KR101519779B1 - 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심층과 표층을 번갈아 가면서 유동 흐름이 일어나고 동시에 유동 흐름의 교환 구간에서 확산 교반이 이루어지도록 한 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로는, 중앙에 개수로의 최대 폭보다 작은 소폭과 최대 수심보다 작은 심층 깊이를 갖는 중앙 골이 형성되는 골 채널부와 골 채널부의 상부에서 양측 개수로의 폭방향으로 일정 구간 연장되어 있는 상부 바닥부와, 상부 바닥부의 단부에서 다시 상방으로 입설되어 있는 날개 측벽으로 이루어져 상방으로 개방되어 있는 개수로 단면을 갖는 확산교반형 개수로와; 상기 골 채널부에 위치하여 중앙 골 바닥의 온배수 심층 흐름을 상향으로 퍼올려 상부 바닥부의 좌우 측방으로 확산시키는 제1 배플 수단과; 상기 상부 바닥부의 상면에 각기 설치되어 제1 배플 수단에 의해 측방으로 확산된 온배수 흐름을 대기와 교반시켜 열방출을 유도하는 제2 배플 수단과; 상기 제2 배플 수단측을 통과한 온배수를 하류측에서 다시 섞어서 골 채널부의 하방으로 집수시켜 심층 바닥을 통과시키는 제3 배플 수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로{Power plant open channel drainage of dispersion and agitation type for hot waste water effect reduction}

본 발명은 바닷물을 냉각수로 사용하는 발전소에서 배출되는 온배수를 배수시키는 개수로에 관한 것으로, 특히 심층과 표층을 번갈아 가면서 유동 흐름이 일어나고 동시에 유동 흐름의 교환 구간에서 확산 교반이 이루어지도록 한 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로에 관한 것이다.

일반적으로 바닷물을 냉각수로 사용하는 발전소에서 온배수를 방류함에 있어서 대기온도에 의해 냉각이 되도록 일정 구간에 도 7a 및 도 7b와 같은 개수로 단면을 갖는다. 이때 온배수가 바닷물과 빠르게 섞이도록 개수로의 끝단에서는 파이프를 통해 바다속으로 심층 배수시켜 온배수 영향을 저감시키는 방법을 사용한다.

이때 개수로로 유입되는 해수와 최종 방출단에서 방류하는 온배수의 변화량은 규제대상이다. 그런데 규제대상 이내로 관리되어도, 해양생태계 및 어류이동경로에 영향을 미치지 않을 수 없다. 이는 해양 생태계에 악영향을 미치므로 환경민원의 대상이 된다.

따라서 발전소 개수로의 최종단에서 방류되는 온배수의 온도를 더욱 저감시켜야 하는 필요성이 요구된다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1217022호로서, 발전소 온배수 저감 소수력 발전 설비 및 방법이 제안되어 있다.

이는 발전소에서 온배수가 배출되는 배수구의 출구측에 상기 배수구로부터 온배수가 방류되도록 시공되는 혼합저류조와; 발전소 주변의 바다에서 해양 심층수를 취수하여 상기 혼합저류조로 공급하는 심층수 공급시설;을 포함하고, 상기 배수구를 통해 배출되는 온배수와 상기 심층수 공급시설에 의해 공급되는 해양 심층수를 상기 혼합저류조에서 혼합하여 온도를 저감시킨 뒤 바다로 방류하도록 구성되고, 온배수와 해양 심층수의 혼합된 물이 바다로 배출되는 혼합저류조의 출구단 일측에 건설되어 혼합된 물의 일부를 발전용수로 통과시켜 전력을 생산하는 소수력발전소를 더 포함하며, 상기 소수력발전소의 방수로종단에는 유속 저감용 블록이 축조되어, 방수로를 통해 바다로 최종 방류되는 물의 유속을 저감시키는 것을 특징으로 하는 발전소 온배수 저감 소수력 발전 설비를 제공한다.

이는 터빈 발전기를 회전시킨 증기를 냉각, 응축하여 온도가 상승되어진 냉각수 등 발전소에서 나오는 온배수를 주변 바다에서 취수한 해양 심층수와 혼합하여 온도를 낮춘 뒤 배출하도록 구성됨으로써 발전소에서 바다로 최종 방류되는 온배수(온도가 상승한 냉각수)를 효과적으로 저감시킬 수 있게 되어 있다.

그러나 상기 배경기술은 혼합저류조, 심층수 공급시설 등 추가되는 시설로 시설 비용이 증가되는 문제가 있다.

한국 공개특허 공개번호 제10-2004-0064752호(냉각을 위한 수로가 설치된 구조물의 수로제어장치 및수로제어방법)

본 발명은 심층과 표층을 번갈아 가면서 유동 흐름이 일어나고 동시에 유동 흐름의 교환 구간에서 확산 교반이 이루어지도록 한 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로는,

중앙에 개수로의 최대 폭보다 작은 소폭과 최대 수심보다 작은 심층 깊이를 갖는 중앙 골이 형성되는 골 채널부와 골 채널부의 상부에서 양측 개수로의 폭방향으로 일정 구간 연장되어 있는 상부 바닥부와, 상부 바닥부의 단부에서 다시 상방으로 입설되어 있는 날개 측벽으로 이루어져 상방으로 개방되어 있는 개수로 단면을 갖는 확산교반형 개수로와;

상기 골 채널부에 위치하여 중앙 골 바닥의 온배수 심층 흐름을 상향으로 퍼올려 상부 바닥부의 좌우 측방으로 확산시키는 제1 배플 수단과;

상기 상부 바닥부의 상면에 각기 설치되어 제1 배플 수단에 의해 측방으로 확산된 온배수 흐름을 대기와 교반시켜 열방출을 유도하는 제2 배플 수단과;

상기 제2 배플 수단측을 통과한 온배수를 하류측에서 다시 섞어서 골 채널부의 하방으로 집수시켜 심층 바닥을 통과시키는 제3 배플 수단을 포함하되;
상기 제1 배플 수단은 골 채널부의 심층 깊이보다 높은 높이와 중앙에 확산각을 가지고 벌어져 있는 확산날개를 갖는 확산판으로 구성되고;
상기 제2 배플 수단은 상부 바닥부의 폭 보다 작은 길이와 날개 측벽의 높이 보다 작은 높이를 갖고, 사각 또는 사다리꼴 단면을 형성하는 교반 블록으로 구성되고;
상기 제3 배플 수단은 상부 바닥부로 흐르는 표층의 온수를 상기 골 채널부로 유도하는 집수날개와, 상기 골 채널부에 위치하여 집수날개를 연결하고 집수된 온수를 중앙 골의 바닥측으로 통과 유도시키는 하강 유도벽이 구비된 집수하강유도판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

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또한, 교반 블록은 개수로의 길이방향에 대해 일정한 설치각을 갖고 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하강 유도벽의 밑면과 중앙 골의 바닥면과의 사이에 일정한 배수 간격이 형성되어 심층측 온배수통로가 이루어지고, 집수날개와 하강 유도벽은 일정한 집수각을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로에 따르면, 온배수의 유동 위치가 확산판과 집수하강유도판에 의해 개수로의 중앙과 상부 측방을 교대로 여러번 반복하며, 그 사이에서 교반 블록을 통해 혼합 교반이 이루어져 대기와의 접촉 면적이 증가되고 온배수의 흐름이 심층과 표층을 반복하면서 교반시킴으로써 대기 중으로 열방출이 극대화된다. 따라서 발전소 개수로의 입구측과 출구측 최종단에서의 온배수의 냉각 온도의 변화량이 증가되고, 이로 인해 온배수의 냉각 효과가 향상되어 해양생태계에 미치는 영향을 저감시킬 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 본 발명에 따른 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로의 일부 구간 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 1의 반단면 사시도.
도 4a는 본 발명에 적용되는 확산판의 사시도.
도 4b는 본 발명에 적용되는 교반 블록의 다양한 형태를 각기 나타낸 사시도.
도 4c는 본 발명에 적용되는 집수하강유도판의 사시도.
도 5는 본 발명에 적용되는 일 형태로서 확산교반형 개수로의 단면도.
도 6은 본 발명에 적용되는 다른 형태로서 확산교반형 개수로의 단면도.
도 7a 및 도 7b는 종래 발전소 개수로의 다양한 단면도.

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 발전소에 적용되는 확산교반형 개수로(10)는 대기와의 열교환 면적이 넓어지도록 구성되며, 열방출을 증대시키기 위한 다양한 배플 수단을 갖는다.

도 5와 같이 확산교반형 개수로(10)는 T자형 개수로 단면을 갖는다. 확산교반형 개수로(10)는 중앙에 개수로의 최대 폭(W1)보다 작은 소폭(W2)과 최대 수심(H)보다 작은 깊이(H1)를 갖는 중앙 골(121)이 형성되는 골 채널부(12)와 골 채널부(12)의 상부에서 양측 개수로의 폭방향으로 일정 구간 연장되어 있는 상부 바닥부(13,13)와, 상부 바닥부(13,13)의 단부에서 다시 상방으로 입설되어 있는 날개 측벽(14,14)으로 이루어져 상방으로 개방되어 있는 수로 구조를 갖는다.

확산교반형 개수로(10)는 도 5와 같이 상기 개수로는 일정 두께(t)를 갖는 콘크리트 구조물(200)로 축조되거나 도 6과 같이 석재(200)로 축조될 수 있다.

본 발명은 확산교반형 개수로(10)의 중앙 골(121)을 흐르는 심층의 온배수와 상부 바닥부(13,13)위를 흐르는 표층의 온배수 유동 위치를 바꿔주면서 흐르도록 다양한 배플 수단이 설치된다. 유동위치의 교환 횟수는 확산교반형 개수로(10)의 길이에 따라 가변된다.

본 실시 예는 3개의 서로 다른 제1 내지 제 3의 배플수단을 사용하여 구성된다.

제1 배플수단은, 도 1 내지 도 3과 같이 골 채널부(12)에 위치하여 중앙 골(121) 바닥의 온배수 흐름을 상향으로 퍼 올려 상부 바닥부(13,13)의 좌우 측방으로 확산시키는 확산판(20)으로 구성된다. 확산판(20)은 도 4a와 같이 골 채널부(12)의 심층 깊이(H1)보다 높은 높이(h1)와 중앙에 확산각(θ1)을 가지고 벌어져 있는 확산날개(21,21)를 갖는다.

확산판(20)은 온배수의 유속에 위치 변동이 없도록 설치된다. 예로 확산판(20)은 확산교반형 개수로(10)의 콘크리트 축조시 일체로 설치되거나 개별로 제작되어 고정 설치될 수 있다. 확산판(20)은 확산각(θ1)을 90°<θ1<180°의 범위내가 되도록 하여 제작될 수 있다. 이때 확산판(20)의 밑면은 중앙 골(121) 바닥면에 밀착되도록 하여 상류측의 온배수가 확산판(20)에 도달된 후에는 도 2 및 도 3과 같이 측방으로 확산되거나 상면을 타고 넘어가는 흐름이 되도록 한다. 이때 확산날개(21)에 의해 온배수가 상부 바닥부(13)에서 확산되어 흐름 경로(V1)가 길어지므로 공기와의 접촉면적이 증가되고, 이로인해 온배수의 냉각 효율이 높아진다.

제2 배플수단은, 상부 바닥부(13,13)의 상면에 각기 설치되어 확산판(20)에 의해 측방으로 확산된 온배수 흐름을 대기와 교반(대기와의 접촉 면적을 늘리는 행위)시켜 열방출을 유도한다.

본 실시예에서 제2 배플 수단은 상부 바닥부(13)의 폭(L) 보다 작은 길이(L1)와 날개 측벽(14)의 높이(H) 보다 작은 높이(h2)를 갖는 교반 블록(30)으로 구성된다. 또한 교반 블록(30)은 개수로의 길이 방향에 대해 일정한 설치각(θ2)을 갖고 설치된다. 교반 블록(30)은 도 4b(가),(나)와 같이 사다리꼴 단면을 형성하거나 사각 또는 다른 다양한 단면 형태가 될 수도 있다. 이때 도 4b(나)와 같이 사각 단면을 갖는 교반 블록(30)은 직각면이 상류측을 향하도록 설치된다. 교반 블록(30)은 확산교반형 개수로(10)의 상부 바닥부(13)와 일체로 구성되거나 별도로 고정 설치될 수 있다.

따라서 온배수의 유량 높이에 따라 교반 블록(30)측에서는 난류 흐름(V3)이 형성되어 확산판(20)으로부터 확산된 온배수를 혼합 교반시켜 대기와의 접촉 면적을 늘려 열방출을 증대시킨다.

제3 배플 수단은 교반 블록(30)을 통과한 온배수를 하류측에서 다시 섞어서 골 채널부(12)의 하방으로 집수시킨다. 본 실시 예에서 제3 배플 수단은 도 4c와 같이 집수하강유도판(40)으로 구성된다. 집수하강유도판(40)은 상부 바닥부(13)로 흐르는 온수를 상기 골 채널부(12)로 유도하는 집수날개(41,41)와, 상기 골 채널부(12)에 위치하여 집수날개(41,41)를 연결하고 집수된 온수를 중앙 골(121)의 바닥측으로 통과 유도시키는 하강 유도벽(42)으로 구성된다. 이때 도 3과 같이 하강 유도벽(42)의 밑면과 중앙 골(121)의 바닥면과의 사이에 일정한 배수 간격(G)이 형성되어 심층 하부에 온배수통로가 이루어지고, 집수날개(41,41)와 하강 유도벽(42)은 일정한 집수각(θ3)을 이룬다.

따라서 교반 블록(30)을 경유한 온배수는 집수하강유도판(40)에서 집수날개(41,41)에 의해 하강 유도벽(42)으로 모아진 후 그 하부측 배수 간격(G)이 형성된 심층 하부의 온배수통로를 통과한다.

이와 같이 구성된 발전소 확산교반형 개수로의 배수 구간에서 발생되는 온배수의 흐름과 열교환 냉각작용을 설명한다.

먼저, 발전소 확산교반형 개수로(10)의 상류측에서 온배수가 방류되어 도 2 및 도 3과 같이 확산판(20), 교반 블록(30) 및 집수하강유도판(40)을 순차적으로 경유하고, 이를 이들의 설치 구간에서 수회 반복하면서 흐르게 된다.

이때 확산판(20)과 집수하강유도판(40)에 의해 유동위치가 바뀌게 된다. 즉, 확산판(20)에서는 상류측 중앙 골(121)에 위치하는 유량을 화살표(V1)와 같이 상방측 표층으로 퍼올려 확산날개(21)로 상부 바닥부(13)의 측방으로 확산시키고, 확산된 온배수는 교반 블록(30)을 거쳐 화살표(V2)를 따라 집수하강유도판(40)에 도달하고, 다시 집수하강유도판(40)은 집수날개(41)를 사용하여 다시 중앙으로 집수시켜 하강 유도벽(42)을 통해 중앙 골(121)의 하방으로 화살표(V3)를 따라 통과시킨다.

여기서 중앙 골(121) 부분을 심층영역 'ⓐ'라 하고, 상부 바닥부(13) 부분을 표층영역 'ⓑ'라 한다면, 온배수의 흐름은 'ⓐ'의 심층영역과 'ⓑ'의 표층영역을 반복하게 된다. 따라서 배플수단의 설치 횟수에 따라 온배수의 유동 위치가 'ⓐ'의 심층영역과 'ⓑ'의 표층영역을 수회 반복하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 온배수의 유동 위치가 확산판(20)과 집수하강유도판(40)에 의해 개수로의 중앙과 상부 측방으로 오가는 반복을 계속하며, 그 사이에서 교반 블록(30)을 통해 혼합 교반이 이루어져 대기와의 접촉 면적을 증가시키고 온배수의 층류 흐름을 심층과 표층을 반복하면서 교반시킴으로써 대기 중으로 열방출이 극대화된다. 따라서 발전소 개수로의 입구측과 출구측 최종단에서의 온배수의 냉각 온도의 변화량이 증가되고, 이로 인해 온배수의 냉각 효과가 향상되어 해양생태계에 미치는 영향 저감을 최소화할 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.

10: 확산교반형 개수로
20: 확산판
30: 교반 블록
40: 집수하강유도판

Claims (4)

1. 중앙에 개수로의 최대 폭(W1)보다 작은 소폭(W2)과 최대 수심(H)보다 작은 심층 깊이(H1)를 갖는 중앙 골(121)이 형성되는 골 채널부(12)와 골 채널부(12)의 상부에서 양측 개수로의 폭방향으로 일정 구간 연장되어 있는 상부 바닥부(13,13)와, 상부 바닥부(13,13)의 단부에서 다시 상방으로 입설되어 있는 날개 측벽(14,14)으로 이루어져 상방으로 개방되어 있는 개수로 단면을 갖는 확산교반형 개수로(10)와;
   상기 골 채널부(12)에 위치하여 중앙 골(121) 바닥의 온배수 심층 흐름을 상향으로 퍼올려 상부 바닥부(13,13)의 좌우 측방으로 확산시키는 제1 배플 수단과;
   상기 상부 바닥부(13,13)의 상면에 각기 설치되어 제1 배플 수단에 의해 측방으로 확산된 온배수 흐름을 대기와 교반시켜 열방출을 유도하는 제2 배플 수단과;
   상기 제2 배플 수단측을 통과한 온배수를 하류측에서 다시 섞어서 골 채널부(12)의 하방으로 집수시켜 심층 바닥을 통과시키는 제3 배플 수단을 포함하되;
   상기 제1 배플 수단은 골 채널부(12)의 심층 깊이(H1)보다 높은 높이(h1)와 중앙에 확산각(θ1)을 가지고 벌어져 있는 확산날개(21,21)를 갖는 확산판(20)으로 구성되고;
   상기 제2 배플 수단은 상부 바닥부(13)의 폭(L) 보다 작은 길이(L1)와 날개 측벽(14)의 높이 보다 작은 높이(h2)를 갖고, 사각 또는 사다리꼴 단면을 형성하는 교반 블록(30)으로 구성되고;
   상기 제3 배플 수단은 상부 바닥부(13)로 흐르는 표층의 온수를 상기 골 채널부(12)로 유도하는 집수날개(41,41)와, 상기 골 채널부(12)에 위치하여 집수날개(41,41)를 연결하고 집수된 온수를 중앙 골(121)의 바닥측으로 통과 유도시키는 하강 유도벽(42)이 구비된 집수하강유도판(40)으로 구성된 것을 특징으로 하는 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 교반 블록(30)은 개수로의 길이방향에 대해 일정한 설치각(θ2)을 갖고 설치된 것을 특징으로 하는 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 하강 유도벽(42)의 밑면과 중앙 골(121)의 바닥면과의 사이에 일정한 배수 간격(G)이 형성되어 심층측 온배수통로가 이루어지고, 집수날개(41,41)와 하강 유도벽(42)은 일정한 집수각(θ3)을 이루는 것을 특징으로 하는 온배수 영향 저감을 위한 발전소 확산교반형 개수로.

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