KR101316511B1 - 유속 저감형 배수로 양식장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화력 발전소의 온배수 배수로 등에 설치되는 유속 저감형 배수로 가두리 양식 장치에 관한 것으로서, 속도가 빠르면서 흐름이 일방향으로 항상 일정하게 흐르는 발전소 온배수를 이용하여 어류, 해삼, 전복 등 수산 생물의 중간 육성을 할 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 가두리 양식 장치는 전면 유속 저감 장치, 측면 유속 저감 장치, 부력 탱크, 프레임, 지지대, 보조 부력 탱크, 작업발판, 가두리 그물 등으로 구성되며, 특히 가두리 시설 전면에 설치되는 유속 저감 장치는 선체형의 타공판 구조로서 속도가 빠른 흐름이라도 유속 저감 장치를 통과하면 가두리 그물 내부의 유속이 감속된 채 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하고 있기 때문에 유속이 빠른 배수로 환경 조건에서도 수산 생물의 중간 육성이 가능하다.

Description

유속 저감형 배수로 양식장치{Channel cage facility with flow reduction system}

본 발명은 유속 저감형 배수로 양식장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유속이 빠른 협수로 등에 설치되는 타공판으로 이루어진 전면유속저감장치, 측면유속저감판과 슬롯이 형성된 측면유속저감장치를 포함하는 유속저감형 배수로 양식장치에 관한 것이다.

발전소 온배수는 바다에서 취수한 해수를 냉각수로 사용하고 다시 바다로 방류하는 배출수로서 자연 해수보다 연평균 5~7℃ 정도 높아 수산 생물자원의 성장을 촉진시킬 수 있는 장점을 갖는다.

즉, 수산 자원의 성장과 수온관계에 대한 연구보고에 의하면 일반적으로 수온이 적당히 상승할 경우에는 성장이 좋고, 산란시기가 빨라지며, 어란이 부화하는데 필요한 시간이 단축되는 것 등의 성장, 성숙에 효과가 있는 것으로 알려져 왔음에도 불구하고, 일반 어민들에게는 발전소 온배수에 대한 부정적인 측면만이 강하게 부각되어 발전소 주변 어업인들로부터 민원 제기 등이 반복적으로 제기되어, 발전소 건설사업 추진에 큰 걸림돌이 되어왔다.

일본 및 유럽국가 등에서 발전소 온배수에 대한 활용은 1950년대에 시작되어 1970년대부터는 실용화 단계에 접어들었으며, 일본은 최초로 온배수를 어류 양식에 활용하였고 그외 프랑스, 미국, 독일, 영국 등의 유럽 국가들은 양식업과 농업 등 여러 분야에 온배수를 활용하기 위한 기술 개발을 추진하였다.

발전소 온배수에 대한 외국의 연구 및 실용화 사례를 살펴보면, 먼저 일본의 경우, 온배수의 이용이 가장 많이 이루어지고 있는 분야는 어업, 특히 양식업의 종묘생산 및 성어육성에 이용되고 있고, 그 밖에도 터치풀, 수족관, 낚시터 운영 등에 발전소 온배수가 적극적으로 활용되고 있다.

일본 최초의 온배수 양식업은 1963년에 동북전력(주)의 센다이 화력 발전소에 의해 실시되었다. 동 발전소는 당시 온배수를 활용하여 전복양식에 대한 시범사업을 실시하였으며, 1970년부터 원자력 발전의 가동과 함께 발전소 온배수의 활용 방안에 대한 연구가 활발히 전개되었다.

연구결과에 의하면, 발전소 온배수 이용에 따른 연안 해역에서 수산자원의 성육 측면에서 긍정적 효과는 취수, 배수에 의한 해수교환 촉진, 온배수에 의한 집어 효과, 온배수에 의한 어패류의 성장 촉진, 방파제 등에 의한 생육장의 확대 및 방파제 등에 의한 해류의 흐름 개선 등이 있는 것으로 파악되었다.

이에 따라, 1974년에는 온수 양어개발 협회(재)와 도카이 원자력 발전소에서 돔, 보리새우, 전복 등을 시범 사육하였고, 이후 온배수의 양식업 활용이 지속적으로 확대되어 원자력 발전소 7개소와 화력 발전소 13개소에서 광어, 전복 등의 종묘생산 및 중간육성을 실시하는 등의 기업규모의 양식장을 운영하고 있다. 이러한 온배수 활용 종묘생산의 확대에 따라 2000년에는 전국 전복 종묘 생산량 중 11%가 온배수에 의해 이루어졌다.

유럽에서도 발전소의 온배수는 수산업 및 농업분야에서 적극적으로 활용되고 있으나, 유럽의 발전소는 대부분 내륙에 위치하고 있기 때문에 냉각수는 주로 해수가 아닌 하천수를 이용하고 있다. 냉각방식은 주로 배관을 통해서 냉각수를 공급하는 우리나라와는 달리, 유럽은 냉각수의 활용도 향상을 위해서 주로 냉각탑을 이용한 열교환 방식을 취하고 있다. 이러한 시설은 냉각수의 사용량이 줄어드는 장점이 있는 반면에 1조원 이상의 막대한 시설비 투자를 동반하며, 배출수의 온도가 매우 높다는 단점을 갖고 있다.

특히 프랑스, 영국, 벨기에 등에서는 발전소 온배수를 돔, 농어, 넙치, 장어, 메기, 연어 등의 양식에 활용하고 있고, 프랑스 그라블린(Gravelines) 원자력 발전소는 도버 해협에 위치하여 해수를 발전소 온배수로 사용하고 있어 온배수를 활용한 수산양식이 가능하여, 폭 127m, 길이 1,200의 대형 양식장에서 농어와 돔을 양식하여 매년 2,000톤 이상을 생산하고 있다.

한편, 우리나라에서 발전소 온배수를 수산업 분야에 최초로 적용한 것은 1964년 감천 화력 발전소로서, 당시 일본에서 가져온 진주조개를 동 화력 발전소의 온배수 확산 해역에서 월동시키는 실험이 실시되었다. 온배수를 양식업에 제대로 접목시킨 것은 1983년도인데, 당시 넙치 양식 업체가 영동화력발전소의 배수로에서 온배수를 취수하여 넙치 양식에 활용하였다.

이후, 화력발전 및 원전 발전소 온배수를 활용한 저탄소 녹색 양식업 발전 방향의 개발, 확대에 따라 온배수 배출량이 증가하면서 이에 대한 시험 양식 또한 성장기에 접어들게 되었고, 이와 같은 시험양식 사례가 늘어나면서 온배수를 활용한 양식기술이 개발되고 대상 어종 및 생산량이 확대되었다.

2000년대 초반에 들어서는 발전소 온배수에 대한 이용이 시험 양식을 기반으로 영동 화력 발전소와 하동 화력 발전소 주변의 온배수를 활용하여 종묘 및 성어 생산이 민간 업체에 의해 성공적으로 실시됨에 따라 활용분야도 양식에서 수족관 및 바다 목장 사업 등으로 그 영역을 서서히 넓혀 가고 있으며, 2010년 영광 원자력 발전소에서는 온배수를 활용하여 25개 전시조를 갖춘 수족관을 개관하였다.

최근 화력 발전소의 온배수를 수산 양식에 활용하기 위한 시도가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있고, 상기에서 살펴본 바와 같이 발전소 온배수를 이용한 양식 시설이 국내외 발전소에서 많이 시설되었으나, 지금까지 국내외에서 발전소 온배수를 활용한 양식분야의 시설물은 대부분이 배수로의 온배수를 취수관을 통해 육상 수조에 공급하여 어류, 전복, 해삼 등의 수산 생물을 중간 육성하거나 성어를 양식하는 방식에 그치고 있고, 유속이 매우 빠른 배수로에 양식 시설을 직접 설치하여 수산 생물을 양식한 사례는 세계적으로도 찾아보기 힘들다.

특히, 온배수 배수로의 경우 통상 1.0 m/s 이상의 빠른 유속이 일정 방향으로 지속적으로 흐르기 때문에 가두리 시설의 유지와 가두리 그물의 변형 방지 및 어류 등 수산 생물의 양성을 위해서는 별도의 장치가 필요하다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 유속 저감형 배수로 양식장치로서, 타공판으로 이루어진 전면유속저감장치, 측면유속저감판을 수용할 수 있는 슬롯 홈을 갖는 프레임으로 이루어진 측면유속저감장치를 유속이 빠른 온배수 배수로에 설치하여 자연해수보다 평균 5~7℃ 정도 높은 발전소 온배수의 유속을 감소시켜 가두리양식장치 내부의 수산생물이 안정적으로 양식 가능한 유속 저감형 배수로 양식장치를 제공하고자 한다.

국내 공개특허공보 제10-2000-0072766호에는 발전소에서 배출된 온배수를 취수하는 단계, 이 온배수를 저류조에 분사시키고, 동시에 저류조 바닥에서 에어 폭기 장치를 가동하여 기포를 발생시켜 수중의 잔류 염소를 제거하며, 용존 산소 농도를 증가시키는 수질 개선 단계 및 이렇게 수질을 개선한 온배수를 양어 수조에 급수하는 단계를 포함한다. 온배수를 수용하는 저류조, 온배수 주수 라인을 통해 들어온 온배수를 저류조 상부에서 분사시키는 수단, 저류조 바닥에서 압축 공기를 불어 넣어 기포를 발생시키는 폭기 수단 및 양어 수조에 급수하는 급수 수단을 구비한 발전소 온배수를 이용한 양어방법 및 그러한 양어방법에 이용되는 발전소 온배수의 수질개선방법이 개시되어 있다. 국내 공개특허공보 제10-2002-0060437호에는 외측면에 고기가 출입하는 복수개의 창을 각각 구비하고, 나란하게 배열되는 복수개의 선박본체 그리고 상기 복수개의 선박본체를 서로 연결하면서, 선박본체가 원형을 유지할 수 있도록, 적어도 일부가 각각의 선박에 접촉하거나 적어도 일단부가 선박에 고정되면서, 선박본체 전체를 둘러싸는 형태의 프레임으로 구성되는 선박을 이용한 인공어초가 개시되어 있다. 일본등록특허 제2665704호는 양식한 생선을 활어조로부터 출하장에 운반하거나, 선망선이나 정치망 등으로 수확할 수 있던 생선을 운반하는 경우처럼 단거리의 활어 운반에 사용되는 예향식 활어 운반선에 대해 개시되어 있다. 그러나, 이와 같은 선행기술들은 단순히 어류의 서식환경을 제공하거나, 발전소 온배수의 온도를 낮추거나 수질개선을 위한 것을 목적으로 하는 장치로서, 본 발명에서와 같이 수산생물을 가두리 양식하는 과정에서 선체구조의 가두리 본체에 타공판으로 이루어진 전면유속저감장치와 측면유속저감판과 슬롯이 형성된 측면유속저감장치를 설치함으로써, 발전소로부터 배수되는 온배수의 유속 감소 및 일정 유속을 유지하여 가두리본체 내부의 수산생물이 안정적으로 양식되도록 하며, 자연해수보다 높은 온배수를 이용하여 어류의 산란시기 및 어란의 부화시간을 단축시키는 등의 성장성숙에 효과가 있는 유속 저감형 배수로 양식장치에 관한 구성은 개시되지 않아 차이를 보인다.

본 발명에서는 선체 형태의 가두리 양식장치 전면과 측면에 유속 저감장치를 설치하고, 가두리 시설의 유지를 위한 부력탱크 및 보조 부력탱크와 그물의 변형을 방지하기 위한 바닥 및 측면 그물 설치용 프레임 등을 설치함으로써, 유속이 매우 빠른 배수로에서도 어류 등 수산 생물을 안정적으로 생산하기 위한 유속 저감형 배수로 양식장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖으며, 면과 면이 만나는 돌출부 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지는 전면유속저감장치; 상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치를 제공한다.

상기 전면유속저감장치의 타공판의 공극률은 15-35% 범위를 갖고, 상부에는 부력탱크가 형성되며, 상기 좌우 측면유속저감장치 사이에는 보조부력탱크가 형성되며 측면유속저감장치 상면에는 부력재로 제작된 일정면적의 보행구간과 핸드레일이 설치되어 있다.

또한 상기 가두리장치는 측면유속저감판을 수용할 수 있는 슬롯 홈을 갖는 프레임으로 이루어진 측면유속저감장치가 좌우측에 형성되며, 가두리 그물을 설치 가능한 보강프레임이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 형태로는 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖는 전면유속저감장치; 상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리본체로 이루어지고; 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 "<" 형상의 단면 접합으로 하단부까지 일정한 각도를 갖고 면과 면이 만나는 돌출부 내각은 70-80도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시 형태로는 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖는 전면유속저감장치; 상기 전면유속저감장치와 연결되는 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어지고; 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지고, 선체형 돌출부 꼭지점 상단부에서 하단부까지 수직으로 형성되며, 하단부 끝에는 외부로 돌출된 윙렛(winglet)이 형성되는 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치를 제공한다.

또한 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 상단부와 하단부로 구분되는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지며, 선체형 돌출부 꼭지점 상단부는 수직으로 형성되며 하단부는 하단부 시작점부터 하단부 끝점까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어질 수 있고, 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지고, 선체형 돌출부 꼭지점 상단부에서 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 유속 저감형 배수로 가두리 양식 장치는 유속이 빠른 발전소 배수로에서 어류, 해삼, 전복 등 수산생물의 안정적인 양식이 가능하며, 온배수에 의해 수온이 적당히 상승함으로써 수산생물의 성장이 좋고 산란 시기가 빨라지며, 어란이 부화하는데 필요한 시간이 단축되는 등의 성장, 성숙에 효과가 있고 특히 겨울철 저수온기에 온배수를 이용하는 경우 생산비용(유류비) 절감 및 탄소 배출량 저감시킬 수 있는 등의 어패류의 종묘생산 및 양식에 매우 큰 효과를 갖는다. 이로부터 발전소 온배수에 대한 부정적 인식을 해소하고 지역 주민들의 소득 증대에 기여할 수 있을 것이며, 기존의 국내 및 외국의 화력 발전소의 온배수의 잠재적 가치 창출 및 홍보용과 후속 발전기 건설에도 파급 효과가 크다.

도 1은 종래의 발전소 온배수를 이용한 가두리양식장을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치의 6면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치의 전면유속저감장치의 6면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치의 측면유속저감장치의 6면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 측면유속 저감장치의 상세구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 전면 유속저감장치와 유체해석결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 전면 유속저감장치와 유체해석결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 전면 유속저감장치와 유체해석결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 전면 유속저감장치와 유체해석결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 전면유속저감장치의 타공판의 공극의 크기를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 전면 유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극에 따른 유체 흐름 해석결과를 나타낸다(공극률 15%).
도 13은 본 발명의 전면 유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극에 따른 유체의 흐름 해석결과를 나타낸다(공극률 20%).
도 14는 본 발명의 전면 유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극에 따른 유체의 흐름 해석결과를 나타낸다(공극률 25%).
도 15는 본 발명의 전면 유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극에 따른 유체의 흐름 해석결과를 나타낸다(공극률 30%).
도 16은 본 발명의 전면 유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극에 따른 유체의 흐름 해석결과를 나타낸다(공극률 35%).
도 17은 본 발명의 전면유속저감장치의 후단에 타공판의 공극이 형성된 스크린을 더 설치한 형태의 유체흐름을 계산하기 위한 실험모형도를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 스크린의 공극에 따라 형성되는 유체해석결과를 나타낸다(공극률 15%).
도 19는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 스크린의 공극에 따라 형성되는 유체해석결과를 나타낸다(공극률 20%).
도 20은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 스크린의 공극에 따라 형성되는 유체해석결과를 나타낸다(공극률 25%).
도 21은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 스크린의 공극에 따라 형성되는 유체해석결과를 나타낸다(공극률 30%).
도 22는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 스크린의 공극에 따라 형성되는 유체해석결과를 나타낸다(공극률 35%).
도 23은 타공면적에 따른 유속저감장치의 작용에 대해 해석한 결과를 나타낸다.
도 24는 전면 유속저감장치와 2개의 가두리장치를 결합한 형태의 유속 저감형 배수로 양식장치의 유체흐름을 해석한 결과를 나타낸다.
도 25는 5개의 가두리 양식장치를 결합한 형태의 유속 저감형 배수로 양식장치를 나타낸다.
도 26은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 설치한 설치도를 나타낸다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖고 면과 면이 만나는 돌출부 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지는 전면유속저감장치; 상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 측면유속저감장치와 가두리장치의 사이에는 보조부력탱크 및 부력재로 제작된 일정면적의 보행구간과 핸드레일이 설치되어 있고 가두리장치 측면에는 측면 유속저감판이 복수개 형성되며, 가두리본체 내부에는 가두리장치를 보강할 뿐만 아니라 그물이 설치되는 보강프레임이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치와 관련한 구체적인 구성과 실시 예는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다.

도 1은 종래의 발전소 온배수를 이용한 가두리양식장을 나타낸다. 종래의 발전소 온배수를 이용한 가두리양식장은 도 1에서와 같이 육상에 양식수조를 설치하여 발전소에서 배수되는 온배수를 배관을 통해 공급받아 어류, 전복, 해산물의 수산생물을 중간육성하거나 성어를 양식하는 수준에 그치고 있다.

최근 화력 발전소의 온배수를 수산 양식에 활용하기 위한 시도가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있기는 하지만, 이들 양식에 이용되는 시설물의 대부분은 배수로의 온배수를 취수관을 통해 육상 수조에 공급하는 방식이며, 유속이 빠른 배수로에 양식 시설을 직접 설치하여 양식하는 예는 찾아볼 수 없다.

특히, 온배수 배수로의 경우 통상 1.0 m/s 이상의 빠른 유속이 일정 방향으로 지속적으로 흐르기 때문에 가두리 시설의 유지와 가두리 그물의 변형 방지 및 어류 등 수산 생물의 양성을 위해서는 별도의 장치가 필요하다.

도 2는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치의 사시도를 나타내며, 도 3은 유속 저감형 배수로 양식장치의 6면도를 나타낸다. 유속 저감형 배수로 양식장치의 기본적 구성은 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖고 면과 면이 만나는 돌출부 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지는 전면유속저감장치; 상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어진다.

상기 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 선단부의 다각형구조에 따라 다음의 4개의 형태로 구분될 수 있다.

1) 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 수직으로 형성되는 형태.

2) 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 수직으로 형성되고, 하단 끝에는 외부로 돌출된 윙렛(winglet)이 형성되는 형태

3) 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 상면과 하면으로 구분되는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 상면은 수직이고 하면은 상면과 연결되어 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태.

4) 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 상단부부터 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태.

상기 2)에서 전면유속저감장치 하단에 외부로 돌출된 윙렛(winglet)은 본래 항공기에서 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘인 양력을 더 얻기 위해서 주익 끝에 수직으로 붙인 작은 날개를 말하며, 작은 크기로 더 큰 양력을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이를 이용하여 전면유속저감장치와 윙렛을 연결하여 "≤" 형태를 이루게 되며, 상기 전면유속저감장치와 윙렛의 연결부의 형태인 "〉"는 빠르고 강한 유속을 가진 발전소 온배수가 개구부를 통해 내부의 연결부와 부딪혀 양력이 사방으로 분사되어 유속이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 각각의 선체 구조를 갖는 전면유속저감장치의 상부에는 부력 탱크와 손잡이를 갖는 핸드레일로 구성되고, 상기 부력탱크와 연결되어 있는 전면 하부를 구성하는 단면은 타공판으로 형성되며 단면에 형성되는 타공은 15~35%의 공극률을 갖고 형성된다. 또한 가두리장치는 측면유속저감판을 수용할 수 있는 슬롯 홈을 갖는 프레임으로 이루어진 측면유속저감장치가 좌우측에 형성되어, 전면유속저감장치를 지나 가두리 장치의 측면으로 흘러들어오는 유속을 저감시키는데 사용된다.

상기 측면유속저감장치는 외벽에 격자모양의 그물설치용 프레임으로 연결되고, 상기 좌우 프레임에는 측면유속 저감판과 이를 고정할 수 있는 슬롯으로 이루어진 프레임을 형성하여 전면유속저감장치로 부터 분산된 수류의 유속을 내부에 형성된 가두리 그물에 전달되지 않도록 본체 측면의 유속의 의한 저항을 최소화하는 방어막 기능을 갖는다. 슬롯과 슬롯의 간격은 100~150mm로 이루어질 수 있고 이는 사용자에 의해 적절히 조절 가능하다.

다음으로 측면유속저감장치와 연결되는 프레임 사이에는 어류양식에 사용되는 그물이 설치될 수 있도록 일정한 면적의 내부공간이 형성되어 있고, 내부공간을 구획화 할 수 있도록 프레임이 설치 가능하다. 가두리양식장치 상단에는 부력 탱크를 형성하고 좌우 측면 유속저감장치와 사이에는 보조 부력 탱크를 설치함으로써 내부에 형성되는 가두리 그물에 부력을 부여할 수 있다.

이처럼 전면 및 측면 유속 저감 장치가 형성됨으로써, 통상 1.0 m/s 이상의 빠른 유속의 온배수라도 유속저감장치를 통과하여 배수로를 통과해 가는 동안 가두리 그물 내부에 도달하는 유속은 0.3 m/s 내외로 감속된 채로 일정하게 유지되어 유속이 빠른 배수로 환경 조건에서 수산생물의 중간육성이 가능하다.

도 4는 본 발명에서 이용된 유속 저감형 배수로 양식장치의 전면유속저감장치의 6면도를 나타낸다. 본 발명에서 이용된 유속 저감형 배수로 양식장치는 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치로서, "<" 형상의 단면 접합으로 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태로서 측면형상이 선박의 선수부 형태를 갖는다.

"<" 형상의 전면유속저감장치 상면에는 부력탱크가 설치되어 전면유속저감장치에 부력을 부여하고, 측면유속저감장치가 연결되는 연결부위에는 가로방향으로 보조부력탱크가 설치되어 있어 가두리 양식장치가 가라앉거나 떠있지 않고 적절한 부력상태가 유지될 수 있다.

상기 전면유속저감장치의 내부에는 일정면적의 공간이 형성되고 발전소의 온배수가 가두리 양식장치의 타공판을 통해 유입되어 온배수의 유속이 감소되며, 내부공간에 유속이 감소된 와류가 발생하여 배수로에서 가두리 양식장치가 안정적으로 유지된다.

도 5는 본 발명에서 이용된 유속 저감형 배수로 양식장치의 측면유속저감장치의 6면도를 나타내고, 도 6은 측면유속저감장치의 상세 구조를 나타낸다. 좌우측 측면유속저감장치에는 가두리 그물을 설치 가능한 격자모양의 보강프레임이 형성되어 보강프레임을 매개로 가두리 양식을 위한 그물이 설치되며, 좌우측 측면유속저감장치의 사이에는 이를 연결하는 보조부력탱크가 설치된다.

측면유속저감장치 상부에는 일정면적의 보행구간과 핸드레일이 형성된 부력재로 제작된 부력탱크가 설치된다. 가두리 양식장치의 수는 사용자의 필요에 따라 가두리 양식장치를 구성하여 양식장치의 프레임을 완충 힌지로 연결하여 증감 조절할 수 있다.

또한 바닥면의 바닥지지대와 상단의 그물용 보조레일은 작업자가 편리하게 그물의 관리 또는 변형을 방지 할 수 있으며, 상단의 부력탱크와 보조부력탱크의 연결부에는 힌지암이 형성되어 있어 측면유속저감장치의 힌지수와 힌지암, 수 맞춤으로 견고하게 고정되어 연결될 수 있고, 사용자의 필요에 따라 다수개의 가두리 양식장치를 설치할 수 있어 어류 등 수산생물의 양식을 대량생산 할 수 있다.

도 7 내지 10은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 선단부의 다각형구조에 따라 4개의 형태로 구분된 모형의 유체역학적 실험 결과로서, 도 7은 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 수직으로 형성되는 형태의 유체해석결과를 나타내고, 도 8은 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 수직으로 형성되고, 하단 끝에는 외부로 돌출된 윙렛(winglet)이 형성되는 형태의 유체해석결과를 나타낸다.

도 9는 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 상면과 하면으로 구분되는 선체형으로 이루어지고 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 하면은 상면과 연결되어 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태, 도 10은 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태의 유체해석결과를 나타낸다.

각각의 결과에 따르면, 선단부에 형성되는 다각형의 전면유속저감장치에 의해 내부로 유입되는 유체의 양이 감소되어 외부의 유체흐름에 비해 내부의 유체흐름이 감소된 것을 알 수 있다. 전면유속저감장치의 형태 차이에 따른 외부 측면을 흐르는 유체의 형상은 도 7 내지 도 9에 비해 도 10에서 전체적으로 균등한 유체흐름을 갖는 것으로 나타났다.

특히 "<" 형상의 단면 접합으로 하단부까지 수직으로 형성되고, 하단 끝에는 외부로 돌출된 윙렛(winglet)이 형성되는 도 8의 경우는 윙렛이 있는 경우가 없는 경우보다 그 작용에 의해 외측에서 형성되는 유체의 흐름이 상면, 중면 하면이 일정하게 유지되며, 내측의 흐름 역시 일반적인 삼각형보다 꼭지점 쪽에서 유체의 흐름이 작아지는 결과를 나타냈다.

도 11은 전면유속저감장치의 타공판 공극의 크기에 따른 유체흐름을 계산하기 위해 홀의 직경, 크기, 종횡비를 설정한 내용을 정리한 것이고, 도 12 내지 16은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극에 따라 내부에서 형성되는 유체의 흐름을 해석한 결과를 나타낸다. 본 해석에서는 전면 유속저감장치에 대한 각각의 형태별로 유체흐름을 해석한 것이 아닌 특정한 전면유속저감장치 형태의 결과를 나타낸다.

본 발명에서는 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태의 전면유속저감장치의 외부 측면을 흐르는 유체의 형상이 다른 구조에 비해 전체적으로 균등한 유체흐름을 갖는 것으로 나타남에 따라 상기 형태를 기준으로 하여 공극률을 조절함으로써 공극의 변화에 대한 유체의 흐름을 계산하였다. 도 12는 공극률을 15%로 설정한 것이고, 도 13 내지 16은 각각 20, 25, 30 및 35%의 공극률을 갖는 구성을 나타낸다. 공극이 15%인 경우 공극홀에 의해 투과되는 유체의 양보다 외판으로 분산되어 나가는 유체의 양이 많았고 각각의 공극률이 증가함에 따라 내부에서 발생하는 유체의 흐름은 공극을 통과하여 증가됨으로서 내부의 흐름이 증가되는 것을 알 수 있다.

도 17은 전면유속저감장치의 후단에 타공판의 공극이 형성된 스크린을 더 설치한 형태의 유체흐름을 계산하기 위한 실험모형도를 나타낸다. 본 실험에서 사용된 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태를 이용하였다.

도 18 내지 22는 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 이루는 전면 유속저감장치에 형성되는 스크린의 공극에 따라 내부에서 형성되는 유체의 흐름을 해석한 결과를 나타낸다. 도 18은 공극률을 15%로 설정한 것이고 도 19 내지 22는 각각 20, 25, 30 및 35%의 공극률을 갖는 구성을 나타낸다. 또한 본 해석에서 사용된 다각형구조를 갖는 전면유속저감장치역시 공극률의 변화에 따른 유체실험이 종료된 "<" 형상의 단면 접합으로 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 형태의 전면유속저감장치를 이용하였다.

공극률이 15%인 경우 공극홀에 의해 투과되는 유체의 양보다 외판으로 분산되어 나가는 유체의 양이 많았고, 각각의 공극률이 증가함에 따라 내부에서 발생하는 유체의 흐름은 공극을 통과하여 증가됨으로써 내부의 흐름이 증가되는 것을 알 수 있다. 스크린에 형성된 공극의 변화에 따라 전면 유속저감장치를 통과한 유체의 힘에 변화가 생김으로써 스크린이 있는 경우가 유체의 흐름을 일정한 형태로 걸러주는 역할을 갖는 것으로 나타났다.

전면유속저감장치와 측면유속저감장치가 연결되는 연결부에 스크린이 설치됨으로써 유속이 빠른 온배수가 이중으로 형성된 타공판을 통하여 유속저감의 큰 효과를 얻을 수 있으며, 전면유속저감장치 내부공간에 와류가 형성되어 양식장 내부로 들어가는 온배수의 유속이 최소화되어 어류, 전복, 해삼 등의 수산 생물을 안정하게 중간 육성하거나 성어를 양식할 수 있는 수준의 유속으로 조절될 수 있다.

도 23은 타공면적에 따른 유속저감장치의 힘의 작용에 대해 해석한 결과를 나타낸다. 스크린의 타공 면적에 따라 양력과 항력은 공극률이 15%일 때가 가장 낮고 공극률이 35%일 때가 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 힘의 작용 각도는 공극률이 15%인 경우, 21.62도를 나타내고, 공극률이 35%인 경우가 17.84도로 낮아지는 결과를 나타낸다.

도 24는 전면 유속저감장치와 2개의 가두리장치를 결합한 형태의 유속 저감형 배수로 양식장치의 유체흐름을 해석한 결과를 나타내고, 도 25는 최종적으로 현장에 설치되기 위한 형태로서 5개의 가두리 양식장치를 결합한 형태의 유속 저감형 배수로 양식장치를 나타낸다.

복수개의 가두리 양식장치가 결합된 유속 저감형 배수로 양식장치 역시, 전면유속저감장치와 측면유속저감장치 상단에 핸드레일, 부력탱크 순으로 설치되고 상기 전면유속저감장치의 부력탱크 하단에는 타공판이 설치되어 있으며, 측면유속저감장치의 부력탱크 하단에는 프레임, 측면유속저감판, 측면흐름 통과 슬롯으로 구성되어 있다. 슬롯의 간격은 100~150mm로 이루어지며, 이는 사용자에 의해 적절히 조절 가능하다.

상기 전면유속저감장치와 측면유속저감장치의 부력탱크에는 해수면이 낮게 되면 어류양식에 영향을 미치며, 반대로 해수면이 너무 높게 되면 부력탱크 상단에 작업자가 보행구간을 이동할 시 위험한 상황이 발생할 수 있으므로, 사용자는 해수면이 부력탱크에 적절한 높이에 오도록 부력탱크의 높이를 적절히 조절하여야 한다. 또한 측면유속저감장치 외벽에는 가두리양식장치가 발전소의 온배수의 유속에 의해 움직이지 않도록 계류용 아이링을 설치하여 밧줄 등으로 가두리 양식장치를 배수로 외벽에 고정한다.

도 26은 본 발명의 유속 저감형 배수로 양식장치를 화력 발전소 등의 온배수 배수로에 설치한 설치도를 나타낸다. 상기 측면유속저감장치의 계류용 아이링을 이용하여 가두리 양식장치가 발전소의 온배수 유속에 의해 움직이지 않도록 고정되며 측면의 부력탱크에 해수면이 적절한 높이에 오도록 유속 저감형 배수로 양식장치를 설치한다.

전면유속저감장치와 측면유속저감장치를 설치함으로써 발전소 온배수의 유속을 저하시킬 수 있어 양식장 내부에서 양식되는 어류, 해삼, 전복 등 수산생물을 안정적으로 양식할 수 있고, 자연 해수보다 높은 발전소 온배수를 사용하여 상승된 수온을 이용함으로써 수산 생물의 성장이 좋고 산란 시기가 빨라지며, 어란이 부화하는 데 필요한 시간이 단축되는 등의 성장, 성숙이 가능하다. 특히 겨울철 저수온기에 온배수를 이용한 어패류의 종묘 생산 및 양식에 효과적으로 이용이 가능하다.

본 발명의 유속 저감형 배수로 가두리 양식 장치는 흐름이 빠른 발전소 배수로에서도 어류, 해삼, 전복 등 수산 생물의 안정적인 양식이 가능하므로 발전소 온배수에 대한 부정적 인식을 해소하고 지역 주민들의 소득 증대에 기여할 수 있을 것이다. 또한 기존의 국내 및 외국의 화력 발전소의 온배수의 잠재적 가치 창출 및 홍보용과 후속 발전기 건설에도 파급 효과 등의 매우 높은 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (12)

1. 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖는 전면유속저감장치;
   상기 전면유속저감장치와 연결되는 수산생물을 양식할 수 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어지고;
   다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지고, 선체형 돌출부 꼭지점 상단부에서 하단부까지 수직으로 형성되며, 하단부 끝에는 외부로 돌출된 윙렛(winglet)이 형성되는 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
2. 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖는 전면유속저감장치;
   상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어지고;
   다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 상단부와 하단부로 구분되는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지며, 선체형 돌출부 꼭지점 상단부는 수직으로 형성되며 하단부는 하단부 시작점부터 하단부 끝점까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
3. 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖는 전면유속저감장치;
   상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 가두리장치로 이루어지고;
   다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지고, 선체형 돌출부 꼭지점 상단부에서 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전면유속저감장치에 형성되는 타공판의 공극률은 15~35% 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
5. 제4항에 있어서, 전면유속저감장치의 꼭지점과 마주보는 내측면에 공극률 15 내지 35%를 갖는 타공판 스크린이 형성된 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
6. 제5항에 있어서, 상기 전면유속저감장치의 상부에는 부력탱크가 형성되는 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
7. 제6항에 있어서, 상기 가두리장치는 측면유속저감판을 수용할 수 있는 슬롯 홈을 갖는 프레임으로 이루어진 측면유속저감장치가 좌우측에 형성된 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
8. 제7항에 있어서, 좌우측 측면유속저감장치에는 가두리 그물을 설치 가능한 보강프레임이 형성되며 좌우측 측면유속저감장치를 연결하는 보조부력탱크가 더 설치된 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
9. 제8항에 있어서, 좌우측 측면유속저감장치 상부에는 일정면적의 보행구간과 핸드레일이 형성된 부력재로 제작된 부력탱크가 설치된 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
   
10. 전면에 복수개의 타공판이 형성되고 다각형 구조를 갖는 전면유속저감장치; 상기 전면유속저감장치와 연결되어 수산생물을 양식할 수 있는 내부공간이 형성된 복수개의 가두리장치로 이루어지고;
    다각형구조를 갖는 전면유속저감장치는 선체형으로 돌출된 "<" 형태의 돌출부 꼭지점을 가지며, 꼭지점 내각은 100도 내지 110도로 이루어지고,
    선체형 돌출부 꼭지점 상단부에서 하단부까지 40 내지 50도 각도를 갖는 경사각으로 이루어지고 전면유속저감장치의 꼭지점과 마주보는 내측면에 공극률 15 내지 35%를 갖는 타공판 스크린이 형성되는 유속 저감형 배수로 양식장치;
    상기 유속 저감형 배수로 양식장치가 일정 폭을 갖는 수로 내의 수로 외벽에 형성된 고정 부재를 매개로 계류삭에 의해 고정되고, 수로 외벽과 유속 저감형 배수로 양식장치는 인공부교로 연결되는 것을 특징으로 하는 유속 저감형 배수로 양식장치
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