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전기학회-본지 공동기획_전기기술 미래를 보다(10)차세대 초고속 수송시스템을 위한 전기기술
튜브(Tube) 타고 지구를 여행하는 시대가 펼쳐진다
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배진용 (현 창성특허 변리사/공학박사)
1999년 3월부터 2003년 8월까지 미국에서 방송된 인기 만화영화인 ‘퓨처라마(Futurama)’라는 이름을 만화에 관심이 많은 분들은 한 번은 보았을 것이다. 미국 뉴욕(New York)에 살고 있는 피자 배달부인 필립 프라이(Philip J. Fly)라는 사람이 2000년 1월 1일에 사고로 냉동돼서 1000년 뒤에 깨어난 후에 사건을 다루는 만화로 인간이 튜브(Tube)를 타고 이동하는 모습을 방송한 만화영화이다.
이 만화영화 속의 이야기가 조만간 현실이 될 것으로 보인다.

미국에서 테슬라(TESLA) 전기자동차를 만드는 일론 머스크(Elon Reeve Musk) 회장은 2013년부터 하이퍼루프(HYPERLOOP)사를 만들어 본격적으로 튜브(Tube) 속에서 시속 1200km로 이동하는 기술에 대해 현실화하기 미국에서 로스앤젤레스(Los Angeles) - 샌프란시스코(San Francisco) 노선은 560km 거리를 30분에 도착할 수 있는 노선을 건설 중에 있다. 미국 전체적으로는 총 11개의 노선을 검토하고 있으며, 이 중에서 미국 대륙을 횡단하는 뉴욕(New York)-로스앤젤레스(Los Angeles)를 45분에 도착할 수 있는 노선을 포함해 2~3개 노선에 대해 하이퍼루프(HYPERLOOP)사는 실제 건설을 고려하고 있다.

현재 미국 이외에 하이퍼루프(HYPERLOOP)를 강력하게 도입하려는 나라는 아랍에미리트(UAE)와 인도네시아(Indonesia)가 있다. 아랍에미리트(UAE)는 두바이(Dubia)-아부다비(Abu Dhabi) 노선은 150km 거리를 12분에 도착할 수 있는 노선을 계획 중이며, 인도네시아(Indonesia)는 자카르타(Jakarta)-욕야카르타(Yogyakarta) 노선은 520km 거리를 25분에 도착할 수 있는 노선을 계획 중이다.

진공튜브 속에서 이동하는 하이퍼루프(HYPERLOOP)와 관련된 세계 최초의 특허는 이미 1945년도에 US2511979호[출원일 : 1945년 5월 21일/ 등록일 : 1950년 6월 20일/발명자 : Robert H. Goddard]로 제안됐다. 1945년도에 US2511979호로 제안된 진공 튜브에서 이동하는 수송시스템 발명은 좋은 아이디어(Idea)이지만, 그것을 우리의 눈앞에서 완성시키는 데 약 60년 이상의 시간이 소요됐고, 이 기술이 현실화되기 위해 첫째, 리니어(Linear) 전동기와 둘째, 전동기 제어 장치인 인버터의 두 가지 기술이 비약적으로 발전했기 때문으로 평가되고 있다.

2017년 8월 2일.
하이퍼루프사는 미국 네바다(Nevada)주에서는 길이 8.5m의 하이퍼루프 원(One)을 진공터널에 넣어 테스트가 진행됐으며, 536m 길이의 진공터널에서 최고속도 386km의 속도까지 가속하며 정지하는 실험을 하고 있으며, 수많은 기술적인 난제(難題)를 해결하기 위해서 지속적으로 연구하고 있다.

하이퍼루프사는 2016년 1월부터 본격적으로 특허의 출원을 시작해 2018년 3월까지 미국에 총 35건을 출원했으며, 이 중에서 10건의 특허를 등록한 것으로 조사됐다.

세부적인 기술로 보면, (1)하이퍼루프 기본개념 특허 : 8건(22.86%), (2)하이퍼루프 튜브[Tube] 관련기술 특허 : 9건(25.71%), (3)리니어 모터 및 제어 시스템 특허 : 7건(20.00%), (4)하이퍼루프 감속기 및 브레이크 특허 : 3건(8.57%), (5)하이퍼루프 게이트 밸브(에어 차단기) 특허 : 2건(5.72%) 및 기타기술 특허 : 6건(17.14%)을 제시한 바 있다.

하이퍼루프 기본개념 특허는 미국에서 US9511959호, US9517901호로 등록됐으며, 현재 한국의 공개특허공보 KR10-2017-0125340호로 특허출원이 진행되고 있다. 이러한 하이퍼루프 기본개념 특허는 진공(眞空)의 튜브(Tube) 속에서 열차인 하이퍼루프 캡슐(Capsule)을 부양시키기 위해 "―"자, 2개의 "<" 및 ">"의 V형상 및 "U"의 U형상의 하이퍼루프 트랙(Track)과 공기 베어링(Air Bearing) 방식을 특허의 권리로 청구했다.

하이퍼루프사는 미국 공개특허 US2017-0334312호를 통해 하이퍼루프 정거장(Station) 및 캡슐(Capsule)의 주요 구조에 대해 제안했으며, 열차인 캡슐(Capsule)은 총 30석의 좌석 및 화장실 등이 배치돼 있으며, 컴퓨터에 의해서 자율주행이 가능한 초고속 운송 시스템을 제안했다.
하이퍼루프사의 특허를 분석하면, US2016-0230915호, US2017-0254456호 등에서는 튜브(Tube)의 안정화 기술에 대해 집중적으로 연구했음을 확인할 수 있다.

하이퍼루프 튜브(Tube)가 열차인 캡슐(Capsule)의 이동으로 생기는 물리적인 진동으로 인한 팽창 및 수축과 온도에 따른 팽창 및 수축을 방지하기 위해 튜브(Tube)의 중간에 확장 조인트(Expansion Joint) 및 수직형 댐퍼(Vertical Damper)를 통해 상하좌우(上下左右) 방향으로 안정성을 확보하는 방법을 집중적으로 연구하고 있다.

또한, 하이퍼루프사는 예상치 못한 튜브(Tube)의 손상을 자기 치료(Self Healing)하는 기술을 미국 공개특허 US2018-0009180호 제안했다. 제안된 하이퍼루프 튜브(Tube)의 자기 치료(Self Healing) 기술은 내부 튜브와 외부 튜브 사이에 복수의 격벽(隔璧)을 배치하며, 격벽의 공간에는 자기 치료 재료(SHM: Self Healing Material)가 내장돼 있다. 만약 외부 튜브에 구멍(Hole)이 발생하며, 공기 등의 유체가 들어오는 경우 자기 치료 재료(SHM)는 경화되며, 경화 영역(SS: Solidified Section)을 형성해서 하이퍼루프 튜브(Tube)의 구멍(Hole)을 봉쇄하는 기능을 수행하며, 하이퍼루프 내부 튜브 안에는 지속적으로 진공(眞空)을 유지하는 기술을 제안했다.

직경 2m인 튜브 속에서 최고속도 1280km로 달리는 초고속 운송 열차가 개발되고 있으며, 서울~부산을 단 16분에 달릴 수 있는 진공(眞空)의 기술과 결합된 리니어 전동기 및 제어장치 기술의 진보와 혁신으로 인해 이제 우리 눈앞에 서서히 현실로 등장하고 있다.

작성 : 2018년 07월 26일(목) 10:32
게시 : 2018년 07월 27일(금) 09:19


배진용 (현 창성특허 변리사/공학박사)

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