KR100607542B1 - 송수관내 유체운동에너지를 이용한 무동력 차아염소산칼슘투입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간이상수도의 원수를 살균 소독처리하는데 있어 기존의 차아염소산칼슘을 사용 할 경우 산이나 건물 옥상에 설치되어있는 배수지 물탱크에서 약품을 투입하는 방식으로 약품보충 및 유지보수등이 불편하였으나, 이의 불편을 해소하기위하여 관정사에서 직접 송수관에 주입하는 방식으로, 벤추리관 내에서 유체 운동에너지변화에 따른 벤추리원리에 의한 흡입작용으로 무동력에의한 약품을 투입하게 함으로써 배수지에 일정한 잔류염소농도를 유지할 수 있게 하여 그동안 관정사내에서 약품주입방법으로 정량펌프를 사용하여 그로인해 발생했던 전기 및 기계적 고장을 해소하였고, 약품보충과 유지관리를 관정사에서 용이하게 할 수 있고 시공 또한 간편하게 한 것이다.

벤추리관, 분사노즐, 용해액이송관, 용해수조절밸브, 무동력약품투입기, 체크밸브, 관정사 송수관, 조절용 밸브

Description

송수관내 유체운동에너지를 이용한 무동력 차아염소산칼슘 투입장치{Hypo calcium chlorate injection equipment in water pipe use the fluid kinetic energy.}

도1 은 관정사내 분기수가 용해기를 통해 또 다른 분기관에 연결된 벤추리관에 흡입되고 이것이 다시 송수관에 합쳐져 배수지물탱크에 양수되는 전반적인 흐름을 나타내는 FLOW도.

도2 는 도1에 ⑥ 번으로 표시된 벤추리관의 구조를 나타내는 단면도.

도3 은 도2의 벤추리관에 삽입되는 여러형태의 분사노즐을 나타내는 단면도.

도면부호에 대한 설명

①심정펌프 ②1차분기관 ③무동력 약품투입기 ④용해수조절밸브 ⑤체크밸브 ⑥벤추리관 ⑦관정사 송수관 ⑧배수지물탱크 ⑨용해액이송관 ⑩분사노즐 ⑪벤추리관중앙목부분 ⑫벤추리관 원수유입구 ⑬안전밸브 ⑭조절용 밸브 ⑮2차분기송수관

음용수 살균소독에 사용되는 염소는 고체, 액체, 기체의 형태로 나뉘어지며 그중 대표적인 고체염소로 차아염소산칼슘을 들 수 있다. 백색의 정제 및 분말로 되어진 약품은 통상 1ton에 1g을 투입하면 70%함량이므로 0.7ppm이 유지할 수 있다. 그러나 약품이 물속에서 결합염소 및 잔류염소로 바뀌는 완전 용해시 까지 4∼5시간이 소요되는데 반하여 물사용은 특정한 시간대에 편중되어 소모되므로 농도의 부정확성을 야기하게된다. 따라서 배수지에서 약품을 투입하여 자연용해 하는 것 보다는 용해기 에서 용해되어 투입되어져야하고 이러한 일련의 작용이 물의 유입량에 맞추어 동시에 이루어질 때 가장 효과적이라 하겠다. 따라서 배수물탱크 상부에 유입량 비례하여 투입하는 장치 등이 있으나 물탱크가 높은 곳에 위치 관리상 불편한점이 있고 그러한 점 때문에 액체염소 소독기는 배수지가 아닌 관정사에 주로 설치되고 있다. 그러나 관정사의 송수관 주입방법은 전기에 의한 주입펌프를 사용함으로써 전기 및 기계적인 고장과 주기적인 부품교체 등의 단점 등이 있게 된다.

따라서 고체염소인 차아염소산칼슘을 사용하는 소독기는 주로 배수물탱크에 설치되고 있으며 태양열 및 무동력약품투입기③등 몇몇 제품들이 출시되어있으나 이들의 기술적 수준은 약품을 시간차로 직접투척하거나 용해기로 유입되는 공급수를 수동밸브로 유입수량을 적정화하여 약품에 침척하거나 흘러내리게 하여 염소농도를 갖게 되는 용해수로 배수물탱크에 투입하는 방법들이 있다. 여기에서 문제점은 소독기가 물탱크상부에 설치 약품보충이나 유지관리 시 불편하고 오르다 추락하는 위험이 있으며 소독기자체가 옥외에 노출 여름열사 및 겨울철 동파의 영향을 받게 되는 문제점도 있게 된다. 따라서 높은 곳의 배수지 물탱크⑧에 상기 무동력 약품투입기③를 유지관리 하기란 사실상 어려운 것이 되고 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 발명된 것이다. 대표적인 고체염소인 차아염소산칼슘(Ca(OCl)₂ 은 정제형태이며, 수용성으로 물에 쉽게 용해되고 유효염소가 용탈 후에는 석회만 남게 되고 약품으로서 가치를 상실하는 특성을 갖고 있다. 따라서 저수조 용량에 맞추어 적정량을 투입해주는 것이 이상적이나, 고체약품의 특성상 완전 용해 시까지는 4∼5시간이 소요되어지는바 특정시간대에 물을 과다 사용 할 경우 잔류염소가 유지되지 못한 채 공급되어질 수 있으며 또한 상하 와류현상이 없을 경우 저수조 밑바닥과 수면 층의 농도가 불균형이 있을 수 있다. 그래서 이러한 현상을 방지하기위해서는 용해하여 투입해야 하나 고지대에 위치한 배수물탱크에 약품보충 등 관리가 어려워 주로 관정사내에 전기적인 힘을 이용한 정량주입펌프를 이용 투입할 수 있으나 이는 액체염소를 사용해야하며, 이는 액체염소가 고체염소에 비해 보관 및 약품조달이 어렵고 전기적 고장, 부품교체 등의 관리상 문제가 자주 발생하는 문제점도 있게 된다.

이를 해결하고자 발명한 것이 관정사에서도 고체염소인 차아염소산칼슘을 용해하여 송수관에 투입할 수 있는 방법으로 정량펌프대신 무동력 약품투입기③의 용해수를 벤추리관⑥을 통해 투입할 수 있는 기술을 찾아내는 일이다. 즉 차아염소산칼슘을 일정하게 용해할 수 있는 무동력약품투입기③에 약품을 저장하고 유량과 유압을 적정화하여 유입수를 장치에서 약품을 일정 용해하여 이를 벤추리관⑥에 투입 하도록 한 원리는 다음과 같이 구성할 수 있다. 첫째 차아염소산칼슘 용해방법은 수 위차에 의해 약품저장조의 맨 하단부분만 물과 접촉케 하고 접촉되어 용해된 약 품이 회전력에 의해 일정하게 투입되는 실용신안등록 20-0237990호 수위차를 이용한 무동력 차아염소산칼슘 용해기를 이용한 무동력 약품투입기③를, 관정사 송수관⑦ 위치보다 높게 설치하고 둘째 송수관내 압력계 및 에어변등에서 1차 분기한 유입수가 상기 무동력약품투입기에서 약품을 용해하고 세 번째 다시 관정사 송수관⑦의 조절용 밸브⑭ 전에서 나온 2차의 분기관⑮을 관정사 송수관⑦ 방향으로 병목형태를 맞댄 모양의 벤추리관⑥을 병렬형태로 설치한후 벤추리관 중앙에 분사노즐⑩을 무동력염소투입기의 용해액이송관⑨과 연결하면 송수시 벤추리관⑥내 후면쪽에 순간적으로 속도가 빠르게 발생 분사노즐속의 용해액이 빨려나오게 하는데 있다. 즉 벤추리관 내에서 유체의 흐름을 고압에서 저압으로 바뀌는 압력차를 이용하면 연결된 노즐에 강한 흡입력이 발생케 되고 이는 무동력 약품투입기③에서 용해된 용해액을 분사노즐⑩을 통해 투입할 수 있고 이는 다시 벤추리관⑥에 이어진 2 차분기관⑮이 관정사 송수관⑦에 역류방지로 설치된 로터리밸브 같은 조절용밸브⑭ 직후에 연결하면 조절용 밸브⑭를 약간만 조정해도 조절용밸브 전후에 생기는 송수관내 감압작용으로 충분히 분기송수관의 물이 송수관⑦에 자연적으로 합쳐질 수 있고 따라서 용해액이 송수관에 투입될 수 있도록 한 것이다. 이러한 벤추리관⑥을 이용하여 약품을 투입하면 정량펌프사용시 발생하는 체크 볼 막힘 현상이나 전기 및 기계적 고장이 없이도 반영구적으로 사용할 수 있고 무동력약품투입기가 높은 배수지 물탱크⑧에 설치되지 않고 관정사내에 설치되어지기 때문에 고체염소인 차아염소산칼슘을 쓸 수 있는 잇점이 있고 따라서 유지보수가 편리하고 배수물탱크보다 시공의 용이성을 갖게 되는 것 등이다.

본 발명의 도1에서 보는 것 과 같이 지하수가 관정사내 심정펌프①에서 올라와 관정사 송수관⑦을 통과시 관정사에서 압력계 등에서 1차분기관②의 유입수를 이용하여 무동력 약품투입기③안으로 들어가면 약품저장조내 적층된 차아염소산칼슘이 수위차에 의해 약품 밑 부분만 접촉되고 용해된 용해수가 회전력에 의해 일정약품이 유량조절 오버드레인수와 함께 무동력약품투입기 측면하부에 연결된 용해액이송관⑨에 나오게 하면 관정사 송수관⑦에서 분기한 2차 분기관⑮에 송수관방향으로 병렬로 설치된 벤추리관⑥이 내부에 병목형태로 맞댄 구조 때문에 벤추리관⑥을 통과하는 유체의 압력차가 전후로 발생 후면쪽의 속도가 빨라지면서 중앙에 삽입된 분사노즐⑩에 강한 흡입력이 발생 용해액이 분사되게 된다. 따라서 무동력 약품투입기내 차아염소산칼슘이 접촉식방법으로 용해되어 관정사내 송수관⑦에 투입되고 배수지 물탱크⑧로 이송하게 되며, 벤추리관⑥에 이어진 2차분기관⑮이 관정사 송구관⑦에 역류방지로 설치된 로터리밸브 같은 조절용밸브⑭ 직후에 연결하면 조절용 밸브⑭를 약간만 조정해도 조절용밸브 전후에 생기는 송수관내 감압작용으로 충분히 분기송수관의 물이 관정사 송수관⑦에 자연적으로 합쳐질 수 있고 따라서 용해액이 송수관에 투입될 수 있도록 한 것이다. 또한 단수시 관정사 송수관⑦내 압력이 있어도 분사노즐⑩직전의 역류방지 체크밸브⑤에 의해 차단될수 있으며 반드시 2차 분기관⑮은 역류방지용으로 송수관에 기존 설치된 로터리밸브등 조절용 밸브⑭전에서 분기하되 연결은 조절용 밸브⑭직후 관정사 송수관⑦에 연결하여야하며 이는 조절용 밸브⑭의 약간의 조절로 인한 조절용 밸브⑭뒤편의 감압작용이 발생 약품용해액이 혼화된 2차 분기관⑮의 물이 다시 합쳐 배수지 물탱크⑧로 송수될수 있게 된다, 이러한 흡입원리는 약품용해액이 분사노즐⑩을 통해 벤추리관⑥으로 투입되는 과정에서 오리피스원리에 의한 와류까지 발생되어 용해액과 지하수가 잘 혼합되고 따라서 CT값을 높일 수 있는 효과도 갖게 된다.

수위차를 이용한 무동력 약품투입기③ 와 벤추리관⑥의 작동원리는 다음과 같다.

도1 에서의 관정사내 관정사 송수관⑦의 1차분기관②에서 유입되어지는 물이 용해수 조절밸브④를 통해 실용신안등록 20-0237990호 수위차를 이용한 무동력 차아염소산칼슘 용해기를 이용한 무동력 약품투입기③안으로 들어오게 되면 용해된 약액과 용해기 내부에 수위차를 형성하기 위해 오버플로워된 물이 합쳐지고 동시에 용해액 이송관⑨을 통하게 되며 다시 관정사 송수관⑦에서 분기되는 2차분기관⑮에 관정사 송수관⑦과 병렬로 설치된 벤추리관⑥ 중앙에 삽입된 분사노즐⑩에 의해 상기의 용해액이송관⑨의 물이 강하게 분사될수 있는 것은 벤추리관내 압력차에의한 후면쪽에 빠른유속이 발생하고 여기에 삽입된 분사노즐⑩에 강한 흡입력이 발생하기 때문이다. 따라서 관정사 송수관⑦에서 1차분기한 유입수를 무동력약품투입기에서 접촉식방법으로 용해하고 이를 다시 분기된 2차분기관⑮에 장착된 벤추리관⑥내 삽입된 분사노즐⑩에 의해 분사되게 할수있으며, 이는 분사노즐⑩ 뒤편의 강한 와류덕분에 약액과 원수를 혼화됨으로써 CT값을 높여주고 이는 다시 관정사 송수관⑦에 기설치된 조절용밸브⑭직후에 연결된 2차분기관⑮의 물이 조절용밸브⑭를 약간만조정해도 상기와 같은 감압작용으로 분기된 물이 다시 합쳐 질수 있게된다.

따라서 이러한 원리가 발생되는 벤추리관⑥을 이용 송수관에 약품을 투입한 결과 무동력약품투입기③의 차아염소산칼슘 용해량 거동실험결과가 아래와 같았으며 레벨스위치(접촉체적)가 높아질수록 기존의 배수물탱크에 설치한 것처럼 용해량도 증가하는 경향을 보여주고 있다.

1. 무동력 약품투입기 용해량거동

또한 상기의 무동력 약품투입기③에서 용해하여 벤추리관⑥을 통한 약품투입시 배수지 물탱크⑧에서의 잔류염소량 측정실험결과는 아래와 같다.

2. 벤추리관을 통한 약품투입시 잔류염소측정(LEVEL 4)

약품 차아염소산칼슘(70%)정제

조절기 LEVEL 4

관정 구경 Ø50

벤추리관 인입 구경 Ø25

벤추리관 약품투입 구경 Ø8

심정 펌프 2HP(1.5 KW)

3. 벤추리관을 통한 약품투입시 잔류염소측정(LEVEL 3)

약품 차아염소산칼슘(70%)정제

조절기 LEVEL 3

관정 구경 Ø50

벤추리관 인입 구경 Ø25

벤추리관 약품투입 구경 Ø8

심정 펌프 2HP(1.5 KW)

배수지 물탱크⑧의 잔류염소는 체류시간에따라 조금의 차이는 있으나 보통 1PPM을 기준으로 하며, 상기의 실험에서 약 1시간이 흐른후 잔류염소가 1PPM을 유지하는 것을 볼 수 있다. 이러한 일련의 과정으로 볼때 관정사내에서도 전기적인 동력이 필요한 정량주입펌프를 사용하지 않고도 유체역학을 이용 약품을 투입 할 수 있게 된 것이다.

또한 용해수 조절밸브④를 조정하여 무동력 약품투입기③로의 유입수를 조절함으로써 일정유량만이 유입되게 제어할 수 있고 이는 용해액 이송관⑨을 통하여 이송시 약품용해액과 공기가 일정비율 동시에 흡입됨으로써 기존 차아염소산칼슘을 사용하여 정량펌프 주입시 최대문제점인 체크밸브에 스케일로 인한 막힘 현상을 피할 수 있게 되었다.

관정사내 2차분기관⑮에 연결된 벤추리관⑥은 벤추리관 원수유입구⑫와 분사 노즐⑩이 설치된 벤추리관 중앙목부분⑪의 직경비는 2:1로하며 벤추리관 원수유입구⑫에서 벤추리관 중앙목부분⑪까지의 구배는 45°를 가지게 하여야 하며, 벤추리관⑥의 출구 쪽으로 나온 용해수가 관정사 송수관⑦에 합쳐질수 있도록 관정사 송수관⑦에 설치되어진 조절용 밸브⑭ 바로 뒤편에 배관이 연결 되어야하며, 만일의 경우 송수관내 체크밸브고장이나 송수중단 시 송수관내 원수가 역류되거나 또는 송수압이 높아 무동력약품투입기③로 원수가 역류됨을 방지하기 위하여 분사노즐⑩직전에 체크벨브⑤와 용해액이송관⑨에 안전밸브⑬가 설치 되어야 한다.

차아염소산칼슘을 사용하는 기존의 무동력 약품투입기③는 배수지 물탱크⑧ 상부에 설치되어있었으며, 배수지물탱크⑧는 대부분이 지상보다 높은 곳에 위치하기 때문에 약품보충 및 유지보수에 어려움이 많았었다. 이에 본 발명은 지하수를 펌핑 하는 관정사안에 무동력약품투입기를 설치함으로써 약품보충과 유지관리가 용이하게 되었으며 기존 관정사내에 설치되어있는 약품투입기가 대부분이 전기가 필요한 정량주입펌프로 이는 차아염소산나트륨 같은 액체염소만 사용해야만 되는데도 이를 무시하고 무리하게 차아염소산칼슘 같은 고체염소를 사용할 경우는 잔류석회에 의한 스케일 발생으로 체크밸브나 호스에 막힘 현상이 나타나 잦은 고장으로 약품을 주입 못하는 결과를 피할 수 있게 된다. 이러한 발명의 효과가 가능하게 된 것은 벤추리관에 유체흐름시 압력차에 따른 속도변화를 이용한 벤추리관⑥을 송수관에 장착하면 동력이 없이도 충분히 용해액을 관정사내 송수관에 흡입방법으로 투입할 수 있으며, 이는 벤추리관⑥ 내부의 분사노즐⑩뒷부분의 강한 와류발생으로 약품과 원수의 혼합이 원활하여 CT값을 향상시킬 수 있는 효과도 얻게된다. 또한 상기의 발명은 관정사내에 송수관 분기작업만으로도 간단히 설치할 수 있어 시공이 쉽고 동력을 사용치 않아 고장이 없고 한번 설치로 반영구적로 사용할 수 있어 매우 경제적이다.

한편 본 발명은 차아염소산칼슘을 용해하여 투입하는 방법만 아니라 약품 용해액 이송관⑨과 분사노즐⑩의 크기를 조절함으로써 액체염소인 차아염소산 나트륨 주입도 가능한 것 이며, 이는 지금까지 송수관에 약품주입 시 정량펌프를 사용하지 않고도 유체역학만을 이용하여 주입이 가능 하게한 혁신적인 성과를 이룰 수 있게 되었다. 또한 기타 수화제 화학물질의 혼합 및 이송에도 기계적인 동력이 없이도 투입 할 수 있는 길이 열려지게 됨으로써 경제적 파급효과 또한 매우 크다 할 수 있다.

Claims (3)

1. 도1 에 표시된 것과 같이 관정사내의 심정펌프①가 지하수를 관정사 송수관⑦을 통해 양수시 1차 분기관②을 통한 물이 용해수조절밸브④를 거쳐 무동력약품 투입기③로 들어가 차아염소산칼슘을 접촉용해후 용해액 이송관⑨으로 나오게 한 후 관정사 송수관⑦에 설치된 조절용 밸브⑭ 전에서 분기한 2차분기관⑮에 벤추리관⑥을 설치하고 용해액이송관⑨에서 연결된 분사노즐⑩이 삽입된 벤추리관 이음관이 관정사 송수관⑦에 설치되어진 조절용 밸브⑭바로 뒤에 연결 되면 벤추리관⑥내에 분사노즐⑩용해액이 흡입원리로 투입되고, 이는 다시 송수관 조절용 밸브⑭를 조정하여 발생한 감압작용으로 2차분기관⑮ 유입수가 관정사 송수관⑦에 다시 합쳐 질수 있어 이러한 유체역학을 이용하여 무동력으로도 약품을 송수관에 투입 할 수 있는, 송수관내 유체운동에너지를 이용한 무동력 차아염소산칼슘 투입장치.
2. 청구항1에 있어 벤추리관⑥ 내부는 병목형태로 맞대어지고 벤추리관 원수유입구⑫와 분사노즐⑩이 설치된 벤추리관 중앙목부분⑪의 직경비는 2:1로하며 벤추리관 원수유입구⑫에시 벤추리관 중앙목부분⑪까지의 구배는 45°이내로한, 송수관내 유체운동에너지를 이용한 무동력 차아염소산칼슘 투입장치.
3. 청구항1에 있어 분사노즐⑩ 직전에 체크밸브⑤와 수동의 안전밸브⑬를 설치하여, 원수공급 중단 시 원수가 약품투입기로 역류되는 것을 방지하고 분사노즐⑩ 과 용해액 이송관⑨의 크기를 조절하여 액체염소인 차아염소산 나트륨도 무동력으로 관정사 송수관⑦ 에 직접 주입 할 수 있으며, 기타 화학물질의 혼합 및 이송에도 효과적으로 활용 할 수 있는, 송수관내 유체운동에너지를 이용한 무동력 차아염소산칼슘 투입장치.

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