KR101489584B1 - 다공성 유수분리막 및 이를 이용한 오일 분리 방법과 장치 - Google Patents

다공성 유수분리막 및 이를 이용한 오일 분리 방법과 장치 Download PDF

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Abstract

물과 오일을 분리할 수 있는 기능성 박막을 이용한 오일 회수 방법 및 장치가 제시된다. 제안되는 유수분리막은 다공성 미세홀이 형성된 친유 발수성 메쉬와 친유성 오일유도판을 결합하여 외부의 동력 없이 오일과 물을 분리할 수 있다. 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 저장하는 오일용기 및 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 통신부는 스위치를 더 포함하고, 오일이 한계량만큼 저장되면 스위치가 접점 되도록 설계되며, 스위치가 접점 되면 통신부가 무선통신을 통해 중앙통제실로 오일용기의 회수 요청을 전송할 수 있다.

Description

다공성 유수분리막 및 이를 이용한 오일 분리 방법과 장치{Method and Apparatus for separating Oil using Porous Oil-Water separation film}
본 발명은 물과 오일을 분리할 수 있는 다공성 기능 박막을 이용한 오일 회수 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 따르면, 물과 오일을 분리할 수 있는 장치에 대한 연구는 다수의 연구자에 의하여 진행된 바 있다.
한국공개특허 10-2009-0043549 호는 이와 유사한 가스 동력 내부 연소 엔진(gas-powered internal combustion engine)의 가스 연료 공급 라인에 연결되어 가스 연료 내에 함유되는 오일 잔존물(oil residue)을 분리하기 위한 오일 분리기에 관한 기술을 기재하고 있다. 오일 분리기는 가스 연료를 위한 유출구와 유입구를 갖는 하우징(housing)을 포함하고, 하우징 내에 수용되는 필터 요소를 포함하며, 필터를 통하여 가스 연료가 흐를 수 있고 필터는 흐름에 있어 유입구에 연결되는 입구 영역과 흐름에 있어 유출구로 연결되는 출구 영역 사이에서 밀봉되는 방식으로 장착되며, 오일 분리기는 입구 영역에서 중력으로 분리 작용되어 가스 연료로부터 분리된 오일을 수용하기 위한 제 1 오일 수집 용기를 포함하고, 상기 제 1 오일 수집 용기는 흐름에 있어 유입구에 연결되는 개구부 아래에서 중력 방향으로 입구 영역 내에 형성된다. 추가적으로, 상기 오일 분리기는 필터 요소 외부로 방출되는 오일을 수용하기 위한 제 2 오일 수집 용기를 포함할 수 있다.
일반적으로, 오일스키머(oil skimmer)라고 불리는 유수분리장치는 서로 섞여있는 물과 오일을 분리는 것으로, 절삭유와 물이 섞여 배출되는 가공공장이나, 기름의 내부에 함유된 수분을 제거하여야 하는 주유소 등에서 주로 사용된다.
이러한 유수분리장치는 디스크나 필터를 이용하여 점성이 있는 오일을 흡착하여 제거하는 흡착방식과, 물과 오일의 비중차이를 이용하여 물의 상부에 떠오른 오일을 선별적으로 제거하는 비중분리방식 등이 주로 사용된다.
그러나, 종래의 비중분리방식은 디스크나 필터를 이용하는 흡착방식에 비해 기계적 작동부분이 적어서 구조가 간단하고, 필터와 같이 교체되는 소모품이 사용되지 않아서 비용을 절감할 수 있는 장점이 있으나, 오일을 분리하는 효율이 떨어져 분리 배출된 오일에 많은 물이 섞여있게 되며, 따라서, 오일을 재활용하는 것이 어렵고 물이 섞인 만큼 양이 증가 되어 오일의 폐기 또는 처리에 따른 비용이 증가 되는 문제점이 있었다. 따라서, 구조가 간단하면서도 오일분리의 효율을 높일 수 있도록 된 새로운 구조의 유수분리장치가 필요하게 되었다.
또한, 바다 또는 강에 유출된 오일로 인한 오염을 막기 위해 사용되는 기존의 오일펜스는 오일이 새어 나올 때 가장 먼저 하는 조치이며, 이것만으로는 제거가 불가능하고 더 이상 퍼지지 않게 막는 역할만 한다. 조류와 바람의 영향으로 유류의 넘침 때문에 오일펜스 바깥으로 오일이 유출되면 방제가 어려워진다. 따라서, 오일펜스의 효율이 높은 편은 아니다. 또한 멕시코만 유출사고처럼 해양 석유 시추장비의 사고 유출은 긴 시간 동안 지속적으로 발생하기 때문에 오일이 오일펜스의 방제 용량을 초과해 버리면 유류의 유출이 시작된다. 그러므로 유류의 확산 방지의 역할 뿐만 아니라 오일 회수의 역할을 동시에 수행할 수 있는 오일 회수 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다공성 미세홀이 형성된 친유 발수성 메쉬와 친유성 오일 유도판을 결합하여 외부의 동력 없이 오일과 물을 분리할 수 있는 유수분리막을 제안하고, 제안한 유수분리막을 이용하여 오일을 회수하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 오일을 회수하는 장치는 산업용, 가정용, 환경용 등 다양한 분야에 적용될 수 있지만, 이하에서는 환경분야에서 오일을 회수하는 장치의 한 예로써, 오일 펜스를 제시한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 오일펜스가 오일의 확산 방지의 역할 뿐만 아니라 오일 회수의 역할을 동시에 수행 하도록 한다.
또한, 조류와 바람의 영향으로 인하여 오일펜스 바깥으로 유출된 오일 방제의 어려움을 개선하기 위한 방안을 제시하고, 최근 멕시코만 유출사고처럼 해양 석유 시추장비의 사고 유출의 경우 긴 시간 동안 지속적으로 발생하기 때문에 오일이 오일펜스의 방제 용량을 초과하면 오일의 유출이 시작되는 문제점에 대해서도 해결 방안을 제시하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 유수분리막은 미세 홀이 형성되어 있는 발수성 및 친유성 막과 친유성 오일 유도판이 결합되어 있어, 물은 유수분리막을 가로질러 통과하지 못하는 반면 오일은 통과할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 오일 분리 장치는 다공성 유수분리막의 간격 및 표면 거칠기를 이용하여 오일과 물에 대한 여과율의 차이를 갖는 다공성 유수분리막과, 상기 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 저장하는 오일용기 및 상기 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막은 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막은 오일의 종류에 따라서 상기 다공성 유수분리막의 상기 간격 및 상기 표면 거칠기를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도에 차이를 가질 수 있다.
상기 통신부는 상기 오일용기에 장착되고, GPS 신호를 이용하여 상기 오일 회수 장치의 위치를 상기 중앙통제실로 송신할 수 있다.
상기 통신부는 스위치를 더 포함하고, 상기 스위치는 오일이 한계량만큼 저장되면 상기 스위치가 접점 되도록 설계되고, 상기 스위치가 접점 되면 상기 통신부가 무선통신을 통해 상기 중앙통제실로 상기 오일용기의 회수 요청을 전송할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막은 물은 통과시키지 못하고, 오일은 통과시킬 수 있는 친유발수 다공성막 및 상기 친유발수 다공성막의 미세 홀에 스며든 오일을 밖으로 분리하는 친유성 오일유도판을 포함할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막은 친유발성 다공성막을 포함하고, 상기 친유발성 다공성막에 극초친유성 나노 마이크로 구조를 형성하여 상기 친유발성 다공성막의 표면을 극초친유성으로 개질시켜 구성될 수 있다.
상기 다공성 유수분리막과 오일유도판의 표면은 발수성과 친유성을 증대시키기 위하여 다양한 피막이 형성될 수 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 오일 분리 장치는 친유발성 다공성막을 포함하고, 상기 친유발성 다공성막에 극초친유성 나노 마이크로 구조를 형성하여 상기 친유발성 다공성막의 표면을 극초친유성으로 개질시켜 구성되는 다공성 유수분리막 및 상기 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 저장하는 오일용기를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 오일 분리 방법은 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계와, 분리된 상기 오일을 오일용기에 저장하는 단계와, 상기 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별하는 단계 및 통신부를 통해 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계는 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막은 오일의 종류에 따라서 상기 다공성 유수분리막의 상기 간격 및 상기 표면 거칠기를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도에 차이를 가질 수 있다.
상기 다공성 유수분리막의 앞, 뒤 또는 앞뒤 양면에 뒤에 기계적인 강도를 증가시키기 위한 보조 가이드를 덧댈 수 있다.
상기 다공성 유수분리막의 앞에 메쉬형 가이드를 덧대어 점액질 형태나 고형화된 부유물을 사전에 걸러내는 장치가 포함될 수 있다.
상기 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별하는 단계는 상기 오일용기에 장착된 상기 통신부의 스위치를 통해 오일의 저장량을 식별하고, 상기 스위치는 오일이 한계량만큼 저장되면 상기 스위치가 접점 되도록 설계될 수 있다.
상기 통신부를 통해 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 단계는 상기 통신부의 스위치가 접점 되면 무선통신을 이용하여 상기 중앙통제실로 상기 오일용기의 회수 요청을 전송하고, 또한 GPS 신호를 이용하여 상기 중앙통제실에서 오일 회수 장치의 위치를 확인 할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계는 친유발수 다공성막을 이용하여 물은 통과시키지 못하고, 오일은 통과시는 단계 및 친유성 오일유도판을 이용하여 상기 친유발수 다공성막의 미세 홀에 스며든 오일을 밖으로 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계는 상기 다공성 유수분리막의 친유발성 다공성막에 극초친유성 나노 마이크로 구조를 형성하여 상기 친유발성 다공성막의 표면을 극초친유성으로 개질시키는 단계를 포함할 수 있다.
다공성 유수분리막의 친유발성 다공성막에 극초친유성 나노 마이크로 구조를 형성하여 상기 친유발성 다공성막의 표면을 극초친유성으로 개질시키는 단계; 및 상기 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 오일용기에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명에서 제안하는 다공성 유수분리막 및 이를 이용한 오일 분리 방법과 장치는 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여, 외부 동력 없이 다공성 유수분리막을 이용한 오일 회수가 가능하다. 이러한 다공성 유수분리막은 산업용, 가정용, 또는 환경 정화용으로 제작된 용기 또는 펜스와 같은 다양한 형태에 장착될 수 있다. 또한, 이러한 다공성 유수분리막을 이용한 오일펜스 용기 내에 스위치를 장착하여 오일의 저장량을 식별한 후 무선통신으로 오일이 저장된 양을 실시간으로 전송할 수 있다. 또한, 부유식 오일 회수기에 적용하여 부유식 오일 회수 장치를 투하하고, GPS를 통해 오일 회수 장치의 위치정보를 전송하여 중앙통제실에서 각 오일 회수 장치를 사고 발생지역으로부터 회수할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 친유성 오일 유도판을 이용한 유수 분리장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유수 분리장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 다공성 유수분리막을 나타내는 도면이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 다공성막의 표면에 나노 마이크로 돌기를 형성하여 극초친유발수 다공성막의 표면을 나타내는 도면이다.
도 3b는 극초친유성 다공성막을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발수성 및 친유성을 가지는 다공성 유수분리막을 제작하기 위한 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 측면에 적용된 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물의 분리 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 오일 회수 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유수분리막 오일펜스의 오일 회수를 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유수분리막 오일펜스의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 추가한 다공성 유수분리막 오일펜스의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 8는 오일 회수 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 친유성 오일 유도판을 이용한 유수 분리장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유수분리막은 도 1a에서와 같이 물은 통과하지 못하고, 반면에 오일은 통과할 수 있는 친유발수 다공성막(110a)의 뒷면에, 다공성막의 미세 홀에 스며든 오일을 밖으로 끌어내기 위한 친유성 오일유도판(120a)을 결합한 구조를 가질 수 있다. 이러한 다공성 유수분리막을 유수 분리장치에 적용할 수 있다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유수 분리장치의 단면도이다.
이러한 친유발수 다공성막(110b)과 친유성 오일유도판(120b)을 결합하여 사용하면 물은 밖으로 나오지 않는 반면 오일만 밖으로 분리할 수 있다. 만약, 단순히 친유발수 다공성막(110b)만 존재하는 경우, 오일이 효과적으로 밖으로 배출되지 않는 문제점 발생할 수 있다. 따라서, 오일을 밖으로 확실히 뽑아내기 위해서는 친유성 오일유도판(120b)이 존재하는 것이 효과적이다.
또한, 이러한 친유발수 다공성막(110b)은 다양한 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 미세홀의 크기는 수 나노미터(nm)에서 수백 마이크로미터(?) 범위로 제작될 수 있다. 미세홀의 형태도 원형 이외에 타원형, 사각형, 삼각형, 육각형 등 다양한 모양을 띨 수 있으며, 금속망 또는 섬유망이 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 스펀지와 같은 형태의 다공성막도 활용될 수 있다. 다공성막의 재질은 금속, 폴리머, 세라믹, 유리, 고무, 종이류 등 각종 재질이 사용될 수 있으며, 표면에 친유발수성 물질을 코팅할 수 있다.
또한, 친유성 오일유도판(120b)에 형성된 홀의 형태도 도 1b에서와 같은 원형뿐만 아니라, 타원형, 사각형, 삼각형, 육각형과 스트라이프형, 격자형 등 다양한 형태로 제작될 수 있고, 금속망 또는 섬유망이 사용될 수 있다. 그리고, 오일을 더욱 효과적으로 분리하기 위하여 표면에 부가적으로 구조물이 형성될 수 있다. 친유발수 다공성막(110b)과 친유성 오일유도판(120b)의 재질은 금속, 고무, 세라믹, 섬유, 폴리머, 종이류와 같은 등 다양한 재료가 사용될 수 있다. 필요에 따라서, 이러한 재료에 발수성 코팅재를 코팅하여 발수 능력을 향상시킬 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 다공성 유수분리막을 나타내는 도면이다.
이러한 친유발수 다공성막(210)과 친유성 오일유도판(220)은 여러가지 형태로 변형적용될 수 있다. 예를 들어, 친유발수 다공성막(210)은 친유성 오일 유도판(220)과 교차되어 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 친유발수 다공성막(210)의 뒷면에 친유성 오일유도판(220)이 친유발수 다공성막(210)과 교차로 덧붙여져 일체형 다공성 유수분리막으로 제작될 수도 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 친유발수 다공성막의 표면을 나타내는 도면이다.
도 3a을 참조하면, 친유발수 다공성막의 표면에 나노-마이크로 구조(310a)를 형성하면 친유발수 다공성막의 표면이 극초친유성으로 개질 될 수 있다. 따라서, 친유발수 다공성막의 뒷면에 친유성 오일유도판이 존재하지 않아도 오일이 극초친유 다공성막의 뒷면으로 스며들어 밖으로 배출될 수 있다.
도 3b는 극초친유성 다공성막을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a와 같이 친유발수 다공성막의 표면에 나노-마이크로 구조(310a)를 형성하면, 친유발수 다공성막의 표면이 극초친유성으로 개질 되어 친유성 오일유도판이 존재하지 않아도 오일이 극초친유 다공성막의 뒷면으로 스며들어 밖으로 배출될 수 있다. 친유발수 다공성막의 표면에서의 오일(310b)은 친유성 오일유도판 없이는 오일을 효과적으로 분리하지 못 할 수 있다. 하지만, 개질된 극초친유성 다공성막 표면에서의 오일(320b)은 별도의 친유성 오일 유도판 없이도 오일을 효과적으로 분리할 수 있다.
이러한 나노-마이크로 구조는 발수성을 더 크게 함으로써, 물의 통과를 더욱더 어렵게 만든다. 또한 이러한 나노-마이크로 구조는 자가세정(self-cleaning) 기능을 부가하며, 물속에서 원치 않는 생물막(biofouling)의 부착을 억제하는데 도움이 된다.
일 실시예에 따르면, 다공성 유수분리막의 내부 및 외부 중 적어도 하나에 설치되어 상기 다공성 유수분리막을 외부의 충격으로부터 보호하는 구조물(예를 들어, 부가 가이드)이 포함될 수 있다. 다공성 유수분리막 자체는 기계적인 강도가 부족할 수 있기 때문에 다공성 유수분리막 내부, 외부 또는 내/외부 양면에 기계적인 강도를 높일 수 있는 구조물이 덧대어질 수 있다. 이러한 보강 구조물은 수압 또는 다양한 외부의 충격으로부터 다공성 유수분리막을 보호해 주는 역할을 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 다공성 유수분리막의 외부에 설치되고 물에 떠있는 부유물을 걸러내는 망이 더 포함될 수 있다. 이와 같이, 다공성 유수분리막의 외부에 별도의 불순물 정제망을 설치함으로써, 물 위에 떠있는 오일 이외의 부유물을 일차적으로 걸러낼 수 있다. 오일 이외의 부유물이 다공성 유수분리막 자체에 바로 달라붙게 되면, 유수분리 효율이 급격히 떨어지고, 종래기술에 따르면, 이러한 경우 유수분리가 이루어지지 않을 수 있기 때문에, 불순물 정제망을 설치함으로써, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
제안한 다공성 유수분리막은 물과 오일의 분리에만 제한적으로 적용될 수 있는 것이 아니며, 다양한 분야에 적용될 수 있다. 물과 오일처럼 표면장력 또는 점성과 같은 액체의 특성이 서로 다른 액체의 분리에 활용될 수 있다.
또한, 두 가지 용액뿐만 아니라, 그 이상의 용액이 존재하고 있는 경우에도 분리할 수 있다. 예를 들어, 서로 특성이 다른 오일1과 오일2 그리고 물이 존재하는 경우에는, 1차 다공성 유수분리막을 이용하여 오일1과 오일2를 분리한 후, 2차 다공성 유수분리막을 이용하여 오일1과 오일2를 분리할 수 있다. 제안된 다공성 유수분리막은 필요에 따라 다중으로 설치할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 발수성 및 친유성을 가지는 다공성 유수분리막을 제작하기 위한 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 다공성 유수분리막은 오일의 종류에 따라서 다공성 유수분리막의 간격(420) 및 표면 거칠기(430)를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도에 차이를 가질 수 있다. 오일 회수 장치에 사용되는 다공성 유수분리막은 표면에 특수한 화학처리를 하여, 다공성 유수분리막 표면을 개질한 기능성 다공성 유수분리막을 사용할 수 있다. 그러므로 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리할 수 있다.
예를 들면, 오일과 물의 분리를 원활히 하기 위해서는 오일의 종류에 따라 다공성 유수분리막의 간격(420)을 다르게 하고, 다공성 유수분리막 표면에 형성된 나노/마이크로 구조 유무에 따라 표면 거칠기(430)를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도를 다르게 할 수 있다.
이러한 방법을 통해 다공성 유수분리막은 분리대상 액체(410)의 표면장력에 따라 분리대상 액체(410)에 대한 표면 친화력에 차이를 가질 수 있다. 따라서 다공성 유수분리막은 친화력을 갖는 분리대상 액체(410)만을 흡수하고, 이외에 액체에 대해서는 흡수하지 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른 용기 측면에 적용된 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물의 분리 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 오일용기(510)의 한쪽 측면이 다공성 유수분리막(520)으로 구성되고, 이러한 오일용기(510) 내부에 오일(530)과 물(540)이 채워져 있다. 오일을 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일(530)과 물(540)을 선택적으로 분리할 수 있다. 그러면, 오일용기(510)안에 있던 오일이 배출(550)되고, 오일용기(510) 내부에는 물(540)만 남게 된다. 이러한 원리를 이용하여 오일용기(510) 내부를 비운 상태로 오일이 떠 있는 물위에 오일용기를 설치하게 되면, 도 5에서 보인 것과 반대로 외부에 있는 오일이 오일용기 내부로 들어올 수 있다. 따라서 해수에 떠있는 오일을 선택적으로 분리하여 제거할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 오일 회수 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 오일 회수 장치(600)는 다공성 유수분리막의 간격 및 표면 거칠기를 이용하여 오일과 물에 대한 여과율의 차이를 갖는 다공성 유수분리막(610), 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 저장하는 오일용기(620), 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 통신부(630)로 구성될 수 있다.
다공성 유수분리막(610)은 간격 및 표면 거칠기를 이용하여 오일과 물에 대한 여과율의 차이를 가질 수 있다. 더욱 상세하게는, 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리할 수 있다. 또한, 다공성 유수분리막(610)은 오일의 종류에 따라서 다공성 유수분리막의 간격 및 표면 거칠기를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도에 차이를 가질 수 있다.
다공성 유수분리막의 표면에 특수한 화학처리를 하여, 다공성 유수분리막 표면을 개질한 기능성 다공성 유수분리막을 사용할 수 있다. 이러한 오일과 물의 분리를 원활히 하기 위해서는 오일이 종류에 따라서 다공성 유수분리막의 간격의 크기 및 표면 거칠기가 달라야 한다. 예를 들면, 다공성 유수분리막 표면에 형성된 나노/마이크로 구조 유무에 따라서 회수 가능성과 회수 속도가 달라질 수 있다.
따라서 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여, 외부 동력 없이 다공성 유수분리막을 이용한 오일 회수 시스템을 제안할 수 있다.
오일용기(620)는 이러한 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 저장할 수 있다.
오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하고, 이렇게 분리된 오일을 오일용기(620)에 저장할 수 있다. 오일용기(620)는 투명한 재질로 구성되어 내부에 저장된 오일의 양을 육안으로 확인할 수 있다. 또한, 오일용기(620) 내에 스위치를 장착하여 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다.
예를 들면, 오일용기(620)에 일정량 이상의 오일이 저장되면 스위치가 접점이 되도록 설계하여 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다.
통신부(630)는 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송할 수 있다. 또한, GPS 신호를 이용하여 오일 회수 장치의 위치를 중앙통제실로 송신할 수 있다.
오일용기(620) 내에 장착된 스위치를 통해 저장된 오일의 양을 식별할 수 있고, 오일이 한계량만큼 저장되면 스위치가 접점 되도록 설계되어 스위치가 접점 되면 통신부(630)가 무선통신을 통해 중앙통제실로 오일용기의 회수 요청을 전송할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유수분리막 오일펜스의 오일 회수를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a와 같이 다공성 유수분리막 오일펜스는 바다(710a)에 떠있는 오일(720a)을 제거하기 위해 설치될 수 있다. 다공성 유수분리막 오일펜스는 바다(710a)에 떠있는 오일(720a)을 제거하기 위한 다공성 유수분리막(740a), 제거된 오일을 저장하기 위한 오일용기(730a), 바다(710a) 표면에 뜨기 위한 플로팅 물질(floating material)(750a)로 구성될 수 있다.
오일용기(730a)의 한쪽 측면이 다공성 유수분리막(740a)으로 구성되고, 다공성 유수분리막(740a)은 오일을 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 특성을 가지고 있음으로, 바다(710a) 떠있는 오일(720a)을 선택적으로 분리할 수 있다. 그리고, 분리된 오일(720a)은 오일용기(730a)에 저장될 수 있다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유수분리막 오일펜스의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 7b를 참조하면, 다공성 유수분리막을 통해 오일(720a)만이 오일용기(730a) 내부로 흡수되어 바다(710a)에 떠있는 오일(720a)을 제거할 수 있다.
도 7b에서와 같이 오일펜스에 다공성 유수분리막(740a)을 적용하면, 오일펜스에 의해 둘러싸인 유출된 오일(720a)은 오일용기(730a) 내부로 흘러 들어와 저장될 수 있다.
기존의 오일펜스는 기름이 새어 나올 때 가장 먼저 하는 조치이며, 이것만으로는 제거가 불가능하고 더 이상 퍼지지 않게 막는 역할만 한다. 그리고, 조류와 바람의 영향으로 오일의 넘침 때문에 오일펜스 바깥으로 유출되어 방제가 어렵다. 따라서, 오일펜스의 효율은 높은 편이 아니다. 또한, 멕시코만 유출사고처럼 해양 석유 시추장비의 사고 유출은 긴 시간 동안 지속적으로 발생하기 때문에 유류가 오일펜스의 방제 용량을 초과해 버리면 오일의 유출이 시작된다. 따라서 이러한 오일펜스에 발수성 및 다공성 유수분리막을 적용하여 오일펜스가 유류의 확산 방지의 역할 뿐만 아니라 유류회수의 역할을 동시에 수행 하도록 할 수 있다.
오일용기(730a)는 투명한 재질로 구성되어 내부에 저장된 오일의 양을 육안으로 확인할 수 있다. 또한, 오일용기(730a) 내에 스위치를 장착하여 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다.
예를 들면, 오일용기(730a)에 일정량 이상의 오일이 저장되면 스위치가 접점이 되도록 설계하여 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다. 그리고 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 통신부를 통해 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송할 수 있다. 또한, 오일용기(730a) 내에 장착된 스위치를 통해 저장된 오일의 양을 식별하고, 오일이 한계량만큼 저장되면 스위치가 접점 되도록 설계되어 스위치가 접점 되면 통신부가 무선통신을 통해 중앙통제실로 오일용기의 회수 요청을 전송할 수 있다. 이때, GPS 신호를 이용하여 오일 회수 장치의 위치를 중앙통제실로 송신할 수 있다.
이러한 다공성 유수분리막은 오일펜스뿐만 아니라, 부유식 오일 회수 장치에도 적용될 수 있다. 부유식 오일 회수 장치를 오일이 떠있는 바다 또는 강에 투하하고, 이후, GPS 신호를 이용하여 위치를 확인할 수 있다. 그리고 부유식 오일 회수 장치의 오일용기에 한계량 이상의 오일이 저장되면 스위치가 접점 되도록 설계하여, 스위치가 접점 시 GPS를 통해 오일 회수 장치의 위치정보를 전송할 수 있다. 이러한 오일 회수 장치의 위치정보를 중앙통제실에서 수신하여 각 부유식 오일 회수 장치를 사고 발생지역으로부터 회수할 수 있다.
또한, 제안하는 오일 회수 방법 및 장치에 사용되는 다공성 유수분리막은 공작기계에서 사용되는 절삭유와 같이 공장에서 사용되는 각종 공정에서 발생되는 오일이나 자동차, 기차, 항공기, 선박 및 각종 기계류에서 발생하는 폐유를 분리하는데 사용할 수 있으며, 오일을 사용하는 식품제조공정에 적용되어 오일을 정제하는 기술로도 이용될 수 있다.
또한, 제안하는 오일 회수 방법 및 장치에 사용되는 다공성 유수분리막은 튀김 망에 적용되어 기름을 정제하는 기술로도 이용될 수 있다. 물과 기름의 혼합되지 않는 원리를 이용한 것으로, 기름을 사용하여 튀겨진 제품 이외의 찌꺼기나 이물질을 물로 이송하여 제거하는 것이다. 따라서, 이물질(찌꺼기)을 분리하여 폐유의 발생을 줄이고, 항상 깨끗한 튀김 제품을 사용할 수 있다.
오일은 강 또는 바다에서 생태계를 파괴하는 오염물질이기도 하지만, 폐유로 재활용되어 사용할 수도 있다. 따라서, 제안하는 오일 회수 방법 및 장치는 환경오염 예방뿐만 아니라 자원 재활용에도 용이하게 쓰일 수 있다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(750c)를 이용한 다공성 유수분리막 오일펜스의 단면도를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 오일의 회수 속도를 증가시키는 모터(750c) 및 유수저장탱크(770c)를 포함할 수 있다. 다공성 유수분리막 오일펜스에 추가적으로 모터(750c) 및 유수저장탱크(770c)를 설치하여, 오일의 회수 속도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 바다(710a)에서 오일(720a)의 유출 범위는 광범위하고, 조류와 바람의 영향으로 더 넓게 퍼질 수 있기 때문에 빠른 오일회수를 필요로 할 수 있다. 따라서, 다공성 유수분리막 오일펜스에 모터(750c) 및 유수저장탱크(770c)를 추가하면, 다공성 유수분리막만을 이용하여 오일(720a)을 회수하는 경우보다 빠른 속도로 오일(720a)을 회수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모터(750c)가 동작하면 홀(751c)을 통해 바다(710a)에 떠있는 오일(720a)이 물과 함께 유입될 수 있다. 유입된 오일(720a)과 물은 파이프(760c)를 통해 유수저장탱크(770c)에 보내지고, 유수저장탱크(770c)에 저장될 수 있다. 모터(750c)를 이용하여 바다(710a)에서 일차적으로 분리된 오일(720a)과 물은 다공성 유수분리막 오일펜스에 의해 이차적으로 오일(720a)과 물로 분리할 수 있다. 유수저장탱크(770c)는 다공성 유수분리막 오일펜스의 다공성 유수분리막(740a) 측에 연결될 수 있다. 유수저장탱크(770c)에 저장된 일차적으로 분리된 오일(720a)과 물은 다공성 유수분리막(740a)을 통해 오일(720a)만을 분리할 수 있다. 모터(750c) 및 유수저장탱크(770c)를 추가한 다공성 유수분리막 오일펜스를 이용함으로써, 바다(710a)에 유출된 오일(720a)이 넓게 퍼지는 것을 방지함과 동시에 빠른 속도로 오일(720a)을 회수할 수 있다.
도 8는 오일 회수 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
오일 회수 방법은 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계(810), 분리된 오일을 오일용기에 저장하는 단계(820), 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별하는 단계(830) 및 통신부를 통해 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 단계(840)를 포함할 수 있다.
먼저, 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리할 수 있다(810). 이때, 다공성 유수분리막은 간격 및 표면 거칠기를 이용하여 오일과 물에 대한 여과율의 차이를 가질 수 있다. 더욱 상세하게는, 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리할 수 있다. 또한, 다공성 유수분리막은 오일의 종류에 따라서 다공성 유수분리막의 간격 및 표면 거칠기를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도에 차이를 가질 수 있다.
다공성 유수분리막의 표면에 특수한 화학처리를 하여, 다공성 유수분리막 표면을 개질한 기능성 다공성 유수분리막을 사용할 수 있다. 이러한 오일과 물의 분리를 원활히 하기 위해서는 오일이 종류에 따라서 다공성 유수분리막의 간격의 크기 및 표면 거칠기가 달라야 한다. 예를 들면, 다공성 유수분리막 표면에 형성된 나노/마이크로 구조 유무에 따라서 회수 가능성과 회수 속도가 달라질 수 있다.
이러한 방법으로 분리된 오일을 오일용기에 저장할 수 있다(820).
이때. 오일용기는 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여, 외부 동력 없이 다공성 유수분리막을 이용한 오일 회수를 수행할 수 있다.
이후, 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다(830). 오일용기는 투명한 재질로 구성되어 내부에 저장된 오일의 양을 육안으로 확인할 수 있다. 또한, 오일용기 내에 스위치를 장착하여 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다.
예를 들면, 오일용기에 일정량 이상의 오일이 저장되면 스위치가 접점이 되도록 설계하여 저장된 오일의 양을 식별할 수 있다.
그리고, 통신부를 통해 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송할 수 있다(840).
오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 통신부는 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송할 수 있다. 또한, GPS 신호를 이용하여 오일 회수 장치의 위치를 중앙통제실로 송신할 수 있다.
오일용기 내에 장착된 스위치를 통해 저장된 오일의 양을 식별할 수 있고, 오일이 한계량만큼 저장되면 스위치가 접점 되도록 설계되어 스위치가 접점 되면 통신부가 무선통신을 통해 중앙통제실로 오일용기의 회수 요청을 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.  또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.  이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.  예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.  또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.  소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다.  소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.  상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.  상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.  컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.  프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.  상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.  예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 다공성 유수 분리막에 있어서,
    제1 액체는 통과시키지 못하고 제2 액체는 통과시킬 수 있는 친유발수 다공성막; 및
    상기 친유발수 다공성막의 미세 홀에 스며든 상기 제2 액체를 밖으로 분리하는 친유성 오일유도판
    을 포함하고,
    상기 유수 분리막의 간격 및 표면 거칠기를 이용하여 상기 제1 액체와 상기 제2 액체에 대한 여과율의 차이를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는
    다공성 유수 분리막.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체는 물이고, 상기 제2 액체는 오일인
    다공성 유수 분리막.
  4. 오일 분리 장치에 있어서,
    다공성 유수분리막의 간격 및 표면 거칠기를 이용하여 오일과 물에 대한 여과율의 차이를 갖는 다공성 유수분리막; 및
    상기 다공성 유수분리막을 이용하여 회수한 오일을 저장하는 오일용기
    를 포함하는 오일 분리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별한 후 무선통신을 이용하여 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 통신부
    를 더 포함하는 오일 분리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다공성 유수분리막은 오일은 통과하고 물은 통과하지 못하는 친유성 및 발수성 다공성 유수분리막을 사용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는
    오일 분리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 유수분리막은 오일의 종류에 따라서 상기 다공성 유수분리막의 상기 간격 및 상기 표면 거칠기를 형성하는 구조를 다르게 하여 회수 가능성과 회수 속도에 차이를 갖는
    오일 분리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 오일용기에 장착되고,
    GPS 신호를 이용하여 상기 오일 회수 장치의 위치를 상기 중앙통제실로 송신하는
    오일 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    스위치
    를 더 포함하고,
    상기 스위치는 오일이 한계량만큼 저장되면 상기 스위치가 접점 되도록 설계되고, 상기 스위치가 접점 되면 상기 통신부가 무선통신을 통해 상기 중앙통제실로 상기 오일용기의 회수 요청을 전송하는
    오일 분리 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 다공성 유수분리막은,
    물은 통과시키지 못하고, 오일은 통과시킬 수 있는 친유발수 다공성막; 및
    상기 친유발수 다공성막의 미세 홀에 스며든 오일을 밖으로 분리하는 친유성 오일유도판
    을 포함하는 오일 분리 장치.
  11. 삭제
  12. 제4항에 있어서,
    상기 다공성 유수분리막의 내부 및 외부 중 적어도 하나에 설치되어 상기 다공성 유수분리막을 외부의 충격으로부터 보호하는 구조물
    을 더 포함하는 오일 분리 장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 다공성 유수분리막의 외부에 설치되고 물에 떠있는 부유물을 걸러내는 망
    을 더 포함하는 오일 분리 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 오일의 회수 속도를 증가시키는 모터
    를 더 포함하는 오일 분리 장치.
  15. 삭제
  16. 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계;
    분리된 상기 오일을 오일용기에 저장하는 단계;
    상기 오일용기에 저장된 오일의 양을 식별하는 단계; 및
    통신부를 통해 상기 저장된 오일의 양을 실시간으로 중앙통제실로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 다공성 유수분리막은 오일의 종류에 따라서 상기 다공성 유수분리막의 간격 및 표면 거칠기를 형성하는 구조를 다르게 하는 것을 특징으로 하는
    오일 분리 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 다공성 유수분리막을 이용하여 오일과 물을 선택적으로 분리하는 단계는,
    상기 다공성 유수분리막의 친유발수 다공성막을 이용하여 물은 통과시키지 않고 오일은 통과시키는 단계; 및
    상기 다공성 유수분리막의 친유성 오일유도판을 이용하여 상기 친유발수 다공성막의 미세 홀에 스며든 오일을 밖으로 분리하는 단계
    를 포함하는 오일 분리 방법.
  19. 삭제
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