KR200256766Y1 - 철도레일 전철기의 융설장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 강설이나 결빙에 의해 철도레일 전철기의 오동작을 방지할 수 있도록 대기온도가 기준온도이하로 될 때 히터를 작동시키되,

대기온도가 기준온도 이하가 되면 히터를 작동시켜 레일을 예열하여 1차 설정 온도로 유지시켜주는 예열단계;

예열단계에서 강설이 시작되면 설정 시간 내에 레일을 급속가열하여 2차 설정 온도로 유지시켜주는 급속 가열단계;

급속 가열단계에서 급속 가열된 레일의 온도를 2차 설정 온도로 계속하여 유지시켜주는 해빙단계; 및

해빙이 완료되면 대기온도가 기준온도 이상이 될때까지 레일을 1차 설정 온도로 유지시켜주는 예열단계를 포함하여 이를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 철도레일 전철기의 융설장치이다.

본 고안은 강설시 레일의 급속 가열이 가능하도록 대기온도가 기준온도 이하가 되면 예열 단계를 미리 수행토록 하고, 강설시 급속 가열까지의 시간이 설정시간(예를들면 20초) 이내로 가능토록 하므로서 전철기가 강설이나 결빙에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

철도레일 전철기의 융설장치{Thawing equipment of snow on railway changer}

본 고안은 철도레일 전철기(轉轍機)의 융설장치에 관한 것으로, 철도레일의 전철기가 강설이나 결빙에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있도록 레일의 예열과 급속가열 및 해빙을 대기온도 조건에 따라 순차적으로 수행하면서 융설하는 철도레일 전철기의 융설장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도레일 전철기는 철도레일의 선로를 바꾸는 것으로 일정 간격을 두고 분리 및 결합되어 레일의 진행방향을 바꾸도록 기능한다. 이는 기차가 레일 위를 운행하는 것이어서 레일의 방향을 바꾸어야만 노선을 바꿀 수 있기 때문이다.

그런데, 동절기가 되면 노선을 바꾸는 전철기(line changer)가 강설이나 결빙에 의해 동결되는 경우가 발생하게 되어 전철기의 오동작이 발생하는 경우에는 철도의 노선변경에 많은 어려움을 겪게 될뿐만 아니라, 기차의 탈선등의 안전사고의 우려도 있었던 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 강설이나 결빙등에 의한 동결을 방지토록 온수식, 온풍식, 온유순환방식, 부동액순환 방식등의 융설방법들이 사용되고 있으나, 온수식은 펌프 가열기 등이 고장이 났을 때 온수배관이 물의 동결 팽창으로 파손되는 염려가 있고, 동절기에는 주야 구분 없이 그리고, 온도의 고저에도 불구하고 온수를 공급할 필요가 있으므로 열손실등의 경제적인 측면에서 좋은 방법이 아니다.

다음에 온풍식은 온수식의 결점은 없으나 단위 체적당의 함열량이 온수와 비교하여 현저히 작기 때문에 동일 가열량에 대해서 대량의 풍량을 필요로 할 뿐만 아니라, 원거리 까지 온풍을 도달시키는 것은 불가능하고 균일 가열을 위한 유효거리는 기껏 10미터 이하이다.

다음에 온유 또는 부동액 순환 방식에서는 그 순환 계통의 파손으로 레일 부근에 기름 또는 부동액이 유출되어 공해를 발생하는 결점이 있다.

따라서, 최근에는 전기가열 방식을 사용하고 있는데, 철도레일 전철기를 이루는 레일 등에 히터를 설치하여 대기온도가 설정 온도 이하로 되면 히터가 작동토록 하여 전철기의 작동이 동절기에도 무리 없이 작동 가능토록 하고 있으나, 이는 설정온도를 평균값으로 설정하여 놓으므로서 설정온도에서 히터가 작동하고, 대기온도가 설정온도 이하가 될 때 까지 계속하여 히터작동을 하므로서 전력소비가 많은 단점이 있다.

즉, 이러한 방식은 설정된 평균값에 의한 온도를 기준으로 그 이하로 되면 히터를 작동시키는 것이어서 눈이 오거나 바람이 불거나 하는 바와 같이, 열전도의 오차 요인이 발생할 경우 히터 작동에 오차가 생겨 부분적 동결 등으로 인하여 전철기의 작동 오류가 생기는 요인이 된다.

그리고, 히터를 가열하는데 레일 자체의 열전도율과 외기의 상태에 따른 열전도율이 상이하여 온도를 유지하기 어려우므로 오작동이 발생하는 요인이 된다.

본 고안은 이를 해소코자 하는 것으로, 본 고안의 목적은 대기의 온도가 저하되면 예열을 하고, 이 상태에서 강설이 내리면 급속 가열을 가능토록 하여 전철기의 환경변화에 민감하게 반응할 수 있도록 하는 철도레일 전철기의 융설장치를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본 고안은 대기온도가 기준온도 이하가 되면 예열하고, 강설이 오면 급속 가열을 하고, 해빙을 위하여 가열 온도를 유지하며, 해빙이 완료되면 다시 예열 상태를 유지토록 하는 단계를 수행하도록 한다.

도 1 은 본 고안에 사용하는 융설시스템의 일실시예를 나타낸 구성도,

도 2 는 본 고안의 융설단계를 나타낸 플로우차트.

도 3 은 본 고안의 융설시스템을 나타낸 개념도.

도 4 는 본 고안에 사용되는 융설시스템의 다른 실시예를 나타내는 구성도.

도 5 는 본 고안에 사용되는 융설시스템의 다른 실시예를 나타내는 구성도.

도 6 은 본 고안에 사용되는 융설시스템의 다른 실시예를 나타내는 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1;철도레일 2;전철레일

3;강판 4;이동봉

5;궤도 전철기 6;히터

7, 8, 9 ; 센서 10;제어함

11;제어부 12;전원부

즉, 본 고안은 강설이나 결빙에 의해 철도레일 전철기의 오동작을 방지할 수 있도록 대기온도가 기준온도이하로 될 때 히터를 작동시키되,

대기온도가 기준온도 이하가 되면 히터를 작동시켜 레일을 예열하여 1차 설정 온도로 유지시켜주는 예열단계;

예열단계에서 강설이 시작되면 설정 시간 내에 레일을 급속가열하여 2차 설정 온도로 유지시켜주는 급속 가열단계;

급속 가열단계에서 급속 가열된 레일의 온도를 2차 설정 온도로 계속하여 유지시켜주는 해빙단계; 및

해빙이 완료되면 대기온도가 기준온도 이상이 될때까지 레일을 1차 설정 온도로 유지시켜주는 예열단계를 포함하여 이를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로하는 철도레일 전철기의 융설장치를 제공하려는 것이다.

이하 본 고안의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 고안에 사용되는 융설시스템은 도 1 과 같은 구성을 예시할 수 있는 바, 철도레일(1)의 전철 개소(rail point)에 전철레일(2)을 설치하고, 전철레일(2)은 강판(3)위에 지지되어 이동봉(4)으로 이동 가능토록 결합되며, 이동봉(4)은 궤도전철기(5)의 작동에 따라 철도레일(1)의 폭 방향으로 이동 가능토록 이루어진다.

이 경우 철도레일(1)과 전철레일(2) 및 강판(3)의 동결을 예방토록 히터(6)를 각각 설치한다. 그리고, 철도레일(1)에 레일의 온도를 인식 가능토록 레일온도 감시센서(7)를 설치하고, 궤도전철기(5) 주변에 강설 및 강우를 감지하는 강설강우 감시센서(8)를 설치하며, 대기의 온도를 감지하는 대기온도 검출센서(9)를 포함하도록 구성한다. 상기 각 센서(7,8,9)들은 제어함(10)에 포함된 제어부(11)로 인가되어 각 센서(7,8,9)의 변동을 인식토록 하고, 상기 철도레일(1)과 전철레일(2) 및 강판(3)에 설치된 히터(6)들은 전원 공급을 제어하는 전원부(12)에 의하여 제어되도록 구성하고, 전원부(12)는 제어부(11)에 의하여 제어되도록 구성한다. 제어함(10)은 제어부(11)와 전원부(12)로 구분한다.

그리고, 도 4 내지 도 6은 철도레일(1)과 전철레일(2)이 설치된 강판(3)에 설치되는 히터(6)의 설치방식에 따른 각기 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.

도 2 는 본 고안의 융설단계를 나타낸 플로우차트로서 대기온도가 기준온도 이하가 되면 히터를 작동시켜 레일을 예열하여 1차 설정 온도로 유지시켜 주는 예열단계(S10);

예열단계에서 강설이 시작되면 설정 시간 내에 레일을 급속 가열하는 급속 2차 설정온도로 유지시켜주는 가열단계(S20);

급속 가열단계에서 급속 가열된 레일의 온도를 2차 설정 온도로 계속하여 유지시켜주는 해빙단계(S30); 및

해빙이 완료되면 대기온도가 기준온도 이상이 될 때까지 레일을 1차 설정온도로 유지시켜 주는 예열단계(S40)를 포함하여 이를 순차적으로 수행한다.

상기 예열단계(S10)는 대기온도가 기준온도(예를 들어 섭씨 5℃)이하로 떨어질 때 까지 확인하고(S11), 기준온도 이하로 되면 예열용 히터를 작동시켜 레일을 예열하여 1차 설정온도(예를 들면 섭씨 15℃)를 유지 시킨다(S12).

상기 급속 가열단계(S20)는 예열단계(S10)중에 날씨가 차가와지면서 강설이 오는 지를 센서를 통하여 확인한다(S21).

그리고, 강설을 확인하면 급속 가열 상태로 전환하고(S22), 레일을 급속 가열하여 2차 설정온도가 될 때까지 가열한다(S23).

상기 급속 가열단계(S20)에 이어 2 차 설정 온도를 유지하여 해빙 상태를 지속토록 하고(S31), 도중에 강설이 내리는지를 확인하여 강설이면 여전히 상기 단계(S31)를 수행토록 하고, 강설이 아니면 해빙이 완료되었는지를 확인한다(S32).

이러한 본 고안은 시스템 개념도인 도 3에 나타낸 바와 같이, 예열단계(S10), 급속 가열단계(S20), 해빙단계(S30), 예열단계(S40)를 수행토록 이루어진다.

본 고안에서 정하는 기준온도(5℃)는 약 1℃ 정도의 편차를 두고 설정하는것이 좋으며, 이렇게 기준온도를 5℃로 정한 것은 철도는 대기의 온도 변화가 심한 산간이나 사람의 흔적이 뜸한 평야 지대 등에 설치되므로 겨울이 되어 기온이 급강하 하며, 또한 체감온도는 그 이하로 되는 경우가 많아(이는 온도의 측정을 지상 1미터에서 한다 할 때 지표면과의 온도차를 무시할 수 없고, 철도는 지표면에 설치되기 때문이다) 순간적인 온도 강하로 결빙 온도가 되는 한계를 5℃로 산정한 것이다.

따라서, 본 고안은 순간적인 온도 강하로 전철기가 결빙되는 경우를 예방코자 전력 소모가 적은 예열 방식을 취하여 철도레일(1)과 전철레일(2)을 가열토록 한 것이다.

물론, 가열의 원리 자체는 종래의 원리를 그대로 이용하는 것이기에 이에 대한 설명은 생략한다.

본 고안은 이러한 원리로 기준 온도를 5℃(오차 포함4-6℃)로 산정하고, 대기온도가 기준온도(5℃)보다 낮아지는지를 대기온도 검출센서(9)를 통하여 제어부(11)에서 판단하고(S11), 낮은 것으로 판단되면 예열단계를 수행토록 하여 히터(6)에 전기를 공급하여 가열함으로써 레일온도 감시센서(7)를 통하여 레일(1)의 온도가 1 차 설정온도(섭씨 15℃)가 될 때까지 가열토록 하여(S12) 예열단계(S10)를 수행토록 한다.

이때, 1차 설정온도를 15℃로 한 것은 물론 2℃의 편차를 감안(13-17℃)하여야 하는 바, 이는 전철기가 설치되는 지역적 외기의 특성을 감안하여 조정 가능토록 하려는 것이다. 이는 갑작스런 폭설로 부분적인 동결을 막을 수 있는 온도를 유지하고 열전도율 등을 고려하여 급속 동결(20초 이내) 효과를 얻을 수 있는 온도를 산출한 것이다.

물론, 전철기의 크기나 길이가 지역에 따라, 또는 위치에 따라 일정할 수는 없는 것이어서 1차 설정온도의 기준은 조정 가능토록 하는 것이 좋다.

이 경우 예열 중에 급속 가열되므로 급속 가열 완료시간이 짧고(20초 이내), 이는 그 만큼 동결의 경우를 줄여준다.

이와 같이 예열단계(S10)로 대기온도의 변화에 능동적으로 대기하다가 강설이 내리면 레일에 설치한 강설강우 감지센서(8)의 작동으로 제어부(11)에서 이를 인식하고(S21), 히터(6)에 공급하는 전원을 증가시켜 급속가열하고(S22), 2차 설정온도(25℃)에 이를 때까지 가열하여(S23) 급속 가열단계(S20)를 수행한다.

급속 가열 온도를 25℃로 하는 것은 강설로 인하여 주변의 냉기가 수차 전해질 때 냉각으로 인하여 전철기 부분이 동결되는 것을 막을 수 있는 온도를 시험한 결과 편차를 고려하여 20-30℃로 하는 것이 동결을 방지하는데 가장 효율적인 효과를 제공함을 알고 가장 적절한 조건인 25℃로 설정하였다.

이 경우 강설이 지속되면(S32) 이를 강설 강우 감시센서(8)를 통하여 인식하고 지속적으로 해빙단계(S30)를 수행토록 2차 설정온도(25℃)를 유지 가능하게 제어부(11)는 히터(6)를 가열시키도록 지령한다(S31).

그리고, 강설이 그치면 강설강우 감시센서(8)를 통한 감지 신호를 제어부(11)가 인식하며, 대기온도 검출센서(9)의 입력 신호를 참조하여 대기온도가 5℃ 이하이면 예열단계로 복귀하도록 하여 1차 설정온도를 이루도록 한다(S40).

그리고, 대기온도가 여전히 기준온도(15℃) 이하 인지를 판단하는 예열단계(S10)를 수행토록 한다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같이 본 고안은 강설이나 결빙에 의해 발생할 수 있는 철도레일 전철기의 오동작을 방지할 수 있도록 하며, 특히 강설시 급속 가열이 가능하도록 설정온도 이하가 되면, 예열 단계를 미리 수행토록 하여 강설시 급속 가열까지의 시간이 20초 이내로 가능토록 하여 순간적인 동결을 막을 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 급속 가열 후에도 강설이 지속될 때는 급속 가열시의 조건을 유지토록 하는 해빙단계를 수행토록 하여 강설로 인한 결빙을 막을 수 있어 안전사고를 예방한다.

또한, 본 고안은 급속 가열이 가능토록 온도가 내려가면 적은 전력으로 예비 가열하므로서 항상 필요시 급속 가열하는 방식에 비하여 전력소모가 적어 에너지 절약에 기여한다.

Claims (1)

1. 철도레일(1)의 전철 개소에 전철레일(2)을 설치하고, 전철레일(2)은 강판(3)위에 지지되어 이동봉(4)으로 이동 가능토록 결합되며, 이동봉(4)은 궤도전철기(5)의 작동에 따라 철도레일(1)의 폭 방향으로 이동 가능토록 이루어지고, 철도레일(1)과 전철레일(2) 및 강판(3)의 동결을 예방토록 히터(6)를 각각 설치하였으며, 철도레일(1)의 온도를 감지하는 레일온도 감시센서(7)와, 전철기(5) 주변의 강설 및 강우를 감지하는 강설강우 감시센서(8) 및 대기온도를 감지하는 대기온도 검출센서(9)를 각각 설치하고, 상기 각 센서(7,8,9)들은 제어함(10)에 포함된 제어부(11)로 인가되어 각 센서(7,8,9)의 변동을 인식토록 하였으며, 상기 히터(6)들은 전원 공급을 제어하는 전원부(12)에 의하여 제어되도록 구성하고, 전원부(12)는 제어부(11)에 의하여 제어되도록 구성된 것을 특징으로 하는 철도레일 전철기의 융설장치.