KR100622554B1 - 무동력 저층수 및 심층수 취수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양의 저층수 및 심층수 취수장치에 관한 것으로서,더욱 자세하게는 해양 표층 및 중층에 비하여 풍부한 영양 염류 및 표층에 비해 상대적으로 적은 세균을 포함하는 심층수 및 저층수를 무동력으로 취수할 수 있는 장치에 관한 것이다. 상기 목적으로 본 발명의 무동력 저층수 및 심층수 취수 장치는,수면에 띄워져 부력을 갖는 고정부위와, 상기 고정부위내에 설치되고 파도의 힘에 의해 상하로 이동하는 이동부위와, 상기 고정부위에 설치되어 바람의 힘을 이용한 풍력을 얻어 이 힘으로 인위적으로 상기 이동부위에 고저차를 일으키는 회전날개와, 및 상기 이동부위에 장착되고 풍력 또는 파도 힘에 의해서 상기 이동부위의 상하 이동에 따른 고저차에 따라 저층수 및 심층수가 유입되는 취수관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

심층수, 고정부위, 이동부위, 취수관, 회전날개

Description

무동력 저층수 및 심층수 취수 장치{ lifting apparatus of the deep water in the sea which is not necessary of providing power}

도 1은 2004년 적조발생시 한국 근해의 평균풍속 및 평균파고를 나타낸 표

도 2는 파도에 의한 펌핑작용을 나타낸 개요도

도 3은 본 발명의 대략적인 구성을 나타낸 개략도

도 4는 본 발명의 역류방지용 체크밸브의 상세도

도 5은 본 발명의 취수관과 고정줄 연결장치의 상세도

도 6는 본 발명의 취수관 원터치 연결장치의 상세도

도 7은 본발명에 의한 장치의 적용 예

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 날개 2: 원판

3: 스테인레스 와이어로프 4: 도르레

5: 배수구 6: 토출구

7: 취수관 8: 고정부이

9: 이동부이 10: 연결고리

11: 연결고리 12: 주름관

13: 고정장치 14: 중량체

15: 체크밸브 16: 취수망

17: 고정줄 18: 행거

19: 아이볼트 20: 고정줄클립

21: 부이고정체 200: 원터치연결장치

201 : 연결장치(雄形) 202 : 연결장치(雌形)

203 : 손잡이

본 발명은 해양의 저층수 및 심층수 취수장치에 관한 것으로서,더욱 자세하게는 해양 표층 및 중층에 비하여 풍부한 영양 염류 및 표층에 비해 상대적으로 적은 세균을 포함하는 심층수 및 저층수를 무동력으로 취수할 수 있는 장치에 관한 것이다.

해수는 깊이에 따라 수온이 변화하며 크게 표층, 수온약층, 저층의 3개의 층대로 나누어진다. 표층은 대기와 바로 접하고 있어 계절이나 기상에 의해 영향을 받아 수온, 염분 및 기타해황의 변화가 심한 반면, 수온약층이하 저층은 표층에 비해 수온, 염분 및 밀도의 변화가 적다.

이런 수온약층이하 저층의 해수는 표층 해수에 비해 저온, 고염분, 빈용존산소(貧溶存酸素), 부영양염류이기 때문에 이를 유광층(有光層) 내부로 유입(용승)시 키면, 식물플랑크톤의 생산력을 증가시키고, 이를 이용하는 동물플랑크톤 및 상위 단계의 포식자 그룹이 형성되어 어장의 활성화가 가능하게 된다. 세계적으로 큰 용승지역으로는 남아메리카 페루지역, 북아메리카 캘리포니아 지역, 아프리카 남서안의 벵겔라 지역, 아프리카 북서안의 카나리아 지역과 적도 용승대 등이 있다. 그러나 이러한 용승은 일부 지역에서만 일어나며, 국내에서는 감포지역을 제외하고는 용승지역이 존재하지 않는다.

한편,생태계에 많은 피해를 주고 있는 적조 발생시에 긴급 대처방안으로 이런 저층수를 이용하는 방법이 있는데, 해양의 저층수를 적조발생 해역에 유입시키는 방법으로 표층보다 낮은 수온의 저층수가 표층수와 혼합되면 주위보다 수온이 낮아져 적조의 발생을 억제할 수 있고, 적조생물의 수가 현저히 적은 저층의 물이 혼합되어지기 때문에 적조 발생시 적조생물의 개체수를 희석시키는 효과를 볼 수 있다.

해양의 심층수를 채수하는 방법은 주로 육상형, 해상형, 복합형 방법이 사용되고 있다. 육상형 밥법은 원하는 심도까지 해저면에 취수관을 연결하고 육상에 취수펌프를 설치하며 심층수를 취수하는 방법이다. 육상형은 기상에 관계없이 항상 취수할 수 있으며, 대량의 심층수를 취수하는데 유리하다. 그러나 이러한 육상형 방법은 초기투자비가 매우 많이 들며, 원하는 심도와 해안의 거리가 짧아야 한다.

해상형 방법은 선박을 이용하여 취수 지점까지 이동한 후 원하는 심도까지 취수관을 침강시킨 다음, 취수펌프를 연결하여 심층수를 선박으로 인양하는 방법이 다. 그러나 해상형 방법은 소량의 심층수만을 취수할 수 있고, 기상상태가 악화된 경우 취수할 수 없다. 또한 대형관와 릴에 의한 복원력의 저하로 인한 안정성 문제 및 취수관의 침강 및 인양에 많은 시간이 소요되는 단점을 가지고 있다.

복합형 방법은 해상에 부이를 설치하고 그곳으로부터 원하는 심도까지 취수관을 설치 한 후, 선박을 이용하여 해상에 설치된 취수관에서 심층수를 취수하는 방식이다. 복합형 방법은 해상형 방법과 비슷한 단점을 가지고 있으나 취수관을 설치하고 재인양 없이 계속 사용하기 때문에 해상형 방법에 비해 취수시간을 단축시킬 수 있다.

근래 들어 심층수를 취수하거나 인공적으로 용승을 만들기 위한 기술이 개발되고 있지만 해양이라는 특수한 위치적 조건으로 인해 설계와 비용에 어려움을 겪고 있다. 심층수 취수방법으로 실용신안등록출원 제20-2004-0009798호는 원하는 수심의 해상위에 물탱크를 장착한 무동력 저층수 인양장치를 설치하여 계속적으로 저층수를 채수하여 저장, 필요한 시기에 물탱크에서 채수할 수 있는 장치를 소개하고 있으나, 파도와 부위사이의 고저차만을 가지고 취수하기 때문에 파도와 부위사이의 고저차가 적을시 채수량이 적은 단점을 가지고 있다.

특허 제10-2003-0015500호와 제10-1999-0014996호에서는 풍력을 이용한 저수지의 수질 개선 방법을 소개하고 있으나, 이는 단지 풍력만을 이용하는 것으로 풍량이 적을시 저층수를 채수할 수 없다. 또한 실용신안등록출원 제20-2001-0028615호는 해저에 심층수상승부재를 설치하여 인위적인 조류의 굴절 현상을 일으켜 인위적인 심층수의 상승을 일으켜 적조를 방지하는 장치를 소개하고 있으나, 넓은 범위 에 장치하여야 그 효과를 나타낼 수 있는 단점을 가지고 있어 비용과 효율성에서 떨어지는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 파도와 부이와의 고도차를 이용하여 취수하는 동시에 풍력을 이용하여 부가적인 펌핑효과를 주어, 기상 변화에 대응하여 취수가 용이하게 하며, 유연성을 지닌 취수관을 중량체로 연결된 고정줄에 연결하여 사용함으로써 해류에 의한 파이프의 뒤틀림 작용이나 해류에 대한 저항의 증가로 인한 파손 등의 피해를 최소화 할 수 있는 장치를 제공하여, 영양분이 풍부하며 세균이 적은 해양의 심층수 및 저층수를 표층에 방류하여 인공적으로 해역을 부영양화시켜 주변해역 어장의 생산성을 높여 어장의 목장화를 유도하며, 적조의 피해를 방지하고자 한다.

상기 목적을 달성하기위하여 본 발명의 장치는 재래식 우물 펌프시스템을 응용한 저층수 및 심층수 취수장치으로써, 해수에 유연성을 가진 취수관을 설치하고, 관내에 해수가 유입되어 상향수압이 걸리게 되어 해수가 대기압과 평형이 되는 해수면위에 설치된 취수관의 입구까지 해수가 올라 올 때 취수관가 설치된 내부 부이가 파도를 따라 상하 운동을 하게되면 펌핑작용이 일어나 취수관내의 해수를 취수관 밖으로 배출하게 함으로써 취수를 할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.

이때 취수관내의 압력을 유지하기 위해 취수관 하단에 체크밸브를 설치하여 취수관내의 취수된 물이 취수구쪽으로 역방출되는 것을 방지하여 지속적인 취수가 가능하게 되는 장치를 제공하고자 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

일반적으로 해양에는 크고 작은 파도가 발생한다. 따라서 파도에 의하여 상하로 이동하는 부이의 하부에 취수관를 연결하고 부체의 상부에 공기배출구를 형성하면 파도가 발생할 경우 부이가 움직이고 이에 따라 부이내 취수관 물의 수면과 부이 외부에 있는 파도의 수면과 일치하기 때문에 상기 취수관를 통하여 심층수 및 저층수가 유입되는 것이다. 부이운동은 파도이외의 요인에 의해서도 영향을 받기 때문에 부이의 상하운동과 파도의 상하운동 사이에는 고저차가 발생하게 되어, 부이내 취수관의 수면은 파도의 수면과 다르게 되어 이로 인해 부이 하단에 부착되어 있는 취수관내로 물의 유입이 계속하게 되는 것이다.

도 1는 기상청(http://www.kma.go.kr)자료를 정리한 2004년 적조발생기간의 동해남부, 남해중부, 황해남부의 평균풍속 및 평균파고를 나타낸 표이다. 이 자료에 의하면 어장이 형성되는 여름철 한국연안은 평균풍속 3 m/s 이상이며, 평균파고는 1m 이상이다. 따라서 이러한 연안의 평균파고와 평균풍속을 감안할 때, 본 발명에 의한 장치의 가동조건으로 충분하다.

그러나 파도의 고저차를 이용한 펌핑작용은 파도의 크기가 작을때는 크게 일어나지 않는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 파도에 의한 펌핑작용외에 바람을 날개를 이용하여 이동부위에 인공적으로 상하 운동을 가하게 함으로써 상하 고저차에 의한 펌핑작용을 크게 하여 보다 원활한 취수를 가능하게 한다.

또한 취수를 원하는 수심이 지역마다 다르기 때문에 일정한 길이의 취수관 양 끝에 원터치 연결장치를 장착하여, 취수관의 길이를 원하는 수심까지 조절이 쉽게 한다. 이러한 원터치 연결장치는 취수수심의 조절 이외에 설치와 인양시 작업을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

유동성이 있는 취수관은 해류에 의한 파이프의 뒤틀림 작용이나 해류에 대한 저항의 증가로 인한 파손 등의 피해를 최소화 할 수 있다. 그러나 취수관는 자체 부력이나 해류등에 의해서 고정되지 않는다. 따라서 외부고정체와 중량체로 연결된 고정줄에 취수관를 연결하여 취수관을 고정하며, 또한 고정줄에 취수관을 고정줄에 연결해서 취수관의 연결부위가 받는 무게를 고정줄에 전가함으로써 연결부위가 탈착하는것을 방지한다.

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 도시되어 있는 것과 같이, 파도가 발생시 물의 표면은 상하로 이동하는데 비하여 수중은 거의 상하의 이동을 하지 않는다.

따라서 도 3에 도시되어 있는 것 처럼 파도에 의하여 상하로 이동하는 이동부이(9)의 하부에 취수관(7)을 연결하면 파도가 발생할 경우 부이가 움직이고, 이에 따라 이동부이(9)내 취수관(7)의 물의 수면과 부이 외부에 있는 파도의 수면과 일치하기 때문에 상기 취수관를 통하여 심층수 및 저층수가 유입되는 것이다.

또한 취수관(7) 하단에 도 4와 같이 체크밸브(15)를 장착하여 펌핑작동을 하는 동안 물의 역류를 방지한다. 즉, 체크밸브(15)는 이동부이(9)가 상하운동 중 상승할 경우 닫혀서 해수가 취수관(7)에서 역방출되는 것을 방지하며, 해수면보다 하강할 경우 열려 심층수가 취수관(7)내로 들어올 수 있게 한다. 이러한 동작이 지 속적으로 일어나면서 계속적으로 심층수를 표층으로 끌어올릴 수가 있다.

고정부위(8)위에 설치된 날개(1)가 바람에 회전하면 이에 연결된 원판(2)이 함께 돌아가게 된다. 이때 풍력이 약할 때도 펌핑작용을 일으키기 위해서 상기 날개와 원판을 다단 베어링으로 연결하여 날개가 작은 힘으로도 회전할 수 있게 하고 이 힘이 원판에 천천히 전달 할 수 있게 한다.

또한, 도르레(4)를 이용하여 원판(2)의 한곳과 이동부위(9)의 가운데에 위치한 연결고리(11)를 내부식성의 스테인레스 와이어로프(3)로 연결한다.

그리하여 원판(2)이 회전함에 따라 도르레(4)와 원판(2)과 스테인레스 와이어로프(3)가 연결된 연결고리(10)가 가장 멀리되었을 때, 스테인레스 와이어로프(3)는 이동부이(9)를 최대로 끌어당기게 된다. 반대로 도르레(4), 원판(2) 및 스테인레스 와이어로프(3)가 연결된 연결고리(10)가 도르레(4)와 가장 가까울 때 이동부이(9)는 원상태로 돌아가게 된다.

따라서 날개(1)가 바람에 의해 계속적으로 회전함에 따라 이동부이(9)는 고정부이(8)내에서 상하 운동을 반복하게 되어 취수관(7)내의 해수를 끌어올리게 된다.

한편, 파도에 의해 이동부이(9)의 움직임이 고정부이(8)내에 설치된 장비까지 올라가는 것을 방지하기 위하여 고정부이(8)내에 고정장치(13)를 설치한다. 또한, 원판(2)과 스테인레스 와이어로프(3), 연결고리(10, 11)가 해수에 부식되는 것을 방지하기 위하여 이동부이(9)와 고정부이(8)를 방수 재질의 주름관(12)으로 연결한다.

취수관(7)내 유입된 해수는 이동부이에 연결된 토출구(6)을 통하여 배출되어 표층수와 섞이게 된다. 토출구(6)를 통해 배출되는 해수의 양보다 취수관(7)에서 배출되는 저층수의 양이 많을 시 고정부이(8)에 뚫려있는 배수구(5)를 통하여 해수를 고정부이 밖으로 내보냄으로써 부이의 부력을 유지할 수 있다.

취수관(7)의 무게가 부이의 부력을 초과하거나 해류에 의해 유동성을 가진 취수관(7)가 움직이는 것을 방지하기 위하여 도 5와 같이 취수관에 고정줄(17)을 행거(18)와 아이볼트(19)를 이용하여 부착하여 부위 고정위치(22)에 고정한다.

이때, 아이볼트(19) 내에서 고정줄이 움직이는것을 방지하기 위하여 아이볼트(19) 아래위에 고정줄 클립(20)을 설치한다. 또한 취수관(7)의 부력을 감소시키기 위하여 고정줄(17)에 중량체(14)를 연결한다.

한편, 취수관(7) 하부에 취수망(16)을 덮어 취수관(7)내로 중대형 저서생물의 유입을 방지하며, 취수량을 조절하기 위해 취수관(7)의 내경을 50-200mm 까지 변경하여 설치할 수 있게 하여 원하는 양의 취수를 할 수 있으며, 취수관(7)의 길이는 취수관(7)양쪽 끝에 도 6과 같이 취수관 길이를 연장할 경우 양 쪽의 접속 체결부로서 탈장착이 자유로운 연결장치(201,202) 및 이를 고정하는 손잡이(203)을 포함하는 원터치 연결장치(200)를 사용하여 필요에 따라 취수관의 길이를 조절할 수 있게 한다.

도 7은 본 발명의 적용예를 나타낸 것으로, 본 발명에 의한 장치를 바다에 상시 띄워 놓고 있는 가두리양식장에 설치하고 계속적으로 심층수를 공급하여 주변에 어장을 형성시킴으로써 가두리로의 인공적인 사료 투입량을 줄일 수 있어 주변 해역의 유기물 과잉공급으로 인한 오염을 방지할 수 있으며, 또한 주변의 수온을 지속적으로 낮추게 되므로 적조를 방지 할 수 있는 경우를 예시하고 있다.

즉, 표층보다 수온이 낮은 저층수 및 심층수가 표층수와 혼합되면 주위보다 수온이 낮아져 적조의 발생을 억제할 수 있고, 또한 적조생물의 수가 현저히 적은 저층의 물이 혼합되어지기 때문에 적조가 발생하더라도 적조생물의 개체수를 희석시킬 수가 있다.

본 발명에 대해 해양에서의 예를 들어 설명했으나, 호소에서 수질개선이나 적조방지 등을 위해서 표층수와 심층수를 혼합할 시에도 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 저층수 및 심층수 취수장치는 표층 해수에 비해 저온, 고염분, 빈용존산소(貧溶存酸素), 부영양염류인 심층수를 파도와 부이의 고저차와 풍력을 이용하여 취수하여 방류함으로써 해역의 생산성을 높여 주변해역을 목장화를 유도하며, 적조발생시 저감역할을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 무동력 저층수 및 심층수 취수 장치에 있어서,

   수면에 띄워져 부력을 갖는 고정부위와,

   상기 고정부위내에 설치되고 파도의 힘에 의해 상하로 이동하는 이동부위와,

   상기 고정부위에 설치되어 바람의 힘을 이용한 풍력을 얻어 이 힘으로 인위적으로 상기 이동부위에 고저차를 일으키는 회전날개와, 및

   상기 이동부위에 장착되고 풍력 또는 파도 힘에 의해서 상기 이동부위의 상하 이동에 따른 고저차에 따라 저층수 및 심층수가 유입되는 취수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 저층수 및 심층수 취수장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 취수관은 중대형 저서 생물의 유입을 막기위한 취수망 및 취수에 따른 역류를 막기 위한 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 저층수 및 심층수 취수장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 취수관은 필요에 따라 그 길이를 조절할 수 있도록 탈부착이 가능한 원터치 연결장치인 것을 특징으로 하는 무동력 저층수 및 심층수 취수장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 이동부위에 고정장치를 설치하여 이동부위의 한계이 상의 상부이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 무동력 저층수 및 심층수 취수장치.
5. 삭제
6. 삭제

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