KR100873217B1 - 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설 - Google Patents

풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설에 관한 것으로, 이는 폐쇄된 항 내에 발생된 오염물질이 항만으로 방류되어 해수를 오염시키는 문제를 해결하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 방파제(200) 외측에 풍력수차(400)를 설치하고 안벽 배면에 다기수로(500)를 설치하여 이로부터 해수를 해수저장소로(300) 공급하고 공급된 해수를 다기수로(500)를 통해 항만측으로 유도하는 것을 특징으로 하여, 항만 내외측의 해수를 서로간에 순환시킴으로써 항만 내 해수의 오염을 방지한다.
풍력수차, 해수, 방파제, 항만, 다기수로, 해수저장소, 안벽

Description

풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설{Facilities for preventing seawater contamination of port using hydraulic turbine operated wind power}
본 발명은 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항만 외측의 해수를 풍력수차를 통해 해수저장소로 공급하고 이를 다시 항만 내측으로 유도하는 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설에 관한 것이다.
일반적으로 항만은 방파제 또는 도류제(導流堤)와 같은 외각시설을 통해 외해로부터 밀려오는 파도를 차단하거나 조수간만의 차이에 따른 밀물 또는 썰물과 같은 해수이동 현상 등을 임의적으로 조절하여 선박의 출입, 정박, 계류나 부두의 하역작업 등을 원활하게 하기 위한 곳으로, 주로 이러한 항만을 따라 어시장이 위치하거나 어획물 처리 퇴적물이 발생하게 되어 그에 따른 잔여물의 악취 등에 대한 항내 수질 개선이 요구된다.
그러나, 도 1과 같이 방파제의 장애를 받아 항만 내측의 해수가 외측 해수와 전체적으로 원활하게 순환되지 못하므로 항내에 오염된 해수가 정체되어 있어, 항만 주변에서 유입되는 오염원과 해수자체의 정체는 더욱 극심한 해수의 부영양화와 해안환경오염을 발생시키고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 다기수로의 설치 및 외해의 해수유입을 통해 항만 내측의 해수와 외측의 해수가 원활히 순환되도록 하여 항만의 오염을 감소시킬 수 있는 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 바다와 육지 사이에 설치된 안벽과 이에 연장되어 바다쪽으로 설치되는 방파제로 구성된 항만에 오염되지 않은 해수를 공급하는 해수오염 방지시설로서, 항만의 방파제 외측에 배치되고 일측이 바다의 저면에 고정되고 타측이 해수면 위로 돌출되는 복수개의 해수유입조절부와, 돌출된 해수유입조절부 사이에 외측으로 연장되어 설치되고 양측에 해수유입구가 구비되어 있는 밀폐된 박스형상의 다기수로 해수유입부와, 방파제 외측으로 해수공급구가 구비되어 있고 항만측으로 복수개의 다기수로 배출구가 구비된 제1 안벽과, 방파제로 둘러싸여 형성되는 해수저장소와; 상기 해수저장소의 해수유입부의 상측 에 설치되어 상기 해수저장소로 해수를 공급하기 위한 풍력수차와; 상기 풍력수차에 의해 공급된 해수를 항만측으로 유도하기 위해, 제1 안벽과 이에 소정간격 이격되어 설치되는 제2 안벽에 의해 형성되는 다기수로;로 구성되되, 상기 풍력수차는, 상기 해수저장소의 해수유입부의 상측에 설치되는 본체부와; 상기 본체부를 가로질러 양측이 연결되고 제1 직선베벨기어가 고정되어 있는 제1 축과; 상기 제1 축의 일측 끝단에 고정되어 회전되는 날개부와; 상단에는 제1 축의 제1 직선베벨기어에 맞물려 동작하는 제2 직선베벨기어가 고정되어 있고 중간에는 제1 평기어가 고정되어 있는 제2 축과; 상기 제2 축을 회전가능하게 지지하기 위해 양측이 상기 본체부에 고정되어 있고 상기 제2 축과 교차되는 부분에 상기 제2 축의 외주면과 동일한 직경을 갖는 지지홀이 형성되어 상기 제2 축에 연결되는 고정축과; 상기 제2 축의 제1 평기어에 맞물려 동작하는 제2 평기어가 상단에 고정되어 있고 수직방향을 따라 하측으로 스크류가 고정되어 있는 적어도 하나 이상의 제3 축과; 상기 제2 축의 제1 평기어 및 제3 축의 제2 평기어를 회전가능하게 지지하기 위해 양측이 상기 본체부에 고정되어 있고 상기 제2 축 또는 제3 축의 외주면과 동일한 직경을 갖는 복수개의 제2 지지홀이 형성되어 있으며 제2 지지홀 상면에는 소정높이의 베어링이 고정되어 있는 지지축과; 상기 해수저장소의 해수유입부 상부에 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀과 상기 본체부의 일측면에 형성된 적어도 하나 이상의 토출홀에 고정되고 상기 제3 축의 스크류의 외주면과 동일한 내주면을 가지며 상측에는 토출홀에 끼움되는 토출관이 구비되어 상기 제3 축 외측에 설치되는 하면 개방 및 상면 밀폐된 적어도 하나 이상의 해수유입관;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해수저장소의 해수유입부 또는 본체부에는 상기 제1 축의 타측 끝단에 중앙부의 외주면을 따라 벨트홈이 형성된 드럼을 고정하여 그 드럼과 연결벨트로 연결된 자가발전기에 의해 온 또는 오프되는 전등이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
추가적으로, 상기 해수저장소의 해수유입조절부는 바닥면이 넓어지도록 외측이 상부에서 하부까지 소정각도로 기울어져 있고 내측이 수직으로 형성되어 있으며, 그 경사면에는 적어도 하나 이상의 도어홈이 형성되어 있어, 도어홈의 하단에 일측이 힌지로 고정되어 회동가능한 해수유입도어가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설은 풍력수차를 통해 해수저장소로 항만 외측의 해수를 공급하여 이를 다시 다기수로를 거쳐 항만 내측으로 배출함으로써 항만 내외측의 해수순환을 보다 원활히 할 수 있기 때문에 항만의 해수 오염을 방지할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설을 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 항만 해수오염 방지시설을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 항만 해수오염 방지시설 중 풍력수차를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 항만 해수오염 방지시설 중 풍력수차의 내부구조를 도시한 상세도이며, 도 5는 본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설 중 해수유입조절부를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설은 기본적으로 해수를 저장하기 위한 해수저장소(300)와, 해수저장소(300)에 항만 외측의 해수를 공급하기 위한 풍력수차(400)와, 해수저장소(300)에 저장된 해수를 항만측으로 유도하기 위한 다기수로(500)로 구성된다.
상기 해수저장소(300)는 항만 외측에 배치되고 일측이 바다의 저면에 안착되고 타측이 해수면 위로 돌출되도록 소정높이를 갖는 콘크리트 구조물인 해수유입조절부(310)와, 해수면 위로 돌출된 해수유입조절부(310) 사이에 외해측으로 연장되어 설치되고 양측에 해수유입구(321)가 구비되어 있는 밀폐된 박스형상의 해수유입부(320)와, 방파제(200) 외측으로 해수공급구(111)를 구비하고 항만측으로 복수개의 다기수로 배출구(112)를 구비한 제1 안벽(110)과, 방파제(200)에 둘러싸여 형성된 소정공간이다.
상기 해수유입조절부(310)는 바다에 안착된 바닥면이 해수면 위로 돌출된 면보다 더 넓도록 외해측으로 경사면을 가지며 내측으로는 수직면을 갖는 콘크리트 구조물로, 방파제(200) 외측에 설치되고 이하 기술되는 풍력수차(400)가 이러한 해수유입조절부(310) 사이에 설치된다. 밀물 또는 썰물이나 조석간만의 차에 의해 발생되는 해수면차에 따라 소정높이의 해수유입조절부(310)를 넘어 해수가 유입되어 해수저장소(300)에 저장되는데, 경우에 따라 해수유입량을 늘리거나 장시간 저장소(300)에 저장된 해수를 외해로 배출하기 위해, 해수유입조절부(310)의 경사면에 적어도 하나 이상의 해수유입도어(313))를 설치하기 위한 도어홈(311)을 형성하고 이 도어홈(311)의 하단에 해수유입도어(313)의 일측을 힌지(312)로 고정하여 해수유입도어(313)를 회동가능하게 함으로써 해수면이 소정수위에 이르렀을 때, 해수유입도어(313)를 개방하여 해수를 해수저장소(300)로 받아들이거나 해수저장소(300) 내의 장시간 보관된 해수를 외해로 내보낼 수 있다.
상기 해수유입부(320)는 돌출된 해수유입조절부(310) 사이에 설치되는 밀폐된 박스형상의 콘크리트 구조물로, 그 양측에 적어도 하나 이상의 해수유입구(321)가 구비되어 있어 이를 통해 해수가 소정수위에 다다랐을 때 해수유입부(310) 내로 유입되고 상측에 풍력수차(400)가 설치되며 그 풍력수차(400)의 제3 축(450) 및 해수유입관(460)의 일부분이 해수유입부(320) 상부에 형성된 관통홀(323)로 관통되도록 하여 소정수위의 해수 아래로 배치됨으로써 제3 축(450)에 고정된 스크류(452)의 회전에 따라 해수가 상측으로 이동된다.
상기 제1 안벽(110)은 안벽(100)과 마찬가지로 바다와 육지 사이에 설치되지만, 해수저장소(300) 부분의 제1 안벽(110)에는 해수저장소(300)로부터 다기수로(500)로 해수가 빠져나가는 입구로 해수공급구(111)가 구비되어 있고 항만측의 제1 안벽(110)에는 복수개의 배출구(112)가 균일하게 형성되어 있거나 해수저장소(300)에 인접한 제1 안벽(110)에는 직경이 작은 다기수로 배출구(112)를 형성하고 해수저장소(300)로 멀어지는 제1 안벽(110)에는 점차적으로 직경이 큰 다기수로 배출구(112)를 형성하여 해수가 항만측에 보다 효율적으로 공급되도록 할 수 있다.
상기된 해수유입조절부(310) 및 해수유입부(320)를 소정형태로 방파제(200) 외측에 배치함으로써 해수저장소(300)가 형성된다.
상기 풍력수차(400)는 해수저장소(300)의 해수유입부(320) 상측에 설치되는 본체부(410)와, 본체부(410) 상측을 가로질러 양측이 고정되는 제1 축(420)과, 제1 축(420) 일단에 고정되는 날개부(430)와, 제1 축(420)과 연동되는 제2 축(430)과, 제2 축(430)을 고정하는 고정축(440)과, 제2 축(430)과 연동되는 제3 축(450)과, 제2 축(430)의 하단 및 제3 축(450)을 회전가능하게 지지고정하기 위한 지지축(460)과, 제3 축(450)의 외측에 설치되는 해수유입관(470)으로 구성된다.
상기 본체부(410)는 제1 축(420), 고정축(440), 지지축(460) 및 해수유입관(470)의 토출관(471)이 고정되는 콘크리트 구조물이다.
상기 제1 축(420)은 그 양측이 본체부(410) 상부에 회전가능하게 고정되어 있고 제1 직선베벨기어(421)가 연결고정되어 있어, 제1 축(420)의 회전에 따라 제1 직선베벨기어(421)가 회전하게 된다.
상기 날개부(430)는 복수개의 날개를 구비하여 제1 축(420)의 일단에 고정됨으로써 풍력에 의해 날개부(430)가 회전하게 되고 그에 따라 제1 축(420)이 회전하게 된다.
상기 제2 축(430)은 그 일단에 제1 축(420)의 제1 직선베벨기어(421)와 연동되는 제2 직선베벨기어(431)가 고정되어 있고 타단에는 제1 평기어(432)가 고정되어 있어, 제1 축(420)의 회전에 따라 제2 축(430)과 제2 축(430)의 제2 직선베벨기어(431) 및 제1 평기어(432)가 회전하게 된다.
상기 고정축(440)은 제2 축(430)을 회전가능하게 지지하기 위해 양단이 본체부(410)에 고정되어 있고 제2 축(430)과 교차되는 부분에 제2 축(430)의 외주면과 동일한 직경을 갖는 제1 지지홀(441)이 형성되어 있어 이를 통해 제2 축(430)이 관통되어 지지되는 원통형 강관 또는 원통형 봉이다.
상기 제3 축(450)은 제2 축(430)의 제1 평기어(432)에 맞물려 연동되는 제2 평기어(451)가 그 상단에 고정되어 있고 수직방향을 따라 하측으로 스크류(52)가 고정되어 있어 이하 기술되는 해수유입관(470) 내측에 설치되어 스크류(52)의 회전에 따라 해수가 상측으로 이동되며, 이러한 제3 축(450)은 제2 축(430)의 제1 평기어(432)이 크기에 따라 복수개로 배치될 수 있다.
상기 지지축(460)은 제2 축(430)의 제1 평기어(432) 및 제3 축(450)의 제2 평기어(451)를 회전가능한 상태로 유지하며 지지하기 위한 것으로, 양측이 본체부(410) 하부를 가로질러 고정되어 있고 제2 축(430) 또는 제3 축(450)의 외주면과 동일한 직경을 갖는 복수개의 제2 지지홀(461)이 형성되어 있으며 각각의 지지홀(461) 상면에는 제1 평기어(432) 및 제2 평기어(451)가 수평한 높이로 배치되어 맞물리도록 소정 높이의 베어링(462)이 고정되어 있다. 지지축(460)에 형성된 지지홀(461)에 제2 축(430)의 하부와 관통하여 연결되고 제1 및 제2 평기어(432, 451)와 지지축(460) 사이에 베어링(462)을 설치하여 제1 및 제2 평기어(432, 451)가 서로 수평으로 맞물려 원활하게 회전될 수 있다.
상기 해수유입관(470)은 제3 축(450)의 스크류(452) 외주면과 동일한 내주면을 갖고 상측에는 수평방향으로 설치된 토출관(471)이 구비되어 있어, 해수저장소(300)의 해수유입부(320) 상부에 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀(323)을 통해 하부가 소정수위의 해수 아래로 배치되고 본체부(410)의 일측면에 형성된 적어도 하나 이상의 토출홀(411)에 토출관(471)이 고정되는 하면 개방 및 상면 밀페된 원통형 관으로 상면에는 제3 축(450)이 끼움되는 끼움홀이 형성되어 있다. 이에 따 라, 제3 축(450)의 스크류(452)와 이 스크류(452) 외주면에 밀착되어 설치된 해수유입관(470)을 해수 아래로 배치함으로써, 제3 축(450)의 회전에 따라 스크류(452)가 회전되고 해수가 상측으로 이동되어 토출관(471)을 통해 외부로 배출된다.
한편으로, 상기 풍력수차(400)의 제1 축(420) 일단에 벨트홈이 형성된 드럼(422)을 고정하고 그 드럼(422)과 자가발전기(424)를 연결벨트(423)로 연결한 다음으로 이 자가발전기(424)에 의해 온 또는 오프되는 전등(425)을 해수저장소(300)의 해수유입부(320)나 풍력수차(400)의 본체부(410)에 배치함으로써 야간에 유용한 광원으로 이를 활용할 수 있다.
상기 다기수로(500)는 풍력수차(400)로부터 해수저장소(300)로 공급된 항만 외측의 해수를 항만 내측에 균일하게 분배하기 위한 것으로, 상기된 바와 같은 제1 안벽(110)과 이에 소정간격 이격되어 설치되는 제2 안벽(120)에 의해 형성되고 해수의 공급량에 따라 이러한 다기수로(120)의 폭이나 깊이 등이 고려되어야 한다.
본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설의 동작원리를 살펴보면, 우선적으로 풍압에 의해 풍력수차(400)의 날개부(430)가 회전하게 되고 이에 따라 제1 축(420)과 제1 직선베벨기어(421)가 회전하게 되며 제1 직선베벨기어(421)과 연동되는 제2 직선베벨기어(431) 및 제1 평기어(432)가 회전하게 된다. 다음으로 제1 평기어(432)와 연동되는 제3 축(450)의 제2 평기어(451)가 회전하게 되어 제3 축(450)에 고정된 스크류(452)의 회전에 의해 해수유입구(321)를 통해 해수유입부(320)로 유입된 해수가 해수유입관(470)의 토출관(471)을 통해 해수저장소(300)로 공급된다. 이후, 제1 안벽(110)의 해수공급구(111) 및 다기수로(500)를 거쳐 제1 안벽(110)에 형성된 복수개의 다기수로 배출구(112)를 통해 항만측으로 해수가 공급된다.
도 1은 종래 기술에 따른 항만 해수오염 방지시설을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 항만 해수오염 방지시설 중 풍력수차를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 항만 해수오염 방지시설 중 풍력수차의 내부구조를 도시한 상세도.
도 5는 본 발명에 따른 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설 중 해수유입조절부를 도시한 도면.

Claims (3)

  1. 바다와 육지 사이에 설치된 안벽(100)과 이에 연장되어 바다쪽으로 설치되는 방파제(200)로 구성된 항만에 여과된 해수를 공급하는 해수오염 방지시설에 있어서,
    항만의 방파제(200) 외측에 배치되고 일측이 바다의 저면에 고정되고 타측이 해수면 위로 돌출되는 복수개의 해수유입조절부(310)와, 돌출된 해수유입조절부(310) 사이에 외측으로 연장되어 설치되고 양측에 해수유입구(321)가 구비되어 있는 밀폐된 박스형상의 해수유입부(320)와, 방파제(200) 외측으로 해수공급구(111)가 구비되어 있고 항만측으로 복수개의 배출구(112)가 구비된 제1 안벽(110)과, 방파제(200)로 둘러싸여 형성되는 해수저장소(300)와;
    상기 해수저장소(300)의 해수유입부(320)의 상측에 설치되어 상기 해수저장소(300)로 해수를 공급하기 위한 풍력수차(400)와;
    상기 풍력수차(400)에 의해 공급된 해수를 항만측으로 유도하기 위해, 제1 안벽(110)과 이에 소정간격 이격되어 설치되는 제2 안벽(120)에 의해 형성되는 다기수로(500);로 구성되되,
    상기 풍력수차(400)는,
    상기 해수저장소(300)의 해수유입부(320)의 상측에 설치되는 본체부(410)와;
    상기 본체부(410)를 가로질러 양측이 연결되고 제1 직선베벨기어(421)가 고정되어 있는 제1 축(420)과;
    상기 제1 축(420)의 일측 끝단에 고정되어 회전되는 날개부(430)와;
    상단에는 제1 축(420)의 제1 직선베벨기어(421)에 맞물려 동작하는 제2 직선베벨기어(431)가 고정되어 있고 중간에는 제1 평기어(432)가 고정되어 있는 제2 축(430)과;
    상기 제2 축(430)을 회전가능하게 지지하기 위해 양측이 상기 본체부(410)에 고정되어 있고 상기 제2 축(430)과 교차되는 부분에 상기 제2 축(430)의 외주면과 동일한 직경을 갖는 제1 지지홀(441)이 형성되어 상기 제2 축(430)에 연결되는 고정축(440)과;
    상기 제2 축(430)의 제1 평기어(432)에 맞물려 동작하는 제2 평기어(451)가 상단에 고정되어 있고 수직방향을 따라 하측으로 스크류(452)가 고정되어 있는 적어도 하나 이상의 제3 축(450)과;
    상기 제2 축(430)의 제1 평기어(432) 및 제3 축(450)의 제2 평기어(451)를 회전가능하게 지지하기 위해 양측이 상기 본체부(410)에 고정되어 있고 상기 제2 축(430) 또는 제3 축(450)의 외주면과 동일한 직경을 갖는 복수개의 제2 지지홀(461)이 형성되어 있으며 제2 지지홀(461) 상면에는 소정높이의 베어링(462)이 고정되어 있는 지지축(460)과;
    상기 해수저장소(300)의 해수유입부(320) 상부에 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀(323)과 상기 본체부(410)의 일측면에 형성된 적어도 하나 이상의 토출홀(411)에 고정되고 상기 제3 축(450)의 스크류(452)의 외주면과 동일한 내주면을 가지며 상측에는 토출홀(411)에 끼움되는 토출관(471)이 구비되어 상기 제3 축(450) 외측에 설치되는 하면 개방 및 상면 밀폐된 적어도 하나 이상의 해수유입관(470);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수저장소(300)의 해수유입부(320) 또는 본체부(410)에는 상기 제1 축(420)의 타측 끝단에 중앙부의 외주면을 따라 벨트홈이 형성된 드럼(422)을 고정하여 그 드럼(422)과 연결벨트(423)로 연결된 자가발전기(424)에 의해 온 또는 오프되는 전등(425)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수저장소(300)의 해수유입조절부(310)는 바닥면이 넓어지도록 외측이 상부에서 하부까지 소정각도로 기울어져 있고 내측이 수직으로 형성되어 있으며, 그 경사면에는 적어도 하나 이상의 도어홈(311)이 형성되어 있어, 도어홈(311)의 하단에 일측이 힌지(312)로 고정되어 회동가능한 해수유입도어(313)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력수차를 이용한 항만 해수오염 방지시설.
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