KR0129809B1

KR0129809B1 - 대기압을 이용한 급수장치

Info

Publication number: KR0129809B1
Application number: KR1019940005111A
Authority: KR
Inventors: 박상근
Original assignee: 박상근; 서광산업주식회사
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1998-04-10
Also published as: KR950027119A

Abstract

본 발명은 소형화 및 에너지절약을 할 수 있게한 급수장치로서 여러대의 펌프를 병열로 설치한 급수주계통부와 기압급수탱크를 중심으로 한 부계통부 및 소형프로그램별 제어기를 중심으로한 전자동 제어계통부로 구성되는데 급수량 조절밸브를 사용하여 기압급수탱크용적을 기존의 기압식급수탱크의 1/10∼1/30 로 소형화시키고 3방향 절환밸브를 사용하여 소형압축기 기능을 갖도록 하여 아무때나 자유롭게 공기를 자동보충시킬 수 있게하여 급수장치의 용도를 다양화시키고 원심펌프를 사용하여 급수압력변화를 일정범위내에서 일정압력의 급수가 수행되게 하므로서 유량실조와 펌프급속맥동 및 공회전등으로 인한 에너지 낭비현상을 최소화 시키고 최소형의 프로그램별 제어기로 자동제어계통부의 기술신뢰성을 향상시켰을 뿐 아니라 원가를 낮추어 경제성을 높이게 한 것이다.

Description

대기압을 이용한 급수장치

제1도는 본 발명의 급수흐름 과정도.

제2도는 본 발명의 자동제어 전기 회로도.

제3도는 본 발명의 자동제어 프로그램.

제4도는 본 발명에 이용되는 3방향 절환밸브의 단면도.

제5도는 본 발명에 이용되는 급수유량조절밸브의 단면도.

제6도는 본 발명이 이용되는 원추형 후드밸브의 단면도.

제7도는 본 발명의 절류조절 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 저수조 2,2a,2b,2c : 흡수관

3,3a,3b,3c : 원심펌프 4,15 : 급수관

5,5a,5b,5c : 버터프라이밸브 6 : 후드밸브

7 : 주입밸브 8 : 압력계

9 : 계이트밸브 10 : 필터

11 : 기압급수탱크 12,12a : 압력계

13 : 하부배수관 14,22 : 체크밸브

16 : 절환밸브 16a : 급수구

16b : 출구 16c : 회수구

16d : 수압제어구 17 : 공기보충탱크

18 : 회수관 19,24,24a : 전자변

20 : 보충수관 21 : 급기변

23 : 조절밸브 23c : 수압제어구

32 : 개폐기 33 : 소방릴레이

34,34a,34b,34c : 마그네트릴레이

본 발명은 각 시설을 소형화시켜 에너지절약은 물론 공사비를 절감시키면서도 급수를 원할하게 하는 동시에 수질오염 및 부폐를 예방할 수 있으며 고층 아파트의 고층부에 수압부족현상이 없게 하기 위하여 펌프를 병열로 설치한 급수주계통부와 기압식급수탱크를 중심으로 한 부계통부 및 소형 프로그램별 제어기를 중심으로 하여 전자동 제어계통부로 구성된 대기압을 이용한 급수장치에 관한 것이다.

종래의 대기압을 이용한 급수장치나 인버터방식의 급수장치들도 고가수조 방식에 비하여 시공비가 절감되고 수질오염 및 부폐예방할 수 있으며, 아파트의 경우 최고층의 수압부족을 없앨 수 있으며, 시공기간을 단축시킬 수 있는 등의 이점이 많아 급속히 보급되고 있다. 그러나 컴퓨터와 인버터로 항압급수하는 인버터급수장치는 에너지소비율이 대폭절감되지 않으며 여러대의 펌프를 병열로 연결시켜 설치할 경우에는 에너지절약을 기대할 수 없다. 왜냐하면 원심펌프의 양정은 펌프의 회전수에 정비례하며 교류전동기의 회전수는 모우터에 들어오는 전기의 주파수와 비례된다.

그러므로 작은 주파수(혹은 회전수) 변화에도 펌프의 양정변화는 매우 심하게 되어 양정이 일정한 한계 이하에서는 펌프는 공회전상태가 되어 불필요한 에너지소비만 발생시킨다. 그리고 2대 이상의 펌프를 병열로 설치한 급수장치는 펌프가 서로 시동과 정지를 하게 되면 종래의 인버터방식의 급수장치는 급수사용량이 안정조달되지 못하는 유량실조구(流量失調勾)가 발생하게 되며 이러한 유량실조구에 이르렀을때에는 방금시동 혹은 정지되었던 펌프들이 곧바로 시동과 정지동작을 하는 이른바 맥동현상이 발생되여 동력을 많이 소비할 뿐 아니라, 빈번한 펌프의 시동과 정지동작으로 인하여 고장율이 많아지며 본인이 선특허받은 제66091호 대기압을 이용한 전자동 급수장치는 펌프의 항속절류조절원리를 적용하였으므로 공회전현상이나 정지불가능 등 문제는 없으나 제어압력차를 적게 하면 유량실조구와 맥동현상이 발생될 수 있으며 압력차가 적으므로 인하여 급수탱크용적은 매우 커지고 펌프의 매시간당 시동과 정지회수가 증가하고 압력변화가 크므로 인하여 동력소모가 증가되는 등의 문제점이 있었다.

위와같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 펌프를 중심으로 한 급수주계통을 구성하고 기압식급수탱크를 중심으로 한 부계통부를 구성하는 동시에 전기제어통부의 구성을 조합하는 장치로서 이렇게 구성하므로서 소형화시키는 동시에 에너지절약을 시키고 어느곳에든지 항상 일정압력으로 급수할 수 있게 한 대기압을 이용한 급수장치에 관한 것으로, 실시예시도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기에서 각 계통부를 구분하여 설명하기로 한다.

주계통부는 저수조(1)와 흡수관(2)으로 연결시킨 보조원심펌프(3)와 흡수관(2a)(2b)(2c)으로 연결시키는 주원심펌프(3a)(3b)(3c)를 급수관(4)에 병열로 연결시켜 최대의 급수량을 급수시킬 수 있게 하고 각 원심펌프(3)(3a)(3b)(3c)의 입수구와 출구수에는 버터프라이밸브(5)(5a)(5b)(5c)을 설치하며 여기에서 저수조(1)가 원심펌프(3)(3a)(3b)(3c)설치위치 보다 낮을 경우에는 각 흡수관(2)(2a)(2b)(2c)의 하단부에 원추형 후드밸브(6)를 설치하고 보조원심펌프(3)와 연결되는 흡입관(2)의 상부 수평단에 보충수 주입밸브(7)를 설치하며 저수조(1)가 각 원심펌프(3)(3a)(3b)(3c)의 설치면과 동일편면선상에 위치할 경우에는 원추형 후드밸브(6)를 설치하지 않고 각 원심펌프(3)(3a)(3b)(3c)의 토출구와 급수관(4)과 연결부에 체크밸브를 설치하며(체크 밸브는 도면에 표시되지 않았음) 급수관(4)의 중앙상부에 압력계(8)를 설치하고 급수관(4)의 일단은 계이트(9)를 설치하여 각 사용처의 급수사용관(4a)과 연결시키고 타측단에는 필터(10)를 설치하여 기압급수탱크(11)의 부계통부에 연결시키며 여기에서 부계통부는 기압급수탱크(11)를 중심으로하여 기압급수탱크(11)의 상부에 전기접점식 압력계(12)(12a)를 설치하여 압력계(12)가 보조원심펌프(3)를 제어케하고 압력계(12a)는 주원심펌프(3a)(3b)(3c)를 제어하게 되며, 보조원심펌프(3)와 주원심펌프(3a)(3b)(3c)...의 H-Q의 특성이 근사할 경우에는 보조원심펌프(3)를 제어하는 압력계를 설치하지 않고 주원심펌프(3a)(3b)(3c)를 제어하는 압력계(12a)로 모든펌프(3)(3a)(3b)(3c)를 제어할 수 있다. 기압급수탱크(11)의 하부배수관(13)으로 연결되는 필터(10)사이에는 체크밸브(14)를 설치하고 필터(10)와 체크밸브(14) 사이에는 약간 가는 급수관(15)을 연결시켜 수압을 이용한 3방향 절환밸브(16)의 급수구(16a)와 연결하고 3방향 절환밸브(16)의 출구(16b)는 기압급수탱크(11)내에 설치한 공기보충탱크(17)와 연결시키며 3방향 절환밸브(16)의 회수구(16c)에는 회수관(18)에 연결시켜 배수되게 하고 3방향 절환밸브(16)의 수압제어구(16d)에는 전자변(19)을 설치하여 회수관(18)과 연결시키고 공기보충탱크(17)의 보충수관(20)에는 급기변(21)과 체크밸브(22)를 설치하여 체크밸브(22)와 급수량 조절밸브(23)의 입수구(23a)와 연결시키고 급수량 조절밸브(23)의 배수구(23b)와 기압급수탱크(11)를 연결시키며 급수량 조절밸브(23)의 수압제어구(23c)에는 전자변(24)(24a)를 병열로 연결시켜 전자변(24)의 입수구를 급수량 조절밸브(23)의 입수구(23a)의 연결관에 연결시켜 전자변이 열릴 때 급수량 조절밸브(23)의 급수구(23c) 수압을 상승시켜 급수량 조절밸브(23)가 열리게 하고 전자변(24a)는 회수관(18)에 연결시켜 전자변(24a)이 열리면 수압제어구(23c)의 압력수를 배출시켜 압력을 떨어뜨리므로 급수량 조절밸브(23)를 닫이게 한다.

위에서 설명한 각 구성부분을 동작시키는 전기제어계통부를 설명하면, 소형 프로그램별 제어기(31)의 수입단은 압력계(12)(12a) 개폐기(32)와 소발릴레이(33) 등의 개폐신호인데 소형프로그램별 제어기(31)의 내부에는 24V의 직류전원을 공급하고 소형프로그램별 제어기(31)의 출력단에는 20V의 교류전원을 사용하여 각 전자변(19)(24)(24a)과 각 펌프(3)(3a)(3b)(3c)의 구동모우터(M)(Ma)(Mb)(Mc) 제어하는 마그네트 릴레이(34)(34a)(34b)(34c)들을 동작시키고 기압급수탱크(11)의 기압을 압력계(12a)로 감지하여 자동제어할 수 있게 하였다.

제3도는 여러대의 펌프를 설치한 기압을 이용한 급수장치의 전기로, 수로, 기로의 종합적인 자동제어프로그램으로서 그 중 압력계(12)(12a)와 각 펌프의 구동모우터(M)(Ma)(Mb)(Mc) 및 마그네트릴레이(34)(34a)(34b)(34c)의 이상 부분만이 소형프로그램별 제어기(31)내에 편위된 프로그램으로서 신호처리부분과 각 펌프의 구동모우터(M)(Ma)(Mb)(Mc)의 제어통로 두 부분으로 나누어 있는 것으로, 각 부분을 설명하기에 앞서 이해를 돕기 위하여 각 부분에 부호를 붙여 설명하면, Pg......기압급수탱크(11)의 기압. Ps.....급수관(4)의 수압. Pk.....압력계(12)(12a)의 기동압력. Pt.....압력계(12)(12a)의 정지압력. J.....매번 기동신호 (Sk)발출회수. K.....매번정지신호 발출회수. [N].....제어통로선택신호. N.....제어통로신호. Ti.....타이머설정시간(sec). Sx.....소방신호. ON.....접전. OFF....단전. Cs.....기압급수탱크의 보충수 과정. Ps.....기압급수탱크의 배수과정.

여기에서 신호처리 과정에 대하여 설명하면, 압력계(12)(12a)는 기압급수탱크(11)내의 기압(Pg)를 측정한 후 기압급수탱크의 기압(Pg)이 압력계의 기동압력(Pk)보다 낮거나 같을 경우 발출한 기동신호(Sk) 한번을 J=1로 기록하여 제어통로 선택신호(N)에 기록시키며 기동신호(Sk) 발출시간이 너무길면 설정된 기동시간(Tk)가 경과할 때마다 기동신호(Sk)를 한번씩 끊어 펌프기동회수 J=1로 기록시킨다. 그리고 기압급수탱크의 기압(Pg)이 압력계의 정지압력(Pt)보다 높거나 같을 경우에는 발출한 정지신호(St) 한번을 K=1로 기록 제어통로 선택신호(N)에 기록시키며 정지신호(St) 발출시간이 너무 길면 설정시킨 정지시간을(Tt)에 한번씩 끊어 펌프정지회수 K=1으로 기록수를 증가시킴 St신호 발출시마다 전자변(19)을 T3동안 접전시켜 기압급수탱크(11)에 공기를 한 번씩 보충시킨다.

제어통로 선택기는 [N]=∑J-∑K 식의 수학계산에 의하여 제어통로를 선택함 만일 제어통로 선택신호(N)가 0이면 모든 제어통로에 전기를 단전시켜 모든 펌프모우터(M)(Ma)(Mb)(Mc)를 정지시킴.

여기에서 압력계의 기동압력(Pk)이 기압급수탱그압력(Pg)보다 낮고 기압급수탱크압력(Pg)이 압력계의 정지압력(Pt)보다 낮을 경우에는 어떠한 신호도 발출하지 않으며 그 당시의 제어통로 상태를 계속유지 하게 됨.

제어통로부분은 N=1, N≥2, N≥3, N≥4 등의 몇개의 통로로 구성되어 있는데 그 통로수는 모우터수와 같게 하며, 제어통로 선택기([N])=1인 경우에는 제어통로신호 (N)=1에 전기를 공급시켜 마그네트릴레이(34)를 동작시키며 펌프의 구동모우터(M)를 기동시키고 동시에 전자변(24a)을 일정시간 열리게 하며 제어통로신호 (N)=2인 경우에는 (N)≥2 제어통로에 전기가 공급되며 마그네트릴레이(34a)의 펌프구동모우터(Ma)를 기동시키며 마그네트릴레이(34)의 펌프구동모우터(M)를 정지시키고 동시에 전자변(24)을 일정시간 열리게 함.

제어통로선택신호([N])=3인 경우에는 N≥2, N≥3 제어통로에 전기가 공급되며 마그네트릴레이(34b)로 펌프구동모우터(Mb)를 기동시킨후 펌프구동모우터(Ma)(Mb)의 운전상태를 유지시켜 주며 제어통로선택신호([N])=4인 경우에는 N≥2, N≥3, N≥4 제어통로에 전기를 공급시켜 마그네트릴레이(34c)로 펌프구동모우터(Mc)를 기동시킨 후 펌프모우터(Ma)(Mb)(Mc)의 운전상태를 유지시켜 준다.

다음은 제4도-제7도를 결합하여 급수장치의 동작과정과 설계도를 설명코저 합니다.

우선 제7도의 각곡선과 이해를 돕기 위하여 부호를 설명하겠습니다.

no, n 2n 3n ..... 각 펌프 기동후의 양정(H)과 유량(Q)의 곡선 H-Q의 곡선도

y0,y,2y,3y ..... 각 펌프 기동후의 효율곡선

Zi ..... 부동한 시각에서의 급수관(4)의 총저항 특성

Hj ..... 건축물의 최고 정수높이(m)

Hk ..... 각 펌프 기동시 양정

Ht ..... 각 펌프 정지시 양정

Q ..... 각 펌프의 동작점의 급수유량

Hs ..... 급수관(4)의 양정

Hg ..... Qs 탱크 양정

본 발명 급수장치의 동작과정은 급수사용량 Qu≤Qot 때의 소유량맥동급수과정과 Qu≥Qot 대유량 범위의 항속절유조절과정으로 구분하여 전부총괄할 수 있음.

여기에서 첫째로 Qu≤Qot 소유량 맥동급수과정으로서 급수사용자들이 급수전을 약간열어 급수관(4)의 총저항국선이 Z=Zot인 경우에는 급수관(4)의 수압 Ps기압급수탱크(11)의 기압(Pg)이므로 기압급수탱크(11)내의 물은 체크벨브(14)와 필터(10)를 거쳐 급수관(4)으로 유통되기 때문에 기압급수탱크의 기압(Pg)은 제7도 중의 Zot곡선을 따라 신속히 g점으로 하강되어 Hg≤Hk, Pg≤Pk 로 되며 이때 압력계(12)는 첫 번의 기동신호(Sk)를 발출하여 펌프기동회수 J=1을 만드므로 제어통로 선택기 ([N])= ∑J-∑K=1로 되어 제어통로신호 N=1에 전기를 공급시켜 마그네트 릴레이(34)로 보조펌프의 구동모우터(M)를 기동하며 전자변(24a)이 일정시간 열리게 한다. 그러므로서 제1도에서 보는 바와같이 지하의 물은 원추형후드밸브(6)열고 흡수관(2)을 통해 펌프(3)에서 승압된 후 급수관(4)에 공급되어 급수사용관(4a)으로 급수되는데 이때의 사용수량(Qu)는 펌프(3)의 토출수량보다 적으므로 급수관의 수압(Ps)은 기압급수탱크의 기압(Pg)보다 높으므로 급수관(4)내의 급수량일부는 상기한 급수공급과정과 반대방향으로 공급되어 필터(10)를 거쳐 체크밸브(14)를 닫고 수압을 이용한 3방향 절환밸브(16)의 입수구(16a)에 공급되는데 이때 제4도에서와 같이 3방향 절환밸브(16)의 입수구(16a)로 공급된 압력수는 오리피스(16g)를 거처 실린더(16e)로 급수되므로 피스턴(16e)은 좌측으로 작동되어 먼저 후씨이트(16f2)를 닫은다음 전씨이트16f1)가 열리게 하여 입수구(16a)의 압력수는 배출구(16l)와 통수되어 공기보충탱크(17)에 주입되며 이때 공기보충탱크(17)내의 공기를 압축한후 체크밸브(22)와 급수유량조절밸브(23)를 거쳐 기압급수탱크(11)에 급수 보충하게 된다.

이때 제5도에서와 같이 전자변(24a)이 열려 유량조절밸브(23)의 피스턴(23d)의 상부측의 실린더(23c)에 충만된 압력수가 회수관(18)을 통해 배수시키면 급수유량조절밸브(23)의 입수구(23a)의 압력수는 피스턴(23d)을 상방으로 동작시켜 씨이트를 닫아주고 오리피스(23e)를 통하여 소유량 물이 공급되면 기압급수탱크(11)의 수위와 기압(Pg)는 매우 늦은 속도로 상승되므로 이때 기압급수탱크(11)는 물에 의해 작동되는 지연단전기와 같이 동작되어 급수보충시간을 연장시켜 준다.

그다음 기압급수탱크(11)의 기압(Pg)와 압력계의 정지압력(Pt)가 같게 되면 압력계(12)는 정지신호(St)를 발출하여 기동신호(K)=1이 되므로 제어통로 선택신호 ([N])=∑J-∑K=0으로 되며 제어통로신호 (N)=1를 단전시켜 마그네트릴레이(34)와 펌프모우터(M)은 정지되고 기압 급수탱크(11)의 압력(Pg)이 급수관(4)의 수압보다 높게 되어 상기한 기압급수과정을 반복하게 된다.

이 과정에서와 같이 필터(10)의 유수방향이 매번 변경되며 기압배수유량은 보충수유량보다 매우 커서 필터(10)를 깨끗이 소재하게 되므로 필터(10)는 청결상태를 항상유지하게됨. 여기에서 기압급수탱크(11)의 기압배수시간이 너무 짧으면 급기변(21)에 공기급기부족현상이 발생하므로 일정시간을 고정시키기 위한 기압급수탱크(11)의 용적은 일정시간 배수시간내의 펌프(3)의 최고배수용적과 배수시간이 정비례되어 배수용적을 감소시켜 기압급수탱크(11)의 용적을 소형화 시킬 수 있으며, 만일 다른조치가 없이 기압급수탱크(11)의 용적만 축소시킨다면 펌프(3)의 매시간 맥동회수는 기압급수탱크(11)의 용적에 반비례로 증가되므로 모우터(M)에 많은 부하가 걸리어 타버릴 염려가 있다.

그러므로 본 발명은 급수유량조절밸브(23)의 오리피스(23a)의 절유방안을 이용하여 위의 문제점을 해결하였음.

둘째로, Qu≥Qot 유량 범위에서 항속절류조절과정은 총저항특성이 ZotZZm 사이의 고효율 운전과정으로서 아래의 두 과정으로 나누어 설명하면, 1)은 급수용량(Qu)과 펌프병열설치대수를 증가시키는 과정으로서 만일 급수사용자들이 급수전을 점차열면 제7도 중의 급수관 총저항 특성은 HJ 점을 중심으로 하여 Zot …Zm 방향으로 기울어 진다.

이 과정에서 우선 펌프(3)의 동작점은 no곡선을 따라 g…h…a점으로 하강한다. 그러므로 급수유량은 Qot에서 Qok로 증가한다. 만약 a점에서 Hg≤Hk, Pg≤Pk로 되면 압력계(12a)가 기동신호(Sk)를 발출하여 펌프기동회수 J=1으로 되므로 제어통로 선택기 ([N])=∑J-∑K=2가 되어 제어통로신호 (N)≥2에 전기를 공급시키며 마그네트릴레이(32a)에 의해 펌프구동모우터(M1)을 기동시킨다. 또한 펌프구동모우터(M)를 제어하며 동시에 전자변(24)을 일정시간 열리게 한다.

그러면 펌프(3a)의 동작점은 제7도의 Zot곡선을 따라 a점에서 I점으로 급속상승되며 압력은 급수관(4)의 수압이 기압급수탱크의 가입 Pq보다 높게 되어 펌프(3a)의 압력수는 각 세대에 공급될 뿐만 아니라 그 일부는 필터(10)와 3방향 절환밸브(16)를 거쳐 공기보충탱크로 들어가 다시 체크밸브(22)를 거쳐 급수유량조절밸브(23)로 공급된다. 그리고 전자변(24)을 통하여 3방향 절환(23)로 공급된다. 그리고 전자변(24)을 통하여 3방향 절환밸브(23)의 수압제어구(23c)를 승압시키므로 피스턴(23d)은 하방으로 이동되어 3방향 절환밸브(23)의 씨이트를 열어주어 기압급수탱크(11)내의 급수증가가 빨라지므로 급수보충상태는 지연급수상태에서 급속급수상태로 전환되어지며 급수관(4)의 압력(Ps)의 변화에 빨리 적응한다.

위와같은 과정에서 급수전을 계속 열게 되면 총저항 특성이 Zok에서 Z3k쪽으로 하강하게 되며 펌프(3a)의 동작점은 n곡선을 따라 I…j…b점으로 이동하게 되며, b점에서 펌프모우터(Mb)를 기동시키는 것과 같은 동작에 의하여 각 펌프(3a)(3b)(3c)는 모두가 기동하게 되며 펌프들의 동작점은 제7도에서와 같이 C…X…M점으로 이동되어 급수유량은 최대로 상승되므로 (Qmax=3Qk)로 된다. 만일 급수전이 급속히 열릴 경우에는(소방상태) 급수관(4)의 총저항 곡선은 Zot에서 Z2k로 급속하강되어지며 급수관(4)의 수압(Ps)도 기압급수탱크(11)의 기압(Pq)보다 낮고 기압급수탱크(11)의 기압(Pq)은 압력계의 기동압력(Pk)보다 낮은 상태로 시간이 약간 길게 유지 된다.

이 경우에 제3도에서와 같이 소형프로그램별 제어기(31)는 압력계(12a)의 긴 기동신호(Sk)를 일정시간에 한번씩 절단시켜 펌프기동회수 J=1의 기동회수를 증가시켜 제어회로 선택신호([N])에 회수증가를 기록시키게 한다. 그러므로 일정시간(Tk)이 지나 펌프(3)가 정지되고 펌프(3a)가 기동되어 일정시간(2Tk)일 때 펌프(3b)를 계속기동시켜 펌프 (3a)+(3b)로 하고 일정시간 3Tk일 때 펌프(3c)를 기동시켜 펌프(3a)(3b)(3c)의 상태로 전환시키므로 3대의 펌프동작점은(Z2k) 곡선을 따라 X점에 도달하여 소방유량(Qx)와 야정(Hx)로 급수하게 된다.

2)는 급수사용수량 Qu와 펌프병열 설치대수가 점차 적어지는 과정으로서, 최대급수량 Qm상태에서 각 세대의 급수전을 조금씩 닫아 버리면 급수관(4)의 총 저항곡선은 Hj를 중심으로하여 Zm…Zot 방향으로 변화하게 된다.

이 과정에서 3대의 펌프동작은 M…X…d점에 도달하게 되며 급수관(4)의 수압(Ps)이 기압급수탱크의 기압(Pq)보다 높은 상태로 기압급수탱크(11)에 쾌속으로 물이 보충된다. 그래서 기압급수탱크의 기압(Pq)이 압력계의 정지압력(Pt)보다 높게 되면 제3도에서 보는 바와같이 압력계(12a)는 정지신호(St)를 한 번 발출하여 K=1로 되어 제어통로 선택신호([N])는 (4-1=3)으로 변화되면서 제어통로신호(N)는 4보다 적어져서 전기통로의 전기를 차단시키므로 마그네트릴레이(34c)는 절단되고 펌프(3c)는 정지하고 남은 2대의 펌프(3a)(3b)의 동작점은 제7도의 Z3t곡선을 따라 d점에서 l점으로 하강되는데 이 l점의 동작점 양정은 Hk보다 높으므로 2대의 펌프는 안정운전상태에 있게 된다.

이와같은 동작으로 급수전이 계속닫히게 되어 Z3t…Zot로 변하며 펌프(3a)(3b)의 동작점은 l…K…e점으로 변하여 e점에서 펌프(3b)를 정지시키고 계속해서 급수전을 닫으면 펌프의 동작점은 e…j…i…f 점으로 변하고 f점에 도달하게 되면 펌프(3a)도 정지하게 되는 동시에 펌프(3)를 기동시킨다. 펌프(3)의 동작점은 f…h…g점으로 변하고 상술한 Qu≤Qot과정의 마이너스펄스(MINUS PULSE)의 맥동 급수 과정으로 변화 된다.

만일 많은 물을 사용시 때 급수전을 급속히 닫아 버리면 급수관(4) 총저항 곡선은 Zm상태에서 Zot상태로 급히 변화되며, 압력은 급수관의 수압(Ps)기압급수탱크의 기압(Pq)≥압력계의 정지압력(Pt) 상태로 긴 시간동안 유지됨 이 경우에도 상술한 바와같이 동작이 이루어진다.

즉, 압력계(12a)의 정지신호(St) 발출시간이 길어지므로 소형프로그램별 제어기(31)를 일정시간(Tt)마다 압력계의 정지신호(St)를 한 번씩 차단하여서 K=1의 회수를 증가시켜 제어통로선택신호([N])로 일정시간(Tt)에 한 번씩 감소시키므로 일정시간(Tt) 경과후는 펌프(3c)는 정지되고 이 일정시간(Tt)의 2배 경과후에는 펌프(3b)가 정지되고 3배나 경과후에는 펌프(3a)가 정지되는 동시에 펌프(3)를 기동시키게 되고 일정시간(Tt)의 4배가 초과하게 되면 펌프(3)도 정지하게 된다.

이상의 작동과정에서 본 바와같이 본 발명의 급수장치가 소비한 전력은 제7도에서 0…Ht…d…x…M…Qm…0점 내의 면적과 비례하는데 압력파동이 없는 창압급수면적(Hk×Q)보다 Hk…Ht…d…x…Hk 면적만큼 전력이 더 많이 소비되었음 그러므로 정지와 기동시의 양정차 △H=Ht-Hk 즉 압력계(12a)에 설정한 상, 하 압력차(△P)=압력계의 정지압력(Pt)-압력계의 기동압력(Pk)를 적게해야 에너지를 절약시킬 수 있다. 그러나 양정차(△H)가 너무 적으면 기존의 인버터 급수방식처럼 유량실조구와 주펌프들의 급속파동 등의 에너지 낭비현상이 발생한다.

1예로서 제7도에 있어 Zt와 Z2t곡선상의 펌프정지점(f)와 (e)는 펌프기동점(a)과 (b)의 우측에 위치하여 △Q1=Qt-Qok 와 △Q2=2Qt-Qt로 되는데, 이유량구간에서는 급수전을 어떻게 조절하는 안정된 급수량을 얻을 수 없음. 이 구역을 유량실구조라 하는데 이때는 급수장치의 사용에 커다란 영향을 끼치게 된다. 그리고 만일 펌프정지양정을 Ht에서 Ht'로 하강시켜 △H를 적게 했다면 Z=Zok곡선상의 a와 i점 사이에서는 펌프(3a)는 계속적으로 기동 및 정지동작을 하게되며 Z=Zk곡선에서도 펌프(3b)는 펌프(3a)와 같은 맥동 현상에 처하게 되는데 이런 맥동과정은 에너지만을 많이 소비할뿐 아니라 심한 경우에는 모우터에 과부하가 걸리어 타버릴 염려가 있다.

이상의 2가지 현상은 모두 펌프상호간이 유량분배비가 부적합하고 양정차를 너무적게 하였기 때문에 발생하는 현상이다.

이와같은 현상을 모두 없애려면 규격이 동일한 주펌프의 정지유량과 기동유량비를 아래와 같이 해야한다.

β₁= Qt / Qk ≤ 0.5

보조펌프(3)와 주펌프(3a)의 유량비는

β₀= Qok / Qk ≥ 0.5

이 두식에 의한 펌프의 H-Q 특성에서 △H=Ht-Hk를 채택하고 이를 다시 압력계(12a)의 상하 설정압력하(△P)=압력계의 정지압력 Pt-압력계의 기동압력(Pk)로 환산한다.

이상의 문제이외에 지하수를 상흡수하는 경우에는 각 펌프의 흡수능력상 문제가 없도록 하여 유량이 0으로 되어 공전 현상이 발생되지 않도록 해야 한다.

일반적으로 펌프의 축은 밀봉상태가 완전하지 못하여 펌프의 운전정지시는 외부의 공기가 펌프의 임페러로 들어갈 수 있으며 이와같이 되면 흡수관내의 물이 저수조로 새어나가 펌프내에는 공기가 들어가게 된다. 이때 펌프를 다시 기동시킬 때 공기에 의하여 펌프의 흡수기능이 상실되며 유량이 0이 되어 공전현상으로 되어 에너지가 낭비될 뿐 아니라 급수공급이 불가능해진다. 이를 해결코저 본 발명은 흡수관(2)(2a)(2b)(2c)의 흡입구에 제6도와 같은 원추형 후드밸브를 설치했는데 갈원추형후드밸브의 내부에는 고무링을 설치한 원추형 개폐변(6b)와 벤튜리형씨이트(6c)을 조립하여 밸브가 닫힐 경우에 수중에 포함되어 있는 모래나 흙 등의 이물질이 씨이트에 부착되지 않게 하고 고무링(6a)이 벤튜리형씨이트(6c)에 개폐변(6b)에 개폐변(6l)의 자중으로 완전히 밀폐상태가 이루어지도록 하였으며 만일의 경우를 대비하여 각각의 펌프출구에 일반적으로 설치하는 체크밸브를 두지않아 어느 펌프가 동작하든간에 각 펌프의 흡수관쪽으로 압력수가 공급되도록 하여 원추형후드밸브(6)가 완전밀폐상태를 유지하게 하여 각 펌프가 재동작시 원할히 흡수동작하도록 하였다.

본 발명은 기존의 기압식 급수장치에서와 같이 공기를 보충할 수 없으므로 제3도에서와 같이 압력계(12a)가 매번 정지신호(St)를 발출할때마다 전자변(19)을 일정시간(T3) 열리게 하였다.

제4도에서의 수압을 이용한 3방향 절환밸브(16)의 급수구(16d)는 전자변(19)을 통해 열리게 되어 실린더(16b)내의 압력수를 배출하므로 3방향 절환밸브(16)의 급수구(16a)의 압력수는 피스턴(16f)을 우측으로 이동시켜 씨이트(16f1)를 먼저 닫아 급수구(16a)와 배출구(16b)가 닫히게 한 다음 씨이트(16f2)가 열리게 하여 배출구(16b)와 회수구(16c)를 연결시킨다. 그러므로 제1도에 표시된 공기보충탱크(17)의 불의 중력에 의하여 3방향 절환밸브(16)의 급수구(16d)를 통하여 신속히 회수관(18)으로 배출되는 과정에서 외부의 공기 즉 대기는 흡기변(21)을 열고 공기보충탱크(17)로 흡기된다.

일정시간(T3)이후에는 전자변(19)이 닫히면 3방향 절환밸브(16)의 급수구(16d)가 닫히어 실린더(16e)의 수압이 증가되므로 피스턴(16f)는 좌측으로 이동되어 기압급수탱크(11)내에 공기가 보충되는 동시에 급수보충 상태로 된다. 각 펌프(3)(3a)(3b)(3c)가 한 번씩 정지할 때마다 기압급수탱크(11)에 일정량의 공기를 한번씩 보충하게 된다.

여기에서 공기보충이 부족한 현상이 발생하면 개폐기 NK=1이 동작한다. 개폐기 NK=1이 동작할때는 제3도에서 보는바와 같이 압력계의 정지신호(St)가 발출하지 않아도 일정시간(T4)에 한 번씩 전자변(19)을 일정시간(T3) 열리게하여 기압급수탱크(11)에 계속 공기를 보충시킬 수 있다.

그리고 필터(10)의 설치위치는 급수관(4)과 3방향 절환밸브(16)사이의 보충수 방향이 자주 변하는 곳에 설치하여 급수의 보충수 방향이 변할 때 마다 필터(10)에 부착된 이물질을 제거시키도록 하였다.

이와같이 된 본 발명은 기압급수탱크(11) 하부에 채크밸브(14)를 설치하여 일방향으로 배수되도록하고 공기보충탱크(17) 이후의 보충수관(20)에 급수유량조절밸브(23)와 전자변(24)(24a)를 설치하며 기압급수탱크(11)의 용적은 허용되는 범위내에서 최대한 소형화 시킬(기존의 압력식 급수장치에 비하여 탱크용적을 1/10∼1/30 정도로 축소시킬 수 있어 소형화로 설치할 수 있음) 그리고 필터(10)와 기압급수탱크 사이에 3방향 절환밸브(16)와 전자변(19)을 설치하여 공기압축 기능을 갖도록하여 기압급수탱크(11)에 필요시마다 공기를 자동보충시킬 수 있도록 하였다. 그러므로 본 발명은 저수조의 위치에 관계없이 어느 용도에든 적용할 수 있으며, 보조펌프(3)와 부계통을 설치하여 소방시설에 사용할 수도 있고, 부계통만을 단독사용토록 할 수도 있는 등의 급수장치 사용 범위를 확대시킬 수 있어 본 발명을 다용도로 대량 활용할 수도 있다.

그리고 H-Q 특성이 매우 평탄한 국제통용 IS 펌프를 사용하여,

공식 β₁= Qt / Qk ≤ 0.5

β_0K= Qok / Qk ≥ 0.5으로 유량비를 선택한 다음 압력계(12a)의 정지압력과 압력계의 기동압력을 설정하므로서 유량실조와 급속맥동이 없는 △P=±0.3kg/㎠ 범위의 준항압급수를 실행하여 에너지절약효과를 높일 수 있게 하였으며, 상향흡수식 급수의 경우 흡수관 하단에 원추형 후드밸브(6)를 설치하여 밀폐가 완전하게 하고 펌프출구의 체크밸브를 없앰으로써 공전현상을 방지시키며 아래와 같이 자흡방안공식을 실현하였음.

(보통원심펌프(3))+(원추형후드밸브(6))-(채크밸브)=(자흡펌프) 그리고 자흡펌프는 기존의 자흡식 펌프들보다 효율이 높아 에너지절약목적을 달성하였으며 필터(10)를 급수관(4)과 3방향 절환밸브(16)사이에 설치하여 유수방향의 빈번한 변화를 이용하여 필터(10)의 청결의 유지가 자동으로 보존되도록 하므로서 부계통부의 신뢰성을 제고시켰을 뿐 아니라, 소형프로그래머블 제어기(31)를 사용하여 제3도와 같이 프로그램으로 개폐량의 자동제어과정을 무접점화하므로서 자동제어의 기술수평의 제고와 품질의 우수성과 신뢰성을 높여 주면서 원가절감을 할 수 있게 하였음.

본 발명은 소형화 항압화 통용화 시키고 에너지 절약으로 경제성을 높이고 사용의 극대화를 도모하는 등의 우수한 장점을 갖고 있어, 국내외에 신속히 보급되어 커다란 경제효과를 성취하리라고 확신하며 급수장치의 기술의 개진과 발전을 크게 가져온 것이다.

Claims

저수조와 흡수관으로 연결시킨 보조원심펌프(3)와 각 흡수관으로 연결시키는 주원심펌프를 급수관에 병열로 연결시킨 것에 있어서 각 원심펌프의 입수구와 출수구에 버터프라이밸브를 설치하여 저수조(1)가 원심펌프의 설치위치 보다 낮을 경우에는 각 흡입관의 하단부에 원추형후드밸브를 설치하고 보조원심펌프와 연결되는 흡수관의 상부수평단에 보충수 주입밸브를 설치하며 저수조가 각 원심펌프의 설치면과 동일평면 선상에 위치 할 경우에는 원추형후드밸브를 설치하지 않고 각 원심펌프의 토출구와 급수관 연결부에 체크밸브를 설치하며 급수관 중앙부에 압력계를 설치하고 급수관의 일단은 계이트밸브를 설치하여 급수사용관과 연결시키고 급수관의 타측단에는 필터를 설치하여 기압급수탱크에 연결시켜서된 대기압을 이용한 급수장치.
기압급수탱크를 중심으로하여 기압급수탱크(11)의 상부에 두 개의 전기접점식 압력계를 설치하여 하나는 보조원심펌프를 제어케하고 다른 하나는 각 주원심펌프를 제어케하며 보조원심펌프와 각 주원심펌프의 H-Q 의 특성이 근사한 경우에는 보조원심펌프를 제어하는 하나의 압력계를 설치 각 주원심펌프를 제어하는 하나의 압력계를 설치하고 각 주원심펌프를 제어하는 압력계로 모든 원심펌프를 제어할 수 있게하고 기압급수탱크의 하부배수관으로 연결되는 필터사이에는 체크밸브를 설치하며 필터와 체크밸브사이에는 약간 가는 급수관을 연결시켜 수압을 이용한 3방향 절환밸브의 급수와 연결하고 3방향 전환밸브의 출구는 기압급수 탱크내에 설치한 공기보충탱크와 연결시키며 3방향 절환밸브의 회수구는 회수관에 연결시켜 배수되게 하고 3방향 절환밸브의 급수구에는 전자변을 설치하여 회수관과 연결시키고 공기보충탱크의 보충수관에는 급기변과 체크밸브를 설치하여 체크밸브와 급수유량 조절밸브의 입수구와 연결시키고 급수유량조절밸브의 배수구와 기압급수탱크를 연결시키며 급수유량조절밸브의 수압제어구에는 두 개의 전자변을 병열로 연결시켜 하나의 절자변 입수구를 급수량 조절밸브의 입수구 연결관에 연결시키고 다른전자변은 회수관에 연결시켜 전자변이 열리면 급수구의 압력수를 배출시켜 압력을 떨어트려 급수유량조절밸브를 닫히게 한 대기압을 이용한 급수장치.
소형프로그램별 제어기의 수입단은 각 전기기접점식 압력계의 개폐기와 소방릴레이 등의 개폐신호인데 소형프로그램별 제어기의 내부에는 직유전원을 공급하고 소형프로그램별 제어기의 출력단에는 교류전원을 사용하여 각 전자변과 각 펌프의 구동모터 제어하는 마그네트릴레이들을 동작시키고 기압급수탱크의 기압을 전기접점식 압력계로 감지하여 자동제어 할 수 있게한 대기압을 이용한 급수장치.
기압급수탱크의 기압을 전기접점식 압력계로 측정하여 상, 하로 설정된 압력계의 제어압력과 기동압력을 비교하여 기압급수탱크의 기압이 압력계의 기동압력 Pk보다 낮을 때 한 번 발출된 기동신호를 J=1로 하여 재어통로선택 신호에 입력시키고 압력계의 기동신호 발출시간이 길면 일정기간에 한 번씩 절단시켜 J=1의 입력회수를 증가시키고 기압급수탱크의 기압이 압력계의 정지신호가 한 번 발출하면 K=1로 설정하여 제어동로 선택신호에 입력시켜 압력계의 정지신호가 길면 일정시간에 한 번씩 절단시켜 K=1의 입력회수를 증가시키는 대기압을 이용한 급수장치.
제2항에 있어서 필터를 부계통부 입수구의 유수방향이 자주 변화되는 급수관과 수압을 이용한 3방향 절환밸브사이에 설치하여 필터가 자동세척 되게 한 대기압을 이용한 급수장치.
제2항에 있어서 기압급수탱크의 하부 배수관에 연결되는 필터사이에는 체크밸브를 설치하여 그 사이에 약간 가는 급수관을 연결시켜 수압을 이용한 3방향 절환밸브의 급수구와 연결하고 출구는 공기보충탱크와 연결시키고 3방향 절환밸브의 급수구에는 전자변을 설치하여 회수관과 연결시켜서된 대기압을 이용한 급수장치.
제2항에 있어서, 보충수관에 설치한 체크밸브와 급수량 조절밸브의 입수구를 연결시키고 급수량 조절캘브의 배수구와 기압급수탱크를 연결시키되 급수유량조절밸브의 급수구에는 두 개의 전자변을 병열로 연결시켜 하나는 급수유량조절밸브의 입수구에 연결시키고 다른 하나의 전자변은 회수관에 연결시켜서 된 대기압을 이용한 급수장치.