수중생물 고착방지 및 제거시스템

수중생물 고착방지 및 제거시스템 {Anti-fouling and eliminating system for aquatic organisms}

본 발명은 수중생물 고착방지 및 제거시스템에 관한 것으로, 특히 수중구조물에 수중생물이 고착되는 것을 방지하거나 수중생물 자체를 제거함으로써, 수중구조물의 수명연장 및 유지보수의 편의성을 제공하도록 된 수중생물 고착방지 및 제거시스템에 관한 것이다.

통상적으로, 선박과 같은 수중구조물은 수중생물이 고착되어 서식할 수 있는 최적의 환경을 제공하며, 이러한 수중생물의 고착을 방지하거나 수중생물 자체를 제거하기는 매우 힘들다. 종래의 수중생물의 고착을 방지하기 위한 방법으로는 구리이온을 이용하는 방법과 차아염소산법이 있으며, 밸러스트탱크(ballast tank)내에 존재하는 수중생물을 제거하는 방법은 현재까지 개발되어 있지 않은 상태이다.

상기 설명된 수중생물 고착방지방법 중 구리이온을 이용하는 방법은, 대개 해수를 전해질로 하고 구리의 전해작용을 통해 생성된 구리이온을 이용하도록 되어 있다. 구리이온은 수중구조물에 고착된 수중생물을 화학적으로 살균할 수는 있지만, 구리이온이 축적된 생선 등을 사람과 같은 고등생물이 섭취하면 체내에 구리가 축적되는 문제가 있다. 또, 구리이온에 의해 해양오염의 문제도 발생하며, 다량의 구리금속이 소모됨으로써 이를 교체하는 데에 드는 비용도 상승되는 단점이 있다.

그리고, 차아염소산법은 전기분해를 이용하여 해수 중에 상당량 내재되어 있는 염화물을 차아염소산으로 변환시킴으로써 수중구조물에 고착된 수중생물을 파괴시키는 방법이다. 그러나, 이러한 차아염소산법은 생태계에 유용한 많은 생물도 함께 죽이는 문제가 발생되므로, 사용이 엄격하게 제한되어 있다.

한편, 밸러스트탱크내에 존재하는 해로운 플랑크톤이나, 수중생물의 유충 또는 알 등은 밸러스트워터를 매개로 한 지역이나 국가에서 다른 지역이나 국가로 이동됨으로써, 이동된 곳의 해양생태계를 파괴하는 문제가 심각한 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 결점을 해결하기 위한 것으로, 펄스발생장치로부터 발생된 펄스를 이용하여 수중고착생물 및 수중의 해로운 플랑크톤이나 유충 또는 알 등을 선택적으로 파괴하거나 수중생물의 고착을 미연에 방지할 수 있는 수중생물 고착방지 및 제거시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 비전해질내에서 이온의 상태를 설명하기 위한 참고도이고,

도 2는 전해질내에서 이온의 상태를 설명하기 위한 참고도,

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따라 전해질내에 가해지는 전압의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프,

도 4는 본 발명의 시스템이 수중구조물의 해수유입구에 설치된 실시예를 간략히 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 시스템이 수중구조물의 파이프라인에 설치된 실시예를 간략히 도시한 단면도,

도 6은 본 발명의 시스템이 강어귀의 파이프라인에 설치된 실시예를 간략히 도시한 측단면도,

도 7은 본 발명의 시스템이 수중구조물의 표면에 설치된 실시예를 간략히 도시한 측단면도,

도 8은 본 발명의 시스템이 수중구조물의 표면에 설치된 실시예를 간략히 도시한 측단면도,

도 9는 본 발명의 시스템이 해상의 양식어장에 설치된 실시예를 간략히 도시한 평면도,

도 10은 본 발명의 시스템이 육상의 양식장에 적용된 실시예를 간략히 도시한 측단면도이다.

<부호의 설명>

10,20 --- 물체, 12 --- 비전해질,

15,25,45,55,65,75,85,95,96,105 --- 애노드단,

17,27,47,57,67,77,87,97,98,107 --- 캐쏘드단,

22 --- 전해질, 31 --- 해수면,

32 --- 해수,

49,59,69,79,89,99,109 --- 펄스발생장치.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중생물 고착방지 및 제거시스템은, 수중구조물의 일부에 설치되는 적어도 하나의 애노드단과 캐쏘드단 및, 이 애노드단과 캐쏘드단에 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 펄스발생장치로 이루어진다.

그리고, 상기 펄스발생장치에서 발생되는 펄스는, 순간전위차(V _a )가 100볼트 이상이고 1나노초에서 1밀리초 동안 지속되는 직류형 펄스인 것을 특징으로 한다.

애노드단과 캐쏘드단은 파이프라인 또는 밸러스트탱크에 연결된 수중구조물의 해수유입구에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또는, 애노드단과 캐쏘드단이 수중구조물내로 해수를 유입하기 위한 파이프라인의 내벽에 설치될 수 있다.

다르게는, 애노드단과 캐쏘드단이 강물내에 설치되는 한편 부표에 의해 부유상태로 지지될 수도 있다.

한편, 펄스발생장치에서 발생되는 펄스는, 전위차(V _b )의 범위가 4 내지 10볼트이고 주파수의 범위는 3㎑ 내지 3㎒인 교류형 펄스일 수 있다.

또, 애노드단과 캐쏘드단은 해수와 접촉되는 수중구조물의 표면에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또는, 애노드단은 강제전류인가방식을 이용하는 구조의 애노드를 공용으로 사용할 수 있다.

그리고, 애노드단과 캐쏘드단은 양식어장의 안쪽과 바깥쪽에 병렬로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 애노드단과 캐쏘드단이 육상의 양식장내로 유입되는 해수유입관의 내벽에 설치될 수도 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 비전해질내에서 이온의 상태를 설명하기 위한 참고도이고, 도 2는 전해질내에서 이온의 상태를 설명하기 위한 참고도이다. 도 1을 참조하면, 비전해질내(12)에 전자기장이 형성되면 이 전자기장내의 임의의 물체(10)는 극성화된다. 이 때, 전자기장내에 놓인 물체(10)의 외부에는 전하가 존재하지 않기 때문에, 전하의 -극은 애노드단(15)의 방향을 향하고 +극은 캐쏘드단(17)의 방향을 향하게 된다. 일반적으로 물체(10)는 전자기장내에서 높은 밀도를 갖는 쪽으로 이동되며, 이 때 견인력이 발생한다. 만일 전해질(22)내에 전자기장이 형성되면, 유동성이 큰 전해질(22)의 내부에 존재하는 극성화된 입자는 이와 반대되는 극성쪽으로 끌리게 된다. 도 2를 참조할 때, 물체(20)의 +극은 애노드단(25)의 방향을 향하고 -극은 캐쏘드단(27)의 방향을 향하게 된다. 즉, 물체(20)의 외부에서 애노드단(25)의 방향으로는 이 애노드단(25)의 극성(+)과 반대되는 극성(-)이 형성되고, 캐쏘드단(27)의 방향으로는 이 캐쏘드단(27)의 극성(-)과 반대되는 극성(+)이 형성된다. 이에 따라, 물체(20)의 내부와 외부 사이에는 막횡단전위(transmembrane potential)가 발생한다. 그리고, 막횡단전위가 1volt를 넘으면 대개 물체(20)의 막에 구멍이 발생하게 된다. 예컨대, 전해질(22)내에 물체(20) 대신 생물이 존재하는 경우, 극성의 변화와 막횡단전위의 상승에 의해 생물의 세포막이 파괴될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따라 전해질내에 가해지는 전압의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다. 도 3a는 전자기충격을 이용하여 물체의 막을, 더 정확하게는 생물의 세포막을 파괴하기 위해 가해지는 전압의 시간에 따른 변화를 나타낸다. 이 때, 생물에 가해지는 펄스는, 순간전위차(V _a )가 100볼트 이상이고 이를 가하는 지속시간(t _a )이 1나노초에서 1밀리초 사이에 있는 직류형 펄스이다. 이러한 전자기충격을 가하여 생물의 세포를 파괴하는 방법은, 예컨대 파이프나 덕트 등의 관형구조물이 설치된 곳에 유용하게 이용될 수 있다. 한편, 도 3b에는 전위차(V _b )의 범위가 4 내지 10볼트이고, 주파수의 범위가 3㎑ 내지 3㎒인 교류형 펄스가 도시되어 있다. 이러한 교류형 펄스가 전해질내의 생물에 가해지면, 생물의 세포막을 파괴하지는 못하지만 생물의 감각기관을 혼란스럽게 하여 불안정상태가 되게 할 수 있다. 이 방법은 예컨대 닻을 내린 채 정지한 상태로 있는 선박과 같은 수중구조물이나, 수중의 발전시설, 어장의 어망 등에 적용할 수 있으며, 이에 의해 수중구조물에 생물이 고착되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이하에서는, 펄스발생장치로부터 상기 설명된 도 3a의 직류형 펄스와, 도 3b의 교류형 펄스 및, 이들 직류형 펄스나 교류형 펄스를 선택적으로 발생시킴으로써 수중생물의 고착을 방지하거나 수중생물 자체를 제거하는 실시예가 순서대로 설명된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수중생물 고착방지 및 제거시스템이 설치된 수중구조물을 간략하게 도시한 단면도로서, 이들 실시예에서는 도 3a를 참조하여 설명된 직류형 펄스가 이용된다. 도 4는 본 발명의 시스템이 수중구조물의 해수유입구에 설치된 실시예를 간략히 도시한 단면도이다. 더 상세하게는, 애노드단(45)과 캐쏘드단(47)이 수중구조물(40)의 해수유입구(43)에 설치됨으로써, 해수(32)와 함께 해수유입구(43)내로 유입되는 수중생물을 파괴하도록 된 것이다. 본 실시예에서, 해수(32)는 수중구조물(40)의 엔진냉각수나 밸러스트워터(ballast water)로 이용된다. 수중구조물(40)내에 설치된 펄스발생장치(49)에서는, 도 3a를 참조하여 설명된 바와 같이 수중생물의 세포막을 파괴시킬 수 있을 정도로 높은 순간전위차(V _a )를 갖는 펄스가 발생되어 공급된다. 이에 따라, 수중구조물(40)내로 유입되는 해수(32) 중에 포함된 수중고착생물이나 플랑크톤, 해로운 수중생물의 유충, 알 등이 전자기충격에 의해 그 세포막에 구멍이 발생되어 파괴된다. 이 실시예에서 해수유입구(43)에 설치된 애노드단(45)과 캐쏘드단(47)은 전해질로 작용되는 해수(32)와 직접적으로 접촉되는 한편, 전기적으로는 펄스발생장치(49)에 연결되어 있다. 그리고, 해수유입구(43)는 파이프라인(44) 및/또는 밸러스트탱크(도시되지않음)에 연결되어 있으며, 도면에서 미설명된 참조부호 31은 해수면을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 시스템이 발전소나 석유시추선 또는 밸러스트탱크와 같은 수중구조물의 파이프라인에 설치된 실시예를 간략히 도시한 단면도이다. 본 실시예에서는 냉각수 또는 밸러스트워터로 이용되는 해수(32)가 수중구조물내로 유입될 때, 애노드단(55)과 캐쏘드단(57)을 파이프라인(54)의 내벽에 설치함으로써 해수(32)와 함께 유입되는 수중생물이나 플랑크톤 및, 수중생물의 유충, 알 등을 파괴시킬 수 있다. 이 실시예에서도 도 4의 실시예와 마찬가지로 높은 순간전위차(V _a )를 갖는 펄스를 이용하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 파이프라인(54)의 내벽에 설치된 애노드단(55)과 캐쏘드단(57)은 전해질로 작용되는 해수(32)와 직접적으로 접촉되는 한편, 전기적으로는 펄스발생장치(59)에 연결되어 있다.

도 6은 본 발명의 시스템이 강어귀의 파이프라인에 설치된 실시예를 간략히 도시한 측단면도로서, 애노드단(65)과 캐쏘드단(67)이 강바닥(60)쪽에 배치된 파이프라인(64)에 설치되어 있다. 또, 애노드단(65)과 캐쏘드단(67)의 일측에는 부력을 가진 부표(63)가 설치되어 있어서, 이 애노드단(65)과 캐쏘드단(67)이 파이프라인(64)상에 부유상태로 지지된다. 이에 따라, 육상에 설치된 펄스발생장치(69)에서 도 3a를 참조하여 설명된 직류형 펄스를 발생시킴으로써, 강물(62)내에 포함되어 강의 생태계를 위협하는 해로운 플랑크톤을 제거하여 플랑크톤에 의해 야기되는 녹조를 방지할 수 있다.

도 7과 도 8은 교류형 펄스를 발생시켜 수중생물의 고착을 방지하기 위한 시스템을 나타낸다. 도 7은 본 발명의 시스템이 수중구조물의 표면에 설치된 실시예를 간략히 도시한 측단면도이다. 본 실시예에서, 애노드단(75)과 캐쏘드단(77)은 해수(32)와 접촉되는 수중구조물(70)의 표면에 설치되어 있고, 펄스발생장치(79)와 전기적으로 연결되어 있다. 도시된 바와 같이 애노드단(75)과 캐쏘드단(77)이 수중구조물(70)의 표면에 설치될 때, 이 애노드단(75)과 캐쏘드단(77)은 해수면(31) 아래의 해수(32)속에 잠기게 된다. 이 때, 도 3b를 참조하여 설명된 교류형 펄스를 발생시키면, 지속적으로 전위가 변화되는 교류형 펄스에 의해 수중생물이나 플랑크톤 등의 감각기관에 혼란이 야기되어 이들이 수중구조물(70)의 표면에 고착되는 것을 방지할 수 있다.

도 8은 도 7의 실시예와 유사한 구조를 갖는 실시예로서, 애노드단(85)과 캐쏘드단(87)이 수중구조물(80)의 표면에 설치되는 한편 해수면(31) 아래의 해수(32)속에 잠겨져 있다. 이 실시예에서, 애노드단(85)은 별도로 설치해도 되지만 강제전류인가방식을 이용하는 구조의 애노드를 공용으로 사용하여도 무방하다. 그리고, 캐쏘드단(87)으로는 수중구조물(80)의 표면 자체를 이용하거나 별도의 캐쏘드를 설치하여 사용하여도 된다.

도 9와 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 이들 실시예에서는 직류형 펄스나 교류형 펄스를 선택적으로 발생시켜 수중생물의 고착을 방지하거나 수중생물 자체를 파괴할 수 있도록 되어 있다. 도 9는 본 발명의 시스템이 해상의 양식어장에 설치된 실시예를 간략히 도시한 평면도이다. 본 실시예에서,다수의 애노드단(95;96)과 캐쏘드단(97;98)은 양식어장(90)의 안쪽과 바깥쪽에 병렬로 설치된다. 그리고, 이 애노드단(95;96)과 캐쏘드단(97;98)에 연결된 펄스발생장치(99)에서는 도 3a를 참조하여 설명된 직류형 펄스나, 도 3b를 참조하여 설명된 교류형 펄스를 선택적으로 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 수중생물이 양식어장(90)의 그물에 부착되는 것을 방지할 수 있고, 양식어류에 해로운 플랑크톤을 제거할 수 있다.

도 10은 본 발명의 시스템이 육상의 양식장에 적용된 실시예를 간략히 도시한 측단면도이다. 여기서, 애노드단(105)과 캐쏘드단(107)은 육상의 양식장(100)내로 유입되는 해수유입관(104)에 설치되어 있다. 또, 본 실시예에서는 도 9의 실시예와 마찬가지로 직류형 펄스나 교류형 펄스를 선택적으로 이용함으로써, 양식어류에 해로운 플랑크톤을 제거하는 한편 이들 플랑크톤에 의해 야기되는 적조도 방지할 수 있다. 본 실시예에서, 펄스발생장치(109)는 도시되지 않은 별도의 지지구조물을 이용하여 애노드단(105)과 캐쏘드단(107)에 연결시킬 수 있다.

한편, 상기 설명된 본 발명은 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 첨부되는 청구범위에 의해 개시되는 본 발명의 범위내에서 다양한 응용예 및 변경예를 통해 실시할 수 있음은 물론이다. 그리고, 상기 실시예들에서, 애노드단과 캐쏘드단이 판형태나 봉형태로 구성된다면 펄스의 전달을 더 용이하게 할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 높은 순간전위차를 갖는 펄스를 가함으로써수중구조물의 내부로 유입되는 수중생물이나 플랑크톤과 등의 세포막을 파괴할 수 있다. 또, 전위가 변화되는 펄스를 지속적으로 가함으로써 수중구조물에 수중생물이 고착되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 펄스발생을 조절함으로써 수중생물의 선택적인 파괴가 가능할 뿐만 아니라, 화학적 방법을 이용하지 않으므로 친환경적이다. 또한, 수중구조물에 수중생물의 고착이 방지되므로 수중구조물의 수명이 연장될 수 있고, 구성이 간단하여 유지보수가 편리하다. 또, 밸러스트탱크내에 존재하는 해로운 플랑크톤이나, 수중생물의 유충, 알 등이 한 지역이나 국가에서 다른 지역이나 국가로 이동되어 그곳의 해양생태계를 파괴하는 것을 방지할 수 있다.