KR20210029960A

KR20210029960A - 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스

Info

Publication number: KR20210029960A
Application number: KR1020190111288A
Authority: KR
Inventors: 안경관; 안지환; 남규현; 황정윤; 김창곤
Original assignee: 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-17
Also published as: KR102246198B1

Abstract

본 발명은 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 관한 것으로, 특히 오일펜스의 외측 상부에 유체 마찰 전기에 의해 작동되는 LED(Light Emitting Diode)를 장착시켜 LED의 점등/소등에 따라 기름의 유출여부를 확인할 수 있도록 하는, 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 관한 것이다.

Description

유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스{OIL FENCE USING FLUID FRICTION ELECTRIC POWER GENERATION}

일반적으로, 선박에는 엔진기관의 동력을 이용하여 추진되는 관계로 연료를 저장 및 공급하기 위한 기름탱크가 구비되는데, 선박이 암초에 부딪히거나 다른 선박과의 충돌 등에 의하여 기름탱크가 파손되어 기름이 외부로 유출되는 일이 발생한다. 이러한 기름의 유출은 해양을 오염시켜 해양의 생태계를 파괴하고 연근해 자원을 고갈시키며 양식 어류들이 폐사시키는 등 심각한 문제를 발생시키며, 특히, 대형 선박, 유조선 등의 경우 상기와 같은 문제점이 더욱 심각하게 나타난다.

따라서 기름 유출에 의한 해양 오염을 줄이기 위하여 일반적으로 오일펜스를 설치하여 기름의 확산을 억제하고, 유화제로 기름을 분해하여 침전시키는 대책이 수행하고 있다. 이러한 대책들을 수행하고, 기름의 확산 지역을 예상하기 위해서는 해양의 기름 유출 범위를 파악해야 한다.

해양의 기름 유출 범위를 파악하는 방법으로서, 일반적으로 항공기나 인공위성으로부터 촬영된 광학 이미지 사진을 이용하여 일반 해수의 색상과 기름 유출된 지역의 해수의 색상을 직접 눈으로 판독하여 구분하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 관측영역 및 기상조건 등의 제약으로 인하여 실용화된 시스템은 거의 없다. 이와 같은 단점을 극복하기 위하여 유럽 등 선진국에서는 능동형 원격탐사기법을 도입하여 해상 감시체계를 구축, 운용 중에 있다.

하지만, 위성정보만을 이용하여 기름 탐지 및 경보를 발령하는 경우, 해양기상과 해수면에서 발생하는 다양한 현상에 의한 오류가 많이 발생하고 있다.

특히, 옅은 기름띠가 형성된 해수의 경우 일반 해수와 구분이 모호하거나 어려운 경우가 많고, 또한 기름이 유출된 해수와 일반 해수의 구분이 육안에 의한 판별로 이루어지기 때문에 구분 과정에서 시간 및 비용이 발생하며, 기름 유출 범위를 대략적으로 해수의 색을 보고 판독하기 때문에 정확한 범위를 도출하지 못하고 기름이 유출된 대략적인 범위만을 예상하여 기름 유출에 대한 대책을 실행하고 있는 실정이다.

따라서 최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 인공위성을 통한 원격탐사자료를 이용하여 기름유출을 감시하는 방법이 사용되고 있다. 이 방식은 인공위성을 통해 해당 영역에 대한 전파특성을 수신하고, 해당 영역의 전파특성을 분석하여 해당 영역에 대한 기름유출이 발생하였는지 여부를 판단하고, 기름유출이 발생하였다고 판단될 경우 기름유출 경보를 보내는 방식을 사용한다.

한편, 원격탐사자료를 이용하여 기름유출을 감시하는 방식에서는 실제로는 기름유출이 아님에도 불구하고 기름유출이 발생했다고 보고하는 잘못된 알람(False Alarm)의 빈도수가 매우 빈번하다는 문제점이 있다.

또한, 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시방법은 인공위성을 통한 해당 영역의 전파 특성을 이용하여 기름유출 여부를 감시하는 것인데, 전파특성은 유출된 기름의 특성에 의해 달라질 뿐만 아니라, 바람이나 안개 등과 같은 기름 이외의 많은 다른 변수들에 의해서도 달라지기 때문에 실제로 기름띠가 아님에도 불구하고 바람이나 안개 등과 같은 다른 변수들에 의해 마치 기름유출이 발생한 경우와 동일한 전파특성이 발견될 수 있기 때문이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 한국 특허 공개 2014-0058702호 공보(이하, 선행 문헌이라 함)에는 원격탐사기술을 통하여 해상의 기름유출을 감시하는데 있어서, 미리 시뮬레이션을 통해 산란모델링 테이블을 작성하고, 원격탐사자료 결과를 상기 산란모델링 테이블과 비교함으로써 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 향상시킴으로써 잘못된 기름유출 알람(False Alarm)을 보내는 것을 방지하는 기름유출 감시방법이 개시되어 있다.

그러나 선행문헌은 원격탐사자료 결과를 이용하여 산란모델링 테이블과 비교하여 기름 유출 여부를 확인하는 방식이므로 원격탐사자료가 정확하지 않을 경우 정밀도가 떨어지고, 원격탐사자료를 구하기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

한편, 오일펜스는 일몰 후 육안으로 위치 파악이 힘들며, 오일펜스는 파도나 조류, 바람의 영향으로 오일펜스의 기능을 상실하게 되는 단점이 존재한다. 이때 기능을 상실하게 된 경우 오일을 포집하지 못하는 문제가 발생한다. 야간에는 이를 육안으로 확인할 수 없기에 추가적인 조치를 취하는데 효율이 낮으므로 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

[특허문헌 1] 한국 특허 공개 2014-0058702호 공보(발명의 명칭: 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법)

따라서 본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 정밀하고 저비용으로 기름 유출여부를 확인할 수 있는, 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스를 제공하여, 일몰 후 시간대에 작업의 편의성 증대와 효과적인 기름 확산방지를 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스는 커넥터에 의해 복수개 연결되어 있으며, 본체에 내장된 부유체에 의해 부력이 발생되며, 본체 하부에는 유출된 기름을 차단하도록 스커트가 형성되어 있으며, 상기 스커트의 하단부에는 스커트가 물살에 의해 기울어지는 것을 방지하도록 발라스트가 설치되어 있는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스로서, 상기 부유체의 외부를 감싸며 전기를 통하지 못하게 하는 부도체 층; 상기 본체 상부에 복수개 형성되어 직류전원 인가시 발광되는 LED; 상기 부도체 층에 내장되어 있는 전극; 및 상기 부유체에 내장되어, 상기 전극으로부터 발생된 교류 전원을 전선을 통해 인가받아 직류 전원으로 변환하여 전선을 통해 상기 LED에 제공하는 브릿지 회로;를 포함하며, 상기 본체는 밀봉되어 있으며, 상기 본체 주위를 기름이 둘러싸고 있으면 상기 LED는 소등되는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 있어서, 상기 부도체 층은 원통형으로 형성될 수 있다.

상기 실시형태에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 있어서, 상기 전극은 상기 부도체 층에 좌, 우 대칭으로 2개가 분리되어 내장되어 있고, 단면으로 볼 때 원호 형상을 나타낸다.

본 발명의 실시형태에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 의하면, 부유체의 외부를 감싸며 전기를 통하지 못하게 하는 부도체 층; 본체 상부에 복수개 형성되어 직류전원 인가시 발광되는 LED; 상기 부도체 층에 내장되어 있는 전극; 및 상기 부유체에 내장되어, 상기 전극으로부터 발생된 교류 전원을 전선을 통해 인가받아 직류 전원으로 변환하여 전선을 통해 상기 LED에 제공하는 브릿지 회로;를 포함하며, 평상시에는 물살에 의해 부유체가 움직일 때 상기 본체에 물이 접촉하면 마찰 전기가 발생되어 상기 LED가 점등되는 한편, 상기 본체 주위를 기름이 둘러싸고 있으면 상기 LED가 소등되도록 구성됨으로써, 정밀하고 저비용으로 기름 유출여부를 확인할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

특히, 본 발명의 실시형태에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 의하면 LED의 점멸에 의해 기름 유출여부를 확인하는 방식이므로 야간에 육안으로 식별하기가 용이하다는 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스가 바다에 설치된 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스의 유체 마찰 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 브릿지 회로 및 LED의 연결구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 브릿지 회로에 입력되는 교류전류의 파형도이다.
도 7은 도 5의 브릿지 회로에 의해 변환된 직류 전압의 파형도이다.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.

본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스가 바다에 설치된 예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다.

본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 커넥터(C)에 의해 복수개 연결가능하다. 커넥터(C)는 또한 본체(100)를 밀봉시키며, 오일펜스에 유연성을 제공한다.

부유체(130)는 본체(100)에 내장되어 부력을 발생시켜 본체(100)를 건현이 되게 한다. 일실시예로써, 부유체(130)는 원통형일 수 있다.

스커트(S)는 본체(100)의 하부에 판형으로 형성되어 선박으로부터 유출된 기름을 차단하는 역할을 한다.

발라스트(ballast)(160)는 밀도가 높은 금속재질로서 스커트(S)의 하단부에 설치되어 조류 등과 같이 물살이 거셀 때 스커트(S)가 물살에 의해 기울어지는 것을 방지하며, 닫힌회로의 접지 부분을 담당한다.

부도체 층(150)은 원통형으로 부유체(130)의 외부를 감싸고 있으며 오일펜스 본체(100)의 외부를 구성하고 있다. 부도체 층(150)은 전기를 통하지 못하게 하지만, 물살의 마찰 접촉시 대전율 차이에 의하여 전기적 불평형이 발생되며, LED(110)를 점등시키기 위한 마찰전기를 발생시키는 한편, 기름이 부도체 층(150)의 둘레를 감싸고 있을 경우 바닷물과 부도체층(150)의 마찰이 적어져서 마찰전기 발생이 감소되고 LED(110)가 소등된다.

LED(110)는 본체(100) 상부에 형성되어 브릿지 회로(120)에서 직류전원을 인가받아 점등된다. 위에 설명한 바와 같이, 부도체 층(150)에 물이 접촉할 경우 물살에 의해 마찰전기가 발생되어 LED(110)는 점등된다. 한편, 부도체 층(150)의 둘레를 기름이 감싸고 있을 경우 마찰전기가 감소하여 LED(110)는 소등되게 된다. 이에 따라 기름유출 감시 시스템 또는 관리자는 LED(110)의 점멸상태에 따라 기름 유출 여부를 판단할 수 있게 된다. 다른 실시예로, LED(110)는 본체(100) 상부에 복수개 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로, LED(110)는 브릿지 회로(120)를 거치지 않고 직접 전극(140)에 연결될 수 있다.

전극(140)은 부도체 층(150)에 좌, 우 대칭으로 2개가 분리되어 내장되어 있으며, 단면으로 볼 때 원호 형상을 나타낸다. 마찰전기의 발생시 전극(140)에서 발생된 교류전원은 전선(l)을 통해 브릿지 회로(120)에 전달되게 된다. 다만 전극(140)의 형상은 위에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다. 또한 상술한 바와 같이 LED(110)는 브릿지 회로(120)를 거치지 않고 직접 전극(140)에 연결될 수도 있다.

브릿지 회로(120)는 부유체(130)에 내장되어 전극(140)으로부터 발생된 교류 전원을 전선(l)을 통해 인가받아 직류 전원으로 변환하고, 전선(l)을 통해 직류 전원을 LED(110)에 제공하는 역할을 한다.

브릿지 회로(120)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 다이오드로 구성되어 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, RC 병렬회로를 통과하면서 안정적인 직류 전원으로 변환되게 된다.

참고로, 도 6은 브릿지 회로(120)에 입력되는 교류전류의 파형도를 나타내고, 도 7은 브릿지 회로(120)에 의해 변환된 직류 전압의 파형도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스의 유체 마찰 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.

유체(여기서는 바닷물)의 경우 양의 전하로 대전되며 부도체 층(150)의 표면은 마찰 시 대전열표상 (-)으로 대전된다. 초기에 유체와 접촉하지 않은 상태에서 전기적으로 평형하다. 파도의 운동에 의해 유체와 부도체 층(150)의 마찰로 부도체 층(150)이 (-)로 대전된다.

도 4의 (b)와 같이 유체가 부도체 층(150)과 접촉하는 면적이 감소하면, 유체와 전극(140)간에 불균형이 발생되며, 전하의 평형 상태를 유지하기 위해 음의 전하(전자)가 전극(140)에서 방출되어 음의 전류가 발생한다.

도 4의 (d)와 같이 유체가 부도체 층(150)과 접촉하는 면적이 증가하면, 유체와 전극(140)간의 불균형이 발생하며, 전하의 평형 상태를 유지하기 위해 전자가 전극(140)으로 이동하며, 앞의 경우와 반대 방향의 양의 전류가 발생한다. 따라서 유체와 부도체가 접촉하는 면적이 변화할수록 전기적 불균형이 발생하고, 이를 해소하기 위해서 지속적으로 전하의 이동이 발생하며, 교류전류가 발생한다.

도 4의 (a)의 경우는 유체가 부도체 층(150)과 접촉하는 면적이 줄어들게 되어 전기적 불균형이 발생하고, 이를 해소하기 위해 전하(전자)가 전극(140)에서 방출되게 되어 양의 전류가 발생한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스의 작용에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 오일펜스가 해상에 설치되면, 본체(100)는 부유체(130)에 의해 부상되어 수면을 걸쳐 움직이게 된다.

이때, 본체(100)에 바닷물이 접촉하게 되면 전극(140)에 마찰전기(교류전원)가 발생하여 브릿지 회로(120)에 전달된다.

브릿지 회로(120)에서 교류전원이 직류전원으로 변환되어 전선(l)을 통해 LED(110)에 공급되어 LED(110)는 점등되게 된다.

만약, 선박에서 기름이 유출되어 기름이 오일펜스 본체(100)를 넘어가는 상황이 되면, 기름에 둘러싸인 오일펜스 본체(100)는 수면을 따라 움직이면서 부도체 층(150)에 기름이 접촉하게 된다. 이때 바닷물과 부도체 층(150) 사이의 마찰이 적어져 발생 전류량이 적어지게 되고, 이후 부도체 층(150)이 바닷물과 접촉하는 상황이 되더라도 기름 층이 부도체 층(150)을 도포하였기 때문에 유도되는 전류량이 계속해서 적어지게 된다. 따라서 기름이 오일펜스를 넘어가게 되면 LED(110)는 소등되게 됨으로써 기름 누출 감시 관련자 또는 소등 확인 시스템 등에 의해 기름 유출이 감지되게 된다.

즉, 유체마찰발전의 경우 접촉하는 두 물체를 통해 발생되는 전기의 양은 물체의 대전율에 따라 다르며, 물을 사용한 마찰전기가 기름을 사용한 경우보다 매우 큰 출력을 나타낸다. 이러한 특성을 이용하여 기름이 펜스를 넘어 확산될 시 바닷물과 오일펜스의 마찰이 적어져 LED가 켜지지 않으므로 오일의 유출여부를 시각적으로 확인할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 의하면, 부유체의 외부를 감싸며 전기를 통하지 못하게 하는 부도체 층; 본체 상부에 복수개 형성되어 직류전원 인가시 발광되는 LED; 상기 부도체 층에 내장되어 있는 전극; 및 상기 부유체에 내장되어, 상기 전극으로부터 발생된 교류 전원을 전선을 통해 인가받아 직류 전원으로 변환하여 전선을 통해 상기 LED에 제공하는 브릿지 회로;를 포함하며, 평상시에는 물살에 의해 부유체가 움직일 때 상기 본체에 물이 접촉하면 마찰 전기가 발생되어 상기 LED가 점등되는 한편, 상기 본체 주위를 기름이 둘러싸고 있으면 상기 LED가 소등되도록 구성됨으로써, 정밀하고 저비용으로 기름 유출여부를 확인할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 의한 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스에 의하면 LED의 점멸에 의해 기름 유출여부를 확인하는 방식이므로 야간에 육안으로 식별하기가 용이하다.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 오일펜스 본체
110: LED
120: 브릿지 회로
130: 부유체
140: 전극
150: 부도체 층
160: 발라스트
l: 전선
S: 스커트
C: 커넥터

Claims

커넥터(C)에 의해 복수개 연결가능하며, 본체(100)에 내장된 부유체(130)에 의해 부력이 발생되며, 본체 하부에는 유출된 기름을 차단하도록 스커트(S)가 형성되어 있으며, 상기 스커트의 하단부에는 스커트가 물살에 의해 기울어지는 것을 방지하도록 발라스트(160)가 설치되어 있는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스로서,
상기 부유체의 외부를 감싸며 전기를 통하지 못하게 하는 부도체 층(150);
상기 본체 상부에 형성되어 직류전원 인가시 발광되는 LED(110);
상기 부도체 층에 내장되어 있는 전극(140); 및
상기 부유체에 내장되어, 상기 전극으로부터 발생된 교류 전원을 전선(l)을 통해 인가받아 직류 전원으로 변환하여 전선(l)을 통해 상기 LED에 제공하는 브릿지 회로(120);를 포함하며,
상기 본체는 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스.
제 1 항에 있어서,
상기 부도체 층은 원통형으로 형성되는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스.
제 1 항에 있어서,
상기 전극은 상기 부도체 층에 좌, 우 대칭으로 2개가 분리되어 내장되어 있고, 단면으로 볼 때 원호 형상을 나타내는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스.
커넥터(C)에 의해 복수개 연결가능하며, 본체(100)에 내장된 부유체(130)에 의해 부력이 발생되며, 본체 하부에는 스커트(S)가 형성되어 있으며, 상기 스커트의 하단부에는 스커트가 물살에 의해 기울어지는 것을 방지하도록 발라스트(160)가 설치되어 있는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스로서,
상기 부유체의 외부를 감싸며 전기를 통하지 못하게 하는 부도체 층(150);
상기 본체 상부에 형성되어 전원 인가시 발광되는 LED(110);
상기 부도체 층에 내장되어 있는 전극(140); 및
상기 부유체에 내장되어, 상기 전극으로부터 발생된 전원을 상기 LED에 제공하는 전선(l);를 포함하며,
상기 본체는 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 마찰 발전을 이용한 오일펜스.