10조- 정화조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 상하수도 맨홀 내부 공기 공급 및 악취 저감

영문 : Air supply and Odor Reduction in Waterworks and Sewage Manholes

과제 팀명

정화조

지도교수

서울시립대학교 환경공학부 이상철 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 강* (팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 정**

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 조**

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 채**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 안전보건공단에서 밀폐공간으로 분류된 맨홀 내부에서 발생하는 질식 재해는 최근까지도 지속해서 발생하고 있음.
◇ 재해자 중 절반 이상이 사망하는 통계자료를 고려하였을 때 결코 무시할 수 있는 사안이 아니며 그 원인은 산소 부족과 황화수소에 의한 중독으로 알려져 있음.
◇ 하지만, 맨홀 내부의 산소 공급과 황화수소의 제어를 위해 현재 시행되고 있는 방책들은 또 다른 안전 재해를 유발할 가능성이 있으며, 작업자의 측면에서 봤을 때 비효율적인 점들이 존재함.
◇ 따라서, 설치가 간편하고 지속적인 공기 공급이 가능하며 황화수소의 직접적인 제거를 위한 약품 주입 기능을 갖춘 맨홀을 설계하였음.
◇ 설계물의 실현 가능성을 확인하고자 무선 모듈과 배터리를 통해 원격 제어가 가능한 시연물을 제작하여 작동을 확인하였음.

개발 과제의 배경 및 효과

내용

개발 과제의 목표 및 내용

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

그림. 추진체계

강* :
정** :
조** :
채** :

설계

설계사양

제품 요구사항

그림. 제품 요구 사항

1) 공기 공급 장치의 송풍 능력 : 공기 공급 장치를 통해 맨홀 내부에 충분한 양의 공기를 공급할 수 있어야 함.
2) 약품의 효율성 및 안전성 : 맨홀 내부 황화수소를 효과적으로 제거할 수 있어야 하고 인체에 무해한 약품을 선정해야 함.
3) 설계물의 조립 및 부착 방법 : 맨홀 내부 체적에 따라 공기 공급 장치가 달라지기 때문에 설계물을 간편하게 탈부착 할 수 있어야 함.
4) 설계물의 범용성 : 다양한 규격을 가지는 맨홀 뚜껑을 모두 포괄할 수 있도록 보조장치를 부착함.
5) 설계물의 휴대성 : 설계물을 편하게 들고 다닐 수 있도록 가벼워야 함.
6) 설계물의 내구성 : 맨홀 뚜껑 하단에 장치들을 부착하기 때문에 이를 지탱할 수 있어야 함.
7) 설계물의 경제성 : 기존 제품들과의 경제성을 위해 저렴한 재질로 설계물을 제작해야 함.

목적 계통도

그림. 목적계통도

QFD

그림. QFD 분석

개념설계안

그림. 정면도

그림. 평면도

◇ 맨홀 뚜껑은 '공공하수도 중 맨홀의 표준도'에서 가장 작은 제 1호 맨홀인 내경 900mm를 기준으로 설계함.
◇ 약품 주입관은 맨홀 뚜껑과 일체형으로 제작함.
◇ 맨홀 뚜껑 하단에는 모터의 회전축에 부착된 팬, 즉 공기 공급 장치가 하우징 내부에 결합된 상태로 부착됨.

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

그림. 조립도 및 부품

조립순서

내용

부품도

그림. 보조장치 3D 도면

◇ 보조장치는
◇
◇
◇

그림. 맨홀뚜껑 3D 도면

◇ 맨홀 뚜껑은
◇
◇
◇

그림. 약품 주입관 3D 도면

◇ 약품 주입관은
◇
◇
◇

그림. 하우징 3D 도면

◇ 하우징은
◇
◇
◇

그림. 모터 및 팬 3D 도면

◇ 모터는 BLDC 모터를 사용함.
◇ BLDC 모터는 전기적, 기계적 소음이 적고 brush가 없기 때문에 마모가 없어 반영구적으로 사용 가능하며 고속회전에 무리가 없음.
◇ 모터 측부의 Lead Box에는 배터리와 원격 조종을 위한 아두이노가 포함됨.
◇ 팬은 모터의 회전축에 부착되어 회전하면서 공기를 공급함.
◇ 팬이 부착된 모터는 공기 공급 장치로써 하우징 하단에 결합됨.

제어부 및 회로설계

그림. 아두이노 회로 및 코드

자재 소요서

그림. 자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진

그림. 시연물 윗면

그림. 시연물 옆면

그림. 시연물 밑면

그림. 시연물 회로 및 배선

포스터

그림. 포스터

개발사업비 내역서

그림. 개발사업비 내역서

완료 작품의 평가

그림. 완료 작품의 평가

◇ 공기 공급 장치는 안전보건공단의 밀폐장소 환기량 기준에 부합해야 하는데 평가결과는 실험적 데이터가 없기 때문에 중으로 함.
◇ 모터 무선 제어는 외부 리모컨을 통해 무선으로 1초 이내에 작동해야 하는데 이는 시연물 제작을 통해 확인했기 때문에 평가결과를 상으로 함.
◇ 맨홀 보조장치는 맨홀의 규격을 조절할 수 있으면 되기 때문에 이는 시연물을 통해 평가결과를 상으로 함.
◇ 배터리 용량은 일일 작업시간 약 7시간 동안 모터에 동력을 공급해 주어야 하는데 이는 실험을 하지 못해 실험 결과가 없기 때문에 평가결과를 하로 함.
◇ 휴대성은 성인 남성이 혼자서 부담없이 들어야 하는데 설계물의 전반적인 무게를 조사했을 때 알루미늄 합금의 무게가 충분히 가벼워 평가결과를 상으로 함.

향후평가

내용

특허 출원

출원번호통지서

그림. 출원번호통지서

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용