KR101144890B1 - Freeze protection of fire extinuishing lines in tunnel and anti-icing of road surface using underground heat storage - Google Patents

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KR101144890B1
KR101144890B1 KR1020120026293A KR20120026293A KR101144890B1 KR 101144890 B1 KR101144890 B1 KR 101144890B1 KR 1020120026293 A KR1020120026293 A KR 1020120026293A KR 20120026293 A KR20120026293 A KR 20120026293A KR 101144890 B1 KR101144890 B1 KR 101144890B1
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road surface
heat storage
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이호석
홍기혁
이호근
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(주)비엔텍아이엔씨
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Abstract

PURPOSE: A system for preventing the freezing of a fire-extinguishing pipeline in a tunnel and a road surface using underground heat storage is provided to store heat in an underground bedrock through a solar collector and a road surface heat collector. CONSTITUTION: A system for preventing the freezing of a fire-extinguishing pipeline in a tunnel and a road surface using underground heat storage comprises a road surface heat collector(10), an underground bedrock heat storage device(20), a first transfer unit for heat storage, a second transfer unit for heat emission, a control unit(50), a temperature detection unit, and a valve unit. The road surface heat collector absorbs heat generated from a road surface. The underground bedrock heat storage device accumulates the absorbed heat to underground bedrock(21). The first transfer unit transfers the heat from the road surface heat collector to the underground bedrock heat storage device. The second transfer unit supplies the heat accumulated in the in the underground bedrock to a fire-extinguishing pipeline(30) or a heat exchanger(40). The control unit electrically controls the first and second transfer units.

Description

지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템{Freeze protection of fire extinuishing lines in tunnel and anti-icing of road surface using underground heat storage} Freeze protection of fire extinuishing lines in tunnel and anti-icing of road surface using underground heat storage}

본 발명은 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템에 관한 것으로, 특히 집열된 태양열과 노면열을 이용하여 지하 암반을 축열하고, 필요시 축열된 열매체가 터널내 동계 소화배관과 도로노면을 순환하도록 하여 동파와 결빙을 방지할 수 있도록 한 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a winter fire extinguishing pipe freezing and road surface freezing prevention system in the tunnel, and in particular, heat storage underground rock by using the collected solar heat and road surface heat, and the heat medium is heated if necessary heat storage pipe and road road surface in the tunnel The present invention relates to a system for preventing freezing and road surface freezing in winter tunnels using underground rock heat storage to prevent freezing and freezing.

화석에너지에 의존하는 현재 경제 체제의 지속은 화석에너지 고갈의 문제 뿐만아니라 환경적인 문제까지 가중되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 범세계적으로 화석에너지 사용에 의한 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 최근 IPCC(정부간 기후협약체제)하에서 개도국까지 CO2 배출에 대한 관리 및 제한이 강화되고 있으며 탄소세, CO2 배출권 등 다양한 협약이 도출되고 있다. 장기적으로 신재생에너지, 친환경적인 에너지에 대한 개발이 증대될 것으로 예측되며 중장기적으로 에너지 사용의 패러다임이 변화될 것으로 예상된다.The continuation of the current economic system, which depends on fossil energy, is not only a problem of fossil energy depletion but also an environmental problem. In order to solve this problem, we are trying to solve the problem caused by the use of fossil energy around the world. CO 2 from the recent IPCC (Intergovernmental Climate Convention) to developing countries Controls and restrictions on emissions are being tightened and carbon taxes, CO 2 Various agreements, including emission rights, are being derived. The development of renewable energy and eco-friendly energy is expected to increase in the long term, and the paradigm of energy use is expected to change in the medium and long term.

우리나라의 경우 화석에너지에 대한 의존도가 높으며 에너지의 해외 수입에 의한 의존도가 매우 높기 때문에 화석에너지 고갈에 의한 에너지 비용이 급격히 상승할 요인이 많으며 OECD/IEA에서 추진하는 블루 로드맵(BLUE Roadmap) 정책에 따라서 신재생에너지, 친환경적 에너지에 대한 개발과 수요가 증가될 것으로 예상된다.In Korea, the dependence on fossil energy is high and the dependence of energy on overseas import is very high, so the energy cost due to the depletion of fossil energy is often increased, and according to the Blue Roadmap policy of OECD / IEA. Development and demand for renewable energy and eco-friendly energy are expected to increase.

사계절이 뚜렷한 우리나라는 계절적인 조건에 의하여 환경요인들이 변하게 되는데 특히 기후적 특성에 의하여 동파 및 결빙 위험이 높은 동계시 동파 및 결빙에 따른 물적, 인적 손실을 방지하기 위하여 건축, 기계, 토목 등 여러가지 동파 및 결빙 대책 기술을 적용하고 있다.In Korea, where the four seasons are distinct, environmental factors change due to seasonal conditions. In particular, in order to prevent physical and human losses due to freezing and freezing during winter, which are at high risk of freezing and freezing due to climatic characteristics, various freezing, including construction, machinery, and civil engineering And frost protection technology.

국토의 대부분이 산악으로 이루어진 우리나라의 지형적 특성으로 경제성, 편의성, 환경성 등을 고려하여 터널의 계획이 증가되고 있는 추세이며 터널 계획시 동계 기후적 특성에 따른 동파 및 결빙 방지를 위한 다양한 대체기술이 적용되고 있다.As the topographical characteristics of Korea, where most of the country is composed of mountains, tunnel planning is increasing in consideration of economics, convenience, and environment, and various alternative technologies are applied to prevent freezing and freezing according to winter climate characteristics when planning tunnels. It is becoming.

터널 계획시 터널 화재에 대한 대책으로 설치되는 소화배관의 경우 배관내 소화수가 항상 채워진 상태인 습식으로 유지되는 특성으로 인해 동계시 동파방지를 위하여 필수적으로 동파방지 계획을 수립하고 있다.In the case of a fire-extinguishing pipe installed as a countermeasure against a tunnel fire when planning a tunnel, the freezing-prevention plan is essential to prevent freezing during the winter season due to the characteristic that the extinguishing water in the pipe is always kept wet.

터널 및 도로 건설시 지형적 영향에 의하여 주간에 태양 입사각이 모두 차단되는 상시 상시음영구간이 발생하게 된다. 특히, 터널 갱구부나 사면이 형성된 노면의 경우 지형적인 영향이 커서 상시음영구간 발생에 따른 동계시 결빙위험이 높게 나타나며, 대기에 노출된 교량의 경우 기후적인 영향에 의한 결빙위험이 높게 된다. 이러한 구간에 강설에 의한 적설발생시 사고비율이 높게 나타나며 사고발생시 인명피해가 큰 대형사고의 특성을 나타내게 된다. 따라서 터널, 도로, 교량 계획시 사고에 의한 인명 및 재산손실을 방지하기 위하여 상시 결빙구간에 융설시스템을 적용하고 있다.Due to the topographic effects of tunnels and road construction, there will always be regular shadow sections that block all solar incidence during the day. In particular, in the case of tunnel shafts or sloped roads, the topographical influences are high, so the risk of freezing during winter seasons is high, and in the case of bridges exposed to the atmosphere, the risk of freezing due to climatic effects is high. In this section, when the snowfall occurs due to snowfall, the accident rate is high, and when the accident occurs, it shows the characteristics of a large accident with a great loss of life. Therefore, in order to prevent the loss of life and property due to accidents when planning tunnels, roads and bridges, the snow melting system is applied to the regular freezing section.

최근 국내 강설, 폭설 일수가 전국적으로 증대되고 있으며 동계시 한파, 폭설 등 이상기후에 의한 사고 발생에 따른 재산 및 인명피해가 증대됨에 따라 국가적 책임론이 증대되고 있으며, 이러한 기후적 사고 및 재난을 방지하고자 적극적인 대책을 수립하고 있는 추세이다.In recent years, the number of days of domestic snowfall and heavy snow has been increasing nationwide, and national accountability has been increasing due to the increase in property and casualties caused by accidents caused by abnormal weather such as cold weather and heavy snowfall during the winter season. Active trends are being established.

국내 도로 및 터널 계획시 소화배관의 동파사고를 방지하기 위해서 일반적으로 전기적 에너지를 이용한 시스템을 적용하게 되는데 전기에너지를 사용하는 시스템의 경우 시간경과에 따른 에너지 비용 증대의 문제점을 나타내고 있다In order to prevent freezing accidents of fire-extinguishing pipes in domestic roads and tunnels, a system using electric energy is generally applied. In the case of a system using electric energy, energy cost increases with time.

국내 터널, 도로, 교량에 적용되는 융설시스템의 경우 전기에너지를 사용하는 융설시스템과 염화물 살포에 의한 융설시스템으로 구분되어 적용되는 것이 일반적이다. 전기에너지를 사용하는 융설시스템의 경우 에너지 비용 증대에 따른 문제점을 갖고 있으며 염화물 살포 융설시스템의 경우 염화물 사용에 의한 노면의 균열현상 및 열화현상과 주변 수목의 훼손 문제, 융설을 위한 전기에너지 과다 사용에 의한 비용 증대 문제 등 다양한 문제점을 나타내고 있다In the case of a snow melting system applied to tunnels, roads and bridges in Korea, it is generally applied to a snow melting system using electric energy and a snow melting system by chloride spraying. In the case of the snow melting system using electric energy, there is a problem due to the increase of energy cost. In the case of the chloride spray snow melting system, the cracking and deterioration of the road surface caused by the use of chloride, the damage of the surrounding trees, the excessive use of the electric energy for the snow melting It shows various problems such as the cost increase problem.

일반적으로 적용되는 터널내 소화배관 동파방지 시스템과 노면에 설치되는 융설 시스템의 문제점을 해결할 수 있는 대안 마련이 필요하다.In general, there is a need for an alternative solution to the problems of the fire protection system in the tunnel and the snow melting system installed on the road.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록실용 등록번호 제20-0367983호로서, 태양열 축열을 이용한 급탕/난방장치가 있다. 이는 태양열을 수집하는 태양열 집진체와; 상기 태양열 집진체와 배관으로 연결되어 태양열 집진체에서 축열된 유체가 순환되는 축열조와; 상기 축열조와 배관으로 연결되고, 열원이 되는 축열유체가 진행됨에 의해 발열되어 대상물을 가열하는 1이상의 열원기구와; 상기 열원기구가 내부공간에 간섭되게 결합되고, 외부의 수도에 의해 급수된 물이 열원기구에 의해 가열되는 공간을 제공하는 급탕조와; 상기 배관에 간섭설치되어 유체가 진행되는 진행력을 제공하며, 진행되는 유체를 차단/진행시키는 유체진행기구로 이루어진다.As a background technology of the present invention, Korean Registered Room Registration No. 20-0367983, which is a hot water supply / heating device using solar heat storage. It includes a solar collector for collecting solar heat; A heat storage tank connected to the solar heat collecting body and a pipe for circulating the heat accumulated in the solar heat collecting body; At least one heat source mechanism connected to the heat storage tank and a pipe, and generated by heating the heat storage fluid as a heat source to heat the object; A hot water tank coupled to the heat source mechanism so as to interfere with the internal space, and providing a space in which water supplied by external water is heated by the heat source mechanism; Interfering with the pipe to provide a progress force for the fluid to proceed, it consists of a fluid progress mechanism for blocking / advancing the fluid.

그러나 상기 배경기술은 축열조에 축열시키는 열량이 제한되어 있고, 대용량에 한계가 있으므로 동계시에 충분한 축열을 이룰 수 없다. 따라서 동계시 이를 노면 결빙 방지나 터널내 소화수 동파방지로 활용하기가 어렵다.However, the background art is limited in the amount of heat to accumulate in the heat storage tank, there is a limit to the large capacity can not achieve sufficient heat storage during the winter season. Therefore, it is difficult to use this to prevent freezing of roads and freezing of extinguishing water in tunnels.

한국 등록특허 등록번호 제10-1091377호Korea Patent Registration No. 10-1091377

따라서 본 발명은 집열된 태양열과 노면열을 이용하여 지하 암반을 축열하고, 필요시 축열 열매체가 터널내 동계 소화배관과 도로노면을 순환하도록 하여 동파와 결빙을 방지할 수 있도록 한 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention uses the collected solar heat and road surface heat to accumulate underground rock, and if necessary, the heat storage medium uses underground rock heat storage to prevent freezing and freezing by circulating the winter fire extinguishing pipe and road surface in the tunnel. The purpose is to provide a system for preventing winter ice and road surface freezing in winter tunnels.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,According to a suitable embodiment of the present invention,

도로의 노면에 설치되어 노면측 열을 흡수하는 노면 집열기와;A road collector configured to be installed on a road surface to absorb heat from the road side;

상기 노면 집열기와 관로를 통해 연결되어 지하암반으로 열을 축적하는 지하암반 축열장치와;An underground rock heat storage device connected to the road collector and a pipe to accumulate heat to underground rock;

상기 노면 집열기에서 흡수된 열을 지하암반 축열장치로 이송시키는 축열용 이송수단과;Heat storage transfer means for transferring the heat absorbed by the road surface collector to an underground rock heat storage device;

상기 지하암반에 저장된 축열을 터널내 소화배관 또는 도로노면에 배설된 해빙용 열교환기에 공급하는 방열용 이송수단과;Heat dissipation transfer means for supplying heat storage stored in the underground rock to a heat exchanger for sea ice disposed on a fire extinguishing pipe or road surface in a tunnel;

상기 축열용 이송수단과 방열용 이송수단의 동작을 전기적으로 제어하는 제어부와;A controller for electrically controlling the operations of the heat storage transfer means and the heat dissipation transfer means;

상기 제어부와 전기적으로 연결되어 도로노면의 온도, 터널내 소화배관의 온도, 결빙구간의 온도 및 지하암반 축열장치내 열방출용 코일과 열흡수용 코일의 각기 의 입,출구측 온도를 갖기 검출하는 온도 검출 수단; 및It is electrically connected to the control unit to detect the temperature of the road surface, the temperature of the fire extinguishing pipe in the tunnel, the temperature of the freezing section and the temperature of the inlet and outlet sides of the heat dissipation coil and the heat absorption coil in the underground rock heat storage device. Temperature detection means; And

상기 제어부의 제어 동작에 따라 지하암반 축열장치의 열매체 입,출구관로를 개폐하는 밸브수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a valve means for opening and closing the heat medium inlet, outlet pipe path of the underground rock heat storage device according to the control operation of the control unit.

또한, 상기 지하암반 축열장치는,In addition, the underground rock heat storage device,

지하암반에 소정의 깊이를 갖는 보어 홀을 다수 형성하고, 보어 홀에 상기 노면 집열기와 연결된 열방출용 코일과 상기 터널내 소화배관 또는 도로노면측 방열기에 연결된 열흡수용 코일을 내설하고, 보어 홀에 열전도력이 우수한 벤토나이트계 그라우트, 시멘트계 그라우트 등의 충진제와 흑연, 금속분말, 실리카샌드, 골재에서 하나 이상 선택된 첨가재가 혼합 충진되어 구성된 것을 특징으로 한다.Form a plurality of bore holes having a predetermined depth in the underground rock, and in the bore hole there is a heat-discharge coil connected to the road surface collector and a heat absorption coil connected to the fire pipe in the tunnel or the road surface side radiator, and bore hole It is characterized by consisting of a mixture of fillers, such as bentonite-based grout, cement-based grout with excellent thermal conductivity and at least one additive selected from graphite, metal powder, silica sand, aggregate.

또한, 노면 집열기와 지하암반 축열장치의 사이에 축열탱크가 더 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat storage tank is further connected between the road surface collector and the underground rock heat storage device.

또한, 태양열 집열기와 지하암반 축열장치의 사이에 축열탱크가 더 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat storage tank is further connected between the solar collector and the underground rock heat storage device.

또한, 지하암반 축열장치와 연결되어 태양으로부터 얻은 에너지를 열로 변환시키는 태양열 집열기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further comprises a solar collector connected to the underground rock heat storage device for converting energy from the sun into heat.

또한, 노면 집열기는 노면의 상면 일정 깊이에 지그재그 형태로 배관홈을 형성하고, 상기 배관홈을 따라 히트 파이프를 배치하고, 히트 파이프(와 배관홈의 사이에 열전도력이 우수한 전도물질이 충진되어져 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the road collector is formed by forming a pipe groove in a zigzag shape at a predetermined depth of the upper surface of the road surface, arranging a heat pipe along the pipe groove, and filled with a conductive material having excellent thermal conductivity between the heat pipe (and the pipe groove). It is characterized by.

또한, 노면 집열기는,In addition, the road surface collector,

열전도력이 우수한 물질인 벤토나이트계 그라우트, 시멘트 그라우트 등으로 제작되어 도로 노면의 일부 절단된 위치에 시공되는 노면 집열블록과; 상기 노면 집열블록내에 지그재그 형태로 포설되어 있는 히트 파이프로 구성된 것을 특징으로 한다.A road surface heat collecting block made of bentonite-based grout, cement grout, or the like, which is excellent in thermal conductivity and constructed at a part of a road cut; Characterized in that the heat pipe is arranged in a zigzag form in the road surface heat collecting block.

또한, 지하암반 축열장치를 순환하는 순환열매체는 무기계나 석유계 또는 나프탈린, 벤젠, 톨루엔, 페닐에서 택일된 화학계 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the circulating heat medium circulating the underground rock heat storage device is characterized in that the inorganic or petroleum or any one of the chemical system selected from naphthalin, benzene, toluene, phenyl.

본 발명에 의한 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템에 따르면, 태양에너지를 태양열 집열기와 노면 집열기를 통해 지하 암반에 축열하여 활용함으로서 기존의 전기에너지를 사용하는 동파방지시스템과 염화물을 사용하는 융설시스템의 문제점을 해결할 수 있다. 또한 축적된 열을 이용하여 동계시 융설시스템에 사용함으로서 친환경적이고 경제적인 대책기술로 터널 및 도로를 사용하는 운전자의 안전성과 유리관리에 있어 경제성과 효율성을 증대할 수 있다.According to the winter fire extinguishing pipe freezing and road surface freezing prevention system in the tunnel using the underground rock heat storage according to the present invention, by using the solar energy stored in the underground rock through the solar heat collector and road surface collector to prevent the freezing using the existing electric energy Solve problems with systems and snow melt systems that use chlorides. In addition, by using the accumulated heat in the snow melting system during winter, eco-friendly and economical countermeasures technology can increase the economics and efficiency in driver safety and glass management using tunnels and roads.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템의 구성도.
도 2는 도 1의 시스템에 요구되는 각각의 온도센서의 위치를 나타낸 도면.
도 3은 도 1에서 소화수 순환관로측 시스템을 나타낸 구성도.
도 4는 도 1에서 노면 순환관로측 시스템을 나타낸 구성도.
도 5a는 본 발명에 적용되는 노면 집열기의 일 형태를 나타낸 구성도.
도 5b는 본 발명에 적용되는 노면 집열기의 다른 형태를 나타낸 구성도.
도 6a의 (가),(나)는 본 발명에 적용되는 지하 암반 축열장치의 다양한 형태를 나타낸 구성도.
도 6b는 본 발명에 적용되는 지하 암반 축열장치의 지하 암반에 형성된 보어홀 배치구성도.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
1 is a block diagram of a system for preventing the freezing and road surface freezing in winter tunnels using underground rock heat storage in accordance with the present invention.
2 shows the location of each temperature sensor required for the system of FIG.
Figure 3 is a schematic view showing a digestive water circulation pipeline side system in FIG.
4 is a block diagram showing a road circulation line side system in FIG.
Fig. 5A is a configuration diagram showing one embodiment of a road collector which is applied to the present invention.
Figure 5b is a block diagram showing another form of the road surface collector applied to the present invention.
Figure 6a (a), (b) is a configuration diagram showing various forms of underground rock heat storage device applied to the present invention.
Figure 6b is a borehole arrangement configuration formed on the underground rock of the underground rock heat storage device applied to the present invention.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In the following the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the embodiments presented are exemplary for a clear understanding of the present invention is not limited thereto.

도 1에서와 같이 도로의 노면(100)에 노면측 열을 흡수하는 노면 집열기(10)가 설치된다. 노면 집열기(10)는 예를 들면 2가지 형태로 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, a road collector 10 that absorbs road surface side heat is installed on the road surface 100 of the road. The road surface collector 10 may be configured in two forms, for example.

제 1형태의 노면 집열기(10)는 도 5a와 같이 노면(100)의 상면 일정 깊이에 지그재그나 S자 형태로 배관홈(100a)을 형성하고, 배관홈(100a)을 따라 히트 파이프(102)를 배치하고, 히트 파이프(102)와 배관홈(100a)의 사이에 충진재로서 열전도력이 우수한 전도물질이 충진되어져 구성된 것이다. 예로, 충진재는 열전도력이 우수한 벤토나이트계 그라우트, 시멘트계 그라우트 등이 될 수 있다.The road surface collector 10 of the first embodiment forms a pipe groove 100a in a zigzag or S-shape at a predetermined depth of the top surface of the road surface 100 as shown in FIG. 5A, and the heat pipe 102 along the pipe groove 100a. And a conductive material having excellent thermal conductivity as a filler between the heat pipe 102 and the pipe groove 100a. For example, the filler may be bentonite-based grout, cement-based grout, and the like having excellent thermal conductivity.

제 2형태의 노면 집열기(10)는 도 5b와 같이 열전도력이 우수한 물질로 벤토나이트계 그라우트, 시멘트 그라우트 등으로 제작되어 도로 노면의 일부 절단된 위치에 시공되는 노면 집열블록(104)과, 노면 집열블록(104)내에 지그재그나 S자 형태로 포설되어 있는 히트 파이프(102)로 구성될 수 있다.The road surface collector 10 of the second type is a material having excellent thermal conductivity as shown in FIG. 5B, and is made of bentonite-based grout, cement grout, and the like, and is constructed at a partially cut position of the road surface. The block 104 may be composed of a heat pipe 102 arranged in a zigzag or S-shape.

노면 집열기(10)와 관로를 통해 연결되어 지하암반(21)으로 열을 축적하는 지하암반 축열장치(20)가 구비된다. 지하암반 축열장치(20)는 도 6과 같이 지하암반(21)에 소정의 깊이를 갖는 보어 홀(21a)을 다수 형성하고, 보어 홀(21a)에 상기 노면 집열기(10)와 연결된 열방출용 코일(22)과 상기 터널내 소화배관 또는 도로노면측 방열기에 연결된 열흡수용 코일(23)을 내설하고, 보어 홀(21)에 열전도력이 우수한 벤토나이트계 그라우트, 시멘트계 그라우트 등의 충진제(24)와 흑연, 금속분말, 실리카샌드, 골재에서 하나 이상 선택된 첨가재가 혼합 충진되어 구성된 것이다. 열방출용 코일(22)과 열흡수용 코일(23)은 도6a (가)와 같이 직선형으로 구성되거나 (나)와 같이 원형으로 감아진 코일 형태가 될 수 있다.The underground rock heat storage device 20 is connected to the road collector 10 through a pipe line and accumulates heat in the underground rock mass 21. The underground rock heat storage device 20 forms a plurality of bore holes 21a having a predetermined depth in the underground rock mass 21 as shown in FIG. 6, and for heat dissipation connected to the road surface collector 10 in the bore holes 21a. Filler 24 such as bentonite-based grout and cement-based grout having excellent thermal conductivity in the bore hole 21 by internally constructing the coil 22 and the heat absorption coil 23 connected to the fire extinguishing pipe in the tunnel or the road surface side radiator. At least one selected additive from graphite, metal powder, silica sand, aggregate is mixed and filled. The heat dissipation coil 22 and the heat absorption coil 23 may have a straight shape as shown in FIG. 6A (A) or a coil wound in a circular shape as shown in (B).

이때 지하암반 축열장치(20)를 순환하는 순환열매체는 무기계나 석유계 또는 나프탈린, 벤젠, 톨루엔, 페닐에서 택일된 화학계 중 어느 하나가 될 수 있다.In this case, the circulating heat medium circulating the underground rock heat storage device 20 may be any one of an inorganic or petroleum-based chemical system selected from naphthalin, benzene, toluene, and phenyl.

본 실시 예에서 보어홀(21a)은 도 6b와 같이 격자 배열하였으나 이러한 배열 형태에 반드시 한정되는 것은 아니다.In the present embodiment, the bore hole 21a is arranged in a lattice as shown in FIG. 6B, but is not necessarily limited to this arrangement.

지하암반 축열장치(20)와 연결되어 태양으로부터 얻은 에너지를 열로 변환시키는 태양열 집열기(15)가 더 구비될 수 있다. 태양열 집열기(15)는 이미 알려진 비집광형 집열기, 평판형집열기, 진공관식 집열기, 집광형 집열기, CPC( Compound Parabolic Concentrator), PTC (Parabolic Trough Concentrator), Dish type, Heliostat 등이 되거나, 이 분야에서 공지된 임의의 선택된 것이 될 수도 있다.A solar collector 15 connected to the underground rock heat storage device 20 to convert energy from the sun into heat may be further provided. The solar collector 15 may be a known non-condensing collector, a flat plate collector, a vacuum tube collector, a condenser collector, a compound parabolic concentrator (CPC), a parabolic trough concentrator (PTC), a dish type, heliostat, or the like. It may be any selected known.

노면 집열기(10)에서 흡수된 열을 지하암반 축열장치(20)로 이송시키는 축열용 이송수단으로 펌프(P1,P2)가 구비되고, 태양열 집열기(15)에서 흡수된 열을 지하암반 축열장치(20)로 이송시키는 펌프(P3,P4)가 구비된다. 또한 지하암반(21)에 저장된 축열을 터널내 소화배관(30)으로 공급하는 펌프(P7,P8)와, 지하암반(21)에 저장된 축열을 도로노면에 배설된 해빙용 열교환기(40)에 공급하는 펌프(P9,P10)가 구비된다.Pumps P1 and P2 are provided as transfer means for transferring heat absorbed by the road surface collector 10 to the underground rock heat storage device 20, and the heat absorbed by the solar heat collector 15 is transferred to the underground rock heat storage device ( 20, pumps P3 and P4 are provided. In addition, pumps P7 and P8 for supplying the heat storage stored in the underground rock 21 to the fire extinguishing pipe 30 in the tunnel and the heat storage stored in the underground rock 21 in the sea ice heat exchanger 40 disposed on the road surface. Pumps P9 and P10 for supplying are provided.

또한 열매체의 이송수단으로 사용되는 펌프(P1~P10)의 동작을 전기적으로 제어하는 제어부(50)가 구비된다. 제어부(50)는 도 2와 같이 온도센서(S1~S13) 및 밸브(V1~V17)와 전기적으로 연결되어 있다. 여기서 온도센서(S13)는 도로노면의 노면 온도를 측정하고, 온도센서(S12)는 터널내 소화배관의 온도를 측정하고, 온도센서(S11)는 결빙구간의 온도를 측정하고, 온도센서(S6,S5)는 지하암반 축열장치(20)내 열방출용 코일(22)의 입,출구측 온도를 측정하고, 온도센서(S9,S10)은 지하암반 축열장치(20)내 열흡수용 코일(23)의 입,출구측 온도를 갖기 검출한다.In addition, the control unit 50 for electrically controlling the operation of the pump (P1 ~ P10) used as the transfer means of the heat medium is provided. The controller 50 is electrically connected to the temperature sensors S1 to S13 and the valves V1 to V17 as shown in FIG. 2. Here, the temperature sensor (S13) measures the road surface temperature on the road surface, the temperature sensor (S12) measures the temperature of the fire pipe in the tunnel, the temperature sensor (S11) measures the temperature of the freezing section, the temperature sensor (S6) , S5 measures the inlet and outlet temperature of the heat dissipation coil 22 in the underground rock heat storage device 20, and the temperature sensors (S9, S10) are the coils for heat absorption in the underground rock heat storage device (20). It detects having the inlet / outlet temperature of 23).

또한 밸브(V5,V6,V7,V8,V16,V17)는 제어부(50)의 제어 동작에 따라 지하암반 축열장치(20)의 열매체 입,출구관로를 개폐한다.In addition, the valves V5, V6, V7, V8, V16, and V17 open and close the heat medium inlet and outlet pipes of the underground rock heat storage device 20 according to the control operation of the controller 50.

한편, 노면 집열기(10)와 지하암반 축열장치(20)의 사이에 축열탱크(18)가 더 연결될 수 있다. 축열탱크(18)는 태양열 집열기(15)와 지하암반 축열장치(20)의 사이에 설치될 수도 있다.Meanwhile, the heat storage tank 18 may be further connected between the road surface collector 10 and the underground rock heat storage device 20. The heat storage tank 18 may be installed between the solar heat collector 15 and the underground rock heat storage device 20.

이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 설명한다.The operation of the present embodiment thus configured will be described.

<열에너지 축적모드><Heat energy accumulation mode>

도 3과 같이 온도센서(S13)로부터 검출된 온도가 열축적을 위한 온도조건을 만족하는 노면 집열기(10)로부터 열취득이 가능한 경우 제어부(50)에서 밸브(V2,V3)를 개방하고, 펌프(P1,P2)를 가동시킨다. 따라서 노면 집열기(10)에서 획득된 흡열은 도로노면 열취득 순환관로(L1)를 순환하게 된다. 따라서 노면 집열기(10)에서 취득한 열은 도로노면 열취득 순환관로(L1)를 순환하면서 축열탱크(18)에 저장된 후 열교환되어 지하암반 축열장치(20)의 지하 암반(21)에 축적된다. 지하 암반(21)에서는 열방출용 코일(22)를 통해 열교환되어 열이 축적된다.As shown in FIG. 3, when the temperature detected from the temperature sensor S13 is possible to obtain heat from the road surface collector 10 that satisfies the temperature condition for heat accumulation, the controller 50 opens the valves V2 and V3, and the pump Activate (P1, P2). Therefore, the endothermic obtained from the road surface collector 10 is circulated through the road surface heat acquisition circulation pipe (L1). Therefore, the heat acquired from the road surface collector 10 is stored in the heat storage tank 18 while circulating the road surface heat acquisition circulation pipe L1, and is then heat-exchanged and accumulated in the underground rock 21 of the underground rock heat storage device 20. In the underground rock 21, heat is accumulated through heat release coils 22 to accumulate heat.

한편, 태양열 집열기(15)로부터 열취득이 가능한 경우 제어부(50)에서 밸브(V1,V4)를 개방하고, 펌프(P3,P4)를 가동시킨다. 따라서 태양열 열취득 순환관로(L2)를 통해 열매체가 태양열 집열기(15)와 축열탱크(18)를 순환하고, 이로 인해 태양열 집열기(15)로부터 취득한 열이 지하암반 축열장치(20)의 지하 암반(21)에 축적된다.On the other hand, when heat acquisition is possible from the solar heat collector 15, the control unit 50 opens the valves V1 and V4 and operates the pumps P3 and P4. Therefore, the heat medium circulates through the solar heat collecting circulation line L2 and the heat collector 15 and the heat storage tank 18, whereby the heat obtained from the solar heat collector 15 is transferred to the underground rock mass of the underground rock heat storage device 20. Accumulates in 21).

여기서, 노면 집열기(10)나 태양열 집열기(15)로부터 열을 취득하지 못하는 온도 조건이 경우 제어부(50)에 의하여 밸브(V1,V2,V3,V4)와 펌프(P1,P2,P3,P4)를 제어하여 도로노면 열취득 순환관로(L1) 및 태양열 열취득 순환관로(L2)를 순환하는 열매체의 이동을 정지시킬 수 있다.Here, in the case of a temperature condition in which heat cannot be obtained from the road surface collector 10 or the solar collector 15, the controller 50 controls the valves V1, V2, V3, and V4 and the pumps P1, P2, P3, and P4. It is possible to stop the movement of the heat medium circulating the road surface heat acquisition circulation pipe (L1) and solar heat acquisition circulation pipe (L2) by controlling the.

<열에너지의 사용 모드><Use Mode of Heat Energy>

(1) 터널내 소화배관 동파 방지 모드(1) Freeze protection mode for fire-extinguishing pipelines in tunnels

도 3과 같이 온도센서(S12)로부터 터널내 소화수 배관의 동파위험이 예측되는 경우 제어부(50)에서 밸브(V7,V8,V9,V11,V13)를 개방하고, 펌프(P7,P8)를 가동하여 터널내 소화수가 소화수 순환관로(L3)를 통하여 지하암반 축열장치(20)와 열교환 후 순환함으로써 소화배관의 동파를 방지한다.When the freezing hazard of the digestive water pipe in the tunnel is predicted from the temperature sensor S12 as shown in FIG. 3, the valves V7, V8, V9, V11, and V13 are opened in the controller 50, and the pumps P7 and P8 are opened. By operating and circulating the digestive water in the tunnel after heat exchange with the underground rock heat storage device 20 through the digestive water circulation line (L3) to prevent freezing of the digestive pipe.

이같이 소화배관의 동파 방지 가동시에는 화재시 소화수 공급이 이루어지는 밸브(V14,V15,V10)를 잠금한다. 필요시 물탱크(6)로부터 소화수의 공급이 필요한 경우 밸브(V12)를 개방하고 펌프(P11)를 작동하여 공급할 수 있다.In this way, when the freeze protection operation of the fire extinguishing pipe is operated, the valves V14, V15, and V10 through which the extinguishing water is supplied are locked. If necessary, the supply of the digestion water from the water tank (6) can be supplied by opening the valve (V12) and operating the pump (P11).

(2) 노면 결빙 방지 모드(2) road frost prevention mode

도 4와 같이 온도센서(S11)로부터 도로 노면 결빙이 예측될 경우 제어부(50)는 도 1에서 밸브(V16,V17)를 개방하고, 펌프(P9,P10)를 가동하여 노면 순환관로(L4)를 통하여 열매체가 지하암반 축열장치(20)와 열교환 후 순환하여 도로노면의 결빙을 방지한다.When the road road surface freezing is predicted from the temperature sensor S11 as shown in FIG. 4, the controller 50 opens the valves V16 and V17 in FIG. 1 and operates the pumps P9 and P10 to operate the road surface circulation line L4. The heat medium circulates after heat exchange with the underground rock heat storage device 20 to prevent freezing of the road surface.

시스템의 특성에 따라 태양열 집열기(15)와 노면 순환관로(L4)의 열교환시스템을 구성하는 경우 주간에 태양열 집열기(15)로부터 취득한 열을 도로노면에 배설된 해빙용 열교환기(40)를 순환하여 도로노면의 결빙을 방지할 수 있다.In the case of configuring a heat exchange system of the solar collector 15 and the road circulation line L4 according to the characteristics of the system, the sea ice heat exchanger 40 circulates the heat obtained from the solar collector 15 on the road surface during the day. Freezing of the road surface can be prevented.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art in light of the above teachings. will be. The invention is not limited by the invention as such variations and modifications but only by the claims appended hereto.

10: 노면 집열기
15: 태양열 집열기
18: 축열탱크
20: 지하암반 축열장치
30: 소화배관
40: 해빙용 열교환기
50: 제어부10: road collector
15: solid color
18: heat storage tank
20: underground rock storage device
30: digestive tract
40: thawing heat exchanger
50: control unit

Claims (8)

도로의 노면에 설치되어 노면측 열을 흡수하는 노면 집열기(10)와;
상기 노면 집열기(10)와 관로를 통해 연결되어 지하암반(21)으로 열을 축적하는 지하암반 축열장치(20)와;
상기 노면 집열기(10)에서 흡수된 열을 지하암반 축열장치(20)로 이송시키는 축열용 이송수단과;
상기 지하암반(21)에 저장된 축열을 터널내 소화배관(30) 또는 도로노면에 배설된 해빙용 열교환기(40)에 공급하는 방열용 이송수단과;
상기 축열용 이송수단과 방열용 이송수단의 동작을 전기적으로 제어하는 제어부(50)와;
상기 제어부(50)와 전기적으로 연결되어 도로노면의 온도, 터널내 소화배관의 온도, 결빙구간의 온도 및 지하암반 축열장치내 열방출용 코일과 열흡수용 코일의 각기 의 입,출구측 온도를 갖기 검출하는 온도 검출 수단; 및
상기 제어부(50)의 제어 동작에 따라 지하암반 축열장치(20)의 열매체 입,출구관로를 개폐하는 밸브수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.A road collector 10 installed on a road surface of the road to absorb heat on the road side;
An underground rock storage device 20 connected to the road collector 10 through a pipeline to accumulate heat to the underground rock mass 21;
Heat storage transfer means for transferring the heat absorbed by the road surface collector 10 to the underground rock heat storage device 20;
Heat dissipation transfer means for supplying heat storage stored in the underground rock mass 21 to a fire-extinguishing heat exchanger 40 disposed in a fire extinguishing pipe 30 or a road surface in a tunnel;
A controller 50 for electrically controlling the operations of the heat storage transfer means and the heat dissipation transfer means;
Electrically connected to the control unit 50, the temperature of the road surface, the temperature of the fire pipes in the tunnel, the temperature of the freezing section and the temperature of the inlet and outlet sides of the heat-discharge coil and the heat absorption coil in the underground rock heat storage device. Temperature detecting means for detecting having; And
Winter fire extinguishing pipes and road surface in the tunnel using the underground rock heat storage, characterized in that it comprises a valve means for opening and closing the heat medium inlet, outlet pipe path of the underground rock heat storage device 20 according to the control operation of the control unit 50 Frost protection system. 제 1항에 있어서,
상기 지하암반 축열장치(20)는,
지하암반(21)에 소정의 깊이를 갖는 보어 홀(21a)을 다수 형성하고, 보어 홀(21a)에 상기 노면 집열기(10)와 연결된 열방출용 코일(22)과 상기 터널내 소화배관 또는 도로노면측 방열기에 연결된 열흡수용 코일(23)을 내설하고, 보어 홀(21)에 열전도력이 우수한 벤토나이트계 그라우트, 시멘트계 그라우트 등의 충진제와 흑연, 금속분말, 실리카샌드, 골재에서 하나 이상 선택된 첨가재가 혼합 충진되어 구성된 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 1,
The underground rock heat storage device 20,
Forming a plurality of bore holes (21a) having a predetermined depth in the underground rock (21), the heat-discharge coils 22 and the fire-extinguishing pipes or roads connected to the road collector 10 in the bore holes (21a) An additive selected from graphite, metal powder, silica sand, and aggregate, and a filler such as bentonite-based grout and cement-based grout having excellent thermal conductivity in the bore hole 21 by incorporating a heat absorption coil 23 connected to the road surface radiator. In-tunnel fire extinguishing pipeline freezing and road surface freezing prevention system using underground rock mass heat storage characterized in that the mixed filling. 제 1항에 있어서,
노면 집열기(10)와 지하암반 축열장치(20)의 사이에 축열탱크(18)가 더 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 1,
Winter storage pipes and road surface freezing prevention system in the tunnel using underground rock heat storage, characterized in that the heat storage tank (18) is further connected between the road surface collector 10 and the underground rock heat storage device (20). 제 1항에 있어서,
상기 지하암반 축열장치(20)와 연결되어 태양으로부터 얻은 에너지를 열로 변환시키는 태양열 집열기(15)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 1,
In-tunnel fire extinguishing pipes in the tunnel using underground rock heat storage, characterized in that it further comprises a solar collector (15) connected to the underground rock heat storage device (20) to convert the energy obtained from the sun into heat. 제 4항에 있어서,
태양열 집열기(15)와 지하암반 축열장치(20)의 사이에 축열탱크(18)가 더 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 4, wherein
Winter heat pipes and road surface freezing prevention system in the tunnel using underground rock heat storage, characterized in that the heat storage tank 18 is further connected between the solar collector (15) and the underground rock heat storage device (20). 제 1항에 있어서,
노면 집열기(10)는 노면(100)의 상면 일정 깊이에 지그재그 형태로 배관홈(100a)을 형성하고, 상기 배관홈(100a)을 따라 히트 파이프(102)를 배치하고, 히트 파이프(102)와 배관홈(100a)의 사이에 열전도력이 우수한 전도물질이 충진되어져 구성된 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 1,
The road collector 10 forms a pipe groove 100a in a zigzag shape at a predetermined depth of the top surface of the road surface 100, arranges the heat pipe 102 along the pipe groove 100a, and the heat pipe 102 and the heat pipe 102. The system of winter fire extinguishing pipes in the tunnel using underground rock heat storage, characterized in that the conductive material is filled with excellent heat conduction between the pipe grooves (100a) and the road surface freezing prevention system. 제 1항에 있어서,
노면 집열기(10)는,
열전도력이 우수한 물질인 벤토나이트계 그라우트, 시멘트 그라우트 등으로 제작되어 도로 노면의 일부 절단된 위치에 시공되는 노면 집열블록(104)과;
상기 노면 집열블록(104)내에 지그재그 형태로 포설되어 있는 히트 파이프(102)로 구성된 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 1,
The road collector 10,
A road surface heat collecting block 104 made of bentonite-based grout, cement grout, or the like, which is excellent in thermal conductivity and is constructed at a part of the road surface;
In-tunnel fire extinguishing pipe freezing and road surface freezing prevention system using the underground rock heat storage, characterized in that consisting of a heat pipe (102) installed in a zigzag form in the road surface heat collecting block (104). 제 1항에 있어서,
지하암반 축열장치(20)를 순환하는 순환열매체는 무기계나 석유계 또는 나프탈린, 벤젠, 톨루엔, 페닐에서 택일된 화학계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지하암반축열을 이용한 터널내 동계 소화배관 동파 및 도로노면 결빙 방지시스템.The method of claim 1,
The circulating heat medium circulating in the underground rock heat storage device 20 is either an inorganic or petroleum-based or a chemical system selected from naphthalin, benzene, toluene, and phenyl. Road surface frost prevention system.
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