KR20150058626A - 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 월류된 하류측에서 상승유동을 일으켜 거품을 강제로 표층으로 부상 분리시킨 후 하층에서 거품없는 폐냉각수만이 외해의 수중내로 배출되도록 한 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물은, 플랜트에서 사용된 폐냉각수가 유입되는 유입구, 유입구로부터 유입된 폐냉각수를 일정 높이까지 집수하는 집수실, 집수실내에 집수된 폐냉각수를 하류측으로 월류시키는 월류벽으로 이루어진 폐냉각수 집수조와; 상기 월류벽보다 낮은 높이를 갖고 상기 월류벽의 하류측 수로에 입설되어 월류 흐름의 유속에너지를 감쇄시키고 동시에 상승 유동을 일으켜 폐냉각수에 포함된 거품을 강제로 부상시키는 수중 위어와; 상기 수중 위어의 하류측 수로에 입설되어 하류수위를 일정하게 유지시키고 동시에 비상시 월류를 수행하는 수두상승 저수벽체; 및 상기 수두상승 저수벽체의 하부측에 입구가 관입되어 있고 출구가 외해의 수면 아래측 수중에 위치되어 설치된 수중방류용 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물{Sea water discharge structure having breaker for reducing bubble occurrence}

본 발명은 냉각수로 사용하고 난 해수가 외해로 방류될 시 발생되는 거품을 저감시키기 위한 폐냉각수 방류구조물에 관한 것으로, 특히 월류된 하류측에서 상승유동을 일으켜 거품을 강제로 표층으로 부상 분리시킨 후 하층에서 거품없는 폐냉각수만이 외해의 수중내로 배출되도록 한 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물에 관한 것이다.

바닷물을 냉각수로 사용하는 발전소 등의 플랜트 배수구조물에서 배출되는 폐냉각수에서는 각종 유,무기질 및 플랑크톤 등을 함유하고 있고, 고속의 난류유동과 에어 드래깅(Air Dragging) 접점으로 유기성 점질거품이 다량 발생하며, 발생 후 쉽게 깨지지 않아 아래와 같은 문제점을 발생시킨다.

첫째, 배수 흐름 속에서 거품이 미립화되어, 배수성능과 설계 신뢰성을 떨어뜨린다. 둘째, 해저 배수관의 부력을 상승시켜 부력파괴를 유발, 앵커링을 위한 공사비를 상승시킨다. 셋째, 배수구 최종단에서 외해로 거품이 다량, 방류되어 환경민원을 발생시킨다. 넷째, 거품발생을 줄이기 위한 구조물 사이즈 증가로 과다한 공사비가 소요된다.

따라서 외해로 배출되는 폐냉각수로부터 거품 발생이 없어야 하는 기술적 해결 방안이 요구된다.

본 발명의 제1 배경기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-0779022호로서, '발전소 취배수로의 냉각수 거품 저감용 다층수로관'이 제안되어 있다. 이는 외해에 연결되는 펌프를 갖춘 취수관 또는 배수관을 통하여 취수조 또는 외해에 냉각수를 공급 또는 배출할 때 상기 취수관 또는 배수관으로 흐르는 냉각수에서 발생하는 거품을 저감하는 수로관로에 있어서, 상기 취수관 또는 배수관의 배출부와 취수조 또는 외해 사이에는 냉각수의 주수로관과 다층 배열된 다층관이 병렬 연결 설치되되, 상기 취수관 또는 배수관의 배출부에 연결된 다층관의 유입구 사이에는 보조 저수조가 형성되어 이루어진 구조로 되어 있다.

그러나 상기 제1 배경기술은 보수저수조내에서 부상된 기포가 다층관으로 유입될 수가 있어 외해로 거품이 발생될 소지를 가지고 있다.

본 발명의 제2 배경기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-0943598호로서, '거품저감용 수로관'이 제안되어 있다. 이는 발전소에 해수냉각수가 공급될 때의 거품 발생을 방지하고 취수조의 수면 내측으로 해수를 안정적으로 공급하기 위해 펌프와 연결 설치된 유입관과, 상기 유입관과 일체로 이루어지고 상측으로 연장 절곡되어 냉각수공급시 발생되는 거품이 저감되도록 취수조의 수면 내측까지 연장 형성된 연장관을 포함하는 취수관; 및 상기 연장관의 상측에 설치되고, 상기 취수관을 통해 해수 유입시 해수의 흐름에 따라 자동 개폐되어 상기한 연장관의 사이폰 흐름을 단속하는 공기유입 밸브를 포함하여 구성되어 있다.

상기 제2 배경기술은 펌프 및 밸브를 별도로 설치해야 하고, 펌프의 가동을 중단하게 되면 취수관 관로의 배출구측에는 공기와 접촉되어 있는 상태가 되므로 펌프의 재가동시 취수관 관로를 통해 배출되는 해수냉각수는 공기와 접촉되어져 낙차를 가지고 취수조로 떨어져 거품이 발생되는 문제가 있다.

본 발명의 제3 배경기술로는 한국 공개특허 공개번호 제10-2010-0044505호로서 '발전소 배수로의 거품발생 방지용 수로구조'가 제안되어 있다. 이는 낙차구간에 사이폰 수로 구조를 적용함으로써 공기의 혼입을 방지하여 거품이 발생하지 않도록 하는 것이다. 즉, 해수 냉각수를 외해로 방출하기 위해 배수로 바닥을 가진 배수로와 이 배수로의 출구개방 말단에 위치하면서 경사 낙차유도 바닥을 매개로 연결된 도수발생 영역을 가진 하류수조를 갖춘 발전소 배수로의 수로구조에 있어서, 상기 배수로의 출구개방 말단 부위에는 상류 저류조의 바닥을 형성시키고, 이 상류 저류조의 바닥과 이격 설치된 사이폰 수로관이 하류수조의 도수발생 영역까지 경사 낙차유도 바닥을 따라 연통되어 설치된 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 제3 배경기술은 공기의 혼입이 사이폰 수로관에 유입되는 것을 차단할 수는 있는데 반해, 상류 저류조에 거품을 강제 부상시키는 분리 기술이 없을 뿐 아니라 상류 저류조의 수위가 사이폰 수로관의 최고 높이를 넘을 경우에는 사이폰 수로관을 월류하여 그대로 방류됨으로써 거품 제거의 효과가 없다.

한국 등록특허 등록번호 제10-0779022호(발전소 취배수로의 냉각수 거품 저감용 다층수로관) 한국 등록특허 등록번호 제10-1289402호(거품 제거장치)

본 발명은 월류된 하류측에서 상승유동을 일으켜 거품을 강제로 표층으로 부상 분리시킨 후 하층에서 거품없는 폐냉각수만이 외해의 수중내로 배출되도록 한 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물은,

플랜트에서 사용된 폐냉각수가 유입되는 유입구, 유입구로부터 유입된 폐냉각수를 일정 높이까지 집수하는 집수실, 집수실내에 집수된 폐냉각수를 하류측으로 월류시키는 월류벽으로 이루어진 폐냉각수 집수조와;

상기 월류벽보다 낮은 높이를 갖고 상기 월류벽의 하류측 수로에 입설되어 월류 흐름의 유속에너지를 감쇄시키고 동시에 상승 유동을 일으켜 폐냉각수에 포함된 거품을 강제로 부상시키는 수중 위어와;

상기 수중 위어의 하류측 수로에 입설되어 하류수위를 일정하게 유지시키고 동시에 비상시 월류를 수행하는 수두상승 저수벽체; 및

상기 수두상승 저수벽체의 하부측에 입구가 관입되어 있고 출구가 외해의 수면 아래측 수중에 위치되어 설치된 수중방류용 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수중방류용 배관의 직경은 폐냉각수 집수조의 유입구의 직경보다 70~80%로 작게 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 수중방류용 배관의 둘레에 수두상승 저수벽체를 월류한 폐냉각수를 해수측으로 수송하는 비상용 조정수량 월류방류로가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수두상승 저수벽체의 후방에 설치되어 수중방류용 배관의 입구로 유입되는 유입수 흐름의 유동 저항을 증감시켜 상류 수위를 조정하는 슬루스 게이트가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬루스 게이트와 수두상승 저수벽체의 사이에 수중방류용 배관의 입구측 부압에 대응하고 배출되는 폐냉각수의 거품 제거 상태를 관찰할 수 있는 감압실이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물에 따르면, 폐냉각수 집수조의 월류벽 하류측에서 수중위어로 상승유동을 일으켜 거품이 강제로 표층으로 부상 분리된 후 하층에서 거품없는 폐냉각수만이 주중방류용 배관을 통해 외해의 수중내로 배출되어 외해에 거품이 발생되는 일은 없다.

또한, 외해로 방류되는 폐냉각수는 거품이 제거된 상태로 방류되어 환경 민원을 야기시키는 일은 없다. 또한, 거품 없는 폐냉각수의 방류로 인해 배수 성능이 향상되고, 거품 발생을 줄이기 위해 구조물의 크기를 증가시킬 필요가 없고 배수로가 짧아져 공사비가 절감된다.

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 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물의 사시도.
도 2는 도 1은 본 발명에 따른 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물의 정단면도.
도 3은 도 2의 요부 확대도.
도 4는 도 3의 슬루스 게이트측 평면도.
도 5a는 본 발명에 따른 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물에서 폐냉각수의 거품 제거상태를 나타내는 도면.
도 5b는 도 5a에서 비상범류시 비상용 조정수량 월류방류로에서 폐냉각수의 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 거품의 포집 상태를 해석한 모식도.
도 7은 본 발명에 적용되는 슬루스 게이트를 최대로 개방한 상태에서 나타낸 유속장 및 유속라인의 분포를 나타낸 모식도.
도 8은 본 발명에 적용되는 슬루스 게이트를 최소로 개방한 상태에서 나타낸 유속장 및 유속라인의 분포를 나타낸 모식도.

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 거품 저감을 위한 슬루스 게이트를 사용한 해수 방류구조물은 도 1 내지 도 4와 같이 플랜트에서 사용된 폐냉각수를 일정 높이까지 집수한 후 한 쪽으로 월류시키는 폐냉각수 집수조(12)가 구비된다.

폐냉각수 집수조(12)는 폐냉각수가 유입되는 유입구(121), 유입구(121)로부터 유입된 폐냉각수를 일정 높이까지 집수하는 집수실(122), 집수실(122)의 수위를 결정하며 수위가 넘어가면 하류측으로 월류시키는 월류벽(123)으로 구성된다.

이때 유입구(121)는 집수실(122)의 바닥에 가까이 위치된다. 월류벽(123)의 전면은 수직면으로 구성되거나 사면 또는 아래로 오목한 곡면으로 시공될 수 있다.

따라서 플랜트에서 사용된 폐냉각수는 도 5a와 같이 유입구(121)를 통해 집수실(122)에 집수된 후 월류벽(123)을 타고넘어가 하류측으로 배출된다. 이때 월류벽(123)을 월류하는 폐냉각수는 낙차에 의해 점증적으로 속도가 증가되면서 하류측으로 흐르게 된다.

본 발명에서 집수실(122)은 유입량(Q₁)을 고려하여 본 실시예와 같이 월류벽(123)보다 높은 격벽(124)을 통해 복수개로 분할되어 구성될 수 있다.

월류벽(123)의 하류측에 수중 위어(14)가 설치되어 있다. 수중 위어(14)는 월류벽(123)보다 낮은 높이를 가지고 있다. 따라서 월류벽(123)을 타고 흐르는 폐냉각수는 수중 위어(14)에 충돌한 후 화살표 'U'방향으로 상승된 후 그 상면을 타고 넘어가 하류측으로 흐른다. 따라서 수중 위어(14)는 월류벽(123)을 타고 넘어오는 월류의 유속에너지를 감쇄시키고, 상승 유동을 일으켜 폐냉각수에 포함된 기포가 분리되고 표층에 부상하여 거품을 이루게 된다.

수중 위어(14)의 하류측 수로에 수두상승 저수벽체(16)가 설치되어 있다. 수두상승 저수벽체(16)는 높이가 월류벽(123)보다 높게 설치된다. 수두상승 저수벽체(16)는 수중 위어(14)의 하류측 수위를 일정하게 유지시키고 동시에 비상 범류시 월류를 수행한다.

수두상승 저수벽체(16)의 하부측에 입구가 관입되어 있고 출구가 외해의 수면 아래측 수중에 위치되어 있는 수중방류용 배관(18)이 설치되어 있다. 수중방류용 배관(18)의 직경은 폐냉각수 집수조(12)의 유입구(121)의 직경보다 작게 구성된다. 그러나 폐냉각수 집수조(12)로 유입되는 유입량(Q₁)과 수중방류용 배관(18)으로 배출되는 배출 유량(Q₂)은 동일하여(유랑은 같고 유속 증가) 수중방류용 배관(18)을 흐르는 유속은 폐냉각수 집수조(12)의 유입구(121)측 유속보다 상대적으로 크다. 이로 인해 수중 위어(14)의 하류측 수위는 일정한 높이를 유지하게 되고, 이때 수중 위어(14)에 의해 상승한 거품을 수두상승 저수벽체(16)의 후면 윗쪽에서 머무르게 할 수 있다. 예로, 폐냉각수 집수조(12)의 유입구(121)를 직경 1000mm로 할 경우 수중방류용 배관(18)의 직경은 700mm로 할 수 있다.

본 실시 예에서 폐냉각수 집수조(12)의 유입구(121)는 2개가 구비되어 있어 수중방류용 배관(18)도 2열로 설치된다.

한편, 수중방류용 배관(18)의 둘레에 수두상승 저수벽체(16)를 월류한 폐냉각수를 외해측으로 수송하는 비상용 조정수량 월류방류로(22)가 설치되어 있다. 따라서 비상 범류로 인해 수두상승 저수벽체(16)를 화살표 'O'방향으로 월류하게 될 경우 비상용 조정수량 월류방류로(22)를 통해 해수면(LWL) 아래로 방류가 신속히 이루어진다.

한편, 수두상승 저수벽체(16)의 후방에 설치되어 수중방류용 배관(18)의 입구로 유입되는 유입수 흐름에 유동 저항을 증감시켜 상류 수위를 조정하는 슬루스 게이트(20)를 더 설치할 수 있다. 따라서 슬루스 게이트(20)는 수중방류용 배관(18)의 입구측에서 상하로 미세 이동 동작하면서 수위를 조절한다. 따라서 슬루스 게이트(20)는 가변저항으로 수위를 조절하며, 이때 가변저항의 분담율은 폐냉각수 집수조(12)의 유입구(121)측 분담이 고정저항 80%~90%일 때 10%~20%가 된다.

이같이 슬루스 게이트(20)가 설치되는 경우 슬루스 게이트(20)와 수두상승 저수벽체(16)의 사이에 수중방류용 배관(18)의 입구측 부압 발생에 대응하고 수중방류용 배관(18)으로 유입되는 폐냉각수에 거품의 유무 상태를 판단하기 위한 감압실(30)이 더 구비됨이 바람직하다. 또한 감압실(30)은 거품 제거상태를 확인하여 슬루스 게이트(20)의 높낮이를 조절하기 위해 사용된다.

이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 설명한다.

도 5a와 같이 플랜트에서 사용된 폐냉각수가 유입구(121)를 통해 폐냉각수 집수조(12)내로 유입된다.

폐냉각수 집수조(12)로 유입된 폐냉각수는 수위를 올린 후 월류벽(123)의 상면을 월류하여 낙차에 의해 자연 낙하하여 하류측으로 흐르게 된다. 이때 폐냉각수 집수조(12)내로 유입되는 유입량(Q₁)에 비례하여 월류량도 증감된다.

월류벽(123)을 월류하는 폐냉각수는 하류측 수중 위어(14)에 충돌한다. 수중 위어(14)에 충돌한 폐냉각수는 수중 위어(14)의 벽면을 따라 높이방향으로 상승 유동이 이루어지면서 유속에너지가 감속된다. 이에 의해 폐냉각수에 포함된 거품이 강제로 부상되어 수두상승 저수벽체(16)의 후면측 표층에 부유하게 된다. 즉, 도 6과 같이 모형 실험에서 알 수 있듯이 수중 위어(14)의 상층부(점선의 영역)에서 거품이 부유하게 됨을 확인할 수 있다.

따라서 수중 위어(14)의 하류측 중하류층에는 거품이 없는 폐냉각수만이 수중방류용 배관(18)의 입구로 유입된 후 수중방류용 배관(18)의 출구를 거쳐 외해의 수면(LWL) 아래로 방류된다. 따라서 외해로 방류되는 폐냉각수는 거품이 제거된 상태로 방류되어 환경 민원을 야기시키는 일은 없다. 또한 거품 없는 폐냉각수의 방류로 인해 배수 성능이 향상된다. 또한 거품 발생을 줄이기 위해 구조물의 크기를 증가시킬 필요가 없어지므로 공사비가 절감된다.

이때 수두상승 저수벽체(16)는 수중 위어(14)의 하류측 수위를 일정하게 유지시키고 동시에 비상시 월류를 수행하게 된다. 또한 수중방류용 배관(18)의 길이를 짧게 구성하여 시공비를 절감할 수 있다.

한편, 슬루스 게이트(20)의 높낮이를 조절하여 수중방류용 배관(18)의 입구측 수로통로의 단면적을 변화시켜 수류에 가변저항을 일으킴으로써 수중 위어(14)의 하류측 수위를 일정하게 조절할 수 있다. 이때 도 7 및 도 8과 같이 슬루스 게이트(20)의 수위 조절시 유동저항에 따른 수중 위어(14)의 하류측 흐름에 유속장 및 유속라인의 분포가 일정하게 유지된다.

또한, 수중 위어(14)의 하류측 상방에서는 표층의 거품을 파괴하기 위한 주지의 워터 스프레이 살수장치(100)가 더 설치될 수 있다. 워터 스프레이 살수장치(100)에서 살포되는 살포수는 잔잔한 바닷물을 펌프로 압송시켜 노즐을 통해 고압으로 분사시켜 거품을 파괴시킨다.

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.

12: 집수조
121: 유입구
122: 집수실
123: 월류벽
14: 수중 위어
16: 수두상승 저수벽체
18: 수중방류용 배관
20: 슬루스 게이트
22: 비상용 조정수량 월류방류로
30: 감압실

Claims (5)

1. 플랜트에서 사용된 폐냉각수가 유입되는 유입구(121), 유입구(121)로부터 유입된 폐냉각수를 일정 높이까지 집수하는 집수실(122), 집수실(122)내에 집수된 폐냉각수를 하류측으로 월류시키는 월류벽(123)으로 이루어진 폐냉각수 집수조(12)와;
   상기 월류벽(123)보다 낮은 높이를 갖고 상기 월류벽(123)의 하류측 수로에 입설되어 월류 흐름의 유속에너지를 감쇄시키고 동시에 상승 유동을 일으켜 폐냉각수에 포함된 거품을 강제로 부상시키는 수중 위어(14)와;
   상기 수중 위어(14)의 하류측 수로에 입설되어 하류수위를 일정하게 유지시키고 동시에 비상시 월류를 수행하는 수두상승 저수벽체(16); 및
   상기 수두상승 저수벽체(16)의 하부측에 입구가 관입되어 있고 출구가 외해의 수면 아래측 수중에 위치되어 설치된 수중방류용 배관(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수중방류용 배관(18)의 직경은 폐냉각수 집수조(12)의 유입구(121)의 직경보다 70~80%로 작게 구성된 것을 특징으로 하는 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물.
3. 제 1항에 있어서,
   수중방류용 배관(18)의 둘레에 수두상승 저수벽체(16)를 월류한 폐냉각수를 해수측으로 수송하는 비상용 조정수량 월류방류로(22)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수두상승 저수벽체(16)의 후방에 설치되어 수중방류용 배관(18)의 입구로 유입되는 유입수 흐름의 유동 저항을 증감시켜 상류 수위를 조정하는 슬루스 게이트(20)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 슬루스 게이트(20)와 수두상승 저수벽체(16)의 사이에 수중방류용 배관(18)의 입구측 부압에 대응하고 배출되는 폐냉각수의 거품 제거 상태를 관찰할 수 있는 감압실(30)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 거품 저감을 위한 수중위어를 갖는 방류구조물.

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