KR101469955B1 - 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수를 저장해 해양생물 등을 양식하는 양식장을 운용함에 있어서 해수의 공급에서부터 배출까지의 과정을 기존의 양식장과는 차별적으로 파력 에너지를 이용하여 물을 순환시키는 구조를 적용함으로써, 양식장에서 사용되는 해수를 보다 효율적이고 안정적으로 운용함과 동시에 해수의 순환과정에서 얻을 수 있는 물의 위치에너지를 이용하는 발전기를 구동하여 전기에너지를 생산해 이를 다양한 분야에 활용 가능하도록 하는 등의 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조에 관한 것으로, 바닷속 지반에 고정 설치되어 수직으로 세워진 기둥 형태의 고정대와, 상기 고정대와 결합되어 상하 방향으로 운동이 가능한 레버부재와, 상기 레버부재와 연결되어 해수면에 띄워지는 부력체와, 상기 레버부재와 결합하고 상기 부력체의 상하 운동에 의해 움직이는 피스톤과, 상부에서 상기 피스톤이 관통하여 상하 운동을 함으로서 바닷물에 잠겨있는 하부 유입구를 통해 해수를 유입시키고 내부배출구를 통해 해수를 유통시키는 실린더를 포함하고,
해수면보다 높은 곳에 설치되어 해수를 공급받아 해양생물을 양식하는 수조와, 상기 실린더의 내부배출구와 연결되어 유입된 해수를 상기 수조로 공급해주는 해수공급관과, 상기 수조로부터 배출된 해수가 중력에 의해 아래로 떨어지도록 하향 구비된 해수배출관과, 상기 해수배출관의 하방에 설치되어 해수배출관을 통과해 떨어지는 해수를 받아 전기에너지를 생산하는 발전기와, 상기 발전기로부터 생산된 전기에너지를 저장하고 송전하는 축전기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조{Water circulation structure of sea farms using wave energy}

본 발명은 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해수를 저장해 해양생물 등을 양식하는 양식장을 운용함에 있어서 해수의 공급에서부터 배출까지의 과정을 기존의 양식장과는 차별적으로 파력 에너지를 이용하여 물을 순환시키는 구조를 적용함으로써, 양식장에서 사용되는 해수를 보다 효율적이고 안정적으로 운용함과 동시에 해수의 순환과정에서 얻을 수 있는 물의 위치에너지를 이용하는 발전기를 구동하여 전기에너지를 생산해 이를 다양한 분야에 활용 가능하도록 하는 등의 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조에 관한 것이다.

해수를 이용해 해양생물을 양식하는 일반적인 양식방식을 크게 두 분류로 나누면 첫째, 해상에 망이나 구조물을 설치하여 인위적인 경계를 형성하고 그 안에 해양생물을 가두어 양식하는 방식이 있고 둘째, 육상에 인공적인 저수조를 구축하여 해수를 공급해 그 안에서 해양생물을 생산하는 방식으로 나눌 수 있다. 해상에서 직접 양식하는 방식은 자연재해나 해상사고 등의 발생 시 양식장에 직접적인 피해를 가져오는 치명적인 문제점이 있는데 비해, 육상에 구축된 양식장은 위와 같은 자연환경적인 요인으로 인해 발생할 수 있는 위기상황에 상대적으로 덜 노출된다는 점에서 운용상의 이점이 있으므로 점차 증가해가는 추세이다.

육상 수조식 양식장의 운용에 있어서 가장 핵심 사안은 신선한 해수를 지속적으로 공급하고 순환시켜 실제 바다와 유사한 환경을 조성함으로써 양식되는 해양생물의 생존을 유지시켜 주는 데 있다. 인접한 바다로부터 수조까지 파이프 등을 연결하고 전동식 펌프를 가동하여 인위적으로 해수를 퍼올려 공급하고 배출시키는 방식으로 해수를 순환시키는 것이 일반적인데 계속적인 펌프의 가동을 위해서는 상당한 전력의 소요가 필요하고 고장이나 정전시를 대비한 시설 등의 추가적인 구축이 요구되는 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 인지하여 특허등록번호 제10-1211238호 "파력에너지를 이용한 양수장치"가 공지된 바 있는데, 양수를 하는 방식에 있어서 종래의 기술인 전력을 이용해 펌프를 가동하여 상부 수조로 물을 퍼올리는 방식과는 달리 자연현상인 파도의 상하 운동의 원리를 이용하여 양수를 함으로써 별도의 전력의 소요 없이 상부 수조로 물을 퍼올릴 수 있도록 고안된 방식이다. 단순한 구조와 원리를 이용하여 양수장치 자체로서의 본래 목적에는 충실하지만 이 장치를 보다 적극적으로 활용할 방안에 대한 구체적인 구성이 기재되어 있지 않아 기술의 활용에 한계가 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 해수를 저장해 해양생물 등을 생산하는 양식장을 운용하는데 가장 핵심이 되는 사안인 해수의 공급에서부터 배출까지의 전 과정에 파력 에너지를 이용하여 물을 순환시키는 구조를 적용함으로써, 양식장의 해수를 보다 효율적이고 안정적으로 운용함과 동시에 해수의 순환과정에서 얻을 수 있는 물의 위치에너지를 이용하는 발전기를 구동하여 전기에너지를 생산해 이를 다양한 분야에 적극 활용하도록 하는 등 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조는,

바닷속 지반에 고정 설치되어 수직으로 세워진 기둥 형태의 고정대와, 상기 고정대와 결합되어 상하 방향으로 운동이 가능한 레버부재와, 상기 레버부재와 연결되어 해수면에 띄워지는 부력체와, 상기 레버부재와 결합하고 상기 부력체의 상하 운동에 의해 움직이는 피스톤로드와, 상기 피스톤로드의 말단에 결합된 피스톤과, 상부에서 상기 피스톤이 관통하여 상하 운동을 함으로서 바닷물에 잠겨있는 하부 유입구를 통해 해수를 유입시키고 내부배출구를 통해 해수를 유통시키는 실린더를 포함하여 구성되고,

해수면보다 높은 곳에 설치되어 해수를 공급받아 해양생물을 양식하는 수조와 상기 실린더의 내부배출구와 연결되어 유입된 해수를 상기 수조로 공급해주는 해수공급관과 상기 수조로부터 배출된 해수가 중력에 의해 아래로 떨어지도록 하향 구비된 해수배출관과 상기 해수배출관의 하방에 설치되어 해수배출관을 통과해 떨어지는 해수를 받아 전기에너지를 생산하는 발전기와 상기 발전기로부터 생산된 전기에너지를 저장하고 송전하는 축전기를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 발전기는 상·하면이 열린 형태의 수직으로 세워진 타워형 본체를 갖는 수력발전기로, 본체의 내부 중심에 수직으로 세워진 축과, 상기 축의 상부와 결합되어 축을 중심으로 회전하도록 구성된 팬과, 상기 축의 중간부와 결합되어 상기 팬의 회전에 의해 축을 중심으로 회전하도록 구성된 코일과, 상기 축의 하부 말단에 결합되어 축의 회전시 마찰저항을 줄여주도록 구성된 볼베어링과, 상기 축과 결합된 코일과 볼베어링을 감싸는 박스 형태로 상·하면에 형성된 중공을 통해 축이 수직 관통되는 프레임을 포함하여 구성되고,

상기 수조 내부에 설치되고 축전기로부터 송전된 전력을 이용해 구동되어 수조 내 해수를 순환시켜 주는 수중회전팬이 더 포함된 것을 특징으로 구성된다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 의한 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조는, 육상 수조식 양식장의 운용에 있어서 가장 중요한 요소인 신선한 해수의 지속적인 공급과 순환이라는 핵심적인 과정에서 기존 양식장의 인공 펌프를 이용한 해수 순환방식과는 차별적으로 파력 에너지를 이용하여 물을 순환시키는 구조를 제공함으로써 보다 효율적이고 친환경적인 양식장의 운용을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 해수의 순환과정에서 얻을 수 있는 물의 위치에너지를 이용하는 발전기를 구동하여 생산된 전기에너지를 다양한 분야에서 활용할 수 있도록 한다 점에서 에너지 절약을 통한 경제성 역시 높여주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조 중 발전기의 모습을 분해 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조 중 발전기의 모습을 도시한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조의 일실시예를 도시한 사용상태도.

이하에서는 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조 중 발전기의 모습을 분해 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조 중 발전기의 모습을 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조의 일실시예를 도시한 사용상태도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조는 고정대(21), 레버부재(22), 부력체(23), 피스톤(25), 피스톤로드(24), 실린더(26), 유입구(27), 내부배출구(28), 수조(10), 수조배출구(11), 해수공급관(30), 해수배출관(40), 발전기(50), 본체(51), 축(52), 볼베어링(53), 팬(54), 코일(55), 프레임(56), 축전기(60), 수중회전팬(70)을 포함하여 구성된다.

상기 수조(10)는 해수와 해양생물을 수용하기에 충분한 깊이와 넓이를 갖는 상면이 열린 용기의 형태로서 해안가의 해수면보다 높은 곳에 설치된다. 바다로부터 유입된 해수를 저장해 각종 해양생물 등을 양식할 수 있는 양식장의 용도로 사용된다. 바다에 그물망 등의 경계면을 갖는 구조물을 설치하여 해상에서 직접 양식을 하는 방식과는 달리 해수면보다 높은 곳에 인공수조를 설치하여 양식을 하는 방식이므로 인근 바다로부터 해수를 지속적으로 퍼 올려 공급할 수 있는 양수 시스템이 요구되는데, 전동 양수펌프와 같은 인위적인 동력을 이용하는 대신 해수면에서 발생하는 자연현상인 파도의 상하 운동에너지인 파력을 원동력으로 하여 해수의 공급이 가능한 구조를 적용함으로써 자연적으로 바다로부터 수조까지의 해수의 원활한 순환이 이루어질 수 있도록 하게 된다.

상기 고정대(21)는 수직으로 세워진 기둥 형태의 부재로서 상기 수조(10)가 설치된 해안으로부터 멀리 떨어지지 않은 바닷속의 단단한 지반에 하부가 고정 설치되는 것이 바람직하다. 간조와 만조 시의 수위에 상관없이 상부가 해수면 밖으로 올라와 있을 수 있도록 충분한 높이를 갖도록 한다.

상기 레버부재(22)는 한쪽 말단이 상기 고정대(21)의 상단부와 경첩에 의한 결합구조를 갖고 해수면 위에서 횡방향으로 길게 이어진 막대 형태의 부재로서, 상기 고정대(21)와의 결합구조를 회전축으로 하여 반대쪽 말단이 상하로 운동할 수 있는 형태의 부재이다. 레버부재(22)에는 고정대(21)와 결합 된 회전축을 한쪽 말단으로 중간 부분에 부력체(23)가, 반대쪽 말단에는 피스톤로드(24)가 동일선상에 결합되어 있는데 이에 대한 설명은 아래에서 상세히 한다.

상기 부력체(23)는 전술한 바와 같이 상기 레버부재(22)의 가운데 부분에 결합되어 하방으로 매달려 있는 형태의 부재로서 해수면에 띄워져 파력에 의해 상하운동이 가능해야 하므로 항시 물에 떠있을 수 있는 형태로 만들어지는 것이 바람직하다.

상기 피스톤로드(24) 역시 전술한 바와 같이 상기 고정대(21)에 결합되어 있는 레버부재(22)의 반대쪽 말단에 결합되어 하방으로 매달려 있는 막대 형태의 부재이다. 피스톤로드(24)의 하부에는 피스톤(25)이 결합되어 있다.

상기 실린더(26)는 세 개의 개구부를 갖는 파이프 형태의 부재로서 하부의 유입구(27)가 바닷물에 잠겨 해수가 유입될 수 있도록 고정 설치되고 상부는 상기 피스톤(25)을 향해 수직으로 세워져 피스톤(25)이 실린더 내부를 상하로 관통하기 위한 관통구를 형성한다. 상부와 하부 사이 중간 지점의 벽면에 내부배출구(28)가 형성되어 실린더(26)로 유입된 해수가 배출된다.

상기 부력체(23)가 해수면의 상하운동에 의해 상승시 상기 피스톤(25)도 함께 상승하게 되고 부력체(23)의 하강시 피스톤도(25) 따라서 하강하게 된다. 피스톤(25)이 상기 실린더(26) 상부의 내부를 관통하여 상하 운동을 하면 실린더(26)의 상기 유입구(27)를 통해 실린더(26) 내부로 해수가 유입되어 상기 내부배출구(28)를 통과해 해수공급관(30)으로 해수가 배출된다.

상기 해수공급관(30)은 양쪽 말단이 열린 파이프 형태의 부재로서 하부 말단은 상기 실린더(26)의 내부배출구(28)와 연결되고 상부는 상기 수조(10)를 향해 상향으로 길게 이어져 상부 말단이 수조(10)의 열린 상면을 향해 열려있는 형태이다. 상기 피스톤(25)의 상하운동에 의해 상기 실린더(26)의 내부로 유입된 해수를 해수면보다 높은 곳에 위치한 상기 수조(10)까지 공급할 수 있도록 상하로 길게 이어진 해수의 이동 통로이다.

상기 해수공급관(30)을 통과한 해수는 상기 수조(10)에 지속적으로 공급되어 일정량의 수위를 유지하며 해양생물 등을 양식하는데 사용되고 일정수위를 초과한 양의 해수는 다시 바다로 내보내지는 순환과정을 반복하여 거치게 함으로서 양식장의 해수의 공급과 배출과정을 원활하게 하도록 한다.

상기 수조배출구(11)는 상기 수조(10)의 일정수위를 결정하는 높이의 벽면에 형성된 해수의 배출공으로 일정수위를 초과한 해수는 자연적으로 수조배출구(11)를 통해 배출된다. 수조배출구(11)를 통해 배출되는 해수는, 도시하고 있지 않지만 필요에 따라 필터와 같은 소정의 여과장치를 경유하도록 할 수 있을 것이다. 이를 통해 수조(11)에서 양식되는 해양생물의 유출을 막고 해수에 포함된 각종 이물질들을 걸러내어 정화된 상태로 배출시키는 것이 가능할 것이다. 필터는 통상적으로 배수구 등에 장착하여 사용되는 거름망과 같은 부재로서 자세한 설명은 생략한다.

상기 해수배출관(40)은 상기 해수공급관(30)과 마찬가지로 양쪽 말단이 열린 파이프 형태의 부재로서 상기 수조배출구(11)와 상부 말단을 연결하고, 하부 말단은 해수가 중력에 의해 자연적으로 배출될 수 있도록 하방을 향해 열려있는 형태의 부재이다.

상기 발전기(50)는 상·하면이 열린 형태의 수직으로 세워진 타워형 본체(51)를 갖는 형태의 수력발전장치로서, 상기 해수배출관(40)의 하방에 해수면보다 높은 위치의 지점에 고정 설치된다. 배출되는 해수의 위치에너지를 극대화하기 위하여 상기 해수배출관(40)을 통과하는 해수가 최초 낙하하는 지점으로부터 발전기(50) 간의 간격은 최대화하는 것이 바람직하다.

상기 본체(51)의 내부 중심에는 막대형태의 축(52)이 수직으로 세워져 있고 축(52)의 하부에는 볼베어링(53)이 결합되어 축(52)을 받쳐주며 축(52)의 회전운동시 생기는 마찰저항이 최소화되도록 하여 운동을 원활하게 한다.

상기 팬(54)은 일반적인 수력발전기의 터빈과 같은 역할을 하는 부재로서 팬(54)의 중심부가 상기 축(52)의 상부와 결합되어 회전축을 형성하고 상기 본체(51)의 열린 상면을 향해 팬(54)의 나선형 회전날개가 펼쳐져 있는 형태이다. 상기 해수배출관(40)을 통해 외부로 빠져나온 해수는 위치에너지를 갖고 팬(54)의 나선형 회전날개를 향해 낙하하게 되는데 이를 원동력으로 팬(54)은 회전운동을 하게 되고 결합되어 있는 상기 축(52) 역시 같이 회전운동을 하게 된다. 상기 해수배출관(40)으로부터 팬(54)을 향해 떨어지는 물의 낙차가 크게 작용할 수 있도록 물의 위치에너지를 극대화시켜 안정적인 발전용량으로 전력을 생산해 낼 수 있다.

상기 코일(55)은 상기 축(52)이 코일(55)의 중심부를 수직 관통하여 결합할 수 있도록 중공을 가진 형태의 부재로서 상기 축(52)의 회전운동시 같이 회전하게 된다. 상기 축(52)과 그에 결합 된 볼베어링(53), 코일(55) 등은 본체 내부에 고정 설치된 프레임(56)에 의해 감싸져 있는데 자기장이 들어있는 프레임(56)의 내부를 코일(55)이 회전함으로써 전자기유도현상에 의해 코일(55) 안에 발생 된 기전력을 전류로 유도해내어 전기에너지를 생산하게 된다.

상기 발전기(50)로부터 생산된 전기에너지는 양식장 내부 시설의 구동에 활용하거나 양식장의 외부로 송전하여 다양한 용도로서의 활용이 가능하다.

상기 축전기(60)는 상기 발전기(10)와 연결된 전선을 통해 전력을 공급받아 전기용량을 저장하고 전력이 필요한 곳에 송전하는 부재이다.

상기 수중회전팬(70)은 상기 수조(10)의 내부 수중의 벽면에 고정 설치되어 상기 축전기(60)로부터 전력을 공급받아 구동되는 부재로서, 날개의 회전운동에 의해 수중에서 소용돌이를 일으켜 수조(10)의 내부에서 인위적인 수류를 발생시킴으로써 해수에 섞여있는 오염물질 등이 해수의 정체로 인해 수조(10) 내부에 쌓이지 않도록 신속하게 상기 수조배출구(11)를 통해 해수와 함께 배출될 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 하나의 수중회전팬(70)만을 설치하였지만, 필요에 따라 다수의 수중회전팬(70)을 설치하여 보다 활발한 수류의 발생을 유발시킬 수 있도록 구성할 수 있음은 물론이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 양식장을 운용함에 있어서 바다로부터 해수의 유입에서 배출까지의 이와 같은 순환과정을 통해 본 발명에 따른 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조를 적용할 수 있게 된다.

전술한 설명은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 하나의 실시예 이며, 본 발명이 상기 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 본 발명에 대한 적절한 변형 및 수정물 등도 본 발명의 청구범위에 속한다고 할 것이다.

100: 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조
10: 수조 11: 수조배출구
21: 고정대 22: 레버부재
23: 부력체 24: 피스톤로드
25: 피스톤 26: 실린더
27: 유입구 28: 내부배출구
30: 해수공급관 40: 해수배출관
50: 발전기 51: 본체
52: 축 53: 볼베어링
54: 팬 55: 코일
56: 프레임 60: 축전기
70: 수중회전팬

Claims (3)

1. 삭제
2. 바닷속 지반에 고정 설치되는 수직 기둥 형태의 고정대(21);와, 고정대(21)와 결합되어 상하 운동하는 레버부재(22);와, 레버부재(22)와 연결되어 해수면에 띄워지는 부력체(23);와, 레버부재(22)와 결합하고 부력체(23)의 상하 운동에 의해 움직이는 피스톤로드(24);와, 피스톤로드(24)의 말단에 결합된 피스톤(25);과, 피스톤(25)의 상하 운동으로 바닷물에 잠긴 유입구(27)를 통해 유입되는 해수를 내부배출구(28)를 통해 이송하는 실린더(26);를 포함하고, 해수면보다 높은 곳에 설치되어 공급받은 해수를 이용해 해양생물을 양식하는 수조(10);와, 상기 내부배출구(28)와 연결되어 유입된 해수를 수조(10)로 공급하는 해수공급관(30);과, 수조(10)에서 사용된 해수가 배출되도록 하향 구비된 해수배출관(40);과, 해수배출관(40)의 하방에 설치되는 발전기(50);로 이루어지는 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조에 있어서,
   수조(10)의 내부에는 하나 이상의 수중회전팬(70)이 설치되어 수중에서 회전하는 팬에 의해 수류를 지속적으로 발생시켜 해수가 순환되도록 하고,
   상기 수조(10)의 내벽에는 여과필터가 내삽된 수조배출구(11)가 형성되어 일정 수위를 초과한 해수는 자연적으로 여과되면서 배출되어 해수배출관(40)을 통해 외부로 보내지도록 구성되며,
   상기 발전기(50)는 상·하면에 개구를 가지는 수직 함체형의 본체(51)로 형성되고 본체(51) 내부 중심에 입설된 축(52)의 상단에는 복수의 나선형 날개로 이루어진 팬(54)이 결합되어 본체(51)의 개방된 상면을 향하도록 구비함으로써 해수배출관(40)을 통과해 낙하하면서 배출되는 해수를 받아 회전 구동되는 팬(54)의 회전력을 이용하여 전기에너지를 생산하되, 발전된 전기용량을 저장할 수 있는 축전기(60)를 더 구비하여 발전기(50)로부터 생산된 전기를 저장한 후 양식장의 내·외부 시설의 전력이 필요한 곳에 송전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 에너지를 이용한 양식장의 물 순환 구조.
   
3. 삭제

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