KR101303822B1 - 해수취수용 파이프 조립체 - Google Patents

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    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

본 발명은 균일한 흡입력으로 해수 취수가 가능하고, 동시에 역세척시 세척수 배출압이 균일하고, 해수유입공간이 확보되어 여과해수의 흡입 단락이 방지되도록 한 해수취수용 파이프 조립체를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 조수간만이 일어나는 해안에 간조 해수면으로부터 일정 깊이로 터파기 시공된 취수장의 바닥측에 설치되는 해수취수용 파이프 조립체에 있어서, 일단이 폐쇄된 파이프형 단면으로 일정한 길이를 형성하고 상부에 길이 방향으로 배열되어 있는 다수개의 해수취수공을 갖는 취수내부관과; 상기 취수내부관의 둘레에 여과사의 크기보다 작은 타공구멍을 갖는 타공망으로 감싸진 취수외부관과; 상기 취수내부관과 취수외부관의 사이에 압력 조절 및 해수 유입공간을 형성하기 위해 설치된 간격유지링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해수취수용 파이프 조립체{Seawater intake pipe assembly}
본 발명은 조수 간만의 차가 있는 해안으로부터 청정 해수를 취수하기 위한 해수 취수 장치에 적용되는 해수취수용 파이프 조립체에 관한 것으로, 특히 해수 흡입 및 역세척시 분산과 균압이 이루어져 취수 효율성이 향상되고 여과사의 여과 세척이 양호하게 이루어지도록 한 해수취수용 파이프 조립체에 관한 것이다.
해안 지역의 해수 사용처 즉 수산시장, 어판장, 횟집, 양식장 등은 청정한 해수를 필요로 한다. 국내 서해안과 같이 조수 간만의 차이가 큰 해안은 점토질을 가지고 있고, 이 점토질은 뻘과 같은 부유물을 포함하고 있어 해안에서 취수한 해수는 별도의 수처리 과정을 통해 사용처에 공급되어 진다. 이때 수처리 과정은 물리적, 화학적 과정을 거치므로 사용요금과 유지비용이 높다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 국내 공개특허 공개번호 제10-2010-0113688호로서 '바다의 모래층을 여과층으로 활용하는 해수취수 시스템'이 있다. 위 배경기술에서는 해안 또는 해안에서 멀리 떨어지지 않은 곳에 해수면 이하 일정 깊이까지 파내려간 터널이나 도랑과; 해저의 모래층이나 파쇄된 암반층에 위치하여 여과되며 하강하는 해수를 집수하는, 도랑이나 터널에서 바다 쪽으로 설치되는 다수개의 집수관과; 각 집수관 말단부에 위치하여 집수관에서 나오는 여과된 해수의 유량을 제어하는 유량조절밸브와; 각 집수관에서 나오는 여과된 해수를 모아 밖으로 이송하는 송수관 및 송수펌프로 이루어지는 바다의 모래층을 여과층으로 활용하여 여과된 해수를 얻는 해수취수 시스템을 제안한다. 그러나 배경기술은 집수관에 대한 구체적인 구성이 개시되어 있지 않아 해저층에서 집수 능력을 발휘하기 어렵다.
국내 등록실용 등록번호 제20-0364438호에는 '매립형 해수 흡입용 후드'가 제시되어 있다. 특허문헌 1은 해저 왕모래층에 매설된 흡입수평파이프부재로부터 해수를 흡입하는 것으로 흡입수평파이프 둘레에 격자 배열되어 있는 해수흡입공을 통해 해수 흡입력을 발휘하게 되어 있다. 그러나 특허문헌 1의 배출파이프부재는 흡입수평파이프의 중앙에 연결되어 흡인력 발생시 흡입수평파이프가 연결되어 있는 부분과 가까운 부분에서는 상대적으로 멀리 떨어져 있는 부분간에 압력차가 발생되어 흡입수평파이프의 길이 방향으로 균일한 흡인력이 작용하지 못하게 되어 취수 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 국내 등록실용 제20-0315559호에는 '해수 흡입용 흡입후두'가 제시되어 있다. 특허문헌 2는 매몰이 방지되고 흡입판의 타면에 가이드부재가 구비되어 해수를 외부로 배출시키는 배출파이프가 삽입 고정되며, 배출파이프에는 해저면의 변화에 따라 교체가 가능하도록 수직파이프, 제 1,2연결파이프 및 제 1,2수평파이프로 이루어진 유입부재가 체결됨으로써 저항력이 적게 되어 흡입 해수량이 풍부하게 되고, 고정부재와 유입부재의 결합부위가 플랜지부로 체결됨으로써 해저면의 변화에 따라 교체가 가능하도록 되어 있다. 그러나 특허문헌 2의 경우도 수직 및 수평파이프에 형성된 유입공이 특허문헌 1과 동일하게 격자 배열되어 있어 균일한 흡입력을 기대할 수 없으므로 취수 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 특허 문헌1,2는 모두 역세척을 고려하지 않는 구성으로써 역세척수가 균일한 압력으로 배출되기가 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 균일한 흡입력으로 해수 취수가 가능하고, 동시에 역세척시 세척수 배출압이 균일하고, 해수유입공간이 확보되어 여과 해수의 흡입 단락이 방지되도록 한 해수취수용 파이프 조립체를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면,
조수간만이 일어나는 해안에 간조 해수면으로부터 일정 깊이로 터파기 시공된 취수장의 바닥측에 설치되는 해수취수용 파이프 조립체에 있어서,
일단이 폐쇄된 파이프형 단면으로 일정한 길이를 형성하고 상부에 길이 방향으로 배열되어 있는 다수개의 해수취수공을 갖는 취수내부관과;
상기 취수내부관의 둘레에 여과사의 크기보다 작은 타공구멍을 갖는 타공망으로 감싸진 취수외부관과;
상기 취수내부관과 취수외부관의 사이에 압력 조절 및 해수 유입공간을 형성하기 위해 설치된 간격유지링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따르면,
다수개의 해수취수공의 이웃한 간격은 취수내부관의 흡입구에서 폐쇄구로 갈수록 좁아지게 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따르면,
취수내부관에는 해수취수공의 크기보다 작은 직경을 갖고 해수 취수공보다 낮은 위치에 형성되어 있는 다수개의 침출수 흡입공을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 해수취수용 파이프 조립체은 다수개의 해수취수공이 흡입구의 직경을 고려하여 형성되고 배열되어 있어 고른 균압의 흡입력이 작용하여 취수 효율이 향상되고, 역세척수가 고루 분포되어 여과사의 세척이 양호하게 이루어진다.
또한 압력 조절 및 해수 유입공간을 갖는 이중관 구조로 이루어져 취수 중 여과 해수의 흡입 단락을 방지할 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해수취수용 파이프 조립체가 적용된 해수 취수 시스템의 개념도.
도 2는 도 1의 평면적인 구성도.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 해수취수용 파이프 조립체를 포함하는 취수장치의 사시도.
도 3b는 도 3a의 정면도.
도 3c는 도 3a의 일측면도.
도 4는 도 3a에서 취수프레임과 해수취수관의 설치 상태를 나타낸 도면.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 해수취수용 파이프 조립체의 사시도.
도 5b는 도 5a의 K-K선 단면 확대도.
도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 해수취수용 파이프 조립체에 포함된 취수내부관의 평면도.
도 6은 도 3a의 취수장치에 적용되는 산기관의 사시도 및 요부 확대 분해사시도.
도 7은 도 3a의 취수장치에 적용되는 슬러지 포집관의 사시도.
도 8a는 본 실시 예의 해수취수용 파이프의 작용을 설명하기 위한 해수 취수 시스템에서 해수 취수시 여과흐름을 나타내는 도면.
도 8b는 본 실시 예의 해수취수용 파이프의 작용을 설명하기 위한 해수 취수 시스템에서 역세척 공정시 여과사 세척 및 슬러지 흡입 과정을 나타내는 도면.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 해수취수용 파이프 조립체(120)는 도 1 및 도 2와 같이 예로 조류 해안용 해수 취수 장치(100)에 포함될 수 있다. 조류 해안용 해수 취수 장치(100)는 조수간만이 일어나는 해안에 간조 해수면(G0)으로부터 일정 깊이(h)로 터파기 된 취수장(2)에 설치된다.
여기서 취수장치(100)는 도 3 및 도 4와 같이 직육면 형태의 틀체를 이루는 취수프레임(110)이 구비된다. 취수프레임(110)은 직육면 형태의 모서리를 따라 구성되어 육면으로 개방되어 있는 구조를 갖는다. 취수프레임(110)에는 본 발명의 실시 예에 따른 해수취수용 파이프 조립체(120)를 포함하여 산기관(130) 및 슬러지 포집관(140)이 설치되어 있다.
해수취수용 파이프 조립체(120)는 취수프레임(110)내의 하부측에 배치되어 있다. 해수취수용 파이프 조립체(120)는 취수프레임(110)의 길이 방향으로 서로 나란하게 병렬로 배치되어 있다.
해수취수용 파이프 조립체(120)는 펌프실 박스(300)의 취수포트에 각기 연결된다. 해수취수용 파이프 조립체(120)는 각기 2중관 구조를 갖고 있다. 해수취수용 파이프 조립체(120)는 취수내부관(122), 취수외부관(124) 및 간격유지링(126)으로 구성되어 있다.
취수내부관(122)은 도 5a 내지 도 5c와 같이 일정한 길이와 동일한 직경의 파이프 단면을 가지고 일측단에 흡입구(122b)와 타측단이 폐쇄된 형태를 갖는다. 취수내부관(122)은 여과사층으로부터 취수를 하기 위해 상부에 길이 방향으로 배열되어 있는 다수개의 해수취수공(122a)을 갖는다.
이때 이웃한 해수 취수공(122a)간의 간격은 취수 및 역세척시 균일 압력의 작용을 위해 취수내부관(122)의 폐쇄단으로 갈수록 좁아지게 형성됨이 바람직하다. 즉, 도 5c와 같이 L1>···>L2>···>L3가 되도록 형성될 수 있다.
또한, 취수내부관(122)에는 해수취수공(122a)의 크기보다 작은 직경을 갖고 해수 취수공(122a)보다 낮은 위치에 형성되어 있는 다수개의 침출수(간수) 흡입공(122d)을 더 가질 수 있다. 이때 침출수 흡입공(122b)은 취수장(2)의 바닥측에서 침출되어지는 해수를 유입시키는 역할을 한다.
취수외부관(124)은 취수내부관(122)의 외측 둘레를 감싸서 배치된다. 취수내부관(122)은 여과사(200)의 크기보다 작은 타공구멍을 갖는 타공망으로 구성된다. 이때 타공망은 길이 방향으로 분할 접합되어 설치된다.
간격유지링(126)은 취수내부관(122)과 취수외부관(124)의 사이에 배치되어 원둘레로 간극(G)이 발생되어 압력 조절 및 해수 유입공간(V)을 형성한다. 간격유지링(126)은 본 실시예에서 원형단면으로 구성하였으나 이러한 단면 구조에 한정되는 것은 아니다. 간격유지링(126)은 먼저 취수내부관(122)의 외주면에 용접된 후 취수외부관(124)이 간격유지링(126)에 접합되어 해수유입공간(V)을 형성한다. 이같이 간격유지링(126)은 해유유입공간(V)을 형성함과 동시에 망체형 취수외부관(124)을 단위 길이로 용접될 수 있도록 한다.
여기서 해수취수용 파이프 조립체(120)는 길이 정도에 따라 분할 제작되어 플랜지를 통하여 접합될 수 있다.
산기관(130)은 역세척 공정에 사용된다. 산기관(130)은 해수취수용 파이프 조립체(120)의 하방에 배치되어 취수프레임(110)에 고정되어 있다. 도 6과 같이 산기관(130)은 상호 나란하게 병렬로 연결 배치된 복수 개의 공기분배관(132)과, 공기분배관(132)에 직각 방향으로 병렬로 연결되고 상부에 길이 방향으로 배열된 다수개 개의 급기구멍(134a)을 갖는 공기급기관(134)과, 급기구멍(134a)의 상면에 위치되어 공기급기관(134)에 접합되어 있는 기포망(136)으로 구성되어 있다. 기포망(136)은 급기구멍(134a)의 크기보다 상대적으로 작은 구멍이 타공되어 있는 형태이다.
슬러지 포집관(140)은 산기관(130)과 함께 역세척 공정에서 발생되는 슬러지를 포집·제거하기 위해 사용된다. 슬러지 포집관(140)은 해수취수용 파이프 조립체(120)의 상방에 배치된다. 슬러지 포집관(140)은 도 7과 같이 취수프레임(110)에 길이 방향으로 배치된 슬러지 합류관(142)과, 슬러지 합류관(142)의 직경보다 작은 직경을 가지고 슬러지 합류관(142)에 병렬로 연결되어 있고 하부측에 길이 방향으로 분포되어 있는 슬러지 포집구(144a)를 갖는 다수개개의 개별 슬러지 포집관(144)으로 구성되어 있다.
여기서, 산기관(130)에 공기를 주입하기 위해 펌프실 박스(300)내에 역세척용 송풍기(410)가 설치된다. 역세척용 송풍기(410)는 펌프실 박스(300)의 외측 플랜지 배관을 통해 산기관(130)에 연결된다. 또한 해수취수용 파이프 조립체(120)으로 역세척수를 공급하기 위해 펌프실 박스(300)의 일측에 역세척수를 저장하여 두는 저수조(500)가 더 설치된다.
한편, 취수장치(100)가 설치되는 취수장(2)의 전체 영역에는 여과사(200)가 설치된다. 여과사(200)는 취수장(2)에 충진되어 취수장치(100)로 흡입될 해수를 여과시키는 것으로, 바람직하게는 2 ~ 5mm의 일정한 공극을 지닌 규소를 주성분으로 하여 제작된 규사가 될 수 있다. 여과사(200)는 취수장(2)에 채워져 취수장치(100)를 매설시키며 슬러지 포집구(144a)의 위치보다 낮은 위치까지 충진되어진다. 따라서, 슬러지 포집구(144a)는 여과사(200)층에 위치하지 않는다. 그 결과 여과사(200)의 상면과 단일 슬러지 포집관(144)의 사이에는 일정한 간격의 층이 유지되고, 그 간격 층의 볼륨은 역세척 후 슬러지 부유물이 떠다닐 수 있는 부유층이 된다.
이같이 구성된 해수취수용 파이프 조립체(120)는 취수장치(100)에 포함되어 조수간만이 일어나는 해안에 간조 해수면(G0)으로부터 일정 깊이(h)로 터파기하여 형성된 취수장(20)에 위치된다.
취수장(20)에는 일정량의 여과사(200)가 충진되어 취수장치(100)가 여과사(200)층에 매설된다.
그 다음, 취수장치(100)에 가까이 위치하여 간조 해수면과 동일한 지면상에 미리 제작된 펌프실 박스(300)가 취수장치(100)의 후방 육지쪽에 설치된다.
그 다음, 취수장치(100)의 각종 배관을 펌프실 박스(300)에 방수플랜지를 통해 연결한다. 이때 배관의 연결은 간조시에 시행됨이 바람직하다.
이 후 펌프실 박스(300)의 일측에 취수장치(100)에 포함된 해수취수용 파이프 조립체(120)로 역세척수를 공급하기 위한 저수조(500)가 설치된다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 해수 취수 및 여과 그리고 역세척 공정에 포함시여 설명한다.
<해수 취수 및 여과 공정>
먼저, 펌프실 박스(300)내의 취수 펌프(400)가 가동되면 취수장치(100)에 흡입력이 발생되어 해수취수용 파이프 조립체(120)를 통해 해수가 취수된다. 이때 해수취수용 파이프 조립체(120)에는 여과사(200)층을 통과하면서 여과된 청정 해수가 취수된다.
해수취수용 파이프 조립체(120)에서 취수되는 해수의 경로는 취수외부관(124)을 통해 유입된 후 해수취수공(122a)을 거쳐 취수내부관(122)을 경유한다. 이때 간격유지링(126)에 의해 취수내부관(122)과 취수외부관(124)의 사이에 압력 조절 및 해수 유입 공간이 생겨 여과해수의 흡입은 단락되지 않고 계속적으로 이루어진다. 취수 펌프(400)에서 흡입된 청정 해수는 해수공급관(15)을 통해 사용처로 공급된다.
이때 여과사(200)층에서는 주로 체거름작용, 저지작용, 중력침강작용에 의하여 취수 과정에서 부유물질이 제거되어 청정해수가 해수취수용 파이프 조립체(120)로 취수된다.
한편, 해안에서 발생되는 조류로 인한 해수면의 복원력으로 여과사(200)층에 가해지는 투과 압력의 변화에 의해 여과 효율이 좋아지고, 이때 여과사(200)에 걸러진 극미세한 부유물은 외부로 유출되어 지속된 여과 작용을 얻을 수 있다. 또한 후술할 역세척 공정의 주기를 최대로 연장할 수 있게 된다.
<역세척 공정>
다른 한편, 여과사(200)층에 폐색을 일으키는 부유물이나 점토질을 제거하고자 할 경우 역세척 공정을 시행한다.
이 역세척 공정은 산기관(130)에 공기를 불어넣어 부유물이나 점토질과 혼합된 여과사에서 1차적으로 이들을 서로 분리시키고 2차적으로 해수취수관(120)에 역세척수를 공급하여 점토질 등을 부유시키고, 이후에 슬러지 포집관(140)에 흡인력을 발생시켜 이루어진다. 이때 여과사(200)의 상면과 단일 슬러지 포집관(144)의 사이에는 일정한 간격의 층이 설정되어 있고 그 간격 층의 볼륨은 역세척 후 슬러지 부유물이 떠다닐 수 있는 부유층이 되는데 슬러지 포집관(140)은 부유층에 포함된 점토질 등을 포집하게 된다.
산기관(130)에 연결된 역세척용 송풍기(410)가 작동을 개시하면 펌프실 박스(300)내로 유입된 공기가 공기분배관(132)을 통해 유입되어 공기급기관(134)측 급기구멍(134a)을 통해 배출된다. 이때 급기구멍(134a)을 통과한 공기는 기포망(136)에 의해 기포 상태로 부상하여 여과사(200)층으로 침투한다. 이와 동시에 취수 펌프(400)의 역동작으로 저수조(500)내의 해수가 해수취수용 파이프 조립체(120)로 공급되어 취수외부관(124)의 타공구멍을 통하여 토출된다.
이같이 역세척 공정에서는 기포와 역세척수의 토출로 여과사(200)층에 점착되어 있는 슬러지를 강제로 이탈시킨다. 이후 슬러지 포집관(140)에 연결된 펌프(도시안됨)를 가동시키면 여과사(200)에서 이탈된 슬러지가 슬러지 포집관(140)의 슬러지 포집구(144a)를 통해 포집되어 도시안된 수중배출관을 통하여 외부로 유출된다.
이와 같이 역세척 공정에서는 취수장치(100)에서 기포의 주입과 해수취수용 파이프 조립체(120)측 역세척수의 공급으로 여과사(200)에 점착된 슬러지를 이탈·부유시키고 이후 부유된 슬러지를 포집하여 외부로 제거시킴으로써 여과사(200)는 제기능의 여과를 발휘하게 되어 양질의 청정한 해수를 지속적으로 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 조류 간만이 일어나는 해안에서 간조시 수위보다 아래에 설치되는 여과사(200)를 해수취수용 파이프 조립체(120)로 역세척시킬 수 있고 동시에 여과사(200)에 흡착된 슬러지를 이탈·포집시킬 수 있어 여과 효율성이 향상된다. 또한 충진된 여과사(200)를 통해 해수가 여과되어 해수취수용 파이프 조립체(120)로 취수되어 청정한 여과 해수를 공급받을 수 있다. 또한 해수취수용 파이프 조립체(120)는 육지와 접해있는 해안 가까이 설치되어 시공이 용이하다. 또한 취수된 해수는 청정하여 후처리 과정을 거치지 않아도 되므로 생산비가 저렴하여 사용처에게 저렴하게 공급할 수 있다. 또한 해수 여과 후 후처리 공정의 처리 비용이 없어지므로 유지비용을 대폭 절감할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
2: 취수장
100: 취수장치
110: 취수프레임
120: 해수취수용 파이프 조립체
122: 취수내부관
124: 취수외부관
126: 간격유지링
130: 산기관
132: 공기분배관
134: 공기배출관
136: 기포망
140: 슬러지 포집관
142: 슬러지 합류관
144: 단일 슬러지 포집관
200: 여과사
300: 펌프실 박스
400: 취수펌프
500: 저수조

Claims (3)

  1. 조수간만이 일어나는 해안에 간조 해수면(G0)으로부터 일정 깊이(h)로 터파기 시공된 취수장(2)의 바닥측에 설치되는 해수취수용 파이프 조립체(120)에 있어서,
    일단이 폐쇄된 파이프형 단면으로 일정한 길이를 형성하고 상부에 길이 방향으로 배열되어 있는 다수개의 해수취수공(122a)을 갖는 취수내부관(122)과;
    상기 취수내부관(122)의 둘레에 여과사의 크기보다 작은 타공구멍(124a)을 갖는 타공망으로 감싸진 취수외부관(124)과;
    상기 취수내부관(122)과 취수외부관(124)의 사이에 압력 조절 및 해수 유입공간을 형성하기 위해 설치된 간격유지링(126)을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수취수용 파이프 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    다수개의 해수취수공(122a)의 이웃한 간격은 취수내부관(122)의 흡입구(122b)에서 폐쇄구(122c)로 갈수록 좁아지게 구성한 것을 특징으로 하는 해수취수용 파이프 조립체.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 취수내부관(122)에는 해수취수공(122a)의 크기보다 작은 직경을 갖고 해수 취수공(122a)보다 낮은 위치에 형성되어 있는 다수개의 침출수 흡입공(122d)을 갖는 것을 특징으로 하는 해수취수용 파이프 조립체.
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