KR100785175B1 - 치수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치수 시스템에 관한 것으로, 이 치수시스템은 다수의 발전 설비(1) 및 다수의 캐비테이션방지홀(2)을 별도의 역사이펀수로(T)에 설치하여, 하천의 시작점에서부터 바다에 이르기까지 각 지류를 포함하여 하천을 관리할 수 있는 한편, 상기 발전 설비(1)는 취수저수조(10)의 상부 공기층 상에 설치한 제1캐비테이션방지홀(31)과, 이 제1캐비테이션방지홀과 연결되는 저수조 하부에 설치한 발전용 수차(41) 및, 이 발전용 수차(41)에 근접하여 설치되는 방류저수조(50) 상에 설치한 제2캐비테이션방지홀(33)을 구비하여서 이루어진다.

Description

치수 시스템 {Flood control system}

도 1은 본 발명에 따른 발전설비의 바람직한 실시예를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 발전 설비를 이용하여 구성된 치수 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 집중호우로 폭증하는 하천의 강수량을 기존의 유속보다 빠르게 하류로 이송시키는 치수 시스템과 이 치수 시스템에 사용되어 전력 생산을 할 수 있는 수차형 발전설비에 관한 것이다.

국내의 전체 치수(治水)구조물은 그 설계의 기초정보가 지난 50 ~ 100년간의 강수량을 근거로 하고 있어서, 돌발적인 집중호우와 같은 자연재해를 감당하지 못한 채 홍수조절의 기능은 약화되고 점차 무방비화 되어 홍수피해에 거의 노출되어 있으며 자연치수구조인 하천이나 강도 홍수피해에 노출되어 있는 실정이다.

또한, 최근에는 화석연료의 사용으로 인한 이산화탄소의 증가로 온난화가 심 화되면서 이상기후가 발생되어 전 세계적으로 국지적인 집중호우나 장기적인 가뭄 또는 태풍이 과거에 비하여 기하급수적으로 증가하고 있으며, 향후에는 이러한 자연재해가 더욱 빈번하게 발생될 것으로 예측되고 있다. 국내에서도 이러한 이상기후의 변화에 적합하도록 치수시스템이 변경되어야 하지만, 그 구조의 변경에는 과다한 비용 및 오랜 기간이 소요되는 까닭에 옛날 그대로의 구조를 유지하고 있는 상황으로, 집중호우시에는 저수지 또는 둑의 붕괴나 하류쪽 홍수 및 범람이 반복적으로 발생되고 있다.

따라서, 홍수와 집중호우시에는 방류능력이 증대되어야 하나 이러한 기능을 하는 구조물이 거의 없으므로, 반드시 모든 치수구조물을 보강해야 할 필요성이 있게 되었다.

한편, 주지된 바와 같이, 지구의 석유 매장량이 심각하게 감소하면서 고유가 행진이 지속되고 있으며, 최근에는 각종 대체에너지가 이용되면서 그 효율을 증진시킬 수 있는 기술 개발에 박차를 가하고 있으나, 국내에서는 여러 대체에너지의 효용성과 범용성 등을 고려하여 볼 때, 아직은 한정된 조건에서만 작동이 가능하기 때문에 이들 대체에너지가 수력 및 화력발전을 실질적으로 대체할 수 있는 가능성이 매우 낮다는 문제점이 있다. 또, 기존의 수력발전에서는 취수댐으로부터의 유효낙차를 단 한차례만 이용하여 발전하고 있어서, 물의 이용효율이 저조하다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 저조한 물의 이용효율을 끌어올릴 수 있을 뿐만 아니라 사장된 수자원을 다시 활용할 수 있는 설비가 필요하게 되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 매년 소요될 수해복구비를 절감함과 더불어 수자원을 재활용하여 생기는 발전량에 대한 수익에서 설비투자비를 감(減)하고도 천문학적 이득이 발생할 수 있는 새로운 치수 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

특히, 본 발명의 다른 목적은, 긴 거리에 형성되는 낙차를 한 곳에 집중할 수 있고 물속의 공기를 제거하여 캐비테이션 현상을 제거할 수 있도록 된 캐비테이션방지홀을 설치하여서, 물의 유속을 빠르게 함으로써 물을 여러 번 이용하여 많은 발전량을 얻을 수 있게 된 치수 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위하여, 본 발명은 취수저수조의 상부 공기층 상에 설치한 제1캐비테이션방지홀과, 이 캐비테이션방지홀과 연결되는 수압관 하류에 설치한 발전용 수차 및, 이 발전용 수차에 근접하여 설치되는 방류저수조 상에 설치한 제2캐비테이션방지홀을 구비하여서 된 발전설비를 구비한다.

또한, 본 발명은 다수의 상기 발전설비와 다수의 캐비테이션방지홀을 별도의 인공구조물인 역사이펀수로에 연결하여 하천의 시작지점에서부터 바다에 이르기까지 하천을 관리할 수 있는 시스템을 구성하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 발전설비의 한 실시예를 도시한 단면도로서, 본 발명 에 따른 발전설비(1)의 본체는 철 또는 플라스틱으로 만들어지나, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 콘크리트가 부가될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발전설비(1)는 취수구(11)를 구비하되, 취수구(11)의 높이는 하단의 밸브(14)로 개폐할 수 있게 설치된 청소구(13)보다 높게 위치되어, 들어오는 물속에 포함된 무거운 불순물이 가라앉아 청소구(13) 앞에 축적되게 하고, 차후에 주기적으로 청소구(13)를 청소할 수 있게 되어 있다. 때때로, 이 청소구(13)는 방류구로 사용할 수 있으며, 그 물은 농수로로 방류하여 농업용수 등으로 사용될 수 있다. 취수구(11)의 입구에는 이 취수구(11)를 개폐하는 밸브(12)가 설치될 수 있다.

취수구(11)의 후단에는 취수저수조(10)를 연결하여 설치하고, 이 취수저수조(10)의 상단에는 물넘이(15)가 형성되어 소정 높이만큼 물이 차오르면 저수조(20)로 물을 보내도록 되어 있다. 물넘이(15) 상부 일측에는 예컨대 루츠 블로어(Roots Blower)와 같은 진공펌프(30)의 한쪽에 연결파이프(32)로 연통되어 있는 제1캐비테이션방지홀(31)이 형성되게 된다. 따라서, 취수구(11)는 제1캐비테이션방지홀(31)에서 가장 가까운 지류 쪽으로 설치된 관수로, 즉 지류의 역사이펀수로를 통하여 지류의 강수량을 흡입하여 지류의 상류 또는 홍수범람 침수지역에 설치되는 구조를 갖추는 것이 바람직하다.

진공펌프(30)는, 각 수면의 상층부에서 캐비테이션이 일어날 것으로 예상되는 공기층에다 진공을 걸어주어 캐비테이션을 없애기 위해 구비된 것으로, 이 진공펌프(30)에 연결된 연결파이프의 입구 근처를 본 명세서에서는 "캐비테이션방지홀" 이라 칭하기로 한다. 진공펌프는 진공의 정도에 따라 자동적으로 제어되는 유형의 것이 바람직하다.

저수조(20)의 하류에는 발전수로(40)를 매개로 하여 방류저수조(50)가 연결되어 설치되는바, 발전수로(40)에는 발전용 수차(41)가 설치되는 한편, 이 방류저수조(50)의 상부 일측에는 상기 진공펌프(30)의 다른 쪽에 연결파이프(34)로 연통되어 있는 제2캐비테이션방지홀(33)이 형성되게 된다. 방류저수조(50)의 하단에는 방류구(51)가 위치하고, 이 방류구(51)에는 방류구(51)를 개폐하는 밸브(52)가 설치될 수 있으며, 방류구(51)의 일측을 상기 진공펌프(30)에 연통시킬 수도 있다. 이와 같이 발전용 수차(41) 이하의 하류에도 진공을 걸어주는 이유는, 수로의 경로에 설치된 발전용 수차(41)는 물의 유속을 그대로 이용할 수 있는 상태이나, 이 발전용 수차(41) 자체가 회전시 물의 유속을 방해함과 동시에 캐비테이션 현상을 일으키게 되어 수차를 통과한 유속은 취수 당시의 유속보다 현격하게 감소된 유속을 나타내고, 발전수로(40) 내부에는 물의 압력의 상승현상이 발생하게 되어 결국 물의 유속은 거의 정체상태로 흐르게 되면서 원하는 에너지를 얻을 수 없게 되기 때문에 이를 방지하기 위해서이다.

상기 발전용 수차(41)에는 발전기(42)와 함께 변압기(43)가 연결되어 있으며, 이 발전기(42)와 변압기(43)를 둘러싸는 공간(47)에는 제어장치(44)와, 제습장치(45), 작업자가 출입할 수 있는 입구(46) 등이 설치될 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 발전 설비의 운전 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 취수구(11)의 밸브(12)를 열어, 물이 취수저수조(10)를 통해 저수조(20)로 흐르게 한다. 이때, 진공펌프(30)의 한쪽에 연결파이프(32)로 연통되어 있는 제1캐비테이션방지홀(31)에 진공이 걸리면, 고속으로 물을 빨아들여 저수조(20)로 물을 계속 보내게 된다.

또한, 저수조(20)로 들어온 물은, 진공펌프(30)의 다른 쪽에 연결파이프(34)로 연통되어 있는 제2캐비테이션방지홀(33)에 형성된 진공에 의해, 발전수로(40)를 거쳐 방류저수조(50)로 역시 고속으로 흡입되어 흐르게 되고, 도중에 발전용 수차(41)를 고속으로 회전시켜 발전기(42)로부터 전력을 얻게 된다.

한편, 도 2는 도 1에 도시되고 전술된 본 발명에 따른 발전 설비를 이용하여 구성된 치수 시스템을 개략적으로 도시한 도면으로서, 이 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 치수시스템은 1개 하천(R)의 상류에서부터 바다(S)에 이르는 하류까지 하천(R)을 따라 별도의 인공구조물인 역사이펀수로(T)를 형성하고서, 이 역사이펀수로(T)에 적어도 하나의 발전 설비(1)와, 이 발전 설비(1)의 상류 및 하류에 별도의 진공펌프를 구비한 캐비테이션방지홀(2)을 설치한다. 특히, 하천(R)의 지류들이 모이거나 수량이 증대되는 곳에서는 취수입구(3)가 추가로 설치되어 가장 가까운 캐비테이션방지홀까지 관수로로 연결되어 본류의 역사이펀수로로 연결되는 구성으로 될 수 있다. 상기 역사이펀수로(T)는 지형 및 주변 여건에 따라 하천(R) 바닥 밑에 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 발전 설비(1)들은, 보다 상류에 있는 발전 설비(1)의 방류저수조(50)의 수두와 이에 대해 하류에 있는 발전 설비(1)의 취수저수조(10)의 수두 간 의 차이가 약 10.13m 이상(대기압 이상의 압력차가 생기도록)이 되도록 설치되어야 한다. 다만, 바다에 인접하여 역사이펀수로(T)의 맨 하류에 설치된 최종방류구 근처에 설치되는 발전 설비(1)는, 최종방류구로부터 이 발전 설비(1)의 방류저수조(50)의 수두 차이가 10.13m 이상이 되는 상류쪽 지점에 설치되면 된다. 또한, 만일 하천(R)의 중간에 또는 그 지류에 역사이펀수로(T)의 최종방류구가 설치되는 경우에도, 이 최종방류구 근처에 설치되는 발전 설비(1)는 그 내부의 방류저수조(50)와 최종방류구의 수두 차이가 10.13m 이상이 되는 상류쪽 지점에 설치되면 된다.

이와 같이, 수두 차이가 10.13m 이상이 되게 발전 설비가 설치됨으로써, 낙차를 한 곳에 집중할 수 있어 발전 효율을 향상시킴과 더불어, 급속히 물을 바다(S) 쪽으로 방류할 수 있게 된다.

궁극적으로, 상기 역사이펀수로(T)를 따라 설치된 다수의 캐비테이션방지홀(2) 및 발전 설비(1)에 의해 물의 유속을 빠르게 함으로써, 물을 여러 번 이용하여 많은 발전량을 얻을 수 있게 됨과 더불어, 집중호우시에는 신속히 방류능력을 증대시킬 수 있게 되는 장점이 있게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 취수된 물을 진공으로 하여 별도의 경로로 흘려보내고 여기에서 다수의 발전 설비로 발전함으로써, 고속의 물을 여러 번 이용해 많은 발전량을 얻을 수 있게 됨과 더불어 집중호우시에는 신속히 방류하여서 범람에 의한 침수피해를 방지하여 경제적인 이득을 얻을 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (6)

1. 하천(R)을 따라 별도의 역사이펀수로(T)를 형성하고서, 이 역사이펀수로(T)에는 진공펌프에 연결된 하나 이상의 캐비테이션방지홀(2)을 설치한 치수 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 역사이펀수로(T)에 발전 설비(1)가 추가로 설치되는 치수 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역사이펀수로(T)에 연통되는 취수입구(3)가 추가로 설치되되, 이 취수입구(3)는 하천(R)의 지류에도 설치될 수 있는 치수 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 발전 설비(1)는,

   취수구(11)를 갖춘 취수저수조(10)와,

   이 취수저수조(10)에 연결된 저수조(20),

   이 저수조(20)의 하류에서 발전수로(40)를 매개로 하여 연결되고서 방류구(51)를 갖춘 방류저수조(50),

   상기 발전수로(40) 중간에 설치된 발전용 수차(41) 및,

   상기 취수저수조(10)와 방류저수조(50) 각각의 상부 일측에서 진공펌프(30)에 각각 연통되어 형성되는 제1캐비테이션방지홀(31)과 제2캐비테이션방지홀(33)로 이루어진 치수 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 취수구(11)보다 낮은 위치에 청소구(13)를 추가로 구비하는 치수 시스템.
6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 발전 설비(1)는, 상류에 있는 발전 설비(1)의 방류저수조(50)의 수두와 이에 대해 하류에 있는 발전 설비(1)의 취수저수조(10)의 수두 간의 차이, 또는 역사이펀수로(T)의 최종방류구의 수두와 이 최종방류구에 대해 상류에 있는 발전 설비(1)의 방류저수조(50)의 수두 간의 차이가 10.13m 이상이 되게 설치되는 치수 시스템.

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