KR20090127713A - 해양 시설물의 전기적 방오 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양시설물의 전기적 방오 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 해양 시설물에 부착되는 해양생물을 방지하기 위한 것으로 해양 또는 해안에 설치되어 해수에 접하는 해양시설물(100)에 부착되는 해양 생물을 제거하는 방법에 있어서, 상기 해양시설물(100)에 설치되며 해수에 접하는 구리로 이루어진 양극(200)과; 상기 해양시설물(100)에 부착되는 해양 생물에 의해 변화하는 해양시설물(100)의 작동 효율을 감지하는 센서부(300)와; 상기 센서(300)로부터 감지된 해양시설물(100)의 효율에 따라 해수와 접촉된 면에 부착된 해양생물의 두께를 추정하고 상기 두께에 따라 상기 양극(200)에 전해지는 전류의 양을 증감시키는 제어신호를 출력하는 제어부(400)와; 상기 양극(200)과 해양시설물(100) 또는 해양시설물(100)에 부착된 음극에 상기 제어부(400)에서 전달된 제어신호에 따라 정해진 전류를 공급하는 전원부(500);를 포함하여 구성되는 해양시설물의 전기적 방오 시스템으로 구성되어 적절한 양의 구리이온을 발생시키도록 제어되어 전기에너지와 구리전극의 낭비를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

방오 방식 해양 생물 구리이온 전류 센서 부이

Description

해양 시설물의 전기적 방오 시스템{Electric Antipolution System for Ocean Facilities at Sea}

본 발명은 해상 시설물의 전기적 방오 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 해상 시설물의 작동 효율을 감지하고 이에 따라 해수에 접하는 구리로 이루어진 양극에 가해지는 전류를 조절하여 구리 이온 발생량을 제어하여 해양 시설물에 해양 생물이 부착되는 것을 방지하는 해양 시설물의 전기적 방오 시스템에 관한 것이다.

해수와 접하게 되는 해양 시설물은 시간이 경과함에 따라 해수 중에 유영 중인 해양 미생물(플랑크톤, 각종 생물의 유생 등)이 부착되어 성장하게 된다. 그런데 상기 해양 미생물이 부착되어 성장함에 따라 해양 시설물에 형성된 다양한 설비를 덮게 되며 특히 해수가 통과하는 배관 등을 막아 해양 시설물의 고장이나 효율 저하 등 많은 문제를 일으키게 된다.

특히 파력에 의해 발전하게 되는 진동수주 파력 발전 설비의 경우 수주 내에 따개비 등이 부착될 경우 발전효율이 매우 떨어지게 된다.

상기 진동 수주 파력 발전 설비의 경우 도1에 도시된 것과 같이 내측에는 비어있는 수주(120)이 형성되어 있으며 상기 수주의 상하는 개방되어 있어 파도에 의해 상기 공간 내의 해수면이 상승하게 되면 공간 내부에 존재하는 공기가 상측으로 이동하여 터빈을 회전시켜 발전하게 되는 원리를 가지고 있다.

따라서 수주에 따개비 등 해양 생물이 부착되어 생장하는 경우 내부 면적이 줄어 발전효율이 떨어지게 된다.

상기 진동 수주 파력 발전 설비의 경우 실험치에 의하면 별다른 방오 방법을 채택하지 않은 상태에서 4개월 정도 경과시 발전효율이 30~40%로 떨어지게 된다.

또한 해수를 취수하여 사용하는 발전소나 공장 및 해산물을 취급하는 업소의 배관도 해양 생물이 부착되어 배관을 막을 경우 원할한 해수 공급이 불가능하여 냉각효율이 떨어지거나 해산물의 폐사를 야기하게 된다.

이러한 문제를 방지하기 위해 주기적으로 청소하여 부착된 해양 생물을 물리적으로 제거하거나 해수와 접하는 면에 칠하는 도료에 생물부착 방해제(TBT)를 혼합하여 접촉하는 해양 미생물을 제거하는 방법을 사용하고 있다.

그러나 물리적으로 제거하는 방법은 인건비가 많이 소요되며 악천후 시 등에는 작업이 곤란하다는 문제가 있으며 생물 부착 방해제의 경우에는 독성이 강하여 환경오염을 야기하게 된다는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위한 것으로 구리 등으로 이루어진 양극을 해수에 접하도록 한 후 전류를 가하여 발생하는 구리 이온으로 해양 미생물을 제거하여 부착을 방지 하는 방법이 개발되었다.

그런데 종래의 방법은 일정한 전류를 계속 흘려 보내도록 구성되어 있어 외부환경(예를 들면 수온과 조류, 물의 영양상태 등)이 변화하는 경우 적절하게 대응할 수 없다.

따라서 필요보다 많은 양의 구리 이온을 발생시킴으로 인하여 구리 전극과 전력의 소모가 증가하거나 필요보다 적은 양의 구리 이온을 발생시킴으로 인하여 시설물의 작동 효율이 저하될 수 있다는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 생물 부착 방해제에 비해 독성이 적을 뿐만 아니라 필요시에만 자동으로 해양 생물의 부착을 억제하여 전력과 전극의 소모를 최소화 할 수 있는 해양시설물의 전기적 방오 시스템을 제공하는 것을 주 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적으로 달성하기 위해 해양 또는 해안에 설치되어 해수에 접하는 해양 시설물에 부착되는 해양 생물을 제거하는 방법에 있어서, 상기 해양 시설물에 설치되며 해수에 접하는 구리로 이루어진 양극과; 상기 해양시설물에 부착되는 해양 생물에 의해 변화하는 해양 시설물의 작동 효율을 감지하는 센서부와; 상기 센서로부터 감지된 해양시설물의 효율에 따라 해수와 접촉된 면에 부착된 해양생물의 두께를 추정하고 상기 두께에 따라 상기 양극에 전해지는 전류의 양을 증감시키는 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 양극과 해양시설물 또는 해양시설물에 부착된 음극에 상기 제어부에서 전달된 제어신호에 따라 정해진 전류를 공급하는 전원부;를 포함하여 구성되는 해양시설물의 전기적 방오 시스템을 기술적 요지로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 제어부는 양극에 연결된 저항의 전후전압을 감지하여 전압강하량을 계산하고 이에 따라 양극에 흐르는 실제 전류량을 계산하여 제어신호를 보정하게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 해양 시설물은 진동 수주 형태(Oscillating Water Column)의 파력 발전 설비를 구비한 부이(buoy)인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 부이는 상기 진동 수주 형태 파력 발전 설비의 수주(Water Column) 내에 구리로 이루어진 양극이 설치되며, 상기 수주 내의 압력을 감지하는 압력센서와 상기 진동 수주 형태 파력 발전 설비에서 생산된 전류를 감지하는 전류센서를 구비하게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 알루미늄 또는 아연으로 이루어진 희생양극;을 더 포함하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 해양 시설물의 작동 효율을 감지하고 이에 따라 전극에 보내는 전류의 양을 조절하도록 구성되어 있어 적절한 양의 구리 이온을 발생시켜 구리 전극의 소모와 전력의 낭비를 방지할 수 있다는 효과가 있다. 또한 적절한 양의 구리 이온이 발생하게 되므로 해양 시설물의 작동 효율을 저하시키는 해양 생물의 부착을 효율적으로 억제할 수 있다는 효과도 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 해양 시설물의 전기적 방오 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도2는 본 발명의 실시예에 따른 해양 시설물의 전기적 방오 시스템의 구성도이다.

도2에 의하면 본 발명의 해양시설물의 전기적 방오 시스템은 크게 양극(200)과 센서(300)와 제어부(400)와 전원부(500)로 나눌 수 있다.

먼저 양극(200)에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 양극(200)은 해양시설물(100)의 일측에 설치되되 해수 중에 위치하게 된다. 본 발명의 실시예에 사용된 진동 수주 형태의 발전 장치의 경우 상기 양극(200)은 수주(120) 내부에 설치되어 있다. 이는 상기 진동 수주 형태의 발전 장치에서는 수주(120) 내부에 해양 생물이 부착될 경우 발전 효율이 저하되므로 이를 방지하기 위함이다.

진동 수주 형태의 발전 장치가 아닌 경우에는 해양 생물이 부착되면 시설물의 작동 효율에 영향을 주는 위치에 인접하여 설치하여야 한다.

상기 양극(200)은 구리로 이루어져 있어 전류가 가해지면 구리이온을 발생시키게 되고 상기 구리 이온은 접하고 있는 해수에 분산되어 해수 중의 해양 미생물(플랑크톤, 해양생물의 유생 등)을 죽여 해양시설물(100)에 해양 생물이 부착되는 것을 방지하게 된다. 상기와 같이 구리이온을 사용하여 해양 생물의 부착을 방지하는 방법에 대한 것은 당업자에게는 주지관용의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로 센서부(300)에 대해 설명하기로 한다. 상기 센서부(300)는 해양시설물(100)의 하나 이상 설치되어 해양시설물(100)의 작동 효율을 감지하게 된다. 본 발명의 실시예에 사용된 진동 수주 형태의 발전 장치에서는 수주(120) 내부의 압력변화와 발전되는 전력의 양을 각각 감지하도록 구성하고 있다. 이는 진동 수주 형태의 발전 장치는 수주(120) 내부의 압력변화와 발전되는 전력의 양은 비례하므로 파도가 높아져 압력변화가 높을 경우 발전되는 전력의 양도 많아지게 되나 해양 생물이 수주(120)에 부착되어 효율이 떨어지는 경우 압력변화가 높아도 발전되 는 전류의 양이 적어지므로 두 값을 주기적으로 감지하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 수주(120) 내부의 압력과 전류의 양을 감지하도록 구성하고 있으나 해양시설물(100)이 달라질 경우 각각의 시설물에 맞게 센서(300)를 구비할 필요가 있다. 만약 해수를 취수하여 냉각수로 사용하는 원자력 발전소의 경우라면 펌프의 회전속도와 취수되는 해수의 양을 감지하여 펌프의 회전속도가 높아졌는데도 해수의 양이 적을 경우 배관에 해양 생물이 부착되어 배관이 막혀 있을 가능성이 높으므로 작동효율이 떨어졌다고 판단할 수 있다.

다음으로 제어부(400)에 대해 설명하기로 한다. 상기 제어부(400)는 상기 센서부(300)에서 감지한 측정값을 통해 해양 생물의 부착 정도를 파악하게 된다. 상기 측정값과 사전에 저장해둔 설정값을 비교하여 해양시설물(100)의 작동효율이 떨어졌을 경우 상기 양극(200)에 가해지는 전류를 증가시키도록 제어신호를 발생시키게 된다.

또한 작동효율이 향상되는 경우에는 전류를 감소시켜 낭비되는 전극과 전력을 최소화하도록 제어신호를 발생시킨다.

다음으로 전원부(500)에 대해 설명하기로 한다. 상기 전원부(500)는 일측은 양극(200)에 연결되어 있으며 타측은 해양시설물(100)의 일측 또는 철 등으로 이루어져 해양시설물(100)에 연결되어 해양시설물(100)을 음극으로 하게 된다. 상기 전원부(500)는 상기 제어부(400)의 제어신호에 따라 전류를 발생시켜 양극(200)에서 구리이온이 발생하도록 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 해양시설물의 전기적 방오 시스템의 작용과 효과에 대해 설명하기로 한다. 도3은 본 발명의 방오시스템이 설치된 진동 수주 형태의 발전 장치를 구비한 부이(110)의 단면도이며 도4는 도3의 A-A' 단면도이며 도5는 본 발명의 실시예에 사용된 회로의 개념도이다.

본 발명의 실시예에서는 도3에 도시된 것과 같이 해양에 설치된 부이(110)에 전기적 방오 시스템을 장착한 것이다.

본 발명의 실시예에 사용되는 부이(110)는 해양에서 각종 정보를 수집하여 육상 또는 해상의 기지로 송신하여 연구를 돕는 실험장비로 사용되는 것이다.

본 발명의 부이(110)는 이러한 정보를 수집하기 위해 전력이 필요하므로 발전을 위해 내부에 진동 수주 형태의 파력 발전 장치를 내장하고 있다.

여기서 수주(120) 내부에 해양 생물이 부착될 경우 발전효율이 매우 저하되므로 이를 방지하기 위해 방오시스템이 필요하다.

본 발명에서는 상기 수주(120) 내부에 구리로 된 양극(200)을 설치하게 된다. 상기 양극(200)은 도시된 것과 같이 수주(120)의 외측에서 내측으로 삽입되어 구리로 이루어진 부분이 수주(120) 내부로 돌출되도록 구성하고 있다. 여기서 구리 이온이 수주(120) 내부에 고르게 퍼질 수 있도록 하기 위해 도4에 도시된 것과 같이 상기 양극(200)을 120도 간격으로 하여 3개를 설치하게 된다. 또한 알루미늄으로 이루어진 희생양극(220)을 배치하여 해양시설물(100)의 부식과 해양생물의 부 착을 방지하게 된다.

여기서 양극(200)의 크기를 결정하기 위한 실험에 의하면 조류의 속도에 따라 소모되는 구리의 양은 다음 표와 같다.

Diameter of water cylinder Fluid speed	640 mm		850 mm		1040 mm
	Cu Anode (kg)	Al Anode (kg)	Cu Anode (kg)	Al Anode (kg)	Cu Anode (kg)	Al Anode (kg)
0.5 m/s	30.4	7.6	53.7	13.4	297.1	74.3
1 m/s	60.8	15.2	107.3	26.8	594.1	148.5
2 m/s	121.7	30.4	214.6	53.7	1188.3	297.1
3 m/s	182.5	45.6	322.0	80.5	1782.4	445.6
4 m/s	243.4	60.8	429.3	107.3	2376.6	594.1
5 m/s	304.2	76.1	536.6	134.1	2970.7	742.7
6 m/s	365.0	91.3	643.9	161.0	3564.8	891.2
7 m/s	425.9	106.5	751.2	187.8	4159.0	1039.7
8 m/s	486.8	121.7	858.5	214.6	4753.1	1188.3
9 m/s	547.6	136.9	965.8	241.5	5347.2	1336.9
10 m/s	608.4	152.1	1073.2	268.3	5941.4	1485.3

상기 표는 3년간의 소모량으로 이 표에 의하면 유속 1m/s인 해상에서 지름이 640mm인 수주(120)의 경우 3년 동안 약 60.8kg의 구리를 소모하게 되므로 본 발명의 실시예에서는 안전율을 고려하여 각 양극(200)을 25kg씩하여 총 75kg으로 구성하고 3년 마다 교체하도록 구성한다.

상기 양극(200)에 대응하는 음극으로는 해양시설물(100) 자체를 사용하거나 철 등으로 이루어진 별도의 음극을 구비하게 된다.

그리고 수주(120)의 일측에 압력을 감지하는 센서(300)를 부착하고 상기 발전장치의 일측에 발전되는 전력의 양을 감지하는 센서(300)를 설치하게 된다.

상기 센서(300)들에서 측정된 값은 제어부(400)로 전달되도록 연결하여 제어부(400)에서 제어가 이루어지도록 한다.

본 발명에서는 다음 표와 같이 제어하도록 구성하고 있다. 즉 압력센서(300)에 의해 파도의 높이와 파도의 주기를 확인하고 상기 파도의 높이와 주기에 따라 기존 발전된 전력의 값 또는 사전에 저장된 설정값과 실제 발전된 전력의 양을 비교하게 된다.

파도의 높이 : 50 cm, 파도의 주기 : 1Hz
파력 발전전력 차이	증 감 값	비 고
30W	증가 (1.2A)	통전전류 증가
20W	증가 (0.8A)	통전전류 증가
10W	증가 (0.4A)	통전전류 증가
0W 이하	유지 (0.0A)	통전전류 유지 (기준)
참고) 상기의 전류량은 자유롭게 조정이 가능하도록 제어체계를 구성함

상기 표는 파도의 높이가 50cm이고 주기가 1Hz인 경우로 설정된 값과 실제발전된 전력의 차이가 30W 이상 발생할 경우에는 양극(200)에 가해지는 전류를 1.2A로 증가시켜 구리이온의 농도를 높이게 되며 차이가 적을 경우에는 전류의 양을 줄이도록 제어신호를 발생시키게 된다.

상기와 같이 발전되는 전력의 양을 사용하여 판단하는 대신 아래 표와 같이 실제 생산된 전력에서 부이(110)를 유지하는 전력의 양을 뺀 잉여전력의 양에 따라 제어하도록 구성하는 것도 고려할 수 있다.

파도의 높이 : 50 cm, 파도의 주기 : 1Hz
잉여전력	증 감 값	비 고
30W	증가 (1.2A)	통전전류 증가
20W	증가 (0.8A)	통전전류 증가
10W	증가 (0.4A)	통전전류 증가
0W	유지 (0.0A)	통전전류 유지 (기준)
-10W	감소 (0.2A)	통전전류 감소
-20W	감소 (0.4A)	통전전류 감소
-30W	감소 (0.6A)	통전전류 감소
참고) 상기의 전류량은 자유롭게 조정이 가능하도록 제어체계를 구성함

상기와 같이 제어부(400)에서 양극(200)에 가할 전류의 양을 결정하게 되면 상기 제어부(400)는 전원부(500)에 제어신호를 전달하여 해당 전류를 흘려보내도록 한다.

여기서 제어신호에 따라 양극(200)에 전달되는 전류의 양이 제어부(400)에서 결정한 전류의 양은 서로 차이가 발생할 수 있으므로 이를 보정할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명에서는 도5에 도시된 것과 같이 양극(200)의 직전에 작은 저항(600)을 설치하고 상기 저항의 양단에서 각각 전압을 검사하여 전압강하를 파악하고 이를 통해 실제 양극(200)에 전해지는 전류의 양을 확인하게 된다. 제어부(400)는 상기 실제 전류의 양과 제어부(400)에서 결정한 전류의 양을 비교하여 상기 전원부(500)에 보정신호를 전달하여 적절한 전류가 공급될 수 있도록 한다.

도1 : 진동 수주 형태의 발전 장치가 구비된 부이의 단면도

도2 : 본 발명이 실시예에 따른 해양시설물의 전기적 방오 시스템의 구성도

도3 : 본 발명의 전기적 방오시스템이 설치된 진동 수주 형태의 발전 장치가 구비된 부이의 단면도

도4 : 도3의 A-A'의 단면도

도5 : 전기적 방오 시스템의 간략한 회로도

<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명>

10 : 해수면 110 : 부이

120 : 수주 200 : 양극

220 : 희생양극 300 : 센서부

400 : 제어부 500 : 전원부

600 : 저항

Claims (5)

1. 해양 또는 해안에 설치되어 해수에 접하는 해양시설물(100)에 부착되는 해양 생물을 제거하는 방법에 있어서,

   상기 해양시설물(100)에 설치되며 해수에 접하는 구리로 이루어진 양극(200)과;

   상기 해양시설물(100)에 부착되는 해양 생물에 의해 변화하는 해양시설물(100)의 작동 효율을 감지하는 센서부(300)와;

   상기 센서(300)로부터 감지된 해양시설물(100)의 효율에 따라 해수와 접촉된 면에 부착된 해양생물의 두께를 추정하고 상기 두께에 따라 상기 양극(200)에 전해지는 전류의 양을 증감시키는 제어신호를 출력하는 제어부(400)와;

   상기 양극(200)과 해양시설물(100) 또는 해양시설물(100)에 부착된 음극에 상기 제어부(400)에서 전달된 제어신호에 따라 정해진 전류를 공급하는 전원부(500);를 포함하여 구성되는 해양시설물의 전기적 방오 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부(400)는 양극(200)에 연결된 저항의 전후전압을 감지하여 전압강하량을 계산하고 이에 따라 양극(200)에 흐르는 실제 전류량을 계산하여 제어신호를 보정하게 되는 것을 특징으로 하는 해양시설물의 전기적 방오 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 해양시설물(100)은 진동 수주 형태(Oscillating Water Column)의 파력 발전 설비를 구비한 부이(110)(buoy)인 것을 특징으로 하는 해양시설물의 전기적 방오 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 부이(110)는 상기 진동 수주 형태 파력 발전 설비의 수주(120)(Water Column) 내에 구리로 이루어진 양극(200)이 설치되며, 상기 수주(120)내의 압력을 감지하는 압력센서(300)와 상기 진동 수주 형태 파력 발전 설비에서 생산된 전류를 감지하는 전류센서(300)를 구비하게 되는 것을 특징으로 하는 해양시설물의 전기적 방오 시스템.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   알루미늄 또는 아연으로 이루어진 희생양극(220);을 더 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 해양시설물의 전기적 방오 시스템.

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