KR101037591B1

KR101037591B1 - 해양 심층수를 취수하는 장치

Info

Publication number: KR101037591B1
Application number: KR1020070117844A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2011-06-01
Also published as: KR20090009077A

Abstract

본 발명은 해양 심층수(海洋深層水)를 취수하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 파도(波濤)와 쓰나미(津波) 현상에 안전하면서, 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에서도 안전하게 취수할 수 있는 해양 심층수를 취수하는 장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 해수면에서 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수에 있어서, 취수배관을 파도(波濤)나 쓰나미(津波) 현상에 의해서도 안전하면서 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에 취수배관이 설치되는 경우는 마루부분에 베이퍼로크(Vapor lock) 현상이 야기되는 곳에는 가스배출구(Vapor vent hole)를 설치하여 베이페로크현상이 일어나지 않도록 하여 안전하게 해양 심층수를 취수하는 장치를 제시한다.

그리고 취수배관의 설치 거리가 길어 취수배관의 손실두(Friction head)가 큰 경우, 가용유효흡입두(Available Net Positive Suction Head: NPSHa)가 취수펌프의 요구유효흡입두(Required Net Positive Suction. Head: NPSHr)보다 커서 취수가 불가능한 경우는 해수면 보다 낮은 곳에 수중부스터 펌프(Submersible booster pump)를 설치하여 안전하게 해양 심층수를 취수할 수 있는 장치를 제시한다.

해양 심층수. 취수장치, 유효흡입두(Available Net Positive Suction Head). 필요흡입두(Required Net Positive Suction Head), 파도, 쓰나미(津波), 해산(海山), 해구(海丘), 베이퍼로크(Vapor lock)

Description

해양 심층수를 취수하는 장치{The device which draws water with deep-ocean water}

본 발명은 해양 심층수(海洋深層水)의 취수장치(取水裝置)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하는 취수배관을 파도(波濤)와 쓰나미(津波)가 발생하였을 때도 안전하면서, 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에서 피그 테일(Pig-tail) 형태로 취수배관이 설치되어 철부(凸部)의 마루부분에서 베이퍼로크(Vapor lock) 현상이 야기되지 않게 가스배출구(Vapor vent hole)를 설치한 취수배관을 설치하고, 취수구 말단(末端)에는 수가대(受架臺)와 부대(浮袋)를 달아 해저 지면(海底地面)에 퇴적된 벌(泥質)이 유입되지 않도록 설치하여 안전하게 해양 심층수를 취수할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해양 심층수의 취수는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수를 취수하며, 취수방법은 선상(船上)에서 해저 200m보다 깊은 곳까지 취수배관을 내려 취수하던가, 해저 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 취수배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해저 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 취수배관을 설치하고, 취수정을 해수면보다 낮게 설치하여 사이펀(siphon) 원리에 의해서 취수를 하고 있다.

선상에서 해저 200m보다 깊은 해저심층까지 취수배관을 내려 취수하는 경우에는, 비용이 과대하게 소요되는 문제점이 있기 때문에 해양 심층수를 취수할 수 있는 곳까지 거리가 먼 경우를 제외하고는 실시하지 않고 있다.

그리고 육상에서 해저 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 취수배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해저 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 취수배관을 설치하고, 취수정을 해수면보다 낮게 설치하여 사이펀(siphon) 원리에 의해서 취수하는 경우는 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤) 또는 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상에 의한 취수배관의 보호대책만 강구되었을 뿐, 취수배관이 해저의 해구(海丘) 또는 해산(海山) 지역을 지나면서 피그테일(Pigtail) 형태로 설치되어 해산 또는 해구의 마루부분에서 기체가 차게 되어 취수량이 서서히 감소하면서 나아가서는 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수를 할 수 없게 되는 문제점이 있다.

종래의 문헌정보

[문헌 1] 대한민국 실용신안등록번호 제20-0415946호( 해양 심층수의 취수 및 배수장치) 2006. 05. 02

[문헌 2] 일본 특허공개 제2004-36442호(해양 심층수의 취수방법) 2004. 02. 05

[문헌 3] 일본 특허공개 제2002-284085호(해수취수방법과 이의장치) 2002. 10. 03

[문헌 4] 일본 특허공개 제2001-304132호(선박을 사용한 해양 심층수의 취수 방법) 2001. 10. 31

[문헌 5] 일본 특허공개 제2000-355960호(해양 심층수의 취수방법) 2000. 12. 26

[문헌 6] 일본 특허공개 제2000-303511호(부유형 취수구를 갖춘 해양 심층수 취수 장치) 2000. 10. 31

본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수할 수 있는 취수배관을 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤) 또는 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상에서도 안전하면서, 해저의 해구(海丘) 또는 해산(海山) 지역에 설치된 취수배관에서 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되지 않도록 하여 안정적으로 취수할 수 있는 취수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하는 취수장치에 있어서, 취수배관을 파도(波濤)나 쓰나미(津波) 현상에 의해서 파손의 우려가 없으면서, 취수배관 말단(末端)에는 수가대(受架臺)를 설치하고 취수배관 입구에는 부대(浮袋)를 달아 해저 지면에 퇴적된 벌(泥質)이 유입되지 않도록 한 해양 심층수의 취수장치에서, 취수배관이 해구(海丘) 또는 해산(海山) 지역에 설치되는 경우에는 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되지 않도록 하여 안정적으로 취수할 수 있도록 하고, 취수배관의 설치거리가 장거리인 경우 취수배관의 손실두(Friction head)로 인하여 가용유효흡입두(Available Net Positive Suction Head: NPSHa)가 펌프의 요구유효흡입두(Required Net Positive Suction. Head: NPSHr)보다 큰 경우는 수중부스터 펌프(Submersible booster pump)를 설치하여 안전하게 해양 심층수를 취수할 수 있는 취수장치로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명은 해저의 해산 또는 해구 지역에서 해양 심층수의 취수배관을 설치하는 경우, 해산 또는 해구 지역의 마루부분에 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수가 불가능한 경우에도, 안정적으로 취수할 수 있도록 하였기 때문에 해양 심층수의 취수장치에 널리 보급될 수 있는 효과가 있을 것으로 기대된다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하는 취수장치에 있어서, 취수펌프(1)를 해수면보다 3∼10m 낮게 취수펌프실(7) 내에 설치를 하고, 취수배관(2)은, 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤)나 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상에 의해서 파손의 우려가 있기 때문에, 도 3과 같이 4각형 취수배관지지판(5) 상부에 취수배관(2)과 양측에 계류삭(繫留索, Mooring rope: 8)을 함께 클램프(Clamp: 14)의 볼트 및 너트(Bolt and nut: 15)로 조여 고정하고, 4각형 취수배관지지판(5) 각 꼭짓점(Vertex)에는 연결 로프(6)로 묶고, 연결 로프(6)의 끝에는 닻(Anchor: 9)을 설치하여 해저바닥에 고정한다.

또한, 취수배관(2)의 양측에는 도 4와 도 5에서와 같이 계류삭(8)을 클램프(Clamp: 14)를 설치하여 볼트 및 너트(Bolt and nut: 15)로 고정한 것을 6∼10m 마다 설치하여 취수배관(2)의 자체하중에 의해서 파손되지 않도록 하고, 계류삭(8)의 끝 부분은, 지상의 계주(繫柱: 10) 안전하게 묶어 고정한다.

해저지표면의 취수배관(2) 말단(末端)에는 수가대(受架臺: 3)를 취수배관(2)과 플랜지(Flange: 13)로 연결하고, 수가대(3) 2곳에는 계류삭(8)을 묶어 고정하고, 취수배관(2)의 양측은 클램프(14)의 볼트 및 너트(15)로 조여 고정한 것을 해저지표면에 안전하게 안착(安着) 되도록 하고, 취수배관(2) 끝에는 비중이 가벼운 부대(浮袋: 4)를 설치하여 해저지표면에 퇴적된 개흙(泥質)이 유입되지 않도록 해저지표면에서 10∼20m 떠있게 설치한다.

상기 취수배관지지판(5), 클램프(14), 볼트 및 너트(15)와 기타 부속품의 재질은 내염성이 강한 티타늄(Titanium), 내염성 스테인리스강, 브론즈(Bronze) 합금(合金) 또는 유리섬유보강플라스틱(Fiberglass reinforced plastics) 중에서 한 종류를 사용하고, 계류삭(8)은 내염성 와이어로프(Wire rope) 또는 합성수지로프 중에서 한 종류를 사용한다.

그리고 수가대(3)의 재질도 내염성이 강한 티타늄(Titanium), 내염성 스테인리스강 또는 브론즈(Bronze) 합금(合金) 중에서 한 종류를 사용하고, 부대(4)는 발포 폴리스티렌(Expanded polystyrene, styrofoam: EPS), 발포폴리에틸렌(Expanded polyethylene: EPE), 발포폴리프로필렌(Expanded polypropylene: EPP) 또는 발포폴리우레탄(Expanded polyurethane: EPU)과 같은 발포(發泡) 합성수지 중에서 한 종류를 사용한다.

수심 200m보다 깊은 곳의 해양 심층수는 온도가 10℃ 이하로 낮으면서 수압에 의해서 20기압 이상으로 유지되어 고압·저온으로 인하여 공기(산소와 질소)와 탄산가스(CO₂)의 농도가 높게 존재한다. 이와 같은 해양 심층수를 취수하면 압력이 감소하면서, 온도는 상승하게 되어 수중에 용해되어 있던 공기와 탄산가스성분이 기포로 방출하게 되면서 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에서 피그 테일(Pig-tail) 형태로 설치된 취수배관(2)의 철부(凸部)의 마루부분에 기체가 차게 되면서 취수량이 서서히 감소하게 되며, 나아가서는 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수가 되지 않게 된다.

상기와 같은 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상은 해양 심층수를 취수하다가 중단한 경우에도 수중에 용해되어 있던 공기와 탄산가스성분이 기포로 방출하여 피그테일(Pigtail) 형태로 설치된 취수배관의 철부(凸部)의 마루부분에 기체가 차게 되어 재가동시 취수가 되지 않게 된다.

해양 심층수의 취수배관의 설치장소는 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역을 피해서 설치하는 것이 바람직 하지만, 수심이 50m보다 깊은 해저의 지형을 정확히 조사한다는 것은 매우 어려울 뿐만 아니라 거의 불가능한 실정에 있으며, 특히 한국의 동해안의 고성, 양양, 속초지역에서는 해산 또는 해구 지역을 피해서 취수배관을 설치한다는 것은 거의 불가능한 실정에 있다.

현재 울릉도 태하리 앞바다 수심 약 700m 깊이에 설치한 취수배관의 경우도 상기의 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수가 전혀 불가능한 실정에 있으며, 강원도 고성에 설치된 경우도 상기와 같은 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되면서 원활한 취수를 할 수 없는 실정에 있다.

그래서 본 발명에서는 상기와 같은 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상을 방지하기 위해서, 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기될 수 있는 지역의 취수배관(2)에는 도 7에서 도 15까지의 도면에서와 같이 가스배출구(Vapor vent hole: 16)를 설치하여 취수배관(2) 내에 기체가 차지 않게 하여 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 일어 나지 않도록 한다.

해수면에서 수심 200m까지 취수배관(2)이 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에 설치되는 경우에는, 도 7에서 도 9의 도면에서와 같이 가스배출구(Vapor vent hole: 16) 외부에 고무 또는 합성수지와 같은 신축성 튜브(Elastic tube: 17)를 설치하여 취수배관(2) 내부에 차있는 기체만 배출되고, 해양 심층수를 취수시 외부의 해수가 유입되지 않는 구조로 하거나, 또는, 도 10에서 도 12의 도면에서와 같이 가스배출구(Vapor vent hole: 16) 외부에 고무 또는 합성수지와 같은 신축성 플레이트(Elastic plate: 18) 위에 고정판(19)을 못(Nail: 20)을 박아 고정한 것을 설치하여 취수배관(2) 내부에 차있는 기체만 배출되고, 해양 심층수를 취수시 외부의 해수가 유입되지 않는 구조로 한다.

그리고 해수면에서 수심 200m보다 깊은 곳의 취수배관(2)에는 도 13에서 도 15에서와 같이 가스배출구(17) 외부에 신축성 튜브(17) 또는 신축성 플레이트(18)를 설치를 하지 않고, 가스배출구(17)만을 뚫는다.

상기의 가스배출구(17)의 지름은 0.1∼2㎜Φ의 마늘 구멍(Needle hole)을 2∼6m 간격으로 뚫는다.

신축성 튜브(16) 또는 신축성 플레이트(18)의 재질은 고무 또는 합성수지를 사용하고, 고정판(19)의 재질은 내염성이 있는 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), 티타늄, 브론즈(Bronze) 또는 내염성 스테인리스강(Stainless steel) 중에서 한 종류를 사용하며, 못(20)의 재질은 내염성이 있는 티타늄, 브론즈 또는 내염성 스테인리스강 중에서 한 종류를 사용한다.

취수펌프(1)는 취수배관(2)에서 가용유효흡입두(Net Positive Suction Head Available, NPSHa)와 취수펌프(1)의 요구유효흡입두(Net Positive Suction Head Required, NPSHr)를 고려하여 위치를 선정한다.

취수펌프(1)가 해수면보다 높은 육상에 설치되는 경우에는, 취수펌프(1) 흡입 측의 취수배관(2)에 해수면보다 낮은 곳에 취수펌프(1)의 프라이밍(Priming)을 위해서 역지밸브((Check Valve: 11)를 설치한다.

그리고 취수배관(2)의 설치 길이가 6㎞ 이상 긴 경우, 배관의 압력손실로 인하여 가용유효흡입두(Net Positive Suction Head Available, NPSHa)가 취수펌프(1)의 요구유효흡입두(Net Positive Suction Head Required, NPSHr)보다 큰 경우는 해양 심층수를 취수할 수 없기 때문에 해수면 보다 깊은 곳에 수중부스터펌프(Submersible booster pump: 12)를 설치한다.

수중부스터펌프(12)의 재질은 내염성인 합성수지, 플라스틱(Plastic), FRP(Fiber glass reinforced plastic), 티타늄(Titanium), 브론즈(Bronze) 또는 내염성 스테인리스강 중에서 한 종류의 재질을 사용한다.

취수펌프(1)의 형태(Type)는 방수(Sealing), NPSH_R, 유지보수(Maintenance) 등을 고려할 때 인라인 형(In-line Type)의 마그네틱 구동펌프(Magnetic drive pump)가 바람직하다.

해양 심층수의 취수배관이 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에 설치된 경우에는 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수를 할 수 없던 것을 해산 또는 해구 지역에 설치된 경우에도 해양 심층수를 안정적으로 취수할 수 있기 때문에 해양 심층수 취수에 널리 이용될 것으로 기대된다.

도 1은 취수펌프를 해수면보다 낮은 위치에 설치하여 해양 심층수를 취수하는 장치도

도 2는 취수펌프를 해수면보다 높은 지상에 설치하여 해양 심층수를 취수하는 장치도

도 3은 취수배관을 해저바닥에 고정하는 장치도

도 4는 취수배관과 계류삭(繫留索)을 연결한 장치의 단면도

도 5는 취수배관과 계류삭(繫留索)을 연결한 장치의 상면도

도 6은 취수배관 말단의 장치도

도 7은 신축성 튜브가 부착된 기체 배기구멍 단면도

도 8은 신축성 튜브가 부착된 기체 배기구멍 측면도

도 9는 신축성 튜브가 부착된 기체 배기구멍 상면도

도 10은 신축성 플레이트(Plate)가 부착된 기체 배기구멍 단면도

도 11은 신축성 플레이트(Plate)가 부착된 기체 배기구멍 측면도

도 12는 신축성 플레이트(Plate)가 부착된 기체 배기구멍 상면도

도 13은 기체 배기구멍 단면도

도 14는 기체 배기구멍 측면도

도 15는 기체 배기구멍 상면도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 취수펌프 2: 취수배관

3: 수가대(受架臺) 4: 부대(浮袋)

5: 취수배관지지판 6: 연결 로프(Rope)

7: 취수펌프실 8: 계류삭(繫留索, Mooring ropes)

9: 닻(Anchor) 10: 계주(繫柱, Samson post)

11: 역지 밸브(Check valve)

12: 수중부스터 펌프(Submersible booster pump)

13: 플랜지(Flange) 14: 클램프(Clamp)

15: 볼트 및 너트(Bolt and nut) 16: 가스배출구(Vapor vent hole)

17: 신축성 튜브(Elastic tube) 18: 신축성 플레이트(Elastic plate)

19: 고정판 20: 못(Nail)

Claims

해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하는 취수장치에 있어서,

상기 취수장치는, 해수면보다 낮게 취수펌프실(7) 내에 설치한 취수펌프(1)에 연결한 취수배관(2);

상기 취수배관(2)을 계류삭(繫留索, Mooring rope: 8)과 함께 클램프(Clamp: 14)의 볼트 및 너트(Bolt and nut: 15)로 조여 상부 양측에 고정한 취수배관지지판(5);

상기 취수배관지지판(5)의 각 꼭짓점(Vertex)에 묶어진 연결 로프(6);

상기 연결 로프(6)의 끝에 연결하여 해저바닥에 고정한 닻(Anchor: 9);

상기 계류삭(8) 및 클램프(14)는 취수배관(2)의 6∼10m 마다 설치되고, 지상 끝부분의 계류삭(8)에 묶어진 계주(繫柱: 10);

상기 취수배관(2) 말단(末端)에 플랜지(Flange: 13)로 연결한 수가대(受架臺: 3);

상기 취수배관(2)의 해저지표면에 안착(安着)된 끝 부분은 해저지표면에서 10∼20m 떠있도록 설치한 비중이 가벼운 부대(浮袋: 4); 로 구성된 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 취수하는 장치.
해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하는 취수장치에 있어서,

상기 취수장치는, 지상에 설치한 취수펌프(1)에 연결한 취수배관(2);

상기 취수배관(2)의 해수면보다 낮은 곳에 설치된 역지 밸브(Check valve: 11);

상기 취수배관(2)을 계류삭(繫留索, Mooring rope: 8)과 함께 클램프(Clamp: 14)의 볼트 및 너트(Bolt and nut: 15)로 조여 상부 양측에 고정한 취수배관지지판(5);

상기 취수배관지지판(5)의 각 꼭짓점(Vertex)에 묶어진 연결 로프(6);

상기 연결 로프(6)의 끝에 연결하여 해저바닥에 고정한 닻(Anchor: 9);

상기 계류삭(8) 및 클램프(14)는 취수배관(2)의 6∼10m 마다 설치되고, 지상 끝부분의 계류삭(8)에 묶어진 계주(繫柱: 10);

상기 취수배관(2) 말단(末端)에 플랜지(Flange: 13)로 연결한 수가대(受架臺: 3);

상기 취수배관(2)의 해저지표면에 안착(安着)된 끝 부분은 해저지표면에서 10∼20m 떠있도록 설치한 비중이 가벼운 부대(浮袋: 4); 로 구성된 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 취수하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 취수배관(2)의 해수면보다 깊은 곳에 수중부스터 펌프(Submersible booster pump: 12)를 설치하여 해양 심층수를 취수하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 취수배관(2)이 해수면에서 수심 200m까지는 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에 설치되는 경우에는, 가스배출구(Vapor vent hole: 16) 외부에 신축성 튜브(Elastic tube: 17)를 설치하거나 또는 가스배출구(Vapor vent hole: 16) 외부에 신축성 플레이트(Elastic plate: 18) 위에 고정판(19)에 못(Nail: 20)을 박아 고정하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 취수하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 취수배관(2)이 해수면에서 수심 200m보다 깊은 곳에서 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에 설치되는 경우에는, 취수배관(2)에 가스배출구(17)가 형성된 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 취수하는 장치.