KR101830370B1

KR101830370B1 - 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치

Info

Publication number: KR101830370B1
Application number: KR1020150170452A
Authority: KR
Inventors: 신현석; 김미은; 장영수
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2018-02-20
Also published as: KR20170064688A

Abstract

본 발명은 시료가 내부에 채워지고, 외부로부터 유입된 실험수가 내부를 흘러 외부로 배출될 수 있도록 형성되며, 서로 연결된 전방베드(112)와 후방베드(114)로 이루어지는 실험베드(100)와, 상기 실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되며, 상기 실험수가 수용되어 상기 실험베드(100)로 흘려보내게 되는 유입수조(200) 및, 상기 실험베드(100)의 내부를 흘러 배출된 상기 실험수가 집수된 후 외부로 배출되도록 상기 실험베드(100)의 후방에 설치되는 배출수조(300)로 이루어지고, 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)는 설정각도 범위에서 각각 독립적으로 회전가능하게 설치되어 실험조건에 따른 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂) 조절이 가능해지도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치를 제공한다. 본 발명에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 의하면, 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 효과가 있고, 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능한 효과가 있으며, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있는 효과가 있음은 물론, 하천과 댐 및 여수로 등의 다양한 수리실험, 토사유출 등을 포함한 산사태 모의실험, 지하시설 침수실험, 재난계단침수 안정성실험, 확산과 녹조 등의 하천 환경실험, 수에너지 검증실험(소수적, 소수차형), 도시침수 모의실험 등의 다양한 형태의 실험을 접목시켜 실현되게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치{Smart-Adaptive Wide-Open-Channel Multi-Purposed Experimental Equipment}

본 발명은 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 유역단위에서 하천을 중심으로 상사법칙(相似法則:Similarity law)을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대한 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있고, 강우에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 강우시에 주요한 수문순환요소인 지표유출, 지표하유출, 침투를 고려하여 수문량을 측정할 수 있으며, 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 반영한 세밀한 시험을 통하여 효율적인 검증 및 평가가 수행될 수 있는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 관한 것이다.

최근에는 도시지역이나 농업지역 등의 무분별한 개발과 성장으로 인하여 비점오염물질(Non-point pollutant)의 발생량이 증가하면서 숲, 녹지, 늪지 등이 파괴되어 비점오염물질의 자연적인 처리가 거의 이루어지지 않는 실정이다.

도 1은 자연계의 수문순환을 간략히 나타낸 그림이며, 도시개발에 따른 광대한 면적의 지표면이 아스팔트나 콘크리트로 포장되면서 지표유출이 아닌 침투를 통해 표층을 따라 발생하는 지표하(址表下) 유출의 비율이 점점 감소하고 있으며, 지하수층으로 이동하는 지하수유출도 감소하고 있다.

이처럼, 불투수 면적의 비율이 높아짐에 따라 총 유출량이 상승되고 있으며, 이로 인하여 물의 끊임없는 순환과정을 지칭하는 수문적 순환조건이 변화됨으로써 물순환 체계가 파괴됨과 동시에 도시지역 내의 비점오염원이 함께 유출되어 하천 환경과 생태계에 악영향을 미치고 있다.

이러한, 물 관리 문제점을 해소하기 위한 대책으로 개발이전의 수문적 순환 상태를 모사하여 개발에 따른 영향을 최소화하고, 물 순환구조를 개선하고자 하는 저영향개발(LID: Low Impact Development)기법에 대한 관심이 높아지고 있다.

LID 기법은 유역의 지형 및 토질특성을 반영하여 물 순환구조를 개선하기 위한 유역개발기술과, 강우유출양상을 유지시킬 수 있는 소규모의 기술을 조합하여 자연상태의 수문적 순환 기능을 유지하는 녹색공간과 자연형 공간을 조성하는 공간활용기술 및 강우 유출수의 지하침투를 증대시켜 유역단위의 홍수유출량을 저감시킬 수 있도록 하고 유역의 비점오염원을 저감시키며 건천화(乾川化)를 방지하는 등의 저영향개발 기술로 분류될 수 있다.

상기한 LID 요소기술에 대하여 강우를 모사하고 그에 따른 유출수를 분석하여 효율성을 평가하는 방법이 많이 이루어져 왔으나, 종래의 실험은 단순 격자형 조합만을 이용하므로 정확하고 정밀한 분석이 매우 어려워 LID 기법에 대한 효율성을 실증하기 위하여 수문적 순환과 유역 특성을 고려할 수 있는 실험시설 및 기기가 필요한 실정이다.

상기와 같은 문제점으로 인해 효율성 실증을 위한 기술인 선행문헌 1의 "산사태 유형별 흐름특성 재현을 위한 실내 모형시험장치"에서는 도 2에서 보는 바와 같이 사면붕괴 후 활동(slide)-토석사태(debris avalanche)-토석류(debris flow)로 이어지는 전과정을 플룸의 경사각, 폭 및 길이를 자유롭게 조절함으로써 산사태 유형별 흐름특성 재현할 수 있도록 제안하고 있다.

또, 선행문헌 2의 "수중생물 행동실험을 위한 개수로 실험장치"에서는 도 3에서 보는 바와 같이 공급탱크(10), 개수로(20), 수용탱크(30) 및 구조물유닛(50)을 포함하는 구성으로 이루어지고, 구조물유닛(50)을 유로(22)의 표면에 다양한 위치에 배치되도록 선택적으로 착탈시켜 다양한 물의 유동을 구현하거나 다양한 형태의 실험하천 환경을 선택적으로 구현하면서 실험을 할 수 있도록 제안하고 있다.

한편, 특허문헌 3의 "유량 조절형 유로 시스템"에서는 도 4에서 보는 바와 같이 유로(110), 유로(110)의 하부에 배치되어 이동 가능한 지지부(120), 유로(110)와 연통하는 유체공급부, 벤튜리관(111)의 내부에 배치되어 유로(110) 내의 유체 흐름을 측정하는 측정부 및 지지프레임(121) 내부에 배치되는 순환수조(150)를 포함하는 구성으로 이루어지며, 유로 내부 일면과 평행하도록 배치되어 사용하지 않을 경우 수납이 간편하도록 2단 분리형으로 제작된 위어를 통하여 공간의 제약을 최소화하여 용이하게 설치 가능하게 하고, 유로 내부에 배치되는 벤튜리관에 장착되는 유량계 및 유속계가 유로의 상부에 배치되는 초음파 수위 센서를 통하여 유량, 유속 및 수위변화의 다목적으로 사용 가능하게 함으로써 농업수리관련 연구발전이 가능하고, 영농현장에 필요한 시설물의 검증 보급화로 용수관리 정밀화를 도모할 수 있도록 제안하고 있다.

그러나, 상기한 선행문헌 1 내지 3은 각각 해당 발명의 목적에 맞는 신뢰성 있는 실험데이터를 확보하도록 하고 있으나, 해당 유역에 대한 LID 기법을 적용할 때 발생하는 현상, 유출수 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴 그리고 퇴적과 같은 현상, 비점오염저감시설과 LID 요소 기술에서 핵심인 저류효과와 물의 손실 등에 대한 규명이 비교적 어렵고, 상류 유역과 하류 유역의 지표면 특성에 맞는 적절한 실험을 하지 못하는 등 수리실험의 적용범위가 매우 제한적이라는 단점이 있다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1195403호 "산사태 유형별 흐름특성 재현을 위한 실내 모형시험장치" 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-1198105호 "수중생물 행동실험을 위한 개수로 실험장치" 특허문헌 3 : 대한민국 등록실용실안공보 제20-0472392호 "유량 조절형 유로 시스템"

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능한 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 하천과 댐 및 여수로 등의 다양한 수리실험, 토사유출 등을 포함한 산사태 모의실험, 지하시설 침수실험, 재난계단침수 안정성실험, 확산과 녹조 등의 하천 환경실험, 수에너지 검증실험(소수적, 소수차형), 도시침수 모의실험 등의 다양한 형태의 실험을 접목시켜 실현되게 할 수 있는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 시료가 내부에 채워지고, 외부로부터 유입된 실험수가 내부를 흘러 외부로 배출될 수 있도록 형성되며, 서로 연결된 전방베드(112)와 후방베드(114)로 이루어지는 실험베드(100)와, 상기 실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되며, 상기 실험수가 수용되어 상기 실험베드(100)로 흘려보내게 되는 유입수조(200) 및, 상기 실험베드(100)의 내부를 흘러 배출된 상기 실험수가 집수된 후 외부로 배출되도록 상기 실험베드(100)의 후방에 설치되는 배출수조(300)로 이루어지고, 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)는 설정각도 범위에서 각각 독립적으로 회전가능하게 설치되어 실험조건에 따른 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂) 조절이 가능해지도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치를 제공한다.

상기 실험베드(100)는, 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)의 연결부위 하부에 결합되며, 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)를 각각 지지하는 지지축(110)과, 승강운동하며 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)가 상기 지지축(110)을 중심으로 설정각도만큼 회전이동하도록 하는 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)는 구동모터(122, 132)의 회전력을 전달받는 리드스크류(124, 134)가 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)의 승강대(112a, 114a)에 체결되어 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)가 승하강되게 하는 스크루 잭(120a, 130a)인 것을 특징으로 한다.

상기 실험베드(100)는 폭 방향 양측에 상기 실험베드(100)의 길이방향을 따라 설치되는 레일(400)을 더 포함하되, 상기 유입수조(200)는, 상기 레일(400)을 따라 슬라이딩 이동되는 이동프레임(210)과, 상기 이동프레임(210)에 설치되며 상기 실험베드(100)에 유입되는 상기 실험수가 저장되는 저장탱크(220)와, 상기 실험베드(100)의 승하강 높이에 대응되게 상기 저장탱크(220)가 상기 이동프레임(210)에서 높이 가변되게 하는 저장탱크 승강장치(230)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 유입수조(200)는 상기 실험베드(100)의 승하강에 맞춰 전후 이동되고, 상하 승강되는 변화에 따른 운동력에 의해 내부의 측면부에서 반사되는 상기 실험수의 반사파를 흡수하여 입사파의 교란을 최소화되도록 하는 소파장치(202)가 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 실험베드(100)는 토사실험을 위한 플럼결합단(140)이 분리가능하게 결합되되, 상기 플럼결합단(140)은 상기 실험수가 흘러 배출되는 상기 실험베드(100)의 가장자리 부위에 가로질러 결합되는 고정대(142)와, 상기 고정대(142)에 결합되어 상기 실험수가 분리되어 배출되게 하는 배출유도판(144)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 유입수조(200)는 위어판(240)이 결합되되, 상기 위어판(240)은 전폭위어판, 사각위어판, 삼각위어판중에서 선택된 어느 하나가 상기 유입수조(200)에 탈부착되어 상기 실험베드(100)로 유입되는 상기 실험수의 유량이 정량적으로 측정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 실험베드(100)는 상기 실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동되며 상기 실험베드(100)에 강우를 재현하기 위한 강우모사기(150)가 마련된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 의하면, 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능한 효과가 있다.

또한, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하천과 댐 및 여수로 등의 다양한 수리실험, 토사유출 등을 포함한 산사태 모의실험, 지하시설 침수실험, 재난계단침수 안정성실험, 확산과 녹조 등의 하천 환경실험, 소수적 및 소수차형의 수에너지 검증실험, 도시침수 모의실험 등의 다양한 형태의 실험을 접목시켜 실현되게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 자연계의 수문순환을 간략히 나타낸 그림.
도 2는 선행문헌 1을 나타내는 구성도.
도 3은 선행문헌 2를 나타내는 구성도.
도 4는 선행문헌 3을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치의 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치의 상부도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치의 작동예를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 마련된 유입수조의 정면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 마련된 유입수조의 상부도.
도 10은 도 9에 도시된 유입수조의 A-A' 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치의 유입수조를 승강되게 하는 저장탱크 승강장치를 보여주는 도면.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 결합되는 플럼결합단을 보여주는 도면.
도 15는 도 7에 도시된 지지축의 부분확대도.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 결합된 제1 및 제2 액추에이터를 보여주는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치에 마련된 배출수조의 상부도.
도 18은 도 17에 도시된 토사분리판을 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

이 과정에서 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

본 발명의 명세서에 첨부된 도면인 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치의 상부도이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치는 실험베드(100), 유입수조(200), 배출수조(300)를 포함하여 이루어진다.

실험베드(100)는 개방된 상부를 갖는 직사각형상으로 형성되어 시료가 내부에 채워지고, 외부로부터 유입된 실험수가 내부를 흘러 외부로 배출될 수 있도록 형성되며, 서로 연결된 전방베드(112)와 후방베드(114)로 이루어진다. 여기서, 전방베드(112)는 실험수가 유입되는 실험베드(100)의 전방부분이고, 후방베드(114)는 실험수가 배출되는 실험베드(100)의 후방부분으로서, 이 전방베드(112)와 후방베드(114)가 일직선으로 연결됨으로써 실험베드(100)를 형성한다. 이때, 전방베드(112)와 후방베드(114)가 연결된 단부는 전방베드(112)와 후방베드(114)중 어느 하나의 내측면이 다른 하나의 외측면에 맞닿아 감싸는 형상으로 형성시키거나 후술되는 실링부재(100a)를 결합시켜 실험수의 누출이 방지되도록 할 수 있다.

전방베드(112)와 후방베드(114)는 도 7에 도시된 바와 같이 설정각도 범위에서 각각 독립적으로 회전가능하게 설치되어 실험조건에 따른 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂) 조절이 가능해지도록 한다. 이때, 본 발명의 전방베드(112)와 후방베드(114)의 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂)는 45도와 5도의 경사각으로 각각 회전되게끔 조절되는데, 이를 자세히 설명하면, 전방베드(112)는 실험수가 유입되는 단부가 실험베드(100)의 설치지점에서 멀어지는 상부방향으로 45도의 기울기를 갖도록 상승되고 후방베드(114)는 실험수가 배출되는 단부가 실험베드(100)의 설치지점에서 가까워지는 하부방향으로 5도의 기울기를 갖도록 하강됨이 바람직하나 이에 국한하지 않는다. 이를 자세히 설명하면, 전방베드(112)는 실험수가 유입되는 단부가 실험베드(100)의 설치지점에서 멀어지는 상부방향으로 상승되고, 후방베드(114)는 실험수가 배출되는 단부가 실험베드(100)의 설치지점에서 가까워지는 하부방향으로 하강되어 실험베드(100)의 길이방향 일단과 타단이 각각 상향 45도와 하향 5도의 경사로 기울어지게 한다. 여기서, 본 발명의 전방베드(112)와 후방베드(114)의 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂)는 45도와 5도의 경사각으로 각각 회전되는 것으로 한정되지않고 다양한 각도로 변경될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치는 도 1의 그림에서 보여진 자연계의 수문순환에 보다 근접한 환경의 대상 유역모형을 구축하게 되고, 이를 통해 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있고, 또한, 하천과 댐 및 여수로 등의 다양한 수리실험, 토사유출 등을 포함한 산사태 모의실험, 지하시설 침수실험, 재난계단침수 안정성실험, 확산과 녹조 등의 하천 환경실험, 소수적 및 소수차형의 수에너지 검증실험, 도시침수 모의실험 등의 다양한 형태의 실험을 접목시켜 실현할 수 있게 된다.

본 발명의 실험베드(100)는 지지축(110), 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)를 포함하며, 이 지지축(110)과 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)의 구성으로 인해 도 7에 도시된 바와 같이 전방베드(112)와 후방베드(114)가 설정각도 범위에서 각각 독립적으로 회전가능하게 설치되어 실험조건에 따른 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂) 조절이 가능하게 된다.

지지축(110)은 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이 전방베드(112)와 후방베드(114)의 연결부위 하부에 결합되며, 전방베드(112)와 후방베드(114)를 각각 지지한다. 이 지지축(110)은 전방베드(112)와 후방베드(114)가 회전될 때 안정적으로 지지되는 중심축 역할을 담당하며, 도 15에 도시된 바와 같이 지지축(110)의 연결단(110a)에 전방베드(112)와 후방베드(114)의 단부가 각각 개별적으로 결합된다. 또한, 지지축(110), 전방베드(112), 후방베드(114) 각각이 상호 결합된 실험베드(100)의 연결부위에는 실링부재(110b)가 마련되어 실험수 등이 배출되지않도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 실링부재(100a)는 본 명세서에서 도시하진 않았지만 전방베드(112)와 후방베드(114)가 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂)로 각각 회전될 때 발생할 수 있는 실험수 유출이 방지되도록 전방베드(112)와 후방베드(114)가 연결된 실험베드(100)의 하부와 측면을 포함한 둘레방향 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.

제1 및 제2 액추에이터(120, 130)는 승강운동하며 전방베드(112)와 후방베드(114)가 지지축(110)을 중심으로 설정각도만큼 회전이동하도록 한다. 본 발명의 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)는 동일한 구성으로 전방베드(112)와 후방베드(114)에 각각 설치되므로 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)를 함께 설명하고, 도 16의 도면에서는 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)의 도면부호를 함께 병기하기로 한다. 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)는 도 5와 도 7 및 도 16에 도시된 바와 같이 구동모터(122)의 회전력을 전달받는 리드스크류(124, 134)가 전방베드(112)와 후방베드(114)의 승강대(112a, 114a)에 체결되어 전방베드(112)와 후방베드(114)가 승하강되게 하는 스크루 잭(120a, 130a)으로 마련된다. 여기서, 본 발명의 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)는 스크루 잭(120a, 130a)으로 마련되는 것이 가장 바람직하나 이에 국한하지 않고 전방베드(112)와 후방베드(114)를 회전시킬 수 있는 다양한 방법이 접목될 수 있다.

본 발명의 실험베드(100)는 폭 방향 양측에 실험베드(100)의 길이방향을 따라 설치되는 레일(400)을 더 포함하되, 이 레일(400)에는 유입수조(200)가 슬라이딩 이동가능하게 설치된다.

유입수조(200)는 실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되며, 실험수가 수용되어 실험베드(100)로 흘려보내게 된다. 유입수조(200)는 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이 이동프레임(210), 저장탱크(220), 저장탱크 승강장치(230)로 이루어진다. 이동프레임(210)은 레일(400)을 따라 슬라이딩 이동된다. 이 이동프레임(210)은 실험베드(100)의 길이방향 전후로 레일(400)을 따라 슬라이딩 이동될 때 실험베드(100)가 통과될 수 있도록 내부에 공간이 형성된 프레임구조로 마련된다. 저장탱크(220)는 이동프레임(210)에 설치되며 실험베드(100)에 유입되는 실험수가 저장된다. 이러한, 저장탱크(220)는 이동프레임(210)에서 상하방향으로 높이가변되게 마련되는데, 이는 전방베드(112)가 회전되면서 변경되는 위치와 높이에 대응하면서 실험베드(100)에 실험수를 원활하게 공급하기 위함이다. 저장탱크 승강장치(230)는 실험베드(100)의 승하강 높이에 대응되게 저장탱크(220)가 이동프레임(210)에서 높이 가변되게 한다. 이러한, 본 발명의 저장탱크 승강장치(230)는 도 11에 도시된 바와 같이 모터(232)에 연결되어 지구베어링(234)을 통해 이동프레임(210)의 측면에 설치된 견인추(236)를 모터(232)의 구동력으로 승강시킴으로써 저장탱크(220)를 승하강되게 한다. 물론, 저장탱크(220)를 기어가 형성된 모터(232)의 작동으로 기어맞물림을 통해 이동프레임(210)에서 승강되도록 하거나 실린더 등의 방법으로 승강되게 하는 등 다양한 방법으로 높이 가변되게 할 수 있음은 자명하다.

한편, 본 발명의 유입수조(200)는 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 실험베드(100)의 승하강에 맞춰 전후 이동되고, 상하 승강되는 변화에 따른 운동력에 의해 내부의 측면부에서 반사되는 실험수의 반사파를 흡수하여 입사파의 교란을 최소화되도록 하는 소파장치(202)가 마련된다.

또한, 본 발명의 유입수조(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 위어판(240)이 결합되는 것도 가능며, 위어판(240)은 전폭위어판, 사각위어판, 삼각위어판중에서 선택된 어느 하나가 유입수조(200)에 탈부착되어 실험베드(100)로 유입되는 실험수의 유량이 정량적으로 측정되도록 한다. 이 위어판(240)은 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 공지기술이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실험베드(100)는 도 5 및 도 12 내지 14에 도시된 바와 같이 토사실험을 위한 플럼결합단(140)이 분리가능하게 결합되며, 플럼결합단(140)은 고정대(142), 배출유도판(144)으로 이루어진다. 고정대(142)은 실험수가 흘러 배출되는 실험베드(100)의 가장자리 부위에 가로질러 결합되며, 배출유도판(144)은 고정대(142)에 결합되어 실험수가 분리되어 배출된다. 따라서, 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능해지며, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석되게 할 수 있다.

한편, 본 발명의 실험베드(100)는 실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동되며 실험베드(100)에 강우를 재현하기 위한 강우모사기(150)가 마련된다. 강우모시기(150)는 도 5에 도시된 바와 같이 레일(400)에 슬라이딩 이동가능하게 설치됨으로써 실험베드(100)의 전후방으로 이동되면서 강우를 재현하게 된다. 강우모사기(150)는 공지된 기술이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

배출수조(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 실험베드(100)의 내부를 흘러 배출된 실험수가 집수된 후 외부로 배출되도록 실험베드(100)의 후방에 설치된다. 배출수조(300)는 전술된 유입수조(200)와 강우모사기(150)가 슬라이딩 이동가능하게 설치된 레일(400)에 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 실험베드(100)의 후방에서 실험베드(100)의 전후방으로 이동된다. 여기서, 배출수조(300), 유입수조(200), 강우모사기(150)는 각각 별도의 레일(400)을 통해 슬라이딩 이동가능하게 설치될 수 있음은 자명한 사항이다. 본 발명의 배출수조(300)는 도 17과 도 18에서 도시된 바와 같이 토사분리판(310)이 착탈가능하게 설치되며, 토사분리판(310)에 형성된 걸름망(312)을 통해 실험시 사용된 토사 등의 이물질이 걸러질 수 있게 마련된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치는 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하천과 댐 및 여수로 등의 다양한 수리실험, 토사유출 등을 포함한 산사태 모의실험, 지하시설 침수실험, 재난계단침수 안정성실험, 확산과 녹조 등의 하천 환경실험, 수에너지 검증실험(소수적, 소수차형), 도시침수 모의실험 등의 다양한 형태의 실험을 접목시켜 실현되게 할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였지만, 당해 기술 분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

θ₁, θ₂ : 상하방향 배치각도 100 : 실험베드
110 : 지지축 110a : 실링부재
110b : 연결단 112 : 전방베드
112a : 승강대 114 : 후방베드
114a : 승강대 120 : 제1 액추에이터
120a : 스크루 잭 122 : 구동모터
124 : 리드스크류 130 : 제2 액추에이터
130a : 스크루 잭 132 : 구동모터
134 : 리드스크류 140 : 플럼결합단
142 : 고정대 144 : 배출유도판
150 : 강우모사기 200 : 유입수조
202 : 소파장치 210 : 이동프레임
220 : 저장탱크 230 : 저장탱크 승강장치
232 : 모터 234 : 지구베어링
236 : 견인추 240 : 위어판
300 : 배출수조 310 : 토사분리판
312 : 걸름망 400 : 레일

Claims

시료가 내부에 채워지고, 외부로부터 유입된 실험수가 내부를 흘러 외부로 배출될 수 있도록 형성되며, 서로 연결된 전방베드(112)와 후방베드(114)로 이루어지는 실험베드(100);
상기 실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되며, 상기 실험수가 수용되어 상기 실험베드(100)로 흘려보내게 되는 유입수조(200);
상기 실험베드(100)의 내부를 흘러 배출된 상기 실험수가 집수된 후 외부로 배출되도록 상기 실험베드(100)의 후방에 설치되는 배출수조(300);
상기 실험베드(100)의 폭 방향 양측에 상기 실험베드(100)의 길이방향을 따라 설치되는 레일(400); 및,
실험베드(100)의 길이방향을 따라 이동되며 상기 실험베드(100)에 강우를 재현하기 위한 강우모사기(150);로 이루어지되,
상기 실험베드(100)는 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)의 연결부위 하부에 결합되며, 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)를 각각 지지하는 지지축(110)과; 승강운동하며 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)가 상기 지지축(110)을 중심으로 설정각도만큼 회전이동하도록 하는 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)를 포함하고,
상기 제1 및 제2 액추에이터(120, 130)는 구동모터(122, 132)의 회전력을 전달받는 리드스크류(124, 134)가 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)의 승강대(112a, 114a)에 체결되어 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)가 승하강되게 하는 스크루 잭(120a, 130a)에 의해 상기 전방베드(112)와 상기 후방베드(114)는 설정각도 범위에서 각각 독립적으로 회전가능하게 설치되어 실험조건에 따른 상하방향 배치각도(θ₁, θ₂) 조절이 가능해지도록 하고,
상기 유입수조(200)는, 상기 레일(400)을 따라 슬라이딩 이동되는 이동프레임(210)과, 상기 이동프레임(210)에 설치되며 상기 실험베드(100)에 유입되는 상기 실험수가 저장되는 저장탱크(220)와, 상기 실험베드(100)의 승하강 높이에 대응되게 상기 저장탱크(220)가 상기 이동프레임(210)에서 높이 가변되게 하는 저장탱크 승강장치(230)로 이루어지고,
상기 배출수조(300)는 레일(400)을 통해 슬라이딩 이동가능하게 설치되고, 토사분리판(310)이 착탈가능하게 설치되며, 토사분리판(310)에 형성된 걸름망(312)을 통해 실험시 사용된 토사 등의 이물질이 걸러질 수 있게 한 것을 특징으로 하는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 유입수조(200)는 상기 실험베드(100)의 승하강에 맞춰 전후 이동되고, 상하 승강되는 변화에 따른 운동력에 의해 내부의 측면부에서 반사되는 상기 실험수의 반사파를 흡수하여 입사파의 교란을 최소화되도록 하는 소파장치(202)가 마련된 것을 특징으로 하는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실험베드(100)는 토사실험을 위한 플럼결합단(140)이 분리가능하게 결합되되,
상기 플럼결합단(140)은 상기 실험수가 흘러 배출되는 상기 실험베드(100)의 가장자리 부위에 가로질러 결합되는 고정대(142)와;
상기 고정대(142)에 결합되어 상기 실험수가 분리되어 배출되게 하는 배출유도판(144)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유입수조(200)는 위어판(240)이 결합되되,
상기 위어판(240)은 전폭위어판, 사각위어판, 삼각위어판중에서 선택된 어느 하나가 상기 유입수조(200)에 탈부착되어 상기 실험베드(100)로 유입되는 상기 실험수의 유량이 정량적으로 측정되도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 적응형 다목적 광폭 개수로 실험장치.
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