02분반 4조 먼지살수없 조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 도로 미세먼지 및 온도 관리를 위한 스마트 버스 살수 시스템

영문 : Smart Bus Spray System for Road Fine Dust and Temperature Management

과제 팀명

먼지살수없 조

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 이**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 김**

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 박**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

도로의 비산먼지 저감을 위해 살수차량을 운행하고 있는데, 기존의 방식은 여러 단점이 존재한다. 효율성을 위해 일정 구역을 한 번만 지나고 이 때 많은 양의 물을 뿌리게 된다. 이로 인해 물이 차량 바퀴에 의해 튀고 다른 차량 운전자들이 민원을 제기할 수 있다. 또한, 물의 양이 충분하지 못하다면 대기 중으로 먼지가 재비산하여 저감효과가 반감된다. 그리고 현재 살수차 운영 방식으로는 도로 곳곳에 충분히 살수할 수 없다. 무더운 여름철이나 미세먼지가 많은 날에만 한정적으로 도입하고 있는데 교통량이 증가하여 특정 구간의 미세먼지가 급격히 높아지거나 더위가 극심한 경우에는 한계가 있을 수 있다.
이러한 단점들을 개선하기 위해 버스에 살수장치를 설치하고자 한다. 살수차 1대의 살수 용량을 나누어 버스 여러 대가 운용하므로 한 번에 많은 양을 살수하지 않는다. 따라서 물튀김으로 인한 운전자의 불만을 완화할 수 있고 같은 도로를 지나는 여러 대의 버스로부터 살수하기 때문에 각 물탱크의 용량을 줄일 수 있으며 미세먼지 재비산 현상 또한 완화할 수 있다. 그리고 스마트 살수 시스템을 설계하여 정류장에 버스가 접근할 때 다음 정류장 구간까지 미세먼지 농도와 온도를 실시간으로 수신해 만약 농도가 임계치보다 높다면 이를 저감하기 위해 살수장치를 작동하고자 한다, 이를 통해 효율적으로 물을 사용할 수 있다. 살수차를 운행할 필요없이 기존에 운행하는 버스에 장착하는 형식이기 때문에 인건비, 행정 비용 등에 대한 절감효과 또한 기대할 수 있을 것이다.

개발 과제의 배경

기존의 도로 살수차 운영은 비용이 많이 들고 효율적이지 않다. 기존의 살수차는 Figure 1 과 같이 물을 고압으로 살수하여 도로를 씻어내는 방식이며, 이러한 형태를 일반 살수차라 부른다. 이러한 형태에는 여러가지의 단점이 존재한다. 먼저 살수 된 도로위의 물이 다른 차량 바퀴에 의해 튀김으로서 다른 차량 운전자들로부터 빈번하게 불만이 제기된다. 한 길목은 한 번만 지나는 운영 방침 때문에 한 번에 최대한 많은 양의 물을 뿌리기 때문이다. 두번째로는 살수 된 물의 양이 충분하지 못할 경우 제거되지 못한 먼지가 다시 대기 중으로 비산하여 효과가 반감될 수 있다. 세번째로는 현재 운용하고 있는 살수차로는 자치구들의 모든 도로에 충분히 살수하지 못한다. 현재 우리나라의 경우 미세먼지가 많거나 무더운 여름철 때에 살수차를 기간적으로 도입하고 있다. 이러한 경우 다른 때에 특정 도로의 미세먼지가 높거나 더위가 심할 경우에는 살수차의 도움을 받지 못한다는 것이다.

Figure 1

우리는 이러한 단점들을 개선하고자 공공버스에 살수장치를 달고자 한다. 우리의 시스템을 구현한다면 물을 적정한 양으로 공급할 수 있으며, 미세먼지 저감과 지표면 온도 감소 등의 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다. 버스 여러 대가 살수차 1대의 물의 양을 나누어 적정할 때에 뿌리기에 물튀김으로 인한 다른 차량 운전자로부터의 불만이 줄어들 것이다. 두 번째 단점으로 언급되었던 물의 양 부족 또한 한 대의 버스에 물이 부족하더라도 같은 도로를 지나는 다른 여러 버스로부터 물이 충분히 공급될 수 있을 것이다. 버스는 사시사철 모든 시내를 구석구석 돌아다니며 미세먼지 농도 및 온도 정보를 수집하여 살수장치를 제어하기에 자치구들의 모든 도로에 언제나 충분히 살수 될 수 있음과 동시에 기존 살수차의 비용 절감 및 효율적인 물 사용을 실현한다.

관련 기술의 현황

현재 운영 중 살수차 종류

도로의 미세먼지 저감을 위해 국내에서 주로 적용 및 채택하고 있는 방안은 도로 청소이고 현재는 일부 구간에서 도로청소를 진행하고 대다수의 구간에서는 진공흡입차, 고압 살수차 등의 특수기계를 활용한 청소작업이 점진적으로 증가하는 추세이다. 특히, 서울시의 경우 Clean Road라고 하는 도로청소사업을 실시하여 도로로부터의 비산먼지 저감을 위한 시도를 한 바가 있는데, 도로 재비산먼지의 농도와 배출량 산정을 위해 시료채취, 분석, 데이터저장이 가능하도록 개조, 개발된 측정장비를 탑재한 차량을 이용해 공기역학적 입경이 10㎛ 이하인 입자상 물질의 농도를 1초 주기로 신속 정확하게 측정한다. 이후 현장측정을 통한 측정결과를 통해 도로청소를 실시하게 된다.

Figure 2

살수차는 도로청소방법들 중 하나로 도로에 물을 뿌리며 주로 먼지 제거와 도로 표면 냉각을 위해 사용된다. 이러한 살수차 시스템은 여러 방식으로 구현되고 있다. 살수청소차는 살수 방식에 따라 일반 살수차, 고압 살수차, 진공흡입식 살수차, 브러쉬 장착 살수차 등이 있다
- 일반 살수차

스프레이 노즐 시스템을 사용한 방식으로, 도로 주변에 설치된 노즐에서 물을 분사해 먼지를 제거하고 도로 표면을 냉각한다. 이러한 시스템을 통해 물을 조절하거나 스프레이 노즐의 방향을 조절해 물을 정확한 곳에 뿌릴 수 있다.

고압살수차

도로청소에서는 보통 고압 살수차를 일반 살수차라 부르며, 물을 고압으로 분사해 도로의 토사 및 먼지 등을 씻어내는 방식으로 도로먼지의 비산 억제기능과 도로먼지를 빗물받이로 유출시켜 제거하는 역할을 한다. 물을 더 빠르게 분사하여 효과적으로 먼지를 제거하고 도로 표면을 세척하는 방법으로 이를 통해 미세먼지 제거 효율을 높일 수 있다. 하지만 물 튀김 등 차량 운전자 및 보행자에 의해 민원이 제기되기도 하고, 살수에 의해 도로먼지가 충분히 제거되지 않았을 경우 건조 후 잔류한 먼지가 다시 비산되는 문제점 등이 있다.

진공흡입식 살수차

고압 살수차의 단점을 보완하기 위해 최근에 개발된 것으로 차량의 전면에 살수한 도로위의 물을 차량 중간에 설치된 진공흡입구를 통해 회수하는 방식으로 도로상 찌든 먼지나 요철부분에 끼어 있는 미세먼지 등의 제거가 어렵고, 물청소 이후 물 튀김 등으로 인한 민원사항을 개선한 차량으로 배수성 포장 청소에 효과적이다.

브러쉬 장착 살수차

고압 살수차의 단점을 보완하기 위해 최근에 개발된 것으로 고압살수차의 후단에 브러쉬를 장착해 차량 전면에 살수된 물을 측구 측으로 쓸어내고, 찌든 때를 제거하는 기능을 하는데, 강수 시 브러쉬만의 작동으로도 도로변의 묵은 때를 쉽게 제거할 수 있다.

이러한 네 가지의 살수차의 종류에 대해 살펴보았다. 살수차의 살수장치는 주행을 하며 도로 전면 및 측면을 원활히 물 세척을 할 수 있도록 제작되어야 한다. 살수차량에서 살수장치의 위치에 따라 전면, 측면, 후면 3가지로 나뉘게 되는데, 먼저 전면 살수장치는 차량 전면에 설치되어 도로중앙의 이물질을 세척하여 좌, 우, 측면으로 모아지게 제작되어야 한다. 측면 살수장치의 경우 차량 전면 좌, 우측에 각각 설치되어야 하며, 좌우 회전이 가능하여야 하고 회전 연결부는 로터리 조인트를 적용해 작동이 원활하여야 한다. 측면 살수장치의 경우 가로수 급수용으로도 제작되기도 한다. 마지막으로 후방 살수장치의 경우 주로 제설작업에 이용되는 차량에서 쓰이는 방식인데, 차량 후미에 장착되어 도로청소 및 염화 용액을 살포할 수 있도록 제작되어야 한다. 이러한 살수장치들은 제반작업을 용이하게 하기 위해 제어장치가 구성되어야 하며, 특히 장비의 안전운행 및 조작이 용이하여야 한다. 메인 제어 장치는 운전석에 설치되어 조작 및 작동 이상 유무를 확인할 수 있어야 하며, 비상제어 장치가 별도 설치되어야 한다. 즉 운전석에서는 메인 제어 장치에서 가능한 살수장치 가동, 경광등 및 사인보드 가동, 물탱크 수위 확인, 7인치 모니터를 통한 후방감시가 가능하다.

특허

도로 바닥용 살수차용 살수구 회전 작동장치 (10-2016-0049468)
현재 2016년에 등록된 특허로 살수장치에 관한 설계내용들을 확인할 수 있었다. 도로 및 노면의 유지 관리를 개선하기 위한 혁신적인 기술로, 살수차에 구비된 물탱크로부터 공급되는 물을 효율적으로 분사시키기 위한 살수 유닛과 이를 회전시키고 방향을 조절할 수 있는 작동 유닛으로 구성된다. 이 작동 유닛은 특이한 설치 방식으로 상기 살수 유닛을 수평 상태로 유지하고 회전시키며, 그것을 위한 고급 메커니즘을 갖추고 있다. 작동 유닛은 프레임에 직립 상태로 지지되며, 상단에는 물탱크로부터 물을 공급하는 공급호스가 결합되는 지지관체로 이루어져 있다. 이것은 살수차의 전방에 설치되고 살수 유닛을 지지하는 중요한 역할을 한다. 또한 작동 유닛에는 회전체가 있어 살수 유닛을 회전시킬 수 있다. 이 회전체는 외주면에 기어와 동력을 전달할 수 있는 체인 및 정역 모터로 구성되어 있다. 이것은 살수 유닛의 방향을 조절하는 데 중요한 부분이다. 작동 유닛의 하부에는 엘보관과 연결관체가 있고, 이것을 통해 살수 유닛이 수평 상태로 설치된다. 이것이 살수차가 도로 상에서 효과적으로 작동하도록 하는 중요한 부분이다. 작동 유닛과 지지관체 사이에 설치된 수밀용 패킹은 회전관체와 지지관체의 사이에서 수밀성을 유지한다. 구리스 주입구가 지지관체에 구비되어 있어, 작동 유닛의 부품 간에 구리스를 주입하여 정밀한 회전 동작을 유지한다. 마지막으로 살수 유닛은 부채꼴 형상으로 이루어진 살수 노즐을 포함하고 있고, 이것을 통해 물이 효과적으로 분사된다. 살수 노즐은 수압을 활용해 물을 전방으로 확산 분사시키도록 설계되었다. 본 발명에 따른 도로 바닥 살수차용 살수구 회전 작동 장치를 통해, 살수 성능을 향상시키고 도로 유지 관리의 효율성을 높일 수 있다.

분석 및 기대효과

시장분석

내용

기대효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

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이론적 계산 및 시뮬레이션

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상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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