-16 Yukiguni Kagaku Kk 地表部加熱用地中埋設物
KR20120077307A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 아이스파이프 주식회사 세관형 히트파이프를 구비한 지열교환장치, 이를 이용한 도로-교량결빙 방지장치 및 지열 냉난방장치
KR20120130210A (ko) * 2010-02-13 2012-11-29 맥알리스터 테크놀로지즈 엘엘씨 열전달 장치, 및 관련 시스템과 방법
KR20190017079A (ko) * 2017-08-09 2019-02-20 엘지전자 주식회사 윅 구조물과 이를 포함하는 히트 파이프 및 그 제조 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62200712U (ko) * 1986-06-06 1987-12-21
JPS6340002A (ja) * 1986-08-05 1988-02-20 東洋熱工業株式会社 融雪装置
JPH08184005A (ja) * 1994-12-27 1996-07-16 Yukiguni Kagaku Kk 地表部加熱用地中埋設物
KR20120130210A (ko) * 2010-02-13 2012-11-29 맥알리스터 테크놀로지즈 엘엘씨 열전달 장치, 및 관련 시스템과 방법
KR20120077307A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 아이스파이프 주식회사 세관형 히트파이프를 구비한 지열교환장치, 이를 이용한 도로-교량결빙 방지장치 및 지열 냉난방장치
KR20190017079A (ko) * 2017-08-09 2019-02-20 엘지전자 주식회사 윅 구조물과 이를 포함하는 히트 파이프 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20250009092A (ko) 2025-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012091266A2 (ko) 세관형 히트파이프를 구비한 지열교환장치, 이를 이용한 도로-교량결빙 방지장치 및 지열 냉난방장치
US8991110B1 (en) Building insulation system
US8991111B1 (en) Multi-vent for building roofs or walls
CN110006269A (zh) 一种迷宫阻尼型深度消雾收水冷却塔
WO2019216473A1 (ko) 태양열을 이용한 도로 결빙 방지시스템
WO2025014271A1 (ko) 지열을 이용한 노면 온도 조절 장치
US20120279555A1 (en) Solar cell roof tiles
CN209672868U (zh) 一种迷宫阻尼型深度消雾收水冷却塔
JP3948836B2 (ja) 融雪装置
CN213234045U (zh) 节能型融雪装置
CN104702149A (zh) 一种供电装置
CN218812986U (zh) 一种基于可再生能源的路面除雪装置
KR100394555B1 (ko) 지열을 이용한 노면 결빙 방지장치
CN112726328B (zh) 一种利用远红外陶瓷材料的人行横道路面融雪化冰系统
KR200383499Y1 (ko) 도로결빙방지장치 구조
CN220166586U (zh) 一种利用热管的融雪装置
CN223240489U (zh) 改变热传递面积的道路融冰均热热管安装结构
JP3252755U (ja) 空気循環型融雪設備
CN219535914U (zh) 一种基于地层温差的路面发电系统
CN220413923U (zh) 一种公路热处理装置及具有其的公路系统
RU193470U1 (ru) Устройство для предотвращения скапливания снега и образования льда на тротуарах и дорогах
CN223500204U (zh) 一种用于道路融雪的高效率重力式无机热管
JPS62174403A (ja) 道路面の融雪、凍結防止装置
JPS6038487B2 (ja) 橋脚の雪氷防除装置
JP2550736B2 (ja) 融雪装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24840081

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE