KR102562699B1 - 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템 - Google Patents

슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 관한 것으로, 그 구성은, 수중구조물의 절단대상 부위를 감은 상태에서 고속회전하며 절단하는 와이어쏘와, 상기 와이어쏘를 구동시키는 구동장치와, 상기 구동장치에서 구동력을 제공받아 궤도 또는 바퀴에 의해 이동하는 이동체로 구성되어 있는 와이어쏘 절단수단; 수중 내부에서 수중구조물에 인접되게 설치되어 상기 수중구조물이 절단되는 과정 중에 부산되는 슬러지가 침전될 수 있도록 형성되는 슬러지 침전조; 상기 슬러지 침전조에 일단이 연결되고 상기 슬러지 침전조에 침전된 슬러지를 강제 흡입하도록 구비된 흡입모터를 포함하는 슬러지 흡입배관; 상기 슬러지 흡입배관의 타단에 연결되고 상기 흡입모터의 작동에 의해 흡입된 슬러지를 낮은 압력으로 미세기포를 발생시키며 캐비테이션화하는 캐비테이션 수단; 상기 캐비테이션 수단에 일단이 연결되고 상기 캐비테이션 수단에 의해 캐비테이션화 된 슬러지를 강제 배출하도록 구비된 배출모터를 포함하는 슬러지 배출배관; 및 슬러지 배출배관의 타단에 연결되어 상기 배출모터의 작동에 의해 배출된 슬러지가 유입되며 그 내부에서 미세기포가 붕괴되도록 구비된 반응챔버를 포함하는 반응조;로 이루어진다.

Description

슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템{Wire saw cutting system for underwater structures for sludge solubilization}
본 발명은 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중구조물의 절단작업 중에 부산되는 슬러지를 캐비테이션 현상을 통해 가용화함으로서 소각, 퇴비화 등 타처리공정에서의 취급용이성을 크게 향상시킴과 동시에 자가분해능력을 극대화하여 토양 및 해양생태계 오염 등으로 인한 피해를 최소화할 수 있는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 와이어쏘를 이용하여 각종 구조물을 절단시 절단자재의 가루 등과 물이 섞여 만들어지는 슬러지(sludge)는 현장에 버려져 방치되는 경우가 대다수이며, 방치된 대부분의 슬러지는 플럭(floc) 형태로서 생분해도가 상당히 낮아 토양이나 해양오염을 야기시키는 원인이 된다.
그러므로, 이 같은 슬러지에 의한 오염을 방지할려면 슬러지의 내부 구성물질을 용출시켜 가수분해율을 증진시키는 이른바 가용화 단계가 선행되어야 한다.
주지된 일반적인 슬러지 가용화 방법으로는 산, 알칼리 등의 화학약품을 이용하는 화학적 방법 및 열과 초음파를 이용하는 물리적 방법이 있는데, 화학적 방법은 화학약품과의 원활한 혼합의 한계와 더불어 2차 오염물질이 생성되는 문제점을 내포한다. 그리고, 물리적 방법은 소모되는 에너지에 비해 높은 효율을 기대하기 어렵고, 운영비용이 과도하게 소모되는 문제점을 내포한다.
따라서, 한국 등록특허 제1126799호는 벤츄리관이 적용된 이젝터를 통해 잉여 슬러지를 분해하는 기술을 제시하고 있다.
그러나, 위 기술은 슬러지 배관 내에 오리피스 또는 벤츄리관을 구비시키는 구성을 채택하고 있어 가용화 효율을 향상시키는 데에는 한계가 뒤따르며, 일정 수준 이상의 압력이 요구되기 때문에 에너지 소모가 과다한 측면이 있다.
국내 등록특허공보 제10-1595473호(전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법, 2016.02.19. 공고) 국내 등록특허공보 제10-2023912호(와이어 쏘를 이용한 교량의 친환경 습식 절단 방법, 2019.09.23. 공고) 국내 등록특허공보 제10-2282791호(콘크리트 구조물 천공 시스템, 2021.07.27. 공고) 국내 등록특허공보 제10-2096216호(건식 와이어쏘를 이용한 절단시스템, 2020.04.01. 공고)
본 발명은 상기 배경기술에서 기술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 본 발명의 일 목적은 수중구조물의 절단작업 중에 부산되는 슬러지를 캐비테이션 현상을 통해 가용화함으로서 소각, 퇴비화 등 타처리공정에서의 취급용이성을 크게 향상시킴과 동시에 자가분해능력을 극대화하여 토양 및 해양생태계 오염 등으로 인한 피해를 최소화할 수 있는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 와이어쏘의 회전속도를 수중구조물의 경도, 물성과 같은 물리적 특성에 따라 자동으로 제어할 수 있는 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템을 제공하는 것이다.
하지만, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 반드시 제한되는 것은 아니며 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템은, 수중구조물(10)의 절단대상 부위를 감은 상태에서 고속회전하며 절단하는 와이어쏘(111)와, 상기 와이어쏘(111)를 구동시키는 구동장치(112)와, 상기 구동장치(112)에서 구동력을 제공받아 궤도 또는 바퀴에 의해 이동하는 이동체(113)로 구성되어 있는 와이어쏘 절단수단(110); 수중 내부에서 수중구조물(10)에 인접되게 설치되어 상기 수중구조물(10)이 절단되는 과정 중에 부산되는 슬러지가 침전될 수 있도록 형성되는 슬러지 침전조(120); 상기 슬러지 침전조(120)에 일단이 연결되고 상기 슬러지 침전조(120)에 침전된 슬러지를 강제 흡입하도록 구비된 흡입모터(131)를 포함하는 슬러지 흡입배관(130); 상기 슬러지 흡입배관(130)의 타단에 연결되고 상기 흡입모터(131)의 작동에 의해 흡입된 슬러지를 낮은 압력으로 미세기포를 발생시키며 캐비테이션화하는 캐비테이션 수단(140); 상기 캐비테이션 수단(140)에 일단이 연결되고 상기 캐비테이션 수단(140)에 의해 캐비테이션화 된 슬러지를 강제 배출하도록 구비된 배출모터(151)를 포함하는 슬러지 배출배관(150); 및 상기 슬러지 배출배관(150)의 타단에 연결되어 상기 배출모터(151)의 작동에 의해 배출된 슬러지가 유입되며 그 내부에서 미세기포가 붕괴되도록 구비된 반응챔버(161)를 포함하는 반응조(160);로 구성된다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 의하면, 상기 캐비테이션 수단(140)과 상기 슬러지 배출배관(150)을 통해 이동하는 슬러지의 유량 및 유속을 제어하는 제어수단(170)을 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 제3실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 의하면, 상기 캐비테이션 수단(140)은 중공형의 캐비테이션 챔버(141)와, 상기 캐비테이션 챔버(141) 내부에서 회전하는 임펠러(142)와, 상기 임펠러(142)의 중심에 축 결합되어 상기 임펠러(142)를 회전시키는 회전모터(143)와, 상기 캐비테이션 챔버(141) 내부에 슬러지의 유입부측에서 슬러지의 배출부측으로 갈수록 단면적이 작아지는 공간이 형성되도록 사선형태로 구비된 슬러지 흐름 조절판(144)으로 구성된다.
상기 제3실시형태의 맥락에서, 상기 임펠러(142)의 외주면은 톱니바퀴 형상의 정면형태를 이루고, 상기 임펠러(142)의 내부에는 회전 축과 평행한 방향으로 관통공(142a)이 형성된다.
한편, 본 발명의 제4실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 의하면, 상기 와이어쏘 절단수단(110)은, 상기 와이어쏘(111)의 진행방향을 가이드하는 다수개의 풀리가 연계되도록 구비되는 수평방향 전환지그부(114);와, 상기 수평방향 전환지그부(114)와 일직선상에 위치하되 상기 구동장치(112)에 연동된 와이어쏘(111)의 진행방향을 수직 하측으로 전환되도록 구비되는 수직방향 전환지그부(115);와, 상기 구동장치(112)의 내부 공간에 구비되고 상기 와이어쏘(111)의 길이방향을 따라 일정간격마다 설치된 다수의 로드셀(111a)이 측정한 가압력에 대한 측정 값을 평균하여 출력한 값으로 상기 와이어쏘(111)의 회전속도를 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
본 발명의 제5실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 의하면, 상기 슬러지 침전조(120)와 흡입모터(131) 사이에는 슬러지의 배출량 조절이 가능한 체크밸브(132)가 구비된다.
본 발명의 제6실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 의하면, 상기 슬러지 침전조(120)는, 반원형태 또는 다각형태로 이루어진 2개의 단위어셈블리(121a,121b)가 상기 수중구조물(10)을 중앙에 두고 서로 마주하며 각 단위어셈블리(121a,121b)의 단부에 형성된 체결돌기(121a',121b')와 체결홈(121a'',121b'')에 의해 암수 결합되고, 2개의 단위어셈블리(121a,121b)가 결합되는 부위는 실링테이프를 부착하거나 실링제를 접착하여 방수처리면(122)을 형성한다.
본 발명의 제7실시형태에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템에 의하면, 상기 와이어쏘 절단수단(110)은 수중구조물(10)의 절단면에 잔존하는 슬러지를 수중구조물(10)에 인접되게 설치된 슬러지 침전조(120)로 강제 이동시키기 위해 상기 수중구조물(10)의 절단면을 향하여 고압의 공기를 분사하는 에어분사기가 더 포함된다.
본 발명의 실시예에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템은, 수중구조물의 절단작업 중에 부산되는 슬러지를 캐비테이션 현상을 통해 가용화함으로서 소각, 퇴비화 등 타처리공정에서의 취급용이성을 크게 향상시킬 수 있으며, 자가분해능력을 극대화하여 토양 및 해양생태계 오염 등으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 와이어쏘의 회전속도를 수중구조물의 경도, 물성과 같은 물리적 특성에 따라 자동으로 제어할 수 있어 와이어쏘 절단시스템에 대한 운용편리성을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템을 나타낸 모식도,
도 2는 도 1의 구성 중, 캐비테이션 수단을 나타낸 측단면도,
도 3은 본 발명의 제어수단을 설명하기 위해 나타낸 블록도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 와이어쏘 절단수단의 사용상태를 나타낸 도면,
도 6은 도 1의 구성 중, 슬러지 침전조를 나타낸 분해사시도,
도 7은 도 1의 구성 중, 임펠러의 평면형상을 나타낸 도면.
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
참고로, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템을 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템은 큰 틀에서 와이어쏘 절단수단(110), 슬러지 침전조(120), 슬러지 흡입배관(130), 캐비테이션 수단(140), 슬러지 배출배관(150) 및 반응조(160)로 구성된다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 와이어쏘 절단수단의 사용상태를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 와이어쏘 절단수단(110)은 기본적으로 와이어쏘(111), 구동장치(112) 및 이동체(113)로 구성된다.
상기 와이어쏘(111)는 고경도로써 구동장치(112)에 의해 연동되도록 일측이 연결되고 타측이 절단대상이 되는 수중구조물(10)의 절단 부분을 감싸도록 밴드 형태를 이룬다.
이때, 상기 와이어쏘(111)가 구동장치(112)에 의해 회전하면서 수중구조물(10)의 절단대상면을 절단시, 그 절단면에 잔존하는 슬러지를 후술할 슬러지 침전조(120)로 강제 이동시키기 위한 목적으로, 상기 수중구조물(10)의 절단면을 향하여 고압의 공기를 분사하는 에어분사기를 더 포함할 수 있다.
상기한 와이어쏘(111)는 수중구조물(10)의 절단대상 부위를 감은 상태에서 고속회전하며 절단 작업을 수행한다. 이때, 상기 와이어쏘(111)는 고경도의 다이아몬드 소재 또는 다이아몬드에 준하는 경도를 가진 소재로 형성할 수 있다.
상기 구동장치(112)는 와이어쏘(111)를 회전시키기 위한 동력에너지를 제공하는 장치로, 도면에는 도시되지 않았지만 유압모터, 유압실린더 등 원활한 작동을 위해서 공지된 수단들을 포함할 수 있다.
상기 이동체(113)는 구동장치(112)로부터 구동력을 제공받아 궤도나 바퀴에 의해 지면에서 이동할 수 있게 형성된다.
한편, 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 와이어쏘 절단수단(110)에 대한 추가 실시예로서, 상기 와이어쏘 절단수단(110)은 수평방향 전환지그부(114), 수직방향 전환지그부(115) 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 수평방향 전환지그부(114)는 절단대상이 되는 수중구조물(10)의 일측에 위치하되, 상기 구동장치(112)에 연동되는 와이어쏘(111)의 진행방향을 가이드하는 다수개의 풀리가 연계되도록 구비된다. 또한, 상기 수평방향 전환지그부(114)의 풀리는 내측에 감기는 와이어쏘(111)의 탈선 방지를 위해 상기 풀리의 둘레방향을 따라 가이드부재(도면 미도시)가 형성될 수 있다.
상기 수직방향 전환지그부(115)는 수중에 잠긴 구조물(10)의 방향(수직방향)으로 와이어쏘(111)를 전환시키기 위한 구성으로, 상기 수직방향 전환지그부(115)는 수평방향 전환지그부(114)와 일직선상에 위치하되 상기 구동장치(112)에 연동되는 와이어쏘(111)의 진행방향을 수직 하측으로 전환되도록 구비된다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기한 바와 같은 와이어쏘 절단수단(110)은 밀폐커버부를 구비할 수 있다.
상기 밀폐커버부는 고경도의 와이어쏘(111)가 수중구조물(10)의 절단대상 부위를 감은 상태에서 고속회전하며 절단시 부산하는 분진이나 슬러지가 수중으로 퍼져나가 인근 해양생태계가 오염되는 현상을 방지하기 위해 구비되는 것으로, 일 예로, 측부 양단이 상기 와이어쏘 절단수단(110)의 내부 공간에 연결되고 단면상 하방이 개방된 형태로 상기 와이어쏘(111)가 감긴 수중구조물(10)의 외표면을 따라 절단대상 부위의 전체 영역을 덮도록 하측 양단이 수중 바닥에 밀착 고정되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 밀폐커버부는 제1섬유시트와 제2섬유시트가 합지되고, 상기 제1섬유시트 및 제2섬유시트는 합지된 부분으로 흡착제가 개재되는 구성으로 이루어질 수 있다.
아울러, 상기 제1섬유시트 및 제2섬유시트는 흡착제의 일면과 타면이 서로 접하는 면에 요철형태의 엠보가 형성될 수 있는데, 이는 담지 기능을 극대화시켜 분진이나 슬러지의 흡착능력을 더욱 극대화하기 위함이다.
상기 제어부는 구동장치(112)의 내부 공간 일측에 구비될 수 있고, 상기 와이어쏘(111)의 길이방향을 따라 일정간격마다 설치되어진 다수의 로드셀(111a)이 측정한 가압력에 대한 측정 값을 평균하여 출력한 값으로 상기 와이어쏘(111)의 회전속도를 제어하도록 구동신호를 생성한다.
상기 제어부에 대한 일 구현예로서, 상기 제어부는 로드셀(111a)로부터 수신한 가압력에 대한 측정 값이 기준력에 대한 입력 값보다 클 때 구동장치(112)를 작동시키는 유압모터의 설정 RPM을 더 빠르게 제어하고, 로드셀(111a)로부터 수신한 가압력에 대한 측정 값이 기준력에 대한 입력 값보다 작을 때 구동장치(112)를 작동시키는 유압모터의 설정 RPM을 더 느리게 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부에 대한 추가 실시예로서, 상기 제어부는 로드셀(111a)이 측정한 가압력을 토대로 임의의 수중구조물에 대한 절단 예측 모델을 생성하는 AI 추출엔진모듈과, 상기 AI 추출엔진모듈에서 생성된 예측 모델을 바탕으로 상기 수중구조물(10)을 절단하기 위한 와이어쏘(111)의 회전수를 결정하는 와이어쏘 제어모듈을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 AI 추출엔진모듈은 CNN(CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK) 딥러닝 알고리즘에 의해 학습모델을 구축하는 AI 학습엔진모듈과도 연계될 수 있다.
한편, 도 6은 도 1의 구성 중, 슬러지 침전조를 나타낸 분해사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 침전조(120)는 수중 내부에서 수중구조물(10)에 인접되게 설치되어 상기 수중구조물(10)이 절단되는 과정 중에 부산되는 슬러지가 침전될 수 있도록 형성된다.
이때, 상기 슬러지 침전조(120)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 반원형태 또는 다각형태로 이루어진 2개의 단위어셈블리(121a,121b)가 상기 수중구조물(10)을 중앙에 두고 서로 마주하며 각 단위어셈블리(121a,121b)의 단부에 형성된 체결돌기(121a',121b')와 체결홈(121a'',121b'')에 의해 암수 결합되고, 2개의 단위어셈블리(121a,121b)가 결합되는 부위는 실링테이프를 부착하거나 실링제를 접착함으로서 방수처리면(122)을 형성하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 슬러지 흡입배관(130)은 슬러지 침전조(120)에 일단이 배관 연결되고 상기 슬러지 침전조(120)에 침전된 슬러지를 강제 흡입하도록 구비된 흡입모터(131)를 포함한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 슬러지 침전조(120)와 흡입모터(131) 사이에는 슬러지의 배출량 조절이 가능한 체크밸브(132)가 구비될 수 있다.
한편, 도 2는 도 1의 구성 중, 캐비테이션 수단을 나타낸 측단면도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 캐비테이션 수단(140)은 슬러지 흡입배관(130)의 타단에 연결되고 상기 흡입모터(131)의 작동에 의해 흡입된 슬러지를 낮은 압력으로 미세기포를 발생시키며 캐비테이션(cavitation)화하는 장치로, 중공형의 캐비테이션 챔버(141), 임펠러(142), 회전모터(143) 및 슬러지 흐름 조절판(144)을 포함하여 구성된다.
상기 캐비테이션 챔버(141)는 내부에 임펠러(142)와 처리대상물인 슬러지를 수용하기 위한 공간을 가지는 구성이다.
상기 임펠러(142)는 회전모터(143)에 의해 캐비테이션 챔버(141) 내에서 회전하면서 슬러지에 대해 캐비테이션 현상을 발생하게 한다.
또한, 상기 회전모터(143)는 임펠러(142)의 중심부에 축 결합되어 상기 임펠러(142)를 회전시키도록 구비되는 구성으로, 예컨대 그 분당회전수는 100 내지 5,000rpm 범위인 것이 바람직하다.
한편, 도 7은 도 1의 구성 중, 임펠러의 평면형상을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 임펠러(142)는 외주면이 톱니모양이고 내부에는 회전 축과 평행한 방향으로 관통공(142a)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통공(142a) 주변에는 테이퍼부가 마련되어 있어 캐비테이션 작용에 의해 발생하는 미세기포가 보다 용이하게 상기 관통공(142a)을 통과할 수 있도록 한다.
상기 임펠러(142)는 지름의 크기에 따라 100 내지 5,000rpm으로 고속 회전하며 임펠러(142)의 회전에 의해 끝단의 날개부분과 중앙의 관통공(142)에서 부압이 발생한다. 이때 발생된 부압이 포화수증기압 이하로 떨어지면 수중에 녹아 있는 용존공기가 분리되거나, 임펠러(142)와 슬러지 사이에 증기가 발생하여 미세한 기포를 형성하게 된다.
참고로, 캐비테이션의 민감성을 나타내는 무차원 수를 캐비테이션수라고 하는데, 캐비테이션수는 펌프 내의 압력과 포화수증기압간의 차이를 운동에너지로 나누었을 때로 정의된다. 따라서, 캐비테이션수가 낮을수록 캐비테이션은 더욱 쉽게 일어나는 특징을 갖는다.
또한, 캐비테이션에 의해 발생된 기포는 매우 짧은 시간 안에 붕괴되는데, 붕괴되는 시간은 이론상 0.05 내지 0.1초 정도로 알려져 있으나, 실제로는 압력의 변화가 적을 경우 붕괴되기까지 걸리는 시간이 길어진다.
이와 더불어, 단일 기포의 붕괴보다는 클러스터 형태로 붕괴될 때 더욱 높은 압력과 온도가 발생하는 것으로 알려져 있는데, 이는 상대적으로 외부에 있는 기포가 붕괴될 때 그 압력이 내부에 있는 기포쪽으로 전달되어 내부 쪽에 있는 기포가 더욱 맹렬히 붕괴되기 때문이다. 기포의 붕괴에 의해 발생하는 수백 기압 이상의 압력과 국부적으로 발생하는 수천도의 온도는 물분자를 열분해시켜 OH·(radical)과, H·(radical)로 이온화시킨다. 물의 열분해에 의해 발생하는 OH radical은 오존(O3)에 비해 더욱 강력한 산화력을 가진 중간생성물로, 예컨대 1) 살균, 소독작용 2) 활성화 작용 3)난분해성 유기물질의 산화분해 4) 탈색, 탈취, 탈미 작용 5) 발암성물질(THM)의 생성 억제 기능을 갖고 있어 AOP(Advanced Oxydation Process)에 활용될 수 있다.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 캐비테이션 기본 원리를 응용하여 그 효율을 극대화시키고자 도 2에 나타낸 바와 같이, 캐비테이션 챔버(141) 내부에 슬러지 흐름 조절판(144)을 구비하였다.
상기 슬러지 흐름 조절판(144)은 캐비테이션 챔버(141) 내부에 슬러지의 유입부측에서 슬러지의 배출부측으로 갈수록 단면적이 작아지는 공간이 형성되도록 사선형태로 구비된다. 따라서, 유입구로부터 최초 유입된 슬러지는 배출부로 이동하면서 점차 유속이 늦어지게 되고, 동시에 압력 저하가 발생하면서 미세기포를 왕성하게 발생시키게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 슬러지 배출배관(150)은 캐비테이션 수단(140)에 일단이 연결되고 상기 캐비테이션 수단(140)에 의해 캐비테이션화 된 슬러지를 강제 배출하도록 구비된 배출모터(151)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 반응조(160)는 슬러지 배출배관(150)의 타단에 연결되어 상기 배출모터(151)의 작동에 의해 배출된 슬러지가 유입되며 그 내부에서 미세기포가 붕괴되도록 구비된 반응챔버(161)를 포함한다.
상기 반응챔버(161)는 배출배관(150)에 의해 배출된 슬러지가 유입되어 미세기포가 그 내부에서 붕괴되어 슬러지에 반응이 발생하는 공간이다. 이때, 상기 반응조(160)는 미세기포가 파괴되면서 발생하는 압력과 온도는 반응챔버(161)에 부식을 발생시킬 우려가 있기 때문에 도 1에 나타낸 바와 같이, 반응챔버(161)의 양단을 플랜지(162)로 연결하여 손상이 심각할 경우 즉시 교체 가능한 구조로 제작하는 것이 바람직하다.
상기 반응챔버(161)는 미세기포들이 보다 빠른 속도로 붕괴될 수 있게 미세기포들에 압력을 가하는 구성으로서, 도 1과 같이 유입부측과 배출부측이 마치 콘(cone) 형상으로 형성된다.
상기 반응챔버(161)에 의한 미세기포 붕괴 매커니즘을 보다 자세하게 설명하면, 슬러지가 흐르는 관경이 커지면 속도가 느려지고 그 내부 압력이 올라가게 되는데, 유입부는 슬러지 배출배관(150)으로부터 반응챔버(161) 쪽으로 갈수록 직경이 커지는 콘 형상을 취하고 있으므로 반응챔버(161) 내부로 들어가기 직전에 속도가 느려지면서 그 내부 압력이 커지게 되고, 이러한 원리에 기인하여 미세기포들에 압력이 가해지는 것이다. 덧붙여, 반응챔버(161)의 배출부는 반응챔버(161)에서 멀어지는 방향으로 갈수록 직경이 좁아지는 콘 형상을 취하고 있는데, 반응챔버(161)에서 나가기 직전에 직경이 좁아지므로 다시 한번 압력이 커지게 되는 것이다.
한편, 도 3은 본 발명의 제어수단을 설명하기 위해 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명은 제어수단(170)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제어수단(170)은 캐비테이션 수단(140)과 상기 슬러지 배출배관(150)을 통해 이동하는 슬러지의 유량 및 유속을 제어할 수 있는데, 보다 자세하게는 흡입모터(131)의 분당회전수, 체크밸브(132)의 개폐량, 회전모터(143)의 분당회전수, 배출모터(151)의 분당회전수 등을 제어할 수 있으며, 관리자단말과 유선 또는 무선으로 연결되어 관리자에 의해 수동제어가 가능하도록 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템은, 첫째, 수중구조물의 절단작업 중에 부산되는 슬러지를 캐비테이션 현상을 통해 가용화함으로서 소각, 퇴비화 등 타처리공정에서의 취급용이성을 크게 향상시킬 수 있으며, 둘째, 자가분해능력을 극대화하여 토양 및 해양생태계 오염 등으로 인한 피해를 최소화할 수 있고, 셋째, 와이어쏘의 회전속도를 수중구조물의 경도, 물성과 같은 물리적 특성에 따라 자동으로 제어할 수 있어 와이어쏘 절단시스템에 대한 전반적인 운용편리성을 증진시킬 수 있으므로, 산업적으로 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 전망된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
10 : 수중구조물 110 : 와이어쏘 절단수단
111 : 와이어쏘 111a : 로드셀
112 : 구동장치 113 : 이동체
114 : 수평방향 전환지그부 115 : 수직방향 전환지그부
120 : 슬러지 침전조 121a,121b : 단위어셈블리
121a',121b' : 체결돌기 121a'',121b'' : 체결홈
122 : 방수처리면 130 : 슬러지 흡입배관
131 : 흡입모터 132 : 체크밸브
140 : 캐비테이션 수단 141 : 캐비테이션 챔버
142 : 임펠러 142a : 관통공
143 : 회전모터 144 : 슬러지 흐름 조절판
150 : 슬러지 배출배관 151 : 배출모터
160 : 반응조 161 : 반응챔버
162 : 플랜지 170 : 제어수단

Claims (8)

  1. 수중구조물(10)의 절단대상 부위를 감은 상태에서 고속회전하며 절단하는 와이어쏘(111)와, 상기 와이어쏘(111)를 구동시키는 구동장치(112)와, 상기 구동장치(112)에서 구동력을 제공받아 궤도 또는 바퀴에 의해 이동하는 이동체(113)로 구성되어 있는 와이어쏘 절단수단(110);
    수중 내부에서 수중구조물(10)에 인접되게 설치되어 상기 수중구조물(10)이 절단되는 과정 중에 부산되는 슬러지가 침전될 수 있도록 형성되는 슬러지 침전조(120);
    상기 슬러지 침전조(120)에 일단이 연결되고 상기 슬러지 침전조(120)에 침전된 슬러지를 강제 흡입하도록 구비된 흡입모터(131)를 포함하는 슬러지 흡입배관(130);
    상기 슬러지 흡입배관(130)의 타단에 연결되고 상기 흡입모터(131)의 작동에 의해 흡입된 슬러지를 낮은 압력으로 미세기포를 발생시키며 캐비테이션화하는 캐비테이션 수단(140);
    상기 캐비테이션 수단(140)에 일단이 연결되고 상기 캐비테이션 수단(140)에 의해 캐비테이션화 된 슬러지를 강제 배출하도록 구비된 배출모터(151)를 포함하는 슬러지 배출배관(150); 및
    상기 슬러지 배출배관(150)의 타단에 연결되어 상기 배출모터(151)의 작동에 의해 배출된 슬러지가 유입되며 그 내부에서 미세기포가 붕괴되도록 구비된 반응챔버(161)를 포함하는 반응조(160);로 구성되고,
    상기 슬러지 침전조(120)는, 반원형태 또는 다각형태로 이루어진 2개의 단위어셈블리(121a,121b)가 상기 수중구조물(10)을 중앙에 두고 서로 마주하며 각 단위어셈블리(121a,121b)의 단부에 형성된 체결돌기(121a',121b')와 체결홈(121a'',121b'')에 의해 암수 결합되고, 2개의 단위어셈블리(121a,121b)가 결합되는 부위는 실링테이프를 부착하거나 실링제를 접착하여 방수처리면(122)을 형성하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비테이션 수단(140)과 상기 슬러지 배출배관(150)을 통해 이동하는 슬러지의 유량 및 유속을 제어하는 제어수단(170)을 더 포함하는 구성을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비테이션 수단(140)은 중공형의 캐비테이션 챔버(141)와, 상기 캐비테이션 챔버(141) 내부에서 회전하는 임펠러(142)와, 상기 임펠러(142)의 중심에 축 결합되어 상기 임펠러(142)를 회전시키는 회전모터(143)와, 상기 캐비테이션 챔버(141) 내부에 슬러지의 유입부측에서 슬러지의 배출부측으로 갈수록 단면적이 작아지는 공간이 형성되도록 사선형태로 구비된 슬러지 흐름 조절판(144)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 임펠러(142)의 외주면은 톱니바퀴 형상의 정면형태를 이루고, 상기 임펠러(142)의 내부에는 회전 축과 평행한 방향으로 관통공(142a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 와이어쏘 절단수단(110)은,
    상기 와이어쏘(111)의 진행방향을 가이드하는 다수개의 풀리가 연계되도록 구비되는 수평방향 전환지그부(114);와,
    상기 수평방향 전환지그부(114)와 일직선상에 위치하되 상기 구동장치(112)에 연동된 와이어쏘(111)의 진행방향을 수직 하측으로 전환되도록 구비되는 수직방향 전환지그부(115);와,
    상기 구동장치(112)의 내부 공간에 구비되고 상기 와이어쏘(111)의 길이방향을 따라 일정간격마다 설치된 다수의 로드셀(111a)이 측정한 가압력에 대한 측정 값을 평균하여 출력한 값으로 상기 와이어쏘(111)의 회전속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 슬러지 침전조(120)와 흡입모터(131) 사이에는 슬러지의 배출량 조절이 가능한 체크밸브(132)가 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 와이어쏘 절단수단(110)은 수중구조물(10)의 절단면에 잔존하는 슬러지를 수중구조물(10)에 인접되게 설치된 슬러지 침전조(120)로 강제 이동시키기 위해 상기 수중구조물(10)의 절단면을 향하여 고압의 공기를 분사하는 에어분사기가 더 포함되는 구성을 특징으로 하는 슬러지 가용화를 위한 수중구조물용 와이어쏘 절단시스템.
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