KR20230095643A

KR20230095643A - 선박용 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치

Info

Publication number: KR20230095643A
Application number: KR1020210185315A
Authority: KR
Inventors: 박성재
Original assignee: 우현선박기술 주식회사
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-29

Abstract

본 발명은 유수분리기인 틀의 외면에 덮혀진 상태에서 해수와 기름을 분리시키는 나노필터에 쌓여 있는 이물질을 제거하는 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치에 있어서, 상기 나노필터의 표면에 근접되게 위치하며 하면은 개방시켜 구성하고 내부에는 공간이 형성되도록 구성한 커버, 상기 커버의 내부 공간에 위치하며 펌프의 구동으로 고압의 세척수를 공급받는 회전파이프, 상기 커버의 상면 중앙에 설치되며 상기 회전파이프를 외부에 설치되어 있는 펌프와 호스로 연결 구성하되, 상기 회전파이프를 회전 가능하게 상기 커버에 고정시키는 유니버셜 조인트, 상기 회전파이프에 적어도 하나 이상 설치되며 상기 회전파이프로 공급된 고압의 세척수를 상기 나노필터로 분사시켜 상기 나노필터에 쌓여있는 이물질을 제거시키는 분사노즐로 구성한 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치를 제공한다.

Description

선박용 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치{The nano filter alien substance removal apparatus of oil water separator for ships}

본 발명은 선박용 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수압을 통해 노즐부를 회전시켜 가며 나노필터로 고압의 세척수를 분사하여 유수분리에 사용되는 나노필터에 걸려져 있는 각종 이물질을 자동 제거토록 한 선박용 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치에 관한 것이다.

선박(ship)을 운항하는 과정이나 선박이 좌초되는 과정에서 바다와 같은 자연환경에 오일이 섞인 폐수가 유출되는 광경을 흔하게 볼 수 있다.

이러한 폐수에는 물과 오일이 혼합되어 있어 그대로 배출되는 경우 자연 생태계에 큰 해를 입힐 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 해수 등에서 폐수를 수거하고 수거된 폐수를 전처리 하는 공정이 필히 요구된다.

상기한 물과 오일을 포함하는 폐수에서 물과 오일을 분리하는 방법은 비중처리법, 수력분리법, 필터분리법 등이 주로 사용되고 있다.

비중분리법은 물의 상부에 오일을 부유시킨 후 오일 스키머(Oil skimmer)로 걷어서 제거하는 방법이다. 예를 들어, 비중분리법은 유수를 분리조에 정체시키거나 다수의 유도판을 따라 서서히 흐르게 하고 수면에 부상하는 오일을 스키머로 포집한다.

비중분리법은 스키머를 작동키 위한 동력과 설치공간이 요구됨에 따라 오일의 정체나 서행 유동이 가능한 하수처리장과 같은 대규모 시설에나 적용이 가능하며 유지관리가 다소 불편하다.

수력분리법은 와류와 같은 특정한 유동패턴을 한정된 공간 상에 형성하면서 원심력 및 중력에 의해 오일과 물을 분리시키는 방법이다. 하지만, 수력분리법은 상부에 부유된 오일을 흡입, 제거하는 방식으로서 완전한 오일제거가 이루어지기 어렵다.

필터분리법은 부직포와 같은 여과포를 이용하여 오일을 거르고 물은 통과시키는 방법이다. 필터분리법은 유수에오일 축적량이 많을 경우에는 오일이 유출될 우려가 있고 필터교체나 청소가 정기적으로 요구되어 오일 폐수의 연속적인 처리가 어렵다.

대한민국 특허청 등록특허공보 등록번호 제 10-1413303 호(이하, 선행기술이라 함)에는 필터분리법에 사용되는 유수분리용 여과재의 구조가 개시되어 있다.

선행기술의 유수분리용 필터는 선박용 일체형 유수분리기라는 특수한 용도의 장치에 적용되는 필터로서의 목적에 부합하기 위해서는 우선, 일체형의 간소화된 구조상에 적용되어야 하므로 보다 소형화되되 해양배출기준치에 적합한 여과효율을 발휘 할 수 있어야 하고, 아울러 원활한 유수분리과정을 수행할 수 있도록 일정수준 이상의 처리용량을 소화해낼 수 있어야 하며, 일정기간 이상의 수명을 유지할 수 있어야함은 물론이다. 또한, 교체가 용이한 형태와 결합구조로 형성되어 유수분리기 내부로의 삽입과 인출이 간편하게 이루어지도록 구비되어야 하고, 무엇보다 각 구성요소들은 해수로부터의 부식에 강한 소재로 이루어져야 하는 등의 필요조건이 요구되는바, 이러한 필요조건들을 최대한 만족시킬 수 있도록 구성된다.

한편, 근래에 사용되는 나노필터를 이용한 유수분리 방식이 제기되고 있다.

상기 나노필터는 Lab Scale로 제작되어 대부분 작은 크기의 실험장치를 위한 크기만 제작되어 왔고, MEMS 공정을 주로 이용하여 생산 단가가 높음으로 인하여 양산화 및 사업화에 걸림돌이 되고 있다.

MEMS 공정은 주로 lithography 공정을 통한 웨이퍼 위의 패터닝 및 마이크로 메쉬 구조물 형성을 위한 전주도금, 마이크로 메쉬 구조물 상부에 나노 구조를 추가적으로 형성하기 위한 추가 도금으로 구성되어 단계별로 많은 시간이 필요하고 특히 도금으로 제작되므로 도금 장치 구비 및 첨가제 등이 소요되어 시간과 비용이 많이 소모된다.

한편, 산화방법의 표면에 나노구조물을 형성하는 경우 산화에 의해서 표면에 산소기가 다량 형성되어 자연적으로 친수성 성질을 가지며 극친수성의 성질로 인하여 물을 표면에 trap 하는 효과를 얻을 수 있으므로 이에 의한 기름은 통과하지 못하는 친수 발유 형태의 표면 특성을 얻을 수 있다.

산화방식을 적용하는 경우 산화시 사용되는 화약약품에 대한 연구가 많이 필요하지만 한번 조건이 정해지고 나면, 동일한 조성으로 계속하여 나노마이크로 메쉬를 제작 가능하고 산화용액의 농도 조절을 통해 기존 방법에대해 작업 시간을 대량 단축시킬 수 있다.

상용 마이크로 메쉬를 사용하므로 기존 나노마이크로 메쉬에 비해 큰단위로 나노마이크로메시를 제작 가능하여 적용분야도 더욱 늘릴 수 있다.

그러나 나노필터의 경우 물과 기름을 분리하기 위하여 메쉬의 홀의 크기 30㎛이내로 이물질에 의한 필터의 성능 저하에 대한 문제가 있다. 이에 나노필터의 대면적화 및 저비용화와 필터에 이물질이 끼는 것을 제거하는 방법의 연구가 필요하다.

문헌 1: 대한민국 특허청 등록특허공보 등록번호 제 10-1413303 호

따라서, 본 발명의 목적은 나노필터로 고압의 세척수를 분사하여 나노필터에 쌓인 이물질을 제거토록 한 선박용 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 분사노즐이 구비되어 있는 회전파이프를 회전시켜 가며 세척수를 분사하도록 하여 나노필터 전체면에 걸쳐 세척수를 골고루 분사시킬 수 있는 선박용 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유수분리기인 틀의 외면에 덮혀진 상태에서 해수와 기름을 분리시키는 나노필터에 쌓여 있는 이물질을 제거하는 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치에 있어서, 상기 나노필터의 표면에 근접되게 위치하며 하면은 개방시켜 구성하고 내부에는 공간이 형성되도록 구성한 커버, 상기 커버의 내부 공간에 위치하며 펌프의 구동으로 고압의 세척수를 공급받는 회전파이프, 상기 커버의 상면 중앙에 설치되며 상기 회전파이프를 외부에 설치되어 있는 펌프와 호스로 연결 구성하되, 상기 회전파이프를 회전 가능하게 상기 커버에 고정시키는 유니버셜 조인트, 상기 회전파이프에 적어도 하나 이상 설치되며 상기 회전파이프로 공급된 고압의 세척수를 상기 나노필터로 분사시켜 상기 나노필터에 쌓여있는 이물질을 제거시키는 분사노즐로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 나노필터로 고압의 세척수를 분사하여 나노필터에 쌓인 이물질을 제거토록 하며, 또한 본 발명은 분사노즐이 구비되어 있는 회전파이프를 회전시켜 가며 세척수를 분사하도록 하여 나노필터 전체면에 걸쳐 세척수를 골고루 분사시킬 수 있도록 하여 나노필터의 주기적인 세척작업을 통한 유수분리 효과를 높일 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 선박의 유수분리기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 이물질 제거장치를 발췌하여 입체적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4는 도 2의 이물질 제거장치에서 회전파이프의 회전 동작상태를 도시한 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

첨부된 도 1은 선박에 설치되는 선박용 유수분리기의 구조를 대략적으로 도시한 도면이다.

도 1에서와 같이, 선박용 유수분리기는 크게 회전판(30) 및 유수분리수단(10)으로 나뉘어 구성한다.

상기 유수분리수단(10)은 측면상으로 봤을 때 평행사변형의 형태를 띄며 내부에는 기름을 가두기 위한 공간이 형성된 틀(12)을 포함한다. 상기 틀(12)의 외면에는 나노필터(20)가 덮혀지며, 상기 나노필터(20)는 해수면에 닿은 상태에서 선박이 운항하는 동안 유속과 진동을 통해 해수를 통과시키는 과정에서 기름은 걸러내고 해수는 통과시켜가며 유수 분리 작업을 행하게 된다.

상기 회전판(30)은 구동원의 동력으로 회전하며 물과 기름을 분리하여 기름을 회수기 내부로 수거하게 된다.

한편, 상기 나노필터(20)가 설치된 유수분리수단(10)에는 유수분리과정에서 나노필터(20)에 쌓인 플랑크톤 등의 각종 이물질을 주기적으로 제거하여 나노필터(20)의 유수 분리 효과를 지속적으류 유지시키기 위한 이물질 제거장치(100)가 더 설치된다.

상기 이물질 제거장치(100)는 나노필터(20)로 고압의 세척수를 분사하여 유수분리에 사용되는 나노필터에 걸려져 있는 각종 이물질을 자동 제거하게 된다.

첨부된 도 2는 상기 이물질 제거장치의 구성을 입체적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에서 도시하고 있는 이물질 제거장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 사용상태를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, 이물질 제거장치(100)는 커버(50)와, 회전파이프(60) 그리고 적어도 하나 이상의 분사노즐(70)로 구성한다.

상기 커버(50)는 분사노즐(62)에서 분사되는 고압의 세척수가 나노필터(20)에 분사되는 과정에서 이물질등이 섞여있는 세척오염수가 외부로 비산하지 않도록 차단하는 부재로서 원형의 형상으로 전면은 개방시켜 구성하고 내부에는 회전파이프(60)의 설치를 위한 공간(52)이 형성되도록 제작한다.

상기 회전파이프(60)는 상기 커버(50)의 내부 공간(52)에 설치되며 외부의 펌프(90)와 호스(70)로 연결 구성되어, 상기 펌프(90)의 펌핑 동작에 따라 고압의 세척수를 공급받는다. 상기 회전파이프(60)의 내부에는 공간이 형성되고, 상기 공간으로 고압의 세척수가 채워진다.

상기 회전파이프(60)와 상기 펌프(90)에 연결되어 있는 호스(70)는 유니버셜 조인트(80)로 연결 구성된다.

상기 유니버셜 조인트(80)는 회전파이프(60)와 펌프(90)를 호스(70)로 연결하되, 상기 회전파이프(60)가 고압의 세척수 압력에 의해 커버(50)에서 회전동작 가능하게 연결 구성한다. 즉, 유니버셜 조인트(80)는 회전파이프(60)가 회전을 수행하더라도 호스(70)가 꼬임 없이 회전파이프(60)에 연결될 수 있도록 꼬임 방지기능을 수행한다.

이를 위해 커버(50)의 상면 중앙에는 체결구멍(54)이 형성되고, 상기 체결구멍(54)으로 유니버설조인트(80)의 선단이 관통한 상태에서 상기 회전파이프(60)에 연결 구성되며, 상기 유니버셜조인트(80)의 타단은 상기 커버(50)의 상면 외부로 노출된 상태에서 펌프(90)에 연결되어 있는 호스(70)와 결합한다.

상기 분사노즐(62)은 상기 회전파이프(60)의 외경에 적어도 하나 이상 연결 설치되며, 상기 회전파이프(60)의 공간으로 공급된 고압의 세척수를 외부 즉, 나노필티(20)로 분사시키게 된다. 이때 분사노즐(62)에서 분사되는 세척수의 압력에 의해 회전파이프(60)는 유니버셜조인트(80)를 기점으로 해서 커버(50)의 내부 공간(52)에서 회전 동작을 수행하며 나노필터(20) 전체면에 걸쳐 고압의 세척수가 골고루 분사될 수 있도록 한다.

상기한 구성의 이물질 제거장치(100)는 유수분리수단(10)의 틀(12)에 감겨진 상태로 해수와 기름을 분리시키는 수단인 나노필터(20)로 고압의 세척수를 주기적으로 분사하여 나노필터(20)를 세척하게 된다.

즉, 나노필터(20)는 해수와 기름을 분리하는 과정에서 해수에 포함되어 있는 플랑크톤이나 기타 각종 이물질이 나노필터(20)에 쌓여 유수 분리 작업을 방해하게 되는 데, 이때 펌프(90)를 구동시켜 호스(70)를 통해 이물질 제거장치(100)의 해수파이프(60)로 고압의 세척수를 공급하면, 세척수는 상기 해수파이프(60)에 설치되어 있는 분사노즐(62)을 통해 나노필터(20)로 분사되며 나노필터(20) 표면에 쌓여있는 이물질을 제거하게 된다.

이때 세척수의 압력으로 비산되는 이물질을 포함한 오염수는 커버(50)에 의해 외부로 비산하지 않고 제거된다.

또한 세척수가 분사되는 동안 세척수의 압력에 의해 회전파이프(60)는 도 4에서와 같이 커버(50)의 내부 공간(52)에서 유니버셜조인트(80)를 기점으로 회전하게 되고, 이를 통해 분사노즐(62)에서 분사되는 세척수는 나노필터(20) 전체면에 골고루 분사되며 이물질을 효과적으로 제거하게 된다.

10: 유수분리수단 20: 나노필터
50: 커버 52: 공간
60: 회전파이프 62: 분사노즐
70: 호스 80: 유니버셜 조인트
90: 펌프 100: 이물질 제거장치

Claims

유수분리수단(10)을 구성하며 해수와 기름을 분리시키는 나노필터(20)에 쌓여 있는 이물질을 제거하는 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치에 있어서,
상기 나노필터(20)의 표면에 근접되게 위치하며 하면은 개방시켜 구성하고 내부에는 공간(52)이 형성되도록 구성한 커버(50);
상기 커버(50)의 내부 공간(52)에 위치하며 펌프(90)의 구동으로 고압의 세척수를 공급받는 회전파이프(60);
상기 커버(50)의 상면 중앙에 설치되며 상기 회전파이프(60)를 외부에 설치되어 있는 펌프(90)와 호스(70)로 연결 구성하되, 상기 회전파이프(60)를 회전 가능하게 상기 커버(50)에 고정시키는 유니버셜 조인트(80);
상기 회전파이프(60)에 적어도 하나 이상 설치되며 상기 회전파이프(60)로 공급된 고압의 세척수를 상기 나노필터(20)로 분사시켜 상기 나노필터(20)에 쌓여 있는 이물질을 제거시키는 분사노즐(62)로 구성함을 특징으로 하는 유수분리기의 나노필터 이물질 제거장치.