KR100275262B1 - 헤름홀츠(Helmholtz)공명원리를 이용한 해수 교환형 방파제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음향학에서의 음파(Acoustic Wave)를 제어하는 헤름홀츠(Helmholtz)공명장치의 원리를 응용하여 항만내 해수의 순환 및 교환을 촉진시키도록 함을 특징으로한 해수 교환형 방파제에 관한 것이다.

방파제는 잡석,자갈 또는 콘크리트블럭을 해저면에서 수면위까지 쌓아 파도 뿐만아니라 해수의 흐름을 완전히 차단하여 항만내의 해양 생대계 파괴와 연안내의 물 오염을 가속시켜 왔다.

본 발명은 외해에서 발생된 입사파(Incident Waves)가 공명구조물에 의해 일부는 방사(Radiate)되고 일부 에너지는 입구를 통하여 공명구조물의 일부인 증폭실 안으로 들어와 파를 증폭함과 같이 증폭된 해수를 해수유입로를 통하여 항만으로 공급함으로서 유입된 유량에 의해 항만내 해수의 순환을 촉진하고 수질을 개선시키도록 함을 특징으로 한 발명이다.

Description

헤름홀츠(Helmholtz) 공명원리를 이용한 해수 교환형 방파제

본 발명은 음향학에서의 음파(Acoustic Wave)를 제어하는 헤름홀츠(Helmholtx) 공명장치의 원리를 응용하여 항만내 해수의 순환 및 교환을 촉진시키도록 함을 특징으로한 헤름홀츠(Helmholtz) 공명원리를 이용한 해수 교환형 방파제에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 방파제는 항만내 계류된 선박과 연안시설물을 보호하기위하여 해안에서 입사하는 파를 막는 구조물이다.

기존에 설치된 방파제는 잡석, 자갈 또는 콘크리트 블럭을 해저면에서 수면위까지 쌓아 파도뿐만 아니라 해수의 흐름을 완전히 차단하여 항만 내의 해양 생태계 파괴와 연안 내의 물 오염을 가속시켜 왔다.

이러한 사석 방파제가 갖는 단점인 항내. 외의 해수 순환을 촉진시키기 위한 대안으로 수면에서 상자형 구조물을 띄운 부유식 방파제가 알려지고 있다.

그러나 부유식 방파제는 태풍이 진입할 때에 발생되는 높은 파도에 의하여 방파제가 손상을 입거나 방파제를 고정시키는 계류삭이 끊어지는 문제점과 함께 장파에서 파랑제어 효과가 떨어지는 취약점들을 가지고 있다.

또한 콘크리트 구조물에 구멍들을 뚫어 제작하는 타공(Perforated) 케이슨(Caisson)방파제도 있다.

이러한 방파제는 입사파가 구멍이 뚫린 구조물을 만날 때 구멍을 통과하면서 박리(Separation) 현상이 발생되어 파에너지가 감소된다.

이러한 현상으로 타공방파제는 반사파(Reflected Wave)와 투과파(Transmitted Wave)의 에너지를 감소시키는 동시에 해수는 조류에 의하여 구멍을 통과 항내로 유입되는 특징으로 항내의 순환작용에 도움이 되고는 있으나 구조물의 형태가 복잡하여 제작설비의 경비가 많이 든다는 단점을 가지고 있다.

또 한편 국내 공개특허공보 제1500호 공개번호 95-11771호에서는 외해쪽의 케이슨 전면에 해수의 유입구와 수로가 연결되며 그 수로에는 유출구가 형성되는 원호수로형 해수교환형 방파제가 알려진 바 있다.

즉, 상기 케이슨(Caisson)의 외해측 부분에 단주기 파랑(Short Waves)에 의해 수위의 공진을 유발하는 원호 형상의 수로를 그리고 케이슨 항내측 부분에는 이 원호형 수로와 케이슨 후면 벽을 연결하는 파이프형 도수로가 설치되어 있고 원호형 수로내와 항내와의 수위차로 인해 외해수가 항내로 유입되는 구성으로 단주기파를 원호 수로 내에서 증폭하는 작용의 발명이 알려진 바 있다.

본 발명은 상기 선발명의 단점을 개선하고 기술의 진보성과 효과의 증대를 이루기 위하여 안출된 것으로 특히, 음향학분야의 헤름홀츠(Helmholtz) 공명장치(Resonator)의 음파를 제어하는 원리를 응용하였다. 즉, 외부의 소음원으르부터 발생되는 음파의 주파수와 공명장치가 가지고 있는 고유주파수들 중 첫 번째 공진주파수를 일치하도록 공명장치의 형상을 설계하여 공명장치 내부에서의 음압을 크게 증폭, 외부에서 발생된 소리를 제어하는 것을 이용하였다.

즉, 본 발명은 외해에서 발생된 입사파(Incident Waves)가 도 2에서 보여지는 바와 같이 입구를 가진 공명구조물을 만나면 에너지 일부는 입구를 통하여 방사(Radiate)되며, 또 일부 에너지는 입구를 통하여 방파제의 일부분인 증폭실안으로 방사되고 증폭실안으로 들어온 파의 주파수와 증폭실의 고유 주파수(Natura1 Frequency)들중 첫번째 공진모드(Resonance Mode)의 주파수가 일치되면 증폭실 내부에서 파가 크게 증폭된다.

이로 의해 증폭실 내부와 외부의 수위차가 생기며 이 수위차에 의한 위치에 어시로 증폭실 내부의 증폭된 해수가 수로를 통하여 항만쪽으로 이동됨과 함께 항만으로 유입된 유량은 항만내 해수의 순환을 촉진시켜 항만내의 수질을 개선시키도록 함을 목적을 한 것이다.

제1도는 본 발명의 요부설명 측단면도.

제2도는 도1의 평단면도.

제3도는 본 발명의 실시예의 방파제사시도.

제4도는 제3도의 평단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 입구 21 : 증폭실

22 : 해수 유입로 30 : 공명구조물

본 발명은 외부 소음원으로부터 발생되는 음파의 주파수와 공명장치가 가지고 있는 고유주파수들 중에 첫 번째 공진주파수를 일치하도록 공명장치의 형상을 설계하여 공명장치 내부에서의 음압을 크게 증폭시켜 외부에서 발생된 소리를 제어하는 기본원리를 이용하여 이를 방파제에 응용한 것이다.

이러한 장치는 음향학 분야에서 무향실이나 머플러(Muffler)에 폭넓게 활용되고 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 요부설명 측단면도이고 도 2는 도 1의 평단면도이며 도 3은 본 발명의 실시예의 방파제사시도, 도 4는 도 3의 평단면도를 도시한 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 방파제 외해측 외벽에 다수의 입구(20)와 이입구(20)와 연결된 반원형 또는 사각형의 증폭실(21)을 구성하고 상기 증폭실(21)과 항내로 뚫린 해수유입로(22)를 형성한 공명구조물(30)을 구성한다.

이상과 같이 형성되는 본 발명의 기본원리는 외해에서 발생된 입사파(Incident Waves)가 도 1 내지 도 2에서 보여지는 공명구조물(30)의 외벽에 형성된 입구(20)를 가진 증폭실(21)을 만나면 에너지 일부는 입구(20)를 통하여 방사(Radiate)되며 또 일부 에너지는 입구(20)를 통하여 증폭실(21)로 방사된다.

증폭실(21)로 들어온 파의 주파수와 증폭실(21) 내의 고유 주파수(Natura1 Frequency)들중 첫 번째 공진모드(Resonance Mode)의 주파수가 일치되면 증폭실 내부에서 파는 크게 증폭된다.

특히 첫 번째 공진모드에서 파도응답(Wave Response)은 다른 공진모드에서의 응답보다 월등히 크며 증폭실(21) 내부에서의 수면은 일정하게 올라가거나 내려간다.

항내, 외의 해수교환을 위하여 증폭실(21) 내부(수면부근) 적당위치에 뚫린 해수유입로(22)는 공명구조물 후면에 위치한 항내에 연결된다.

따라서 공진현상에 의해 크게 증폭된 파의 위치에너지(Potential Energy)는 증폭실(21) 내부의 해수를 해수유입로(22)를 통하여 항만쪽으로 강하게 이동시킨다.

이와같이 항만으로 유입된 유량은 항만내 해수의 순환을 촉진시켜 항내의 수질을 개선시키는 효과를 가진다.

해양파는 여러 개의 주파수를 갖는 파들이 합성된 불규칙 파이다. 그러나 어느 특정한 주파수 범위 내에 파에너지의 대부분이 집증되어 있다. 따라서 특정해역에 에너지가 가장 집중된 입사파의 주파수와 구조물의 첫 번째 고유 주파수가 일치되도록 공명구조물을 적절히 설계하여야 한다.

본 발명의 중요한 설계변수들로는 반원형 또는 사각형 증폭실(21)의 형상, 입구의 폭과 길이 등이 있다.

실제로 이러한 공명구조물(30)을 방파제로 활용하기 위해서는 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 파의 진행방향과 수직방향으로 여러 개의 공명구조물(30)들을 일정한 간격을 갖도록 배열시키는 것이 바람직하다.

이때 공명구조물(30)의 배열간격도 해수교환형 방파제의 성능을 결정하는 중요한 설계변수가 된다.

이와 같이 본 발명은 외해로부터 입사되는 파에너지를 증폭실 내부에서 크게 증폭시켜 외해수를 항내로 공급함으로 공급되는 해수가 항내의 해수를 순환시켜 수질을 개선하고 또한 신선한 외해수를 공급할 수 있는 특징의 발명이다.

본 발명은 외해로부터 입사되는 파에너지의 일부를 공명구조물 내에 형성된 증폭실로 유입시켜 증폭함과 함께 증폭된 유입수를 해수유입로에 의해 항내로 공급함으로 신선한 외해수가 항내로 공급되어 항내수질이 개선되고 또한 순환작용을 하게 되는 발명이다.

Claims (1)

1. 외해로부터 입사되는 파도를 방지하기 위하여 방파제 외해측 외벽에 입구와 만곡구성된 원호상의 수로를 연결하고 상기 수로에서 항내로 유입되는 해수 유입로를 구성하여서되는 통상의 방파제에 있어서,

   상기 방파제 외해측 외벽에 입구(20)와 이 입구(20)와 연결된 증폭실(21)을 구성시켜 입사된 입사파의 고유 주파수들 중 첫번째 공진주파수와 입사파의 주파수가 일치되도록 함과,

   상기 증폭실(21)과 항내로 뚫린 해수유입로(22)를 형성하여 증폭실(21)에서 증폭된 파의 위치에너지로 증폭실(21) 내부의 해수를 항만내로 유입시켜 항만내 해수의 순환을 촉진시키도록 함과,

   상기 증폭실(21)과 해수유입로(22)로 이루어지는 공명구조물(30)을 파의 진행방향과 수직방향으로 일정하게 배열시켜 헤름홀츠 공명장치의 원리를 응용한 해수교환을 이루는 방파제를 구성함을 특징으로 한 헤름홀츠(Helmholtz) 공명원리를 이용한 해수 교환형 방파제.