KR101682095B1 - 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치 - Google Patents

부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치 Download PDF

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엄청룡
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(주)대양이티에스
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Abstract

본 발명은 기구적 부유수단을 배제하여 장치의 간소화시키고 유지관리 성능을 향상시킬 수 있는 수중 여재 청소장치를 개시한다. 본 발명은 수중의 여재를 청소하기 위한 수중 여재 청소장치에 있어서, 하부에 주행부가 구비되고 상부에 배출부가 연결된 본체부; 상기 본체부의 전방으로 연결되어 수중 바닥의 이물을 포함하는 물을 흡입하여 상기 배출부를 통해 외부로 배출시키는 흡입관; 상기 흡입관과 연결되고 수중 바닥에서 이물을 부유시키는 부유 발생부; 및 상기 부유 발생부 또는 상기 본체부 중 적어도 하나의 외부에 설치되고, 외부로부터 공급되는 압축공기를 통해 부력을 증가시키는 적어도 하나의 에어 포켓부를 포함하고, 상기 부유 발생부는 상기 흡입관의 선단에 연결되고 내부에 일정공간을 갖는 호퍼, 및 상기 흡입관에서 분기된 적어도 하나의 분기관, 상기 분기관과 연결되고 상기 호퍼의 외측에 연결된 분사관, 상기 분사관의 말단에 연결되고 상기 호퍼의 내부로 흡입된 물의 일부를 분사하여 수중 바닥의 이물을 부유시키는 분사 노즐로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치{Apparatus for cleaning filter media under water having lift-up function}
본 발명은 수중 여재 청소 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중 내에 여재를 청소하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치에 관한 것이다.
일반적으로, 도 1과 같이 종래의 정수장 여과지(1)는 측면과 바닥면이 밀폐되고 상부가 개방된 직사각형 구조물로서 여과지(1)의 바닥면으로부터 상부로 갈수록 입자크기가 작아지는 다층으로 된 여과층(2)이 형성되고 여과층(2)의 상부에는 여과층(2)의 여재를 세척하는 표면세척기(3)가 형성되어 있다.
여과층(2)은 보편적으로 제 1 내지 3(2-1, 2-2, 2-3)이 형성되어 있으면서 상기 제 1여과층(2-1)은 직경 2~50mm의 자갈이 두께 30~50cm로 형성된 자갈층으로서 모래층을 지지하면서 자갈층 중에 여과사가 침입하지 아니하도록 상층에 세립자갈을 깔고 하층으로 갈수록 조립자갈로 성층된다.
상기 제 2여과층(2-2)은 직경 0.45~1.0mm의 모래가 두께 60~120cm로 형성된 모래층으로서 여과층 내부에 탁질 억류능력을 갖추고 있으면서 세척시 여과층의 변함이 적도록 강도가 약하거나 먼지 또는 점토 등의 불순물이 적으면서 석영질이 많고 견고하면서 균일한 모래로 성층된다.
상기 제3여과층(2-3)은 직경 0.9~1.4mm의 활성탄재질의 여과사인 안트라사이트(anthracite)가 두께 20~50cm로 형성된 안트라사이트층으로서 원수 내의 불순물 등의 현탁물을 체거름(screening)하면서 체거름된 현탁 입자가 안트라사이트의 표면에 고착되게 하여 원수를 여과하여 탁도를 개선하는 탁질제거 기능과 탁질이 유입되지 않게 탁질의 억류기능과 수질, 수량의 변동에 의한 완충기능을 수행하고 있다.
상기 제3여과층(2-3)의 상부에는 일정간격을 두고 다수의 배수로가 길이 방향으로 형성되어 있으며, 상기 배수로의 끝부분에 배수구가 형성되어 세척배출수를 외부로 배출시키도록 구성된다.
상기 제3여과층(2-3)은 입자가 세밀하고 무게가 가벼운 안트라사이트로 되어 있어서 장시간 사용할 경우에는 안트라사이트 입자 사이에 현탁물이 고착 형성되어 여과효율이 저하되므로 정기적으로 안트라사이트를 세척하여야 한다.
상기 안트라사이트를 세척하기 위해서 제3여과층(2-3)과 배수로 사이에는 고압수를 분사하는 다수의 분사노즐(3-1)로 형성된 표면세척기(3)가 형성된다.
상기 표면세척기(3)는 수평으로 구성된 분배관(3-2)에 다수의 최종배관(3-3)이 수직으로 연결되어 있으면서 각각의 최종배관(3-3)의 끝단에는 분사노즐(3-1)이 형성된다.
여과층 중에 오염이나 여과장애가 발생하지 아니하도록 염소가 잔류하고 있는 세척수를 세척용 펌프로 흡입 가압하여 분배관(3-2) 및 최종배관(3-3)을 통하여 분사노즐(3-1)에서 15 ~ 20m 표면분사수압으로 분사하여 안트라사이트의 표면을 세척하는 방식을 취한다.
그러나, 상기의 표면세척방식은 여과지 표면에 있는 슬러지만 세척할 뿐, 시간이 경과하면서 발생되는 모래층과 자갈층에도 슬러지가 적층되어 세척효과가 현저히 저하되기 때문에, 근본적으로 기존에 적층된 여재의 성능을 개선하기 위해서는 주기적으로 상기 여재 전체에 대해 세척, 정화를 위해 수중에 잠수부가 투입되어 수중펌프로 상기 여재를 지상으로 퍼올리는 여재 청소 작업을 수행하게 된다. 그리고, 여과지 외부로 퍼 올린 여재를 별도의 장치를 통해 세척하거나 일부 새로운 여과재로 보충한 후, 다시 여과지에 세척된 여과재를 재충진하는 방법으로 여과지를 관리하고 있는 실정이다.
종전의 이러한 여재의 교환, 세척을 하기 위한 방법으로 상기 여과지의 수중 바닥에 적층되어 있는 여재를 수거하는데에는 준설펌프를 활용하여 잠수부가 수중 여과지로 들어가서 준설펌프와 연결된 흡입 호스를 통해 퍼서 올리고자하는 여재에 접촉 및 흡입하여 여과지 외부로 배출토록 하고 있다. 이러한 잠수부의 수중 작업과정은 연속적으로 작업이 불가능하고 간혹 잠수부에게 안전사고가 발생하는 경우가 있었다.
이를 위해 종래에는 수중로봇이 수중바닥에 투입되어 여재 내의 슬러지 등을 부유시키고 외부로 토출시키는 여재 청소장치가 개시되어 있다. 이러한 종래의 여재 청소장치는 정수장 등의 여과지에서 주기적 또는 비주기적으로 상기 수중 여과지의 여재를 전면적으로 교환, 세척하도록, 수거장치 내에 있는 흡입부를 통해 유입되는 모래와 자갈(여재)를 용이하게 선별하면서 수거가 가능하였다.
그러나 종래의 이러한 여재청소장치는 수중바닥이 균일하지 않은 지형으로 이루어짐으로써 발생되는 주행 상의 문제점을 해소할 수 없어 주행중에 턱이나 경사면에 손상되거나 걸리는 등의 문제가 제기되고 있다.
또한 수중의 여재를 부유시키기 위해 브러쉬 롤러가 장착되는 구성으로 장치가 비대해지고, 롤러에 이물이 달라붙어 원활할 작업이 이루어지지 않는 문제점이 제기되고 있다.
<선행문헌>
대한민국 공개특허 제10-2012-0080484호(공개일자 2012년 07월 17일)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 수중 바닥면의 경사나 굴곡 지형에도 주행이 용이하고, 브러쉬 롤러와 같은 기구적인 이물질 부유수단을 배제하여 장치의 간소화시킬 수 있는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 수중의 여재를 청소하기 위한 수중 여재 청소장치에 있어서, 하부에 주행부가 구비되고 상부에 배출부가 연결된 본체부; 상기 본체부의 전방으로 연결되어 수중 바닥의 이물을 포함하는 물을 흡입하여 상기 배출부를 통해 외부로 배출시키는 흡입관; 상기 흡입관과 연결되고 수중 바닥에서 이물을 부유시키는 부유 발생부; 및 상기 부유 발생부 또는 상기 본체부 중 적어도 하나의 외부에 설치되고, 외부로부터 공급되는 압축공기를 통해 부력을 증가시키는 적어도 하나의 에어 포켓부를 포함하고, 상기 부유 발생부는 상기 흡입관의 선단에 연결되고 내부에 일정공간을 갖는 호퍼, 및 상기 흡입관에서 분기된 적어도 하나의 분기관, 상기 분기관과 연결되고 상기 호퍼의 외측에 연결된 분사관, 상기 분사관의 말단에 연결되고 상기 호퍼의 내부로 흡입된 물의 일부를 분사하여 수중 바닥의 이물을 부유시키는 분사 노즐로 이루어진 수중 여재 청소장치가 제공된다.
상기 에어 포켓부는, 상기 호퍼의 외측에 설치된 제1 에어 포켓부와, 상기 본체의 외측에 설치된 제2 에어 포켓부 및 제3 에어 포켓부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 에어 포켓부로 공급되는 압축공기는 각각 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 부유 발생부는, 상기 분사관이 복수개로 형성되고, 상기 분사관의 각각에는 에어 분사관이 연결되어 상기 분사관으로 압축공기를 공급하며, 상기 분사관의 하부 일부에는 내부에 나선홈이 형성된 와류 형성관으로 이루어지고, 상기 분사 노즐은 상기 와류 형성관의 말단에 연결되어 회전되도록 베어링부를 매개로 연결될 수 있다.
상기 분사관의 내부에는 공급되는 물에 회전하는 것으로 와류를 형성시키는 와류 형성구가 구비될 수 있다.
상기 와류 형성구는 상기 분사관의 말단에 연결되고 내주면에 일정면적으로 수용 영역이 형성된 케이싱, 및 상기 케이싱의 수용 영역에 수용되어 공급되는 물에 의해 회전하는 마름모 스크류 형상의 와류 형성 부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 흡입관의 내부에는 간벽이 형성되고, 상기 흡입관의 선단의 내부에는 복수의 필터가 가로방향으로 배치되며, 상기 복수의 필터 사이에는 흡입되는 이물을 분쇄시키는 분쇄날이 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 에어 포켓부를 통해 장치의 일부를 부상시킴으로써 수중 바닥의 다양한 지형에도 주행이 용이하고, 별도의 기구적인 부유발생 수단을 배제하고, 흡입되는 물의 일부를 호퍼 내부로 분사시켜 수중 바닥에 퇴적된 이물을 부유시켜 흡입효율을 향상시키면서도 장치를 보다 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 흡입되는 이물을 잘게 분쇄시키고, 회전하는 분사 노즐을 통해 호퍼 내에 광범위한 면적에 대한 부유발생 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 분사관의 내부에 마름모 스크류 형상의 와류 형성구를 구비하여 공급된 물을 분사관 내부에서 와류시켜 분사시킴으로써 분사 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 정수장 여과지를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치의 측면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치의 일부 내부 구성을 보여주는 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치의 부유 발생부의 구조를 나타내는 구성도, 및
도 5는 도 4의 와류 형성부의 구성을 보여주는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치의 일부 내부 구성을 보여주는 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치의 부유 발생부의 구조를 나타내는 구성도이고, 도 5는 도 4의 와류 형성부의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 수중 여재 청소장치는 본체부(10)의 하부에 무한궤도 형태의 주행수단으로 이루어진 주행부(20)가 설치된다.
본체부(10)의 전방으로는 흡입관(43)이 연결되고, 이 흡입관(43)의 선단에 부유 발생부(40)가 설치된다.
부유 발생부(40)는 흡입관(43)의 선단에 호퍼(40a)가 구성된다. 호퍼(40a)는 일정공간을 덮도록 덮개 형상으로 구성될 수 있어 내부에 일정공간을 형성한다.
또한 호퍼(40a)에는 주행용 안내휠(25)이 장착되고, 호퍼(40a)의 외부에는 부력에 의해 부유 발생부(40)를 상승되도록 제1 에어 포켓부(91)가 설치된다. 이때 제1 에어 포켓부(91)는 호퍼(40a)의 적어도 양측에 구성될 수 있다. 또한 본체부(10)의 외측에는 제2 에어 포켓부(92)와 제3 에어 포켓부(93)가 각각 형성된 구성을 갖는다.
이와 같이 부유 발생부(40)에 외측에 제1 에어 포켓부(91)를 구성하고, 수중 바닥면에 경사나 장애물 등이 있는 경우에 제1 에어 포켓부(91)에 압축공기를 주입함으로써 부유 발생부(40)가 상부로 선회된다. 또한 본체부(10)에도 제2 에어 포켓부(92)와 제3 에어 포켓부(93)를 구성할 수 있다.
이에 따라 제1 내지 제3 에어 포켓부(91,92,93)에 공급되는 압축 공기량을 개별 제어함으로써 수중바닥의 지형에 대응되도록 장치의 주행자세를 교정할 수 있다. 즉 본체부(10) 및 부유 발생부(40)에 장착된 에어 포켓부(91,92,93)의 부력을 조절함으로써 장치의 전후좌우 기울기(장치의 자세)를 조정할 수 있다.
이때 주행 중 바닥의 지형을 확인할 수 있도록 주행 감지 카메라(11)나 지형감지센서(포토센서) 등이 본체부(10)에 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 부유 발생부(40)는 흡입관(43)의 양측으로 각각 분기관(41c,42c)이 분기된다. 이 분기관(41c,42c)의 각각은 제1 분사관(41) 및 제2 분사(42)과 연결된다.
또한 제1 분사관(41)와 제2 분사관(42)는 호퍼(40a)의 내부로 관통하여 내부로 공급된 물을 분사하도록 구성된다. 이때 제1 분사관(41)과 제2 분사관(42)의 선단측에는 외부로부터 압축공기를 공급받기 위한 에어 분사관(71,72)이 각각 연결될 수 있다.
이에 따라 분기관(41c,42c)을 따라 유입되는 물을 더욱 가속화시켜 분사관(41,42)을 통해 분사시킬 수 있다. 즉 부유 발생부의 물 분사 압력을 보다 높일 수 있다.
한편 분기관(41c,42c)은 하나 또는 2개 이상으로 구성될 수 있으며, 분기관(41c,42c)의 입구측에는 이물 유입을 방지하기 위한 필터(미도시)가 각각 설치될 수 있다.
또한 분사관(41,42)의 하부측의 일부에는 와류 형성관(41a,42a)이 제공된다. 즉, 와류 형성관(41a,42a)의 내측면에는 나선홈(42b)이 형성될 수 있다. 이에 따라 공급되는 물이 와류를 형성하면서 분사노즐(46)로 공급될 수 있도록 한다. 이때 분사 노즐(46)은 와류 형성관(41a,42a)에 베어링부(48,49)를 통해 연결되어 공급되는 물이 와류를 일으키며 제공되면 분사 노즐(46,47)도 회전되면서 분사가 이루어지도록 할 수 있다.
아울러 분사관(41,42)과 와류 형성관(41a,41b)의 사이에는 와류형성구(61,62)가 각각 장착될 수 있다.
도 5를 참조하면, 와류형성구(61,62)는 분사관(41,42)에 연결되는 케이싱(64)과 케이싱(64)의 내부의 일정영역에 오목하게 형성된 수용영역(65)이 형성되고 이 수용영역(65)에는 와류형성 부재(63)가 장착된다.
이때 와류형성 부재(63)는 마름모 형상의 스크류로 이루어질 수 있으며, 공급되는 물에 의해 수용영역(65) 내에서 회전하고 이를 통해 공급되는 물을 와류시켜 와류 형성관(41a,42a)으로 공급할 수 있다.
또한 분사 노즐(46a,47a)에는 물을 다방면으로 분사하기 위해 서로 다른 각도로 형성된 분사공(46a,47a)가 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 수중 여재 청소장치는 복수의 에어 포켓부(91,92,93)를 통해 장치의 일부를 부상시킴으로써 수중 바닥의 다양한 지형에도 주행이 용이하다.
또한 별도의 기구적인 부유발생 수단(통상의 브러쉬 롤러나 스크류 롤러)을 배제하고, 흡입되는 물의 일부를 호퍼 내부로 분사시켜 수중 바닥에 퇴적된 이물을 부유시켜 수중 바닥의 이물을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한 흡입되는 이물을 잘게 분쇄시키고, 회전하는 분사노즐(46,47)을 통해 호퍼(40A) 내에 광범위한 면적에 대한 부유발생 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 분사관(41,42)의 내부에 마름모 스크류 형상의 와류 형성구(61,62)를 구비하여 공급된 물을 분사관(41,42) 내부에서 와류시켜 분사시킴으로써 분사 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
10: 본체부
11: 주행 감지 카메라
20: 주행부
30: 배출부
40: 부유 발생부
41: 제1 분사관
42: 제2 분사관
43: 흡입관
44: 간벽
46: 분사노즐
47: 분사노즐
71: 에어 분사관
72: 에어 분사관
81: 분쇄날
82: 1차 필터
83: 2차 필터
91: 제1 에어 포켓부
92: 제2 에어 포켓부
93: 제3 에어 포켓부

Claims (7)

  1. 수중의 여재를 청소하기 위한 수중 여재 청소장치에 있어서,
    하부에 주행부가 구비되고 상부에 배출부가 연결된 본체부;
    상기 본체부의 전방으로 연결되어 수중 바닥의 이물을 포함하는 물을 흡입하여 상기 배출부를 통해 외부로 배출시키는 흡입관;
    상기 흡입관과 연결되고 수중 바닥에서 이물을 부유시키는 부유 발생부; 및
    상기 부유 발생부 또는 상기 본체부 중 적어도 하나의 외부에 설치되고, 외부로부터 공급되는 압축공기를 통해 부력을 증가시키는 적어도 하나의 에어 포켓부를 포함하고,
    상기 부유 발생부는 상기 흡입관의 선단에 연결되고 내부에 일정공간을 갖는 호퍼, 및
    상기 흡입관에서 분기된 적어도 하나의 분기관, 상기 분기관과 연결되고 상기 호퍼의 외측에 연결된 분사관, 상기 분사관의 말단에 연결되고 상기 호퍼의 내부로 흡입된 물의 일부를 분사하여 수중 바닥의 이물을 부유시키는 분사 노즐로 이루어지고,
    상기 부유 발생부는, 상기 분사관이 복수개로 형성되고,
    상기 분사관의 각각에는 에어 분사관이 연결되어 상기 분사관으로 압축공기를 공급하며,
    상기 분사관의 하부 일부에는 내부에 나선홈이 형성된 와류 형성관으로 이루어지고,
    상기 분사 노즐은 상기 와류 형성관의 말단에 연결되어 회전되도록 베어링부를 매개로 연결된 것을 특징으로 하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어 포켓부는,
    상기 호퍼의 외측에 설치된 제1 에어 포켓부와,
    상기 본체의 외측에 설치된 제2 에어 포켓부 및 제3 에어 포켓부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에어 포켓부로 공급되는 압축공기는 각각 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분사관의 내부에는 공급되는 물에 회전하는 것으로 와류를 형성시키는 와류 형성구가 구비된 것을 특징으로 하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 와류 형성구는 상기 분사관의 말단에 연결되고 내주면에 일정면적으로 수용 영역이 형성된 케이싱, 및
    상기 케이싱의 수용 영역에 수용되어 공급되는 물에 의해 회전하는 마름모 스크류 형상의 와류 형성 부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡입관의 내부에는 간벽이 형성되고,
    상기 흡입관의 선단의 내부에는 복수의 필터가 가로방향으로 배치되며,
    상기 복수의 필터 사이에는 흡입되는 이물을 분쇄시키는 분쇄날이 구비된 것을 특징으로 하는 부상기능을 갖는 수중 여재 청소장치.
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