KR102231788B1 - 도로시설물의 염화칼슘 및 미세먼지 제거를 위한 차량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형으로 상면에 돌출형성되며, 슬릿이 일정 간격으로 형성된 환상의 1차회전자와 상기 1차회전자와 일정간격 이격되어 돌출형성되며 슬릿이 형성된 2차회전자를 포함하는 회전자; 및 원형으로 상면에 돌출형성되며, 상기 1차회전자와 2차 회전자 사이에 배치되고 슬릿이 일정간격으로 형성된 1차고정자와 상기 2차회전자의 외곽에 배치되고 슬릿이 일정간격 형성된 2차 고정자가 형성되어 상기 회전자와 대향하여 결합되는 고정자를 포함하는 회전전단 믹서 교반기(100); 일정한 간격으로 형성된 슬릿 및 충돌면을 구비한 1차 충돌판; 상기 1차 충돌판과 마주보게 배치되고, 상기 1차 충돌판의 슬릿 및 충돌면과 어긋나도록 배치된 슬릿 및 충돌판을 구비한 2차 충돌판을 포함하는 보텍스 다단충돌판(200); 및 조인트로 연결되는 복수의 파이프로 이루어진 다단파이프 구조이고, 각 파이프 마다 내부에 유체의 흐름을 방해하도록 돌기가 상호 어긋나도록 형성되어 유체가 회전하면서 충돌을 일으켜 기포가 붕괴되도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전충돌 붕괴노즐(300)이 일련하여 연결된 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포 발생장치를 제공한다.

Description

도로시설물의 염화칼슘 및 미세먼지 제거를 위한 차량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포발생장치{Fine bubble generating device for vehicle equipped fine bubble washing apparatus for calcium chloride and fine dust removal on road facilities}

본 발명은 미세기포 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로, 교각, 터널 등(이하, 도로시설물이라 한다)에 사용하는 염화칼슘을 제거하여 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염 유발물질인 미세먼지(PM10)를 효과적으로 제거할 수 있는 도로시설물의 염화칼슘 및 미세먼지 제거를 위한 차량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포발생장치에 관한 것이다.

도로시설물(도로, 교량, 방음벽, 터널 등)은 많은 차량이동에 의한 입자성 물질(미세먼지), 유기물질(영양염류), 타이어 마모물질, 기름, 윤활유, 방향족탄화수소화합물(PAHs), 중금속, 병원성미생물 및 염화칼슘 등 다양한 오염물질이 존재하며 도로공사를 포함한 지자체는 주기적인 세척을 하고 있다.

이런 오염물질 세척효율에 따라 용수사용량, 작업시간, 인력 등의 유지관리비용에 영향을 미치고 또한 염분제거 수준에 따라 도로 및 교각 관련 구조물의 손상, 노후화 및 복구비용이 결정된다.

특히 교량 구조물에서 측정된 제설목적의 염화칼슘의 염분농도를 보면 5~25g/㎡이 분포하고 교각측면에서는 30~70mg/L의 염분농도가 측정되고 있다. 염화칼슘에 의한 심각한 피해는 도로의 스폴링/포트홀이며 도로를 복구하는 비용이 연간 사용한 제설용 염화칼슘 살포비용보다 높으며 교각/자동차 부식은 매우 심각한 안전상의 문제를 발생하고 있다.

특히 겨울철이 되면 고여 있는 물이 얼어 구조재에 금을 내기 시작하고, 이를 녹이기 위해 염화칼슘 등 동결 방지제를 쓰게 되면 염분이 부식을 급속도로 진행시킨다. 염분농도가 한계점에 달하면 콘크리트 부분은 심각하게 훼손되고, 이외에도 밑에서 흐르는 강물은 교각과 교각의 토대를 조금씩 갉아먹어 교각의 붕괴를 야기하기도 한다.

도로, 교각, 터널 구조물의 부식과 노후화에 가장 영향을 미치는 염화칼슘은 2013년 소방방재청 자료에 따르면, 전국 지자체, 국토관리청 및 한국도로공사가 사용한 제설제량은 50만 6,509톤이며 15톤 덤프트럭 3만 3767대 분량이다. 민간 사용량을 고려하면 더 많은 양의 제설제가 사용된 것으로 보여진다.

2017년 한국도로공사 자료에 따르면, 염화칼슘을 제거하기 위하여 교량 난간 방호벽, 배수구, 고량이음매 등 전국 고속도로 주요 구조물에 대한 살수작업을 수행하였으며, 3주간 투입된 세척장비는 3,712대, 인력 14,850여명이 동원되었다.

현재 분진 제거를 위한 주기적인 도로청소 및 제설용 염화칼슘을 제거하는 방법으로는 순수 인력에 의한 청소방법, 고정식 살수장치를 이용한 습식청소방법, 물청소차를 이용한 습식청소방법이 있으며, 물청소차를 이용한 방법은 물을 고압으로 분사하는 기능을 가진 고압살수차와 브러시를 장착한 브러시 장착 살수차, 분사한 물을 흡입하는 진공흡입식 살수차로 구분할 수 있다.

제설에 사용하는 염화칼슘의 pH는 약 11로 일반 염화칼슘의 pH 7~8에 비하여 상대적으로 높은 강염기성을 띄고 있어서 구조물의 부식에 지대한 영향을 끼치고 있어 눈 제거를 위하여 사용하고 잔존하는 염화칼슘을 효과적으로 제거하기 위한 방법이 절실히 필요한 실정이다.

현재 도로, 교각, 터널 등에 사용하는 염화칼슘을 제거하여 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염 유발물질인 미세먼지(PM10)를 효과적으로 제거하기 위해 고압 Water Jet 세척장비가 사용되고 있으나 많은 동력비, 운영비 등의 문제가 있고 세척효율이 떨어져 이에 대한 새로운 타입의 차량 탑재형 미세기포 세척장치에 대한 개발이 요구된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 도로, 교각, 터널 등에 사용하는 염화칼슘을 제거하여 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염 유발물질인 미세먼지(PM10)를 효과적으로 제거할 수 있는 량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포발생장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 원형으로 상면에 돌출형성되며, 슬릿이 일정 간격으로 형성된 환상의 1차회전자와 상기 1차회전자와 일정간격 이격되어 돌출형성되며 슬릿이 형성된 2차회전자를 포함하는 회전자; 및 원형으로 상면에 돌출형성되며, 상기 1차회전자와 2차 회전자 사이에 배치되고 슬릿이 일정간격으로 형성된 1차고정자와 상기 2차회전자의 외곽에 배치되고 슬릿이 일정간격 형성된 2차 고정자가 형성되어 상기 회전자와 대향하여 결합되는 고정자를 포함하는 회전전단 믹서 교반기(100); 일정한 간격으로 형성된 슬릿 및 충돌면을 구비한 1차 충돌판; 상기 1차 충돌판과 마주보게 배치되고, 상기 1차 충돌판의 슬릿 및 충돌면과 어긋나도록 배치된 슬릿 및 충돌판을 구비한 2차 충돌판을 포함하는 보텍스 다단충돌판(200); 및 조인트로 연결되는 복수의 파이프로 이루어진 다단파이프 구조이고, 각 파이프 마다 내부에 유체의 흐름을 방해하도록 돌기가 상호 어긋나도록 형성되어 유체가 회전하면서 충돌을 일으켜 기포가 붕괴되도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전충돌 붕괴노즐(300)이 일련하여 연결된 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포 발생장치.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 미세기포 발생장치를 탑재한 차량 탑재형 미세기포 세척장치는 도로시설물에 사용하는 염화칼슘을 제거하여 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염 유발물질인 미세먼지(PM10)를 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량 탑재형 미세기포 세척장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 회전전단 믹서 교반기의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 보텍스 다단충돌판의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 회전충돌 붕괴노즐의 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 차량 탑재형 미세기포 세척장치는 차량에 탑재하여 이동성을 부여하였으며, 도로시설물에 사용하는 염화칼슘을 제거하여 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염 유발물질인 미세먼지(PM10)를 효과적으로 제거할 수 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 차량 탑재형 미세기포 세척장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 차량(미도시)에 탑재되며, 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌판(200), 및 회전충돌 붕괴노즐(300)로 이루어지는 미세기포발생장치를 포함한다.

상기 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌판(200), 및 회전충돌 붕괴노즐(300)은 일련하여 직렬로 연결되어 일체로 형성되어질 수 있다. 따라서, 기체와 물이 혼합되어 1차적으로 회전전단 믹서 교반기(100)로 진입되면서 20~50㎛의 1차버블이 형성되고, 상기 1차버블은 다시 2차적으로 보텍스 다단충돌판(200)에 유입되어 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 되며, 상기 2차 미세버블은 다시 3차적으로 회전충돌 붕괴노즐(300)에 유입되어 최종적으로 100nm~20㎛ 사이즈의 초미세버블로 된다.

이하, 본 발명의 내용을 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 상기 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌판(200), 및 회전충돌 붕괴노즐(300)을 제외한 일반적으로 채택되어질 수 있는 엔진, 동력전달장치, 펌프, 밸브, 냉각기 내지 각종 연결구 등에 대하여는 당업계의 공지의 구성요소로써, 도 1을 참조하기로 하고 여기서는 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 중요 구성부분인 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌판(200), 및 회전충돌 붕괴노즐(300)로 이루어진 미세기포 발생장치(1000)에 한하여 상세하게 설명한다.

도 2는 1차 회전전단 믹서 교반기의 구성도로써, 20~50㎛의 1차 버블을 형성한다.

이를 위해 본 발명에 따른 회전전단 믹서 교반기(100)는 모터에 의해 회전되는 회전자(10)와 이와 대향하여 결합하는 고정자(20)을 포함한다.

상기 회전자(10)는 원판형으로 상면에 돌출형성되는 제1회전자(2)와 제2회전자(4)를 포함한다. 상기 제1회전자(2)는 원판의 상면에 원형으로 돌출형성되며, 일정간격으로 기포가 관통하는 슬릿(1)이 형성되어있다.

또한, 상기 제2회전자(4)는 제1회전자와 마찬가지로 원판위에 원형으로 돌출형성되지만, 상기 제1회전자(2)를 외곽에서 포위하도록 구성하되, 마찬가지로 일정간격으로 기포가 관통하는 슬릿(3)이 형성되어 있다.

상기 고정자(20)는 회전자와는 대향하도록 배치되며, 원형으로 배치되는 제1고정자(6)와 제2고정자(8)가 원판위에 돌출형성되어 있다. 상기 제1고정자(6)와 제2고정자(8) 역시 일정간격으로 각각 슬릿(5,7)이 형성되어 기포가 통과할 수 있도록 한다.

상기 제1고정자(6)는 회전자를 이루는 1차회전자(2)와 2차회전자(4) 사이에 배치되도록 대향하고, 제2고정자(8)는 상기 2차회전자(4)의 외곽에 배치되어 기포의 관통로를 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 회전전단 믹서 교반기(100)는 중심으로 유입된 물과 유입구로 들어오는 기체가 혼합되어 상기 회전하는 제1회전자의 슬릿(1)을 관통하면서 기포가 파괴되고, 제1고정자(6)의 슬릿(5)을 통해 배출이 된다.

슬릿(5)을 통과한 기포를 함유한 물은 회전하는 제2회전자의 슬릿(3)에 진입하면서 다시 기포는 더욱 파괴되어 보다 미세한 기포가 된다. 이러한 과정을 통해 20~50㎛의 미세버블이 되어 제2고정자(8)의 슬릿(7)을 통해 배출되어진다.

도 3은 본 발명에 따른 보텍스 다단충돌판(200)의 구성도이다. 상기 본 발명에 따른 보텍스 다단충돌판(200)은 하우징내에 원반형상의 1차충돌판(210)과 2차충돌판(220)이 나란하게 마주보도록 배치된다.

상기 1차충돌판(210)은 일정한 간격으로 형성된 슬릿(211) 및 충돌면(212)이 형성되어 있다. 상기 슬릿(211)을 통해 전단의 회전전단 믹서 교반기(100)로부터 공급되는 미세버블이 일부는 충돌면(212)에 충돌하고, 일부는 슬릿(211)을 통해 통과되어지며, 슬릿(211)을 통과한 미세버블은 다시 후단의 2차충돌판(220)에 유입된다.

상기 2차충돌판(220) 역시 일정한 간격으로 형성된 슬릿(221) 및 충돌면(222)이 형성되어 있다. 다만, 상기 2차충돌판(220)은 1차충돌판(210)과 슬릿과 충돌면이 순서가 어긋나도록 배치되어 있는 것이 특징이다. 따라서, 1차충돌판(210)의 슬릿(211)을 통과한 미세버블은 2차충돌판(220)의 충돌면(222)에 부딪혀 보다 미세한 사이즈로 분쇄되어지고, 분쇄된 미세버블은 슬릿(221)을 통해 배출되어 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 된다.

도 4는 본 발명에 따른 회전충돌 붕괴노즐(300)의 구성도이다. 상기 본 발명에 따른 회전충돌 붕괴노즐(300)은 조인트(310)로 연결되는 복수의 파이프(320)로 이루어진 다단파이프 구조를 특징으로 한다.

각 파이프 마다 내부에 유체의 흐름을 방해하도록 돌기(321)가 상호 어긋나도록 형성되어 유체가 회전하면서 충돌을 일으켜 기포가 붕괴되도록 구성된 것이다.

예를 들어, 제1파이프는 내부의 단면이 도 4의 (a)와 같이 상면과 하면에 돌기가 길이방향으로 형성되어 있고, 조인트로 연결되는 제2파이프는 (b)와 같이 파이프의 중공부를 격벽으로 반으로 구분하면서 중심에는 단면이 원형인 원기둥이 길이방향으로 뻗은 구성일 수 있으며, 제3파이프는 (c)와 같이 파이프의 내면에 5개의 돌기가 길이방향으로 일정간격을 두고 뻗도록 형성된 구조이며, 제4파이프는 (d)와 같이 파이프의 내면에 4개의 돌기가 길이방향으로 일정간격을 두고 뻗도록 형성된 구조일 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하면, 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 제1파이프에 진입하면서 순차적으로 제4파이프까지 관통할 때 까지 내부 혹은 내면에 형성된 돌기구조에 의해 미세버블이 더욱 분쇄되어 최종적으로 100nm~20㎛ 사이즈의 초미세버블을 얻을 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 미세기포발생장치(100)를 포함하는 미세기포세척장치는 차량에 탑재가능한 형태로 제작이 가능하여 이동성이 확보되어 언제 어디서든 염화칼슘이나 미세먼지의 제거가 요구되는 곳에 이동하여 염화칼슘 및 미세먼지를 제거함으로써, 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염을 방지할 수 있는 효과적인 수단을 제공한다.

100: 회전전단 믹서 교반기
200: 보텍스 다단충돌판
300: 회전충돌 붕괴노즐

Claims (1)

1. 원형으로 상면에 돌출형성되며, 슬릿이 일정 간격으로 형성된 환상의 제1회전자와 상기 제1회전자와 일정간격 이격되어 돌출형성되며 슬릿이 형성된 제2회전자를 포함하는 회전자; 및 원형으로 상면에 돌출형성되며, 상기 제1회전자와 제2 회전자 사이에 배치되고 슬릿이 일정간격으로 형성된 제1고정자와 상기 제2회전자의 외곽에 배치되고 슬릿이 일정간격 형성된 제2고정자가 형성되어 상기 회전자와 대향하여 결합되는 고정자를 포함하여 20~50㎛의 1차 미세버블을 배출하는 회전전단 믹서 교반기(100);
   일정한 간격으로 형성된 슬릿 및 충돌면을 구비한 1차 충돌판; 상기 1차 충돌판과 마주보게 배치되고, 상기 1차 충돌판의 슬릿 및 충돌면과 어긋나도록 배치된 슬릿 및 충돌판을 구비한 2차 충돌판을 포함하여 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블을 배출하는 보텍스 다단충돌판(200); 및
   조인트로 연결되는 복수의 파이프로 이루어진 다단파이프 구조이고, 각 파이프 마다 내부에 유체의 흐름을 방해하도록 돌기가 상호 어긋나도록 형성되어 유체가 회전하면서 충돌을 일으켜 기포가 붕괴되도록 구성되어 100nm~20㎛ 사이즈의 초미세버블을 배출하는 회전충돌 붕괴노즐(300)이 일련하여 연결된 것으로,
   상기 다단파이프구조는 제1파이프, 제2파이프, 제3파이프 및 제4파이프가 순차 직렬로 연결된 것으로,
   제1파이프는 내부의 단면이 상면과 하면에 돌기가 길이방향으로 형성되어 있고, 조인트로 연결되는 제2파이프는 파이프의 중공부를 격벽으로 반으로 구분하면서 중심에는 단면이 원형인 원기둥이 길이방향으로 뻗은 구성이며, 제3파이프는 파이프의 내면에 5개의 돌기가 길이방향으로 일정간격을 두고 뻗도록 형성된 구조이며, 제4파이프는 파이프의 내면에 4개의 돌기가 길이방향으로 일정간격을 두고 뻗도록 형성되어, 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 제1파이프에 진입하면서 순차적으로 제4파이프까지 관통할 때 까지 내부 혹은 내면에 형성된 돌기구조에 의해 미세버블이 더욱 분쇄되어 최종적으로 100nm~20㎛ 사이즈의 초미세버블을 배출하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 미세기포 세척장치용 미세기포 발생장치.
   
   

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