KR102280485B1 - 와류 분사형 수중생물 정량채집 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양단이 개구되어 내부에 시료와 해수를 흡입하는 흡입관; 흡입관 상부에는 흡입관 내부로 공기를 투입 및 제어하는 공기투입부가 고정설치되며; 흡입관 내부에 투입시킬 공기가 압축 및 저장되어 있는 공기통; 상기 공기통과 공기투입부는 에어호스와 에어호스 고정부재를 매개로 연결되며; 상기 흡입관의 공기 분사방향과 상반되는 타측부에는 망사자루 형상의 채집망이 설치되는 수중생물 정량채집 장치를 제공함으로써 흡인작용에 의한 생물채집을 통해 채집 중 생물분실을 줄이고 보다 용이하게 채집이 가능하여 채집시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

와류 분사형 수중생물 정량채집 장치{Quantitative collecting equipment of underwater creature}

본 발명은 수중에 설치된 인공어초나 연안 구조물의 표면에 부착하는 각종 해양부착생물을 수중에서 정량적으로 채집하는 한편, 와류의 고압공기 분사를 통해 흡입관으로 목표 생물을 흡입시킴으로써 잠수사의 조작에 의해 시료생물 채집이 용이한 수중생물 정량채집 장치에 관한 것이다.

오래전부터 발명가들은 바다 속에서 공기 호스 없이 자유롭게 유영할 수 있는 스쿠버 잠수를 꿈꾸어 왔으나, 고압을 충분히 견딜 수 있는 압력통이나 기체를 압축시킬 수 있는 기체 압축기를 제조할 기술이 부족하여, 스쿠버는 이론적으로만 가능한 기술로 치부되었다.

1933년 프랑스 해군 중령인 르 쁘레르(Le Prieur)에 의해 압축 공기통을 이용한 장비가 개발되었지만, 호흡조절기의 밸브를 직접 조작해야 공기를 공급받을 수 있었으므로 실질적인 사용이 어려웠다.

그러나 1943년 프랑스 해군 대위인 자크-이브 쿠스토(Jacque-Yves Cousteau)와 고압가스 전문가이자 공학자인 에밀 가냥(Emile Gagnan)이 호흡 조절기와 고압의 공기통을 공동으로 발명하면서 실질적인 잠수(潛水)가 가능하기 시작하였다.

현대에 들어오면서 잠수(潛水)기술은 제 2차 세계대전과 해저유전탐사를 기점으로 획기적인 발전을 이룩하였으며, 그 수준은 이미 600m 이상의 수심에까지 성공하여 잠수사가 직접 그 수심에서 작업할 수 있게 되었다. 이러한 잠수기술을 개발하기까지는 잠수의학, 잠수장비 및 수중통신장비, 잠수정 개발 등의 연구가 결정적인 기여를 하였다.

잠수기술을 활동분야별로 분류하면 군사잠수(Military Driving), 과학잠수(Scientific Driving), 레저잠수(Leisure Driving)로 나누어지며, 이 중 과학잠수는 지구과학 및 해양학을 기초로 둔 수중고고학, 해양생물, 심해저 탐사 등을 연구, 조사하기 위해 과학자들이 수행하는 잠수로서, 대부분의 선진국은 1960년대를 전후하여 기본적인 해양 환경 연구와 더불어 해양에서 식량, 에너지, 광물, 화학물질 그리고 공간을 확보하기 위하여 국가적인 차원에서 총력을 기울이고 있다.

이와 같이 해양수산자원 개발 및 관리, 해양성 신물질 개발을 위한 생명공학적 연구, 그리고 기후변화 및 환경오염과 연관된 수중생태계 영향연구 등을 수행하기 위해서는 필요로 하는 해양생물시료의 채집기술 확보가 선행되어야 한다.

그러나 현재까지 해양에서 주로 사용되는 채집기술 및 장비는 얕은 수심의 경우에는 잠수부가 직접 장비를 들고 수중으로 들어가서 손이나 간단한 도구로 시료를 채취하거나, 선상에서 긴 줄에 채집 장비를 연결하여 수심 수십 미터 깊이까지 줄을 내려 원거리에서 시료를 채취하는 것이 대부분이었다.

기존의 수중에서 잠수부에 의한 수중채집은 단순 채집망을 끌이나 칼 등 도구를 이용하여 부착 기질에서 탈락시킨 후 채집망에 손으로 하나씩 옮기는 형태로, 작업자가 표본생물을 채집하는데 많은 노동을 소비해야하고, 작업하는데 많은 시간이 소비된다. 또한 수중에서 자유롭지 못한 활동으로 인해, 시료가 유실되는 빈도가 높아지므로, 손쉽게 정량채집 가능하고 시료 유실을 방지할 수 있는 기술 및 장치에 관한 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 출원인이 선출원 등록한 국내 등록특허번호 제10-1480264호에는 자연암반이나 인공어초 표면의 시료를 흡인작용(suction)을 이용하여 채집할 수 있는 수중생물 정량채집 장치를 개시하고 있다. 그러나 상기 선등록 발명은 단순히 흡입관에 공기압을 채집망 쪽으로 불어넣어 흡입관에서 공기압에 의해 밀려나가는 수류의 힘으로 시료를 채집함으로서 흡입관의 수류의 힘이 잠수부의 공기통의 압력에 비례하여 이동되므로 공기압력 이상의 채집양 또는 시간의 단축 효과를 볼 수 없었다.

따라서 본 발명은 흡입관 내부의 수류이동을 극대화하기 위해 와류 발생용 노즐을 흡입관에 장착하여 노즐로부터 발생된 와류분사를 통해 시료의 수집을 적은 공기량과 작은 공기압으로 신속하게 수집할 수 있도록 한 와류 분사형 수중생물 정량채집를 제공하고자한다.

국내 등록특허번호 제10-1480264호에는 내부에 통공이 형성되어 양단이 개구되어 시료와 해수를 흡입하는 흡입관; 흡입관 상부에 하나 이상의 고정부재에 의해 흡입관에 고정된 공기투입관; 흡입관의 일측에 형성된 채집망; 흡입관 내부에 분사시킬 고압 공기가 저장되어 있는 공기통; 공기통과 공기투입관을 연결하기 위해 공기조절밸브가 설치된 에어호스를 포함하는 구성으로 이루어져, 표본생물이 손쉽게 채집 가능하여 작업 노동 및 시간을 줄이고, 수중에서 자유롭지 못한 작업으로 인한 시료 유실을 방지하며, 착탈 가능한 채집망의 구성으로 흡입관에 고정 및 교체 가능하여 작업능률을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 수중생물 정량채집 장치에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1953158호에는 수중생물을 수용하도록 내부에 수용공간이 형성된 본체부; 상기 본체부에 장착되며 수중생물을 상기 수용공간으로 흡입시키는 흡입부; 상기 본체부에 장착되며 상기 흡입부에 탄성복원력을 제공하여 상기 수용공간에 음압을 형성시키는 탄성복원부; 및 상기 본체부에 장착되며 상기 탄성복원부를 선택적으로 작동시키는 작동부를 포함하는 조간대 수중생물용 반자동 채집기에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1579875호에는 물의 유속을 수중 부착생물 채집기 내부로 변화시켜 부유되어 있는 부착생물이 자연스럽게 수중 부착생물 채집기 내부로 유입되도록 하여 각종 해양 부착생물을 수중에서 정성 및 정량적으로 채집하려는 경우, 채집시 채집된 크기가 작고 가벼운 표본이 수중에서 부유되어 유실되는 것을 최대한 방지할 수 있는 수중 부착생물 채집기에 관하여 개시하고 있다. 국내 공개특허번호 제10-2006-0122689호에는 수중에 설치된 인공어초나 연안 구조물 또는 바위틈이나 표면에 부착하는 각종 해양에 서식하는 소형 저서생물을 수중에서 채집하기 위한 채집기에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 채집에 있어서 바위의 틈이나 아주 작은 소형 저서생물을 채집하기 위하여 고안된 채집기에 관하여 개시하고 있다.

본 발명은 기존의 수중 생물 정량채집이 잠수사의 수작업에 의존하는 경우 발생하는 시료의 유실방지와 작업시간 증대를 단축하기 위해 자연암반이나 인공어초 표면에 부착된 시료를 와류 분사노즐을 갖는 흡입관의 흡인작용을 이용하여 채집함으로써 시료가 유실되는 것을 방지하고 손쉽게 해양생물 등을 안전하게 채집할 수 있는 와류형 수중생물 정량채집장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 수중생물 정량채집장치는 양단이 개구되어 내부에 시료와 해수를 흡입하는 흡입관; 흡입관 상부에는 흡입관 내부로 공기를 투입 및 제어하는 공기투입부가 고정설치되며; 흡입관 내부에 투입시킬 공기가 압축 및 저장되어 있는 공기통; 상기 공기통과 공기투입부는 에어호스와 에어호스 고정부재를 매개로 연결되며; 상기 흡입관의 공기 분사방향과 상반되는 타측부에는 망사자루 형상의 채집망이 설치되어 이루어지는 것일 수 있다.

또한, 상기 공기투입부의 선단부는 "ㄷ"자형으로 이루어져 흡입관 내측으로 굴곡되어 설치되고 공기투입부에서 분사된 공기가 흡입관 내부를 통과하여 채집망으로 빠져나가도록 한 것일 수 있다.

상기 공기투입부의 선단에는 와류가 발생하여 공기가 분사되는 분사부가 형성되고 타단에는 공기분사를 제어하는 공기조절밸브가 설치되는 것일 수 있다. 상기 공기투입부가 설치된 흡입관 개구부에 대응하여 개폐가 가능한 개폐덮개가 설치되는 것일 수 있다.

본 발명은 잠수사가 시료를 채집함에 있어 착탈 구성을 갖는 채집망을 통해 분리, 저장이 필요한 시료를 동시에 채집할 수 있고, 채집망의 교체가 용이하여 다수개의 채집망을 장비함으로써 한번의 잠수에서도 다수의 시료를 채집할 수 있기 때문에 채집에 소모되는 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수중생물 정량채집 장치를 잠수사가 착용한 모습을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 수중생물 정량채집 장치의 공기투입부 확대도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 수중생물 정량채집 장치의 공기투입부를 구성하는 분해도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 흡입관 내부에 공기분사 원리를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 흡입관 실시예 1을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 채집망 연결부 실시예 2를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 수중생물 정량채집 장치를 수중에서 실시되는 사진을 나타낸다.

이하, 본 발명의 수중생물 정량채집 장치와 관련한 도면을 첨부하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 수중생물 정량채집 장치를 잠수사가 착용한 모습을 나타낸다. 본 발명의 수중생물 정량채집 장치는 시료 또는 해수를 흡입하는 흡입관(5); 상기 흡입관 상부에는 흡입관 내부로 공기를 투입 및 제어하는 공기투입부(4)가 고정 설치되며; 흡입관 내부에 투입시킬 공기가 압축 및 저장되어 있는 공기통(1); 상기 공기통과 공기투입부를 연결하는 에어호스(2)와; 상기 에어호스에는 공기통과 공기투입부를 고정하는 에어호스 고정부재(3)가 설치되며; 상기 흡입관 어느 한 일단에는 망사자루 형상의 채집망(7)이 설치되고; 상기 채집망과 흡입관은 채집망 연결부(6)를 매개로 고정되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 흡입관(7)은 시료와 해수를 흡입하는 관으로 해수에 강하고 내구성이 우수한 스테인레스강 또는 플라스틱 재질로 형성되는 것이 적절하고, 채집되는 시료를 채집과 동시에 확인할 수 있도록 투명 아크릴로 형성될 수 있다. 흡입관의 지름은 잠수사가 수중에서 자유롭게 활동할 수 있고 채집 대상생물이 통과할 수 있는 관 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 관 직경은 분사하는 고압의 공기의 양에 의해 해수가 흡입관 후단부로 배출되어 관 내부가 일시적으로 압력이 낮은 진공상태를 만들 수 있는 길이로 고압공기의 분사량에 비례한 관 지름과 길이를 갖도록 형성하는 것이 적절하다.

본 발명의 공기통(1)은 흡입관 내부에 투입할 공기를 저장하고, 상기 공기통과 상기 공기통과 공기투입부를 에어호스가 연결하며, 잠수사의 유연한 활동을 위해 에어호스는 탄성 재질로 수압과 고압의 공기배출에 맞도록 제조되며, 잠수사가 자유롭게 활동할 수 있도록 적절한 길이를 가지는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 수중생물 정량채집 장치의 공기투입부 확대도를 나타낸다. 본 발명의 공기투입부는 하나 이상의 공기투입부 고정부재(4a)를 매개로 흡입관 상부에 고정될 수 있다. 또한, 공기투입부 일단은 투입관 내부로 관통되고, 타단은 에어호스 고정부재를 매개로 에어호스와 연결고정될 수 있다. 이에 공기통에 저장된 공기가 에어호스를 통과하여 공기투입부로 유입되고 흡입관 내부로 고압의 공기가 투입될 수 있다.

도 3은 본 발명의 수중생물 정량채집 장치의 공기투입부를 구성하는 분해도를 나타낸다. 흡입관(5)은 원통형의 구조로 양 단부가 각각 유입구와 퇴출구로 형성된다. 흡입관의 유입구에는 공기투입부가 설치되어 원하는 시료 및 해수를 흡입하고, 타측의 퇴출부에는 흡입된 시료 및 해수가 퇴출부와 연결된 채집망으로 채집되는 구성을 나타낸다.

본 발명의 공기투입부는 흡입관 유입구로 유입 및 설치되어 고압의 공기가 분사되는 분사부(10)와 상기 분사부와 연결되어 공기의 공급을 제어하는 공기조절밸브(20)로 이루어질 수 있다.

상기 공기조절밸브는 에어호스 고정부재를 매개로 에어호스와 연결고정될 수 있다. 분사부(10)의 선단부는 "ㄷ"자형으로 굴곡되어 흡입관 유입구로 유입되도록 설치되며 이에 흡입관 내부로 공기의 분사가 가능하다. 또한 흡입관 선단에 통공을 내어 분사부의 상단을 흡입관 외부로 돌출시켜 공기조절밸브를 착탈가능하도록 구성할 수 있다.

본 발명의 분사부는 고압의 공기가 분사되는 노즐구조로 이루어진다. 바람직하게는 노즐 선단의 통공을 일정각도를 갖도록 형성하므로서 분사된 고압공기가 와류를 생성하며 분사될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 와류를 생성하기 위한 분사부 구조는 일방향으로 공기가 통과할 수 있도록 일측에서 타측으로 관통하는 유로가 형성된 분사부 프레임과 내부는 공기통의 유입된 공기가 임시로 머물게 되는 관내 공간부가 형성되고 일단에는 관내 공간부에 저장된 고압의 공기가 분사될 수 있는 분사공이 형성된다. 이때, 상기 분사공에는 공기 이동방향으로 비틀어진 스풀형상의 와류생성스풀이 설치될 수 있다. 그러나 상기 공기분사의 와류가 가능하다면 상기 구조에 한정되지 않고 다양한 구조로 형성될 수 있다.

상기 실시예에 따른 분사부에는 도 4에 도시된 바와 같이, 와류형성 스풀의 비틀어진 형상을 따라 와류가 발생하여 회전과 동시에 공기 분사가 가능하고 이에 기존의 직류형 분사에 비해 흡입효율이 우수해질 수 있고 흡입효율에 비례하여 시료의 채집에 필요한 공기량을 줄일 수 있어 동일한 공기통의 용량으로 채집 시간을 늘일 수 있다.

공기조절밸브(20)는 공기통에 보관된 고압의 공기를 잠수사가 개방하여 공기투입부를 통해 흡입관의 채집망 방향으로 고압의 공기가 분사하게 되고, 고압공기가 분사되면 수중의 해수는 흡입관의 채집망 방향으로 밀려나게 되어 일시적으로 관내 진공상태를 형성한다. 흡입관 내가 일시적으로 진공상태가 되면 이를 보충할 해수가 앞쪽에서 흡입되어 해수의 순환이 일어나며, 이때 채집할 시료가 해수와 함께 흡입관을 통해 채집망으로 채집될 수 있다.

흡입관 내부에서의 관류의 흐름은 층류와 난류로 구분되어 흐르게되며, 흐름의 상태가 층류가 되는가 난류가 되는가는 관내의 직경과 평균유속 및 동점성계수가 결정한다. 본원발명의 흡입관 내부에서는 와류현 분사 노즐로 흡입관 시작점에서부터 난류 또는 와류를 형성할 수 있도록 분사함으로서 동점성 계수와 관내의 직경이 동일하더라도 평균유속을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다. 즉, 평균유속이 커지므로 흡입관 내부는 난류 환경으로 유동된다.

공기조절밸브는 조절량에 따라 공기 분사량이 제어되는 구성으로 시료 및 해수가 흡인작용(suction) 작용에 의해 흡입관 내부로 흡인되며, 공기조절 밸브의 개폐를 강약조절하여 공기 유입 압력을 조절함으로써 시료를 흡입관 내부로 빨아들일 수 있다.

도 5는 본 발명의 흡입관 실시예 1을 나타낸다. 본 발명에 따른 실시예 1은 흡입관 유입구에 대응하여 개폐가 가능한 개폐덮개(30)가 설치될 수 있다. 상기 개폐덮개는 공기조절밸브를 열었을 때 열리고 공기조절밸브를 닫았을 때 함께 닫히도록 자동개폐할 수 있도록 설치할 수 있다. 이로부터 선행발명과 같이 항시 개구되었던 유입구 조건에서 목표하고자 하는 생물 외의 것이 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

흡입관 퇴출구에는 채집망 연결부를 매개로 착탈 가능하도록 채집망이 설치될 수 있다. 상기 채집망 연결부는 채집망을 퇴출구에 고정시키기 위한 부재들로 고무패킹, 채집망연결부재, 연결고리 등이 포함될 수 있다.

구현예로서 보다 구체적으로는 채집망 상부에 수납공이 위치되고 수납공을 둘러싸며 고정된 하나 이상의 조임끈이 설치된다. 이에 수납공을 둘러싸는 하나 이상의 조임끈을 답아당기면 채집망의 수납공이 복주머니처럼 좁아지며 닫히는 구성으로 채지망 내부에 채집된 시료의 채집이 완료된 경우, 고무패킹, 채집망 연결부재 및 연결고리로부터 분리된 채집망을 조임끈으로 잡아당겨 수납공을 좁혀 닫히도록 보관할 수 있으나 상기 흡입관과 채집망이 고정 및 분리가 가능하다면 이에 한정되지는 않는다.

채집망은 그물망으로 이루어진 망사 주머니 형태로 채집된 시료의 유실을 방지하고 해수를 배출시킬 수 있다. 바람직하게는 망목의 크기는 뻣친크기를 기준으로 1-5mm 정도의 간격을 갖는 것이 적절하나 채집하고자 하는 생물의 크기에 따라 다양한 망목을 갖는 채집망으로 교체가 가능하다.

또한 채집망은 서로 다른 망목길이를 갖는 채집망이 복수개로 겹쳐져서 형성될 수 있다. 서로 다른 망목 길이를 갖는 채집망을 겹쳐서 형성하면 채집망의 배열에 따라 시료 채취에서 일정 크기 이상의 시료를 제거 또는 일정크기의 시료만을 구분하여 채취할 수 있다.

도 6은 본 발명의 채집망 연결부 실시예 2를 나타낸다. 본 발명의 실시예 2에 따른 채집망 연결부(6)는 흡입관 퇴출구 내측과 도관 형상의 채집망 연결부의 일단에는 나사 결합이 가능한 나사산이 형성되어 채집망 연결부 일단을 흡입관 퇴출구 내측에 삽입되어 나사고정되어 연장될 수 있다.

또한, 채집망 연결부 내측면에는 공기분사 방향을 따라 나선구조로 연장 형성된 스크류 프레임(6a)이 형성될 수 있다.

흡입관은 일정길이의 도관형상으로 공기분사가 이루어지는 유입구 선단에서 후단으로 향할수록 공기의 와류가 와해 되어 방향성이 없는 난류로 변경될 수 있다. 이에 채집망 연결부 내측면에 형성되는 스크류 프레임은 공기분사 방향을 따라 나선구조를 형성하여 후단에 전달된 공기의 와류를 일정한 회전흐름으로 심화시켜 채집망까지 선단의 유입구에서 발생한 흡입력을 후단부로 갈수록 회전력을 증대시킬 수 있도록 돕는다.

본 발명은 잠수사가 시료를 채집함에 있어 착탈 구성을 갖는 채집망을 통해 분리, 저장이 필요한 시료를 동시에 채집할 수 있고, 채집망의 교체가 용이하여 다수개의 채집망을 장비함으로써 한번의 잠수에서도 채집에 소모되는 시간을 절약할 수 있으므로 동일한 공기통 용량으로 다수의 시료를 채집할 수 있는 효과가 있다.

도 7은 본 발명의 수중생물 정량채집 장치를 수중에서 실시되는 사진을 나타낸다. 잠수사가 본 발명의 수중생물 정량채집장치를 통해 인공어초에 부착된 시료를 공기조절 밸브로 적절한 흡인압력을 조절하여 흡입관의 유입구에서 시료를 유입시켜 채집할 수 있다.

본 발명은 기존에 수중생물 정량 채집 작업시 채집된 수중생물의 분실위험이나 채집작업이 불편하여 잠수시간이 길어짐으로써 작업시간이 연장되는 문제점을 해결하여 보다 간편하게 수중생물을 채집할 수 있어 관련 산업인들의 작업시간 및 수고를 줄일 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.

1: 공기통 2: 에어호스
3: 에어호스 고정부재 4: 공기투입부
4a: 공기투입부 고정부재
5: 흡입관 6: 채집망연결부
6a: 스크류 프레임 7: 채집망
10: 분사부 20: 공기조절밸브
30: 개폐덮개

Claims (4)

1. 양단이 개구되어 내부에 시료와 해수를 흡입하여 토출하는 흡입관(5) 일단 흡입관 내측에는 분사부(10)가 연결되며, 흡입관 외측에는 흡입관 내부의 분사부로 공기를 투입하는 공기투입부(4)가 고정설치되어 공기조절밸브(20)와 연결되며, 공기조절밸브는 에어호스 고정부재(3)를 매개로 에어호스 일단과 연결되고 에어호스 타단은 공기가 압축 및 저장되어 있는 공기통(1)과 연결되는 수중생물 정량채집장치에 있어서,
   상기 분사부에는 와류를 발생하도록 공기 이동방향으로 비틀어진 와류생성스풀이 형성된 분사공이 설치되며, 상기 분사부의 공기 분사방향 끝단 흡입관에는 채집망 연결부(6)가 연결되며, 채집망 연결부 내측면에는 공기분사 방향을 따라 나선구조로 연장 형성된 스크류 프레임(6a)이 형성되고,
   상기 채집망 연결부 끝단에는 망사자루 형상의 채집망이 설치되어 공기투입부에서 분사된 공기가 흡입관 내부를 통과하여 채집망으로 빠져나가도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류 분사형 수중생물 정량채집장치
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 공기투입부가 설치된 흡입관 개구부에 대응하여 개폐가 가능한 개폐덮개가 설치되는 것을 특징으로 하는 와류 분사형 수중생물 정량채집장치
   
4. 제1항에 있어서, 채집망은 서로 다른 망목 길이를 갖는 채집망이 복수개로 겹쳐져서 형성된 것을 특징으로 하는 와류 분사형 수중생물 정량채집장치

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