KR100645493B1 - 위험수위 대응 수문 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 수문 제어 장치에서 정전시나 자동 시스템의 고장시, 태풍이나 홍수 등으로 인해 해당 하천의 수위가 위험수위로 올라가면 해당 수문을 자동적으로 열어 하천의 수위와 유량을 조절하여, 예기치 않은 정전이나 시스템 고장시에도 하천의 급격한 수위변화로 인해 발생할 수 있는 피해를 능동적으로 방지할 수 있게 되는 것으로서, 수로에 설치되는 수문을 제어하는 수문 제어장치에 있어서, 외부 전원으로부터 소정 레벨의 직류 전원을 받아들여 충전시키는 충전부; 상기 수로의 수위를 실시간으로 감지하여 위험수위 감지시 상기 충전부의 충전전원을 후단으로 전달하는 수위 감지부; 상기 수위 감지부의 후단에서 상기 충전전원으로 인해 턴온되어 릴레이 접점을 통전시키는 릴레이; 및 상기 릴레이 접점의 통전에 따라 상기 충전부의 충전전원으로 동작하여 해당 수문을 강제 열림상태로 전환시키는 비상밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

수문, 하천, 유압

Description

위험수위 대응 수문 제어장치{FLOODGATE CONTROL APPARATUS}

도 1은 종래의 수문장치 중 유압식 수문을 나타내는 도면.

도 2는 종래의 유압식 수문장치의 유압 회로도.

도 3은 본 발명이 적용된 수문 제어장치를 나타내는 블록도.

도 4는 본 발명이 적용된 수문 제어장치의 유압 회로도.

도 5는 본 발명이 적용된 수문 제어장치의 비상밸브 구동 회로도.

본 발명은 위험수위 대응 수문 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 수문 제어 장치에서 정전시나 자동 시스템의 고장시, 태풍이나 홍수 등으로 인해 해당 하천의 수위가 위험수위로 올라가면 해당 수문을 자동적으로 열어 하천의 수위와 유량을 조절하여, 예기치 않은 정전이나 시스템 고장시에도 하천의 급격한 수위변화로 인해 발생할 수 있는 피해를 능동적으로 방지할 수 있게 되는 위험수위 대응 수문 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 관계수로, 하천 및 저수지 등의 수로는 농지관리나 관개용수 등에 적절히 활용하기 위하여 일정량의 물을 저장하여 두었다가 필요시 사용하는 목 적으로 이용되고 있다. 이러한 수로에는 물 관리, 즉 가뭄시에는 물을 저장하여 두고 비가 와 물의 양이 많을 때는 이를 방출하기 위해 수문을 개폐 작동하는 수문 장치가 구비된다.

이러한 수문장치에는 조절핸들을 회전시켜 인력으로 수문을 개폐하는 방법과 실린더를 이용하여 유압으로 수문을 회전시키거나 수문을 들어올리는 방법들이 사용되고 있다.

여기에서 상술한 종래의 수문장치 중 유압식 수문에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 유압식 수문은 제방의 배수로에 설치되어 저수량을 조절하기 위해 물을 저수하거나 방류하게 되는데, 수문(10)과, 이 수문(10)을 작동시켜 선회하게 하는 작동구(20)와, 이 작동구(20)를 수용 수납하는 하우징(30)으로 구성된다.

상기 수문(10)은 제방(3)의 배수로에 설치되어 저수량을 조절하기 위해 물을 저수하거나 방류하는 역할을 한다. 이러한 수문(10)은 양측 하부로부터 각각 일체로 길게 돌출된 축(11)이 바닥에 고정 설치된 고정 브라켓(13)을 회동되게 관통하는 방식으로 상기 제방(3)의 배수로에 설치되며, 따라서 수문(10)은 고정 브라켓(13)에 지지되며 그 배수로의 바닥으로부터 회동하며 선회할 수 있다.

상기 작동구(20)는 수문의 양측에 각각 설치되어 수문(10)을 선회시키는 구조부이다. 즉, 이 작동구(20)는 상기 축(11)상에 일측이 고정 설치된 연결링크(21)와, 일측이 이 연결링크(21)의 타측에 회동되게 연결되고 그 타측이 바닥으로부터 회동되게 설치된 유압 실린더(23)로 구성되어 수문(10)을 선회시킨다. 이때 이러한 유압 실린더(23)는 모터에 의해 작동된다.

이 연결링크(21)와 유압 실린더(23)는 수문(10)을 바닥으로부터 수직으로 입설시킬 시 그 수문(10)의 상면이 후술하는 하우징(30)의 상면과 동일면이 되게 설치함과 아울러 그 수문(10)이 바닥으로부터 소정 각도로 기울어지도록 서로 관련하여 설치됨이 바람직하다.

이상 설명된 바와 같은 종래의 유압식 수문은 대부분 외부 전원을 그 동력원으로 하여 수로의 수위에 따라 수문을 개폐시키게 되는데, 태풍이나 홍수 등과 같은 천재지변에 의한 갑작스러운 정전시에는 외부 전원이 단절되기 때문에 해당 수문을 개폐시킬 수 없어 수로의 수량조절에 실패할 수 밖에 없었다. 더군다나 이러한 천재지변에 의한 단전시에는 대게 급격한 수량 증가로 인해 해당 수문을 적절한 시기에 열어야 함에도 불구하고 단전이라는 악재까지 겹쳐지게 되면 해당 수로에 대한 수량 조절에 완전 실패하게 되는 것이다.

따라서, 최근에는 이러한 수문에 수동밸브를 구비시켜 단전과 같은 급박한 상황에서도 해당 수문을 인력을 통해 열 수 있도록 하는 기술이 제안된 상태이다. 도 2의 유압 회로도를 참조로 해당 수동밸브를 구비한 종래 방식의 수문 개폐 구조에 대해 설명한다.

도 2를 참조하면, 유압 펌프(25)를 통해 이송되는 유압유는 솔레노이드 밸브(22)를 거쳐 유압 실린더(23)에 충진된다. 따라서 유압유의 실린더(23) 충진 상태에 따라 해당 수문(10)은 개폐되게 된다.

이때, 갑작스러운 정전시에는 전기적으로 작동되는 상기 솔레노이드 밸브 (22)가 정상적으로 작동되지 않기 때문에 실제로 수위 조절을 위한 수문의 긴급한 개방이 이루어져야만 하는 경우에는 직접 사람이 해당 수문으로 가서 비상수동 밸브(24)를 조작해야만 해당 수문을 열 수 있게 된다.

따라서, 항상 수문 주위에 인력이 상주하면서 해당 수로의 수위를 주시하고 수위의 갑작스러운 증가가 인지되면 급격한 수량증가로 인한 사고를 방지하기 위해 직접 해당 비상수동 밸브 등을 수동으로 조작해 해당 수문을 열어야만 하는 바 실제 이러한 수문관리에서 많은 불편함과 인력낭비가 있는 실정이다. 더군다나 정전과 급격한 수위증가가 동시에 찾아오는 경우는 대게 태풍이나 홍수 등과 같은 천재지변이 그 원인이 되므로 이러한 인력을 통한 현장에서의 수동 조작에 의한 수문 개방은 많은 위험성을 내포하고 있는 것이 사실이다.

더군다나, 해당 수문을 제어하는 시스템의 갑작스러운 고장시에도 해당 수문을 개폐시킬 수 있는 별다른 수단이 없는 실정이어서 가장 중요한 수로의 수위조절을 상당부분 인력에 의지하고 있는 것이 사실이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 기존 수문 제어 장치에서 정전시나 자동 시스템의 고장시, 태풍이나 홍수 등으로 인해 해당 하천의 수위가 위험수위로 올라가면 해당 수문을 자동적으로 열어 하천의 수위와 유량을 조절하는 위험수위 대응 수문 제어장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위험수위 대응 수문 제어장치는, 수로 에 설치되는 수문을 제어하는 수문 제어장치에 있어서, 외부 전원으로부터 소정 레벨의 직류 전원을 받아들여 충전시키는 충전부; 상기 수로의 수위를 실시간으로 감지하여 위험수위 감지시 상기 충전부의 충전전원을 후단으로 전달하는 수위 감지부; 상기 수위 감지부의 후단에서 상기 충전전원으로 인해 턴온되어 릴레이 접점을 통전시키는 릴레이; 및 상기 릴레이 접점의 통전에 따라 상기 충전부의 충전전원으로 동작하여 해당 수문을 강제 열림상태로 전환시키는 비상밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 비상밸브는 수문 작동구에서 열림배관과 닫힘배관의 사이에 설치되며, 수문의 개폐를 담당하는 유압 실린더내의 닫힘상태 유압유를 상기 닫힘배관을 통해 회수하고 열림상태로 전환되도록 해당 유압 실린더로 상기 열림배관을 통해 재충진시켜 해당 수문을 개방시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 릴레이와 비상밸브의 사이에는 타이머가 더 포함되며, 상기 타이머가 해당 릴레이 접점을 통해 전달되는 충전전원을 소정 설정시간 동안 해당 비상밸브로 전달되도록 제어하여 강제적인 수문 열림시간을 제한하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 충전부는, 외부 전원을 통해 인입되는 상용교류전원을 소정 레벨의 직류전원으로 전환시키는 직류변환기; 상기 직류변환기로부터 전환되는 외부전원을 감지하여 외부 상용교류전원의 인입여부를 감지하고 외부 상용교류전원이 인입되지 않으면 해당 상황을 단전상황으로 시스템에 통보하는 통보기; 및 상기 직류변환기를 통해 전환된 소정 레벨의 직류전원을 받아 충전시키는 충전 지; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용된 수문 제어장치를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 외부 전원이 인입되는 전원부(50), 상기 외부 전원을 사용해 수문의 개폐를 담당하는 수문 작동구(80), 상기 수문 작동구(80)의 제어에 따라 개폐되는 수문(90) 그리고 상기 전원부(50)의 외부 전원을 충전하는 충전부(60), 해당 수로의 수위를 측정 및 보고하는 수위 감지부(70), 상기 수위 감지부(70)의 수위 측정에 따라 위험수위시 상기 충전부의 전원을 전달하는 릴레이(71), 상기 충전부 전원의 전달시간을 조절하는 타이머(72) 및 상기 충전부 전원으로 동작하여 해당 수문 작동구(80)를 통해 수문(90)을 소정 시간 개방시키는 비상 밸브(73)로 구성된다.

우선, 상기 수문 작동구(80)는 도 4의 유압 회로도에 도시된 바와 같이, 유압유의 공급과 회수를 통해 해당 수문(90)을 열고 닫게 된다.

그 동작을 살펴보면, 수문(90)을 닫고자 할 때에는 솔레노이드 밸브(81)가 개방됨과 동시에 유압 모터의 회전에 의하여 유압 펌프(82)가 유압유를 보내게 되는데, 해당 유압유는 상기 솔레노이드 밸브(81)를 지나 압력체크 밸브(83)와 흐름조절 밸브(84a)를 거쳐 수문 열림배관에 공급되어 유압 실린더(85)에 닫힘상태로 충진되게 된다. 유압유가 실린더에 계속 충진될수록 배관 및 시스템의 압력이 올라가며 유압 압력 감지기에 의하여 모터가 자동 정지하고 유압이 더이상 충진되지 않고 배관내 그 압력을 유지하여 수문이 완전 닫힘상태로 고정된다.

그리고, 이러한 유압유의 회수는 공급과 동시에 수문 열림배관을 지나 흐름조절밸브(84b)와 전자밸브(81)를 거쳐 유압유 저장탱크(86)에 저장된다.

또한, 수문(90)을 열고자 할 때에는 솔레노이드 밸브(81)가 개방됨과 동시에 유압 모터의 회전에 의하여 유압 펌프(82)가 유압유를 보내게 되는데, 해당 유압유는 상기 솔레노이드 밸브(81)를 지나 흐름조절 밸브(84b)를 거쳐 수문 닫힘배관에 공급되어 유압 실린더(85)에 충진되게 된다. 이 역시 유압유가 실린더에 계속 충진될수록 배관 및 시스템의 압력이 올라가며 유압 압력 감지기에 의하여 모터가 자동 정지하고 유압이 더이상 충진되지 않고 배관내 그 압력을 유지하여 수문이 열림상태로 고정된다.

그리고, 이러한 유압유의 회수 역시 공급과 동시에 수문 닫힘배관을 지나 흐름조절 밸브(84a)를 거치며 서서히 압력체크 밸브(83)와 전자밸브(81)을 거쳐 유압유 저장탱크(86)에 저장된다.

여기에서, 상기 유압 실린더(85)는 수문을 직접적으로 구동하게 되며, 흐름조절 밸브(84)는 유압유의 양을 조절하며, 압력체크 밸브(83)는 배관 및 실린더내의 현재 유압을 유지시키며, 솔레노이드 밸브(81)는 유압유의 흐르는 방향을 조절하며, 압력 감지기는 유압유의 압력을 감지하여 일정 압력에 도달시 모터 및 솔레노이드 밸브의 작동을 중단시키며, 유압 펌프(82)는 모터에서 동력을 전달받아 회전하며 유압유를 이송하는 기능을 하게 된다.

이때, 본 발명에서는 도 4를 참조로 설명된 상기 수문 작동구(80)에서 열림배관과 닫힘배관의 사이에 비상밸브(73)를 마련하게 된다.

이와 같이 열림배관과 닫힘배관의 사이에 설치된 상기 비상밸브(73)는 수문이 닫힘상태로 고정되어 있는 상태에서 닫힘상태를 유지하고 있는 유압 실린더(85)내의 유압유를 회수하여 열림상태로 전환되도록 유압 실린더(85)로 역방향으로 상기 회수된 유압유를 공급하여 해당 수문을 열림상태로 전환시키게 된다.

즉, 상기 비상밸브(73)는 수문의 개폐를 담당하는 유압 실린더내의 닫힘상태 유압유를 상기 닫힘배관을 통해 회수하고 열림상태로 전환되도록 해당 유압 실린더(85)로 상기 열림배관을 통해 재충진시켜 해당 수문을 개방시키게 되는 것이다.

실제, 수로에 설치된 자동 수문의 운영에 있어서 갑작스러운 시스템의 고장이 발생하거나 정전이 되는 경우에는, 상기 수문이 닫힌 상태에서 그같은 이유로 그대로 닫힌 상태를 유지되게 되어 수로의 물이 수문을 넘어 범람하게 되며 결과적으로 수량조절에 실패하게 된다.

따라서, 상기 비상밸브(73)는 자동 수문 시스템의 갑작스러운 고장이나 천재지변 등에 의한 단전 현상에서도 원활하게 작동하여 상기 수로의 범람을 방지할 수 있어야 한다.

도 3을 참조하여 이 같은 수로의 수문 시스템의 고장이나 단전시 비상밸브(73)의 동작을 설명한다.

기본적으로 수문의 전체적인 시스템은 전원부(50)를 통해 받은 외부 전원을 이용하여 상술한 수문 작동구(80)가 작동해 수문(90)의 개폐를 자동적으로 처리하게 됨으로써 원활한 수로의 수량관리를 이루게 된다.

하지만, 이러한 기본 시스템에서 본 발명은 외부전원을 충전하는 충전부 (60), 수로의 수량을 측정하는 수위 감지부(70), 상기 수위 감지부(70)에서 측정된 현재 수위에 따라 위험수위가 감지되면 통전되어 충전부(60)의 충전전원을 전달하는 릴레이(71), 상기 위험수위 감지에 따라 릴레이(71)를 통해 전달되는 충전전원의 비상밸브(73)로의 전달시간을 제어하는 타이머(72) 및 비상밸브(73)를 부가시키게 된다.

도 5를 참조하면, 상기 충전부(60)는 상기 전원부(50)를 통해 인입되는 상용교류전원(AC100, AC200)을 소정 레벨의 직류전원으로 전환시키는 직류변환기(61)와, 상기 직류변환기(61)로부터 전환되는 외부전원을 감지하여 외부 상용교류전원의 인입여부를 감지하고 외부 상용교류전원이 인입되지 않으면 해당 상황을 단전상황으로 시스템에 통보하는 통보기(62), 그리고 상기 직류변환기를 통해 전환된 소정 레벨의 직류전원을 받아 충전시키는 충전지(63)로 구성된다.

해당 도면에서 다이오드(D)는 해당 충전되는 직류전원의 역류를 방지하고, 저항(R1)은 충전 직류전원의 레벨을 조절한다.

이때, 상기 충전전원은 해당 도면에 도시된 바와 같이 직류 24V 인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

따라서, 상기 충전지(63)에 충전된 직류전원은 비상밸브(73)를 작동하기 위한 전원으로, 평시에는 해당 직류전원을 충전한 상태로 대기하게 된다.

여기에서, 상기 통보기(62)는 상기 직류변환기(61)의 후단에서 직류변환되어 인입되는 직류전원의 유무를 감지해 직류전원의 인입이 없으면 해당 상황을 수문 제어시스템에 통보하는 기능을 하는 바, 이러한 기능을 통해 시스템에서는 단전상 태를 즉각적으로 파악할 수 있게 된다. 또한 이러한 단전상태 파악을 통해 후술하는 비상밸브를 통한 수문 강제열림 이후 해당 수문을 다시 닫기 위한 단전시 후속조치를 취할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 수위 감지부(70)는 해당 수문이 설치된 하천의 수위를 측정하게 되는데, 이러한 수위 감지부(70)는 수위를 관측하기 위해 하천에 별도의 센서부표를 띄우게 되는 부표식 수위계나 연안에 설치되는 수평면 감지의 초음파식 수위계나 압력값 검출의 압력식 수위계로 구성될 수 있다.

이러한 수위 감지부(70)는 해당 하천의 수위를 감지하고 해당 하천이 소정 위험수위치에 이르게 되면 상기 충전지(63)의 충전전원을 후단으로 전달하게 된다. 이에 따라 회로내의 릴레이(71)는 턴온되어 해당 회로내의 개방상태에 있던 릴레이 접점들(R_E)을 도통시킴으로써 해당 충전지(63)의 충전전원이 후단으로 전달되도록 한다.

이와 같이 접점 릴레이(71)의 작동에 따라 전달되는 충전전원은 타이머(72)를 동작시켜 해당 타이머(72)의 설정된 동작시간 동안 타이머 접점(T_E)을 도통시킴으로써 해당 충전지(63)의 충전전원이 비상밸브(73)로 전달되도록 한다.

상기 충전전원으로 인해 동작하는 상기 비상밸브(73)는 상기 타이머(72)의 설정시간 동안 동작하여, 상술한 바와 같이 해당 비상밸브(73)가 닫힘 상태의 유압 실린더(85)에서 유압유를 회수 및 재공급하여 해당 수문을 강제 열림 상태로 만들게 된다.

이때, 상기 타이머(72)가 비상밸브(73)를 동작시키는 설정시간은 5분인 것이 바람직하며, 이러한 타이머(72)의 설정시간 동안은 강제적으로 해당 시간 동안 개방상태가 유지되도록 한다. 따라서, 정전상태에서 전기가 다시 들어오거나 시스템 고장상태가 치유되더라도 갑작스럽게 해당 수문에 대한 제어가 닫힘상태로 전환되는 것을 막는다.

이러한 강제적인 수문 열림을 만드는 비상밸브(73)의 동작은 상술한 바와 같이 해당 하천의 위험수위 감지시에 일어나게 된다.

이러한 위험수위의 감지시 비상밸브(73)에 의한 수문의 강제적인 열림은 충전지(63)의 전원을 사용하므로 단전상황이나 시스템의 고장에 관계없이 수행되어 단전이나 시스템 고장으로 인한 수문 시스템의 기능정지시에도 강제 수문 열림을 통해 해당 수로의 수량 조절이 원활하게 만들어 하천의 범람을 막을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 나타난 위험수위 대응 수문 제어장치는 하천의 수문 제어에 있어서 시스템의 제어가 불가능한 상태에서도 해당 하천의 수위가 위험수위로 올라가면 충전전원을 이용하여 해당 수문을 자동적으로 열어 하천의 수위와 유량을 조절함으로써 수문 범람을 원천적으로 방지할 수 있게 되는 효 과가 있다.

또한, 갑작스러운 정전이나 시스템 고장시에도 태풍이나 홍수 등과 같은 천재지변으로 인해 하천이 위험수위가 된다 하더라도 굳이 직접 사람이 해당 수문으로 가서 비상수동 밸브를 조작할 필요없이 자동적으로 해당 위험수위를 감지해 충전전원으로 해당 수문을 개방시키게 되기 때문에 위험상황에서 수문으로 인력을 투입할 필요없이 자동적으로 해당 하천의 수량을 안정적으로 조절할 수 있게 되는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 수로에 설치되는 수문을 제어하는 수문 제어장치에 있어서,

   외부 전원으로부터 소정 레벨의 직류 전원을 받아들여 충전시키는 충전부;

   상기 수로의 수위를 실시간으로 감지하여 위험수위 감지시 상기 충전부의 충전전원을 후단으로 전달하는 수위 감지부;

   상기 수위 감지부의 후단에서 상기 충전전원으로 인해 턴온되어 릴레이 접점을 통전시키는 릴레이; 및

   상기 릴레이 접점의 통전에 따라 상기 충전부의 충전전원으로 동작하여 해당 수문을 강제 열림상태로 전환시키는 비상밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 위험수위 대응 수문 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 비상밸브는 수문 작동구에서 열림배관과 닫힘배관의 사이에 설치되며, 수문의 개폐를 담당하는 유압 실린더내의 닫힘상태 유압유를 상기 닫힘배관을 통해 회수하고 열림상태로 전환되도록 해당 유압 실린더로 상기 열림배관을 통해 재충진시켜 해당 수문을 개방시키는 것을 특징으로 하는 위험수위 대응 수문 제어장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 릴레이와 비상밸브의 사이에는 타이머가 더 포함되며,

   상기 타이머가 해당 릴레이 접점을 통해 전달되는 충전전원을 소정 설정시간 동안 해당 비상밸브로 전달되도록 제어하여 강제적인 수문 열림시간을 제한하는 것을 특징으로 하는 위험수위 대응 수문 제어장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 충전부는,

   외부 전원을 통해 인입되는 상용교류전원을 소정 레벨의 직류전원으로 전환시키는 직류변환기;

   상기 직류변환기로부터 전환되는 외부전원을 감지하여 외부 상용교류전원의 인입여부를 감지하고 외부 상용교류전원이 인입되지 않으면 해당 상황을 단전상황으로 시스템에 통보하는 통보기; 및

   상기 직류변환기를 통해 전환된 소정 레벨의 직류전원을 받아 충전시키는 충전지; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 위험수위 대응 수문 제어장치.

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