KR101290999B1 - 조력발전소용 수문구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 유지보수가 용이한 수문구조물의 제공뿐만 아니라 관리시설 및 주변 관광지와 연계 가능한 접근도로 등을 설치함으로써 해양관광단지를 위한 시설로도 역할 가능한 조력발전소용 수문구조물에 관한 것이다.
본 발명의 조력발전소용 수문구조물의 바람직한 일 실시 예는 호수와 해수와의 사이에서 설치되는 수문구조물로서, 호수와 해수와의 사이에 형성되는 구조물 설치부와, 구조물 설치부에서 호수와 해수 방향으로 각각 평탄면을 형성한 에이프런부와, 에이프런부에서 해수 저면 또는 호수 저면까지 10~15°의 경사면을 형성한 경사부가 차례로 요입된 형태로 형성되는 해저암반부와; 해저암반부의 구조물 설치부를 지면부로 하여 구축되어 기초를 형성한 기층부와; 해수와 호수를 연결하도록 관통하여 중간벽체를 두고 연속적으로 형성되며 호수 측 상부는 반구형 곡면부로 도수로가 형성되고, 해수 측 상부 끝단에는 외부에서부터 차례로 각각 수직으로 형성되는 수문 지지채널, 스톱로그 지지채널 및 호수 측 상부 끝단에는 수직으로 형성되는 스톱로그 지지채널이 형성되되 도수로의 양단부의 마주보는 중간벽체에 가이드홈이 수직으로 형성되며 가이드홈의 외부로 노출된 면과 하단면이 무수축 콘크리트로 이루어지는 지지부가 각각 형성되며, 도수로의 상부에 다층구조의 1차 접근도로와 2차 접근도로가 설치되어 형성되어 이루어지고, 도수로 2개 마다 중간벽체가 절단된 형상으로 1개의 구조물 블록을 구성하며 상기 구조물 블록이 연속적으로 설치되어 형성되도록 기층부의 상부에 설치되는 구조물과; 구조물의 해 측의 상부에 구성된 수문 권양기에 의하여 승하강 견인이되며, 수문 지지채널을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하는 수문과; 구조물의 해수 측과 호수 측 양끝단의 상부에 설치되는 크레인으로 스톱로그 지지채널을 통해 설치되는 스톱로그;로 구성된다.

Description

조력발전소용 수문구조물{Gate Structure for Tidal Power Plant}

본 발명은 조력발전소용 수문구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수와 호수의 사이에서 수문 본연의 목적인 도수로 내의 해수 흐름의 차단기능을 원활하게 발휘하는 것은 물론이고, 저수된 물의 방류를 원활하게 하도록 하고, 수문 또는 스톱로그의 반복 설치에 의하여 쉽게 파손되지 않도록 하는 조력발전소용 수문구조물에 관한 것이다.

최근 환경문제가 전 세계적인 문제로 떠오르면서 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양에너지, 바이오에너지, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄의 액화 및 가스화, 해양에너지, 폐기물에너지 및 그 외에도 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료 등이 대체에너지원으로 거론되고 있다. 특히 태양력이나 조력, 풍력 등의 자연에너지 개발을 통한 대체에너지원의 발굴에 관심이 집중된다.

조력(潮力)발전은 조수간만의 차이에 의한 외해와 호수의 수위 차를 이용하는 원리로, 본 발명은 우리나라 서해안의 시화호, 새만금, 가로림만, 천수만 등에서 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 위해 특정 관리수위 이하로 유지되어야 한다.

수차구조물과 함께 조력발전소 시스템에 포함되는 수문구조물은 발전을 위하여 사용되는 해수의 유입 및 배출시의 유량조절 기능과 집중호우 등으로 급격히 수위가 상승하는 담수를 배출하기 위한 홍수위 조절 기능 등을 달성할 수 있도록 다양한 형태로 구성되어 진다.

수문구조물에 있어서, 수문은 수직으로 승강 또는 하강시켜 물길을 열거나 막아주는 것이 가장 일반적인 형태이다. 이러한 수문에서 가장 난제 중의 하나는 수문이 해수에 접하면서 발생하게 되는 염해부식 문제로, 부식에 의해 여러 가지 오작동이 발생하게 되며, 이런 경우 수문의 유지보수에 어려움이 발생하게 된다. 특히 조력발전의 특성상 수문은 항시 해수 중에 정지 상태에 있는 것이 아니라 조석주기에 따라 1일 2회 해수 중에서 대기 중으로 노출되면서 부식이 촉진되며, 특히 승강과 하강의 작동시 롤러와 가이드 프레임부가 접촉하는 곳에는 도장 마모 등이 발생하면서 부식이 급격히 진행된다.

종래 수문구조물의 수문은, 기능이 해수의 유통 조절에만 국한되도록 설치되는 경우가 많아 조력발전소의 관리를 위한 도로나 부대시설이 열악하여 관리요원이 상주하기 어렵고, 장기간 주변 주민과의 관계가 소원한 단점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0727852호 "조력발전소용 수문구조물"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 도 18에서와 같이 "호수와 해수와의 사이에서 수문구조물 날개벽과 연결구조물을 통해 설치되는 수문구조물로서, 상기 수문구조물은 해저에 위치되어 기초를 형성하기 위해 평탄한 판상 구조의 기층부(1)와, 상기 기층부(1)의 상부 양 끝단에는 수직으로 스톱로그 지지채널(13)을 각각 설치하여 이를 통해 필요 시 해수(W) 측 스톱로그(11)와 호수(L) 측 스톱로그(10)가 각각 설치되게 하고, 상기 해수(W) 측 스톱로그 지지채널(13)의 앞쪽으로 설치된 수문 지지채널(14)을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하는 수문(12)과, 기층부(1)의 상부로 해수의 흐름을 유도하는 통형 중공구조의 도수로(20)가 형성되고, 상기 도수로(20)의 호수(L) 측 상부는 반구형 곡면부(A)로 형성되고, 상기 도수로(20)의 상측 해수(W) 측으로 설치된 수문 권양기 지지채널(14)의 상부에는 스톱로그 승하강 견인을 위한 해수측 스톱로그용 크레인(40)과 수문(12)의 승하강 견인을 위한 수문 권양기(31)가 설치되며, 도수로(20)의 상부 호수(L) 측으로는 호수측 스톱로그용 크레인(41)과, 도수로(20)의 상부에는 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)가 설치된 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물."을 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 해저암반부와 동일한 높이로 구성되어 해수의 흐름 차단이 가능하였지만, 호수 측에서 저수된 물의 방류를 원활하게 하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 도수로 1개를 기준으로 양쪽 중간벽체가 절단된 형태의 1유닛 1블럭의 형상으로 구성하여 결합하여, 콘크리트 양생기간이 오래 소요되고, 공정이 지연되며, 콘크리트 부피 증가로 수화열이 높게 발생하는 문제가 있었으며, 수문 및 스톱로그가 설치되는 지지채널의 경우 수문 및 스톱로그의 반복 설치에 의하여 쉽게 파손되는 등의 문제점이 있었다.

특허등록 제0727852호 "조력발전소용 수문구조물"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해저암반부를 요입된 형상으로 경사부와 에이프런부를 형성하도록 하여 해수와 호수의 사이에서 수문 본연의 목적인 도수로 내의 해수 흐름의 차단기능을 원활하게 발휘하는 것은 물론이고, 저수된 물의 방류를 원활하게 하도록 하고, 또한 2개의 유닛을 한개의 블럭으로 형성하여 획기적으로 공기단축이 가능하면서도 콘크리트 부피를 감소시켜 수화열 발생을 억제할 수 있는 효과가 있으며, 수문 또는 스톱로그가 설치되는 지지채널에 무수축 콘크리트로 형성된 지지부를 구성하여 수문 또는 스톱로그의 반복 설치에 의하여 쉽게 파손되지 않도록 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 호수와 해수와의 사이에서 설치되는 수문구조물로서, 호수와 해수와의 사이에 형성되는 구조물 설치부와, 구조물 설치부에서 호수와 해수 방향으로 각각 평탄면을 형성한 에이프런부와, 에이프런부에서 해수 저면 또는 호수 저면까지 10~15°의 경사면을 형성한 경사부가 차례로 요입된 형태로 형성되는 해저암반부와; 해저암반부의 구조물 설치부를 지면부로 하여 구축되어 기초를 형성한 기층부와; 해수와 호수를 연결하도록 관통하여 중간벽체를 두고 연속적으로 형성되며 호수 측 상부는 반구형 곡면부로 도수로가 형성되고, 해수 측 상부 끝단에는 외부에서부터 차례로 각각 수직으로 형성되는 수문 지지채널, 스톱로그 지지채널 및 호수 측 상부 끝단에는 수직으로 형성되는 스톱로그 지지채널이 형성되되 도수로의 양단부의 마주보는 중간벽체에 가이드홈이 수직으로 형성되며 가이드홈의 외부로 노출된 면과 하단면이 무수축 콘크리트로 이루어지는 지지부가 각각 형성되며, 도수로의 상부에 다층구조의 1차 접근도로와 2차 접근도로가 설치되어 형성되어 이루어지고, 도수로 2개 마다 중간벽체가 절단된 형상으로 1개의 구조물 블록을 구성하며 상기 구조물 블록이 연속적으로 설치되어 형성되도록 기층부의 상부에 설치되는 구조물과; 구조물의 해 측의 상부에 구성된 수문 권양기에 의하여 승하강 견인이되며, 수문 지지채널을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하는 수문과; 구조물의 해수 측과 호수 측 양끝단의 상부에 설치되는 크레인으로 스톱로그 지지채널을 통해 설치되는 스톱로그;로 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 기층부는 호수와 해수 측 단부의 하부가 하부로 돌출되어 수평전단키가 형성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 기층부의 호수와 해수 측의 측단부에는 무근콘크리트로 형성된 세굴방지부가 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 세굴방지부는 상부가 넓고 하부가 좁은 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 구조물 블록의 중앙부에 위치한 중간벽체는 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에는 속채움이 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 지지부는 외부로 표면이 노출되도록 보강철물이 매입구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 상기 해수 측 스톱로그 지지채널의 앞쪽으로 수문안내구조물이 형성되고, 수문은 수문안내구조물을 통해 해수의 흐름을 개폐하는 1,2단 수문으로 조립 구성되며, 상기 수문의 제2단 수문 양측면에 각기 설치된 도깅암 거치대와, 상기 수문을 최대 인양 높이로 인양한 후 도깅암 거치대에 각기 거치되는 도깅암과, 상기 수문안내구조물의 내부 상부측에 설치되고, 최대 인양 높이에 위치된 수문이 다시 하강할 시 상기 도깅암이 안착되어 제2단 수문을 거치시키는 도깅암 베이스 빔과, 제2단 수문으로부터 제1단 수문을 볼트의 해체로 분리시킨 후 수문안내구조물의 상단면에 설치되는 수문거치대 지지프레임과, 수문거치대 지지프레임의 상면에 탑재되어 분리된 제1단 수문을 탑재시키는 제1단 수문거치대와, 수문거치대 지지프레임의 일부를 철거하여 제2단 수문의 인양 후 철거 부분을 다시 재조립한 후 수문거치대 지지프레임에 탑재되는 제2단 수문거치대를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한, 상기 수문안내구조물의 상단에 수문거치대 지지프레임을 고정하기 위한 유지관리용 러그 브라켓이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 조력발전소용 수문구조물은, 해저암반부를 요입된 형상으로 경사부와 에이프런부를 형성하도록 하여 해수와 호수의 사이에서 수문 본연의 목적인 도수로 내의 해수 흐름의 차단기능을 원활하게 발휘하는 것은 물론이고, 저수된 물의 방류를 원활하게 하도록 한다.

또한, 2개의 유닛을 한개의 블럭으로 형성하여 획기적으로 공기단축이 가능하면서도 콘크리트 부피를 감소시켜 수화열 발생을 억제할 수 있는 효과가 있으며, 수문 또는 스톱로그가 설치되는 지지채널에 무수축 콘크리트로 형성된 지지부를 구성하여 수문 또는 스톱로그의 반복 설치에 의하여 쉽게 파손되지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 핸들형 기어 구동장치가 제거되어 수문 탈거 시설비가 절감되고 인력 조작이 불필요하고, 핸들 조작이 필요 없어져 안내구조물 내부로 작업자가 진입하는 불편함이 제거된다.

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 발명의 수문구조물이 설치되는 전체 조력발전소 시스템을 개략적으로 예시한 평면 배치도이다.
도 2는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물을 일측면을 절단하여 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 조력발전소용 수문구조물의 구조물 부분의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 기층부의 확대도이다.
도 5a는 본 발명의 구조물 블록(30a)의 평단면도이다.
도 5c는 상기 도 5a의 '가'부분의 확대도이다.
도 5d는 상기 도 5c에서 스톱로그(60)가 결합된 상태를 도시한 도이다.
도 6은 도 3에서 수문의 평상시 작동 상태도이다.
도 7은 도 6에 해수측 스톱로그가 설치된 상태도이다.
도 8은 수문이 최대 높이로 상승한 후 도깅암이 도깅암 거치대에 거치된 상태도이다.
도 9는 수문이 하강하여 도깅암이 도깅암 베이스 빔에 안착된 상태도이다.
도 10은 1단 수문이 2단 수문으로부터 분리 인양된 상태도이다.
도 11은 제1단 수문의 하부측으로 제1단 수문거치대를 조립하는 상태도이다.
도 12는 제1단 수문을 제1단 수문거치대에 거치시켜 놓은 상태도이다.
도 13은 제1단 수문을 수문거치대 지지프레임의 일측으로 이동시켜 놓은 상태도이다.
도 14는 수문거치대 지지프레임의 일부가 철거된 상태도이다.
도 15는 제2단 수문을 인양한 후 도깅암을 철거시킨 상태도이다.
도 16은 철거된 수문거치대 지지프레임의 일부를 재조립하여 놓은 상태도이다.
도 17은 제2단 수문을 제2단 수문거치대에 거치시켜 놓은 상태도이다.
도 18은 종래의 조력발전소용 수문구조물을 일부 절단하여 나타낸 부분단면도이다.

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.

이하 바람직한 실시 예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 수문구조물이 설치되는 전체 조력발전소 시스템을 개략적으로 예시한 평면 배치도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수문구조물(2)은 조수간만의 차이가 적절한 조력발전소 건설지에서 호수(L)와 해수(W)와의 사이에 조력발전소를 설치하면서, 주변의 공원부지와 육지와의 사이에 다수의 유닛으로 이루어진 수차구조물(1)과 수문구조물(2) 및 그 사이에 연결구조물(3)을 설치하여 해양관광기능, 접근도로기능, 발전소기능 등이 함께 공존하는 자연 친화형 조력발전소용 수문구조물이다. 도면 중 설명부호 4는 최외측의 수차구조물(1)과 연결되는 수차구조물 날개벽(4)이고, 설명부호 5는 최외측의 수문구조물(2)과 연결되는 수문구조물 날개벽(5)을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물을 일측면을 절단하여 나타낸 측단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조력발전소용 수문구조물은 해저암반부(10)와 해저암반부(10)를 지면부로 하여 구축되어 기초를 형성한 기층부(20), 기층부(20)의 상부에 형성되는 구조물(30)로 이루어진다.

해저암반부(10)는 해저암반을 가공하여 형성하는 것으로서, 구조물 설치부(11), 에이프런부(12a)(12b) 및 경사부(13a)(13b)가 요입된 형태로 형성된다.

구조물 설치부(11)는 호수(L) 측과 해수(W) 측과의 사이에 형성되는데, 구조물 설치부(11)에는 기층부(20)가 형성되고, 기층부(20)의 상부에 구조물(30)이 형성된다. 구조물 설치부(11)는 기층부(20)가 형성되는 부분이기 때문에, 기층부(20)가 설치되는 크기와 동일하게 형성한다.

구조물 설치부(11)에서 호수(L) 측과 해수(W) 측 양방향으로 평탄면의 에이프런부(12a)(12b)가 형성되고, 에이프런부(12a)(12b)에서 해수 저면 또는 호수 저면까지 10~15°의 경사면을 형성한 경사부(13a)(13b)가 차례로 형성된다.

즉, 해저암반을 성형하여 구조물 설치부(11), 에이프런부(12a)(12b) 및 경사부(13a)(13b)가 요입된 형태로 구성되는 것이다. 이와 같이, 요입된 형태로 구성하는 것은 해수의 수위는 시간에 따라 상하고 수 m씩 변화하기 때문에, 해수(W) 측의 최저 해수면에 이르렀을 때에도, 호수 내의 수위는 인근으로부터의 홍수나 범람을 피하기 위하여 특정 관리수위 이하로 유지할 수 있도록 하기 위해서이다.

해수(W) 측에서부터 해저암반부(10)를 살펴보면, 해저면을 거쳐 경사면(13a), 에이프런부(12a), 구조물 설치부(11)를 거쳐 호수(L) 측으로 에이프런부(12b)과 경사부(13b)가 구성된다.

호수(L) 측에 저수된 물이 수문구조물을 통하여 해수(W) 측으로 방류될 경우에는, 호수(L) 측의 경사면(13b)을 타고 에이프런부(12b)를 거쳐 수문구조물을 통과하여 해수(W) 측으로 방류되게 된다.

해수(W) 측의 에이프런부(12a)는 호수(L) 측에서 방류되는 물이 용이하게 방류될 수 있도록, 호수(L) 측의 에이프런부(12b)와 동일한 높이로 형성되도록 하며, 수문구조물을 통하여 방류되는 물이 일정한 속도로 이동할 수 있도록 일정 길이로 유지되어야 한다. 바람직하게는 해수(W) 측 에이프런부(12a)는 호수(L)측 에이프런부(12b)의 길이의 3~4배 길이로 형성된다.

해수(W)의 경사부(13a)는 경사를 이루도록 하여 호수(L) 측에 저수된 물이 해수(W) 측 에이프런부(12a)에서 해수(W) 방향으로 더욱 용이하세 방류되도록 유도하는 것이다.

경사부(13a)(13b)는 10~15°의 경사면을 형성하도록 한다. 이는 호수(L) 측에서 해수(W) 측으로 방류되는 물의 속도를 일정하고 효과적으로 유도하기 위해서이며, 10°이하로 형성될 경우에는 해저암반부(10)에서의 에이프런부(12a)(12b) 및 경사부(13a)(13b)의 형성범위가 넓어 시공비용이 과대하게 지출되고, 15°이상으로 형성될 경우에는 조수 간만의 차에 의하여 경사면(13a)을 따라 이동하는 해수의 속도가 일정하지 않을 뿐만 아니라, 해수(W) 측으로 원활하게 방류가 되지 않기 때문이다.

도 3는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물의 구조물 부분의 확대도이고, 도 4은 본 발명의 기층부의 확대도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수문구조물은 기층부(20)와 기층부(20) 상부에 형성되는 구조물(30)로 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이, 기층부(20)는 해저암반부(10)의 구조물 설치부(11)를 지면부로 하여 구축되어 기초를 형성한 것이다.

기층부(20) 상부 구조물(30) 블록간의 부등변위는 수평 및 수직방향으로 발생하며 이러한 변위를 제어하기 위하여, 기층부(20)는 하부에 전단키를 형성하도록 하여, 해저암반부(10)와의 지지력 확보를 강화하도록 할 수 있다.

이때, 호수(L)와 해수(W) 측 양단부의 하부가 하부로 돌출되어 수평전단키(24)를 형성하도록 하여, 기층부(20)의 양측면이 전단키의 역할을 하도록 할 수 있다.

또한, 기층부(20)의 호수(L)와 해수(W) 측의 측단부에는 무근콘크리트로 형성된 세굴방지부(23)가 구성되도록 할 수 있다.

이와 같이 세굴방지부(23)를 형성하는 것은 조수간만의 차에 의하여 토사가 기층부(20)를 세굴할 수 있으며, 이때 세굴이 되는 부분인 기층부(20)의 호수(L)와 해수(W) 측의 측단부에 세굴방지부(23)를 형성하도록 한 것이다.

또한, 세굴방지부(23)는 세굴이 더욱 심하게 발생하는 상부가 넓고 하부가 좁은 형태로 구성되도록 할 수도 있다.

구조물(30)은 기층부(20)를 기초로 하여 상부에 형성된다.

구조물(30)은 호수(L)와 해수(W)와의 사이에 설치되며, 호수(L)와 해수(W)를 차단하고 있는 형상을 한다.

도수로(31)는 기층부(20)의 상부 구조물(30)에서 해수(W)와 호수(L)를 연결하도록 관통하여 중간벽체(37a)(37b)를 두고 연속적으로 형성되어, 기층부(20)의 상부의 구조물(30)을 관통하도록 해수의 흐름을 유도한다.

도수로(31)는 호수(L) 측 상부는 반구형 곡면부(A)로 형성되어, 경제성, 시공성 및 유지관리성 등을 향상시킬 수 있으며, 도수로(31) 폭의 급격한 감소로 인한 와류발생 및 저항을 최소화하도록 하였다.

도수로(31)의 해수(W) 측 중간벽체(37a)(37b)의 상부 끝단에는 외부에서부터 차례로 각각 수직으로 스톱로그 지지채널(50a)과 수문 지지채널(50c)이 형성되고, 도수로(31)의 호수(L) 측 중간벽체(37a)(37b)의 상부 끝단에는 스톱로그 지지채널(50a)(50b)이 수직으로 형성된다.

도수로(31)의 상부에 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)가 설치되어 형성된다. 상기 1차 접근도로(32)의 하부에는 수문구조물의 자중을 높여 안정성을 확보하기 위해 토사층(32a)이 형성될 수 있다.

수문(40)은 구조물(30)의 해수(W) 측의 상부에 구성된 수문 권양기(150)에 의하여 승하강 견인이 되며, 수문 지지채널(50c)을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하도록 한다.

스톱로그(60)는 구조물(30)의 해수(W) 측과 호수(L) 측 양끝단의 상부에 설치되는 크레인(70a)(70b)으로 스톱로그 지지채널(50a)(50b)을 통해 설치되도록 하여, 수문(40) 및 도수로(31)의 유지보수시 도수로(31)를 차단하기 위하여 구성된다. 스톱로그(60)는 필요시에 크레인(70a)(70b)으로 견인하여 도수로(31)의 양 단에 구성된 스톱로그 지지채널(50a)(50b)을 통해 설치하여 도수로(31)의 해수 흐름을 차단하고, 도수로(31) 내부의 물을 배수하여 필요한 작업을 하도록 구성된다.

스톱로그(60)는 수문구조물 날개벽(5)과 연결구조물(3)의 해수(W) 측과 호수(L) 측 각각에 설치된 스톱로그 지하저장소를 설치하여 보관할 수도 있다.

본 발명은 상기한 구조의 기층부(20), 도수로(31), 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)로 구성되는 구조물(30)은 전체가 하나의 구조물이 아니고, 동일한 형상의 다수의 구조물 블록(30a)의 결합으로 이루어진다.

각각의 구조물 블록(30a)은 기층부(20), 도수로(31), 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)로 구성된다.

종래에는 도수로 1개를 기준으로 양쪽 중간벽체가 절단된 형태의 1유닛 1블럭의 형상으로 구성하여 결합하는 경우도 있었으나, 콘크리트 양생기간이 오래 소요되고, 공정이 지연되는 문제점이 있었으며, 콘크리트 부피 증가로 수화열이 높게 발생하는 문제도 있었다.

도 5a는 본 발명의 구조물 블록(30a)의 평단면도이고 도 5b는 상기 도 5a의 결합된 상태를 도시한 평단면도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 구조물 블록(30a)은 도수로(31) 2개 마다 중간벽체(37a)가 절단된 형상으로 2유닛을 1블럭화 하여 형성하고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 2개의 유닛을 1개의 블럭화 한 구조물 블록(30a)을 연속으로 시공하여 2개의 유닛을 동시에 시공하는 효과가 있으므로 공기단축이 가능하고, 구조물 블록(30a)의 중앙부에 위치한 중간벽체(37b)는 내부에 중공부(38)를 형성하도록 하여 콘크리트 부피를 감소시킬 수 있어 수화열 발생을 억제할 수 있다.

구조물 블록(30a)의 중앙부에 위치한 중간벽체(37b)는 유효단면 이외의 과도한 부분에 중공부(38)를 형성하고, 추후 물속에서 속채움(39)을 실시하여 부력에 대한 안정성 및 경제성을 확보할 수 있도록 할 수 있다.

스톱로그 지지채널(50a)(50b) 및 수문 지지채널(50c)은 동일한 형상으로 도수로(31)의 양단부의 마주보는 중간벽체(37a)에 가이드홈(51)이 수직으로 형성되며 가이드홈(51)의 외부로 노출된 면과 하단면이 무수축 콘크리트로 이루어지는 지지부(52)가 각각 형성된다.

수문(40) 또는 스톱로그(60)가 끼워지는 가이드홈(51)과 하단부가 맞닿는 하단면, 즉 외부로 노출된 부분에는 무수축 콘크리트로 이루어지는 지지부(52)가 형성된다.

지지부(52)를 형성하는 무수축 콘크리트는 체적 변화가 없으며, 비부식성, 모체와의 우수한 접착성, 내충격성 및 내진동성이 뛰어나, 수문(40) 또는 스톱로그(60)가 반복 설치되는 스톱로그 지지채널(50a)(50b) 및 수문 지지채널(50c)의 강도를 강화하도록 할 수 있는 것이다.

또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 지지부(52)는 외부로 표면이 노출되도록 보강철물(53)이 매입구성되도록 하여, 반복설치에 의한 가이드홈(51)의 손상 및 해수 또는 호수 수압에 의하여 스톱로그(60)에 의한 충격에 의한 손상을 최소화할 수 있다.

도 5d에서는 수문(40)과 스톱로그(60)의 구조가 동일하여 스톱로그(60)만 도시하여 설명한다.

도 5d에 도시된 바와 같이, 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 양측단부에는 가이드롤러(60a)가 구성되고, 지지부(52)의 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 양측단부와 마주하는 면에는 돌출하여 가이드(55)가 구성되도록 할 수 있다.

가이드(55)는 H형 단면을 갖는 가이드 철물(53a)의 일측면에 결합하고, 가이드 철물(53a)을 지지부(52)에 일정간격으로 매입 구성되도록 하여 가이드(55)가 가이드롤러(60a)에 끼워져 이동하도록 가이드 역할을 하도록 한다.

즉, 수문(40) 및 스톱로그(60)의 양단부에 형성된 가이드롤러(60a)의 중앙부에 가이드 철물(53a)의 중앙부에서 외부로 돌출한 가이드(55)가 끼워지는 형상으로 위치하여 가이드 역할을 하여 수압 등에 대하여 이탈되지 않으면서 용이하게 설치 및 제거가 가능하도록 하기 위해서이다.

또한, 지지부(52)의 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 단부의 양측면에는 지지돌기(60b)가 결합구성되고, 지지부(52)의 마주보는 면에는 각각 표면이 노출되도록 일정 간격으로 H형 단면을 갖는 보강철물(53b)(53c)이 매입 구성되어, 지지돌기(60b)가 보강철물(53b)(53c)에 지지되도록 하여, 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 반복 설치 및 수압에 의하여 가이드홈(51)의 손상을 최소화할 수 있다.

이때, 지지부(52)의 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 단부의 해수 또는 호수와 접하는 반대편의 일측면에는 지지돌기(60b)의 측면에 보조돌기(60c)가 결합구성되고, 보조돌기(60c)와 면접하는 보강철물(53c)의 외부로 노출되는 면은 지지부(52)의 모서리 부분까지 확장하여 구성되도록 할 수도 있다.

즉, 해수 및 호수 측의 수압이 수문(40) 또는 스톱로그(60)에 작용할 때, 수문(40) 또는 스톱로그(60)가 수압에 의하여 내측으로 밀리게 되고, 이에 의하여 지지부(52)가 파손을 입는 문제점이 있었다.

따라서, 수압을 받는 측면 즉, 지지부(52)의 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 단부의 해수 또는 호수와 접하는 반대편의 일측면에 보조돌기(60c)를 형성하도록 하고, 상기 보조돌기(60c)가 지지부(52)를 손상시키지 않고 지지되도록 하기 위하여, 보조돌기(60c)와 면접하는 보강철물(53c)의 외부로 노출되는 면은 지지부(52)의 모서리 부분까지 확장하여 구성되도록 하는 것이다.

또한, 가이드 철물(53a) 및 보강철물(53b)(53c)은 구조물 블록(30a)과 지지부(52)의 결합을 위하여 전단앵커(54)를 구성하고, 상기 전단앵커(54)에 보강철물(53)을 결합하여 구성할 수 있다.

도 3에서와 같이, 상기 해수측 스톱로그 지지채널(50a)의 앞쪽으로 수문안내구조물(130)이 형성되어 이를 통해 해수의 흐름을 개폐하는 1,2단 수문(41,42)으로 조립 구성된 수문(40)이 설치되고, 상기 수문안내구조물(130)의 상부에는 수문(40)을 승하강시키는 수문 권양기(150)가 설치된다. 수문 권양기(150)는 쉬브 풀리(P)를 통하여 수문(40)을 인양시킨다.

수문(40)의 제2단 수문(42) 양측면에는 도 6과 같이 각기 도깅암 거치대(44)가 설치되어 있다. 도깅암 거치대(44)는 2단 수문(42)의 최상부측 수문 롤러(R)의 하부측에 설치되어 있다. 도깅암 거치대(44)는 상면이 판형으로 구성되어 있고 리브에 의해 보강된 구조를 가지고 있다. 도깅암 거치대(44)는 수문 롤러(R)가 이동되는 가이드 롤러 통로의 단면적 보다는 적어도 작은 크기를 갖는 것으로 후술할 도깅암(160)의 자중에 견딜 수 있는 강성을 갖는 것으로 특정한 형태에 한정되지 않는다.

도 8와 같이 수문(40)을 최대 인양 높이로 인양한 후 도깅암 거치대(44)에 거치되는 도깅암(160)이 구비된다. 도깅암(160)은 일정한 폭과 길이를 가지고 있다. 도깅암(160)의 폭은 수문 롤러(R)의 폭과 동일하거나 이보다 약간 클 수 있고, 그의 길이는 도 9와 같이 서로 떨어져 있는 도깅암 베이스 빔(132,132)의 설치 위치간 거리와 동일하거나 이보다 약간 길게 구성될 수 있다. 도깅암(160)은 제2단 수문(42)을 임시적으로 거치시키는 역할을 하므로 제2단 수문(42)의 자중에 충분히 견딜 수 있는 강재로 제작된다. 도깅암(160)은 양단에 체인 연결구멍(161)을 갖는다. 따라서 도깅암(160)은 도깅암 거치대(44)에 올려진 후 어느 한쪽으로의 처짐을 방지하기 위해 체인(C)을 통해 제2단 수문(42)에 안정되게 지지될 수 있다.

수문안내구조물(130)의 내부 상부측에 도깅암 베이스 빔(132,132)이 설치된다. 도깅암 베이스 빔(132,132)은 도 9와 같이 최대 인양 높이에 위치된 수문(40)이 다시 하강할 시 도깅암(160)이 안착되어 제2단 수문(42)을 거치하는데 필요한 지지력을 발휘한다. 본 실시 예에서 도깅암 베이스 빔(132,132)은 강재로 제작되어 있다. 도깅암 베이스 빔(132,132)의 폭은 도깅암(160)의 폭보다 상대적으로 크게 형성되어 있다. 따라서 도 9와 같이 2단 수문(42)이 하강하여 도깅암(160)을 매개로 도깅암 베이스 빔(132,132)에 지지될 때 콘크리트로 제작된 수문안내구조물(130)이 받는 충격은 도깅암 베이스 빔(132,132)이 직접 전달받으므로 수문안내구조물(130)의 손상이나 파손이 방지된다.

도 11과 같이 제2단 수문(42)으로부터 제1단 수문(41)을 볼트의 해체로 분리시킨 후 수문안내구조물(130)의 상단면에 설치되는 수문거치대 지지프레임(170)이 구비된다. 수문거치대 지지프레임(170)은 슬라이딩 레일을 갖는 다수개의 단위 지지프레임을 볼트 조립하여 구성된다.

도 11 내지 도 17과 같이 수문거치대 지지프레임(170)의 상면에 탑재되어 분리된 제1단 수문(41)을 탑재시키는 제1단 수문거치대(180)와, 수문거치대 지지프레임(170)의 일부를 철거하여 제2단 수문(42)의 인양 후 철거 부분을 다시 재조립한 후 수문거치대 지지프레임(170)에 탑재되는 제2단 수문거치대(182)가 구비된다.

한편, 수문안내구조물(130)의 상단에는 수문거치대 지지프레임(170)을 고정하기 위한 유지관리용 러그 브라켓(138)이 더 설치될 수 있다.

본 발명의 수문(40)의 작동상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.

수문의 평상시 운전 동안에는 수문(40)이 수문안내구조물(130)에서 상하로 승강 동작하면서 도수로(31)를 차단 또는 개방시켜 동작한다. 이 상태에서 수문의 유지 보수를 위한 탈거가 필요한 경우 아래와 같이 이루어진다.

먼저, 도 7에서와 같이 수문 해수(W) 측과 호수(L) 측에 각기 스톱로그(60)를 설치하여 해수 흐름을 차단한다. 스톱로그(60)는 해수(W)측 지지채널(50a) 및 호수(L) 측 지지채널(50b)에 설치된다.

다음, 도 8과 같이 수문(40)의 제2단 수문(42)에 고정 설치된 도깅암 거치대(44)가 수문안내구조물(130)의 상단 위치까지 도달하도록 수문(40)을 최대 인양 높이로 수문 권양기(150)를 통해 인양한다. 이때 수문(40)은 그의 상단에 연결된 쉬브 풀리(P)를 매개로 인양이 이루어진다. 이후 도깅암 거치대(44)에 각기 도깅암(160)을 거치시켜 놓는다. 이때 도깅암 거치대(44)에 놓여진 도깅암(160)의 처짐을 방지하기 위해 체인(C) 등으로 고정함이 바람직하다.

그 다음, 도 9와 같이 수문(40)을 하강시켜 도깅암(160)을 상기 수문안내구조물(130)의 내부 상부측에 설치된 도깅암 베이스 빔(132,132)에 안착시킨다. 이때 수문(40)의 하강은 도깅암(160)의 상면에 수문측 가이드 롤러(R)가 거치될 때까지 이루어진다.

그 다음, 도 10과 같이 제2단 수문(42)과 제1단 수문(41)을 연결하는 볼트(도시안됨)를 해체시키고 제1단 수문(41)을 최대 인양 높이까지 인양하여 제1단 수문(41)과 제2단 수문(42)을 분리시킨다.

그 다음, 도 11과 같이 수문안내구조물(130)의 상단면에 수문거치대 지지프레임(170)을 조립 설치한다. 수문거치대 지지프레임(170)의 설치 후 수문안내구조물(130)측 유지관리용 러그 브라켓(138)에 수문거치대 지지프레임(170)을 고정시켜 놓는다. 이때 수문거치대 지지프레임(170)의 설치시 간섭되는 도로측 난간이 철거될 수 있다.

그 다음, 도 12과 같이 수문거치대 지지프레임(170)의 상면에 제1단 수문거치대(180)를 설치하고, 제1단 수문거치대(180)에 제1단 수문(41)을 약간 하강하여 거치시켜 놓고 쉬브 풀리(P)를 제거한다. 이후 도 13과 같이 체인블럭(100)을 제1단 수문거치대(180)에 연결시킨 후 제1단 수문거치대(180)를 수문거치대 지지프레임(170)의 일측으로 이동시켜 놓는다.

그 다음, 도 14와 같이 제1단 수문거치대(180)가 이동되기 전에 위치하고 있던 간섭 부분이 되는 수문거치대 지지프레임(170)의 일부를 철거한 후 쉬브 풀리(P)를 제2단 수문(42)의 상단에 연결하고 제2단 수문(42)을 도 15과 같이 인양한다. 여기서 제2단 수문(42)의 인양시 함께 인양된 도깅암(160)을 철거한 후 최고 인양 높이까지 2단 수문(42)을 재인양한다.

그 다음, 도 16와 같이 수문거치대 지지프레임(170)에 철거 부분을 다시 재조립한 후 수문거치대 지지프레임(170)에 도 17과 같이 제2단 수문거치대(182)를 설치한다. 이후 제2단 수문(42)을 하강시켜 제2단 수문거치대(182)에 올려놓는다.

이와 같이 하여 수문(40)은 제1단 수문(41)과 제2단 수문(42)으로 분리되어 수문안내구조물(130)로부터 완전히 탈거된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 조력발전소용 수문구조물은 해저암반부를 요입된 형상으로 경사부와 에이프런부를 형성하도록 하여 해수와 호수의 사이에서 수문 본연의 목적인 도수로 내의 해수 흐름의 차단기능을 원활하게 발휘하는 것은 물론이고, 저수된 물의 방류를 원활하게 하도록 하며, 또한 2개의 유닛을 한개의 블럭으로 형성하여 획기적으로 공기단축이 가능하면서도 콘크리트 부피를 감소시켜 수화열 발생을 억제할 수 있는 효과가 있으며, 수문 또는 스톱로그가 설치되는 지지채널에 무수축 콘크리트로 형성된 지지부를 구성하여 수문 또는 스톱로그의 반복 설치에 의하여 쉽게 파손되지 않도록 하는 효과가 있다.

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.

10 : 해저암반부
11 : 구조물 설치부
12a, 12b : 에이프런부
13a, 13b : 경사부
20 : 기층부
23 : 세굴방지부
24 : 수평전단키
30 : 구조물
31 : 도수로
37a, 37b : 중간벽체
40 : 수문
41: 제1단 수문
42: 제2단 수문
44: 도깅암 거치대
50a, 50b : 스톱로그 지지채널
50c : 수문 지지채널
51 : 가이드홈
52 : 지지부
70a, 70b : 크레인
150: 수문 권양기
160: 도깅암
170: 수문거치대 프레임
180: 제1단 수문거치대
182: 제2단 수문거치대
W : 해수
L : 호수

Claims (6)

1. 호수(L)와 해수(W)와의 사이에서 설치되는 수문구조물로서,
   호수(L)와 해수(W)와의 사이에 형성되는 구조물 설치부(11)와, 구조물 설치부(11)에서 호수(L)와 해수(W) 방향으로 각각 평탄면을 형성한 에이프런부(12a)(12b)와, 에이프런부(12a)(12b)에서 해수 저면 또는 호수 저면까지 10~15°의 경사면을 형성한 경사부(13a)(13b)가 차례로 요입된 형태로 형성되는 해저암반부(10)와;
   해저암반부(10)의 구조물 설치부(11)를 지면부로 하여 구축되어 기초를 형성하고, 호수(L)와 해수(W) 측의 측단부에는 무근콘크리트로 형성되고 상부가 넓고 하부가 좁은 형태의 세굴방지부(23)가 구성되며, 호수(L)와 해수(W) 측 단부의 하부가 하부로 돌출되어 수평전단키(24)가 형성되는 기층부(20)와;
   해수(W)와 호수(L)를 연결하도록 관통하여 중간벽체(37a)(37b)를 두고 연속적으로 형성되며 호수(L) 측 상부는 반구형 곡면부(A)로 도수로(31)가 형성되고, 해수(W) 측 상부 끝단에는 외부에서 부터 차례로 각각 수직으로 형성되는 스톱로그 지지채널(50a), 수문 지지채널(50c) 및 호수(L) 측 상부 끝단에는 수직으로 형성되는 스톱로그 지지채널(50b)이 형성되되 도수로(31)의 양단부의 마주보는 중간벽체(37a)에 가이드홈(51)이 수직으로 형성되며 가이드홈(51)의 외부로 노출된 면과 하단면이 무수축 콘크리트로 이루어지는 지지부(52)가 각각 형성되며, 도수로(31)의 상부에 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)가 설치되어 형성되어 이루어지고, 도수로(31) 2개 마다 중간벽체(37a)가 절단된 형상으로 1개의 구조물 블록(30a)을 구성하며 상기 구조물 블록(30a)이 연속적으로 설치되어 형성되도록 기층부(20)의 상부에 설치되는 구조물(30)과;
   구조물(30)의 해수(W) 측의 상부에 구성된 수문 권양기(150)에 의하여 승하강 견인이되며, 수문 지지채널(50c)을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하는 수문(40)과;
   구조물(30)의 해수(W) 측과 호수(L) 측 양끝단의 상부에 설치되는 크레인(70a)(70b)으로 스톱로그 지지채널(50a)(50b)을 통해 설치되는 스톱로그(60);로 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
2. 청구항 1에 있어서,
   구조물 블록(30a)의 중앙부에 위치한 중간벽체(37b)는 내부에 중공부(38)가 형성되며, 상기 중공부(38)에는 속채움(39)이 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   지지부(52)의 수문(40) 또는 스톱로그(60)의 단부의 해수 또는 호수와 접하는 반대편의 일측면에는 지지돌기(60b)의 측면에 보조돌기(60c)가 결합구성되고, 보조돌기(60c)와 면접하는 보강철물(53c)의 외부로 노출되는 면은 지지부(52)의 모서리 부분까지 확장하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
4. 청구항 3에 있어서,
   구조물 블록(30a)과 구조물 블록(30a)의 면접한 중간벽체(37a)(37a)의 이음부(36)에는 동지수판이고 연속된 요철형상으로 중앙부가 볼록한 ㄷ자 단면 형상이고 양측부는 오목한 형상의 ㄷ자 단면을 갖도록 일체로 형성되는 지수판(80)이 해수(W) 측과 호수(L) 측에 각각 형성되되 지수판(80)의 중앙부가 구조물 블록(30a)과 구조물 블록(30a)의 이음부에 위치하고 양측부가 중간벽체(37a)(37a)에 매입되며 양측부의 개구부가 해수 또는 호수 측을 향하도록 매입구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 해수(W) 측 스톱로그 지지채널(50a)의 앞쪽으로 수문안내구조물(130)이 형성되고, 수문(40)은 수문안내구조물(130)을 통해 해수의 흐름을 개폐하는 1,2단 수문(41,42)으로 조립 구성되며,
   상기 수문(40)의 제2단 수문(42) 양측면에 각기 설치된 도깅암 거치대(44)와, 상기 수문(40)을 최대 인양 높이로 인양한 후 도깅암 거치대(44)에 각기 거치되는 도깅암(160)과, 상기 수문안내구조물(130)의 내부 상부측에 설치되고, 최대 인양 높이에 위치된 수문(40)이 다시 하강할 시 상기 도깅암(160)이 안착되어 제2단 수문(42)을 거치시키는 도깅암 베이스 빔(132)과, 제2단 수문(42)으로부터 제1단 수문(41)을 볼트의 해체로 분리시킨 후 수문안내구조물(130)의 상단면에 설치되는 수문거치대 지지프레임(170)과, 수문거치대 지지프레임(170)의 상면에 탑재되어 분리된 제1단 수문(41)을 탑재시키는 제1단 수문거치대(180)와, 수문거치대 지지프레임(170)의 일부를 철거하여 제2단 수문(42)의 인양 후 철거 부분을 다시 재조립한 후 수문거치대 지지프레임(170)에 탑재되는 제2단 수문거치대(182)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 수문안내구조물(130)의 상단에 수문거치대 지지프레임(170)을 고정하기 위한 유지관리용 러그 브라켓(138)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.

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