KR102464417B1 - 수면 부유층 제거 장치 - Google Patents

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KR102464417B1
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Abstract

수면에서 부유하면서 이동가능한 수면 부유층 제거 장치가 제공된다.
이 장치는, 선체; 상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부; 상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부; 상기 저장부에서 하단에 배치되거나, 또는 상기 오염수 유입부의 반대측면에 배치되거나, 또는 상기 오염수 유입부의 반대측 하단에 배치되어, 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부; 및 상기 저장부에 연결되거나 또는 저장부의 일부인 부력 장치를 포함한다.
상기 오염수 유입부와 상기 저장부의 사이에 설치되며, 해수면의 높이에 설치되어 후방으로 연장되다가 다시 하방으로 연장되는 형상을 갖는 제1 흐름 분리판을 갖는다.

Description

수면 부유층 제거 장치{WATER SURFACE FLOATING LAYER REMOVAL APPARATUS}
본 발명은 기름 등의 수면 부유층을 제거하는 장치에 관한 것이다.
바다나 호수 등의 수면에 오일(기름)이 유출되는 사고가 발생될 경우, 신속하게 방제 작업을 하여 오일이 넓게 퍼져나가는 것을 방지할 필요가 있다.
기름 유출은 액체 석유탄화수소를 고의가 아닌 인간의 활동의 결과로 주변환경에 유출하는 것을 말한다. '기름'은 원유를 포함하여 정제된 기름，정제된 석유제품(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
일예로, 이러한 방제작업을 할 때는 오일이 유출된 부위의 둘레부에 오일펜스를 설치한 후, 작업자가 오일펜스의 내부에 부직포 등으로 제작된 사각형의 흡착포를 던져서 흡착포가 오일을 흡수하도록 한 후, 수작업으로 흡착포를 수거하는 방법을 통해 오일을 제거하는 방법이 이용되고 있다.
그런데, 이러한 방법으로 방제작업을 할 경우, 오일이 유출된 부위에 정확히 흡착포를 던져 넣어야 함으로, 넓은 면적에 분포된 오일을 효과적으로 방제하기 어려울 뿐 아니라, 오일을 흡수한 흡착포를 작업자가 수거하여야 하므로, 수거에 시간이 많이 소요되는 문제점이 발생되었다.
특히, 이와 같이, 작업자가 흡착포를 수작업으로 수거할 때, 작업자가 오일에 노출되며, 특히, 작업자가 오일에서 증발된 유증기를 흡입하여 건강에 문제가 발생되는 문제점이 발생되었다.
따라서, 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 해양방제장치가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 이러한 해양방제장치는 큰 선박에 설치되어 사용됨으로, 이동이 불편하고, 신속하게 현장에 투입하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 이러한 해양방제장치는 선박의 운전자가 육안으로 오일이 떠있는 위치를 확인하고, 선박을 오일의 위치로 이동시켜야 하는데, 이와 같이 사람이 육안으로 멀리 떠있는 오일을 확인하는 것이 매우 어려운 문제점이 있었다.
또한, 이와 같이, 수면에 떠있는 오일을 제어하는 방제작업은 시간이 많이 걸리게 되는데, 전술한 바와 같이, 운전자가 육안으로 오일의 위치를 확인하고 선박을 운전할 경우, 운전자가 쉽게 피로를 느끼게 됨으로, 장시간 지속적으로 방제작업을 할 수 없는 문제점이 발생되었다.
흡착포를 이용하는 방법 외에, 자동화된 유수 분리 방식은 위어식 유회수기(Weir Skimmer), 흡착식 유회수기(Oleophilic Skimmer), 컨베이어식 유회수기(Conveyor Skimmer), 원심력식 유회수기(Hydro-Dynamic Skimmer), 이동식 및 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 70만L(리터)에 달한다. 대부분의 기름 유출은 100L 이하의 작은 규모 사고이며，이는 전체 사고의 빈도수의 70%를 차지한다. 문제는 기존의 자동화 장비들은모두 고가의 대형 장비로 기름 유종에 따라 다른 장비를 써야 한다는 이유로 대형 기름 유출 사고에 주로 사용되고 작은 규모의 사고는 모두 재래식 노동집약형 작업의 흡착포 작업이 다수를 이룬다.
그 과정에서, 전술한 바와 같이, 방제자들에게 기름냄새，두통，허리 통증 등의 산업재해가 발생되며 자연스럽게 노동시간은 늘어나 초동 대처가 힘들어지며 폐기물의 양은 늘어나게 되는 구조이다
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방법이나 장치가 필요하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 소규모 기름 유출 사고에 효율적으로 대응하기 위한 자동화된 수면 부유층 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면,
수면에서 부유하면서 이동가능한 수면 부유층 제거 장치로서,
선체;
상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부;
상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부;
상기 저장부에서 하단에 배치되어, 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부; 및
상기 저장부에 연결되거나 또는 저장부의 일부인 부력 장치
를 포함하고，
상기 오염수 유입부와 상기 저장부의 사이에 설치되며, 해수면의 높이에 설치되어 후방으로 연장되다가 다시 하방으로 연장되는 형상을 갖는 제1 흐름 분리판
을 갖는 것을 특징으로 하는 수면 부유층 제거 장치가 제공된다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 흐름 분리판보다 후방에 설치된 제1 수직 방해판을 더 포함하며, 상기 제1 수직 방해판은 상부 개구 및 하부 개구를 갖는다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 수직 방해판보다 후방에, 기름을 거르기 위한 제1 필터를 갖는 상부 수평 방해판을 더 포함한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 수직 방해판의 하부 개구를 통해 흐른 유체는, 포켓 홈을 지나서 상부 수평 방해판의 측하방으로 유입되도록 구성되며, 상기 제1 수직 방해판의 상부 개구를 통해 흐른 유체는, 상기 상부 수평 방해판의 상방으로 유입되도록 구성된다.
또한, 바람직하게는, 상기 상부 수평 방해판의 하방에, 상기 제1 필터보다 더 촘촘한 메시망을 갖는 제2 필터를 갖는 하부 수평 방해판을 더 포함하며, 상기 하부 수평 방해판의 하부로 물이 배출된다.
또한, 바람직하게는, 상기 하부 수평 방해판의 면적은, 상기 흐름 분리판 앞에 있는 유체 유입구 면적의 1.5배 이상이다.
또한, 바람직하게는, 상기 하부 수평 방해판은, 상기 제1 수직 방해판과 상기 상부 수평 방해판의 하부에 설치된다.
또한, 바람직하게는, 상기 하부 수평 방해판은, 상기 제1 흐름 분리판과 상기 제1 수직 방해판과 상기 상부 수평 방해판의 하부에 설치된다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 흐름 분리판의 상부에, 후방으로 연장되는 제2 흐름 분리판을 추가로 갖는다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 수직 방해판의 상부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로와, 상기 제1 수직 방해판의 하부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로가, 수평 격벽에 의해 분리되어, 상기 상부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로는 상기 상부 수평 방해판의 상방으로 유입되도록 구성되고, 상기 하부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로는 포켓 홈을 지나서 상부 수평 방해판의 측하방으로 유입되도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 소규모 기름 유출 사고에 효율적으로 대응하기 위한 자동화된 수면 부유층 제거 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 장치를 위에서 비스듬히 본 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 장치를 아래에서 비스듬히 본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 장치를 전면에서 본 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 장치를 후면에서 본 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 장치를 위에서 본 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 장치를 아래에서 본 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 장치를 우측에서 본 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예의 장치를 좌측에서 본 것이다.
도 9는 유입부(20) 부근의 측단면도이다.
도 10a는 도 1에 비하여 유입부(20) 부분이 더 단순화되어 도시된 도면이다.
도 10b는 도 10a의 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예의 장치의 단면도를 위에서 본 것이다.
도 12a는 본 발명에 따른 수면 부유층 제거 장치의 내부를 나타내는 측단면도이며, 도 12b는 동일한 부위의 사시 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 수면 부유층 제거 장치의 내부에서의 유체의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12a의 흐름 분리판(1000)을 더욱 상세히 나타내는 도면이다.
도 15는 도 12a의 수직 방해판(2000)을 더욱 상세히 나타내는 도면이다.
도 16, 도 17은 도 12a의 포켓 홈(3000)을 더욱 상세히 나타내는 도면이다.
도 18은 도 12a의 상부 수평 방해판(4000)을 더욱 상세히 나타내는 도면으로서, 분해 사시도이다.
도 19는 도 12a의 하부 수평 방해판(5000)을 더욱 상세히 나타내는 도면으로서, 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 장치를 위에서 비스듬히 본 사시도이다.
본 발명에 따르는 수면 부유층 제거 장치에서 이동가능한 선체(10) 의 전면에는 오염수 유입부(20; 오염수 회수부)가 배치된다. 오염수 유입부(20)보다 뒤에는 유입된 오염수가 저장되는 저장부(40)가 존재한다. 선체(10)의 오염수 유입부(20)와 저장부(40)의 내부는 연결되어 있다.
션체(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 여과 수단(22)이 포함된다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 장치를 아래에서 비스듬히 본 사시도이다.
임펠러(30-1, 30-2)는 장치의 선체(10)를 전후로 이동시키기 위한 수단이다. 2개가 도시되어 있으나, 그 갯수는 필요에 따라 조정 가능하다.
임펠러(30-3, 30-4)는 장치의 선체(10)를 좌우로 이동시키기 위한 수단이다. 이 또한, 2개가 도시되어 있으나, 그 갯수는 필요에 따라 조정 가능하다.
배출구(50; 배출부)는, 유입된 오염수 중에서 기름이 분리되고 남은 물이 배출되는 부분이다. 도 2에서는 배출구(50)가 선체(10)의 하부에 있으나, 필요에 따라서는 뒷면에 배치될 수도 있고, 뒷면의 하단에 배치될 수도 있고, 하면의 뒷부분에 배치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 장치를 전면에서 본 것이다.
전면에 여과 수단(22)이 보이고 그 뒤에 임펠러(31)가 보인다. 임펠러(31)는 그 전체면이 보이지는 않고 윗부분은 물튀김 방지막(32)으로 약간 가려져 있다.
그리고, 아래에는 전술한 전진 및 후진용의 임펠러(30-1, 30-2)가 도시되어 있다.
도 3에서는 유입부에서 유수(물과 기름)을 유입/회수하기 위한 수단으로서 임펠러(31)을 예시하였으나, 반드시 임펠러(31)의 사용에 한정되지는 않고, 예를 들어 펌프 등을 사용하는 다른 예도 가능하다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 장치를 후면에서 본 것이다.
여기에서도, 도면의 아래에, 전술한 전진 및 후진용의 임펠러(30-1, 30-2)가 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 장치를 위에서 본 것이다.
도면의 우측에 오염수 유입부(20; 오염수 회수부)가 보이며, 위에서 본 것이어서 여과 수단(22)이나, 유입구(21), 임펠러(31) 등의 구조물은 잘 보이지 않는다.
그리고, 저장부(40)가 도시되어 있는데, 저장부(40)의 양쪽(선체의 좌우) 외벽은 부력을 제공하는 부력체를 포함할 수 있다. 부력은 저장부(40)의 좌우측에서 제공할 수도 있고, 저장부(40)의 하부측에서 제공할 수도 있다. 저장부(40)의 좌우측 및 하부측에서 모두 약간씩의 부력을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
부력의 정도는 임펠러(31)가 절반 정도 잠기게 하는 것이 적당하다. 절반이 정확히 50%를 의미하는 것은 아니고, 40~60% 정도일 수 있다. 때에 따라서는 30~70% 정도 잠길 수도 있다. 그리하여, 물에 반쯤 잠긴 임펠러(31)의 작용으로 오염수가 적절히 선체(10) 내부의 저장부(40) 쪽으로 이동한다.
물론, 선체의 전후 좌우 이동을 위한 추진력을 발휘하는 임펠러(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)는 전부 물에 잠겨 있다. 유입부(20) 근방에 배치된 유입용의 임펠러(31)만이 대략 수면에 절반 정도 잠기는 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 장치를 아래에서 본 것이다.
오염수 유입부(20; 오염수 회수부)가 도면의 우측에 보이며, 임펠러(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)를 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 장치를 우측에서 본 것이다.
오염수 유입부(20; 오염수 회수부)가 도면의 우측에 보이며, 저장부(40)의 측벽, 임펠러(30-2, 30-3, 30-4)를 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예의 장치를 좌측에서 본 것이다.
오염수 유입부(20; 오염수 회수부)가 도면의 좌측에 보이며, 저장부(40)의 측벽, 임펠러(30-1, 30-3, 30-4)를 확인할 수 있다.
도 9는 유입부(20) 부근의 측단면도이다.
도 9에서는 임펠러(31)를 감싸고 있는 파이프(33)가 도시되어 있고, 이 파이프(33)를 통해 유입부(20)와 저장부(40)가 연결되는 것을 알 수 있다. 설명의 편의상, 여과 수단(22)의 도시는 생략되어 있다.
임펠러(31)는 오염수의 유입(회수)를 위한 구조물이며, 이는 모터(31M)와 연결되어 동작하는 것일 수 있다.
도 9에 나타난 모터(31M)의 위치는 일예이며, 다른 위치도 가능하다.
임펠러(31)는, 오염수를 유입(회수)하는 것인데, 달리 말하면, 해수면에 있는 기름을 아래로 눌러 뒤로 보낸다고 설명할 수도 있다. 이 경우, 회수 시작 지점에 임펠러(31)가 가까울수록, 선체(10)의 전면부에 있는 유출유와 임펠러(31)가 더 빠르게 접촉이 가능하게 되면서 회수 속도가 향상된다.
즉, 선체(10)가 전진하면서 유출유(오염수)를 회수할 때, 임펠러 하우징(33; 파이프)에서의 유입물(즉, 바닷물+유출유) 정체 현상이 발생하는 것을 억제하기 위해서, 임펠러(31) 및 임펠러 하우징(33)의 위치를 전진시키고 불필요한 전면부를 제거함으로써 정체 현상을 해소할 수 있다.
도 10a는 도 1에 비하여 유입부(20) 부분이 더 단순화되어 도시된 도면이다.
도 10a는 도 1에 비해 여과 수단(22)이 생략되어 있는데, 임펠러(31)가 더 잘 보이도록 하기 위해 도시상으로만 생략한 것으로 이해할 수도 있고, 필요에 따라서는 실제로 여과 수단(22)을 설치하지 않음으로써 유입 효율을 높이도록 해도 무방하다.
도 10a에서 임펠러(31)의 앞 상단부에는 물튀김 방지막(32)이 설치되어 있다.
도 10b는 도 10a의 부분 확대도이다.
도면에는 나타나 있지 않으나, 수면은 임펠러(31)의 중간 정도가 되도록 선체(10)의 부력이 조정된다. 즉, 대략 임펠러(31)의 회전축 위는 물이 잠겨 있지 않고, 회전축 아래는 물에 잠겨 있는 모습이 될 것이다.
이 때, 임펠러(31)는 오염수를 유입하여 저장부(40) 쪽으로 보내는데, 수면 위쪽(즉, 임펠러의 위쪽 절반) 부근으로 유입수가 튀겨 나갈 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 임펠러(31)가 설치된 파이프(33; 임펠러 하우징)의 입구쪽 상단 일부가 물튀김 방지막(32)으로 가려져 있다. 이러한 방지막(32)은 임펠러 하우징(33) 쪽으로 유입된 유입수가 임펠러(31)에 의해 바깥(즉, +X 방향)으로 튀겨져 나가는 것을 막아주는 역할을 한다. 이러한 동작을 통해, 유수(oil-water; 오염수)를 유입(회수)하는 효율이 높아질 수 있다.
즉, 임펠러(31)의 회전시에 선체(10)의 전방으로 물이 튀는 현상이 발생함에 따라 유출유가 밀려나는 문제 발생하는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 임펠러(31) 입구 상단의 20~30% 정도에 물튀김 방지막(32)을 결합함으로써 선체(10)의 전방에 존재하는 유출유 확산 문제를 해결한다. 상기 20~30%는 바람직한 일예이며, 필요에 따라서는 40~50%까지 막을 수도 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예의 장치의 단면도를 위에서 본 것이다.
임펠러 하우징(33)도 반으로 잘린 단면으로 나타나 있으며, 그 안에 임펠러(31)가 수용되어 있다. 임펠러(31)와 하우징(33)이 각각 2개가 도시되어 있는데, 이 갯수는 필요에 따라 바뀔 수 있으나, 임펠러(31)와 하우징(33)이 각각 1개인 경우에 비하면 도 11a과 같이 2개인 경우가 더 유수 유입의 효율이 더 좋을 것이다.
도 12a는 본 발명에 따른 수면 부유층 제거 장치의 내부를 나타내는 측단면도이며, 도 12b는 동일한 부위의 사시 단면도이다.
도 12a의 왼쪽에서부터 오른쪽으로 가면서 흐름 분리판(1000), 수직 방해판(2000), 상부 수평 방해판(4000)이 존재한다. 수직 방해판(2000)과 상부 수평 방해판(4000)을 연결하는 포켓 홈(3000)이 형성되어 있다.
수직 방해판(2000)은 엄밀하게는, 도시된 2000 중에서 도면상의 좌측에 있는 벽(장치로서는 앞쪽벽)과 도시된 2000 중에서 도면상의 우측에 있는 벽(장치로서는 뒤쪽벽)을 말한다.
또한, 흐름 분리판(1000), 수직 방해판(2000), 포켓홈(3000), 상부 수평 방해판(4000)의 하부에는 하부 수평 방해판(5000)이 형성되어 있다.
도 1에 나타낸 저장부(40)는, 대략적으로 도 12a의 도면부호 2000, 3000, 4000, 5000으로 표시된 영역에 해당함을 알 수 있을 것이다(도면부호 4000 위의 공간도 포함). 물론, 도면부호 1000과 그 부근 영역도, 본 발명의 수면 부유층 제거 장치의 내부라는 의미에서, 넓게 보면 저장부(40)로 볼 수도 있다.
도 12b는 도 12a에서 개괄적으로 표시된 부분을 구체적으로 보여준다. 이에 대해서는 도 14 등을 이용하여 다시 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 수면 부유층 제거 장치의 내부에서의 유체의 흐름을 나타내는 도면이다.
흐름(F0)와 같이, 장치의 내부로 유체가 유입된다. 흐름(F0)는 도 1 등에 의하면 임펠러에 의해 유입되는 것이지만, 반드시 임펠러에 한정되지는 않으며, 임펠러 대신에 다른 수단이라도 좋고, 어떠한 수단도 없이 단지 수면 부유층 제거 장치의 진행에 따른 흐름만으로 흐름(F0)이 생성되는 경우도 상정할 수 있다.
흐름 분리판(1000; 도 12a 참조)에서는, 상부의 흐름(F1)은 곧바로 도면의 우측으로 이동하고, 하부의 흐름(F2)은 일단 하부를 향했다가 그 중의 일부는 위(F3)로, 다른 일부는 아래(F4)로 이동한다.
또한, 수직 방해판(2000)으로의 유체 흐름 유입을 보면, 흐름(F1)과 흐름(F3)이 흐름(F5)로서 윗부분의 개구를 통해 도면의 우측(장치로서는 후방)으로 이동하여 흐름(F6)으로 이어진다. 또한, 흐름(F4)이 아래부분의 개구를 통해 도면의 우측(장치로서는 후방)으로 이동하여 흐름(F9)으로 이어진다.
그리고, 흐름(F6)의 일부는 흐름(F7, F8)이 되어 앞쪽의 수직 방해판과 뒤쪽의 수직 방해판 사이의 공간에서 맴돌 수도 있다. 물론, 이러한 맴돌이가 계속되는 것은 아니고, 어느 정도 시간이 흐르면 기름은 위로 부상하고 물은 아래로 가라앉는 식으로 진행이 될 것이다. 그 후에 흐름(F10)이 될 수 있다.
흐름 분리판(1000) 부근에서 아래로 향한 흐름(F4)는 수직 방해판의 하부 개구를 거쳐서 흐름(F9)가 되고, 다시 포켓 홈(3000)을 거쳐서 흐름(F11)이 된다.
요컨대, 수직 방해판(2000; 도 12a 참조) 영역을 지난 유체는 윗부분의 개구를 통해 도면의 우측(장치의 후방측)으로 흐름(F10)으로서 이어진다. 또한, 수직 방해판(2000; 도 12a 참조) 영역을 지난 유체는 포켓 홈(3000)을 통해 도면의 우측(장치의 후방측)으로 흐름(F11)으로서 이어진다.
흐름(F10)은 흐름(F12, F13)와 같이 흘러서 상부 수평 방해판(4000; 도 12a 참조)으로 진입한다. 또한, 포켓 홈(3000)을 지난 흐름(F11)도 상부 수평 방해판(4000)에 진입한다. 흐름(F11, F13)이 상부 수평 방해판을 지난 후에는 흐름(F14)가 되어 하방을 향하는 흐름이 된다.
수직 방해판(2000) 영역에서 유체는 흐름(F6, F7, F8, F9)을 거치면서 대체로 장치의 후방측(도면의 우측)으로 이동하지만, 그와 동시에 유수(기름이 섞인 물)는 기름과 물의 비중차에 의해서 기름이 위로 뜨고 물이 아래에 있는 식으로 비중차에 의한 분리가 행해진다.
이러한 비중차 분리는 흐름(F12, F13)으로 표시된 영역(수직 방해판(2000)과 상부 수평 방해판(4000) 사이의 영역)에서도 마찬가지로 계속 행해지고 있다.
상부 수평 방해판(4000)은 일차로 기름을 걸러주는 필터이며, 하부 수평 방해판(5000; 도 12a 참조)은 더욱 미세한 필터로 추가로 기름을 걸러주는 필터이다.
그에 따라, 하부 수평 방해판(5000)을 통과한 흐름(F15, F16, F17, F18)은 기름이 거의 없는 물이다.
이하, 도 14~도 19를 통해서, 전술한 흐름 분리판(1000), 수직 방해판(2000), 포켓 홈(3000), 상부 수평 방해판(4000), 하부 수평 방해판(5000)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 14는 도 12a의 흐름 분리판(1000)을 더욱 상세히 나타내는 도면이다.
도 14에는 입구(원 부분)를 통해 유입되는 2가지의 큰 유체 흐름이 도시되어 있는데, 윗부분의 흐름(FU; 빨간 실선)은 도 13에서의 'F0 - F1 - F5 - F6'에 해당하는 흐름이다. 또한, 아랫부분의 흐름(FD; 파란 실선)은 도 13에서의 'F0 - F2 - F3 - F5 - F6'에 해당하는 흐름이다.
즉, 아랫부분의 흐름(FD)은 일반적인 회수(유입)에서의 유체의 흐름을 나타내며, 장치가 전진하면서 회수(유입)을 행하면 윗부분의 유체의 흐름이 추가되어 기름 유입을 증가시키게 된다.
이처럼 유입부(회수부) 근방에 있어서 윗부분의 흐름(FU)과 아랫부분의 흐름(FD)을 만드는 것은 제1 흐름 분리판(1000-1)과 제2 흐름 분리판(1000-2)이며, 특히 이 중에서도 하부에 있는 제1 흐름 분리판(1000-1)의 존재로 인하여 상부의 흐름(FU)과 하부의 흐름(FD)이 분리되는 것을 알 수 있다.
제1 흐름 분리판(1000-1)은 오염수 유입부와 상기 저장부의 사이에 설치되며, 해수면의 높이에 설치되어 후방으로 연장되다가 다시 하방으로 연장되는 형상을 갖는다. 해수면의 높이는 도 13에 도시되어 있다. 해수면의 높이라고는 하였으나, 해수면은 항상 어느 정도는 출렁이고 있으므로 정확한 위치를 지정하기가 다소 어려울 수 있다. 따라서, 대략 해수면의 높이로 이해할 수 있을 것이다. 또는, 매우 잔잔하여 해수면이 정지된 경우를 상정해 본다면, 해수면의 높이 ±10mm 정도로 생각하는 것도 가능할 것이다. 다만, 도 13에 도시된 바와 같이 해수면의 높이에서 -10mm~-20mm 정도에 제1 흐름 분리판(1000-1)의 수평 부분이 위치하는 것을 일실시예로 생각할 수 있다.
도 15는 도 12a의 수직 방해판(2000)을 더욱 상세히 나타내는 도면이다.
도 12a의 수직 방해판(2000)은 구체적으로는 도 15의 수직 방해판(2000-1)과 수직 방해판(2000-2)로 구성된다.
수직 방해판(2000-1)은 상부 및 하부에 개구를 갖는다. 상부의 개구는 도 15에서 보듯이 슬릿 형상일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 구성을 취하는 경우, 흐름 분리판(1000)에서 넘어오는 빠른 유속을 1차로 낮춰주며, 또한 큰 쓰레기들을 걸러주는 역할도 한다.
수직 방해판(2000-1)에 나타난 슬릿 형상의 상부 개구를 지나는 흐름은 도 13에서는 흐름(F5)으로 표시되어 있고, 수직 방해판(2000-1)에 나타난 하부 개구를 지나는 흐름은 도 13에서는 F4로 표시되어 있다(정확히는 하부 개구를 지나기 직전).
참고로, 격벽(2000-3)은 수평으로 형성되어, 상부와 하부 영역을 구분하는 역할을 한다. 즉, 격벽(2000-3)은 도 13에서 흐름(F7, F8)과 흐름(F9)를 분리해 준다.
즉, 제1 수직 방해판(2000-1)의 상부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로와, 제1 수직 방해판(2000-1)의 하부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로가, 수평 격벽(2000-3)에 의해 분리된다. 그에 따라, 상부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로는 상부 수평 방해판(4000)의 상방으로 유입되도록 구성되고, 하부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로는 포켓 홈(3000)을 지나서 상부 수평 방해판의 측하방으로 유입되도록 구성된다.
수평 격벽(2000-3)에 의한 분리의 장점은 이하와 같다.
가장 하단으로 향한 흐름(F4, F9)에는 기름이 없을 확률이 높은데, 만약 수평 격벽(2000-3)이 없다면, 이 흐름(F4, F9)이 다시 흐름(F6, F7, F8)가 섞인 후에 다시 시간을 두고 비중차 분리를 행하게 될 것이다. 이는 비효율적이므로, 기름이 혼입되어 있을 확률이 낮은 아래쪽 흐름(F4, F9)에 대해서는 위쪽 흐름(F5, F6, F7, F8)과 별개의 경로를 지나게 만드는 것이다. 물론, 흐름(F4, F9)에 기름이 없을 확률이 높을 것일 뿐, 전혀 없는 것은 아니므로, 결국은 포켓 홈(3000)을 지나서 상부 수평 방해판(4000)의 측하방으로 진행(F11)하여, 필터링을 거쳐서 하부로 이동(F14)한다.
도 16, 도 17은 도 12a의 포켓 홈(3000)을 더욱 상세히 나타내는 도면이다.
도 16에 포켓 홈(3000)과 상부 수평 방해판(4000)이 도시되어 있고, 설명의 편의상, 흐름 분리판(1000-1, 1000-2), 수직 방해판(2000-1, 2000-2), 격벽(2000-3)은 도시가 생략되어 있다.
도 16, 도 17에서, 흐름(F9)이 흐름(F11)로 이어지는 것을 볼 수 있다. 이 때 흐름(F11)이 통과하는 부분이 포켓 홈(3000)이다. 포켓 홈(3000)을 사용하여 유동 제어가 가능하다.
구체적으로, 장비(본 발명의 수면 부유층 제거 장치)를 바다에 투입할 때, 보관부 내부로 물이 유입되어 해수면에 수평을 이루며 떠 있기 위해서는 일정시간이 필요하다. 이 시간을 단축하기 위해 포켓 홈(3000)을 제작하여 그 시간을 단축하는 것이며, 장비를 바다에서 철수시킬 때도 같은 효과를 얻을 수 있다.
오염물 회수시에 포켓 홈(3000)을 통해 유출유가 이동할 수 있으며, 이때 상부 수평 방해판(4000)을 지나서 기름이 걸러질 수 있도록 설계되어 있다.
제1 수직 방해판(2000-1)의 하부 개구를 통해 흐른 유체는, 포켓 홈(3000)을 지나서 상부 수평 방해판(4000)의 측하방으로 유입되도록 구성되며(도 17, 도 13 참조), 제1 수직 방해판(2000-1)의 상부 개구를 통해 흐른 유체는, 상부 수평 방해판(4000)의 상방으로 유입되도록 구성됨(도 13 참조)을, 도 13, 도 17을 통해 알 수 있을 것이다.
도 18은 도 12a의 상부 수평 방해판(4000)을 더욱 상세히 나타내는 도면으로서, 분해 사시도이다.
상부 수평 방해판(4000)을 분해 사시도로 나타내면, 도 18과 같이, 뚜껑(4000-1), 필터 고정판 1(4000-2), 필터 1(4000-3), 필터 고정판 2(4000-4), 필터 2(4000-5), 필터 고정판 3(4000-6), 필터 3(4000-7), 필터 보관통(4000-8)으로 구성된 것을 알 수 있다. 단, 이는 일예이며 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 1~3가 3중으로 겹쳐져 있고, 그 사이에 필터 고정판 1~3이 끼어 있는 것을 알 수 있다. 그리고 뚜껑(4000-1)과 필터 보관통(4000-8)이 전체를 감쌈으로써 상부 수평 방해판(4000)이 형성된다.
상부 수평 방해판(4000)은 그 자체가 하나의 필터로 취급할 수 있으며, 기름 회수시 거치는 첫번째 필터이며, 뭉쳐 있는 기름들을 1차로 부상시켜 주는 역할 및 하부 필터로 내려가는 이물질을 걸러주는 역할을 담당한다. 상부 수평 방해판(4000)에서는 하부 수평 방해판(5000)에 비해 상대적으로 구멍이 큰 메시망을 사용한다.
도 19는 도 12a의 하부 수평 방해판(5000)을 더욱 상세히 나타내는 도면으로서, 분해 사시도이다.
하부 수평 방해판(5000)을 분해 사시도로 나타내면, 도 19와 같이, 하판 뚜껑(5000-1), 필터 고정대 1(5000-2), 필터 1(5000-3), 필터 고정대 2(5000-4), 필터 2(5000-5), 필터 고정대 3(5000-6), 하부 하판(5000-7)으로 구성된 것을 알 수 있다. 단, 이는 일예이며 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 1, 2가 2중으로 겹쳐져 있고, 그 사이에 필터 고정대 1~3이 끼어 있는 것을 알 수 있다. 그리고 하판 뚜껑(5000-1)과 하부 하판(5000-7)이 전체를 감쌈으로써 하부 수평 방해판(5000)이 형성된다.
그리고, 도 18과 관련하여 설명한 상부 수평 방해판(4000)의 필터 1(4000-3), 필터 2(4000-5), 필터 3(4000-7)의 필터의 눈금 수준보다, 도 19와 관련하여 설명한 하부 수평 방해판(5000)의 필터(5000-3, 5000-5)의 필터의 눈금이 더 곱게(더 촘촘하게) 만들어지는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 하부 수평 방해판(5000)의 필터 2(5000-5)는 필터 1(5000-3)보다 더 고운(더 촘촘한) 메시망일 수 있다.
하부 수평 방해판(5000)은 그 자체가 하나의 필터로 취급할 수 있으며, 상부 수평 방해판(4000)에서 걸러지지 못한 고운(입자가 작은) 기름층들을 필터링해 주는 구간이며, 상부 수평 방해판에서보다 더 고운(더 촘촘한) 메시망을 이용하는 것이 좋다. 이는 가장 고운 필터인 만큼, 원활한 물의 순환이 어려울 수 있다. 따라서, 하부 수평 방해판(5000)은, 장비에서 유입되는 유량 면적(유입부 면적)의 약 1.5배 이상의 필터 면적이 필요하다.
도 12a, 도 12b, 도 13 등에서는 하부 수평 방해판(5000)이 흐름 분리판(1000), 수직 방해판(2000), 상부 수평 방해판(4000)의 모두에 걸쳐서 하부에 있는 실시예가 도시되어 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 수직 방해판(2000)과 상부 수평 방해판(4000)의 하부에만 걸쳐 있어도 무방하다(단, 하부 수평 방해판(5000)은, 장비에서 유입되는 유량 면적(유입부 면적)의 약 1.5배 이상의 필터 면적이라는 전제가 충족되는 경우).
전술한 도 1~도 19에 의한, 특히 도 12a~도 19에 의한 본 발명의 수면 부유층 제거 장치는, 바다에 유출된 기름을 실시간적으로 유수 분리하며 기름만 포집할 수 있는 유수 분리 보관부 솔루션을 제공한다.
보관부는 펌프를 통해 기름과 물을 공급받을 수 있다. 참고로, 도 3에서는 유입부에서 유수(물과 기름)을 유입/회수하기 위한 수단으로서 임펠러(31)을 예시하였으나, 반드시 임펠러(31)의 사용에 한정되지는 않고, 예를 들어 펌프 등을 사용하는 예도 가능하다.
하단에는 물을 배출하는 배출구가 존재하고. 내부에 수직 방해판(2000) 및 상부/하부 수평 방해판(4000, 5000)을 통해 98% 이상의 유수분리를 진행할 수 있다.
기존의 유회수기 문제점으로는, 해양에서 발생한 유출유를 실시간적으로 유수분리하지 않고 바닷물과 함께 보관통으로 이동하게 되게 되므로, 상당히 높은 함수율의 폐기물이 발생한다는 점을 들 수 있으나, 본 발명은 유수 분리율이 높으므로 함수율도 낮아, 종래의 문제점이 해결될 수 있다.
도 12a~도 19를 통해서 이미 살펴보았으나, 정리하자면, 본 발명은, 내부에 오염물이 들어올 수 있는 유입구, 정화된 물이 나가는 배출구가 존재하며, 복잡한 기구물 및 시스템이 필요없이 유수분리가 가능하다.
흐름 분리판(1000)을 사용하여 장비의 정차 및 이동시 원활한 회수를 가능하게 한다. 장비가 멈춰 있으면서 유수를 회수(유입)하는 경우에는, 도 14의 흐름(FD)과 같은 유입이 행해지고, 장비가 이동하면서 유수를 회수(유입)하는 경우에는, 흐름(FD) 외에도 흐름(FU)가 추가로 생겨서 기름 유입을 증가시킨다.
수직 방해판(2000)을 사용하여 유체의 유속을 감소시킴과 동시에 내부로 들어오는 쓰레기의 유입을 감소시킨다.
상부 수평 방해판(4000)을 사용하여 95% 이상의 기름을 부상시키며, 상부 수평 방해판(4000)을 통과한 미세 기름들에 대해서는, 하부 수평 방해판(5000)을 사용하여 필터링을 행한다.
수평 방해판(4000, 5000)에 결합된 금속 메시망은 보관부 내부의 전체 흐름을 크게 방해하지 않으며 일정 크기 이상의 기름방울을 튕겨낼 수 있어 많은 양의 오염물을 흡입함과 동시에 실시간 유수분리를 할 수 있다.
하부 수평 방해판(5000)에는 고운 메시 필터가 적용됨으로 인해 유체의 원활한 이동이 어렵다. 따라서 유체 유입구 면적의 1.5배 이상의 필터 면적을 적용하여 유체의 원활한 이동이 가능하게 구현한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다
10: 선체
20: 유입부(회수부)
21: 유입구
22: 여과 수단
30-1, 30-2: (전후 이동용) 임펠러
30-3, 30-4: (좌우 이동용) 임펠러
31: (오염수 유입용) 임펠러
31M: 모터
32: 물튀김 방지막
33: 임펠러 하우징(파이프)
40: 저장부
1000: 흐름 분리판
1000-1: 제1 흐름 분리판
1000-2: 제2 흐름 분리판
2000: 수직 방해판
2000-1: 제1 수직 방해판
2000-2: 제2 수직 방해판
2000-3: 수평 격벽
3000: 포켓 홈
4000: 상부 수평 방해판
5000: 하부 수평 방해판

Claims (10)

  1. 수면에서 부유하면서 이동가능한 수면 부유층 제거 장치로서,
    선체;
    상기 선체의 전면부에 배치되어 오염수를 받아들이는 오염수 유입부;
    상기 오염수 유입부를 통해 유입된 상기 오염수를 저장하는 저장부;
    상기 오염수 유입부에 설치되어 오염수를 상기 선체로 유입시키는 임펠러;
    상기 임펠러를 둘러싸고 있는 임펠러 하우징;
    상기 임펠러 하우징 중에서 상기 임펠러의 상류 부분의 상부에 설치되는 물튀김 방지막;
    상기 오염수 유입부와 상기 저장부의 사이에 설치되며, 해수면의 높이에 설치되어 후방으로 연장되다가 다시 하방으로 연장되는 형상을 갖는 제1 흐름 분리판;
    상기 제1 흐름 분리판보다 후방에 설치되며, 상부 개구 및 하부 개구를 갖는 제1 수직 방해판;
    상기 제1 수직 방해판보다 후방에 설치되며, 기름을 거르기 위한 제1 필터를 갖는 상부 수평 방해판;
    상기 상부 수평 방해판의 하방에 설치되며, 상기 제1 필터보다 더 촘촘한 메시망을 갖는 제2 필터를 갖는 하부 수평 방해판;
    상기 저장부에서 하단에 배치되어, 밀도차에 의해 아래로 분리되는 물을 장치 밖으로 배출시키는 배출부; 및
    상기 저장부에 연결되거나 또는 저장부의 일부인 부력 장치
    를 포함하고，
    상기 선체 및 부력 장치는 상기 임펠러가 40~60% 잠기도록 설정된 부력을 가지며,
    상기 하부 수평 방해판의 하부로 물이 배출되며,
    상기 하부 수평 방해판은, 상기 제1 수직 방해판과 상기 상부 수평 방해판의 하부에 걸쳐 설치되거나, 또는 상기 제1 흐름 분리판과 상기 제1 수직 방해판과 상기 상부 수평 방해판의 하부에 걸쳐 설치되는 것을 특징으로 하는 수면 부유층 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수직 방해판의 하부 개구를 통해 흐른 유체는, 포켓 홈을 지나서 상부 수평 방해판의 측하방으로 유입되도록 구성되며,
    상기 제1 수직 방해판의 상부 개구를 통해 흐른 유체는, 상기 상부 수평 방해판의 상방으로 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 부유층 제거 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 수평 방해판의 면적은, 상기 흐름 분리판 앞에 있는 유체 유입구 면적의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 수면 부유층 제거 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 흐름 분리판의 상부에, 후방으로 연장되는 제2 흐름 분리판을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수면 부유층 제거 장치.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 수직 방해판의 상부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로와, 상기 제1 수직 방해판의 하부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로가, 수평 격벽에 의해 분리되어,
    상기 상부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로는 상기 상부 수평 방해판의 상방으로 유입되도록 구성되고, 상기 하부 개구에 이어지는 유체의 이동 경로는 포켓 홈을 지나서 상부 수평 방해판의 측하방으로 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 부유층 제거 장치.
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