KR101531321B1

KR101531321B1 - 계류식 해양환경 관측부이

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Publication number: KR101531321B1
Application number: KR1020140087289A
Authority: KR
Inventors: 이원찬; 김형철; 김정배; 홍석진; 박성은; 조윤식; 김임학
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2015-06-25

Abstract

본 발명은 해저면의 앵커수단과 계류로프로 연결되어 해수면을 부유하면서 해당 수역의 해양환경을 측정하는 한편, 측정된 각종 환경데이터를 무선통신을 이용하여 육상의 관측시스템으로 전송시키도록 한 계류식 해양환경 관측부이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관측부이에 탑재된 장비의 가동을 위한 배터리가 내장된 배터리케이싱 또는 콘크리트블록이 내장된 무게추케이싱을 상기 배터리케이싱과 함께 해저면으로 안착시켜 이를 앵커수단으로 활용토록 함에 따라, 관측부이의 실질적인 소형화 및 경량화를 달성하는 동시에, 대용량 배터리의 손쉬운 적용을 통하여 관측부이의 가동기간을 최대한으로 확보토록 하며, 환경오염을 유발시키는 콘크리트앵커를 배제시키거나 콘크리트와 해수의 접촉을 차단시킨 상태로 콘크리트앵커를 사용할 수 있도록 하며, 배터리케이싱으로부터 연장되는 케이블라인을 계류로프와 함께 관측부이와 연결시킴으로서, 관측부이가 보다 안전하고 유연하게 계류될 수 있도록 함은 물론, 해양환경의 측정에 필요한 센서기구를 요구하는 수심층별로 용이하게 매달아 설치할 수 있도록 하며, 관측부이의 부이본체 중심부를 수직 방향으로 관통하는 플랜지파이프의 내부에 데이터로거를 구비하는 컨트롤러와 무선통신유닛 및 GPS 등을 내장시킴으로서, 해당 장비의 안전한 보호와 손쉬운 유지보수가 가능토록 한 계류식 해양환경 관측부이에 관한 것이다.

Description

계류식 해양환경 관측부이{Mooring type buoy device for an observation of ocean circumstances}

본 발명은 해저면의 앵커수단과 계류로프로 연결되어 해수면을 부유하면서 해당 수역의 해양환경을 측정하는 한편, 측정된 각종 환경데이터를 무선통신을 이용하여 육상의 관측시스템으로 전송시키도록 한 계류식 해양환경 관측부이에 관한 것으로서, 관측부이에 탑재된 장비의 가동을 위한 배터리가 내장된 배터리케이싱 또는 콘크리트블록이 내장된 무게추케이싱을 상기 배터리케이싱과 함께 해저면으로 안착시켜 이를 앵커수단으로 활용토록 함에 따라, 관측부이의 실질적인 소형화 및 경량화를 달성할 수 있도록 하는 한편, 시멘트 독성에 의한 해양환경의 오염을 방지할 수 있도록 한 계류식 해양환경 관측부이에 관한 것이다.

해양환경의 관측을 위하여 사용되는 관측장비는 해양이라는 설치영역의 특성상 유인화(有人化)가 어려울 뿐만 아니라, 관측장비의 설치와 관측자료의 수집 및 관측기기의 제어 측면에도 많은 제약이 따르기 때문에, 통상적으로는 데이터로거(Data logger) 등의 자체기록장치를 환경측정용 센서기구와 함께 관측장비에 탑재시켜 관측자료를 자동으로 수집한 다음 이를 정기적으로 회수하거나, 무선통신에 의하여 관측기기를 제어하고 관측자료를 송,수신하는 방식이 적용되고 있다.

상기와 같은 해양환경 관측장비에는 데이터로거 등의 자체기록장치 및 센서기구와 더불어, 이들의 제어를 위한 컨트롤러와, 제어신호 및 관측자료를 송,수신하는 무선통신장치와, 관측장비의 가동에 필요한 전력을 공급하는 배터리 등의 다양한 보조기구가 추가로 탑재되며, 이들은 대부분 전기,전자기기에 해당하므로 해상의 열악한 부식환경에 노출되지 않도록 관측기기의 보호 및 수밀처리(水密處理) 등에 각별한 주의가 요망된다.

그러나, 기존의 해양환경 관측장비는 소정의 부력을 가지는 부이(Buoy) 또는 폰툰(Pontoon) 등의 부체 상부에 관측기기를 탑재시키거나, 수밀처리된 상태로 부체와 결속되는 별도의 하우징에 관측기기를 내장시키는 방식으로 구성됨으로서, 관측장비의 전체적인 구조가 복잡하게 됨은 물론이고, 관측기기가 외부로 노출되어 선박 또는 표류물(漂流物) 등과의 충돌에 따른 파손의 위험성 또한 매우 높은 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여, 데이터로거를 포함하는 컨트롤러와 무선통신장치와 배터리 등을 수밀처리용 충진제와 함께 구형(球形)의 부이(부표)본체 내부에 삽입 설치하되, 상기 부이본체를 분해 조립이 가능한 반구형의 상부몸통과 하부몸통으로 각각 분할시키고, 상부몸통의 외측표면에 솔라셀(Solar cell: 태양전지)을 배치하는 한편, 센서기구는 하부몸통에 매달아 설치토록 한 해양환경 관측부이가 대한민국 등록특허 제 10-1011887호에 기재되어 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 해양환경 관측부이는 데이터로거를 포함하는 컨트롤러와 무선통신장치와 배터리 등을 수밀처리용 충진제와 함께 구형의 부이본체 내부에 분산 배치함으로서, 각각의 부품을 비교적 안전하게 보호할 수는 있었으나, 해당 부품의 고장이나 오작동이 발생할 경우 그 수리나 유지보수 작업은 매우 어렵게 되는 문제점이 있었으며, 관측부이를 제작하는 과정에서도 각각의 부품을 케이블로 접속시키는 전기배선작업 등이 까다롭게 되는 문제점이 있었다.

또한, 관측부이의 가동에 필요한 배터리를 부이본체에 내장시킴으로서 관측부이의 전체적인 하중이 무겁게 되고, 이러한 하중을 안정적으로 지탱할 수 있는 부력의 제공을 위하여 부이본체의 부피 역시 증대됨으로서, 관측부이의 소형화 및 경량화 측면에서 바람직하지 못하며, 이를 방지하기 위하여 소용량의 배터리를 사용하게 되면, 배터리에 의한 관측장비의 가동기간이 상대적으로 줄어들기 때문에, 관측부이를 수시로 회수하여 배터리의 교체나 충전작업을 수행하여야 하는 문제점이 야기된다.

특히, 상기와 같은 종래의 해양환경 관측부이를 특정한 수역에 계류식으로 설치하여 사용할 경우에는, 관측부이의 운반과 설치 및 철거가 용이하도록 관측부이를 소형화 및 경량화시키는 것이 필요하고, 특정한 수역(水域)에서 비교적 긴 시간동안 가동의 중단없이 연속적인 환경데이터를 수집하는 것이 요구되지만, 배터리 내장형의 구조로 말미암아 이러한 요구사항을 동시에 충족시키지 못하는 문제점이 있었다.

다시 말해서, 대용량의 배터리를 관측부이에 내장시킬 경우 관측부이의 소형화 및 경량화를 달성할 수 없게 되고, 관측부이의 소형화 및 경량화를 위하여 소용량의 배터리를 내장시키게 되면, 관측부이의 가동기간이 상대적으로 줄어들게 된다는 것이며, 이를 보완하기 위하여 태양발전에 의한 보조전력을 제공하는 솔라셀을 관측부이의 상부표면에 적용시켰으나, 솔라셀을 포함하는 보조전원기기의 적용에 따른 비용상승 측면과 수시로 변동하는 해양의 날씨 상황을 고려할 경우, 솔라셀에 의한 실질적인 전력공급의 효과는 극히 미미한 수준이다.

다른 한편으로, 계류식 해양환경 관측부이는 콘크리트앵커를 해저면에 안착시킨 상태에서, 와이어로프 등의 계류로프를 이용하여 해수면으로 부상되는 관측부이를 콘크리트앵커와 연결시키는 방식이 적용되는 바, 콘크리트앵커를 해저면에 안착시키는 작업시 발생하는 콘크리트 파편이나 부스러기 및 해수중에서 콘크리트앵커로부터 용출되는 시멘트 성분의 독성으로 인한 환경오염 문제가 대두되고 있으며, 이로 인하여 콘크리트앵커의 적용에 많은 제약이 따르고 있다.

따라서, 콘크리트앵커의 적용을 배제시키거나 그 적용범위를 최대한으로 줄이는 것이 요구되고, 콘크리트앵커의 적용시 콘크리트 성분이 해수와 접촉하지 않도록 하는 것이 필요하지만, 현재까지 이러한 요구사항을 만족시킬 수 있는 대안이 제시되지 못하였으며, 해양환경의 측정에 사용되는 센서기구를 관측부이에 매달아 설치함으로서, 요구하는 수심층에 맞추어 센서기구를 정확하게 위치시키는 것이 어려웠을 뿐만 아니라, 센서기구용 로프가 계류로프와 얽히는 상황이 자주 발생하여 정확한 측정작업에 지장을 초래하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제 10-1011887호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 관측부이에 탑재된 장비의 가동을 위한 배터리를 수밀처리된 배터리케이싱에 내장시킨 다음 이를 해저면으로 안착시켜 앵커수단으로 활용토록 하거나, 상기 배터리케이싱과 함께 콘크리트블록이 내장된 무게추케이싱을 해저면으로 안착시켜 이를 앵커수단으로 활용토록 함에 따라, 관측부이의 실질적인 소형화 및 경량화를 달성하는 동시에, 대용량 배터리의 손쉬운 적용을 통하여 관측부이의 가동기간을 최대한으로 확보토록 하며, 시멘트 성분의 독성에 의한 환경오염을 유발시키는 콘크리트앵커의 사용을 배제시키거나, 콘크리트와 해수의 접촉을 차단시킨 상태로 콘크리트앵커의 사용이 가능토록 하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.

이와 더불어, 본 발명은 상기 배터리케이싱으로부터 연장되는 케이블라인을 계류로프와 함께 관측부이와 연결시킴으로서, 관측부이가 보다 안전하고 유연하게 계류될 수 있도록 함은 물론, 해양환경의 측정에 필요한 센서기구를 요구하는 수심층별로 용이하게 매달아 설치할 수 있도록 하며, 관측부이의 부이본체 중심부를 수직 방향으로 관통하는 플랜지파이프의 내부에 데이터로거를 구비하는 컨트롤러와 무선통신유닛 및 GPS 등을 내장시킴으로서, 해당 장비의 안전한 보호와 손쉬운 유지보수가 가능토록 하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 해양환경의 측정을 위한 센서기구로서 DO센서와 CT센서를 적용하되, 관측부이의 상단측에 기압센서를 설치하는 한편, 상기 센서기구에는 수압센서를 추가로 적용시킴으로서, 기압센서와 수압센서의 병용에 의한 정확한 수심기준을 토대로 하여 용존산소와 염분농도 등의 환경데이터를 체계적으로 수집할 수 있도록 하며, 상기 계류로프와 착탈 가능하게 맞물림 고정되는 센서블록상에 각각의 센서기구를 장착시킴으로서, 센서기구의 위치조정이나 교체작업을 보다 손쉽고 용이하게 수행할 수 있도록 하는 것을 제 3의 기술적 과제로 한다.

마지막으로, 본 발명은 관측부이의 부이본체 외측면에 골조케이지 형상의 조립식 완충보강대를 설치함으로서, 선박이나 표류물 등과의 충돌에 따른 부이본체의 파손위험을 최대한으로 줄이는 한편, 부이본체의 파손시에도 파손된 부위가 외부로 유실되지 않도록 하며, 앵커수단과 인접한 계류로프의 하측부에 보조부이를 설치하여 해당 계류로프 부분이 케이블라인과 함께 해수중에 떠 있도록 함으로서, 계류로프와 케이블라인이 앵커수단과 얽히는 현상을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것을 제 4의 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 구 형상의 부이본체가 계류로프에 의하여 해저면의 앵커수단과 연결 설치되고, 상기 부이본체의 상단측에는 경광등이 설치되며, 상기 부이본체의 내부에는 데이터로거를 구비하는 컨트롤러와 무선통신유닛과 GPS가 설치된 계류식 해양환경 관측부이에 있어서, 상기 앵커수단은 배터리가 내장된 배터리케이싱 또는 배터리가 내장된 배터리케이싱과 콘크리트블록이 내장된 무게추케이싱을 계류지지대상에 설치하여 해저면으로 안착시킨 것이며, 상기 계류지지대는 하우징프레임과 바닥판으로 이루어지는 골조형 케이스가 되고, 상기 계류로프는 계류지지대로부터 연장되어 부이본체의 하단측과 연결 설치되며, 상기 배터리케이싱으로부터 계류로프를 따라 케이블라인이 연장되어 부이본체와 연결 설치되고, 상기 계류로프에는 케이블라인과 접속되는 해양환경 측정용 센서기구가 연결 설치되며, 상기 부이본체는 외부케이싱을 제공하는 PVC구체와, 상기 PVC구체의 내부에 충진되는 폴리우레탄폼으로 이루어지고, 상기 부이본체의 중심부에는 컨트롤러와 무선통신유닛과 GPS의 내장을 위한 플랜지파이프가 수직 방향으로 관통 설치되며, 상기 플랜지파이프는 PVC구체와 동일 소재로 하여 폴리우레탄폼의 중심부를 관통하도록 설치되고, 상기 플랜지파이프의 상단측과 하단측 플랜지부에는 플랜지덮개가 조립 설치되며, 상기 플랜지파이프의 하단측 플랜지덮개에는 계류로프의 연결을 위한 계류프레임이 설치되는 한편, 배터리케이싱과 센서기구로부터 연장되는 케이블라인의 연결을 위한 케이블접속기가 설치되고, 상기 경광등은 장착대와 함께 플랜지파이프의 상단측 플랜지덮개상에 조립 설치된 상태에서 부이본체를 거쳐 연장되는 케이블라인과 접속되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 센서기구는 DO센서와 CT센서와 수압센서를 하나의 측정모듈로 하여 센서블록상에 장착시킨 것이고, 상기 센서블록은 계류로프를 따라 수심층별로 다수 개소에 배치되며, 상기 경광등의 장착대에는 기압센서가 설치되고, 상기 기압센서는 부이본체를 거쳐 연장되는 케이블라인과 접속되는 것을 특징으로 하며, 상기 센서블록은 제 1블록과 제 2블록이 서로 마주보도록 맞대어진 상태에서 각각의 블록이 조립볼트에 의하여 착탈 가능하게 조립 설치된 것이고, 상기 제 1블록과 제 2블록에는 계류로프와 DO센서와 CT센서의 맞물림식 장착을 위한 장착홈이 대응 형성되는 한편, 각각의 장착홈 내주면에는 완충패드가 부착 설치되며, 상기 수압센서는 제 1블록 또는 제 2블록의 외측 표면에 압력감지판 형태로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부이본체의 외측에는 부이본체를 에워싸는 골조케이지 형상의 완충보강대가 설치되고, 상기 완충보강대는, 플랜지파이프의 상,하단측 플랜지덮개를 연결하는 다수 개의 호형프레임과, 각각의 호형프레임을 연결하도록 부이본체의 중심측 둘레 방향을 따라 설치되는 링프레임으로 이루어지며, 상기 호형프레임은 부이본체의 둘레 방향을 따라 일정한 각도를 두고 최소 3개 이상으로 설치되고, 각각의 호형프레임은 플랜지파이프의 플랜지덮개와 착탈 가능하게 조립 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 계류지지대로부터 1~2m 정도의 거리를 두고 이격된 계류로프상에는 소형의 보조부이가 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 대용량의 배터리를 계류지지대와 함께 앵커수단으로 활용토록 한 개선방안을 통하여 관측부이의 실질적인 소형화 및 경량화를 달성하는 동시에, 관측부이의 가동기간을 최대 6개월까지 확보할 수 있는 효과를 제공하며, 콘크리트앵커 자체를 배제시키거나 콘크리트블록이 내장된 무게추케이싱을 콘크리트앵커로 하여 배터리케이싱과 함께 적용시킴으로서, 시멘트 성분의 독성에 의한 환경오염이 유발되지 않도록 하는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 계류지지대로부터 연장되는 계류로프를 배터리케이싱으로부터 연장되는 케이블라인과 함께 관측부이와 연결시킴으로서, 케이블라인이 부담하는 계류하중만큼 계류로프 즉, 와이어로프의 굵기를 줄일 수 있고, 케이블라인이 계류로프와 얽히지 않도록 할 수 있으며, 이로 인하여 관측부이가 보다 안전하고 유연하게(자연스럽게) 계류되도록 하는 효과를 제공함은 물론이고, 케이블라인과 연계된 계류로프를 따라 요구하는 수심층별로 센서기구를 용이하게 매달아 설치할 수 있는 효과를 제공한다.

특히, 관측부이의 상단측에 설치된 기압센서와 계류로프를 따라 해수중에 배치된 수압센서의 병용에 의한 정확한 수심기준을 토대로 하여, 용존산소와 염분농도 등의 환경데이터를 보다 체계적으로 수집할 수 있는 효과를 제공하고, 계류로프와 착탈 가능하게 맞물림 고정되는 센서블록을 적용시켜 센서기구의 위치조정이나 교체작업을 보다 손쉽고 용이하게 수행할 수 있는 효과를 제공하며, 이러한 각각의 개선사항은 궁극적으로 관측부이에서 측정 및 수집된 환경데이터의 신뢰도를 향상시키는 결과로 이어진다.

추가적으로, 부이본체의 중심부를 관통하는 플랜지파이프의 내부에 관측제어 및 통신기기를 집약하여 내장시킴으로서, 해당 장비의 안전한 보호와 손쉬운 유지보수가 가능하게 되고, 골조케이지 형상의 조립식 완충보강대를 적용시켜 부이본체의 파손위험을 최대한으로 줄이는 한편, 부이본체의 파손시에도 파손된 부위가 외부로 유실되지 않도록 하며, 계류로프의 하측부에 보조부이를 설치하여 계류로프와 케이블라인이 계류지지대와 얽히는 현상을 미연에 방지할 수 있는 등의 또 다른 유용한 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 계류식 해양환경 관측부이가 앵커수단과 함께 설치된 상태를 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명의 요부를 이루는 관측부이의 일부 분해 사시도.
도 3은 도 2의 결합된 상태의 정단면도.
도 4는 본 발명의 다른 요부를 이루는 앵커수단의 일부 분해 사시도.
도 5의 (가) 및 (나)는 도 4에 적용된 배터리케이싱과 무게추케이싱의 측단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 요부를 이루는 센서블록의 설치상태도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 계류식 해양환경 관측부이(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 부력을 가지는 부이본체(1)가 계류로프(7)에 의하여 해저면의 앵커수단과 연결 설치되고, 상기 앵커수단은 배터리가 내장된 배터리케이싱(12)을 계류지지대(11)상에 설치하여 해저면으로 안착시킨 것이며, 상기 계류지지대(11)는 하우징프레임(11a)과 바닥판(11b)으로 이루어지는 골조형 케이스가 된다.

따라서, 상기 계류로프(7)는 계류지지대(11)로부터 연장되어 부이본체(1)의 하단측과 연결 설치되며, 상기 배터리케이싱(12)으로부터 계류로프(7)를 따라 케이블라인(8)이 추가로 연장되어 부이본체(1)와 연결 설치되는 바, 상기 케이블라인(8)과 계류로프(7)는 소정의 간격을 두고 케이블타이(Cable tie) 등을 이용하여 결속시켜 놓는 것이 바람직하다.

또한, 상기 계류로프(7)를 계류지지대(11)의 하우징프레임(11a)에 직접 결속시키는 방식도 가능하지만, 계류지지대(11)의 하우징프레임(11a)상에 연결고리(11c)와 같은 계류로프(7)의 결속수단을 설치하는 것이 바람직하고, 부이본체(1)와 계류로프(7)가 연결되는 부위에도 로프쉐클(Rope shackle)(7a)과 같은 착탈식 걸고리 수단을 제공함으로서, 부이본체(1)와 계류로프(7)간의 연결 또는 분리작업을 용이하게 수행토록 하는 것이 바람직하며, 상기 계류로프(7)로서는 통상 와이어로프(Wire rope)가 사용된다.

상기와 같이 배터리케이싱(12)으로부터 연장되는 케이블라인(8)이 계류로프(7)를 따라 배선되므로, 해양환경의 측정을 위한 센서기구는 케이블라인(8)과 접속된 상태로 계류로프(7)를 따라 해수중에 배치되고, 보다 바람직하게는 해양환경의 측정기준에 부합되는 적정 수심층에 맞추어 센서기구의 장착이 가능한 센서블록(9)을 계류로프(7)상에 고정 설치한 상태에서, 각각의 센서블록(9)마다 필요한 센서기구를 장착시켜 사용하는 것이며, 도 1에서는 총 2개소에 센서블록(9)이 장착되어 있다.

이와 더불어, 상기 계류지지대(11)로부터 소정의 거리, 바람직하게는 약 1~2m 정도의 거리를 두고 이격된 계류로프(7)상에 소형의 보조부이(7b)를 연결 설치함으로서, 보조부이(7b)의 아래에 해당하는 계류로프(7) 부분이 케이블라인(8)과 함께 해수중에 떠 있도록 하였으며, 이는 계류로프(7)와 케이블라인(8)이 계류지지대(11)의 하우징프레임(11a)과 얽히지 않도록 하는 측면에서 유리한 잇점을 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 걸쳐 도시된 바와 같이, 상기 부이본체(1)는 해수면의 수위변동이나 파고 등에 구애를 받지 않고 안정적인 계류상태를 유지할 수 있도록 구형(球形)으로 제작하는 것이 바람직하고, 필요시 상기 부이본체(1)를 타원형이나 원추형으로 제작하는 것도 가능하며, 부이본체(1)의 상단측에는 관측부이(10)의 야간식별을 위한 경광등(4)이 설치된다.

상기 부이본체(1)의 중심부에는 컨트롤러(15)와 무선통신유닛(16)과 GPS(17) 등의 관측기기를 내장시키기 위한 플랜지파이프(2)가 수직 방향으로 관통 설치되고, 상기 플랜지파이프(2)의 상단측과 하단측 플랜지부에는 방수팩킹(2b)을 개재시킨 상태로 플랜지덮개(2a)가 조립 설치되며, 상기 경광등(4)은 장착대(6)와 함께 플랜지파이프(2)의 상단측 플랜지덮개(2a)상에 조립 설치된 상태에서 부이본체(1)를 거쳐 연장되는 케이블라인(8)과 접속된다.

상기 컨트롤러(15)는 데이터로거(15a) 등의 자체기록장치와 관측기기의 제어를 위한 프로그램을 포함하여, 센서기구로부터 수집된 데이터의 처리와 변환 및 포맷 등을 수행할 수 있는 기능을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 무선통신유닛(16)은 CDMA(Code division multiple access) 전송방식을 적용시킨 것이 바람직하며, 상기 GPS(17)는 관측부이(10)의 현위치를 수시로 확인하여 이상유무를 점검토록 하는 한편, 태풍과 같은 자연재해의 발생시 관측부이(10)의 위치를 추적하여 분실위험을 최소화시킬 수 있도록 설치된 것이다.

아울러, 상기 장착대(6)는 경광등(4)이 설치되는 장착판(6a)의 주연부를 따라 다수 개(도면상 4개)의 장착다리(6b)가 일체로 연결된 형태를 가지며, 각각의 장착다리(6b) 하단에는 조립볼트(B)의 체결을 위한 체결구멍이 형성됨으로서, 플랜지파이프(2)의 상단에 플랜지덮개(2a)를 조립하는 작업시 장착대(6)의 장착다리(6b) 부분을 플랜지덮개(2a)와 함께 조립시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 장착대(6)의 장착다리(6b) 내측에는 기압센서(5)가 추가로 설치되는 바, 상기 기압센서(5)는 조수간만의 차이에 의한 해수면의 수위변동을 대기의 압력값으로 감지하여 센서기구에 의하여 측정된 데이터의 분석기준, 즉 수심기준을 보다 명확하게 제시할 수 있도록 설치된 것으로서, 경광등(4)과 마찬가지로 부이본체(1)를 거쳐 연장되는 케이블라인(8)과 접속된다.

다시 말해서, 해수면의 상승시에는 대기압이 하강하게 되고, 해수면의 하강시에는 대기압이 상승하게 되므로, 이러한 압력변화를 기압센서(5)가 감지하여 측정시의 수심기준을 보다 정확하게 판단할 수 있다는 것이며, 기압센서(5)와 경광등(4)은 부이본체(1)의 상단측 플랜지덮개(2a)를 관통하는 케이블접속기(8a)에 의하여 컨트롤러(15)와 접속시키는 것이 바람직하고, 해당 케이블접속기(8a)가 관통되는 부위에도 수밀처리가 이루어져야 함은 물론이다.

이와 더불어, 상기 플랜지파이프(2)의 하단측 플랜지덮개(2a)에는 계류로프(7)의 연결을 위한 계류프레임(14)이 조립 설치되는 한편, 배터리케이싱(12)과 센서기구로부터 연장되는 케이블라인(8)을 플랜지파이프(2) 내부의 컨트롤러(15)와 접속시키기 위한 케이블접속기(8a)가 관통 설치되어 있으며, 계류프레임(14)의 하단측에는 계류로프(7)의 로프쉐클(7a)이 연결되는 쉐클고리(14a)가 설치되어 있다.

상기 계류프레임(14) 역시 경광등(4)의 장착대(6)와 마찬가지로, 쉐클고리(14a)가 연결되는 장착판의 주연부를 따라 계류하중의 분산을 위한 다수 개의 지지다리를 일체로 형성시킨 구조가 바람직하고, 상기 케이블라인(8)은 지지다리의 사이에 제공된 간격을 통하여 하단측 플랜지덮개(2a)의 중심부측에 관통 설치된 케이블접속기(8a)와 연결되며, 해당 케이블접속기(8a)가 플랜지덮개(2a)를 관통하는 부위에도 방수충진물(2c) 등에 의한 수밀처리가 이루어져야 한다.

다른 한편으로, 본 발명의 토대를 제공하는 부이본체(1)는 소정의 부력을 제공할 수 있는 것이라면 어떠한 소재를 적용시키더라도 무방하지만, 도 3에서와 같이 외부케이싱을 제공하는 PVC구체(1a)와, 상기 PVC구체(1a)의 내부에 충진되는 폴리우레탄폼(1b)으로 제작하는 것이 바람직하며, 상기 플랜지파이프(2)는 PVC구체(1a)와 동일 소재로 하여 폴리우레탄폼(1b)의 중심부를 관통하도록 설치되고, 각각의 플랜지덮개(2a) 또한 PVC 소재가 된다.

상기와 같이 가볍고 내식성이 우수한 PVC 소재를 외피로 하여 그 내부에 완충기능과 부력유지성능이 우수한 폴리우레탄폼(1b)을 충진시킴으로서, 관측부이(10)의 소형화 및 경량화에 한층 더 기여토록 함은 물론, 선박 등과의 충돌에 의한 파손의 위험을 최대한으로 줄이고, 부이본체(1)의 일부 파손시에도 충분한 부력을 유지토록 하며, PVC 소재간의 열융착 방식에 의하여 파손된 부분만을 국부적으로 복원시키는 것도 가능하다.

보다 더 바람직하게는, 상기 부이본체(1)의 외측에 부이본체(1)를 에워싸는 골조케이지 형상의 완충보강대(3)를 설치하는 것이며, 도면상 상기 완충보강대(3)는 플랜지파이프(2)의 상단측 플랜지덮개(2a)와 하단측 플랜지덮개(2a)를 높이 방향으로 연결하는 다수 개의 호형(弧形)프레임(3a)과, 각각의 호형프레임(3a)을 연결하도록 부이본체(1)의 중심측 둘레 부분을 따라 수평 방향으로 설치되는 링프레임(3b)으로 이루어진다.

상기 호형프레임(3a)은 부이본체(1)의 둘레 방향을 따라 일정한 각도를 두고 최소 3개 이상(도면상 90도 각도를 두고 총 4개)으로 설치하는 것이 바람직하고, 상기 링프레임(3b)은 호형프레임(3a)의 내측 또는 외측 어디에 설치되더라도 무방하며, 각각의 호형프레임(3a)은 플랜지파이프(2)의 플랜지덮개(2a)와 착탈 가능하게 조립식으로 설치하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 각 호형프레임(3a)의 끝단부에는 조립볼트(B)의 체결을 위한 체결구멍을 형성시킴으로서, 경광등(4)의 장착대(6)와 마찬가지로 플랜지파이프(2)의 상,하단측에 플랜지덮개(2a)를 조립하는 작업시 각각의 호형프레임(3a)을 플랜지덮개(2a)와 함께 조립시킬 수 있도록 하였으며, 도면상 부이본체(1)의 중심부 둘레를 따라 하나의 링프레임(3b)이 적용되었으나, 부이본체(1)의 높이 방향을 따라 다수 개의 링프레임(3b)을 설치하는 것도 가능하다.

도 4는 배터리케이싱(12)이 무게추케이싱(12')과 함께 계류지지대(11)상에 설치되는 상태를 나타낸 것이고, 도 5는 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')의 내부에 배터리(18)와 콘크리트블록(19)이 삽입된 상태를 나타낸 것으로서, 대용량의 배터리(18)가 내장된 배터리케이싱(12)과 계류지지대(11)의 침강하중만으로 관측부이(10)의 앵커기능을 수행하기 어려운 경우에 한하여, 무게추로서의 콘크리트블록(19)이 내장된 무게추케이싱(12')을 배터리케이싱(12)과 함께 앵커수단으로 활용하는 것이 바람직하다.

필요시 콘크리트블록(19)이 내장된 무게추케이싱(12')을 대신하여 배터리(18)가 내장된 총 2개의 배터리케이싱(12)을 앵커수단으로 활용하는 것도 가능하며, 이 경우 각각의 배터리(18)를 케이블라인(8)과 병렬식으로 접속시켜 관측부이(10)의 가동에 필요한 전력공급을 수행토록 하는 것이 유리하고, 운반과 설치에 지장을 초래하지 않는 범위내에서 배터리케이싱(12) 또는 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')의 적용갯수는 3개 이상이 될 수도 있다.

상기 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')은 원통 형상의 케이싱본체(12a)와, 상기 케이싱본체(12a)의 전,후방 입구측에 조립 설치되는 케이싱덮개(12b)로 이루어지고, 상기 케이블라인(8)은 배터리케이싱(12)의 일측 케이싱덮개(12b) 중앙부를 관통하는 케이블접속기(8a)에 의하여 배터리(18)와 접속된 상태로 관측부이(10)측으로 연장되며, 상기 케이싱덮개(12b)의 조립부위와 케이블접속기(8a)의 관통부위에도 방수팩킹(8b) 등에 의한 수밀처리가 적용된다.

상기 케이싱본체(12a)와 케이싱덮개(12b) 역시 PVC 소재를 이용한 사출성형품을 사용하는 것이 바람직하므로, 성형작업의 편의성을 도모하고 운반 및 취급이 보다 더 용이하도록 케이싱본체(12a)를 원통 형상으로 제작한 것이며, 원통 형상의 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')을 조립볼트(B)를 이용하여 계류지지대(11)의 바닥판(11b)상에 안정적으로 장착시킬 수 있도록 반원 형태의 장착밴드(13)가 사용되었다.

상기 장착밴드(13)의 양측 하단부에도 조립볼트(B)의 체결을 위한 체결구멍이 형성되어 있고, 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')을 계류지지대(11)의 바닥판(11b)상에 요동없이 안정적으로 위치 고정시킬 수 있도록 장착밴드(13)가 설치되는 케이싱본체(12a)의 외주면에는 단턱부(12c)가 돌출 형성되어 있으며, 계류지지대(11)의 바닥판(11b)은 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')의 장착베이스를 제공하는 동시에, 배터리케이싱(12)과 무게추케이싱(12')의 하중에 의한 침하현상을 억제하도록 접지면적을 확보하는 기능 또한 수행하게 된다.

도 6은 본 발명의 관측부이(10)에 사용되는 센서기구의 장착상태를 나타내었는 바, 상기 센서기구는 DO센서(20)와 CT센서(21)와 수압센서(22)를 하나의 측정모듈로 하여 센서블록(9)상에 장착되고, 상기 센서블록(9)은 각각의 센서기구를 계류로프(7)와 함께 클램핑시킬 수 있도록, 제 1블록(9a)과 제 2블록(9b)이 서로 마주보게 맞대어진 상태에서 각각의 블록(9a)(9b)이 조립볼트(B)에 의하여 착탈 가능하게 조립 설치되어 있다.

상기와 같이 각각의 센서기구를 계류로프(7)와 함께 센서블록(9)으로 클램핑시키는 작업의 편의성 및 센서기구의 안전한 장착을 위하여, 상기 제 1블록(9a)과 제 2블록(9b)에는 계류로프(7)와 DO센서(20)와 CT센서(21)의 맞물림식 장착을 위한 장착홈(23)이 대응 형성되고, 상기 장착홈(23)의 내주면에는 완충패드(23a)가 부착되어 있으며, 상기 수압센서(22)는 제 1블록(9a) 또는 제 2블록(9b)의 외측 표면에 압력감지판의 형태로 설치하는 것이 바람직하다.

상기 DO센서(20)는 해수중의 용존산소농도를 측정하는 것이고, 상기 CT센서(Current transformer)(21)는 전기전도도를 이용하여 해수중의 염분농도를 측정하는 것이며, 상기 수압센서(22)는 수압에 의한 수심을 측정하는 것으로서 부이본체(1)의 상단에 설치되는 기압센서(5)와 함께 해양환경의 측정기준이 되는 수심을 보다 더 정확하게 판단할 수 있도록 추가로 제공된 것인 바, 이러한 DO센서(20)나 CT센서(21) 및 수압센서(22) 이외에도 해양환경의 관측에 필요한 것이라면 어떠한 종류의 센서기구가 설치되더라도 무방함을 밝혀두는 바이다.

상기 DO센서(20)와 CT센서(21)의 상단측에는 케이블접속기(8a)에 의하여 케이블라인(8)이 연결 설치되어 있고, DO센서(20)와 CT센서(21)의 하단측에는 용존산소농도와 염분농도를 감지하는 센싱팁(20a)(21a)이 각각 제공되어 있으며, 수압센서(22)용 케이블라인(미도시)은 센서블록(9)의 후방면이나 하측면을 관통하는 방식으로 수압센서(22)와 접속시키는 것이 바람직하고, 각각의 센서에 케이블라인(8)이 접속되는 부위에도 수밀처리가 이루어져야 함은 물론이다.

위에서 설명되어진 바와 같이 본 발명에 따른 계류식 해양환경 관측부이(10)는, 대용량의 배터리(18)를 계류지지대(11)와 함께 앵커수단으로 활용토록 한 개선방안을 통하여 관측부이(10)의 실질적인 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는 동시에, 관측부이(10)의 가동기간을 최대한으로 확보할 수 있으며, 콘크리트앵커 자체를 배제시키거나 콘크리트블록(19)이 내장된 무게추케이싱(12')을 콘크리트앵커로 하여 배터리케이싱(12)과 함께 적용시킴으로서, 시멘트 성분의 독성에 의한 환경오염을 유발시키지 않게 된다.

상기와 같은 관측부이(10)의 소형화 및 경량화를 통하여 관측부이(10)의 운반과 설치 및 철거 작업 등을 보다 더 용이하게 수행할 수 있으며, 환경데이터를 수집하지 않는 시간에 관측시스템을 대기모드로 자동 전환시켜 최소 소비전력 상태를 유지토록 하는 등의 조건하에서, 본 발명에 따른 관측부이(10)는 배터리(18)의 충전이나 교체없이 최대 6개월까지 독립적인 운전이 가능하게 된다.

이와 더불어, 계류지지대(11)로부터 연장되는 계류로프(7)를 배터리케이싱(12)으로부터 연장되는 케이블라인(8)과 함께 관측부이(10)와 연결시킴으로서, 케이블라인(8)이 부담하는 계류하중만큼 계류로프(7), 즉 와이어로프의 굵기를 줄일 수 있고, 케이블라인(8)이 계류로프(7)와 얽히지 않도록 할 수 있으며, 이로 인하여 관측부이(10)가 보다 안전하고 유연하게(자연스럽게) 계류될 수 있음은 물론이고, 케이블라인(8)과 연계된 계류로프(7)를 따라 요구하는 수심층별로 센서기구를 용이하게 매달아 설치할 수 있게 된다.

특히, 관측부이(10)의 상단측에 설치된 기압센서(5)와 계류로프(7)를 따라 해수중에 배치된 수압센서(22)의 병용에 의한 정확한 수심기준을 토대로 하여, 용존산소와 염분농도 등의 환경데이터를 보다 체계적으로 수집할 수 있고, 계류로프(7)와 착탈 가능하게 맞물림 고정되는 센서블록(9)을 적용시켜 센서기구의 위치조정이나 교체작업을 보다 손쉽고 용이하게 수행할 수 있으며, 이러한 각각의 개선사항은 궁극적으로 관측부이(10)에서 측정 및 수집된 환경데이터의 신뢰도를 향상시키는 결과로 이어진다.

또한, 부이본체(1)의 중심부를 관통하는 플랜지파이프(2)의 내부에 관측제어 및 통신기기를 집약하여 내장시킴으로서, 해당 장비의 안전한 보호와 손쉬운 유지보수가 가능하게 되고, 골조케이지 형상의 조립식 완충보강대(3)를 적용시켜 부이본체(1)의 파손위험을 최대한으로 줄이는 한편, 부이본체(1)의 파손시에도 파손된 부위가 외부로 유실되지 않도록 하며, 계류로프(7)의 하측부에 보조부이(7b)를 설치하여 계류로프(7)와 케이블라인(8)이 계류지지대(11)와 얽히는 현상을 미연에 방지할 수 있는 등의 또 다른 추가적인 잇점을 제공할 수 있다.

마지막으로, 본 발명을 설명하는 과정에서 그 재질을 특별히 언급하지 아니한 부품, 예를 들어 호형프레임(3a)과 링프레임(3b)으로 이루어지는 완충보강대(3)와, 로프쉐클(7a)을 포함하는 계류로프(7)와, 하우징프레임(11a) 및 바닥판(11b)을 포함하는 계류지지대(11)와, 장착밴드(13)와, 조립볼트(B:너트 포함) 등은 내부식성과 기계적 강도가 우수한 스테인레스 스틸 소재, 예를 들어 SUS 316(프레임용), SUS 303(판재용) 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 계류로프(7)는 10mm 정도의 직경을 가지는 SUS 와이어로프를 사용하는 것만으로도 관측부이(10)의 계류하중을 충분히 지지할 수 있다.

1 : 부이본체 1a : PVC구체 1b : 폴리우레탄폼
2 : 플랜지파이프 2a : 플랜지덮개 2b,8b : 방수팩킹
2c : 방수충진물 3 : 완충보강대 3a : 호형프레임
3b : 링프레임 4 : 경광등 5 : 기압센서
6 : 장착대 6a : 장착판 6b : 장착다리
7 : 계류로프 7a : 로프쉐클 7b : 보조부이
8 : 케이블라인 8a : 케이블접속기 9 : 센서블록
9a : 제 1블록 9b : 제 2블록 10 : 관측부이
11 : 계류지지대 11a : 하우징프레임 11b : 바닥판
11c : 연결고리 12 : 배터리케이싱 12' : 무게추케이싱
12a : 케이싱본체 12b : 케이싱덮개 12c : 단턱부
13 : 장착밴드 14 : 계류프레임 14a : 쉐클고리
14b : 보조로프 14c : 케이블포트 14d : 상단캡
15 : 컨트롤러 15a : 데이터로거 16 : 무선통신유닛
17 : GPS 18 : 배터리 19 : 콘크리트블록
20 : DO센서 20a,21a : 센싱팁 21 : CT센서
22 : 수압센서 23 : 장착홈 23a : 완충패드
B : 조립볼트

Claims

구 형상의 부이본체(1)가 계류로프(7)에 의하여 해저면의 앵커수단과 연결 설치되고, 상기 부이본체(1)의 상단측에는 경광등(4)이 설치되며, 상기 부이본체(1)의 내부에는 데이터로거(15a)를 구비하는 컨트롤러(15)와 무선통신유닛(16)과 GPS(17)가 설치된 계류식 해양환경 관측부이(10)에 있어서,
상기 앵커수단은 배터리(18)가 내장된 배터리케이싱(12) 또는 배터리(18)가 내장된 배터리케이싱(12)과 콘크리트블록(19)이 내장된 무게추케이싱(12')을 계류지지대(11)상에 설치하여 해저면으로 안착시킨 것이며,
상기 계류지지대(11)는 하우징프레임(11a)과 바닥판(11b)으로 이루어지는 골조형 케이스가 되고, 상기 계류로프(7)는 계류지지대(11)로부터 연장되어 부이본체(1)의 하단측과 연결 설치되며,
상기 배터리케이싱(12)으로부터 계류로프(7)를 따라 케이블라인(8)이 연장되어 부이본체(1)와 연결 설치되고, 상기 계류로프(7)에는 케이블라인(8)과 접속되는 해양환경 측정용 센서기구가 연결 설치되며,
상기 부이본체(1)는 외부케이싱을 제공하는 PVC구체(1a)와, 상기 PVC구체(1a)의 내부에 충진되는 폴리우레탄폼(1b)으로 이루어지고, 상기 부이본체(1)의 중심부에는 컨트롤러(15)와 무선통신유닛(16)과 GPS(17)의 내장을 위한 플랜지파이프(2)가 수직 방향으로 관통 설치되며,
상기 플랜지파이프(2)는 PVC구체(1a)와 동일 소재로 하여 폴리우레탄폼(1b)의 중심부를 관통하도록 설치되고, 상기 플랜지파이프(2)의 상단측과 하단측 플랜지부에는 플랜지덮개(2a)가 조립 설치되며,
상기 플랜지파이프(2)의 하단측 플랜지덮개(2a)에는 계류로프(7)의 연결을 위한 계류프레임(14)이 설치되는 한편, 배터리케이싱(12)과 센서기구로부터 연장되는 케이블라인(8)의 연결을 위한 케이블접속기(8a)가 설치되고,
상기 경광등(4)은 장착대(6)와 함께 플랜지파이프(2)의 상단측 플랜지덮개(2a)상에 조립 설치된 상태에서 부이본체(1)를 거쳐 연장되는 케이블라인(8)과 접속되는 것을 특징으로 하는 계류식 해양환경 관측부이.
제 1항에 있어서, 상기 센서기구는 DO센서(20)와 CT센서(21)와 수압센서(22)를 하나의 측정모듈로 하여 센서블록(9)상에 장착시킨 것이고, 상기 센서블록(9)은 계류로프(7)를 따라 수심층별로 다수 개소에 배치되며,
상기 경광등(4)의 장착대(6)에는 기압센서(5)가 설치되고, 상기 기압센서(5)는 부이본체(1)를 거쳐 연장되는 케이블라인(8)과 접속되는 것을 특징으로 하는 계류식 해양환경 관측부이.
제 2항에 있어서, 상기 센서블록(9)은 제 1블록(9a)과 제 2블록(9b)이 서로 마주보도록 맞대어진 상태에서 각각의 블록(9a)(9b)이 조립볼트(B)에 의하여 착탈 가능하게 조립 설치된 것이며,
상기 제 1블록(9a)과 제 2블록(9b)에는 계류로프(7)와 DO센서(20)와 CT센서(21)의 맞물림식 장착을 위한 장착홈(23)이 대응 형성되고, 상기 장착홈(23)의 내주면에는 완충패드(23a)가 부착 설치되며,
상기 수압센서(22)는 제 1블록(9a) 또는 제 2블록(9b)의 외측 표면에 압력감지판 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 계류식 해양환경 관측부이.
삭제
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부이본체(1)의 외측에는 부이본체(1)를 에워싸는 골조케이지 형상의 완충보강대(3)가 설치되는 것을 특징으로 하는 계류식 해양환경 관측부이.
제 5항에 있어서, 상기 완충보강대(3)는, 플랜지파이프(2)의 상,하단측 플랜지덮개(2a)를 연결하는 다수 개의 호형프레임(3a)과, 각각의 호형프레임(3a)을 연결하도록 부이본체(1)의 중심측 둘레 방향을 따라 설치되는 링프레임(3b)으로 이루어지며,
상기 호형프레임(3a)은 부이본체(1)의 둘레 방향을 따라 일정한 각도를 두고 최소 3개 이상으로 설치되고, 각각의 호형프레임(3a)은 플랜지파이프(2)의 플랜지덮개(2a)와 착탈 가능하게 조립 설치되는 것을 특징으로 하는 계류식 해양환경 관측부이.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계류지지대(11)로부터 1~2m 정도의 거리를 두고 이격된 계류로프(7)상에는 소형의 보조부이(7b)가 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 계류식 해양환경 관측부이.