KR101294272B1 - 와류 스크린 및 이를 이용한 집수 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 와류 스크린 및 이를 이용한 집수 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하상 바닥을 개착하여 경사지게 설치되며 심부에 집수공이 관통 형성된 유공관과; 상기 하상의 충적층을 통과하여 수질이 개선된 하천수를 상기 유공관을 통하여 집수하여 지상으로 전송할 수 있도록 일측이 상기 유공관의 일단과 연통되게 구비되는 집수정과; 상기 유공관의 외부에 상기 유공관을 감싸도록 구비되며 하천수가 통과하는 복수의 슬릿이 관통 형성된 스크린과; 상기 스크린이 상기 유공관과 일정 거리 이격된 상태로 상기 유공관의 외부에 고정되도록 함과 동시에 상기 슬릿을 통과한 하천수가 와류를 형성하도록 상기 유공관과 상기 스크린 사이에 설치되는 와류형성부재를 포함하여 구성됨으로써, 스크린의 내부로 유입되어 유공관으로 집수되는 하천수가 와류를 형성하면서 스크린의 내부로 유입되도록 하여 유공관의 외면에 토사를 쓸어내릴 수 있도록 함으로써 유공관의 외면에 폐색됨을 방지하여 집수효율을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

와류 스크린 및 이를 이용한 집수 시스템{VORTEX SCREEN AND WATER GATHERING SYSTEM USING IT}
본 발명은 토목분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하상에 의해 하천수를 여과하여 집수할 수 있도록 하는 와류 스크린 및 이를 이용한 집수 시스템에 관한 것이다.
하상(河床)은 모래, 자갈 등이 퇴적된 구조로 되어 있어서 투수성이 좋음은 물론, 오염물(예컨대, 슬라임(slime), 스케일(scale), 슬러지(sludge) 등)을 흡착하여 걸려내는 능력이 우수하며 하상의 미생물에 의한 오염물 분해 능력이 우수하여, 자연적, 친환경적으로 수질을 개선, 즉 여과시키는 기능이 월등하다.
상술한 바와 같은 하상의 여과기능을 이용하여, 하상을 통과하면서 수질 개선된, 즉 여과된 하천수를 집수하여 간접취수원로 이용하거나 하천에 재투입하여 하천수질개선 및 하천유지용수(건천화방지)로 사용하는 공법을 하상여과공법이라다.
이러한 하상여과공법을 이용한 집수시스템은 집수정과 유공관을 구비하여, 하천 바닥의 모래, 자갈 등이 퇴적된 대수층에서 여과된 물을 유공관을 이용하여 집수정으로 흘러보냄으로써 집수하게 된다.
도 1은 종래의 하천 바닥에 유공관이 설치되어 집수정과 연결된 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 유공관에 스크린이 설치된 구조를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 하천의 바닥을 개착하여 집수공(3)이 천공된 유공관(2)을 경사지게 설치하여 그 끝단을 하상의 측면에 유공관(2)의 깊이보다 깊게 설치되어 있는 집수정(1)에 연결하며, 유공관(2) 상측으로는 자갈로서 휠터층(Filter gravel)(4)을 형성한다.
이러한 구조에 의하여, 하천바닥을 흐르는 물이나 지하수가 자갈휠터층(4)을 통하여 유공관(2) 내부로 모여서 집수정(1)을 통하여 물을 뽑아 올려 사용하는데, 이러한 집수시스템은 하상의 물리적, 화학적, 생물학적 특성 및 지하수의 유입 특성을 이용하여 하천의 수질을 개선하거나 하천 유지용수 및 간접취수 확보를 위하여 이용된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 유공관에 설치된 스크린(5)은 유공관(2)의 주연부에 유공관(2)을 둘러싸는 형태로 설치되며, 스크린(5)에는 하천수가 필터링 된후에 유공관(2)으로 유입되도록 하는 다수의 슬릿(5a)이 관통 형성되어 있다.
슬릿(5a)은 스크린(5)의 원주 방향을 따라 일정 간격을 갖도록 이격 형성되며, 스크린(5)의 길이 방향을 따라 스크린(5)의 일단에서부터 타단까지 'ㅡ'자 형태로 연장 형성되어 있다.
그리고, 유공관(2)과 스크린(5) 사이에는 스크린(5)을 지지하게 위한 별도의 지지대(6)가 설치되는데, 지지대(6)는 고리 형상의 부재로서 그 내면은 유공관(2)의 외면과 접촉되고 그 외면은 스크린(5)의 내면과 접촉되어 스크린(5)이 유공관(2)의 외면에 일정 거리 이격되게 권취된 상태가 유지되도록 한다.
그런데, 이러한 종래의 집수 시스템에 있어서는, 슬릿(5a)을 통과하여 스크린(5)의 내부로 하천수가 유입되면서 하천수와 함께 스크린(5)의 내부로 유입되는 토사가 유공관(2)의 외면에 축척됨으로써 하천수의 유입을 방해하게 되므로 유공관(2)의 내부로 유입되는 하천수의 유입량이 줄어들어 집수 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스크린의 내부로 유입되어 유공관으로 집수되는 하천수가 와류를 형성하면서 스크린의 내부로 유입되도록 하여 유공관의 외면에 토사를 쓸어내릴 수 있도록 함으로써 유공관의 외면에 폐색됨을 방지하여 집수효율을 유지할 수 있는 와류 스크린 및 이를 이용한 집수 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 집수시스템은 하상 바닥을 개착하여 경사지게 설치되며 심부에 집수공이 관통 형성된 유공관과; 상기 하상의 충적층을 통과하여 수질이 개선된 하천수를 상기 유공관을 통하여 집수하여 지상으로 전송할 수 있도록 일측이 상기 유공관의 일단과 연통되게 구비되는 집수정과; 상기 유공관의 외부에 상기 유공관을 감싸도록 구비되며 하천수가 통과하는 복수의 슬릿이 관통 형성된 스크린과; 상기 스크린이 상기 유공관과 일정 거리 이격된 상태로 상기 유공관의 외부에 고정되도록 함과 동시에 상기 슬릿을 통과한 하천수가 와류를 형성하도록 상기 유공관과 상기 스크린 사이에 설치되는 와류형성부재를 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 와류형성부재는 상기 스크린의 내면에서 일정 길이로 돌출 형성되며 상기 스크린의 원주 방향을 따라 나선 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 와류형성부재는 상기 스크린의 원주 방향을 따라 일정 거리 이격되는 위치에 복수로 구비될 수 있다.
또한, 상기 와류형성부재의 판면은 평탄하게 형성될 수 있다.
아울러, 상기 와류형성부재의 판면은 굴곡지게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 슬릿은 상기 스크린의 외측에서 상기 스크린의 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 커지도록 상기 슬릿의 측면이 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬릿은 상기 스크린의 외측에서 상기 스크린의 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 작아졌다가 다시 커지도록 상기 슬릿의 측면은 굴곡지게 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 와류 스크린은, 하상의 충적층을 통과하여 수질이 개선된 하천수가 집수정으로 집수되는 통로를 형성하는 유공관의 외부에 상기 유공관을 감싸도록 구비되며 하천수가 통과하는 복수의 슬릿이 관통 형성되고, 그 내면에 상기 하천수가 와류를 형성하면서 내부로 유입되도록 하는 와류형성부재를 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 와류형성부재는 상기 스크린의 내면에서 일정 길이로 돌출 형성되며 상기 스크린의 원주 방향을 따라 나선 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 와류형성부재는 상기 스크린의 원주 방향을 따라 일정 거리 이격되는 위치에 복수로 구비될 수 있다.
또한, 상기 와류형성부재의 판면은 평탄하게 형성될 수 있다.
아울러, 상기 와류형성부재의 판면은 굴곡지게 형성될 수도 있다.
본 발명은 스크린의 내부로 유입되어 유공관으로 집수되는 하천수가 와류를 형성하면서 스크린의 내부로 유입되도록 하여 유공관의 외면에 토사를 쓸어내릴 수 있도록 함으로써 유공관의 외면에 폐색됨을 방지하여 집수효율을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 하천 바닥에 유공관이 설치되어 집수정과 연결된 구조를 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 유공관에 스크린이 설치된 구조를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 스크린을 이용한 집수시스템의 구조를 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와류스크린이 유공관에 설치된 구조를 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와류스크린이 유공관에 설치된 구조를 도시한 사시도이고,
도 6은 도 5의 'Ⅵ-Ⅵ'선에 따른 선 단면도이며,
도 7은 도 5의 'Ⅵ-Ⅵ'선에 따른 와류 스크린의 다른 구조를 도시한 선 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 스크린을 이용한 집수시스템의 구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와류스크린이 유공관에 설치된 구조를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와류스크린이 유공관에 설치된 구조를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 'Ⅵ-Ⅵ'선에 따른 선 단면도이며, 도 7은 도 5의 'Ⅵ-Ⅵ'선에 따른 와류 스크린의 다른 구조를 도시한 선 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집수 시스템은, 하상 바닥을 개착하여 경사지게 설치되며 심부에 집수공(110)이 관통 형성된 유공관(100)과, 상기 하상의 충적층(500)을 통과하여 수질이 개선된 하천수를 유공관(100)을 통하여 집수하여 지상으로 전송할 수 있도록 일측이 유공관(100)의 일단과 연통되게 구비되는 집수정(200)과, 유공관(100)의 외부에 유공관(100)을 감싸도록 구비되며 하천수가 통과하는 복수의 슬릿(310)이 관통 형성된 스크린(300)과, 스크린(300)이 유공관(100)과 일정 거리 이격된 상태로 유공관(100)의 외부에 고정되도록 함과 동시에 슬릿(310)을 통과한 하천수가 와류를 형성하도록 유공관(100)과 스크린(300) 사이에 설치되는 와류형성부재(400)를 포함하여 구성되어 있다.
유공관(100)은 하상 바닥에 설치되는 관상의 부재로서, 웨지와이어(wedge wire) 타입 스테인레스관 또는 이중형 웨지와이어(wedge wire) 타입 스테인레스관으로 형성할 수 있다.
웨지와이어 타입 스테인레스 관은 스테인레스(STS, STS316 등) 재질로 되어 있어 영구적으로 사용이 가능하며 하상내 부식과 토압에 견딜 수 있도록 현장여건에 맞추어 설계된다.
유공관(100)의 직경은 100㎜ ~ 1000㎜로 설치가 가능하며 웨지와이어 타입 스테인레스 관은 모래 등 미물질이 관내에 끼였을 경우 관내로 유입되는 물의 유속에 의해 자연적으로 이물질이 관내로 빠져나오는 구조로 되어 있다.
웨지와이어 타입 스테인레스 관의 길이는 현장여건에 맞추어 1m 내지 5m의 길이를 가지는 복수의 관을 여러개로 연결하여 집수정(200)의 일측과 연통하도록 연결한다.
이러한 유공관(100)은 스테인리스 또는 강화철 및 기타 재질로 제작되거나, 고강도 탄소강관으로도 제작될 수도 있으며, 케이싱 천공 후 삽입 또는 수평개착 장비를 직접 천공하여 설치하거나, 또는 하상 내에 개착하여 설치할 수도 있다.
유공관(100)의 중심에는 여과된 하천수가 유입된 후에 집수정(200)으로 유입되도록 하는 통로가 되는 집수공(110)이 관통 형성되어 있으며, 유공관(100)의 외부 둘레에는 유공관(100)을 토압으로부터 손상되지 않도록 보호함과 동시에 토사가 유공관(100)의 내부로 유입됨을 방지하는 별도의 스크린(300)이 구비되어 있다.
그리고, 유공관(100)은 내부로 유입되는 하천수를 신속하게 집수정(200)으로 흘려보낼 수 있도록 집수정(200)을 향하여 하향 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 집수정(200)을 향하여 유공관(100)이 경사지게 형성되는 것은 유공관(100)의 내부에 미량으로 유입될 수 있는 토사를 집수정(200) 측으로 유도하여 유공관(100)의 내부로 하천수의 지속적인 유입을 유도할 수도 있음은 물론이다.
집수정(200)은 유공관(100)의 일단과 연통되어 유공관(100)을 통하여 여과된 하천수가 유입되어 모이는 일종의 우물로서, 하천변의 일측에 일정 깊이를 갖도록 형성된다.
유공관(100)은 집수정(200)의 하부 일측면과 연통되도록 설치되는 것이 바람직한데, 이는 하천수가 충적층을 통과하면서 하천수에 포함된 다량의 이물질들이 여과된 후에 집수정(200)으로 집수될 수 있도록 하기 위함이다.
집수정(200)은 내부에 집수할 수 있는 일정한 내부 공간이 형성되어 있으며, 그 외형은 원통 형상이나 혹은 사각 형상으로 형성될 수 있으며, 상면은 내부에 집수된 물을 외부로 유출시켜 사용될 수 있도록 개구 형성되어 있다.
한편, 스크린(300)은 유공관(100)의 둘레면에 구비되는 관상의 부재로서, 유공관(100)을 토압으로부터 보호하여 손상되지 않도록 함과 동시에 유공관(100)의 내부로 토사가 유입됨을 방지하기 위한 부재이다.
스크린(300)의 판면에는 일부를 절개하여 하천수가 내부로 흘러들어서 유공관(100)의 내부로 유입되도록 하는 복수의 슬릿(310)이 구비되는데, 슬릿(310)은 스크린(300)의 길이 방향을 따라 일정 길이로 열을 이루도록 배치됨과 동시에 스크린(300)의 둘레 방향을 따라 일정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
이러한 슬릿(310)은 슬릿은 도 5에 도시한 바와 같이, 스크린(300)의 외측에서 스크린(300)의 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 커지도록 슬릿(310)의 측면이 경사지게 형성될 수 있다.
슬릿(310)의 단면 형상이 유공관(100) 측으로 가까워질수록 벌어지게 형성된 경우에는 토사 등이 슬릿(310)을 통하여 유입되더라도 슬릿(310)에 쌓이지 않고 분산되어 슬릿(310)이 폐쇄됨을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 슬릿(310)은 도 7에 도시한 바와 같이, 스크린(300)의 외측에서 스크린(300)의 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 작아졌다가 다시 커지도록 슬릿(310)의 측면을 굴곡지게 형성할 수도 있다.
슬릿(310)의 측면이 굴곡지게 형성된 경우에는 슬릿(310)을 통하여 스크린(300)의 내부로 하천수가 유입되면서 이러한 슬릿(310)의 형상에 의하여 유입되는 하천수가 와류를 형성하면서 스크린(300)의 내부로 유입됨으로써 유공관(100)의 외면에 부착된 토사를 흩트려서 유공관(100)의 외면에서부터 이탈되도록 할 수 있는 효과가 있다.
와류형성부재(400)의 스크린(300)을 유공관(100)의 외면에서부터 일정 거리 이격되는 위치에 고정되도록 지지하는 역할뿐만 아니라, 스크린(300)의 슬릿(310)을 통하여 스크린의 내부로 유입된 하천수가 유공관(100)을 따라 집수정(200) 측으로 이동시에 와류를 형성하도록 하여 스크린(300)의 내부로 유입되어 유공관(100)의 외면에 부착된 토사를 쓸어 내림으로써 일정한 집수 효율을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이러한 와류형성부재(400)는 도 4에 도시한 바와 같이, 스크린(300)의 내면에서 일정 길이로 돌출 형성되며 스크린(300)의 원주 방향을 따라 나선 형상으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시한 바와 같이, 선형으로 이어진 형태의 와류형성부재(400)를 복수로 구비할 수도 있음은 물론이다.
유공관(100)과 스크린(300) 사이에 배치되는 와류형성부재(400)의 종단면은 직선을 이루도록 그 판면이 평탄하게 형성될 수도 있고, 스크린(300)의 내부로 유입된 하천수가 집수정(200) 측으로 흘러 이동시에 와류를 더욱 효과적으로 형성할 수 있도록 그 판면이 굴곡지게 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 와류형성부재(400)를 구비함으로써 종래의 별도로 설치된 지지부재(6)와 같은 구성은 와류형성부재(400)가 대체함과 동시에 유공관(100)의 외면에 토사가 적층되어 유공관(100)이 폐색됨을 방지하여 집수 효율이 일정량이 되도록 유지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 와류형성부재(400)가 일정한 높이를 갖도록 형성됨으로써 스크린(300)의 내부로 유입된 하천수가 스크린(300)의 내부에 충진되어 있다가 점진적으로 유공관(100)의 내부로 유입되어 집수정(200)에 집수될 수 있는 효과가 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 집수 시스템이 하천수를 여과하여 집수하는 과정은 다음과 같다.
하천수가 충적층(500)을 통과하여 여과되면서 하상 바닥을 개착하여 설치된 스크린(300) 측으로 이동하면서 스크린(300)에 형성된 슬릿(310)을 통하여 스크린(300)의 내부로 유입된다.
이때, 스크린(300)에 형성된 슬릿(310)이 스크린(300)의 내측으로 갈수록 그 폭이 점진적으로 크게 형성되므로 토사가 스크린(300)에 형성된 슬릿(310)을 폐쇄시키지 않으므로 지속적인 유입이 가능하게 된다.
그리고, 슬릿(310)이 스크린(300)의 내측으로 갈수록 그 폭이 점진적으로 작아졌다가 커지도록 그 측면이 굴곡지게 형성된 경우에는 하천수가 슬릿(310)을 통과하면서 와류를 형성할 수 있으므로 유공관(100)의 외면에 부착된 토사를 흩트려서 유공관(100)의 외면에서 이탈시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 과정에 의하여 스크린(300)의 내부로 유입된 하천수는 와류형성부재(400)가 형성하는 나선 형상의 통로를 따라 이동하면서 유공관(100)의 외면에 와류를 형성하게 되므로 스크린(300)의 내부로 유입된 토사를 집수정(200) 측으로 유도함으로써 유공관(100)과 스크린(300) 사이에 토상가 존재하면서 유공관(100)을 폐색시킴을 방지할 수도 있음은 물론이다.
상술한 과정을 통하여 스크린(300)의 내부로 유입된 하천수는 유공관(100)의 내부로 다시 유입되어 유공관(100)의 집수공(110)을 통하여 집수정(200)으로 집수됨으로써 간접취수원로 이용하거나 하천에 재투입하여 하천수질개선 및 하천유지용수(건천화방지)로 사용하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100 : 유공관 110 : 집수공
200 : 집수정 300 : 스크린
310 : 슬릿 400 : 와류형성부재
500 : 충적층

Claims (12)

  1. 하상 바닥을 개착하여 경사지게 설치되며 심부에 집수공이 관통 형성된 유공관과;
    상기 하상의 충적층을 통과하여 수질이 개선된 하천수를 상기 유공관을 통하여 집수하여 지상으로 전송할 수 있도록 일측이 상기 유공관의 일단과 연통되게 구비되는 집수정과;
    상기 유공관의 외부에 상기 유공관을 감싸도록 구비되며 하천수가 통과하는 복수의 슬릿이 관통 형성된 스크린과;
    상기 스크린이 상기 유공관과 일정 거리 이격된 상태로 상기 유공관의 외부에 고정되도록 함과 동시에 상기 슬릿을 통과한 하천수가 와류를 형성하도록 상기 유공관과 상기 스크린 사이에 설치되는 와류형성부재를 포함하며,
    상기 슬릿은 상기 스크린의 외측에서 상기 스크린의 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 작아졌다가 다시 커지도록 상기 슬릿의 측면은 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 집수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와류형성부재는 상기 스크린의 내면에서 일정 길이로 돌출 형성되며 상기 스크린의 원주 방향을 따라 나선 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 집수 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 와류형성부재는 상기 스크린의 원주 방향을 따라 일정 거리 이격되는 위치에 복수로 구비된 것을 특징으로 하는 집수 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와류형성부재의 판면은 평탄하게 형성된 것을 특징으로 하는 집수 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 와류형성부재의 판면은 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 집수 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 스크린의 외측에서 상기 스크린의 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 커지도록 상기 슬릿의 측면이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 집수 시스템.
  7. 삭제
  8. 하상의 충적층을 통과하여 수질이 개선된 하천수가 집수정으로 집수되는 통로를 형성하는 유공관의 외부에 상기 유공관을 감싸도록 구비되며 하천수가 통과하는 복수의 슬릿이 관통 형성되고, 그 내면에 상기 하천수가 와류를 형성하면서 내부로 유입되도록 하는 와류형성부재를 포함하며,
    상기 슬릿은 외측에서 내측으로 갈수록 점진적으로 그 폭이 작아졌다가 다시 커지도록 상기 슬릿의 측면은 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 와류 스크린.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 와류형성부재는 상기 스크린의 내면에서 일정 길이로 돌출 형성되며 상기 스크린의 원주 방향을 따라 나선 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 와류 스크린.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 와류형성부재는 상기 스크린의 원주 방향을 따라 일정 거리 이격되는 위치에 복수로 구비된 것을 특징으로 하는 와류 스크린.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 와류형성부재의 판면은 평탄하게 형성된 것을 특징으로 하는 와류 스크린.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 와류형성부재의 판면은 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 와류 스크린.
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