KR20200041196A - 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법 - Google Patents

유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치를 구비하기 위한 기초모듈에 있어서, 상기 기초모듈은 일측에서 타측으로 점진적으로 높아지도록 형성되어 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름을 안정화하기 위한 경사몸체가 형성되고, 상기 경사몸체는 적어도 일측에 유체의 흐름에 의한 바닥 패임을 방지하기 위한 세굴방지부가 형성되며, 상기 기초모듈에는 바닥에 고정될 수 있도록 기능하는 적어도 하나의 관통공이 마련되고, 상기 경사몸체에는 수중 발전장치를 구비하기 위한 적어도 하나의 기둥부가 형성되며, 상기 기초모듈의 저면에는 기초 고정부가 형성된다.
이로써, 상기 경사몸체가 유체와의 마찰 증대를 유도함으로 유체의 흐름이 일정하게 유지되도록 안정화시킬 수 있어 안정적인 발전이 가능하다.

Description

유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법{Foundation Module for using Kinetic Energy of Fluid and the Construction Methods thereof}
본 발명은 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치를 구비하기 위한 기초모듈에 있어서, 상기 기초모듈은 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름을 안정화하기 위한 경사몸체가 형성되고, 적어도 일측에 유체의 흐름에 의한 바닥 패임을 방지하기 위한 세굴방지부가 형성되며, 바닥에 기초모듈이 안정적으로 고정될 수 있도록 관통공이 마련되고, 수중 발전장치를 구비하기 위한 기둥부가 형성되는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 자원고갈과 연소에 의한 환경오염의 문제 그리고 원자력 발전의 안전성의 문제가 사회적인 이슈로 자리잡음에 따라 태양광이나 풍력, 조력과 같은 친환경 에너지원에 대한 관심이 급증하고 있다.
이러한 친환경 에너지원에 대한 관심의 증가는 태양광이나 풍력을 넘어 지구 면적의 70%를 차지하는 해양 에너지에 대한 관심으로 확장되고 있으며, 해양 에너지는 생산된 전력의 전송에 따른 전력손실과 설비투자에 비용이 드는 문제점이 있으나, 육지와 인접된 연안의 해수를 이용한 에너지 자원의 활용에는 현재의 시점에도 충분한 경제성이 있어 많은 투자와 연구가 이루어지고 있다.
이러한 추세에 본 출원인의 발명자도 유수의 흐름에 따른 운동에너지를 수차를 바탕으로 회전력으로 전환시키고, 수차에 의한 회전력을 효율적으로 수렴하여 발전기로 발전시키는 다수의 수력 발전장치를 제안한 바 있다.
일 예로서 본 출원인의 발명자는, 대한민국 등록특허 제10-1661505호 "수력발전장치"(2016. 9. 26. 등록, 이하 '선행기술문헌'이라 한다)가 제안된 바 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 선행기술문헌은 중심구조물의 외주면에 회전체가 구비되고, 상기 회전체에 방사형으로 형성된 저항판을 바탕으로 해수의 흐름에 의한 운동에너지를 바탕으로 회전력이 발생되도록 제안되었다.
그러나, 상기 선행기술문헌은 중심구조물이 하부의 기초에 고정된 상태에서 그 위치에 종속된 회전체가 저항판에 의존하여 회전함에 따라 수심의 변화에 유연하게 대응하지 못함에 따라 해수의 흐름이 가장 활발하게 일어나는 표층수를 활용할 수 없었으며, 더 나아가 지속적으로 변화하는 해수의 흐름 위치와 그 방향을 고려할 수 없어 안정적인 발전량을 확보하지 못하는 한계가 있었다.
더 나아가, 기초부가 해수의 흐름에 의한 쇄굴이나 강한 조류에 의하여 쉽게 전도되거나, 수평을 유지하지 못하는 문제점이 있었으며, 해저의 바닥을 고려하지 않음에 따라 안정적인 고정력을 확보하는 것에 어려움이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수심의 변화에도 불구하고 유체의 흐름을 안정화시키고, 흐름을 일정한 방향으로 효과적으로 수렴시켜 일정한 발전량을 확보할 수 있으며, 유체의 흐름 변화에 의한 바닥의 패임을 예방할 수 있고, 시공시 바닥 지형을 고려하여 수평도와 구조적 안정성을 확보할 수 있는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 기초모듈(FM)에 있어서, 상기 기초모듈(FM)은 일측에서 타측으로 점진적으로 높아지도록 형성되어 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름을 안정화하기 위한 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)는 적어도 일측에 유체의 흐름에 의한 바닥 패임을 방지하기 위한 세굴방지부(20)가 형성되며, 상기 기초모듈(FM)에는 바닥에 고정될 수 있도록 기능하는 적어도 하나의 관통공(30)이 마련되고, 상기 경사몸체(10)에는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 적어도 하나의 기둥부(40)가 형성된다.
또한, 상기 세굴방지부(20)는 상기 경사몸체(10)를 중심으로 일측 또는 타측에 평면부(21)가 형성되거나, 하부로 돌출된 세굴방지판(22)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 세굴방지판(22)은 기초모듈(FM)의 저면 모서리부를 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 기초모듈(FM)은 양방향 유체의 흐름에 대응되도록 한 쌍의 경사면(11)을 지니는 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 양측에는 세굴방지부(20)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 기초모듈(FM)은 불규칙한 유체의 흐름에 대응되도록 방사형으로 경사면(11)을 지니도록 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 단부에는 세굴방지부(20)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 기초모듈(FM)은 인접된 기초모듈(FM')과 연속적으로 결합되도록 일측에 결합홈(61)이 형성되고, 상기 결합홈(61)에 대응되는 타측에 결합구(62)가 형성되어 상기 결합홈(61)에 인접한 기초모듈(FM')의 결합구(62)가 삽입될 수 있다.
또한, 상기 경사몸체(10)의 타측에는 세굴방지부(20)와의 높이차에 의하여 이면부(70)가 마련되되, 상기 이면부(70)에는 유속이 상대적으로 느려지도록 내측으로 패인 정체부(71)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 이면부(70)에는 내측으로 적어도 하나의 어구(72)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 기초모듈(FM)의 저면에는 기초 고정부(50)가 형성되되, 상기 기초 고정부(50)에는 밀폐형 타설포켓(51)이 마련되고, 상기 관통공(30)을 통하여 상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에 콘크리트(C)가 타설되어 바닥의 지형조건에 대응되는 형상으로 양생될 수 있다.
또한, 상기 밀폐형 타설포켓(51)은 유체의 흐름에 상대적인 위치가 고정되도록 체결고리나 무게추를 포함하는 고정구(52)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에는 콘크리트(C)와의 결속력을 강화하기 위하여 구조 보강재(53)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 기초 고정부(50)는 상기 기초모듈(FM)의 저면에는 기초 고정부(50)가 형성되되, 상기 기초 고정부(50)는 상기 관통공(30)을 통하여 파일(54)이 관통되어 바닥에 고정되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 관통공(30)의 내측에는 보강철근(31)이 구비되거나 불규칙 가공면(32)이 형성되어 타설되는 콘크리트(C)와의 부착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 관통공(30)의 상부에는 상대적으로 큰 직경의 확장부(33)이 마련되어 타설되는 콘크리트(C)와의 결속력을 증대시킬 수 있다.
그리고 상기 기초모듈(FM)의 저면에는 복수의 수평조절구(80)가 구비되되, 각각의 수평조절구(80)는 높이조절부(81)의 하부에 발판(82)이 형성되어 상기 높이조절부(81)의 상대적인 높이를 조절함으로써 기초모듈(FM)의 수평을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치(G)를 구비한 기초모듈 시공방법(M)은 청구항 1의 기초모듈(FM)을 수중의 바닥에 구비하여 상기 기초모듈(FM)의 세굴방지부(20)가 바닥에 안착되거나 삽입되도록 하는 기초모듈 투하단계(S10); 상기 기초모듈(FM)에 구비되는 기둥부(40)에 수중 발전장치(G)를 설치하는 발전장치 설치단계(S40);를 포함한다.
그리고 바닥에 항타하여 삽입된 파일(54)의 주두부가 상기 기초모듈(FM)의 관통공(30)에 구비되도록 하여 콘크리트(C)를 타설하거나, 상기 기초모듈(FM)의 관통공(30)을 통하여 저면에 마련된 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에 콘크리트(C)를 주입하여 바닥 지형조건에 대응되는 형상으로 기초 고정부(50)를 형성하는 기초 고정단계(S30);를 포함할 수 있다.
본 발명의 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 및 그 시공방법에 의하면, 일측에서 타측으로 점진적으로 높아지도록 경사몸체가 형성되어 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름이 일정하게 유지되도록 안정화시킬 수 있어 안정적인 발전이 가능하다.
또한, 상기 경사몸체의 경사면에 의하여 유체의 흐름을 일정한 방향으로 효과적으로 수렴시켜 일정한 발전량을 확보할 수 있다.
나아가, 세굴방지부를 바탕으로 급격한 유체의 흐름 변화에 의한 와류 등에 의하여 바닥의 패이는 현상을 방지할 수 있으며, 안정적인 고정력도 기대할 수 있다.
상기 기초모듈에는 저면에 기초 고정부가 형성되도록 기능하는 적어도 하나의 관통공이 마련되고, 상기 관통공을 바탕으로 콘크리트나 파일이 삽입되도록 하여 시공성은 물론 안정적인 고정력이 확보될 수 있다.
또한, 상기 경사몸체는 다방향으로 경사면을 형성하고, 상기 각 경사면의 단부에 세굴방지부가 형성되도록 하여 다방향의 유체 흐름을 효과적으로 안정화시킬 수 있으며, 다방향으로 형성될 수 있는 패임을 방지할 수 있다.
아울러, 상기 기초모듈은 결합홈과 그에 대응되는 결합구가 일체로 형성되어 인접된 기초모듈과 연속적으로 결합함에 있어 시공 현장의 상황에 적합한 결합 기초구조를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 경사몸체의 타측에 마련되는 이면부에 유속이 상대적으로 느려지도록 내측으로 패인 정체부를 형성하여, 해양생물을 서식을 유도함으로써 친환경적인 기초구조를 형성할 수 있다.
또한, 기초 고정부에는 밀폐형 타설포켓이 마련되고, 관통공을 통하여 상기 밀폐형 타설포켓의 내부에 콘크리트가 타설되도록 하여, 바닥의 지형조건에 대응되는 형상으로 콘크리트를 양생함으로써 시공시 바닥 지형을 고려하여 수평도와 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
그리고, 최초 기초모듈을 시공하는 과정에서, 저면에 구비되는 복수의 수평조절구의 높이조절부의 상대적인 높이를 조절함으로써 기초모듈의 수평도를 효율적으로 제어할 수 있다.
도 1은 종래기술의 일 실시예에 따른 수중 발전장치를 도시한 사시도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기초모듈을 도시한 사시도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기초모듈을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 발전장치가 기초모듈에 구비된 상태를 도시한 사시도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시형태의 수중 발전장치를 도시하 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 기초모듈을 결합하여 기초 구조를 형성한 사시도.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 관통공의 형상을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기초모듈의 시공방법을 시계열적으로 도시한 블럭도.
이하에서는 도면에 도시된 사항을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2a에 도시된 일 실시예에 따른 본 발명의 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈(FM)은 일체형 프리캐스트 콘크리트로 제작되는 것으로, 일측에서 타측으로 점진적으로 높아지도록 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)는 적어도 일측에 유체의 흐름에 의한 바닥 패임을 방지하기 위한 세굴방지부(20)가 형성된다.
상기 경사몸체(10)는 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름을 안정화하는 기능을 수행하며, 상기 경사몸체(10)의 일측에 형성되는 세굴방지부(20)는 유체의 급격한 흐름 변화에 의한 바닥의 패임을 방지하기 위한 것으로, 상기 경사몸체(10)에서 유체의 흐름방향을 따라 일체로 확장되도록 평면부(21)로 형성되거나, 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이 하부로 돌출된 세굴방지판(22)으로 형성될 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 기초모듈(FM)은 경사몸체(10)를 중심으로 일측 및 타측에 각각 세굴방지부(20)로서 평면부(21)가 형성될 수 있으며, 도 2d에 도시된 바와 같이 상기 평면부(21)의 하부에 추가적으로 세굴방지판(22)이 형성될 수도 있다.
보다 상술하면, 상기 경사몸체(10)의 경사가 시작되는 일측에 형성되는 평면부(21)는 유체의 흐름이 상기 경사몸체(10)를 따라 급격히 상향하는 과정에서 경사몸체(10)의 저면에 세굴이 일어나거나, 강한 조류에 의하여 기초모듈(FM)이 유동하거나 전복되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 세굴방지판(22)은 기초모듈(FM)의 하부에 미리 매립된 상태로 제작되거나 홈을 형성한 후 끼움 결합될 수 있으며, 도 3c에 도시된 바와 같이 지반의 경도가 낮거나 모래나 진흙과 같은 삽입이 용이한 바닥에 세굴방지판(22)이 삽입되도록 구비하여 유체의 흐름에 의한 패임을 방지함은 물론 시공과정에서 정위치에 안착될 수 있도록 가이드하는 기능을 수행할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 세굴방지판(22)이 바닥에 일정깊이 이상으로 삽입되면 안정적인 고정력이 발휘될 수 있으므로, 후술할 기초 고정부(50)를 생략할 수 있다.
또한, 상기 세굴방지판(22)은 기초모듈(FM)의 저면 모서리부를 따라 형성되어 다양한 방향에서 유도되는 유체의 흐름에도 안정적인 고정이 가능하도록 보조할 수 있으며, 다방향에서 발생될 수 있는 세굴을 미연에 예방할 수 있다.
한편, 도 3b의 개념도에 도시된 바와 같이 본 발명의 기초모듈(FM)은 상기 경사몸체(10)를 따라 유체의 흐름이 상승되어 마찰에 의하여 안정화된 흐름을 확보할 수 있으며, 상기 경사몸체(10)에는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 적어도 하나의 기둥부(40)가 형성되어 유체의 흐름이 경사몸체(10)에 구비된 기둥부(40)로 유도된다.
도 4는 본 발명의 기초모듈(FM)의 기둥부(40)에 구비되는 일 실시예에 따른 수중 발전장치(G)를 도시한 것으로, 기둥부를 중심으로 회전체(41)와 수차(42)가 구되고, 수차(42)의 회전력이 동력 전달장치(43)를 바탕으로 전달되어 발전기(44)를 통하여 발전될 수 있으며, 상기 수중 발전장치(G)는 본 발명의 기초모듈(FM)의 기술사상의 본질과는 무관하므로, 유체의 흐름을 바탕으로 회전력을 형성하는 다양한 실시 형태로 제작될 수 있다.
이로써, 상기 경사몸체(10)에 의하여 안정화되도록 수렴된 유체의 흐름은 기둥부(40)에 구비되는 수중 발전장치(G)로 유도되어 효율적이고 안정적인 발전을 기대할 수 있다.
한편, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 기초모듈(FM)에는 바닥에 고정될 수 있도록 기능하는 관통공(30)이 적어도 하나 이상 마련되고, 상기 기초모듈(FM)의 저면에는 기초 고정부(50)가 형성될 수 있다.
상기 관통공(30)은 기초모듈(FM)의 경사몸체(10) 또는 평면부(21)를 관통하도록 형성되되, 복수로 마련되는 것이 바람직하며, 후술할 상기 기초 고정부(50)의 다양한 실시형태에 있어서, 도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이 파일(54)이 삽입되도록 가이드할 수 있으며, 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이 밀폐형 타설포켓(51)에 주입될 콘크리트(C)나 도 2a 및 도 3a와 같이 상기 파일(54)의 상부에 마련되는 주두부에 타설할 콘크리트(C)가 주입될 수 있도록 기능한다.
아울러, 상기 관통공(30)은 실시형태에 따라 별도의 콘트리트(C)를 주입하지 않고, 단순히 방치할 수 있으며 이 경우에는 어구로서 사용될 수 있다.
한편, 도 5a에 도시된 바와 같이 본 발명의 기초모듈(FM)은 다른 실시형태로서 상기 기초모듈(FM)은 양방향 유체의 흐름에 대응되도록 한 쌍의 경사면(11)을 지니는 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 양측에는 세굴방지부(20)가 형성될 수 있다. 이로써, 상기 기초모듈(FM)은 전체적으로 대칭형 구조를 지니게 되므로, 계절의 변화에 따른 조류의 변화나 조석의 영향에 의한 유체의 흐름이 변화하는 경우에도 양방향 유체의 흐름에 모두 대응할 수 있어 발전효율을 기대할 수 있다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 기초모듈(FM)은 불규칙한 유체의 흐름에 대응되도록 방사형으로 경사면(11)을 지니도록 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 단부에는 세굴방지부(20)가 형성될 수 있다. 이로써, 보다 다양한 유체의 흐름에도 유연하게 대응할 수 있는 기술적 이점이 발휘된다.
한편, 상기 기초모듈(FM)은 독립적으로 하나의 기초 구조를 형성할 수도 있으나, 인접된 기초모듈(FM')과 연속적으로 결합되어 하나의 기초 구조를 형성할 수도 있다.
일 실시예로, 도 6에 도시된 바와 같이 인접된 기초모듈(FM')과 결합될 수 있도록 일측에 결합홈(61)이 형성되고, 상기 결합홈(61)에 대응되는 타측에 결합구(62)가 형성되어 상기 결합홈(61)에 인접한 기초모듈(FM')의 결합구(62)가 삽입될 수 있다. 이로써, 설치환경이나 지형조건에 따라 복수의 기초모듈(FM)을 연속적으로 결합하여 일측으로 확장된 하나의 기초 구조를 형성함으로써 발전효율을 극대화할 수 있다.
또한, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 경사몸체(10)의 타측에는 세굴방지부(20)와의 높이차에 의하여 이면부(70)가 마련될 수 있다. 상기 경사몸체(10)에서 세굴방지부(20)로 유체가 흐르는 과정에서 급격한 공간의 확장으로 유체가 분산되면서 상기 이면부(70)에는 유체가 회전하여 와류가 발생될 수 있다. 이에 상기 이면부(70)에 내측으로 패인 정체부(71)를 형성함으로써 유체의 흐름이 상대적으로 느려지도록 유도함으로써, 상기 정체부(71)는 다양한 수중생물이 서식할 수 있는 서식처로 기능할 수 있다.
또한, 상기 이면부(70)에는 내측으로 적어도 하나의 어구(72)를 형성할 수 있다. 이에 수중생물이 적극적으로 어구(72)에 서식처를 마련하고, 산란하도록 유도하여 친환경적인 기초모듈(FM)을 제공할 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 기초 고정부(50)에는 밀폐형 타설포켓(51)이 마련되고, 상기 관통공(30)을 통하여 상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에 콘크리트(C)가 타설되어 바닥의 지형조건에 대응되는 형상으로 양생될 수 있다. 상기 밀폐형 타설포켓(51)은 바닥에 암반이 형성되거나 경도가 높은 불규칙 지반으로 형성된 경우에 적용되는 것이 바람직하다.
상기 밀폐형 타설포켓(51)은 콘크리트(C)가 외부로 누설되지 않는 가변형 막 구조로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 밀폐형 타설포켓(51)은 기초모듈(FM)의 저면을 전체적으로 에워싸는 구조로 결합되어 저면을 덮도록 구비될 수 있으며, 콘크리트(C)의 타설시 밀폐형 타설포켓(51)이 하중에 의하여 바닥의 지형조건에 대응되는 형상으로 자연스럽게 변형되고 이를 바탕으로 유체의 흐름이나 강한 조류에도 안정적인 기초 고정부(50)를 제공할 수 있다.
나아가, 상기 밀폐형 타설포켓(51)은 타설된 콘크리트(C)가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있어 콘크리트 타설이나, 양생 이후 부식에 따른 수질 오염을 예방할 수 있다. 또한, 기초 고정부(50)를 형성함에 있어 해수의 침투를 막을 수 있어 콘크리트의 염화나 중성화를 지연시켜 내구성을 확보할 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 복수의 기초모듈(FM)이 결합되는 실시형태에 있어서, 상기 밀폐형 타설포켓(51)은 인접된 기초모듈(FM')의 타설포켓(51)과 연속적으로 체결되도록 복수의 고정구(52)로서 체결고리가 구비될 수 있다. 이로써, 도 6에 도시된 바와 같이 콘크리트(C)의 타설시 인접된 기초모듈(FM')의 기초 고정부(50)에 간섭이 발생됨을 방지하고, 인접 기초모듈(FM')과의 결속을 통하여 유체의 흐름에 상대적인 위치가 고정되도록 구현할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 고정구(52)는 무게추일 수 있다. 상기 무게추가 바닥에 안정적으로 안착됨에 따라 유체의 흐름에도 상대적인 위치가 고정될 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에는 콘크리트(C)와의 결속력을 강화하기 위하여 구조 보강재(53)가 구비될 수 있다. 상기 구조 보강재(53)는 밀폐형 타설포켓(51)의 내측면에 일체로 형성된 전단 연결재일 수 있으며, 철망, 복수의 보강철근, 보강섬유 등으로 구현될 수 있다.
나아가, 상기 기초 고정부(50)는 상기 관통공(30)을 통하여 파일(54)이 관통되어 고정되도록 형성될 수 있다. 상기 파일(54)의 상단에 마련된 주두부가 상기 관통공(30)에 구비된 상태에서 타설 콘크리트(C)를 매개로 일체화되어 안정적인 결합구조의 기초 고정부(50)를 제공할 수 있으며, 콘크리트(C)를 타설하지 않더라도 기타 체결수단을 바탕으로 관통공(30)에 상기 파일(54)의 상단 주두부가 견고하게 고정되도록 형성할 수 있다.
이때, 상기 기초 고정부(50)를 형성하는 실시형태로는 상기한 밀폐형 타설포켓(51)을 구비하는 방법과 파일(54)을 이용하는 시공방법이 지형조건이나 조류의 크기에 따라 선택적으로 적용될 수 있으나, 두 실시형태가 병존하도록 시공하는 것도 가능하다.
한편, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 관통공(30)의 내측에는 보강철근(31)이 구비되거나 (b)와 같이 불규칙 가공면(32)이 형성되어 타설되는 콘크리트(C)와의 부착력을 증대시킬 수 있다. 이로써, 상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부로 콘크리트(C)를 타설하거나, 파일(54)을 삽입하는 과정에서 타설되는 콘크리트(C)와 프리캐스트 기초모듈(FM)과의 부착력을 도모할 수 있다.
또한, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 관통공(30)의 상부에는 상대적으로 큰 직경의 확장부(33)이 마련되어 타설되는 콘크리트(C)와의 결속력을 증대시킬 수 있다. 이로써 부착력을 기대할 수 있음은 물론 상기 타설 콘크리트(C)와 기초모듈(FM)을 구성하는 프리캐스트 콘크리트의 물성 차이로 인하여 콘크리트가 불완전 합성되어 분리가 발생되더라도, 상기 관통공(30)의 확장부(33)에 타설된 콘크리트(C)의 형상을 바탕으로 기계적 결합을 기대할 수 있다.
나아가, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 기초모듈(FM)의 저면에는 복수의 수평조절구(80)가 구비될 수 있다. 상기 수평조절구(80)는 기초 고정부(50)를 형성하기 이전에 기초모듈(FM)을 바닥에 구비하는 과정에서 수평도를 유지하도록 기능한다. 상기 기초모듈(FM)에 구비된 복수의 수평조절구(80)는 각각 높이조절부(81)의 하부에 발판(82)이 형성되어 상기 발판(82)이 바닥에 구비된 상태에서 상기 높이조절부(81)의 상대적인 높이를 조절함으로써 기초모듈(FM)의 수평을 조절할 수 있다.
이로써, 상기 기초모듈(FM)이 수중에서 수평도를 유지하게 되면, 상술한 기초 고정부(50)를 그 실시형태에 따라 파일(54)을 삽입하여 고정하거나, 밀폐형 타설포켓(51)의 내부로 콘크리트(C)를 타설하여 형성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 기초모듈(FM)을 이용한 시공방법(M)에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 기초모듈 시공방법(M)은, 현장 조사단계(S00), 기초모듈 투하단계(S10), 수평 조절단계(S20), 기초 고정단계(S30) 및 발전장치 설치단계(S40)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 현장 조사단계(S00)는 유체의 회전력을 이용하는 수중 발전장치(G)를 설치하기 위한 현장의 지형조건을 조사하는 단계로서, 바닥의 조건에 따라 평탄화 작업이 가능하고, 지반의 조건상 충분한 파일(54)을 삽입하여 충분한 지지력이 확보될 수 있는 경우와 그렇지 않은 경우로 분류하여 기초 고정부(50)를 형성하기 위한 방법으로서 파일(54)을 삽입하는 시공방법이나, 밀폐형 타설포켓(51)을 이용한 콘크리트(C) 타설의 시공방법 중 어느 하나를 택일할 수 있다.
상기 현장 조사단계(S00)의 결과로서 선정되는 기초 고정부(50)의 시공방법에 따라, 파일(54)을 먼저 삽입 시공하는 경우에는 바닥을 평탄화하고, 파일(54)을 바닥에 선항타하여 삽입하는 파일 시공단계(S05)를 수행할 수 있다.
다만, 상기 파일 시공단계(S05)는 삽입되는 파일(54)의 직경과 길이 단면형상에 따라 후술할 기초모듈 투하단계(S10) 이후에 기초 고정단계(S30)에서 진행될 수도 있다. 즉, 기초모듈(S10)이 투하된 이후에 기초 고정단계(S30)에서 관통공(30)을 통하여 파일(54)을 바닥에 항타하여 삽입할 수 있다.
상기 현장 조사단계(S00) 이후에는 기초모듈 투하단계(S10)가 수행된다. 상기 기초모듈(FM)은 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 것으로, 일측에서 타측으로 점진적으로 높아지도록 형성되어 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름을 안정화하기 위한 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 적어도 일측에는 유체의 흐름 변화에 의하여 바닥의 패임을 방지하기 위한 세굴방지부(20)가 형성되며, 상기 기초모듈(FM)에는 바닥에 고정될 수 있도록 기능하는 적어도 하나의 관통공(30)이 마련되고, 상기 경사몸체(10)에는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 적어도 하나의 기둥부(40)가 형성될 수 있다.
또한, 상술한 기초모듈(FM)에 대한 설명에서 상술한 바와 같은 다양한 실시형태로 제작되어 수중의 바닥에 투하될 수 있다. 상기 기초모듈(FM)을 투하함에 있어서는 바지선에 구비된 크레인을 사용하여 수중의 정위치에 안착될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 상기 기초모듈(FM)의 세굴방지부(20)의 평면부(21)가 바닥에 안착되거나 세굴방지판(22)이 삽입되도록 한다.
나아가, 복수의 기초모듈(FM)을 바탕으로 기초 구조를 형성함에 있어서는 복수의 기초모듈(FM)을 투하한 이후에 인접된 기초모듈(FM)간에 결합구조가 형성되도록 일측에 결합홈(61)과 상기 결합홈(61)에 대응되는 타측에 결합구(62)가 형성되어 상기 결합홈(61)에 인접한 기초모듈(FM')의 결합구(62)가 삽입되도록 결합할 수 있다.
한편, 상기 기초모듈 투하단계(S10) 이후에는 수평 조절단계(S20)가 수행될 수 있다. 상기 수평 조절단계(20)는 기초 고정부(50)를 형성하기 위한 방법으로서 파일(54)을 삽입하는 시공방법이 채택된 경우에는 파일 시공단계(S05)에서 바닥의 평탄화 작업이 수행되므로 생략될 수 있다.
즉, 상기 밀폐형 타설포켓(51)을 이용한 콘크리트(C) 타설의 시공방법이 수행되는 경우에 수행되는 단계로서, 상기 기초모듈(FM)의 저면에 구비되는 복수의 수평조절구(80)를 바탕으로, 기초 고정부(50)를 형성하기 이전에 기초모듈(FM)을 바닥에 구비하는 과정에서 수평도를 조절할 수 있다.
상기 기초모듈(FM)에 구비된 복수의 수평조절구(80)는 각각 높이조절부(81)의 하부에 발판(82)이 형성되어 상기 발판(82)이 바닥에 구비된 상태에서 상기 높이조절부(81)의 상대적인 높이를 조절함으로써 기초모듈(FM)의 수평도를 조절할 수 있다.
상기 수평 조절단계(S20) 이후에 수행되는 기초 고정단계(S30)는, 항타하여 삽입된 파일(54)의 주두부가 상기 기초모듈(FM)의 관통공(30)에 구비되도록 고정하거나, 파일(54)이 직접 관통공(30)을 관통함과 동시에 바닥에 항타 삽입되도록 구현할 수 있다. 또한, 상기 기초모듈(FM)의 저면에 마련된 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에 콘크리트(C)를 주입하여 바닥 지형조건에 대응되는 형상으로 기초 고정부(50)를 형성할 수 있다. 이로써, 상기 기초모듈(FM)을 수중 바닥에 안정적으로 고정하게 된다.
상기 기초 고정단계(S30) 이후에는 발전장치 설치단계(S40)가 수행된다. 상기 발전장치 설치단계(S40)는 상기 기초모듈(FM)에 구비되는 기둥부(40)에 수중 발전장치(G)를 형성하는 단계로서, 유체의 흐름을 바탕으로 회전력을 발생시키는 다양한 실시형태의 발전장치(G)가 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈(FM) 및 그 시공방법(M)은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
FM:기초모듈 G:수중 발전장치
10:경사몸체 20:세굴방지부
21:평면부 22:세굴방지판
30:관통공 31:보강철근
32:불규칙 가공면 33:확장부
40:기둥부 41:회전체
42:수차 43:동력 전달장치
44:발전기 50:기초 고정부
51:밀폐형 타설포켓 52:고정구
53:구조 보강재 54:파일
61:결합홈 62:결합구
70:이면부 71:정체부
72:어구 80:수평조절구
81:높이조절부 82:발판
C:콘크리트 M:기초모듈 시공방법
S00:현장 조사단계 S05:파일 시공단계
S10:기초모듈 투하단계 S20:수평 조절단계
S30:기초 고정단계 S40:발전장치 설치단계

Claims (17)

  1. 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 기초모듈(FM)에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)은 일측에서 타측으로 점진적으로 높아지도록 형성되어 유체와의 마찰 증대를 바탕으로 유체의 흐름을 안정화하기 위한 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)는 적어도 일측에 유체의 흐름에 의한 바닥 패임을 방지하기 위한 세굴방지부(20)가 형성되며, 상기 기초모듈(FM)에는 바닥에 고정될 수 있도록 기능하는 적어도 하나의 관통공(30)이 마련되고, 상기 경사몸체(10)에는 수중 발전장치(G)를 구비하기 위한 적어도 하나의 기둥부(40)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세굴방지부(20)는 상기 경사몸체(10)를 중심으로 일측 또는 타측에 평면부(21)가 형성되거나, 하부로 돌출된 세굴방지판(22)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세굴방지판(22)은 기초모듈(FM)의 저면 모서리부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)은 양방향 유체의 흐름에 대응되도록 한 쌍의 경사면(11)을 지니는 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 양측에는 세굴방지부(20)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)은 불규칙한 유체의 흐름에 대응되도록 방사형으로 경사면(11)을 지니도록 경사몸체(10)가 형성되고, 상기 경사몸체(10)의 단부에는 세굴방지부(20)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)은 인접된 기초모듈(FM')과 연속적으로 결합되도록 일측에 결합홈(61)이 형성되고, 상기 결합홈(61)에 대응되는 타측에 결합구(62)가 형성되어 상기 결합홈(61)에 인접한 기초모듈(FM')의 결합구(62)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경사몸체(10)의 타측에는 세굴방지부(20)와의 높이차에 의하여 이면부(70)가 마련되되, 상기 이면부(70)에는 유속이 상대적으로 느려지도록 내측으로 패인 정체부(71)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이면부(70)에는 내측으로 적어도 하나의 어구(72)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)의 저면에는 기초 고정부(50)가 형성되되, 상기 기초 고정부(50)에는 밀폐형 타설포켓(51)이 마련되고, 상기 관통공(30)을 통하여 상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에 콘크리트(C)가 타설되어 바닥의 지형조건에 대응되는 형상으로 양생되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밀폐형 타설포켓(51)은 유체의 흐름에 상대적인 위치가 고정되도록 체결고리나 무게추를 포함하는 고정구(52)가 구비되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에는 콘크리트(C)와의 결속력을 강화하기 위하여 구조 보강재(53)가 구비되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)의 저면에는 기초 고정부(50)가 형성되되, 상기 기초 고정부(50)는 상기 관통공(30)을 통하여 파일(54)이 관통되어 바닥에 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  13. 제9항 또는 제12항에 있어서,
    상기 관통공(30)의 내측에는 보강철근(31)이 구비되거나 불규칙 가공면(32)이 형성되어 타설되는 콘크리트(C)와의 부착력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  14. 제9항 또는 제12항에 있어서,
    상기 관통공(30)의 상부에는 상대적으로 큰 직경의 확장부(33)이 마련되어 타설되는 콘크리트(C)와의 결속력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  15. 제1에 있어서,
    상기 기초모듈(FM)의 저면에는 복수의 수평조절구(80)가 구비되되, 각각의 수평조절구(80)는 높이조절부(81)의 하부에 발판(82)이 형성되어 상기 높이조절부(81)의 상대적인 높이를 조절함으로써 기초모듈(FM)의 수평을 조절하는 것을 특징으로 하는 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈.
  16. 유체의 흐름으로 회전력을 형성하는 수중 발전장치(G)를 구비한 기초모듈의 시공방법(M)에 있어서,
    청구항 1의 기초모듈(FM)을 수중의 바닥에 구비하여 상기 기초모듈(FM)의 세굴방지부(20)가 바닥에 안착되거나 삽입되도록 하는 기초모듈 투하단계(S10);
    상기 기초모듈(FM)에 구비되는 기둥부(40)에 수중 발전장치(G)를 설치하는 발전장치 설치단계(S40);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 시공방법.
  17. 제16항에 있어서,
    바닥에 항타하여 삽입된 파일(54)의 주두부가 상기 기초모듈(FM)의 관통공(30)에 구비되도록 하여 콘크리트(C)를 타설하거나, 상기 기초모듈(FM)의 관통공(30)을 통하여 저면에 마련된 밀폐형 타설포켓(51)의 내부에 콘크리트(C)를 주입하여 바닥 지형조건에 대응되는 형상으로 기초 고정부(50)를 형성하는 기초 고정단계(S30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 유체의 운동에너지를 이용하기 위한 기초모듈 시공방법.
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