먼지를 먹지
env wiki
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 버스용 도로 재비산 먼지 집진 장치 설계
영문 : Design of re-scattering dust collection device for bus
과제 팀명
먼지를 먹지
지도교수
박영권 교수님
개발기간
2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부 20148900** 김**(팀장)
서울시립대학교 환경공학부 20148900** 김**
서울시립대학교 환경공학부 20148900** 윤**
서울시립대학교 환경공학부 20148900** 정**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
현재 우리나라의 대표적인 환경오염 문제로 떠오르는 미세먼지. 그중 높은 비율을 차지하는 도로 재비산먼지는 일상생활에서 쉽게 노출될 수 있고 유해한 성분도 포함하고 있어 인체에 해가 되는 실정이다. 현재 지자체에서는 도로 살수차량과 분진 흡입차량 등의 도로 재비산먼지 저감 대책을 시행하고 있지만, 이는 한계점이 존재하고 실질적인 저감 효과도 증명되지 않았다. 이에 우리는 본 과제에서 사이클론 및 여과 필터를 이용한 복합 집진 장치를 설계하여 기존의 청소 및 살수 차량의 단점을 해결하고 보다 높은 효율로 도로 재비산먼지를 제거하려 한다. 개략적인 구성으로는 도로 재비산먼지 흡입을 위한 흡입팬, 그리고 1차적인 처리를 위한 사이클론 집진기, 그리고 그 후단에는 여과 필터를 설치하여 최종 처리 후 배출하는 형태이다.
개발 과제의 배경 및 효과
1군 발암물질로 지정된 미세먼지는 호흡기, 심혈관계 질환 등 인체에 나쁜 영향을 미치고, 농작물 및 생태계에도 피해를 주는 등 우리나라의 대표적인 환경오염으로 떠오르고 있다. 이에 따라 노후 경유차 조기 폐차, 도로청소 차량 2배 확충, 차량 2부제 등 사회 전 분야에 걸쳐 미세먼지 저감 대책을 시행하고 있다.
미세먼지 배출원 중에서 44%를 차지하는 비산먼지, 비산먼지 중에서도 45%를 차지하는 도로 재비산먼지는 자동차 배기가스, 타이어 마모, 브레이크 패드 마모 등에 의해 도로 위에 침적된 먼지가 차량의 이동에 의해 대기 중으로 재비산되는 입자상 물질로서, 자연적 성분 외에 유해한 성분을 포함하고 있어 일반 먼지에 비해 더욱 해롭다. 이러한 도로 재비산먼지 포집 및 처리를 위해 지자체에서는 도로 살수차량과 분진흡입차량 등을 가동하고 있지만, 진공흡입차량은 흡입된 토사나 분진류를 여과해 배출하는 기능이 원활하게 유지되기 위해서는 제작사가 제시하는 운전속도(10km/hr) 이하로 운행해야 하는 단점이 있다. 도로 살수차량은 분진흡입장비보다 고속으로 운행이 가능해 상대적으로 짧은 시간에 많은 도로에 적용이 가능하지만 중수도 사용에 따른 악취 민원이 발생하고, 수질오염에 대한 우려가 있다. 물을 뿌렸을 때에는 먼지가 날리지 않아 일시적으로 제거된 것처럼 보이지만, 습기가 마르면 다시 먼지가 공기 중에 날리는 등 실제 제거 효과를 보기는 어렵다. 그리고 실제로도 살수차로 물을 뿌린 후 미세먼지가 저감됐다는 과학적인 측정 데이터도 전무하다.
이렇듯 일상생활에서 쉽게 노출되어 있는 도로 재비산먼지를 저감하기 위한 효율적인 방안을 생각하던 중에 대중교통, 특히 버스에 부착하여 도로 재비산먼지를 포집, 처리할 수 있으면서 작은 크기와 무게를 가진 집진장치를 설계하고자 하였다. 뿐만 아니라 기존의 살수 및 분진 흡입 차량의 단점을 보완하기 위한 집진 방식을 고안하였다. 이를 통해 별도의 살수 차량, 먼지흡입차량의 운행을 줄일 수 있고, 보다 체계적이고 지속적인 미세먼지 제거 효과를 볼 수 있다. 또한 버스의 도로 운행 중에 가동하기 때문에, 현장에서 발생하는 먼지를 즉시 포집하여 확산하는 것을 방지할 수 있다.
개발 과제의 목표와 내용
본 과제는 도로 재비산먼지의 유해성과 기존 도로 청소차량의 한계를 인식하고, 효율적·효과적인 도로 재비산먼지의 제거를 위한 소형화 복합 집진장치의 공학적인 설계를 목표로 한다. 우리나라에서 가장 많은 차량이 다니는 서울에서 운행하는 버스에 장착하는 도로 재비산먼지를 효과적으로 흡수하여 제거하는 장치를 제작하고자 한다. 대중교통은 정해진 구역을 주기적으로 운행할 뿐만 아니라, 서울시 전체에 걸쳐 넓게 분포되어 있기 때문에 효율적으로 비산먼지를 제거할 수 있을 것이다. 도로상의 재비산먼지를 안정적으로 흡입하기 위한 흡입팬, 전처리 집진장치로서 설치하기 간단한 원심력 집진장치, 최종 집진 장치로서 효율이 높은 여과 필터를 이용할 것이다. 현재 설계 단계에서는 집진 효율과 내구성 등 그 성능에 비중을 중요하게 두었으나, 실제 적용에 있어서는 소음이나 버스에서 차지하는 공간 비율 등의 문제도 현실적으로 고려해야 한다. 또한 가장 중요한 것은 이 제품이 보편화되기 위한 적절한 가격이다. 따라서 이러한 현실적인 문제들도 고려하여 최적의 제품을 설계할 것이다. 집진 효율 및 제거효과, 소요 비용이 효과적일 경우, 대중교통뿐만 아니라 고속버스, 더 나아가 더 소형화 하여 택시 및 일반 승용차량에도 적용한다면 장기적인 미세먼지 저감에 매우 효과적일 것이다.
관련 기술의 현황
State of art
1. 전 세계적인 기술현황(State of art)
◇ 핀란드 헬싱키의 REDUST 프로젝트 전통적인 진공 도로청소, 진공 청소 + 물청소, 고압 살수청소의 3가지 방식으로 도로청소 효과 조사한 결과, 전통적 진공 도로청소는 효과 없었고, 고압 살수청소가 가장 효과적임
◇ 북부 및 중부 유럽 도로먼지의 재비산을 제어하기 위해 2011년부터 먼지 억제제 CMA(Calcium Magnesium Acetate) 사용, 2014년부터는 35개 도로에 진공 청소 실시, PM10 농도 저감에 대한 진공 청소의 효과는 명확하지 않으나, 장기적 관점에서 효과가 있을 것으로 추정
◇ 미국 고효율 필터가 장착된 도로청소장비 운영, 도시의 특성에 맞는 도로청소 프로그램 계획, 도로청소 차량의 운행 스케줄, 이동 경로 등을 사이트에 공개, 청소 차량마다 GPS를 부착해 실시간으로 청소현황 파악
◇ 중국 상하이의 세계 최초의 무인 청소 차량, 자정부터 새벽 4시 사이에 무인 청소차가 도로청소를 실시, 길이 6m에 폭 3m의 중형 트럭을 개조
2. 국내 기술현황 (State of art)
우리나라에서는 지자체별로 도로 노면에서 발생하는 오염물질을 제거하여 쾌적한 도로환경을 조성하기 위해 도로청소를 수행하고 있으며, 효과적인 청소방법을 위해 다양한 청소방법을 도입하고 있다. 서울시에서는 지하철역에서 나온 지하수를 끌어올려 차량을 이용하지 않고 도로 중앙에 배관을 묻어 물을 양쪽으로 뿌려서 도로에 쌓인 먼지 등을 제거하는 클린 로드(Clean-Road) 사업을 실시하고 있다. 마지막으로 진공청소기로 먼지를 빨아들이고 필터로 걸러내는 ‘도로 분진 진공청소차’를 도입했다.
기술 로드맵
특허조사 및 특허전략
관련 시장에 대한 분석
경쟁제품 조사 비교
먼지를 먹지는 분진 제거 차량과 비슷한 수준의 집진 효율을 가지며 평균 운행속도는 경쟁제품에 비해 2배 이상을 가진다.
마케팅 전략
초기 투자비용이 필요하지만, 한 번 차량에 부착하면 필터 교체 비용을 제외하고는 추가적인 투자가 불필요하고, 기존의 청소 차량을 대체함으로써 인건비 및 운영비를 절감할 수 있으므로 장기적인 관점에서 보면 경제적이다. 우리의 기술과 관련된 유사 특허는 다수 존재하지만, 소형화된 집진장치를 탑재한 차량은 아직 존재하지 않으므로 경쟁력을 키운다면 좋은 전략이 될 것이다. 도로 주행 중 다른 이물질이나 기상 조건에 의한 제품 손상이 우려되나 유입부 방지망 설치를 통해 보완한다.
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 포집 먼지 기준 98% 이상의 집진 효율을 가짐으로써 효과적인 도로 재비산먼지 제거를 기대한다.
◇ 기상이나 속도 조건에 따른 흡입 시스템의 반자동 제어 시스템을 확립한다.
◇ 집진장치의 소형화를 통해 대중교통뿐만 아니라 일반 승용차, 더 나아가 다른 분야에서도 사용이 가능하다.
경제적 및 사회적 파급효과
◇ 생활과 밀접한 대중교통에서 직접적인 미세먼지를 포집함으로써 국민들에게 환경 개선에 대한 긍정적인 인식을 제고한다.
◇ WHO(세계 보건 기구)에서는 PM10의 연평균 농도를 20μg/m3으로, PM2.5의 연평균 농도를 10μg/m3으로 권고하고 있는데, 우리의 기술을 통해 이 기준을 만족할 정도로 미세먼지를 저감한다면, 65세 이상 인구 기준 10만 명당 급성 조기사망을 1.28명 줄일 수 있다.
구성원 및 추진체계
◆ 김건형 : 기술현황조사, 회의록 작성. QFD, 논문자료 조사, 보고서작성, 모형제작, 기술로드맵 ◆ 김현일 : 3D설계, 사업비 총무, 포스터편집, 효과성계산, 보고서작성, 모형제작, 특허조사 ◆ 정민식 : 3D설계, 경제성평가, 장치효율계산, 제품평가, 보고서작성, 모형제작, SWOT분석 ◆ 윤지원 : 배경조사, 보고서작성, 모형제작
설계
설계사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
조립도
조립도
내용
조립순서
내용
부품도
내용
제어부 및 회로설계
내용
소프트웨어 설계
내용
자재소요서
내용
결과 및 평가
완료작품 소개
프로토타입 사진
내용
포스터
내용
특허출원번호 통지서
내용
개발사업비 내역서
내용
완료 작품의 평가
내용
향후평가
내용
부록
참고문헌 및 참고사이트
내용
관련특허
내용
소프트웨어 프로그램 소스
내용
