KR102185915B1 - 부유식 수상 구조물의 시공구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상 구조물에 대하여 부력을 제공하는 부유체가 수면으로부터 소정 깊이에 부유되어 바람이나 너울, 파랑 등에 대하여 충분한 안정성과 복원력을 확보할 수 있고, 상기의 환경요인에 대하여 부유체가 노출되는 것을 최소화함으로써 부유체의 내구성을 현저히 증대시켜 수명을 연장할 수 있으며, 시공장소의 제약을 받지 않고 시공할 수 있는 부유식 수상 구조물의 시공구조를 개시한다.

Description

부유식 수상 구조물의 시공구조{CONSTRUCTION STRUCTURE OF FLOATING TYPE STRUCTURE ON WATER SURFACE}

본 발명은 부유식 수상 구조물의 시공구조에 있어서, 상기 수상 구조물의 바람, 너울, 파도를 포함한 환경요인에 대한 노출을 최소화할 수 있도록 수면으로부터 소정깊이의 수중에 부유체가 부유되고, 상기 부유체의 각 모서리 저면에는 부유체가 임의로 부상(浮上)되는 것을 방지할 수 있도록 계선줄 및 무게추가 구비되며, 상기 부유체의 상면에는 상기 수상 구조물을 지지할 수 있도록 수면 위로 소정길이만큼 돌출되는 복수의 지지프레임이 격자 형태를 이루며 수직으로 결합되는 것을 특징으로 하는 부유식 수상 구조물의 시공구조에 관한 것이다.

일반적으로 부력을 이용한 수상 구조물은 강가나 해안가에 설치되어 선착장, 계류장, 접안시설물, 부교 및 잔교 등이나 가두리양식장 또는 인공수소첨의 부양물 등과 같이 다양한 용도로 사용되고 있다.

이러한 부유식 수상 구조물의 대표적인 예로서, 일조량의 확보가 용이하도록 바다, 강, 호수 또는 저수지 등에 시공되는 부유식 태양광 발전장치를 들 수 있으며, 그 예로써 대한민국 등록특허공보 제10-1097363호의 "부유체 및 그것을 구비한 수면 부유식 태양광 발전시스템"을 살펴보면, 수상에 시공할 수 있도록 밀폐된 내부 공간을 갖는 밀폐관과 상기 밀폐관을 감싸는 커버관을 포함하며, 상기 밀폐관은 금속 재료이고, 상기 커버관은 콘크리트를 포함하며, 상기 커버관의 외면에 타부품이 결합되는 복수개의 결합부재들과 복수개의 연결부재들이 구비되고, 상기 결합부재들이 열을 이루도록 배열되고, 상기 결합부재들의 열과 연결부재들의 열은 커버관의 중심축을 기준으로 90°의 위상차를 갖도록 함으로써 시공이 용이하고 제조비용을 절감할 수 있도록 하였다.

그런데, 상기의 태양광 발전시스템은 부유체가 금속으로 된 밀폐관과 밀폐관을 감싸면서 콘크리트를 도포하여 콘크리트층을 형성하므로, 콘크리트가 장기간 수중에 배치시 오염물질이 배출될 수 있고 충격 등으로 인하여 콘크리트에 크랙이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 부분적 교체시 부력을 감소시킬 수 있는 방법이 없어 수중으로 이동이 어려워 부유체를 보수하거나 교체가 필요한 경우 모듈지지구조물 및 태양전지모듈을 육상으로 이동시키거나 해상크레인을 통해 들어올린 후 교체해야 하므로, 유지보수비용이 과도하게 발생하고 교체공정이 복잡하며 교체 중에는 전력 생산이 중단되는 등의 문제점이 예상된다.

또한, 종래의 부유식 수상 구조물은 수면상에 부유되는 부력체를 매개로 하여 수면상에 부유되어 부력체의 일부가 외부에 노출되는 구조로 이루어졌으며, 상술한 선행기술에서 발생되는 문제점을 해결하고자 플라스틱 또는 금속 재질의 부력체를 사용하였다.

그런데, 플라스틱 재질의 부력체를 사용하면 부력체의 외부로 노출된 부위가 너울이나 파랑에 지속적으로 영향을 받게 되므로 내구성이 저하되고 지속적인 마찰로 인해 미세플라스틱이 유실되는 문제점이 발생하게 된다. 이와 같이 유실된 미세플라스틱이 굴, 홍합, 꽃게 등 바다 생물에서 검출되면서 식품 안정성이 심각하게 위협받게 된다. 뿐만 아니라, 자외선 및 열에 의한 변형이나 결빙에 의한 수축 및 팽창으로 인해 내구성의 저하될 수 밖에 없으므로 수명이 현저히 짧은 문제점이 있었다.

또한, 금속 재질의 부력체를 사용하면 해풍이나 해수에 노출되어 있어서 부식이 발생되어 외관상 보기 좋지 않은 문제점이 있으며, 내구성이 저하될 수 밖에 없고, 부식으로 인한 녹이 해상에 유실되어 환경오염을 야기하는 문제점이 있었다.

따라서, 종래의 부유식 수상 구조물(예를 들어 부유식 태양광 발전장치)은 댐이나 저수지, 담수호 또는 배수지 등과 같이 바람이나 너울, 파랑 등의 영향을 최소화할 수 있는 장소에 설치될 수 밖에 없었으며, 이로 인해 시공 장소의 제약이 동반되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 수상 구조물에 대하여 부력을 제공하는 부유체가 수면으로부터 소정 깊이에 부유되도록 하여 바람이나 너울, 파랑 등에 대하여 충분한 안정성을 확보할 수 있고, 부유체의 내구성을 현저히 증대시켜 수명을 연장할 수 있으며, 시공장소의 제약을 받지 않는 부유식 수상 구조물의 시공구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 부유식 수상 구조물의 시공구조에 있어서, 상기 수상 구조물에 부력을 제공하는 부유체; 및 상기 부유체의 상면에 수직으로 설치되어 상기 수상 구조물을 지지하는 지지프레임;을 포함하며, 상기 수상 구조물의 바람, 너울 및 파도를 포함한 환경요인에 대한 노출이 최소화될 있도록 상기 부유체가 수면 위로 임의로 부상되는 것을 방지하고 수면으로부터 소정 깊이의 수중에 부유되도록 상기 부유체의 저면으로부터 계선줄로 연결되는 무게추가 구비되어, 상기 부유체가 수면으로부터 소정 깊이의 수중에 부유되고, 상기 지지프레임은 상기 수상 구조물의 저면에서 수상 구조물을 안정적으로 지지할 수 있도록 상기 부유체의 상면에 격자 형태를 이루며 복수개로 구비되며, 지지프레임의 하부는 물속에 잠기고 상부는 외부로 노출되도록 설치되되, 상기 부유체는 부력을 확보할 수 있도록 내부가 비어있는 사각의 판형으로 이루어지고, 그 내부에는 수위를 용이하게 조절할 수 있도록 밸러스트 워터가 채워지며, 상기 수위레벨센서를 통해 수위의 낮아짐이 감지되면 추가적으로 밸러스트 워터를 충전할 수 있도록 개폐밸브가 구비되는 유량조절구가 형성되고, 수위 증가시에는 상기 부유체 내부에 채워진 밸러스트 워터를 외부로 배출하기 위한 펌프 및 배출관이 구비되며, 상기 지지프레임은 내구성과 내부식성을 갖는 포스맥, 스테인레스, 탄소섬유 또는 탄소강 재질로 이루어지지고, 그 상부 일측에는 수위를 감지하기 위한 수위레벨센서가 구비되는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명에서 상기 부유체는 내부 공간이 복수개로 분할되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 수상 구조물에 대하여 부력을 제공하는 부유체가 수면으로부터 소정 깊이에 부유되어 바람이나 너울, 파랑 등에 대하여 충분한 안정성과 복원력을 확보할 수 있고, 상기의 환경요인에 대하여 부유체가 노출되는 것을 최소화함으로써 부유체의 내구성을 현저히 증대시켜 수명을 연장할 수 있으며, 시공장소의 제약을 받지 않고 시공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 내부가 비어있는 판 형태의 부유체를 통해 수상 구조물에 대하여 충분한 부력을 제공할 수 있으며, 부유체 내부에 밸러스트 워터를 투입하거나 투입된 밸러스트 워터를 외부로 배출시켜 수위를 용이하게 조절할 수 있으므로 시공시 현장상황에 따라 신속한 대처가 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 부유체 내부에 복수개의 공간부가 형성되어, 외부 충격으로 인해 일측 공간부가 파손되더라도 나머지 복수의 공간부를 통해 부력을 제공할 수 있으므로 수상 구조물을 안정적으로 부유시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 수상 구조물의 시공구조를 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 부유체와 지지프레임을 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 부유체의 내부에 형성되는 공간부를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 부유체가 수위 변화에 따라 높이 조절이 이루어지는 원리를 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 5는 종래 기술에 따라 부유체가 수면 위에 부유될 때 발생되는 문제점을 보여주는 사진.
도 6은 금속 재질의 부유체가 해풍이나 해수에 의해 부식된 상태를 촬영한 사진.
도 7은 플라스틱 재질이 열에 의해 변형된 상태를 촬영한 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 부유식 수상 구조물의 시공구조에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은 수상 구조물의 안정성과 부유체의 내구성을 향상시킬 수 있는 부유식 수상 구조물의 시공구조를 개시한다.

본 발명에서 수상 구조물이라 함은 부력을 이용하여 수상에 부유되는 인공식물섬이나, 부교, 수상 태양광발전소, 수질정화장치 등의 구조물을 통칭하며, 본 발명의 이해를 돕기 위한 도면에서는 수상 구조물의 예로서 태양광 발전장치를 도시하였다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 수상 구조물의 시공구조를 설명하기 위한 개략적인 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 부유체와 지지프레임을 설명하기 위한 평면도이다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위한 부유식 수상 구조물의 측면도로서, 도 1과 같이 본 발명은 상기 수상 구조물(80)에 부력을 제공하는 부유체(10)가 수면으로부터 소정깊이의 수중에 부유된다. 도 1에서는 수상 구조물의 예로서 태양광을 집광하는 태양광 모듈을 도시하였다.

상기 부유체(10)는 바람이나 파랑 또는 너울 등으로부터 충분히 이격될 수 있도록 수면으로부터 적어도 3m 이하의 깊이에서 부유되는 것이 바람직하며, 부유체가 임의로 부상(浮上)되는 것을 방지할 수 있도록 부유체의 각 모서리 저면에는 계선줄(11) 및 무게추(12)가 구비된다.

또한, 상기 부유식 수상 구조물이 시공되는 장소의 수위 변동, 유동의 변화, 바람의 영향 등의 요인에 대하여 부유체가 수면으로부터 적절한 간격을 유지하면서 수면 아래에서 부유되도록 계선줄의 장력을 조절하는 윈치가 구비될 수 있다. 상기 윈치의 작동원리나 작용효과는 후술한다.

또한, 상기 부유체의 상면에는 상기 수상 구조물을 지지하기 위한 지지프레임(20)이 수직으로 결합된다. 상기 지지프레임(20)은 물 속에 잠기는 면적과 외부로 노출되는 면적이 3:2의 비율이 되도록 소정 길이로 형성되며, 해풍이나 해수에 의한 부식을 방지할 수 있도록 내식성이 우수하며 강도를 갖는 재질로 이루어지는 것이 좋다.

또한, 상기 지지프레임(20)은 수상 구조물의 저면에서 수상 구조물을 안정적으로 지지할 수 있도록 상기 부유체(10)의 상면에 격자 형태를 이루며 복수개로 구비되며, 수상 구조물과의 결속력을 확보하여 보다 안정적으로 수상 구조물을 지지할 수 있도록 지지프레임의 상부에 동일한 행 또는 동일한 열을 이루는 복수의 지지프레임을 종방향 또는 횡방향으로 연결하는 별도의 보조프레임(미도시)이 구비될 수 있다.

만약 부유체가 수면상에 부유되면 수면 위로 노출된 부위가 바람, 너울, 파도를 포함한 환경요인에 노출되므로 도 5와 같이 파손이나 손상이 필연적으로 발생되고 시간이 지날수록 내구성이 저하될 수 밖에 없다. 뿐만 아니라, 미세플라스틱의 유실 또는 부식으로 인한 녹의 유실 등의 환경오염의 문제점이 발생될 수 있다.

본 발명은 계선줄(11)과 무게추(12)를 매개로 하여 상기 부유체(10)가 수면으로부터 소정깊이의 수중에 부유되도록 함으로써 바람, 너울, 파도 등의 환경요인에 대한 노출을 최소화하여 부유체(10)의 내구성과 안정성을 현저히 확보할 수 있으며, 이로 인해 수상 구조물을 보다 안정감있게 부유시킬 수 있다.

또한, 이러한 작용효과를 통해 풍속과 유속이 빠르며 바람이나 너울 또는 파도가 빈번하게 발생되는 바다에도 태양광 발전장치와 같은 수상 구조물을 안정적으로 시공할 수 있다.

또한, 상기 지지프레임(20)은 내구성을 확보할 수 있도록 강도가 우수하고, 부식을 방지할 수 있도록 내부식성이 우수하며, 운반이나 현장 시공이 용이하도록 적절한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 포스맥(POSMAC), 스테인레스(SUS), 탄소섬유, 탄소강 등의 재질로 형성될 수 있다.

여기에서, 포스맥(POSMAC)은 일반 강판에 알루미늄, 망간, 아연을 도금하여 구성되는 내부식용 철판으로서,아연도 강판대비 5배 내지 10배의 내부식 성능을 지니며, 해안가 또는 습기가 많은 곳에 사용되고 있는 것으로, 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.

또한, 상기 지지프레임(20)은 해상에 시공될 경우 해풍 또는 해수에 의한 부식을 방지할 수 있도록 방식처리되는 것이 좋다.

다음으로, 본 발명에서 상기 부유체(10)는 수상 구조물에 부력을 제공하는 부유체로서 내부가 비어 있으며 소정 면적을 갖는 판 형태로서, 충분한 부력을 확보할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 현장 시공을 위해 운반이 용이하고, 내구성을 확보할 수 있도록 적절한 재질로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 상기 부유체(10)로서 너비가 넓고 바닥이 평평한 바지(BARGE)를 사용할 수 있다. 상기 바지는 수상 구조물의 크기나 형상의 영향을 받지 않고, 충분한 부력을 확보할 수 있도록 적절한 치수를 갖을 수 있으며, 예를 들어 길이 50m, 폭 50m, 높이 2m로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 부유체(10)는 수위 변화에 따라 높이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 본 발명은 상기 부유식 수상 구조물이 시공된 장소의 수위변화에 따라 상기 부유체(10) 내부에 밸러스트 워터(W)를 투입하거나, 투입된 밸러스트 워터를 외부로 배출하여 수위변화에 따라 부유체(10)의 높이가 가변되도록 하여 수상 구조물의 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명에서 상기 부유체(10)는 계선줄(11)과 무게추(12)를 매개로 수면으로부터 소정 깊이에 고정된 상태이기 때문에 수위 변화에 따라 자체적으로 상승되거나 하강될 수 없다. 따라서, 상기 수상 구조물이 댐이나 저수지와 같이 수위 변화가 발생되는 장소에 시공될 경우 수면가 높아지면 지지프레임(20) 상부에 결합된 수상 구조물이 물에 잠기는 문제점이 발생할 수 있고, 수면이 낮아질 경우 부유체(10)가 외부로 노출되면서 바람, 너울, 파랑 등의 환경요인에 노출되어 내구성이 저하되며 수류의 저항이 증가되어 수상 구조물이 전복되는 문제점이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여, 본 발명은 수위를 감지하는 수위레벨센서(30)가 수면 위로 돌출된 지지프레임(20)의 상부 일측에 설치되고, 부유체(10)의 일측에는 밸러스트 워터를 충전하기 위한 개폐밸브가 구비되는 유량조절구(40)가 형성되며, 수위 증가시 상기 부유체 내부에 채워진 밸러스트 워터를 외부로 배출하기 위한 펌프(50) 및 배출관(60)이 구비될 수 있다.

이와 함께, 상기 수위레벨센서의 측정 결과가 전송되며 측정값에 따라 상기 윈치(70)의 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제어부(미도시)가 구비될 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 수위가 높아지면 수위레벨센서(30)가 제어부에 측정값을 전달하고, 제어부는 측정된 수위값을 토대로 윈치(70)의 모터를 구동시켜 계선줄이 풀리도록 하여 부유체가 상승하도록 하거나 또는 펌프를 구동시켜 부유체 내부에 채워진 밸러스트 워터를 배출관을 통해 외부로 배출시켜 부유체가 상승하도록 한다.

반대로, 수위가 낮아지면 제어부는 윈치(70)의 모터를 역방향으로 구동시켜 계선줄이 감기도록 하거나 상기 개폐밸브를 통해 유량조절구를 개방하여 부유체 내부에 추가적으로 밸러스트 워터를 충전시켜 부유체가 하강되도록 할 수 있다.

상기 윈치의 모터 또는 펌프가 구동되는 순서는 수상 구조물이 시공되는 장소의 현장상황에 따라 제어부를 통해 설정될 수 있으며, 순차적으로 윈치 또는 펌프가 구동되도록 하거나 동시에 구동되도록 구성될 수 있다.

이러한 구성을 통해 본 발명은 댐이나 저수지, 담수호 또는 배수지 등과 같이 해상에 비해 수위 변화가 빈번하게 발생되는 장소에 수상 구조물을 시공하였을 때 수위 변화로 인한 수상 구조물의 전복 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 부유체(10)는 내부 공간이 복수개로 분할되어 복수의 공간부(13)가 형성된다.

예를 들어, 상기 부유체(10) 내부가 단일 공간부로 이루어진다고 가정하였을 때, 외부 충격으로 인해 바닥면이나 측벽 일부가 파손되면 내부로 물이 유입될 수 있고 또는 수위 조절을 위해 채워진 밸러스트 워터가 외부로 유실될 수 있으며, 이로 인해 부유체로서의 기능이 즉시 상실되어 부유체는 물론 수상 구조물의 침몰이 불가피한 문제점이 발생하게 된다.

반대로, 상기 부유체(10) 내부에 복수의 공간부가 형성되면 외부 충격으로 인해 일측의 공간부가 파손되더라도 나머지 복수의 공간부가 부유체로서의 역할을 수행하여 수상 구조물을 보호할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 상기 부유체(10) 내부의 공간은 복수개로 분할되는 것이 바람직하다. 상기 부유체의 내부 공간을 복수개로 분할하는 방법은 다양하게 이루어질 수 있으며, 예를 들어 격자 형태의 격벽(14)을 구비하여 부유체(10) 내부에 복수의 공간부(13)가 격자 행태로 배열형성될 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 부유식 수상 구조물의 시공구조에 따르면 부유체가 수면으로부터 소정 깊이에 부유되어 바람이나 너울, 파랑 등의 환경요인에 대한 노출을 최소화하여 내구성을 현저히 증대시켜 수명을 연장할 수 있으며, 댐이나 저수지, 담수호 또는 배수지는 물론 해상에도 수상 구조물을 시공할 수 있으므로 설치장소의 제약을 받지 않는 장점이 있다.

10 : 부유체
11 : 계선줄
12 : 무게추
13 : 공간부
14 : 격벽
20 : 지지프레임
30 : 수위레벨센서
40 : 유량조절구
50 : 펌프
60 : 배출관
70 : 윈치
80 : 수상 구조물
W : 밸러스트 워터

Claims (3)

1. 부유식 수상 구조물의 시공구조에 있어서,
   상기 수상 구조물에 부력을 제공하는 부유체(10); 및 상기 부유체의 상면에 수직으로 설치되어 상기 수상 구조물을 지지하는 지지프레임(20);을 포함하며,
   상기 수상 구조물의 바람, 너울 및 파도를 포함한 환경요인에 대한 노출이 최소화될 있도록 상기 부유체가 수면 위로 임의로 부상되는 것을 방지하고 수면으로부터 소정 깊이의 수중에 부유되도록 상기 부유체의 저면으로부터 계선줄(11)로 연결되는 무게추(12)가 구비되어, 상기 부유체(10)가 수면으로부터 소정 깊이의 수중에 부유되고,
   상기 지지프레임(20)은 상기 수상 구조물의 저면에서 수상 구조물을 안정적으로 지지할 수 있도록 상기 부유체의 상면에 격자 형태를 이루며 복수개로 구비되며, 지지프레임의 하부는 물속에 잠기고 상부는 외부로 노출되도록 설치되되,
   상기 부유체는 부력을 확보할 수 있도록 내부가 비어있는 사각의 판형으로 이루어지고, 그 내부에는 수위를 용이하게 조절할 수 있도록 밸러스트 워터가 채워지며, 수위레벨센서를 통해 수위의 낮아짐이 감지되면 추가적으로 밸러스트 워터를 충전할 수 있도록 개폐밸브가 구비되는 유량조절구가 형성되고, 수위 증가시에는 상기 부유체 내부에 채워진 밸러스트 워터를 외부로 배출하기 위한 펌프 및 배출관이 구비되며,
   상기 지지프레임은 내구성과 내부식성을 갖는 포스맥(POSMAC), 스테인레스(SUS), 탄소섬유 또는 탄소강 재질로 이루어지지고, 그 상부 일측에는 수위를 감지하기 위한 상기 수위레벨센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 부유식 수상 구조물의 시공구조.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 부유체는 내부 공간이 복수개로 분할되는 것을 특징으로 하는 부유식 수상 구조물의 시공구조.
   

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