An Experimental Analysis of Ultrasonic Cavitation Effect on Ondol Pipeline Management

온돌 파이프라인 관리를 위한 초음파 캐비테이션 효과에 대한 실험적 분석

In the context of Korean residential heating systems, Ondol pipelines are a prevalent choice. However, the maintenance of these pipelines becomes a complex task once they are embedded within concrete structures. As time progresses, the accumulation of sludge, corrosive oxides, and microorganisms on the inner surfaces of these pipelines diminishes their heating efficiency. In extreme scenarios, this accumulation can induce corrosion and scale formation, compromising the system's integrity. Consequently, this research introduces an ultrasonic generation system tailored for the upkeep of Ondol pipelines, with the objective of empirically assessing its practicality. This investigation delineates three variants of ultrasonic generating apparatuses: those employing surface vibration, external generation, and internal generation techniques. To emulate the presence of contaminants within the pipelines, substances in powder, slurry, and liquid forms were employed. The efficacy of the cleaning process post-ultrasonic wave application was scrutinized over time, with image analysis methodologies being utilized to evaluate the outcomes. The findings indicate that ultrasonic waves, whether generated externally or internally, exert a beneficial effect on the cleanliness of the pipelines. Given the inherent characteristics of Ondol pipelines, external generation proves impractical, thereby rendering internal generation a more viable solution for pipeline maintenance. It is anticipated that future endeavors will pave the way for innovative maintenance strategies for Ondol pipelines, particularly through the advancement of internal generation technologies for pipeline applications.

한국은 주택 난방 방식으로 대부분 온돌 파이프라인을 이용한 방법을 채택하고 있으나 콘크리트 속에 매설되어 있는 특성으로 인해 설치 후 배관 내부의 지속적인 관리를 하기가 쉽지 않다. 온돌 배관은 장기간 사용을 하면 슬러지나 부식 산화물, 미생물 등이 배관 내벽에 퇴적되면서 난방의 효율이 나빠져서 심한 경우에는 열화에 의한 부식, 스케일 등의 문제를 일으키기도 한다. 따라서 본 연구는 온돌 파이프라인의 유지관리를 위하여 초음파 발생 방식을 제안하고 그 가능성을 실험으로 확인하는데 그 목적이 있다. 본 연구를 위한 초음파 발생 장치는 3가지로 제시되며, 표면 진동형, 외부 발생형, 내부 발생형이 그것이다. 관내 오염물은 분말형 가루, 슬러지형 가루, 액상 물질로 선정하였다. 초음파 발생 이후 시간에 따른 세척 효과를 확인하였으며, 세척 결과는 이미지 분석 방법을 통해 산출하였다. 실험 결과, 배관 외부에서 발생시킨 초음파가 효과적임을 알 수 있었으나 배관 내부에서 발생시킨 초음파 역시 유사한 세척 결과를 얻었다. 온돌 배관의 특성 상 외부 발생이 불가능하므로 내부의 발생을 통한 세척 효과가 있을 것으로 기대된다. 향후 배관 내부 발생 장치의 개발을 통해 온돌 파이프라인의 유지관리를 위한 새로운 방식의 제시가 가능할 것으로 기대된다.