▲ 출처=국토교통부  © 특허뉴스

 

 

지난달 30일 수서-동탄을 잇는 수도권 광역급행철도 GTX-A 노선의 개통으로 출퇴근 시간의 혁명이 기대되고 있다. 본격적인 GTX 시대의 개막과 함께 GTX를 포함한 철도와 관련된 특허기술을 알아본다.

 

GTX는 수도권 주요 지점을 연결하는 광역급행철도로 가장 먼저 개통되는 A노선부터 F노선까지 연결될 예정이다. GTX는 서울을 비롯한 수도권과 강원도, 충청도 등 서울을 중심으로 인접 지역간의 교통 격차를 해소하고 빠르고 편리한 교통 생활을 누리기 위한 대대적인 국가 철도 교통 사업이다.

 

지난 3월 30일 수서와 동탄을 잇는 GTX-A 노선은 동탄역에서 수서역까지 약35km를 연결한다. 평소 이 거리는 버스로 90분, 자동차로 70분정도 소요되는 중장거리지만 GTX는 약 20분만에 주파할 수 있어 교통의 혁명이라는 말이 나온다.

 

▲ GTX-A 노선(출처=국토교통부)  © 특허뉴스

정부에 따르면, 수선-동탄 노선이 속한 GTX-A를 시작으로 B, C 등 차례로 각 노선 착공에 착수할 예정으로 GTX 지도가 완성되면 더욱 빠르고 편리한 메트로 라이프가 실현될 수 있다.

 

▲ 출처=국토국통부  © 특허뉴스

GTX 운행 위한 필수기술... 굴착 특허기술은

 

철도는 기본적으로 지하 선로를 이용해 운용되는 만큼 굴착이 가장 중요하다. 모든 지역의 지반, 암반의 조건이 동일하지 않아 각 조건에 알맞은 굴착이 이뤄줘야 한다. 보통 터널의 암반굴착 방법은 크게 발파굴착과 기계굴착으로 구분된다. 하지만 최근에는 안전성과 환경성을 이유로 주로 기계굴착을 활용하는데 암반이 두터운 조건에서는 기계굴착의 능률이 저하된다.

 

▲ 암반 취약화가 선행된 기계굴착을 포함하는 터널굴착방법(출처=윈텔립스, 10-2442233 B1)  © 특허뉴스

 

 

현대건설은 이를 해결하고자 암반 취약화가 선행된 기계굴착을 포함하는 터널굴착방법을 개발했다. 이 기술은 기계와 발파 공법을 혼합 사용한 기술로 두터운 암반의 막장면이 약해질 정도로만 발파를 일으키고, 그 이후 공사 단계부터는 기계 굴삭을 이용해 안정성과 효율을 상승시키는 기술이다.

 

발파굴착의 소음을 저감하기 위한 기술도 적용됐다. 한국철도기술연구원이 개발한 이 기술은 발파굴착 시 철도 터널과 연결된 갱 풍도의 출구에 배치되는 폭발음 저감 소음기, 저감 방법에 대한 기술이다.

 

▲ 철도 터널과 연결된 갱 풍도의 출구에 배치되는 폭발음 저감 소음기 및 소음 저감 방법(출처=윈텔립스, 10-2542083 B1)  © 특허뉴스

 

 

이 소음기는 공사시 뿐 아니라 완공 후 GTX를 비롯한 고속철도가 초고속 운행을 할 경우에 수직갱에서 발생할 수 있는 요란한 소음과 소닉붐도 저감하는 영구적인 장치이다.

 

GTX에 적용된 열차기술도 주목할 만하다. 선로만큼 중요한 승객들을 실어 나르는 열차와 관련된 특허기술이다.

GTX는 최고 속도 180km로 달리는 초고속 열차인만큼 다양한 최첨단 기술들이 집약된 산물이다. 그렇다면 GTX 열차에는 어떤 특허기술들이 탑재 됐을까?

 

GTX-A 열차는 현대로템에서 개발한 열차들이 주로 사용된다. 현대로템은 GTX에 전기차에서 흔히 볼 수 있는 회생전력 저장 시스템을 적용했다. 이 기술은 전동차가 멈출 때까지 전기제동을 유지하여 회생제동 구간을 늘려 소비전력을 절약할 수 있고 제동패드의 사용률을 감소시켜 마찰소음 감소와 미세먼지 저감효과를 얻을 수 있다.

 

▲ 소비전력 개선을 위한 전동차용 회생전력 저장시스템(출처=윈텔립스, 10-2512649 B1)  © 특허뉴스

 

 

또한 소비전력 절감으로 연간 이산화탄소 배출량 약 407t을 저감해 연간 6만 그루 이상의 소나무를 심는 효과와 동일한 수준의 친환경 효율도 높였다.

 

현대로템은 GTX 열차의 안전을 위한 특허기술도 개발했다.

무엇보다 철도는 선로 탈선이 가장 위험하다. 자동차와 달리 정해진 선로를 달리지만 작년 열차 탈선사고가 15건에 이를 정도로 철도 탈선 사고가 종종 발생한다. 특히 큰 탈선 사고가 아닌 이상 열차가 탈선되면 보통 운행사가 이를 인지하지 못한 채로 주행하여 큰 사고로 이어질 수 있다.

 

이를 방지하고자 개발된 이 장치는 자갈을 포함한 각종 이물질에 의한 오작동을 낮추고 정확한 철도차량의 탈선과 신속한 사후조치까지 취할 수 있는 탈선 감지장치이다.

 

▲ 철도차량의 탈선 감지장치(출처=윈텔립스, 10-2016-0158012)  © 특허뉴스

 

 

이 장치는 하부 샤프트에 연결된 펀치블록이 작동되어 감지선을 절단함에 따라 열차의 탈선을 정확하게 알려주어 빠르고 안정적으로 후속 조치 시행을 지원한다.

 

눈에 띄는 철도 특허기술도 있다.

능동형 주행, 조향 기술은 이제 철도에도 적용되는 기술이다. 이 특허는 바퀴와 축의 조향각을 실시간으로 감지하여 조절할 수 있는 능동 조향 제어 시스템이다. 철도차량이 주행하는 곡선구간의 곡률반경뿐만 아니라 조향각을 실시간으로 확인할 수 있어 주행의 안전과 편의성을 더욱 높인다.

 

▲ 능동 조향 제어 시스템이 구비된 철도 차량(출처=윈텔립스, 10-2407954 B1)  © 특허뉴스

 

 

2층 버스가 아닌 2층 고속열차 특허기술도 있다. 이미 스페인과 프랑스, 일본에서는 실제 운행 중이지만 우리나라에서는 아직 시도된 적이 없다.

 

한국철도기술연구원이 2016년 출원한 이층 고속열차 특허기술이다. 이 열차는 구조최적화를 통해 승객 수송능력과 편의성을 극대화 할 수 있는 열차로, 1층과 2층을 계단으로 연결하는 구조를 갖고 있다. 상용화까지는 많은 과정이 필요하겠지만 실제로 개발된다면 더욱 많은 이용객을 싣고 이동할 수 있을 것으로 기대된다.

 

▲ 이층 고속열차(출처=윈텔립스, 10-1595776 B1)  © 특허뉴스

 

 

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