WO2014038732A1 - 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치와 그 방법 - Google Patents

쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치와 그 방법 Download PDF

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density
catamaran hull
waste
catamaran
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강희진
신명수
박범진
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한국해양과학기술원
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Definitions

  • the present invention is to solve the problem (garbage patch) consisting of waste dumped to the ocean, the energy-saving large-capacity marine waste collection and classification device using a catamaran (catamaran, catamaran) and marine waste collection and classification using the same It is about a method.
  • Garbage patches are produced when waste dumped from land and ships moves along ocean currents, with more than 90% known waste plastics (Tamanaha, M. and Moore, C., 2010). Some debris islands are large enough to reach the size of the continental United States, and finely crushed waste plastic fragments pollute the marine environment or are consumed by marine organisms, leading to disruption of marine ecosystems, depletion of fishery resources, and pollution. Even has a direct impact.
  • the present invention has been proposed to solve a waste island problem that is deteriorating with time, and an object thereof is to provide an apparatus and a method for efficiently collecting and sorting waste at a low energy level at sea.
  • a bow crushing unit installed on the bow of the catamaran hull and collecting and crushing garbage coming to the bow of the catamaran hull;
  • Density-based structure that forms the tunnel structure of the catamaran hull, and the waste plastic pieces crushed by the bow-crushing unit move by sea current in the tunnel structure of the catamaran hull and are naturally classified as the water depth and the moving distance vary according to the density.
  • Classification unit
  • a net-like structure installed in the density-based classification unit the collection unit collecting waste plastics classified according to density according to density at different depths in the process of passing through the density-based classification unit for each density;
  • Friction is installed inside or outside the hull of the catamaran hull, rubbing the waste plastic pieces collected by the collecting portion to move the friction on the vibrating belt to be charged to different electrodes and classified by the difference of the charged electrode Charged classification section;
  • the energy-saving large-capacity marine waste collection and classification device using a catamaran hull is provided, the energy-saving large-capacity marine waste collection and classification device using a catamaran hull.
  • the catamaran hull directing waste into the bow while mooring or moving on an ocean current that is a path through which the waste island moves;
  • the energy-saving large-capacity marine waste collection and classification method using a catamaran hull is provided, the energy-saving large-capacity marine waste collection and classification method using a catamaran hull.
  • the present invention it is possible to efficiently collect and classify waste on the sea with less energy, and also reduce the cost of collecting and transporting the waste to the land facility for regeneration or disposal, which is worsened over time. It can effectively solve the problem of the waste islands that are being developed, and further prevent the pollution of the marine environment and the disturbance of the ecosystem.
  • Figure 2 shows the concept of the construction of a catamaran hull equipped with a bow crushing unit and the concept that the waste plastic pieces in the density-based classification unit is naturally classified as the water depth and the moving distance vary depending on the density.
  • FIG. 3 shows the concept of a collecting part for collecting waste plastic pieces classified according to density while passing through the density-based sorting part in the present invention.
  • Figure 4 shows the construction concept of a catamaran hull equipped with a triboelectric charge classification in the present invention.
  • FIG. 5 shows the principle of operation in which the waste plastic pieces are classified by the difference of the charged electrodes while passing through the triboelectric charge sorting unit.
  • FIG. 6 shows the concept of the structure of a catamaran hull provided with a stern recovery portion.
  • the present invention has been proposed to solve a problem of garbage patch that is deteriorating with time, and an object thereof is to provide an apparatus and a method for efficiently collecting and sorting waste at a low energy level at sea.
  • the present invention provides an energy-saving large-capacity marine waste collection and classification apparatus using a catamaran (catamaran, catamaran), the present invention is a bow mill 40, density-based classification ( 50), the collecting unit 60 and the frictional charge classification unit 70 is made.
  • a catamaran catalog, catamaran
  • the present invention is a bow mill 40, density-based classification ( 50), the collecting unit 60 and the frictional charge classification unit 70 is made.
  • FIG. 1 illustrates the basic concept of the present invention, when the catamaran hull 30 is mooring or slowly moving on the sea current which is a path through which the waste island moves, the tunnel 10 flows into the bow of the catamaran hull 30 and then tunnels. It is filtered while moving along the structure, and finally shows the appearance that the waste 10 is removed and the clean current flows toward the stern of the catamaran hull 30.
  • the basic concept of the present invention is that at least 90% or mooring the catamaran hull 30 on the sea current, which is a path through which a waste island consisting of waste plastic is more than 90%
  • the pile of waste 10 is introduced into the bow of the catamaran hull 30 and pulverized it, and the waste plastic pieces (20 in FIG. 2) crushed by the bow of the catamaran hull 30 are separated from the catamaran hull 30.
  • the bow crushing unit 40 is installed and the waste plastic fragments 20 in the density-based classification unit 50, while moving in the current flow depending on the depth and moving distance depending on the density Demonstrate concepts that are naturally classified.
  • a bow crusher 40 is installed on the bow of the catamaran hull 30 (FIG. 2). Meanwhile, according to the embodiment of the present invention, the catamaran hull 30 induces the waste 10 to flow toward the bow while mooring or moving slowly on the sea current which is the path of the waste island (FIG. 1). At this time, the bow crushing unit 40 is to collect and crush the garbage (10) coming to the bow of the catamaran hull 30 (Fig. 2). In this case, most of the waste 10 pulverized by the bow mill 40 consists of waste plastic pieces 20.
  • the density-based classification unit 50 utilizes the tunnel structure (tunnel between hulls) of the catamaran hull 30 as it is (FIGS. 1 and 2).
  • the waste plastic pieces 20 crushed by the bow crushing part 40 ride on the current in the tunnel structure of the density-based sorting part 50, that is, the catamaran hull 30, which are located behind the bow crushing part 40. While moving, it is classified naturally as the depth and distance vary depending on the density (FIG. 2). That is, waste plastic pieces 20 tend to have a deeper density and a shorter moving distance when they are moved compared to a small one having a high density, and the density-based classification unit 50 uses this point to close the waste.
  • the plastic pieces 20 are classified by density.
  • the waste plastic pieces 20 which are classified as the primary ones having similar densities while passing through the density-based fractionation unit 50 pass through the triboelectric charge fractionation unit 70 to be described later, but have similar densities but different charged electrodes. They are classified once more.
  • FIG 3 shows a concept of a collecting unit 60 collecting waste plastic pieces 20 sorted according to density while passing through the density-based sorting unit 50.
  • the collecting unit 60 is a mesh structure installed in the density-based classification unit 50 (FIG. 3). More specifically, the collecting unit 60 is a net collecting device installed on the hull surface of the catamaran hull 30 in the tunnel structure of the catamaran hull 30.
  • the collecting unit 60 is a density-based classification unit 50, that is, the waste plastic pieces 20 are classified according to the depth and the moving distance according to the density in the course of passing through the tunnel structure of the catamaran hull 30, each density It acts as a star collector. In this case, in the preferred embodiment of the present invention, the collecting unit 60 and the depth of the waste plastic pieces 20 so that the collecting unit 60 can effectively collect the waste plastic pieces 20 by each density.
  • a plurality of dogs were disposed for each moving distance to collect waste plastics existing at the corresponding positions (FIG. 3).
  • FIG 4 shows a configuration concept of the catamaran hull 30 in which the frictional charge classification unit 70 is installed.
  • Figure 5 shows the principle of action by which the waste plastic pieces 20 are classified by the difference between the charged electrode while passing through the triboelectric charge classification unit 70.
  • the frictional charge classification unit 70 is installed inside or outside the hull 30 of the catamaran hull 30.
  • FIG. 4 shows the frictional charge classification unit 70 installed inside the hull of the catamaran hull 30.
  • the frictional charge classification unit 70 is a main action is performed by the belt 71 provided along the hull of the long-acting catamaran 30, the frictional charge classification unit 70 to the collecting unit 60
  • the waste plastic pieces 20 collected by the same move as they move on the vibrating belt 71 to be rubbed with each other to be charged with different electrodes, and to be classified once more by the difference of the charged electrodes.
  • FIGS. 4 and 5 the operation of the frictional charge classification unit 70 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the waste plastic pieces 20 entering the charged sorting unit 70 are moved on the vibrating belt 71.
  • the waste plastic pieces 20, A and B continuously rub against each other while moving on the vibrating belt 71.
  • the waste plastic pieces 20 have similar densities. If the materials constituting the material are different from each other, the difference (A-, B +) occurs in the polarity of the charge amount, that is, the charged electrode.
  • the waste plastic pieces 20 are collected and separated into respective electrodes A- and B + by an electrode separator 72 installed at the moving end of the belt 71.
  • the polarity of the electrode separator 72 is +, the -polar waste plastic pieces 20 (A-) are collected (human action) at a point close to the electrode separator 72. + Polar waste plastic pieces 20 (B +) gathered at a point far from the separation unit 72 (repulsive action).
  • the polarity of the electrode separator 72 is-, the opposite aspect will appear.
  • the waste plastic pieces 20 which were first classified by the difference in density while passing through the density-based classification unit 50 pass through the frictional charge classification unit 70 once by the difference of electrodes. Are classified more precisely.
  • washing the waste plastic pieces 20 before the waste plastic pieces 20 enter the triboelectric charge sorting unit 70, washing the waste plastic pieces 20 to remove salts and dry the washing unit 80 It further includes (Fig. 4). This is because the salinity of the waste plastic pieces 20 may be removed and dried, so that the charging action of the amount of charge due to the friction in the triboelectric charge classification unit 70 may be smoother and more robust.
  • Such a washing unit 80 may be installed inside or outside the hull of the catamaran hull 30.
  • a pallet generating unit for making a pallet (pallet) for recycling or discarding the waste plastic pieces 20 sorted finally by the triboelectric charge classification unit 70 by type It further includes.
  • a pallet generating unit may be installed inside or outside the hull of the catamaran hull 30. The waste plastic pieces 20 made in the pallet form by the pallet generating unit are loaded and transported in the catamaran hull 30 and transferred to the land facility for processing thereof.
  • the result is a land facility. Just move the pallet. Therefore, according to the present invention, it is possible to efficiently collect and classify the waste 10 at sea with little energy, and also reduce the cost of collecting and transporting the waste 10 from the sea to a land facility for regeneration or disposal. It can effectively solve the problem of deteriorating waste islands over time, and further prevent pollution of the marine environment and disturbance of ecosystems.
  • the stern recovery portion 90 for recovering the remaining waste plastic 21 that was not captured by the collecting portion 60 is further included (FIG. 6).
  • the stern recovery unit 90 is a net collecting device installed on the hull surface of the bottom stern of the catamaran hull 30. 6 shows a constitution concept of the catamaran hull 30 in which the stern recovery unit 90 is installed, the stern recovery unit 90 shows the remaining waste plastic 21 that was not captured by the front collection unit 60. Finally, they are collected and recovered, causing them to float back to the sea, causing pollution of the marine environment or predating by marine life, preventing ecosystem disturbances from occurring.
  • the present invention also provides a marine waste collection and classification method implemented on the energy-saving large-capacity marine waste collection and classification apparatus using the above-described catamaran hull, specifically described by dividing the situation in which the present invention is implemented step by step As follows. In this case, in the description of the present invention, duplicate descriptions of the same parts as those described above will be omitted.
  • First step The catamaran hull (30) induces the trash 10 is introduced to the bow while mooring or moving on the current, which is the path of the trash island movement.
  • the bow crushing unit 40 collects and crushes the garbage 10 coming toward the bow of the catamaran hull 30.
  • Third step The waste-based crushed pieces 20 of the density-based fractionation section 50 are moved by the current flow in the tunnel structure of the catamaran hull 30 while the waste plastic fragments 20 are moved according to the density. Try to sort them naturally as distances change.
  • Fourth step In the process of passing the collecting unit 60 through the density-based classification unit 50, the waste plastics classified according to the depth and the moving distance are collected for each density.
  • the collecting unit 60 is disposed in a plurality of waste plastic pieces 20 by the depth and movement distance of the waste plastic pieces 20 to be effectively collected by dividing the waste plastic pieces 20 by their respective densities. To collect.
  • the fifth step the frictional charge classification unit 70 is rubbed while moving the waste plastic pieces 20 collected by the collecting unit 60 on the vibrating belt 71 to be charged to different electrodes and the charging To be classified by the difference of the electrodes.
  • the washing unit 80 cleans the waste plastic pieces 20 before removing the waste plastic pieces 20 into the triboelectric charge sorting unit 70 to remove salts and dry them.
  • the sixth step the pallet generator makes a pallet for recycling or discarding the waste plastic pieces 20 sorted by the triboelectric charge classification unit 70 by type.
  • Step 7 The stern recovery unit 90 recovers the waste plastic that has not been collected by the collecting unit 60.
  • the present invention it is possible to efficiently collect and classify waste on the sea with less energy, and also reduce the cost of collecting and transporting the waste to the land facility for regeneration or disposal, which is worsened over time. It can effectively solve the problem of waste islands and prevent pollution of the marine environment and disturbance of the ecosystem. It is a technology that can be applied to shipbuilding, marine, energy, and environmental fields to realize its practical and economic value.

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Abstract

본 발명의 기본적인 개념은, 90% 이상이 폐플라스틱으로 구성되어 있는 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에 쌍동선체를 계류시키거나 느린 속도로 이동시킴으로써, 쓰레기 더미가 쌍동선체의 선수 쪽으로 유입되도록 하여 이를 분쇄하고, 쌍동선체의 선수에서 분쇄된 폐플라스틱 조각이 쌍동선체의 터널(tunnel) 구조를 따라 선수에서 선미 방향으로 이동하는 동안 밀도 차이에 따라 일차적으로 분류되도록 한 후, 이처럼 밀도에 따라 일차적으로 분류된 폐플라스틱 조각들을 수집하여 이를 다시 좁고 긴 쌍동선체 내부로 이동시키면서 마찰하전(triboelectrostatic)을 이용하여 최종 분류하고, 마지막으로는 이처럼 최종 분류된 폐플라스틱 조각들을 재생 또는 폐기를 위한 팰릿(palet)으로 만들어 육상 시설로 옮기는 것이다. 본 발명에 따르면, 해상에서 쓰레기를 적은 에너지로 효율적으로 수집하고 분류할 수 있으며, 해상의 쓰레기를 포집하여 재생 또는 폐기를 위한 육상 시설로 옮기는 데 소요되는 비용 또한 절감할 수 있어, 시간이 갈수록 악화되고 있는 쓰레기 섬 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며, 나아가 해양 환경의 오염과 생태계의 교란을 막을 수 있다.

Description

쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치와 그 방법
본 발명은 해양에 투기되는 폐기물로 이루어진 쓰레기 섬(garbage patch) 문제를 해결하기 위한 것으로, 쌍동선체(카타마란, catamaran)를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치와 이를 이용한 해양폐기물 수집 및 분류 방법에 관한 것이다.
쓰레기 섬(garbage patch)은 육상과 선박에서 버려진 쓰레기가 해류를 따라 이동하면서 생성되는 것으로 90% 이상이 폐플라스틱으로 구성되어 있는 것으로 알려져 있다(Tamanaha, M. and Moore, C., 2010). 일부 쓰레기 섬의 경우 그 크기가 미국 대륙의 크기에 이를 정도로 크며 잘게 부서진 폐플라스틱 절편이 해양 환경을 오염시키거나 해양 생물에 의해 섭취되면서 해양 생태계의 교란은 물론 어업 자원의 고갈, 오염 등 인간의 삶에도 직접적인 영향을 미치고 있다.
이러한 쓰레기 섬의 문제는, 엄청난 양의 쓰레기가 미국 대륙의 크기에 이르는 광활한 면적 및 수심이 수 미터에 이르는 상당한 깊이에 걸쳐 널리 분포하고 있어 그물 등의 단순 포집수단을 이용하여 수거하는 데에는 한계가 있고, 해상의 쓰레기를 포집하여 재생 또는 폐기를 위한 육상 시설로 옮기는 데 소요되는 비용 또한 과도하여 이를 해결하지 못하고 사태가 점점 악화되고 있다는 사실이다.
본 발명은 시간이 갈수록 악화되고 있는 쓰레기 섬 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 해상에서 쓰레기를 적은 에너지로 효율적으로 수집하고 분류할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 이동하는 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치로서,
상기 쌍동선체의 선수에 설치되며, 상기 쌍동선체의 선수 쪽으로 다가오는 쓰레기를 포집하여 분쇄하는 선수분쇄부;
상기 쌍동선체의 터널 구조를 이루며, 상기 선수분쇄부에 의하여 분쇄된 폐플라스틱 조각들이 상기 쌍동선체의 터널 구조 내에서 해류를 타고 이동하다가 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되도록 하는 밀도기반분류부;
상기 밀도기반분류부에 설치되는 그물형 구조물로서, 상기 밀도기반분류부를 통과하는 과정에서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 다르게 분류되는 폐플라스틱을 각각의 밀도별로 포집하는 포집부 및;
상기 쌍동선체의 선체 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 포집부에 의해 포집된 폐플라스틱 조각들이 진동하는 벨트 위를 이동하면서 마찰하여 서로 다른 전극으로 충전되고 상기 충전된 전극의 차이에 의해 분류되도록 하는 마찰하전식분류부;
를 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치를 제공한다.
또한 본 발명은,
상기 쌍동선체가 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 이동하면서 선수 쪽으로 쓰레기가 유입되도록 유도하는 단계;
상기 선수분쇄부가 상기 쌍동선체의 선수 쪽으로 다가오는 쓰레기를 포집하여 분쇄하는 단계;
상기 밀도기반분류부가 상기 선수분쇄부에 의하여 분쇄된 폐플라스틱 조각들이 상기 쌍동선체의 터널 구조 내에서 해류를 타고 이동하다가 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되도록 하는 단계;
상기 포집부가 상기 밀도기반분류부를 통과하는 과정에서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 다르게 분류되는 폐플라스틱을 각각의 밀도별로 포집하는 단계 및;
상기 마찰하전식분류부가 상기 포집부에 의해 포집된 폐플라스틱 조각들이 진동하는 벨트 위를 이동하면서 마찰하여 서로 다른 전극으로 충전되도록 하고 상기 충전된 전극의 차이에 의해 분류되도록 하는 단계;
를 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 해상에서 쓰레기를 적은 에너지로 효율적으로 수집하고 분류할 수 있으며, 해상의 쓰레기를 포집하여 재생 또는 폐기를 위한 육상 시설로 옮기는 데 소요되는 비용 또한 절감할 수 있어, 시간이 갈수록 악화되고 있는 쓰레기 섬 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며, 나아가 해양 환경의 오염과 생태계의 교란을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 기본적인 개념을 보여준다.
도 2는 본 발명에 있어서, 선수분쇄부가 설치된 쌍동선체의 구성 개념과 밀도기반분류부에서 폐플라스틱 조각들이 해류를 타고 이동하면서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되는 개념을 보여준다.
도 3은 본 발명에 있어서, 밀도기반분류부를 통과하면서 밀도에 따라 분류되는 폐플라스틱 조각들을 포집하는 포집부의 개념을 보여준다.
도 4는 본 발명에 있어서, 마찰하전식분류부가 설치된 쌍동선체의 구성 개념을 보여준다.
도 5는 본 발명에 있어서, 폐플라스틱 조각들이 마찰하전식분류부를 통과하면서 각각 충전된 전극의 차이에 의해 분류되는 작용원리를 보여준다.
도 6은 본 발명에 있어서, 선미회수부가 설치된 쌍동선체의 구성 개념을 보여준다.
<부호의 설명>
10 : 해양 쓰레기 20 : 폐플라스틱 조각
30 : 쌍동선체 40 : 선수분쇄부
50 : 밀도기반분류부 60 : 포집부
70 : 마찰하전식분류부 71 : 벨트
72 : 전극분리부 80 : 세척부
90 : 선미회수부
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 시간이 갈수록 악화되고 있는 쓰레기 섬(garbage patch) 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 해상에서 쓰레기를 적은 에너지로 효율적으로 수집하고 분류할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 쌍동선체(카타마란, catamaran)를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치를 제공하는바, 본 발명은 선수분쇄부(40), 밀도기반분류부(50), 포집부(60) 및 마찰하전식분류부(70)를 포함하여 이루어진다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성요소별 기능 및 작용에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기본적인 개념을 보여주는 것으로, 쌍동선체(30)가 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 느리게 이동하면, 쓰레기(10)가 쌍동선체(30)의 선수 쪽으로 유입된 후 터널 구조를 따라 이동하면서 걸러지고, 최종적으로는 쌍동선체(30)의 선미 쪽으로 쓰레기(10)가 제거되고 깨끗해진 해류만이 흘러나가는 모습을 보여준다.
도 1과 관련하여 보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 기본적인 개념은, 90% 이상이 폐플라스틱으로 구성되어 있는 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에 쌍동선체(30)를 계류시키거나 느린 속도로 이동시킴으로써, 쓰레기(10) 더미가 쌍동선체(30)의 선수 쪽으로 유입되도록 하여 이를 분쇄하고, 쌍동선체(30)의 선수에서 분쇄된 폐플라스틱 조각(도 2의 20)이 쌍동선체(30)의 터널(tunnel) 구조를 따라 선수에서 선미 방향으로 이동하는 동안 밀도 차이에 따라 일차적으로 분류되도록 한 후, 이처럼 밀도에 따라 일차적으로 분류된 폐플라스틱 조각(20)들을 수집하여 이를 다시 좁고 긴 쌍동선체(30) 내부로 이동시키면서 마찰하전(triboelectrostatic)을 이용하여 최종 분류하고, 마지막으로는 이처럼 최종 분류된 폐플라스틱 조각(20)들을 재생 또는 폐기를 위한 팰릿(palet)으로 만들어 육상 시설로 옮기는 것이다. 이 경우, 쌍동선체(30)의 선미 쪽으로는 최종적으로 쓰레기(10)가 제거되고 깨끗해진 해류만이 흘러나가게 된다.
도 2는 선수분쇄부(40)가 설치된 쌍동선체(30)의 구성 개념과 밀도기반분류부(50)에서 폐플라스틱 조각(20)들이 해류를 타고 이동하면서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되는 개념을 보여준다.
선수분쇄부(bow crusher)(40)는 쌍동선체(30)의 선수에 설치된다(도 2). 한편, 본 발명의 실시 예에 따르면 쌍동선체(30)는 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 느리게 이동하면서 선수 쪽으로 쓰레기(10)가 유입되도록 유도한다(도 1). 이때 선수분쇄부(40)는 쌍동선체(30)의 선수 쪽으로 다가오는 쓰레기(10)를 포집하여 분쇄하게 된다(도 2). 이 경우, 선수분쇄부(40)에 의하여 분쇄된 쓰레기(10)의 대부분은 폐플라스틱 조각(20)들로 이루어진다.
밀도기반분류부(50)는 쌍동선체(30)의 터널 구조(tunnel between hulls)를 그대로 활용한 것이다(도 1, 도 2). 선수분쇄부(40)에 의하여 분쇄된 폐플라스틱 조각(20)들은 선수분쇄부(40)의 후방에 연이어 위치한 밀도기반분류부(50), 즉 쌍동선체(30)의 터널 구조 내에서 해류를 타고 이동하다가 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류된다(도 2). 즉, 폐플라스틱 조각(20)들은 밀도가 큰 것이 밀도가 작은 것에 비하여 이동 시 가라앉는 수심은 깊어지고 이동거리는 짧아지는 경향을 보이는데, 밀도기반분류부(50)는 이 점을 이용하여 1차로 폐플라스틱 조각(20)들을 밀도별로 분류해 내는 것이다. 이처럼 밀도기반분류부(50)를 통과하면서 밀도가 비슷한 것들끼리 1차로 분류된 폐플라스틱 조각(20)들은 후술하는 마찰하전식분류부(70)를 통과하면서 밀도는 비슷하나 충전되는 전극이 다른 것들끼리 한 번 더 분류된다.
도 3은 밀도기반분류부(50)를 통과하면서 밀도에 따라 분류되는 폐플라스틱 조각(20)들을 포집하는 포집부(60)의 개념을 보여준다.
포집부(60)는 밀도기반분류부(50)에 설치되는 그물형 구조물이다(도 3). 보다 구체적으로, 포집부(60)는 쌍동선체(30)의 터널 구조 내에서 쌍동선체(30)의 선체 표면에 설치되는 그물식 포집장치이다. 이러한 포집부(60)는 밀도기반분류부(50), 즉 쌍동선체(30)의 터널 구조를 통과하는 과정에서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 다르게 분류되는 폐플라스틱 조각(20)들을 각각의 밀도별로 포집하는 작용을 한다. 이 경우 본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 포집부(60)가 폐플라스틱 조각(20)들을 각각의 밀도별로 구분하여 효과적으로 포집할 수 있도록, 포집부(60)가 폐플라스틱 조각(20)들의 수심과 이동거리별로 다수 개가 배치되어 해당 위치에 존재하는 폐플라스틱을 포집할 수 있도록 하였다(도 3).
도 4는 마찰하전식분류부(70)가 설치된 쌍동선체(30)의 구성 개념을 보여준다. 그리고 도 5는 폐플라스틱 조각(20)들이 마찰하전식분류부(70)를 통과하면서 각각 충전된 전극의 차이에 의해 분류되는 작용원리를 보여준다.
마찰하전식분류부(70)는 쌍동선체(30)의 선체 내부 또는 외부에 설치된다. 참고로, 도 4는 마찰하전식분류부(70)가 쌍동선체(30)의 선체 내부에 설치된 모습을 보여준다. 이러한 마찰하전식분류부(70)는 길게 뻗은 쌍동선체(30)의 선체를 따라 설치된 벨트(71)에 의하여 그 주된 작용이 이루어지는바, 마찰하전식분류부(70)는 포집부(60)에 의해 포집된 폐플라스틱 조각(20)들이 진동하는 벨트(71) 위를 이동하면서 상호 마찰하여 서로 다른 전극으로 충전되고 상기 충전된 전극의 차이에 의해 한 번 더 분류되도록 하는 작용을 한다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 마찰하전식분류부(70)의 작용에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4에서, 포집부(60)에 의해 밀도별(ρA, ρB, ρC)로 포집된 폐플라스틱 조각(20)들은 각각의 밀도별로 순서대로 마찰하전식분류부(70)로 진입하게 되며, 마찰하전식분류부(70)로 진입한 폐플라스틱 조각(20)들은 진동하는 벨트(71) 위를 이동하게 된다. 도 5에서, 진동하는 벨트(71) 위를 이동하는 과정에서 폐플라스틱 조각(20)들(A, B)은 계속적으로 상호간에 마찰을 하게 되며 그 결과 폐플라스틱 조각(20)들은 밀도는 비슷하나 이를 구성하는 재료가 서로 다른 경우 상호간에 충전되는 전하량의 극성, 즉 전극(charged electrode)에 있어서는 차이(A－, B＋)가 발생하게 된다. 이로 인해 폐플라스틱 조각(20)들은 벨트(71)의 이동 끝단에 설치된 전극분리부(charged separator)(72)에 의해 각각의 전극별(A－, B＋)로 구분되어 모이게 된다. 도 5의 실시 예에서는, 전극분리부(72)의 극성이 ＋이므로 전극분리부(72)와 가까운 지점에 －극성의 폐플라스틱 조각(20)들(A－)이 모였고(인력 작용), 전극분리부(72)와 먼 지점에 ＋극성의 폐플라스틱 조각(20)들(B＋)이 모였다(척력 작용). 물론 만약 전극분리부(72)의 극성이 －라면 상기와는 반대의 양상이 나타날 것이다. 이처럼 본 발명에 따르면, 밀도기반분류부(50)를 통과하면서 밀도의 차이에 의해 1차로 분류되었던 폐플라스틱 조각(20)들이 마찰하전식분류부(70)를 통과하면서 전극의 차이에 의해 한 번 더 정밀하게 분류된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 폐플라스틱 조각(20)들이 마찰하전식분류부(70)로 진입하기에 앞서 폐플라스틱 조각(20)들을 세척하여 염분을 제거하고 건조시키는 세척부(80)를 더욱 포함한다(도 4). 폐플라스틱 조각(20)들의 염분을 제거하고 건조시킨 상태라야 추후 마찰하전식분류부(70)에서의 마찰에 따른 전하량의 충전 작용이 보다 원활하고 왕성하게 이루어질 수 있기 때문이다. 이러한 세척부(80)는 쌍동선체(30)의 선체 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 마찰하전식분류부(70)에 의하여 최종 분류된 폐플라스틱 조각(20)들을 종류별로 재생 또는 폐기하기 위한 팰릿(palet)을 만드는 팰릿생성부(미도시)를 더욱 포함한다. 이러한 팰릿생성부는 쌍동선체(30)의 선체 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 팰릿생성부에 의하여 팰릿 형태로 만들어진 폐플라스틱 조각(20)들은 쌍동선체(30)에 적재 및 운송되어 이의 처리를 위한 육상 시설로 옮겨진다.
이에 따라 본 발명에서는 해상에서 일련의 모든 과정, 즉 쓰레기(10)를 수거하고, 이를 종류별로 분류하여, 최종적으로는 처리가 용이한 팰릿 형태로까지 만드는 과정을 거친 후, 육상 시설로는 그 결과물(팰릿)만 옮기면 된다. 따라서 본 발명에 따르면, 해상에서 쓰레기(10)를 적은 에너지로 효율적으로 수집하고 분류할 수 있으며, 해상의 쓰레기(10)를 포집하여 재생 또는 폐기를 위한 육상 시설로 옮기는 데 소요되는 비용 또한 절감할 수 있어, 시간이 갈수록 악화되고 있는 쓰레기 섬 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며, 나아가 해양 환경의 오염과 생태계의 교란을 막을 수 있다.
나아가, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 포집부(60)에 의해 미처 포집되지 못한 잔여 폐플라스틱(21)을 회수하는 선미회수부(90)를 더욱 포함한다(도 6). 이러한 선미회수부(90)는 쌍동선체(30)의 선저 선미의 선체 표면에 설치되는 그물식 포집장치이다. 도 6은 선미회수부(90)가 설치된 쌍동선체(30)의 구성 개념을 보여주는바, 선미회수부(90)는 전방의 포집부(60)에 의해 미처 포집되지 못한 잔여 폐플라스틱(21)을 최종적으로 포집하여 회수함으로써 이들이 바다로 다시 떠내려가 해양 환경의 오염을 유발하거나 해양 생물에 의해 포식되어 생태계의 교란이 발생하는 것을 막는다.
한편, 본 발명은 상술한 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치 상에서 구현되는 해양폐기물 수집 및 분류 방법을 또한 제공하는바, 본 발명이 구현되는 상황을 단계별로 나누어 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이 경우 본 발명을 설명함에 있어서 상술한 내용과 동일한 부분의 중복적인 설명은 생략한다.
제 1 단계 : 쌍동선체(30)가 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 이동하면서 선수 쪽으로 쓰레기(10)가 유입되도록 유도한다.
제 2 단계 : 선수분쇄부(40)가 쌍동선체(30)의 선수 쪽으로 다가오는 쓰레기(10)를 포집하여 분쇄한다.
제 3 단계 : 밀도기반분류부(50)가 선수분쇄부(40)에 의하여 분쇄된 폐플라스틱 조각(20)들이 쌍동선체(30)의 터널 구조 내에서 해류를 타고 이동하다가 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되도록 한다.
제 4 단계 : 포집부(60)가 밀도기반분류부(50)를 통과하는 과정에서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 다르게 분류되는 폐플라스틱을 각각의 밀도별로 포집한다. 이 경우 포집부(60)는 폐플라스틱 조각(20)들을 각각의 밀도별로 구분하여 효과적으로 포집할 수 있도록, 폐플라스틱 조각(20)들의 수심과 이동거리별로 다수 개가 배치되어 해당 위치에 존재하는 폐플라스틱을 포집한다.
제 5 단계 : 마찰하전식분류부(70)가 포집부(60)에 의해 포집된 폐플라스틱 조각(20)들이 진동하는 벨트(71) 위를 이동하면서 마찰하여 서로 다른 전극으로 충전되도록 하고 상기 충전된 전극의 차이에 의해 분류되도록 한다. 이 경우 세척부(80)는 폐플라스틱 조각(20)들이 마찰하전식분류부(70)로 진입하기에 앞서 폐플라스틱 조각(20)들을 세척하여 염분을 제거하고 건조시킨다.
제 6 단계 : 팰릿생성부가 마찰하전식분류부(70)에 의하여 최종 분류된 폐플라스틱 조각(20)들을 종류별로 재생 또는 폐기하기 위한 팰릿을 만든다.
제 7 단계 : 선미회수부(90)가 포집부(60)에 의해 미처 포집되지 못한 폐플라스틱을 회수한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 해상에서 쓰레기를 적은 에너지로 효율적으로 수집하고 분류할 수 있으며, 해상의 쓰레기를 포집하여 재생 또는 폐기를 위한 육상 시설로 옮기는 데 소요되는 비용 또한 절감할 수 있어, 시간이 갈수록 악화되고 있는 쓰레기 섬 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며, 나아가 해양 환경의 오염과 생태계의 교란을 막을 수 있는바, 조선해양, 에너지, 환경 분야에 널리 적용하여 그 실용적이고 경제적인 가치를 실현할 수 있는 기술이다.

Claims (10)

  1. 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 이동하는 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치로서,
    상기 쌍동선체의 선수에 설치되며, 상기 쌍동선체의 선수 쪽으로 다가오는 쓰레기를 포집하여 분쇄하는 선수분쇄부;
    상기 쌍동선체의 터널 구조를 이루며, 상기 선수분쇄부에 의하여 분쇄된 폐플라스틱 조각들이 상기 쌍동선체의 터널 구조 내에서 해류를 타고 이동하다가 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되도록 하는 밀도기반분류부;
    상기 밀도기반분류부에 설치되는 그물형 구조물로서, 상기 밀도기반분류부를 통과하는 과정에서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 다르게 분류되는 폐플라스틱을 각각의 밀도별로 포집하는 포집부 및;
    상기 쌍동선체의 선체 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 포집부에 의해 포집된 폐플라스틱 조각들이 진동하는 벨트 위를 이동하면서 마찰하여 서로 다른 전극으로 충전되고 상기 충전된 전극의 차이에 의해 분류되도록 하는 마찰하전식분류부;
    를 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍동선체의 선체 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 포집부에 의해 포집된 폐플라스틱 조각들을 세척하여 염분을 제거하고 건조시키는 세척부;
    를 더욱 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍동선체의 선저 선미에 설치되는 그물형 구조물로서, 상기 포집부에 의해 미처 포집되지 못한 폐플라스틱을 회수하는 선미회수부;
    를 더욱 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍동선체의 선체 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 마찰하전식분류부에 의하여 최종 분류된 폐플라스틱 조각들을 종류별로 재생 또는 폐기하기 위한 팰릿을 만드는 팰릿생성부;
    를 더욱 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집부는 폐플라스틱 조각들의 수심과 이동거리별로 다수 개를 배치하는 것을 특징으로 하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치.
  6. 선수분쇄부, 밀도기반분류부, 포집부, 마찰하전식분류부, 세척부, 선미회수부 및 팰릿생성부를 포함하는 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치 상에서 이루어지는 방법으로서,
    상기 쌍동선체가 쓰레기 섬이 이동하는 경로인 해류 상에서 계류하거나 이동하면서 선수 쪽으로 쓰레기가 유입되도록 유도하는 단계;
    상기 선수분쇄부가 상기 쌍동선체의 선수 쪽으로 다가오는 쓰레기를 포집하여 분쇄하는 단계;
    상기 밀도기반분류부가 상기 선수분쇄부에 의하여 분쇄된 폐플라스틱 조각들이 상기 쌍동선체의 터널 구조 내에서 해류를 타고 이동하다가 밀도에 따라 수심과 이동거리가 달라지면서 자연스럽게 분류되도록 하는 단계;
    상기 포집부가 상기 밀도기반분류부를 통과하는 과정에서 밀도에 따라 수심과 이동거리가 다르게 분류되는 폐플라스틱을 각각의 밀도별로 포집하는 단계 및;
    상기 마찰하전식분류부가 상기 포집부에 의해 포집된 폐플라스틱 조각들이 진동하는 벨트 위를 이동하면서 마찰하여 서로 다른 전극으로 충전되도록 하고 상기 충전된 전극의 차이에 의해 분류되도록 하는 단계;
    를 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세척부가 상기 포집부에 의해 포집된 폐플라스틱 조각들을 세척하여 염분을 제거하고 건조시키는 단계;
    를 더욱 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 선미회수부가 상기 포집부에 의해 미처 포집되지 못한 폐플라스틱을 회수하는 단계;
    를 더욱 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 팰릿생성부가 상기 마찰하전식분류부에 의하여 최종 분류된 폐플라스틱 조각들을 종류별로 재생 또는 폐기하기 위한 팰릿을 만드는 단계;
    를 더욱 포함하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 포집부는 폐플라스틱 조각들의 수심과 이동거리별로 다수 개가 배치되어 해당 위치에 존재하는 폐플라스틱을 포집하는 것을 특징으로 하는, 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 방법.
PCT/KR2012/007083 2012-09-04 2012-09-04 쌍동선체를 이용한 에너지 절감형 대용량 해양폐기물 수집 및 분류 장치와 그 방법 WO2014038732A1 (ko)

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