KR100500970B1 - 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조 - Google Patents

자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하수 관정으로부터 펌핑되어진 물을 집수하여 저장하는 저수조에 공급되는 물의 수압을 이용하여 발전을 일으키는 소형의 수력발전기와 바람을 이용하여 발전을 일으키는 소형의 풍력발전기를 설치하고, 이 소형 발전기에서 발생되는 전기를 배터리에 충전 및 재생하여 자체적으로 전원을 조달함으로서 전기시설이 없는 섬과 산간벽지에 설치된 저수조의 수위레벨감지는 물론, 통제국과 무선으로 정보를 교환할 수 있는 각종 전자제어장치, 그리고 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기 등 전기를 필요로 하는 전자.전기기기의 설치가 가능하게 되며, 이로 인해 무인급수장치의 제어 및 관리를 보다 정밀하고 효율적으로 관리할 수 있는 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기가 유입되지 않은 곳에 설치된 저장조(30) 상측부에 관정으로부터 펌핑되는 물을 저장조(30) 내부로 유입시키는 배관(25)이 설치된 무인급수장치의 저장조에 있어서, 상기 저장조(30) 내부에 유입된 배관(25)의 토출구와 일정 간격을 두고 배치되어 낙하되는 물의 압력에 의해 회전하는 수차(41)가 설치되며 상기 수차(41)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 1 발전기(42)가 설치되고, 발전된 전기를 안정화시키는 레귤레이터(43)와 이를 통해 발전된 전기를 저장하는 배터리(44)로 이루어지는 소형수력발전기(40)가 설치되고, 상기 소형수력발전기(40)에서 발전된 전기를 레귤레이터(43)를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리(44)에 저장하여 배터리(44)에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급하도록 한 것을 특징으로 하며, 다른실시예로써 상기 저장조(30)의 상측에 지지대(51)의 끝단부에 바람에 의해 회전하는 프로펠러(52)가 설치되며 상기 프로펠러(52)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 2 발전기(53)로 이루어지는 소형풍력발전기(50)가 부가 설치되고, 상기 소형풍력발전기(50)에서 발전된 전기를 레귤레이터(43)를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리(44)에 저장하여 배터리(44)에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조{Water tank of an unmanned water-supply apparatus equipped with a private electric generator}
본 발명은 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하수 관정으로부터 펌핑되어진 물을 집수하여 저장하는 저수조에 공급되는 물의 수압을 이용하여 발전을 일으키는 소형의 수력발전기와 바람을 이용하여 발전을 일으키는 소형의 풍력발전기를 설치하고, 이 소형 발전기에서 발생되는 전기를 배터리에 충전 및 재생하여 자체적으로 전원을 조달함으로서 전기시설이 없는 섬과 산간벽지에 설치된 저수조의 수위레벨감지는 물론, 통제국과 무선으로 정보를 교환할 수 있는 각종 전자제어장치, 그리고 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기 등 전기를 필요로 하는 전자.전기기기의 설치가 가능하게 되며, 이로 인해 무인급수장치의 제어 및 관리를 보다 정밀하고 효율적으로 관리할 수 있는 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조에 관한 것이다.
일반적으로 섬이나 또는 산간벽지에서는 상수도 설치가 불가능하여 거의 대다수가 지하수에 의존하고 있으며, 이러한 지하수에서 펌핑된 물은 일정한 위치에 설치된 저수조까지 급수관을 통해 공급하고, 이 저수조에 공급되는 물을 다시 각 사용처로 공급하게 되며, 이러한 급수장치를 이용하여 지하수를 저수조에 공급 및 차단하는 일련의 과정을 무인으로 제어하는 무인급수장치가 널리 이용되고 있다.
즉, 도 1은 일반적인 무인급수장치의 구성도로서 취수정(20) 내에 지하수를 끌어올리는 수중펌프(27)가 설치되며, 상기 수중펌프(27)로부터 분출되는 지하수를 이송하는 배관(25)에는 지하수의 토출량을 조절하는 밸브(21)와, 토출량을 계측하는 수량계(22)와, 역류를 방지하기 위한 체크밸브(23)와, 저장조(30) 및 배관(25) 사이에 걸리는 압력을 감지하는 압력감지센서(24)가 서로 연결 설치되고, 관정을 통해 지하수의 유무를 감지하는 지하수검출센서(26)가 설치된다.
상기 배관(25)을 통해 취수정(20)으로부터 끌어올려진 지하수를 저장하는 저장조(30) 내부에는 수위에 의해 승.하강되는 부구(31)가 설치되며, 상기 압력감지센서(24)와 지하수검출센서(26), 압력감지센서(24)에는 별도의 장옥에 설치된 콘트롤부(10)와 연결된다.
이와 같이 구성된 무인급수장치는 수중펌프(27)의 구동으로 펌핑되는 지하수는 밸브(21)와 배관(25)을 통해 저장조(30)로 유입되며, 지속적인 물의 공급으로 저장조(30) 내의 수위가 상승되면 부구(31) 역시 상승되어 배관(25)의 토출구를 폐쇄하게 됨으로써 배관(25)의 압력은 급격히 상승되며, 이의 압력은 압력감지센서(24)에서 감지되어 콘트롤부(10)로 전송하게 된다.
또한, 지하수검출센서(26)는 지하수의 유무를 검출하여 그 검출된 신호를 콘트롤부(10)에 전송하며, 상기 콘트롤부(10)는 각각의 센서로부터 출력되는 신호를 분석하여 수중펌프(27)의 동작을 제어하게 된다.
즉, 압력감지센서(12)의 압력이 설정된 레벨 이상으로 감지될 경우나, 지하수검출센서(26)에 의해 지하수가 감지되지 않을 경우 수중펌프(27)의 구동을 정지시켜 저장조(30)로의 급수를 중단하게 된다.
이와 같이 동작되는 무인급수장치는 지하수의 유무, 그리고 배관(25)의 압력 등을 감지하여 수중펌프(27)을 제어함으로써 무인으로 지하수를 저장조(30)에 급수하게 되는 것이다.
그러나, 이러한 무인급수장치에서 관정으로부터 펌핑되는 물을 저장하는 저장조(30)는 섬이나 산간벽지 등과 같이 전기(電氣)가 유입되지 않는 곳에 설치되는 경우가 대부분으로 전기를 원동력으로 하는 전기.전자장치의 사용이 불가능하며, 이로 인해 저장조(30) 내에 유입되어 있는 수위를 전자적인 방법으로 감지할 수 없어 배관(25)에 가해지는 압력을 감지하여 수위를 측정하도록 하고 있다.
상기와 같이 저장조(30) 내에 유입된 수위를 배관(25)에 가해지는 압력으로 감지할 경우 저장조(30) 내부의 수위상승 및 하강에 따라 토출구를 개폐시키는 부구(31)와 배관(25)에 압력감지센서(12)의 설치가 필수적이며, 이러한 부구(31)는 저장조(30)내의 수위가 조금만 하강되어도 토출구를 개방시켜 배관(25)의 압력을 떨어뜨리게 됨으로써 수중펌프(27)와 압력감지센서(12)를 빈번하게 구동시킴에 따라 가장 잦은 고장을 일으키는 요인이 되는 것이다.
또한, 무인급수장치의 저장조(30)는 관정과는 상당한 먼 거리를 두고 산재되어 있는 관계로 인해 관할지역의 통제국에서 총괄적인 관리가 어려울 뿐만 아니라, 원거리에 위치한 통제국에서 각 지역에 산재해 있는 무인급수장치의 저수조에 어느 정도의 수위를 유지하는지, 현재 어떻한 동작을 하고 있는지 운전상황을 전혀 확인할 수 없어 관리상에 많은 어려움을 안고 있다.
따라서, 본 출원인은 대한민국 실용신안등록 제 194031호(등록일자 2000.06. 16) 및 특허공개번호 제 2001-107836호(공개일자 2001.12.07)에서 별도의 전선없이 모뎀과 전화선을 이용하여 다수 지역에 설치되어 있는 저장조(30)의 수위 등에 관한 정보를 원거리에 위치한 통제국에서 일괄적으로 제어하도록 한 것을 제안하고 있으며, 또한 실용신안등록 제 268713호(등록일자 2002.03.06)에는 관정에서 펌핑되는 물을 저장하는 저장조(30)에 염소를 투입하여 살균하는 염소투입기가 제안되어 있다.
이와 같이 저장조(30) 내부 수위레벨을 전자적으로 감지하거나, 별도의 전선없이 모뎀과 전화선을 이용하여 다수 지역에 설치되어 있는 저장조(30)의 수위정보를 원거리에 위치한 통제국에서 일괄적으로 제어하도록 한 것이나, 저장조(30)에 염소를 투입하여 살균하는 염소투입기 등은 원천적으로 동력원인 전기가 공급되어야 하지만 실제 저장조(30)가 설치된 곳에서의 전기수급은 매우 어려운 실정이다.
그 이유로서는, 상수도 설치가 불가능한 섬이나 산간벽지에 무인급수장치가 필요하게 되고, 더욱이 무인급수장치의 저장조(30)는 관정과는 상당한 먼 거리를 두고 산재되어 있는 관계로 인해 전기시설을 설치할 경우 막대한 비용이 소요되기 때문이며, 부득이 동력원이 필요할 경우 태양전지를 사용하고 있으나, 이 역시 많은 비용이 소요되는 만큼 기상의 조건 등에 의해 발전의 효과가 미미하여 실효성을 거두지 못하고 있는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로써 지하수 관정으로부터 펌핑되어진 물을 집수하여 저장하는 저수조에 공급되는 물의 수압과 낙차를 이용하여 발전을 일으키는 소형의 수력발전기와 바람을 이용하여 발전을 일으키는 소형의 풍력발전기를 설치하고, 이 소형 발전기에서 발생되는 전기를 배터리에 충전 및 재생하여 자체적으로 동력원을 조달함으로서 전기시설이 없는 섬과 산간벽지에 설치된 저수조의 수위레벨감지는 물론, 통제국과 무선 및 전화선으로 정보를 교환할 수 있는 각종 전자제어장치, 그리고 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기 등 전원공급을 필요로 하는 전자.전기기기의 설치가 가능하게 되며, 이로 인해 무인급수장치의 제어 및 관리를 보다 정밀하고 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에 따른 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조는 전기가 유입되지 않은 곳에 설치된 저장조 상측부에 관정으로부터 펌핑되는 물을 저장조 내부로 유입시키는 배관이 설치된 무인급수장치의 저장조에 있어서, 상기 저장조 내부에 유입된 배관의 토출구와 일정 간격을 두고 배치되어 낙하되는 물의 압력에 의해 회전하는 수차가 설치되며 상기 수차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 1 발전기가 설치되고, 발전된 전기를 안정화시키는 레귤레이터와 이를 통해 발전된 전기를 저장하는 배터리로 이루어지는 소형수력발전기가 설치되고, 상기 소형수력발전기에서 발전된 전기를 레귤레이터를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리에 저장하여 배터리에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급하도록 한 것을 특징으로 하며, 다른실시예로써 상기 저장조의 상측에 지지대의 끝단부에 바람에 의해 회전하는 프로펠러가 설치되며 상기 프로펠러의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 2 발전기로 이루어지는 소형풍력발전기가 부가 설치되고, 상기 소형풍력발전기에서 발전된 전기를 레귤레이터를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리에 저장하여 배터리에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급하도록 한 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 자가발전기가 구비된 무인급수장치에 있어 저장조의 구성도로서, 저장조(30) 상측부에는 관정으로부터 펌핑되는 물을 저장조(30) 내부로 유입시키는 배관(25)이 설치되고, 이 저장조(30) 내부에는 배관(25)의 토출구와 일정 간격을 두고 배치되어 낙하되는 물의 압력에 의해 제 1 샤프트(41a)를 중심으로 회전하는 수차(41)가 설치되며, 상기 제 1 샤프트(41a)에는 수차(41)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 1 발전기(42)가 설치되고, 이 제 1 발전기(42)로부터 출력되는 전원을 안정화 및 일정한 레벨의 직류전원으로 만드는 레귤레이터(43)와 이를 통해 발전된 전기를 저장하는 배터리(44)로 이루어지는 소형수력발전기(40)가 설치되며, 상기 소형수력발전기(40)에서 발전된 전기를 레귤레이터(43)를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리(44)에 저장하여 배터리(44)에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급된다.
그리고 다른실시예로써 상기 저장조(30)의 상측에는 바람에 의해 회전하는 프로펠러(52)가 지지대(51)의 끝단부에 설치되고, 상기 프로펠러(52)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 2 발전기(53)로 이루어지는 소형풍력발전기(50)가 부가 설치되고, 상기 소형풍력발전기(50)에서 발전된 전기를 레귤레이터(43)를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리(44)에 저장하여 배터리(44)에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급된다.
상기 저장조(30)의 상부에는 내부의 수위를 전자적으로 검출하기 위한 수위감지센서(70)가 설치되며, 또한, 저장조(30) 내부에 유입된 물의 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기(60)가 설치되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조(30)에 있어 발전기를 포함하는 전기장치의 구성도로서, 배관(25)의 토출구로부터 낙하되는 물의 압력에 의해 회전하는 수차(41)와, 풍력에 의해 회전하는 프로펠러(52)의 회전으로 전기를 발생시키는 제 1 발전기(42)의 출력단에는 전원을 안정화시켜 일정한 레벨의 직류전원으로 만드는 레귤레이터(43)가 연결되며, 상기 레귤레이터(43)로부터 출력되는 전기는 배터리(44)에 저장된다.
또한, 상기 배터리(44)에는 충전된 전원으로 각종 시스템을 구동하기 위해 서로 다른 레벨의 안정된 전원을 출력하는 정전압회로(45)가 연결되며, 이 정전압회로(45)로부터 출력되는 전원이 저장조(30) 내부에 유입된 물의 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기(60)와, 저수조의 전체 수위를 전자적으로 감지하는 수위감지센서(70)와, 그리고 상기 수위감지센서(70)에 의해 감지된 저장조(30)의 수위정보 및 기타 정보를 취합하여 무인급수장치를 콘트롤하는 무인급수장치 제어부 (80)의 구동 전원으로 공급하도록 되어 있다.
상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 작용관계를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 취수정(20)의 관정으로부터 펌핑되는 물이 배관(25)을 통해 저장조(30) 내부로 유입되면 도 3에서와 같이 상기 배관(25)의 토출구와 일정 간격을 두고 배치된 수차(41)가 낙하되는 수압에 의해 회전하게 되고, 이 수차(41)가 회전하게 되면 제 1 샤프트(41a)가 연동 회전한다.
상기 수차(41)와 제 1 샤프트(41a)가 연동 회전하게 되면 이 제 1 샤프트 (41a)에 연결된 제 1 발전기(42)에서 전기를 발생하여 출력하게 되며, 이 발생된 전기는 레귤레이터(43)에 인가되어 평활 및 정류하여 안정된 일정 레벨의 직류 전원으로 만들어 배터리(44)에 저장시키게 된다.
이와 같이 취수정(20)의 관정으로부터 펌핑되는 물이 배관(25)을 통해 저장조(30) 내부로 유입되는 시간동안 소형수력발전기(40)는 전기를 발생하여 배터리(44)에 저장하게 되는 것이다.
또한, 저장조(30) 상측에 설치된 소형풍력발전기(50)에 의해 전기를 발생시켜 배터리(44)에 저장한다. 즉, 바람에 의해 프로펠러(52)가 회전하게 되면 이 프로펠러(52)와 연결된 제 2 샤프트(51a)가 연동 회전하게 된다.
상기 프로펠러(52)와 제 2 샤프트(51a)가 연동 회전하게 되면 이 제 2 샤프트(51a)에 연결된 제 2 발전기(53)에서 전기를 발생하여 출력하게 되고, 이 발전전기는 레귤레이터(43)에 인가되어 평활 및 정류하여 안정된 일정 레벨의 직류 전원으로 만들어 배터리(44)에 저장시키게 된다.
따라서, 소형수력발전기(40)에 의해 저장조(30)에 물이 공급되는 시간동안 발전하여 전기를 발생시키고, 소형풍력발전기(50)에 의해 바람을 이용하여 발전시킴으로써 배터리(44)에 충전되는 전기의 용량을 최대화 하도록 하였다.
한편, 상기 배터리(44)에 충전된 전기는 정전압회로(45)를 거침에 따라 평활 및 정류되어 일정한 다수의 레벨을 갖는 정전압(Vcc1, Vcc2, Vcc3)을 출력시키게 되며, 이 다수 레벨의 정전압에 의해 저장조(30) 내부에 유입된 물의 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기(60)와, 수위감지센서(70)와, 상기 수위감지센서(70)에 의해 감지된 저장조(30)의 수위정보 및 기타 정보를 취수정(20)에 설치되어 무인급수를 제어하는 무인급수장치 제어부(80)에 구동 전원으로 공급하게 되는 것이다.
그러므로 본 발명에서는 소형수력발전기(40)와 소형풍력발전기(50)에서 발생되는 전기를 배터리에 충전 및 재생하여 자체적으로 동력원을 조달함으로서 전기가 유입되지 않는 섬과 산간벽지에 설치된 저장조(30)의 수위레벨감지는 물론, 통제국과 무선 및 전화선으로 정보를 교환할 수 있는 각종 전자제어장치, 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기 등 전원공급을 필요로 하는 전자.전기기기의 설치가 가능하게 되며, 이로 인해 무인급수장치의 제어 및 관리를 보다 정밀하고 효율적으로 관리할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 저장조(30)가 설치되어 있는 위치 또는 사양에 따라 소형수력발전기(40) 만을 설치하거나, 또는 소형수력발전기(40)와 소형풍력발전기 (50)을 모두 설치할 수 있다.
그리고, 소형수력발전기(40)를 구성하는 수차(41)의 배치는 물의 낙차를 이용하여 발전효율을 높일 수 있도록 배관(25)의 토출구와 일정한 간격을 두고 설치하였으나, 그 외에 배관(25) 사이에 설치가 가능할 뿐만 아니라, 소형풍력발전기(50) 역시 저장조(30) 주변의 바람이 많은 곳을 선택하여 설치할 수 있으므로 설치 위치는 제한하지 않으며, 발전원리는 통상적으로 널리 알려져 있는 것으로 발전원리 등의 설명은 생략하였다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 지하수 관정으로부터 펌핑되어진 물을 집수하여 저장하는 저수조에 공급되는 물의 수압과 낙차를 이용하여 발전을 일으키는 소형의 수력발전기와 바람을 이용하여 발전을 일으키는 소형의 풍력발전기를 저수조에 설치하고, 이 소형발전기에서 발생되는 전기를 배터리에 충전 및 재생하여 자체적으로 동력원을 조달함으로서 전기시설이 없는 섬과 산간벽지에 설치된 저수조의 수위레벨감지는 물론, 통제국과 무선 및 전화선으로 정보를 교환할 수 있는 각종 전자제어장치, 그리고 소독 및 살균을 목적으로 하는 염소투입기 등 전원공급을 필요로 하는 전자.전기기기의 설치가 가능하게 되며, 이로 인해 무인급수장치의 제어 및 관리를 보다 정밀하고 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 일반적인 무인급수장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자가발전기가 구비된 무인급수장치에 있어 저장조의
구성도.
도 3은 본 발명에 따른 자가발전기가 구비된 무인급수장치에 있어 발전기를
포함하는 전기장치의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 자가발전기인 수차의 동작상태도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
40 : 소형수력발전기 41 : 수차 41a : 제 1 샤프트
42 : 제 1 발전기 43 : 레귤레이터 44 : 배터리
45 : 정전압회로 50 : 소형풍력발전기 51 : 지지대
51a : 제 2 샤프트 52 : 프로펠러 53 : 제 2 발전기
60 : 염소투입기 70 : 수위감지센서
80 : 무인급수장치 제어부

Claims (2)

  1. ( 정 정 ) 전기가 유입되지 않은 곳에 설치된 저장조(30) 상측부에 관정으로부터 펌핑되는 물을 저장조(30) 내부로 유입시키는 배관(25)이 설치된 무인급수장치의 저장조에 있어서,
    상기 저장조(30) 내부에 유입된 배관(25)의 토출구와 일정 간격을 두고 배치되어 낙하되는 물의 압력에 의해 회전하는 수차(41)가 설치되며 상기 수차(41)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 1 발전기(42)가 설치되고, 발전된 전기를 안정화시키는 레귤레이터(43)와 이를 통해 발전된 전기를 저장하는 배터리(44)로 이루어지는 소형수력발전기(40)가 설치되고,
    상기 소형수력발전기(40)에서 발전된 전기를 레귤레이터(43)를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리(44)에 저장하여 배터리(44)에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조.
  2. ( 정 정 ) 제 1항에 있어서, 상기 저장조(30)의 상측에 지지대(51)의 끝단부에 바람에 의해 회전하는 프로펠러(52)가 설치되며 상기 프로펠러(52)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 제 2 발전기(53)로 이루어지는 소형풍력발전기(50)가 부가 설치되고, 상기 소형풍력발전기(50)에서 발전된 전기를 레귤레이터(43)를 통하여 안정화시킨 전기를 배터리(44)에 저장하여 배터리(44)에 저장된 전원를 이용하여 다수의 전기.전자장치에 구동전원으로 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 자가발전기가 구비된 무인급수장치의 저장조.
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