KR20120042441A

KR20120042441A - 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨

Info

Publication number: KR20120042441A
Application number: KR1020100104136A
Authority: KR
Inventors: 박우선; 오상호
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR101241247B1

Abstract

유속증가 구조를 갖는 수문케이슨이 개시된다. 본 발명의 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨은, 수문을 구비하고, 해수가 통과되도록 구성되어 댐 또는 방파제에 설치되는 수문케이슨으로서, 해수가 통과되는 내부영역과 해수가 유입되는 방향의 외측영역을 연통하는 도수로가 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 도수로에는 상기 수문을 개방하여 해수가 통과될 때, 외측영역의 해수를 내부영역으로 강제 배출시켜 통과되는 해수의 유속을 증가시키기 위한 펌프가 구비되는 것을 특징으로 한다. 이러한 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨에 따르면, 수문케이슨의 내부영역으로 외측영역의 해수를 강제 배출(분사)시킴으로써 해수의 유속을 더욱 증가시킬 수 있고, 이와 같이 유속이 증가되면 내부영역의 압력이 떨어지게 되어 떨어진 압력만큼의 유속이 추가로 증가되므로, 단위시간당 통수능력이 현저하게 향상될 수 있게 되고, 따라서 같은 수위차에서 보다 높은 유속을 발생시킬 수 있어서 더 높은 발전효율을 기대할 수 있게 되는 것이다.

Description

유속증가 구조를 갖는 수문케이슨{FLOODGATE CAISSON HAVING INCREASE FLOW STRUCTURE}

본 발명은 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 해수(또는 담수) 유입을 위해서 수문이 개방될 때 유입구 측의 해수(또는 담수)를 펌프로 수문케이슨 내로 강제 배출시켜 수문케이슨 내의 유속을 증가시킴으로써 압력이 떨어지게 되고, 떨어진 압력에 의해 유속이 추가로 증가되어 단위시간당 통과 수량이 증가될 수 있는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨에 관한 것이다.

일반적으로, 조력(潮力)발전은 외해와 조지의 수위 차를 이용하는 원리로 우리나라 서해안의 시화호, 새만금, 가로림만, 천수만 등에서처럼 연안의 매립이나 간척지 개발에 의해 형성되는 호수의 경우에서와 같이, 방조제를 중심으로 외해 수위는 시간에 따라 상하로 수 m씩 변화하고, 반면에 호수 내의 수위는 인근으로의 홍수나 범람을 피하기 위하여 특정 관리수위 이하로 유지되어야 한다.

이러한 조력발전 시스템은 방조제에 외해 측과 조지를 관통시키는 수문케이슨과 이 수문케이슨에 설치되는 수문과, 수문을 승,하강시켜 수문으로 하여금 수문케이슨을 개폐하도록 하는 권양기로 이루어진 수문장치와, 이 수문장치의 인근 위치에 설치되는 터빈장치와, 이 터빈장치와 연결된 발전장치 등으로 구성된다.

여기서, 수문케이슨은 사각단면을 갖는 중공 구조의 콘크리트 구조물로, 가능한 한 짧은 시간 내에 많은 해수를 통과시켜야 하는 통수능력이 중요하게 작용하는 구성요소이다. 즉,해수가 통과하는 수문케이슨의 통수능력에 따라 발전효율이 높아지게 된다. 이러한 수문케이슨의 통수능력을 높이기 위해서 수문케이슨의 단면적을 확대할 수 있으나, 그러나 이 경우에는 수문케이슨 제작비용은 물론, 수문케이슨에 설치되는 수문의 크기도 같이 커져야 함으로써 여러 가지 문제점이 발생되었다.

본 발명의 기술적 과제는, 수문이 개방되었을 때 수문케이슨을 통과하는 해수(또는 담수)의 유속을 증가시켜 단위시간당 통과되는 해수(또는 담수)의 양을 증가시킬 수 있는 수단을 제공하는 데 있다. 즉, 수문케이슨의 통수능력을 높일 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제는, 본 발명에 따라, 수문을 구비하고, 해수가 통과되도록 구성되어 댐 또는 방파제에 설치되는 수문케이슨으로서,

해수가 통과되는 내부영역과 해수가 유입되는 방향의 외측영역을 연통하는 도수로가 적어도 하나 이상 구비되고,

상기 도수로에는 상기 수문을 개방하여 해수가 통과될 때, 외측영역의 해수를 내부영역으로 강제 배출시켜 통과되는 해수의 유속을 증가시키기 위한 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨에 의해 달성된다.

이때, 상기 도수로는,

유입단이 상기 외측영역에 위치하고, 배출단은 상기 내부영역의 유입구나 중간부 또는 배출구에 위치하는 것이다.

상기 배출단은,

배출되는 해수가 배출구측을 향하도록 경사지게 배치되는 것이다.

그리고, 상기 유입단은 입구로부터 돌출되게 형성되는 것이다.

상기 배출단은 적어도 2개 이상으로 구성되어 상기 배출구 측으로 간격을 유지하여 각각 배치되는 것이다.

상기 배출단은 각각 독립적으로 이루어져 상기 펌프와 연결되는 것이다.

상기 배출단은 유입구 측에 위치한 첫번째 배출단으로부터 각각 분기되어 형성되는 것이다.

본 발명에 의하면, 수문이 개방되어 해수(또는 담수)가 수문케이슨을 통과할 때 각각의 펌프가 외측영역의 해수(또는 담수)를 도수로를 통하여 내부영역으로 강제 배출하여 해수(또는 담수)의 유속을 증가시킴으로써 수문케이슨의 내부영역 압력이 더욱 낮아지게 되고, 압력이 낮아지는 만큼 해수(또는 담수)유입이 가속되어 단위시간당 통수성능을 획기적으로 높일 수 있는 효과가 제공된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨을 도시한 개략적 단면도.
도 2a,2b는 도 1에 도시된 수문케이슨의 작동상태를 설명하기 위한 개략적 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 수문케이슨을 도시한 개략적 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 수문케이슨을 도시한 개략적 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

그리고, 이하의 본 실시 예에서는 본 실시 예에 따른 수문케이슨이 바다에 설치된 상태를 기준으로 설명하나, 이에 국한되는 것은 아니고, 담수 즉, 호수나 강에도 설치될 수 있음은 당연하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨을 도시한 개략적 단면도이고, 도 2a,2b는 도 1에 도시된 수문케이슨의 작동상태를 설명하기 위한 개략적 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 바람직한 실시 예에 따른 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨(10)은 수문(도시되지 않음)을 구비하고, 해수가 통과되도록 구성되어 댐 또는 방파제에 설치되는 것으로, 해수가 통과되는 내부영역(18)과 해수가 유입되는 방향의 외측영역(19)을 연통하는 도수로(20)가 적어도 하나 이상 구비되고, 이 도수로(20)에는 수문을 개방하여 해수가 통과될 때, 외측영역(19)의 해수를 내부영역(18)으로 강제 배출시켜 통과되는 해수의 유속을 증가시키기 위한 펌프(30)가 구비되는 구조를 갖는다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도수로(20)는 유입단(22)과 배출단(24)으로 이루어져 수문케이슨(10)에서 벗어난 외측영역(19)의 해수를 수문케이슨(10)의 내부영역(18)으로 유도하기 위한 것으로, 본 실시 예에서는 유입단(22)이 수문케이슨(10)의 유입구(12) 측에서 외측영역(19)으로 돌출되도록 된 것을 기준으로 설명한다. 그러나, 이에 국한되는 것은 아니고, 외측영역(19)의 해수가 용이하게 유입될 수 있는 구조이면 만족한다. 그리고, 배출단(24)은 해수가 배출구(16)을 향하여 경사지게 분사되도록 내부영역(18)에 경사지게 형성된다. 즉, 해수의 본 흐름에 간섭되지 않도록 경사지게 분사되도록 하기 위한 것이다.

이러한 도수로(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 수문케이슨(10)의 유입구(12) 측에 방사형으로 각각 배치된다. 즉, 수문케이슨(10)의 유입구(12) 측 중심을 기준으로 좌,우측영역 및 상,하부영역에 각각 설치되는 것이다.

이때, 도수로(20)가 유입구(12) 측에 설치되는 것은, 수문케이슨(10)의 내부영역(18)으로 유입되는 해수의 본 흐름과 더불어 유입 해수가 중간부(14)를 통과할 때 유속이 급속하게 증가되도록 하기 위한 것이다.

그리고, 배출단(24)은 전술한 바와 같이 내부영역(18)의 유입구(12)에 위치할 수도 있으나, 중간부(14)나 배출구(16) 측에 위치할 수도 있다.

한편, 전술한 각각의 도수로(20)에는 펌프(30)가 설치된다. 이 펌프(30)는 유입단(22) 측의 해수를 배출단(24)으로 강제 배출시켜 내부영역(18)의 유속을 증가시키기 위한 것이다. 이러한 펌프(30)는 해수를 강한 압력으로 배출단(24)으로 배출시킬 수 있는 구조이면 만족한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 수문케이슨(10)의 유입구(12) 측에 해수의 유속을 증가시키기 위한 장치, 즉 도수로(20) 및 펌프(30)가 각각 설치된 상태에서 수문(도시되지 않음)이 개방되면, 외측영역(19) 측의 해수는 내부영역(18)을 통과하게 된다.

이때, 해수의 유속은 수문케이슨(10)의 내부단면의 특성에 따라 특정한 값을 갖는다.

이 상태에서, 도 2b에 도시된 바와 같이 각각의 펌프(30)가 작동되면, 외측영역(19) 측의 해수가 펌프(30)에 의해 유입단(22)으로 유입되어 배출단(24)으로 강제 배출(분사)된다. 즉, 펌프(30)가 외측영역(19) 측의 해수를 강제로 배출단(24)을 통하여 강하게 분사함으로써, 내부영역(18)을 흐르는 해수의 유속은 증가된다.

이 과정으로 수문케이슨(10) 내부의 유속이 빨라지면 그 만큼 내부영역(18)의 압력이 낮아지게 되고, 압력이 낮아지게 되면 낮아진 압력에 해당하는 만큼의 추가 유속이 발생하게 되는 것이다.

즉, 펌프(30)가 작동하기 전의 해수 유속(u)에 더하여, 펌프(30)가 작동되면 내부영역(18)의 압력이 낮아지는 만큼의 추가 유속(u + Δu)이 발생하게 되어 단위시간당 통과 수량이 증가하게 되는 것이다.

한편, 첨부된 도면 중에서 도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 다른 실시 예에 따른 수문케이슨(10)은 배출단(24)이 2개 이상으로 구성되어 유입구(18) 측, 중간부(14) 측, 배출구(16) 측에 각각 소정의 간격을 유지하여 각각 배치되는 것을 제외하고는 전술한 바와 같다. 이때, 각각의 배출단(24)은 독립적으로 이루어져 펌프(30)와 각각 연결되는 것이 바람직하다.

이와 같이 배출단(24)이 수문케이슨(10)의 유입구(12)에서 배출구(16) 측으로 연이어 설치됨으로써 내부영역(18)에서의 유속을 더욱 증가시킬 수 있게 된다. 즉, 여러곳에서 해수가 분사되어 해수의 본 흐름을 증가시키게 되므로 내부영역(18)에서의 유속은 상당히 증가될 수 있는 것이다.

한편, 첨부된 도면 중에서 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시하고 있다.

즉, 배출단(24)이 유입구(12) 측에 위치한 첫번째 배출단(24A)으로부터 각각 분기되어 형성되어 각각의 배출단(24A,24B.....)로 이루어진 것을 제외하고는 전술한 각 실시 예와 같다. 즉, 해수가 하나의 펌프(30)를 통하여 하나의 배출단(24A)에서 분기되어 형성된 각각의 배출단(24B,24C...)을 통하여 내부영역(18)으로 분사되어 수문케이슨(10)을 통과하는 해수의 유속을 보다 증가시키게 되는 것이다.

이와 같이 하나의 배출단(24A)에서 각각의 배출단(24B,24C....)이 분기되어 이루어지므로, 펌프(30)의 추가 구성이 불필요하게 된다.

한편, 도면에 도시되지 않았으나, 도수로(20)와 펌프(30)로 이루어진 유속 증가수단이 수문케이슨(10)의 유입구(12) 측에서 배출구(16) 측으로 연이어 배치되도록 구성될 수도 있다. 이 경우 각각의 배출단들이 각각의 펌프들에 의해 해수를 배출(분사)하게 되므로 내부영역(18)에서의 유속은 더욱 증가될 수 있게 된다.

이상에서와 같이 수문케이슨(10)의 내부영역(18)으로 외측영역(19)의 해수를 강제 배출(분사)시킴으로써 해수의 유속을 더욱 증가시킬 수 있고, 이와 같이 유속이 증가되면 내부영역(18)의 압력이 떨어지게 되어 떨어진 압력만큼의 유속이 추가로 증가되므로, 단위시간당 통수능력이 현저하게 향상될 수 있게 되고, 따라서 같은 수위차에서 보다 높은 유속을 발생시킬 수 있어서 더 높은 발전효율을 기대할 수 있게 되는 것이다.

이상에서는 수문케이슨(10)이 바다에 설치되어 적용되는 상태를 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니고, 호수나 강에 설치되어 적용될 수 있음은 당연하다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 수문케이슨 12 : 유입구
14 : 중간부 16 : 배출구
20 : 도수로 22 : 유입단
24,24A24B,24C : 배출단
30 : 펌프

Claims

수문을 구비하고, 해수가 통과되도록 구성되어 댐 또는 방파제에 설치되는 수문케이슨으로서,
상기 수문케이슨에는 해수가 통과되는 내부영역과 해수가 유입되는 방향의 외측영역을 연통하는 도수로가 적어도 하나 이상 구비되고,
상기 도수로에는 상기 수문을 개방하여 해수가 통과될 때, 외측영역의 해수를 내부영역으로 강제 배출시켜 통과되는 해수의 유속을 증가시키기 위한 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.
제1항에 있어서,
상기 도수로는,
유입단이 상기 외측영역에 위치하고, 배출단은 상기 내부영역의 유입구, 중간부 또는 배출구에 위치하는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.
제2항에 있어서,
상기 배출단은,
배출되는 해수가 배출구측을 향하도록 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.
제3항에 있어서,
상기 유입단은,
입구로부터 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.
제3항에 있어서,
상기 배출단은,
적어도 2개 이상으로 구성되어 상기 배출구 측으로 간격을 유지하여 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.
제5항에 있어서,
상기 배출단은,
각각 독립적으로 이루어져 상기 펌프와 연결되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.
제5항에 있어서,
상기 배출단은,
유입구 측에 위치한 첫번째 배출단으로부터 각각 분기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유속증가 구조를 갖는 수문케이슨.