KR102457560B1 - 수면 부유층 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 소규모 기름 유출 사고에 효율적으로 대응하기 위한 자동화된 수면 부유층 제거 장치를 제공하는 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 수면에서 부유하면서 이동가능한 선체로서 상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부, 상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부, 상기 오염수 유입부와 상기 저장부를 연결해 주어 상기 오염수가 이동할 수 있는 연결부, 상기 저장부에서 상기 오염수 유입부의 반대측 하단에 배치되어 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부 및 상기 저장부에 연결되는 부력장치를 포함하고, 상기 오염수 유입부는 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 적어도 일부가 상기 수면과 같은 높이에 위치하여 상기 장치가 이동함에 따라 상기 오염수가 유입되는 유입구를 포함하고, 상기 연결부는 수평에서 아래로 기울어져 있고, 상기 오염수를 상기 저장탱부로 이송시킬 수 있는 오염수 이송수단이 배치되고, 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 상기 저장부의 적어도 일부는 수면 아래에 위치하는수면 부유층 제거 장치를 제공할 수 있다.

Description

수면 부유층 제거 장치{Apparatus for skimming a floatable layer from a water surface}

본 발명은 유출된 기름과 같은 수면 부유층을 제거하는 장치에 관한 것으로, 특히 오염된 해수역을 부유하여 다니면서 오염된 물을 흡입한 후 기름 등과 같은 부유 오염물과 물을 분리시켜 물만을 배출시키는 선박형 장치에 관한 것이다.

기름 유출은 액체 석유 탄화수소를 고의가 아닌 인간의 활동의 결과로 주변 환경에 유출하는 것을 말한다. '기름'은 원유를 포함하여 정제된 기름, 정제된 석유 제품(가솔린, 디젤 등), 또는 부산물, 배의 벙커유, 유성의 폐기물이 될 수도 있다. 유출된 기름은 정화에 여러 달에서 여러 해가 걸릴 수도 있다.

이와 같은 유출된 기름을 제거하기 위해 유화제나 흡습제가 해상에 투입되거나, 흡착포를 이용한 제거 또는 자동화된 유수기를 이용한 제거 방법 등이 사용된다.

자동화된 유수기는 위어식 유회수기(Weir Skimmer), 흡착식 유회수기(Oleophilic Skimmer), 컨베이어식 유회수기(Conveyor Skimmer), 원심력식 유회수기(Hydro-Dynamic Skimmer), 이동식 & 고정식(선박 장착형) 유회수기, 진공식 유회수기(Vacuum Skimmer) 등이 알려져 있는데, 이들 장치는 모두 대형 선박 등에 설치되어 사용된다.

국내에서의 기름 유출 사고는 연 평균 270여회 발생하고 유출되는 기름의 양은 70만L에 달한다. 대부분의 기름 유출은 100L 이하 작은 규모 사고이며, 이는 전체 사고의 빈도 수의 70%를 차지한다. 문제는 기존의 자동화 장비들은 모두 고가의 대형 장비로 기름 유종에 따라 다른 장비를 써야한다는 이유로 대형 기름 유출 사고에 주로 사용되고 작은 규모의 사고는 모두 재래식 노동집약형 작업의 흡착포 작업이 다수를 이룬다.

그 과정에서 방제자들에게 기름냄새, 두통, 허리 통증등의 산업재해가 발생되며 자연스럽게 노동시간은 늘어나 초동대치가 힘들어지며 폐기물의 양은 늘어나게 되는 구조이다.

본 발명의 목적은 소규모 기름 유출 사고에 효율적으로 대응하기 위한 자동화된 수면 부유층 제거 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 수면에서 부유하면서 이동가능한 선체로서 상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부, 상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부, 상기 오염수 유입부와 상기 저장부를 연결해 주어 상기 오염수가 이동할 수 있는 연결부, 상기 저장부에서 상기 오염수 유입부의 반대측 하단에 배치되어 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부 및 상기 저장부에 연결되는 부력장치를 포함하고, 상기 오염수 유입부는 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 적어도 일부가 상기 수면과 같은 높이에 위치하여 상기 장치가 이동함에 따라 상기 오염수가 유입되는 유입구를 포함하고, 상기 연결부는 수평에서 아래로 기울어져 있고, 상기 오염수를 상기 저장탱부로 이송시킬 수 있는 오염수 이송수단이 배치되고, 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 상기 저장부의 적어도 일부는 수면 아래에 위치하는수면 부유층 제거 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 유입구에는 고형물의 유입을 막기 위한 여과수단이 배치될 수 있다.

또한, 상기 오염수 이송수단은 모터에 의해 회전하는 나선형 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결부는 원통형 튜브이고, 일단부는 상기 저장부의 수면 아래 부분에 배치될 수 있다.

또한, 상기 선체는 무인으로 작동되고, 무선 또는 유선으로 제어될 수 있다.

또한, 상기 선체에는 수면의 상태를 촬영할 수 있는 카메라와, 인공지능 알고리듬을 탑재한 컨트롤러를 더 포함하여, 오염된 수면에 배치된 후 상기 카메라를 통해 촬영되는 영상을 통해 상기 컨트롤러가 수면의 오염 여부를 파악하고 자체적으로 판단하여 오염지역으로 이동하면서 방향과 속도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 카메라는 수면의 투과율을 판단할 수 있는 광센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 수면 부유층 제거 장치를 통해 기름 유출 사고에 대해 빠른 대응과 효율적인 정화 작용이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선체의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 부력장치가 제거된 상태의 사시도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 해수면 등에 있어 오염이 발생하면 오염지역의 수면에서 부유하면서 신속하게 오염수를 정화하기 위한 선박형 장치에 관한 것으로, 이를 위해 수면에서 부유하면서 이동가능한 선체로서, 상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부, 상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부, 상기 오염수 유입부와 상기 저장부를 연결해 주어 상기 오염수가 이동할 수 있는 연결부, 상기 저장부에서 상기 오염수 유입부의 반대측 하단에 배치되어 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부 및 상기 저장부에 연결되는 부력장치를 포함하고, 상기 오염수 유입부는 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 적어도 일부가 상기 수면과 같은 높이에 위치하여 상기 장치가 이동함에 따라 상기 오염수가 유입되는 유입구를 포함하고, 상기 연결부는 수평에서 아래로 기울어져 있고, 상기 오염수를 상기 저장탱부로 이송시킬 수 있는 오염수 이송수단이 배치되고, 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 상기 저장부의 적어도 일부는 수면 아래에 위치하는 수면 부유층 제거 장치를 제공한다.

본 발명에 따르는 수면 부유층 제거 장치는 수면에서 부유하면서 이동가능한 선체로서, 선체 내에는 구동을 위한 스크류 장치와 모터 또는 엔진 장치를 포함할 수 있다. 이러한 선체는 수면에 부유하는 상태에서 적어도 일부가 수면과 같은 높이에 배치되는 유입구를 포함하여 오염수역을 이동하면서 자연스럽게 오염수를 받아들이게 된다.

오염수를 받아들이는 유입구에는 장치의 고장을 유발할 수 있는 큰 고형물을 유입을 막기 위해 여과수단이 배치될 수도 있다. 여과수단은 여과를 위해 유입구의 가로 또는 세로 방향으로 배치되는 바 형태일 수 있고, 메쉬와 같은 망 형태일 수도 있다.

이렇게 유입되는 오염수는 원통형 튜브 형태일 수 있는 연결부를 통해 저장부로 이송되는데, 원활한 오염수의 이송을 위해서 연결부는 수평에서 아래로 기울어져 있고 오염수 이송수단이 배치된다. 오염수 이송수단으로는 모터가 연결되어 회전하는 나선형 스크류가 사용될 수 있는데, 이를 통해 유입구를 통해 유입된 오염수는 장치 외부로 역류하지 않고 원활하게 저장부에 도달할 수 있고 저장부에 도달한 이후에도 저장부 뒤쪽에 배치되는 배출부까지 쉽게 이송되어 이송 중에 정화된 물이 배출부를 통해 배출될 수 있다.

또한, 저장부의 적어도 일부는 수면 아래에 위치함으로써 수면과 같은 높이에서 유입되는 오염수가 원활하게 저장부로 유입되는 것을 도울 수 있는데, 오염수를 저장부로 배출하는 연결부의 단부는 이러한 저장부의 수면 아래 부분에 배치됨으로써 오염수의 저장부로의 흐름을 도울 수 있다.

이렇게 저장부로 이송된 오염수는 저장된 상태에서 밀도차에 의해 오염된 부분과 오염되지 않은 부분이 각각 위와 아래로 분리되게 된다. 이렇게 분리된 오염되지 않은 부분의 물은 저장부의 뒤편 아래에 배치될 수 있는 배출부를 통해 배출함으로써 정화작용을 하게 된다. 이후 위에 떠 있는 오염된 부분은 장치가 돌아온 후 제거된다. 배출부는 단순히 물이 빠져나갈 수 있는 구멍 형상일 수 있고, 주기적으로 개폐가 가능한 밸브일 수 있다.

이렇게 저장부는 배출부로 인해 지속적 또는 일시적 개방 상태이어서 선체에 부력을 유지시켜주지 못하기 때문에 선체에 부력을 부여하기 위한 부력 장치가 저장부에 연결되어 설치된다. 부력장치는 속이 비어서 밀폐되어 있는 금속 또는 비금속 재질의 관 또는 튜브 형태일 수 있는데, 선체의 좌우에 배치되어 선체의 이동을 방해하지 않으면서 선체의 균형을 잡아줄 수 있다.

이러한 수면 부유층 제거 장치는 특히 무인으로 작동할 수 있는데, 사람이 탈 수 있는 공간이 필요없으므로 소형화가 가능하고 오염 지역으로 신속히 이동하여 배치시킴으로써 효율성을 높일 수 있다. 무인으로 작동하기 위한 제어는 유선 또는 다양한 무선 통신 방법으로 가능하다.

또한, 선체 내부에 인공지능 알고리듬을 탑재한 컨트롤러를 더 포함하여 기름이 유출된 지역에 배치된 후 카메라를 통해 인식되는 영상을 통해 컨트롤러가 자체적으로 판단해서 기름이 있는 부분을 파악하여 기름이 있는 부분으로 이동하면서 방향과 속도를 조절하여 정화 작업을 할 수도 있다.

이러한 영상 인식을 위해서는 HSV 알고리즘과 시멘틱 세그멘테이션(sementic segmentation)을 채택하여 물 위에 기름이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 머신 러닝 프로그램을 통해 지속적인 학습을 통해 해수면의 햇빛이나 그림자의 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

카메라에는 추가적으로 수면의 투과율을 판단할 수 있는 광센서를 부착하여 투과율을 판단한 후 진행 방향을 설정할 수도 있다.

본 발명에 따른 수면 부유층 제거 장치를 도면을 통해 보다 상세히 설명한다.

도 1 내지 4는 본 발명에 따르는 일 실시예를 나타낸다. 본 발명에 따르는 수면 부유층 제거 장치에서 이동가능한 선체(10)의 전면에는 오염수 유입부(20)가 배치된다. 오염수 유입부(20) 보다 뒤에는 유입된 오염수가 저장되는 저장부(40)가 있게 되고, 연결부(30)는 선체(10)의 오염수 유입부(20)와 저장부(40)를 연결해 준다.

선체(10)가 수면에 부유하는 상태에서 수면은 유입구(21)의 높이 범위 내에 있게 되어 선체(10)의 전진에 따라 오염수가 유입될 수 있게 되고 이러한 유입구(21)에는 오염수에 부유할 수 있는 큰 크기의 고형물의 유입을 막기 위해 여과수단(22)이 포함된다. 본 실시예에서 여과수단(22)은 수직방향의 바 형태로 형성되었다.

저장부는 선체(10)가 수면에서 부유할 때 수면보다 아래에 있게 되는 하부영역(41)이 있게 된다. 연결부(30)는 수평에서 아래를 향해서 오염수가 원활하게 아래로 흐를 수 있게 되는데, 이를 위해 연결부(30)가 저장부(40)와 소통하는 단부는 저장부(40)의 하부영역(41)에 배치된다.

또한 연결부(30)에는 튜브(33)와 튜브(33) 내부에 모터(31)에 의해 회전하는 나선형 스크류(32)가 배치된다.

선체(10)가 전진함에 따라 오염수 유입부(20)로부터 오염수가 유입되고 이를 연결부(30)의 나선형 스크류(32)를 통해 저장부(40)의 하부영역(41)으로 강제 이송시킴으로써 오염수가 배출부(50)가 있는 저장부(40)의 뒷부분까지 원활하게 흐를 수 있게 할 수 있다.

오염수는 저장부(40)의 뒷부분까지 이동하면서 밀도차에 의해 기름에 의해 오염된 밀도가 낮은 부분과 오염되지 않은 밀도가 높은 부분으로 분리되는데 밀도가 높은 오염되지 않은 부분은 저장부의 뒤쪽 하단에 배치되는 배출부(50)를 통해 배출됨으로써 오염수의 정화가 가능하게 된다.

선체(10)의 좌우에는 부력장치(60)가 배치되는데, 이는 속이 비어서 수밀된 금속 또는 비금속 재질의 튜브가 될 수 있다. 저장부(40)는 하단에 배출부(50)가 배치되어 선체(10)에 부력을 부여할 수 없기 때문에 선체(10)에 부력을 주기 위해 추가적인 부력장치(60)가 필요하다. 이러한 부력장치(60)는 선체(10)의 전후진 방향에서 영향을 주지 않기 위해 좌우에 배치하였다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

Claims (7)

1. 수면에서 부유하면서 이동가능한 선체로서,
   상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부;
   상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부;
   상기 오염수 유입부와 상기 저장부를 연결해 주어 상기 오염수가 이동할 수 있는 연결부;
   상기 저장부에서 상기 오염수 유입부의 반대측 하단에 배치되어 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부; 및
   상기 저장부에 연결되는 부력장치;를 포함하고,
   상기 오염수 유입부는 상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 적어도 일부가 상기 수면과 같은 높이에 위치하여 상기 장치가 이동함에 따라 상기 오염수가 유입되는 유입구를 포함하고,
   상기 연결부는 수평에서 아래로 기울어져 있고, 상기 오염수를 상기 저장부로 이송시킬 수 있는 오염수 이송수단이 배치되고,
   상기 선체가 수면에 부유하는 상태에서 상기 저장부의 적어도 일부는 수면 아래에 위치하며,
   상기 선체는 무인으로 작동되고, 무선 또는 유선으로 제어될 수 있으며,
   상기 수면의 상태를 촬영할 수 있는 카메라와, HSV알고리즘과 시멘틱 세그멘테이션을 탑재한 컨트롤러를 더 포함하여, 오염된 수면에 배치된 후 상기 카메라를 통해 촬영되는 영상을 통해 상기 컨트롤러가 수면의 오염 여부를 파악하고 자체적으로 판단하여 오염지역으로 이동하면서 방향과 속도를 조절할 수 있으며,
   상기 카메라는 수면의 투과율을 판단할 수 있는 광센서를 더 포함하는, 수면 부유층 제거 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유입구에는 고형물의 유입을 막기 위한 여과수단이 배치되는, 수면 부유층 제거 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 오염수 이송수단은 모터에 의해 회전하는 나선형 스크류를 포함하는, 수면 부유층 제거 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부는 원통형 튜브이고, 일단부는 상기 저장부의 수면 아래 부분에 배치되는, 수면 부유층 제거 장치.
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