KR100983381B1

KR100983381B1 - 해양 심층수의 취수장치

Info

Publication number: KR100983381B1
Application number: KR1020070036059A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2010-10-01
Also published as: KR20080092579A

Abstract

본 발명은 해양 심층수를 취수하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태풍, 해저 지진에 의한 쓰나미(津波)현상에 의한 해일 등에 안전한 해양 심층수를 취수장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 해수 표면에서 수심 20∼50m 깊이까지는 태풍에 의한 심한 파도, 해저화산활동, 해저에서의 사태, 해저지진 등에 의한 쓰나미 현상에 의한 해일에 의해서 파손될 우려가 있기 때문에 수심 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 지하로 취수관(3)을 매설하고, 수심 30∼50m 깊이까지는 해저지표면이 모래, 자갈이나 벌로 된 경우에는 지지파일(Supporting pile: 4)을 지하 5∼10m 깊이로 박은 위에 고정설치하여 파도나 해일에 파손되지 않도록 설치하고, 해저지표면의 바닥이 암반으로 형성되어 있는 경우에는 지하로 취수관(3)을 매설한 끝 부분에서 30∼50m 깊이까지 취수관(3)은 암반에 드릴링(Drilling)하여 지지 앵커(Supporting anchor: 5-5)를 설치하고, 여기에 취수관(3)을 고정하여 파도나 해일에 의해서 파손되지 않도록 설치하며, 취수구 입구에는 수가대(受架臺: 6)를 설치하여 고정 및 하부에 퇴적된 벌(泥質)이 유입되지 않도록 한다.

그리고 취수조(2)의 상부수위는 해수면보다 3∼5m 깊게 하여 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 취수를 하며, 여기에 취수펌프(1)를 설치하여 해양 심층수를 취수하여 집수조로 보낸다.

그런데 취수를 중단한 경우에는 해양 심층수가 수심 200m보다 깊은 해저심층의 고압에 의해서 용해되어 있던 공기와 탄산가스와 같은 성분의 기체가 발생하여 사이펀 배관의 상부(Top of siphon pipe, 3-1) 역U자(∩자)부분에 기체포켓(Gas pocket)이 생성하여 기체가 차게 되면 취수가 되지 않기 때문에 진공펌프(8)를 가동하여 기체를 제거하여, 사이펀이 형성되도록 하여 취수를 하여야한다.

해양 심층수, 취수장치, 파도, 해일, 쓰나미(津波)현상, 취수관, 지지파일(Supporting pile), 지지 앵커(Supporting anchor), 진공펌프

Description

해양 심층수의 취수장치{Intake equipment of deep sea water}

도 1은 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우 해양 심층수의 취수장치도

도 2는 해저지표면의 바닥이 암반으로 형성되어 있는 경우 해양 심층수의 취수장치도

도 3은 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우 수면으로부터 수심 20∼50m 깊이까지 취수 배관의 지지파일 단면도

도 4는 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우 수면으로부터 수심 20∼50m 깊이까지 취수 배관의 지지파일 측면도

도 5는 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우 수면으로부터 수심 20∼50m 깊이까지 취수관의 지지파일 상면도

도 6은 해저지표면의 바닥이 암반으로 형성되어 있는 경우 수면으로부터 수심 20∼50m 깊이까지 취수관의 지지 앵커 단면도

도 7은 해저지표면의 바닥이 암반으로 형성되어 있는 경우 수면으로부터 수심 20∼50m 깊이까지 취수관의 지지 앵커 측면도

도 8은 해저지표면의 바닥이 암반으로 형성되어 있는 경우 수면으로부터 수심 20∼50m 깊이까지 취수관의 지지 앵커 상면도

도 9는 취수구(取水口)의 수가대(受架臺) 설치도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 취수펌프 2: 취수조

3: 취수관 3-1: 사이펀 배관의 상부(Top of siphon pipe)
4: 지지파일(Supporting pile)

4-1: 클램프(Clamp) 4-2: 볼트 및 너트(Bolt and nut)

4-3: 역지봉(Check bar) 4-4: 지지판(Supporting plate)

4-5: 지지 러그(Supporting lug) 5: 지지 앵커(Supporting anchor)

5-1: 클램프 5-2: 볼트 및 너트

5-3: 앵커 지지판(Anchor supporting plate) 5-4: 지지판

5-5: 앵커 볼트(Anchor bolt) 5-6: 앵커(Anchor)

5-7: 앵커 너트(Anchor nut) 6: 수가대(受架臺)

7: 진공탱크 8: 진공펌프

본 발명은 해양 심층수의 취수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 태풍에 의한 파도나 지진이나 해저화산활동에 의한 쓰나미(津波)현상에 의한 해일에 의해 파손 유실되지 않게 안전하게 해양 심층수를 취수하는 장치에 관한 것이다.

해양 심층수로부터 음용수, 소금 및 미네랄(간수) 등을 생산하기 위해 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하고 있으나, 태풍 때 파도에 의해 파손 유실되는 사례가 있으며, 본 발명은 태풍이나 지진이 일어날 때 파도나 해일에 안전한 취수장치를 제시하는 것이 목적이다.

파도나 해일에 의한 조류의 흐름은 해수 표층으로부터 수심 20∼50m 깊이까지는 격심한 흐름이 일어나 파손의 우려가 있으며, 수심 50m보다 깊은 곳에서는 조류의 흐름이 느리기 때문에 파손의 우려가 거의 없다.

현재 해양 심층수를 취수하여 음용수, 소금, 미네랄 염의 생산은 일본의 경우 10여 곳에서 취수를 하고 있으며, 취수방법은 지역과 장소에 따라서 상당한 차이가 있을 수 있으며, 해양 심층수의 취수장소는 조류의 흐름이 심한 곳이나 이안류(離岸流: Rip current)가 일어나는 곳, 파도를 정면으로 부닥치는 등의 장소는 가능한 피해야 한다.

해양 심층수의 취수장치의 설치는 태풍에 의한 파도나 지진이나 해저화산활동에 의한 해일에 의해서 파손될 우려가 있기 때문에 이를 방지하기 위해서는 파도와 해일에 의한 피해가 심한 해수면에서 수심 30∼50m 깊이까지 취수관은 견고하게 고정설치될 수 있는 방법이 강구되어야 한다.

2005년 울릉도 남면에 해양 심층수취수설비를 하였으나, 태풍 매미로 인하여 파손 유실되었으며, 일본의 경우도 태풍으로 유실된 경우가 있다.

일본 특허공개 2000-365960호의 경우는 해양 심층수를 지표면에서 소정단면(所定斷面)의 갱도를 심층수 취수위치 근방까지 구축한 후 갱도의 끝 부분에 격벽(隔壁)을 구축하고, 그 후, 격벽 내를 관통하여 심층수취수위치까지 수평 또는 비스듬하게 복수 라인의 볼링을 실시하여 복수의 볼링공을 형성한 다음, 볼링공을 개입시켜 심층수를 취수하는 해양 심층수의 취수방법이 제시되어 있으나 공사의 난이성과 높은 시공비가 소요되는 문제점이 있으며, 일본 특허공개 2000-355960호의 경우는 지표면에서 해양 심층수를 취수하는 방법으로 적어도 해수면에서 수심 30ｍ보다 깊은 해저로 향해서 지표면에서 소정 단면의 갱도를 구축한 후, 갱도 내에 취수 관 및 배수관을 해지표면에서 각각 접합시키면서 슬라이드(Slide) 시켜, 더욱, 취수 관의 선단부(先端部)에는, 해저를 따라서 하부로 슬라이드 시켜 취수 관을 해저에 설치하여 취수 관에서 해양 심층수를 취수함과 동시에, 사용 후의 해양 심층수를 배수관에 의해 바다 속에 방류하는 해양 심층수의 취수 및 배수방법이 제시되어 있으나, 해저 30m보다 깊은 곳으로 갱도를 구축하는 시공방법 역시 공사의 어려움과 공사비용이 높은 문제점이 있으며, 상술한 두 방법은 해저지표면의 바닥이 암반으로 형성되어 있는 경우에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 실용신안등록 출원번호 20-2006-0003176호의 경우 해수면에서 해저지표면의 경사도가 45°이상 되는 경우는 해저지표면의 지하로 설치하는 경우에 비해서 공사가 난이(難易) 하면서 공사비용이 높은 문제점이 있으면서, 해양 심층수가 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 고압에서 용해되어 있던 공기와 탄산가스와 같은 성분이 기체로 발생 되면서 취수펌프에서 기체 바인딩(Vapor binding) 현상이 야기되면서 공동현상(Cavitation)이 일어나 펑핑(Pumping) 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 실용신안 출원번호 20-2006-0012418호의 경우는, 취수를 중단한 경우에는 해양 심층수가 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 고압에서 용해되어 있던 공기와 탄산가스와 같은 성분이 기체로 발생 되면서 사이펀 배관의 상부(Top of siphon pipe) 역U자(∩자) 부분에 기체가 차게 되어 사이펀 작용이 깨어지면서 취수를 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

그리고 선박에 의한 선상취수의 경우는 취수선박의 준비와 운송에 막대한 비용이 소모되는 문제점과 일기가 나쁜 날은 취수를 할 수 없는 등이 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 해양 심층수의 취수장치를 태풍에 의한 파도나 지진 및 해저화산활동에 의한 해일에 의해 파손되지 않고, 안전하게 해양 심층수를 취수할 수 있는 장치를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 해수면에서 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 바닥 지하로 취수관을 설치하고, 해저지표면의 바닥 지하로 취수관 끝 부분에서 해수면에서 30∼50m 깊이까지는 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우는 역지봉이 설치된 지지파일(Supporting pile)을 박아 이에 취수관을 견고하게 고정설치하고, 해저지표면의 바닥이 암반으로 되어 있는 경우는 암반을 드릴링(Drilling)하여 여기에 앵커(Anchor)를 설치하고 이에 취수관을 고정하여 파도나 해일에 의해서 파손되지 않도록 하고, 가동정지를 하였을 때 사이펀 배관의 상부(Top of siphon pipe)에 기체가 차게되어 기체포켓(Gas pocket)이 생성되면 진공펌프를 작동하여 기체를 제거할 수 있도록 하여 해양 심층수를 사이펀원리에 의해서 안전하게 취수할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.

해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수는 햇빛이 닿지 않는 심해에 있는 해수로 청정성(淸淨性), 미네랄 특성, 부영양성(富榮養性), 숙성성(熟成性), 저온 안정성(低溫安定性) 등의 특성이 있어, 여러 분야에서 유효하게 이용되고 있다.

이와 같은 해양 심층수를 이용하기 위해서는 우선 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에 있는 해양 심층수를 심한 파도(波濤)나 해일(海溢)에도 안전하게 취수할 수 있는 취수장치를 설치하여 한다.

해양 심층수의 취수장치를 설치하는 장소의 선택에서 유의할 사항을 고려하면 다음과 같다.

① 설치하는 해안은 해수면에서 200m보다 깊은 해저심층이 가까운 장소를 선택해야 시설비가 적게 든다.

② 조류의 흐름이 심한 곳과 이안류(離岸流: Rip current)가 형성되는 곳은 피해야 한다.

③ 파도를 정면으로 부닥치는 울릉도 남면지역과 같은 곳은 피해야 한다.

본 발명에서는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 심한 파도나 해일에 안전한 취수장치를 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 해양 심층수의 취수장치의 설치는 설치장소에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 장소가 가까운 장소를 선정해야 경제적인 부담이 적으며, 상술한 조류의 흐름이 심한 장소, 이안류(離岸流)가 형성되는 장소, 파도와 정면으로 부닥치는 장소 등의 장소는 피해서 설치를 해야 한다.

해수면에서 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 바닥 지하로 취수관(3)을 설치하고, 해저지표면의 바닥 지하에 설치된 취수관(3)의 끝 부분에서 해수면에서 30∼50m 깊이까지는, 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우는 역지봉(4-3)이 설치된 지지파일(Supporting pile: 4-4)을 박아 이에 취수관(3)을 견고하게 고정설치하고, 해저지표면의 바닥이 암반으로 되어 있는 경우는 암반을 드릴링(Drilling)하여 여기에 지지 앵커(Supporting anchor: 5)를 설치하여 이에 취수관(3)을 고정하여 파도나 해일에 의해서 파손되지 않도록 하고, 이 취수관(3)을 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 연장 설치하고, 취수관(3)의 출구는 취수조(2) 바닥까지 설치하고, 취수조(2)의 상부수위는 해수면보다 3∼5m 낮게 설치하여 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 해양 심층수를 취수하여 취수펌프(1)에 의해 집수조로 보낸다.

상기의 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 해양 심층수를 취수를 중단하는 경우에는 해양 심층수가 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 고압에서 용해되어 있던 공기와 탄산가스와 같은 성분이 기체로 발생 되면서 사이펀 배관의 상부(Top of siphon pipe, 3-1) 역U자(∩자) 부분에 기체가 차게 되어 기체포켓(Gas pocket)이 생성되면, 사이펀 작용이 깨어지면서 취수를 불가능하게 되는 경우에는 진공펌프(8)를 가동하여, 기체를 진공탱크(7)를 통해서 제거하여 사이펀 현상이 일어나도록 하여 취수를 한다.

해수면에서 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 바닥 지하로 취수관(3)을 설치하고, 해저지표면의 바닥 지하로 취수관(3)의 끝 부분에서 해수면에서 30∼50m 깊이까지는 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우는 역지봉(4-3)이 설치된 지지파일(Supporting pile: 4-4)을 박아 이에 취수관을 견고하게 고정설치하고, 해저지표면의 바닥이 암반으로 되어 있는 경우는 암반을 드릴링(Drilling)하여 여기에 지지 앵커(Supporting anchor: 5)를 설치하여 이에 취수관을 고정하여 파도나 해일에 의해서 파손되지 않도록 하여, 취수관을 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 설치하고, 취수관(3)의 출구는 취수조(2) 바닥까지 설치하고, 취수조(2)의 상부 수위는 해수면보다 3∼5m 낮게 설치하여 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 해양 심층수를 취수하여 취수펌프(1)에 의해 집수조로 보낸다.

해저의 바닥이 모래, 자갈이나 벌로 되어 있는 경우는, 해수면에서 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 바닥 지하로 설치한 취수관(3) 끝 부분에서 해수면에서 30∼50m 깊이까지는 역지 봉(Check bar: 4-3)이 부착된 지지파일(Supporting pile: 4)을 지하 5∼10m 깊이로 박은 것 상부에 지지판(4-4)을 설치하고, 지지판(4-4) 위에 취수관(3)은 클램프(Clamp: 4-1)를 볼트 및 너트(Bolt & nut: 4-2)로 조여 고정되게 설치하여 파도나 해일에 파손되지 않도록 설치하며, 해수면에서 수심 50m 깊이에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관은 파도나 해일에 안전하기 때문에 해저면 위에 취수관(3)을 설치하고, 취수구 입구에는 수가대(受架臺: 6)를 설치하여 고정 및 하부에 퇴적된 벌(泥質)이 유입되지 않도록 한다.

취수펌프(1)의 재질은 내염성이 강한 티타늄(Titanium), 내염성 스테인리스(Stainless), 브론즈(Bronze) 합금을 사용한다.

취수관(3)의 재질은 유연성이 있으면서 내염성이 있는 플라스틱(Plastic) 배관을 사용하며, 관경(管徑)은 취수용량과 배관의 길이에 따른 압력손실을 고려하여 결정한다.

취수관(3)은 플라스틱제의 관 본체에, 다수의 멀티 필라멘트(multi-filament) 사(絲)와 금속선(金屬線)으로 보강된 배관을 사용한다.

취수관(3)을 지지하는 지지파일(4)은 하부가 팽이 모양으로 가공된 관에 역 지봉(4-3)이 하단부에 설치되고, 상부에는 지지판(4-4)을 용접고정하고, 지지판(4-4)은 지지 러그(Supporting lug: 4-5)로 보강한 구조로 되어 있으며, 이와 같은 지지파일(4)을 지하 5∼10m로 항타공법(杭打工法)으로 박은 다음, 취수관(3)은 지지파일(4) 상부의 지지 판(4-4) 위에 설치하고 클램프(4-1)를 볼트 및 너트로 조여 견고하게 고정한다.

지지파일(4)의 배관의 관경은 취수관(3)의 크기에 따라서 차이가 있으나, 200∼300㎜Φ의 관경을 사용하고, 역지봉(4-3)은 지지 파일(4) 배관 하부에서 20∼30㎝ 위에 15∼30㎜Φ의 길이 20∼40㎝ 봉을 지지 파일(4) 배관과 30∼60°의 각도가 되게 30∼40 본을 용접하여 설치하고, 지지 파일(4)의 배관과 상부 지지 판(4-4) 하부에는 직각이 되게 4개의 지지 러그(4-5)를 설치하여 보강한다.

지지판(4-4)의 크기도 취수관(3)의 크기에 따라서 차이가 있으나, 폭 60∼100㎝, 길이 100∼150㎝로 한다.

그리고 지지파일(4) 및 기타 부속품의 재질은 내염성이 강한 티타늄(Titanium), 내염성 스테인리스(Stainless), 브론즈(Bronze) 합금(合金)을 사용한다.

그리고 해저의 바닥이 암반으로 되어 있는 경우에는, 항타공법에 의한 파일(Pile)을 설치할 수 없기 때문에 해수면에서 수심 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 바닥 지하로 설치한 취수관(3) 끝 부분에서 해수면에서 수심 30∼50m 깊이까지는 암반을 5∼20㎝Φ 구경으로 깊이 30∼50㎝로 보링(Boring)을 하여 지지 앵커(Supporting anchor: 5)를 설치를 하고, 지지 앵커(5) 상부에는 앵커 지지판(Anchor supporting plate: 5-3)에 위에 ┏┓ 자 모양의 지지판(5-4)을 설치하고, 지지판(5-4) 위에 취수관(3)은 클램프(5-1)를 볼트 및 너트(5-2)로 조여 고정되게 설치하여 파도나 해일에 파손되지 않도록 설치하며, 수심 50m 깊이에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관은 파도나 해일에 안전하기 때문에 해저면 위에 취수관(3)을 설치하고, 취수관 입구에는 수가대(6)를 설치하여 고정 및 하부에 퇴적된 벌이 유입되지 않도록 한다.

취수관(3)을 지지하는 지지 앵커(5)는 암반을 5∼20㎝Φ 구경으로 깊이 30∼50㎝로 보링을 하여 지지 앵커(5)를 설치를 하고, 지지 앵커(5) 상부에는 앵커 지지판(5-3)에 위에 ┏┓ 자 모양의 지지판(5-4)을 설치하고, 앵커 너트(5-7)를 조여 앵커(5-6)를 고정한 다음, 지지판(5-4) 위에 취수관(3)은 클램프(5-1)를 볼트 및 너트(5-2)로 조여 견고하게 고정한다.

지지판(5-4)의 크기도 취수관(3)의 크기에 따라서 차이가 있으나, 폭 60∼100㎝, 길이 100∼150㎝로 하며, 앵커 지지판(5-3)은 폭 70∼110㎝, 길이 110∼160㎝로 한다.

그리고 지지 앵커(5) 및 기타 부속품의 재질도 내염성이 강한 티타늄(Titanium), 내염성 스테인리스(Stainless), 브론즈(Bronze) 합금을 사용한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 해양 심층수의 취수에서 해수면에서 수심 30∼50m 깊이까지는 심한 파도와 해일에 의해 파손되어 유실될 수 있으나, 지하 배관, 지지파일이나 지지 앵커를 설치하여 취수관을 견고하게 고정한 경우에는 파도와 해일에 의해 파손되어 유실될 우려가 없기 때문에 해양 심층수 취수설비에 널리 응용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims

해수면에서 수심 10∼20m 깊이까지는 해저지표면의 바닥 지하로 취수관(3)을 설치하고, 해저지표면의 바닥 지하에 설치된 취수관(3)의 끝 부분에서 해수면에서 수심 30∼50m 깊이까지는, 해저지표면의 바닥이 모래, 자갈, 벌로 된 경우는 역지봉(4-3)이 설치된 지지파일(Supporting pile: 4-4)을 박아 이에 취수관(3)을 견고하게 고정설치하고, 해저지표면의 바닥이 암반으로 되어 있는 경우는 암반을 드릴링(Drilling)하여 여기에 지지 앵커(Supporting anchor: 5)를 설치한 것에 취수관(3)을 고정하여 파도나 해일에 의해서 파손되지 않도록 하고, 상기의 취수관(3)을 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 연장 설치하고, 취수관(3)의 출구는 상부수위가 해수면보다 3∼5m 낮게 설치한 취수조(2)의 바닥까지 설치하고, 상기 취수관(3)의 사이펀 배관의 상부(Top of siphon pipe, 3-1)에 기체가 차게 되어 기체포켓(Gas pocket)이 생성되면 진공탱크(7)와 진공펌프(8)를 작동하여 기체를 제거하여 사이펀현상이 작동하도록 하여 취수한 해양 심층수를 취수펌프(1)에 의해 집수조로 보내는 장치에 의해서 해양 심층수를 취수하는 장치.