건기연, 세계 최초 ‘S자형 날개’ 미세버블 펌프 개발

새로워진 ‘S자형 날개’미세버블 펌프로 녹조문제 해결한다

S자형 신형상 날개 세계최초 개발

머리카락 1/5 크기‘미세버블’생산

수처리, 녹조·적조, 바이오가스, 

생활환경까지 다양한 분야에 활용 가능

     새롭게 개발된 “연속 S자형 날개” 고성능 수처리 장치로 녹조문제 해결이 더욱 쉬워질 전망이다.

한국건설기술연구원(원장 한승헌, 이하 건설연) 장춘만 박사 연구팀은 고성능 수처리 장치인 ‘미세버블 펌프’를 개발했다. 미세버블 펌프란 머리카락 굵기의 절반 내지 1/5인 20~30㎛ 크기의 작은 공기방울인 ‘미세버블’을 연속적으로 발생시키는 장치다.

개발 미세버블 펌프 구성도 및 ‘S자형’ 신형상 날개/kict

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미세버블 펌프 성능의 핵심은 공기방울을 얼마나 작게 만들어내느냐에 달려있다. 공기방울의 크기가 작아질수록 물과 산소의 접촉 면적이 넓어져 수처리 효율성이 증가하기 때문이다.

연구팀은 미세버블 생성장치인 ‘임펠러(Impeller)’의 성능 향상을 위해 새로운 모양(신형상)의 ‘연속 S자형’ 날개를 고안했다. 세계 최초로 개발된 이 신형상 날개는 기존의 ‘일자형’ 날개와 비교하여 공기방울 입자를 효율적으로 더 잘게 쪼갤 수 있다.

S자형 날개는 고속회전시 50여 개 날개 사이로 유체 회전운동이 발생해 물과 공기가 잘게 부서지며 기존보다 더욱 작은 미세버블을 생성하게 된다. 또한 고압의 유체흐름에서도 구조적으로 더욱 안정화되고 견고해져 내구성도 한층 향상됐다.

또한 연구팀은 수치해석과 설계유량조건 등을 면밀히 분석하여 최적화된 S자형 날개와 주변 결합 장치를 통합 개발하는 데에도 성공하였다. 미세공기방울을 발생시키는 장치인 만큼, 부품간 이격거리에 따라 성능 편차가 무척 크게 발생하였기 때문에 임펠러 뿐 아니라 펌프의 정밀한 통합 설계가 필요했다.

새로운 미세버블 발생장치는 실험 결과 강한 유속이나 불균일한 유속에서도 구조적 안정성을 통해 30.4%의 우수한 펌프효율을 보이며 미세버블을 생성해냈다. 또한 펌프와 모터를 일체형으로 제작함으로써 이동성을 향상하여 일선 현장에서의 활용이 용이하도록 고안하였다.

미세버블 펌프 내 유동 흐름(좌) 및 회전유동(우)/kict

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한편 미세버블 펌프는 자체 성능평가를 마치고 현재 일산 수질복원센터에서 현장 실증실험을 진행 중이다. 또한 지난 2018년 12월에는 관련 기술을 중소기업인 ㈜태양전기에 이전하여 시제품 출시 및 상용화를 바라보고 있다.

연구책임자인 장춘만 박사는 “이번 기술로 하수처리장, 양식장, 하천 녹조제거 등 다양한 환경 및 산업분야에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상된다”며 “순수 국내 기술로 개발된 만큼 국내 농수산, 환경, 바이오산업 활성화뿐만 아니라 해외 수출에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

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