KR101271177B1 - 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 및 세척 방법 - Google Patents

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임수호
임수봉
오정훈
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Abstract

본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템은 원수를 공급받는 교반기 탱크와, 상기 교반기 탱크 내에 설치되는 교반기와, 상기 교반기 하부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기와, 상기 교반기를 회전시키는 교반기 모터와, 상기 수산화기가 포함된 원수를 70% ~ 85% 정도로 결빙시키기 위해 상기 교반기 탱크에 연결된 냉동기 및 상기 교반기 모터, 냉동기, 원수 공급 펌프, 토출펌프, 토출밸브,통기관, 원수 공급밸브를 제어하는 제어부 및 전원공급부로 구성되는 것이다. 또한, 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법은 원수를 플라즈마 발생기가 부착된 교반기 탱크 내에 공급하는 단계와, 플라즈마 발생기에서 수산화기를 생성하는 단계와, 생성된 수산화기가 포함된 원수를 교반하는 단계와, 냉동기를 가동하여 수산화기가 포함된 원수를 70% ~ 85%의 결빙상태로 결빙하는 단계와, 상기 결빙된 수산화기가 포함된 원수를 토출 펌프를 이용하여 관로에 주입하여 관로를 소독 및 세척하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 및 세척 방법{Pipe Cleaning System and Method thereof By Using Plasma and Ice Pigging}
본 발명은 상하수도 배관과 같이 유체가 흐르는 배관의 소독 및 세척을 동시에 시행하기 위한 것에 관한 것이다. 일반적으로 상하수도 배관은 단수의 어려움 있고, 세척하기가 용이하지 않고 많은 시간과 장비가 동원되고 있는 것이다. 본 발명은 세척수에 소독 능력이 있는 플라즈마를 생성킨 후에 어느 정도 결빙시키고, 부드럽게 결빙된 아이스를 관로에 주입함으로써 소독과 세척을 동시에 하는 것에 관한 것이다.
본 발명과 관련한 종래의 드라이 아이스 세척기는 대한민국 등록 특허 10-0907432호에 개시되어 있다. 도 1은 종래 드라이 아이스 세척기의 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 상하수도관 비굴착 갱생 드라이아이스 세척기의 구성은 본체(100), 회전수단(200), 가이드수단, 분사수단(400), 타발수단(500)을 포함하여 구성되는 것으로 상기 본체(100)는 내부가 완벽하게 밀폐가 되도록 밀폐기능을 가지며, 상기 본체(100)의 양측 하부에 구비되는 하향바퀴(110), 양측 측면에 구비되는 측면바퀴(120)를 포함하며, 상기 하향바퀴(110)는 내부 동력에 의해 관로의 내부에서 직진 및 후진을 하며, 전후진 동작은 내부에 장착된 동력전달장치에 의해 구현되는 것이다. 이때, 본체(100)의 동력은 배터리의 전기적 힘을 이용하여 그 동력원으로 동력전달장치에 전원을 공급하며, 상기 본체(100)에 장착되는 바퀴(110, 120)는 관로의 직경에 따라 적절한 폭이 되도록 가감하여 조절이 가능하다. 또한, 상기 본체(100)에는 후술할 회전수단(200)의 모터(240)를 제어할 수 있는 제어부(130)가 설치되며, 본체(100) 외측에는 상수도관의 온도, 습도, CO₂농도 등을 관찰하는 센서가 장착되기도 하는 것이다. 또한, 회전수단(200)은 본체(100)의 전면에 설치되는 센터프레임(210)과, 상기 센터프레임(210) 상부에 설치되는 하우징(220)과, 상기 하우징(220) 내부로 삽입되는 기어축(230)과, 상기 하우징(220) 상부에 설치고정되고, 상기 기어축(230)의 기어와 맞물리는 피니언(242)이 구비되어 상기 기어축(230)에 동력을 전달하는 모터(240)를 포함하여 구성되는 것이다. 상기에서 기어축(230)의 샤프트는 상기 하우징 (220) 내부로 삽입되고, 기어는 상기 하우징(220) 전방에 위치하게 되는 것이고, 상기 하우징(220)에는 상기 기어축(230)의 샤프트를 지지하며 상기 샤프트의 원활한 회전을 위한 베어링이 삽입되기도 하는 것이다. 또한, 가이드수단은 상기 기어축(230)의 기어의 외면과 연결되어 상기 기어축(230)을 중심으로 십자모양으로 상하좌우 배치되는 다수의 가이드암(300)으로 구성된다. 이때, 상기 기어축(230)의 기어에는 상기 가이드암(300)이 결합될 수 있도록 가장자리에 다수의 홀이 형성될 수 있다. 또한, 상기 가이드암(300)에는 작업자가 관로면의 스케일층을 관찰할 수 있도록 하기 위해 후레쉬가 설치될 수도 있으며, 스케일층의 상태를 촬영할 수 있도록 카메라가 설치될 수도 있다. 또한, 분사수단(400)은 외부에서 드라이아이스를 공급하는 공급장치(410)와, 상기 가이드암(300)의 선단부 측 후방에 연결되어 관로면에 형성된 스케일층을 제거하는 분사노즐(420)과, 상기 공급장치(410)와 상기 분사노즐(420)을 연결하며 상기 공급장치(410)에서 공급되는 드라이아이스를 상기 분사노즐(420)로 공급되도록 전달하는 공급라인(430)을 포함하여 구성된다. 한편, 상기 공급라인(430)에는 차량이 이동할 때, 마찰력을 줄이기 위해서 상기 공급라인(430)의 하단부에는 보조바퀴(미도시)가 장착될 수 있다. 이 보조바퀴(미도시)에 의해서 차량의 움직임이 원활해져 드라이아이스 세척작업이 보다 신속하게 이루어질 수 있다. 또한, 타발수단(500)은 상기 가이드암(300)의 선단부 측 후방에 연결되어 상기 분사노즐(420)과 근접한 위치에 설치되고, 관로면의 스케일층에 충격을 주도록 관로 면을 소정 시간 간격으로 타격하는 노커(510)를 포함하여 구성된다. 상기 노커(510)의 타격에 의해서 스케일층에 균열이 발생하여 관로 내면에 성장한 스케일층을 관로로부터 떠어낼 수 있게 된다. 경우에 따라서, 노커(510)와 함께 스케일층의 일부분을 긁어내는 스크레이퍼 장치가 더 구비될 수 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 드라이 아이스를 이용한 관로 세척기는 완성된 드라이 아이스를 이용함으로 인하여 아이스가 슬라이스 형태에서 응고되어 덩어리가 크게 되므로 관로 세척 시에 세척 효율이 떨어지는 문제점이 있는 것이다. 또한 상기와 같은 종래의 드라이 아이스를 이용한 관로 세척기는 세척만 이루어지고 관로 내의 소독은 할 수 없다는 문제점이 있는 것이다. 또한 상기와 같은 종래의 드라이 아이스를 이용한 관로 세척기는 제조된 드라이 아이스를 이용함으로 인하여 비용이 많이 소요되는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 상하수도의 관로를 세척과 동시에 소독도 같이하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 관로 세척수인 물을 80% 정도의 결빙상태를 유지하고 상기의 결빙상태의 아이스를 관로에 투입함으로써 관로의 세척 효율을 높이도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템은 원수를 공급받는 교반기 탱크와, 상기 교반기 탱크 내에 설치되는 교반기와, 상기 교반기 탱크 하부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기와, 상기 교반기를 회전시키는 교반기 모터와, 상기 플라즈마가 포함된 원수를 70% ~ 85% 정도로 결빙시키기 위해 상기 교반기 탱크에 연결된 냉동기, 상기 교반기 모터, 원수 공급 펌프, 토출 펌프, 토출밸브 및 원수 공급밸브를 제어하는 제어부 및 전원 공급부로 구성되는 것이다. 또한, 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법은 원수를 플라즈마 발생기가 부착된 교반기 탱크 내에 공급하는 단계와, 플라즈마 발생기에서 수산화기를 생성하는 단계와, 생성된 수산화기가 포함된 원수를 교반하는 단계와, 냉동기를 가동하여 수산화기가 포함된 원수를 70% ~ 85%의 결빙상태로 제조하는 단계와, 상기 결빙된 수산화기가 포함된 원수를 토출 펌프를 이용하여 관로에 주입하여 관로를 소독 및 세척하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 및 세척 방법은 관로의 세척과 동시에 소독도 이루어지는 효과가 있는 것이다. 또한 수산화기가 포함된 원수를 80% 정도의 결빙 상태로 유지한 상태에서 관로 내로 투입함으로 인하여 부드러운 아이스 스라이싱 상태가 되어 관로 세척이 효과적으로 이루어질 수 있는 것이다.
도 1은 종래 드라이 아이스 세척기의 구성도,
도 2는 본 발명에 적용되는 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제어 흐름도,
도 4는 본 발명에 적용되는 콘트롤러 구성도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 및 소독 방법을 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 적용되는 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템은 원수를 공급받는 교반기 탱크(30)와, 상기 교반기 탱크(30) 하부에 설치되어 수산화기를 생성시키는 플라즈마 발생기(50)와, 상기 교반기 탱크 내에서 수산화기가 포함된 원수를 교반하는 교반기(40)와, 상기 교반기(40)를 회전시키는 교반기 모터(20)와, 상기 수산화기가 포함된 원수를 70% ~ 85% 정도로 결빙시키기 위해 상기 교반기 탱크(30)에 연결된 냉동기(60)와, 드라이아이스를 투입하기 위한 투입구(35)와, 상기 교반기 모터(20), 냉동기(60), 원수 공급 펌프(11), 원수 공급밸브(12), 토출 펌프(16) 및 토출 밸브(17)를 제어하는 제어부(80)와, 전원을 공급하는 전원 공급부(81)로 구성되는 것이다. 또한, 상기 교반기 탱크(30)에는 상부에는 통기관(31)이 설치되어 교반기 탱크에서 발생하는 기체를 외부로 배출하도록 하고, 상기 교반기 탱크(30) 일측에는 탱크 내의 교반 상태를 확인하기 위한 검시창(32)과 교반기 탱크 내의 보수를 위한 맨홀이 추가로 구성될 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제어 흐름도이다. 상기도 3에서 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제1단계는 원수를 플라즈마 발생기가 설치된 교반기 탱크 내로 주입하는 단계(S21)이다. 다음, 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제2단계는 교반기 탱크 내로 주입된 원수가 플라즈마 발생기에 의하여 수산화기를 생성하는 단계(S22)이다. 상기에서 플라즈마 발생에 의한 살균 소독 원리는 다음과 같다.
교반기 탱크 내의 플라즈마 발생기에 전류를 인가하면 수중 방전(Water Brake Bubble Mechanism)에 의해 저온 플라즈마가 발생하는 것이다. 먼저 물분자(H2O)는 수소(H)와 산소(O) 이온 상태로 분해되어 이온 클러스터 형태의 수많은 미세기포로 확산(기화현상)된다. 이때 산소원자는 다른 산소원자와 결합하여 안정화하려는 성질을 띠므로 결합을 통해 산소분자(O2)가 되는 것이다. 다음에는 방전 에너지에 의해 수소원자(H)는 음이온 전자를 버리고 수소 양이온이 되고, 산소분자(O2)는 주위의 음이온 전자를 받아들여 산소 음이온으로 바뀌게 되는 것이다. 이러한 전기 화학적 해리 상태는 일반적으로 대기상태에서 2시간 냉장고 속 등 밀폐된 상태에서는 약 48기간 이내에 다시 환원되며, 물의 상태는 약 7.4pH의 약 알카리성을 띠게 된다. 상기에서 생성된 수소 양이온(H+) 및 산소 음이온(O2 -)은 주위에 있는 물분자(H2O)와 반응하여 수산화기(OH-)를 생성하며 이때 함께 생성된 과산화수소(H2O2)는 표면 증발되고 수산화기(OH-)는 세균류나 독극물, 중금속에 붙어 멸균 및 산화분해 작용을 하는 것이다.
다음, 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제3단계는 생성된 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 교반하는 단계(S23)이다.
다음, 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제4단계는 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 70%~85%의 결빙상태로 결빙하는 단계(S24)이다. 상기에서 70% ~ 85%의 결빙상태는 완전한 고체 상태의 얼음이 되기 전의 상태로 결빙하는 단계이다.
다음, 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제5단계는 드라이 아이스를 투입하여 수산화기(OH-)가 포함된 원수의 결빙상태의 지속시간을 늘리도록 하는 것이다(S25). 다음 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 방법의 제6단계는 상기 결빙된 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 토출 펌프를 이용하여 관로로 펌핑하고 배수하여 관로를 소독 및 세척하고(S26) 종료하는 것이다. 상기에서 드라이아이스를 추가하는 단계는 생략될 수 있으며 교반기 탱크에 투입하거나 토출 측 배관 내에 투입할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 콘트롤러의 구성도이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 콘트롤러는 원수를 공급하는 원수 공급 펌프(11)와, 상기 원수 공급 펌프(11)와 교반기 탱크 사이에 체결되는 원수 공급 밸브(12)와, 상기 원수 공급 펌프(11)를 on off 하고, 상기 원수 공급밸브(12) 및 토출 밸브(17)의 개폐를 제어하며 교반기 모터(20)를 제어하여 교반기(40)를 회전시켜 교반하고, 냉동기(60)를 가동하여 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 결빙되도록 제어하는 제어부(80)로 구성된 것이다. 상기와 같이 구성된 본 발명에 적용되는 콘트롤러는 제어부(80)에서 원수 공급 밸브(12)를 개방하고 원수 공급 펌프(11)를 가동하여 원수를 교반기 탱크(30) 내로 공급하고, 제어부(80)에 의하여 교반기 모터(20)가 작동하여 교반기(40)가 회전하므로 교반하며, 상기 교반기 탱크(30) 내에 설치된 플라즈마 발생기에 의하여 수산화기(OH-)가 생성되는 것이다. 상기와 같이 수산화기(OH-)가 포함된 원수는 제어부(80)에 의하여 작동하는 냉동기(60)에 의하여 70% ~ 85%의 결빙상태로 결빙되는 것이다. 상기와 같이 결빙된 70% ~ 85%의 결빙상태 얼음은 제어부(80)에 의하여 토출 밸브(17)를 개방하고 토출 펌프(16)를 작동시켜 관로로 분사함으로써 관로 내를 소독하고 세척도 할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마를 이용한 관로 소독 시스템 및 세척 방법은 지하에 매설되고 장거리 구간의 경우 잔류 염소의 증발로 인하여 소독이 거의 이루어지지 아니하는 관로를 세척과 동시에 소독할 수 있는 장점이 있는 것이다.
11 : 원수 공급 펌프, 12 : 원수 공급 밸브, 16 : 토출 펌프, 17 : 토출 밸브,
20 : 교반기 모터, 30 : 교반기 탱크, 40 : 교반기, 50 : 플라즈마 발생기, 60 : 냉동기, 80 : 제어부, 81 : 전원 공급부

Claims (6)

  1. 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템에 있어서,
    상기 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템은,
    원수를 공급받는 교반기 탱크(30)와;
    상기 교반기 탱크(30) 하부에 설치되어 상기 원수에서 수산화기를 생성시키는 플라즈마 발생기(50)와;
    상기 교반기 탱크 내에서 수산화기가 포함된 원수를 교반하는 교반기(40)와;
    상기 교반기(40)를 회전시키는 교반기 모터(20)와;
    상기 수산화기가 포함된 원수를 결빙시키기 위해 상기 교반기 탱크(30)에 연결된 냉동기(60)와;
    상기 결빙된 수산화기가 포함된 원수를 교반기 탱크에서 관로로 펌핑하는 토출 펌프(16)와;
    상기 토출하는 결빙된 수산화기가 포함된 원수를 조절하는 토출 밸브(17)와;
    상기 교반기 모터(20), 냉동기(60), 토출 펌프(16) 및 토출 밸브(17)를 제어하는 제어부(80);
    및 전원을 공급하는 전원 공급부(81)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템은,
    원수 공급을 조절하는 원수 공급 밸브(12);
    및 상기 원수를 펌핑하여 교반기 탱크로 공급하는 원수 공급 펌프(11)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템은,
    교반기 탱크(30)의 상부에 기체를 배출하기 위한 통기관(31)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 시스템.
  4. 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 방법에 있어서,
    상기 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 방법은,
    원수를 플라즈마 발생기가 설치된 교반기 탱크 내로 주입하는 단계(S21)와;
    교반기 탱크 내로 주입된 원수가 플라즈마 발생기에 의하여 수산화기를 생성하는 단계(S22)와;
    생성된 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 교반하는 단계(S23)와;
    수산화기(OH-)가 포함된 원수를 결빙상태로 결빙하는 단계(S24);
    및 상기 결빙된 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 토출 펌프를 이용하여 관로에 펌핑하고 배수하여 관로를 소독 및 세척하는 단계(S25)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    수산화기(OH-)가 포함된 원수를 결빙상태로 결빙하는 단계(S24)는,
    70% ~ 85%의 결빙상태로 결빙하는 단계인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 방법은,
    상기 수산화기(OH-)가 포함된 원수를 결빙상태로 결빙하는 단계(S24) 후에
    드라이아이스를 투입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 관로 소독 및 세척 방법.

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JP2007152226A (ja) 2005-12-05 2007-06-21 Utsunomiya Univ プラズマを用いた管内清浄装置
KR20120022621A (ko) * 2010-08-11 2012-03-12 정장근 수족관 등에 설치되는 플라즈마를 이용한 수처리장치

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