KR100903015B1 - 하이드로 시료수 채수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유속증대관에서 벤투리관으로 고속으로 토출되는 물의 유속에 의해 다수의 수중채수관에서 벤투리관으로 공급되는 시료수가 빠른 유속으로 이송되어 시료수를 수표면으로부터 약 30M이상 멀리 떨어진 측정소까지 채수할 수 있도록 하고, 또한 역세관을 이용하여 수중채수관에 쌓인 이물질을 제거할 수 있으며, 채수와 역세의 전 공정을 콘트롤러가 펌프, 타이머 및 밸브를 자동으로 제어하여 수행토록 하는 하이드로 시료수 채수장치에 관한 것으로,

그 구성은 수중채수관; 상기 수중채수관에서 채수한 시료수를 측정소까지 공급안내하는 공급관; 상기 수중채수관과 공급관 사이에 연결되고, 오목부가 형성되어 이를 통과하는 시료수의 압력을 낮추는 벤투리관; 상기 공급관에 장착되고, 수중채수관을 통해 벤투리관에 채수된 시료수를 공급관을 통해 측정소까지 압송하는 펌프; 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 벤투리관의 오목부와 연통되어 펌프를 통과한 시료수를 벤투리관으로 바이패스시켜 시료수의 유속을 증대시키는 유속증대관; 및 입력된 명령에 따라 전 공정을 자동으로 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

시료수, 채수, 펌프, 벤투리, 유속증대관, 베르누이,역세, 멀티

Description

하이드로 시료수 채수장치{Hydro sample picking apparatus for examination of water}

본 발명은 하천, 강, 댐, 해안, 담수호 등의 수질 오염도를 측정하기 위해 시료수를 채수하는 시료수 채수장치에 관한 것으로, 특히 강과 같이 폭이 넓고 깊은 곳에서 복수의 수중채수관을 이용하여 대표시료수를 여러 곳에서 동시에 채수토록 하고, 시료수 채수관 유로상에 벤투리관을 설치하여 채수 중인 시료수의 압력을 낮추고 펌프에서 토출된 일부 시료수가 벤투리관으로 다시 공급되게 유속증대관을 별도로 설치하여 유속증대관에서 벤투리관으로 고속으로 토출되는 시료수의 유속에 의해 수중채수관에서 낮은 압력으로 벤투리관으로 공급되는 시료수가 유속증대관에서 토출되는 시료수와 함께 빠른 유속으로 이송되어 시료수를 수표면으로부터 약 30M이상 멀리 떨어진 측정소까지 간단히 채수할 수 있도록 하며, 역세관을 이용하여 수중채수관에 쌓인 이물질을 제거하고, 또한 채수와 역세의 전 공정을 콘트롤러가 펌프, 타이머 및 밸브를 자동으로 제어하여 수행토록 하는 하이드로 시료수 채수장치에 관한 것이다.

산업발전으로 인하여 환경오염이 갈수록 심화되고 있기 때문에 하천, 강, 댐, 해안, 담수호 등의 수질을 깨끗하게 보호 및 관리하는 것이 요구되고 있다.

이러한 요구에 따라 하천, 강, 댐, 해안, 담수호 등에는 측정소까지 시료수를 채수하여 수질을 검사하기 위해 많은 종류의 시료수 채수장치가 설치되어 운용되고 있다.

종래의 시료수 채수장치는 대표적으로 바지선을 이용한 채수장치, 캔틸레버를 이용한 채수장치, 취수구를 이용한 채수장치, 맨홀을 이용한 채수장치, 및 가변형 수중채수장치 등이 있었다.

도 1a와 같이 바지선(1)을 이용한 채수장치는 강이나 댐에 바지선(1)을 띄워야 하기 때문에 강우가 집중되는 여름에 유량이 급격히 증가할 때 바지선(1)이 유실되는 단점이 있었다.

도 1b와 같이 캔틸레버(2)를 이용한 채수장치는 하천변에 고정식의 구조물을 설치하여 시료수를 채수하는 방식이므로 구조적으로 안정되지만, 강우시 유량증가에 따른 침수 및 파손이 빈번하게 발생하고, 수위센서의 감지에 의해 모터가 구동하여 수중펌프의 위치를 조절해야 하므로 동력공급이 필수적인 문제가 있었다.

도 1c와 같이 취수구(3)에 의한 채수구조는 하천변에 고정식 취수구를 설치하여 시료수를 채취하기 때문에 취수구 내부로 부유물질 및 이물질이 유입되어 막히는 현상이 발생하고 유량감소시 채수를 할 수 없고, 또는 댐에는 적용할 수 없는 단점이 있었다.

도 1d와 같이 맨홀(4)을 이용한 채수장치는 바닥에 맨홀(4)을 설치하고 그 내부에 채수관과 연결된 수중모터를 설치하여 시료수를 채수하는 구조이나, 바닥에 맨홀(4)을 설치해야 하므로 시공시 안전사고의 우려가 있고, 무엇보다 강과 같이 수심이 깊은 장소에는 시공이 어려워 적용할 수 없는 문제가 있었다.

도 2와 같이 가변형 수중채수장치(5)는 수심이 깊은 강가에 설치되어 시료수를 채수하는 구조로서, 강우시 레버(5a)에 지지된 수중모터(5b)를 들어올린 후 이 레버(5a)를 육상으로 회전이동시켜 레버(5a) 및 수중모터(5b)의 유실을 방지할 수 있다는 점에서 안전상의 장점은 있으나, 구조가 복잡하고 레버(5a)의 길이가 한정되어 강 중심의 대표시료수 및 수심이 깊은 곳의 시료수를 채수할 수 없는 단점이 있었다.

또한, 캔틸레버(2)형 채수장치 및 가변형 수중채수장치(5)는 강이나 하천가에 대형 구조물이 설치되어야 하므로 자연미관을 해치고 강우시 홍수에 의한 유실위험이 있었으며, 수중펌프를 사용해야 하므로 수중펌프 교체시 수중에서 작업이 수행되어야 하기 때문에 안전사고 위험성이 높은 단점이 있었다.

그리고, 상기한 채수장치들을 포함한 종래의 모든 채수장치들은 우리 나라 강이 폭이 넓고 깊은 점을 감안하면 강 중심부까지 채수관이 도달하기 어려워 대표시료수(표준시료수)의 채취가 어려운 단점이 있었다.

특히, 종래의 채수장치들은 채수된 시료수를 검사하는 수질측정소가 홍수에 대비해 대부분 강이나 하천으로부터 수직높이 약 10∼30M 이상 높은 곳에 위치하고 있기 때문에 시료수를 높은 곳에 위치한 측정소까지 흡입펌프로 압송하는데 많은 어려움이 있었다. 다시 말해, 현재 사용 중인 흡입펌프가 시료수를 수직높이로 압송하는 유효높이는 대략 8M가 한계이므로, 30M의 측정소까지 시료수를 압송하려면 8M간격으로 4개 이상의 흡입펌프를 일렬로 설치해야 하는데 이에 따른 설치비용 및 유지보수가 까다롭고, 흡입펌프 중 어느 하나가 고장나면 시료수를 채수하지 못하는 등 운용상에 많은 어려움이 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 채수장치들은 잦은 시료수 채수로 인하여 채수관 내부에 이물질이 쌓여도 이를 제거할 수 있는 수단이 없었기 때문에 결국 쌓인 이물질로 인하여 채수가 불가능할 경우 채수관을 자주 교체해야 하는 번거로움이 있었다.

이에 따라, 강이나 하천에서부터 30M이상 높이에 위치한 측정소까지 시료를 간편하게 공급하면서 이물질을 세척할 수 있는 역세수단을 갖는 채수장치가 요구되고 있는 것이 현실이다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 채수장치의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 강과 같이 폭이 넓고 깊은 곳에서 복수의 수중채수관을 이용하여 대표시료수를 여러 곳에서 동시에 채수할 수 있는 하이드로 시료수 채수장 치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 시료수 채수관 유로상에 벤투리관을 설치하여 채수 중인 시료수의 압력을 낮추고, 펌프에서 토출된 일부 시료수가 벤투리관으로 다시 공급되게 유속증대관을 별도로 설치하여, 유속증대관에서 벤투리관으로 고속으로 토출되는 시료수의 유속에 의해 수중채수관에서 낮은 압력으로 벤투리관으로 공급되는 시료수가 유속증대관에서 토출되는 시료수와 함께 빠른 유속으로 이송되어 시료수를 수표면으로부터 약 30M이상 멀리 떨어진 측정소까지 간단히 채수할 수 있도록 하는 하이드로 시료수 채수장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 펌프에서 토출된 시료수를 다시 역세관을 이용하여 수중채수관으로 강하게 역이송시켜 수중채수관에 쌓인 이물질을 제거하고, 또한 채수와 역세의 전 공정을 콘트롤러가 펌프, 타이머 및 밸브를 자동으로 제어하여 수행토록 하는 하이드로 시료수 채수장치를 제공함에 있다.

이러한 하이드로 시료수 채수장치는, 채수장소에 연장설치되고 그 단부가 수중에 노출되어 시료수를 채수하는 수중채수관;

상기 수중채수관과 연결되고 측정소까지 연장되어, 수중채수관에서 채수한 시료수를 측정소까지 공급안내하고 그 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 밸브가 장착된 공급관;

상기 수중채수관과 공급관 사이에 연결되고, 상기 관들보다 내경이 좁게 오목부가 형성되어 이를 통과하는 시료수의 압력을 낮추는 벤투리관;

상기 공급관에 장착되고, 수중채수관을 통해 벤투리관에 채수된 시료수를 공급관을 통해 측정소까지 압송하는 펌프;

상기 공급관보다 좁은 내경을 가지며, 그 일단부가 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 벤투리관의 오목부와 연통되어 시료수 채수시 펌프를 통과한 시료수를 다시 벤투리관으로 바이패스시켜 공급관을 통과하는 시료수의 유속을 증대시키고, 그 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 밸브가 장착된 유속증대관; 및

입력된 명령에 따라 상기 펌프, 타이머 및 밸브의 구동을 제어하여 채수공정을 자동적으로 수행토록 하고, 유속증대관의 유량과 유압을 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

본 발명에 따른 다른 실시예의 하이드로 시료수 채수장치는, 채수장소에 연장설치되고 그 단부가 수중에 노출되어 시료수를 채수하는 수중채수관;

상기 수중채수관과 연결되고 측정소까지 연장되어, 수중채수관에서 채수한 시료수를 측정소까지 공급안내하고 그 유로상에 시료수의 유량 및 유압을 제어하는 밸브가 장착된 공급관;

상기 수중채수관과 공급관 사이에 연결되고, 상기 관들보다 내경이 좁게 오 목부가 형성되어 이를 통과하는 시료수의 압력을 낮추는 벤투리관;

상기 공급관에 장착되고, 수중채수관을 통해 벤투리관에 채수된 시료수를 공급관을 통해 측정소까지 압송하는 펌프;

상기 공급관보다 좁은 내경을 가지며, 그 일단부가 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 벤투리관의 오목부와 연통되어 시료수 채수시 펌프를 통과한 시료수를 다시 벤투리관으로 바이패스시켜 공급관을 통과하는 시료수의 유속을 증대시키고, 그 유로상에 시료수의 유량 및 유압을 제어하는 밸브가 장착된 유속증대관;

상기 공급관보다 좁은 내경을 가진 역세관 일단부가 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 수중채수관과 연통되어, 펌프에 의해 벤투리관과 공급관을 경유하여 역세관으로 공급된 세척수를 수중채수관으로 압송시켜 수중채수관을 세척하는 세척수단; 및

입력된 명령에 따라 상기 펌프, 타이머 및 밸브의 구동을 제어하여 채수공정을 자동적으로 수행토록 하고, 유속증대관 및 역세관의 유량과 유압을 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

여기서, 상기 세척수단은 상기 세척수단은 수중채수관 단부와 벤투리관의 오목부 사이의 유로상에 관통되고, 세척수 유입을 개폐할 수 있도록 개폐밸브가 장착된 세척수 유입관;

일단부가 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 수중채수관에 연통되어, 펌프의 구동에 의해 상기 세척수 유입관을 통해 벤투리관 및 공급관을 경유한 세척수를 수중채수관으로 압송안내하는 역세관;

상기 수중채수관 단부에 장착되어 수중채수관을 역세척할 때 역세관을 통해 수중채수관으로 압송된 세척수가 벤투리관으로 토출되지 않도록 제어하는 세척제어밸브;를 포함한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 시료수 채수장치는 벤투리관을 수표면 또는 수표면과 근접된 수중에 위치시켜 시료수가 자연수압으로 벤투리관까지 공급되게 하고, 이러한 상태에서 펌프를 구동시켜 구동초기 일정시간 동안 펌프에 의해 압송된 시료수가 유속증대관으로 공급된 후 벤투리관 및 공급관을 경유하여 다시 유속증대관을 순환토록 함으로써, 펌프 구동이 진행될수록 점차 유압이 상승한 상태에서 유속증대관에서 벤투리관으로 토출된 시료수가 압력이 낮은 벤투리관 오목부의 시료수를 강제로 공급관으로 이송시키게 된다.

이러한 상태가 지속되어 유속증대관의 유속이 더욱 빨라져 채수 중인 시료수의 압력이 설정된 정상압에 이르게 되면, 콘트롤러가 공급관의 밸브를 자동 개방하여 펌프에서 토출된 시료수 중 일부는 측정소로, 나머지는 다시 유속증대관으로 바이패스시켜 유속증대관의 압력이 설정된 압력을 유지토록 한다.

따라서, 펌프 구동 후 일정시간이 지나 시료수의 정상공급 상태가 되면, 유속증대관 출구에서 토출된 시료수는 압력이 순간 낮아지면서 빠른 속도로 공급관으로 이동하게 되고 이 과정에서 벤투리관 오목부에 위치한 낮은 압력의 시료수를 끌 어당기면서 이송하게 되므로, 결국 벤투리관에서부터 약 30M 거리에 위치한 측정소까지 1개의 펌프를 이용하여 시료수를 안정되게 공급할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 계속된 시료수 채수로 인하여 유속증대관 내부에 이물질이 적층되어 유속증대관 세척을 설정하면, 콘트롤러에 의해 수중채수관이 폐쇄되고 벤투리관 근처에 위치한 세척수유입관이 개방된다. 따라서 세척수유입관, 벤투리관, 공급관, 유속증대관을 통과하는 시료수가 점차 고압으로 상승되어 설정된 세척압이 이르게 될 때 콘트롤러에 의해 공급관의 밸브가 개방되면 고압의 세척수가 토출되므로 유속증대관 및 공급관의 유속은 급속히 빨라져 벽면에 적층된 이물질을 깨끗이 세척하게 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 상기 유속증대관과 같은 방법으로 수중채수관을 역세척할 수 있는 효과가 있다. 즉 역세관 밸브 및 세척수유입관을 개방하고, 역세관 단부에 위치한 개폐밸브를 차단하면 펌프의 구동에 의해 세척수유입관으로 공급된 세척수는 벤투리관, 공급관, 역세관을 공과하는 시료수가 점차 고압으로 상승되어 설정 세척압에 이를 때 콘트롤러에 의해 역세관 단부에 위치한 밸브가 개방되면 고압의 세척수가 수중채수관으로 빠른 속도로 공급되어 벽면에 적층된 이물질을 깨끗이 세척하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하이드로 시료수 채수장치의 구성을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 시료수 채수장치의 사용상태를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 시료수 채수장치의 배관도이고이며, 도 5는 본 발명에 따른 시료수 채수장치의 펌프 설치상태의 개략도이다. 도 6은 본 발명에 따른 벤투리관에 유속증대관이 설치된 상태의 배관도이고, 도 7은 본 발명에 따른 벤투리관 확대 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 필터의 확대도이다. 도 9는 본 발명에 따른 필터의 측단면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 공급관 단면도이며, 도 11은 본 발명에 따른 수중채수관 단면도이며, 도 12는 본 발명에 따른 콘트롤러의 제어계통도이다.

상기 도면에서와 같이 본 발명에 따른 하이드로 시료수 채수장치는(10), 수중채수관(11), 상기 수중채수관(11)에서 채수한 시료수를 측정소(H)까지 공급안내하는 공급관(12), 상기 수중채수관(11)과 공급관(12) 사이에 연결되고 상기 관들보다 내경이 좁게 오목부가 형성되어 이를 통과하는 시료수의 압력을 낮추는 벤투리관(13), 상기 공급관(12)에 장착되고 수중채수관(11)을 통해 벤투리관(13)에 채수된 시료수를 공급관(12)을 통해 측정소(H)까지 압송하는 펌프(P), 시료수의 유속을 증대시키는 유속증대관(14), 및 입력된 명령에 따라 펌프(P), 타이머 및 각 관에 설치된 밸브들을 선택적으로 개폐하여 채수공정을 자동적으로 수행토록 하는 콘트 롤러(C);를 포함한다.

또한, 본 발명의 시료수 채수장치(10)는 수중채수관(11)을 역세척하는 세척수단(15)을 더 포함한다.

상기 수중채수관(11)은 벤투리관(13)에서부터 시료수 채수시점까지 연장된 유로관으로써, 시료수가 유입되는 그의 입구측 끝단부는 수중에 노출되게 설치되어야 한다.

상기 수중채수관(11)은 복수의 장소에서 동시에 또는 부분적으로 대표시료수를 채수할 수 있도록 복수 개가 피복재(11a) 및 방수재(11b)에 매립되고, 그 각각의 출구측 끝단부는 벤투리관(13)과 연통된다. 본 발명의 도면에서는 상기 수중채수관(11) 3개가 피복재(11a) 및 방수재(11b)에 매립된 상태를 보이고 있다. 이러한 본 발명의 취지에 따라 상기 수중채수관(11)은 2개 이상을 피복재(11a) 및 방수재(11b)에 매립되게 하여 멀티 채수관 형태로 구성하여, 채수 조건에 따라 그 수량을 선택적으로 조절할 수 있다.

또한, 상기 수중채수관(11)은 부력체(B)에 지지되어 수위에 관계없이 수표면으로부터 일정한 깊이에 위치되고, 그 단부는 물의 흐름방향을 따라 수평상태를 유지할 수 있도록 플렉시블하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 수중채수관(11)의 입구측 끝단부에는 수중의 불순물 유입을 방지하는 필터(11c)가 장착되는데, 상기 필터(11c)는 중앙이 볼록한 원기둥 형상으로 구성되 어 후방으로 갈수록 폭이 좁게 유선형상을 가지며, 그 최후방에는 유입구(11c-1)가 내부와 연통되고, 측면에는 내부와 연통되게 복수 개의 여과공(11c-2)이 관통된다.

이와 같이 구성된 필터(11c)는 볼록한 중앙에서부터 후방으로 갈수록 폭이 좁은 유선형상으로 구성되어 수중의 이물질이 유선형상의 몸체에 미끄러지면서 흐르도록 하여 이물질 유입을 최대한 억제시키는 효과가 있다.

상기 공급관(12)은 벤투리관(13) 출구와 연통되게 이음되어 벤투리관(13)을 지난 시료수를 측정소(H)까지 안내하는 관으로 육상에 배치되는데, 노출되거나 또는 지하에 매립되게 설치된다. 이러한 공급관(12)은 벤투리관(13)을 통과한 시료수가 원활하게 흐를 수 있도록 상기 유속증대관(14) 및 역세관보다 내경이 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급관(12)은 그 경로상에 펌프(P)와 보조펌프(P1)를 선택적으로 사용할 수 있도록 2개의 유로가 서로 연통되고, 이들 2개의 각 유로는 시료수를 채수 및 차단할 수 있도록 밸브(12a)에 의해 선택적으로 개폐되며, 이들 공급관(12) 어느 일측 유로에는 펌프(P)가 나머지 유로에는 보조펌프(P1)가 장착되는 것이 바람직하다.

상기 공급관(12)에는 측정소(H)와 근접된 위치, 즉 역세관(15b)이 연결되는 후방위치에 펌프(P)에서 토출된 시료수를 유속증대관(14) 또는 역세관(15b)으로 공급 및 차단할 수 있는 공급밸브(12b)가 설치된다. 콘트롤러(C)가 상기 공급밸브(12b)를 자동으로 개방하게 되면 펌프(P)에서 토출된 시료수가 측정소(H)로 공급 되고, 차단하면 시료수가 유속증대관(14) 또는 역세관(15b)으로 이송된다. 또한 상기 공급관(12)에는 시료수의 압력을 확인할 수 있는 압력계(12c)가 설치된다.

상기 공급관(12)은 유속증대관(14) 및 역세관(15b)과 함께 피복재(12d)에 의해 감싸여져 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 벤투리관(13)은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 없어서는 아니될 아주 중요한 요소이다. 상기 벤투리관(13)은 유체의 압력을 낮추어 유체의 속도를 증가시키는 공지의 기술로서 유체관련 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 벤투리관(13)은 도면에서 보는 바와 같이 그 유로상에 내경이 최소화된 오목부(13a)가 형성되고, 상기 오목부(13a)를 경계로 그 양측에 확관부(13b)가 형성된다. 따라서 채수 중인 시료수가 상기 오목부(13a)를 통과할 때 유량 및 압력이 최소가 되어 유동성이 증가 된다. 그러므로 유속증대관(14) 출구에서 고속으로 토출된 시료수가 상기 오목부(13a)를 고속으로 통과할 때 오목부(13a)에 위치한 낮은 압력의 시료수를 연속적으로 끌어당기면서 공급관(12)으로 이송하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.

상기 벤투리관(13)의 위치는 수표면 또는 수표면과 근접되는 수중에 위치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 벤투리관(13)이 수표면 또는 수표면과 근접된 수중에 위치되면, 수중 자연압상태에서 시료수의 채수 높이가 유체역학분야에서 널이 이용되는 베루누이 정리에 의해 최대 수표면까지 채수되기 때문이다.

상기 펌프(P)는 상기 공급관(12)의 양측 유로상에 펌프(P)와 보조펌프(P1)가 설치되어, 펌프(P) 고장시 즉시 보조펌프(P1)를 사용할 수 있도록 하였다. 여기서, 본 발명에 사용되는 펌프(P)는 흡입펌프이다.

상기 유속증대관(14)은 상기 펌프(P)의 구동에 의해 압송된 시료수를 벤투리관(13) 및 공급관(12)을 경유하여 다시 펌프(P)에서 토출된 후 유속증대관(14)을 순환토록 안내하는 것으로, 본 발명을 달성하기 위하여 상기 벤투리관(13)과 함께 아주 중요한 요소이다.

상기 유속증대관(14)은 펌프(P) 구동 초기 일정시간 동안 펌프(P)에서 토출된 시료수 전체를 벤투리관(13)으로 공급안내 한다. 따라서 상기 안내된 시료수가 벤두리관, 공급관(12), 펌프(P), 유속증대관(14)을 연속적으로 순환토록 하고, 이 순환과정에서 수중채수관(11)과 벤투리관(13)을 통해 공급된 시료수에 의해 유속증대관(14), 벤투리관(13) 및 공급관(12)의 압력은 채수에 필요한 정상압까지 상승하게 된다.

이후, 콘트롤러(C)가 공급관(12)의 공급밸브(12b)를 자동 개방하여 펌프(P)에서 토출된 시료수 중 일부는 측정소(H)로, 나머지는 다시 유속증대관(14)으로 바이패스 시키게 되므로, 공급관(12) 및 유속증대관(14)의 압력이 설정된 정상압력을 유지하면서 시료수를 연속적으로 채수하게 된다.

이와 같이 상기 유속증대관(14)은 시료수를 벤투리관(13)으로 바이패스시키는 기능을 하게 되는데, 상기 유속증대관(14) 출구는 상기 벤투리관(13)의 오목 부(13a)와 일치되게 벤투리관(13) 내부로 삽입되고 그 출구가 공급관(12)과 동일방향으로 위치되는 것이 요구된다.

그리고, 상기 유속증대관(14)의 내경은 시료수 채수시 시료수 일부가 측정소(H)로 공급됨을 감안하여 공급관(12)의 내경보다 더 작은 크기를 갖는 것이 바람직하고, 그 출구 내경은 벤투리관(13)의 오목부(13a) 내경과 같거나 더 작은 것이 좋다.

상기 콘트롤러(C)는 입력된 명령에 따라 상기 펌프(P), 타이머(T), 각 관에 설치된 밸브(12a)(12b)(15c)(15b-1) 및 체크밸브(16)들을 선택적으로 개폐하여 시료수 채수 및 역세공정을 자동으로 수행하게 된다.

여기서, 상기 타이머(T)는 역세공정을 수행할 때 시료수가 역세관(15b)으로 공급되는 시간을 제어하여 역세공정이 일정 시간동안 지속되도록 한다. 이후 상기 콘트롤러(C)는 타이머(T)가 설정한 역세공정이 끝나고, 다시 채수공정을 수행할 경우에 시료수가 공급관(12) 및 유속증대관(14)을 통해 흐르도록 상기 밸브(12a)(12b)(15c)(15b-1)들을 자동으로 조작하게 된다.

이와 같이 콘트롤러(C)의 제어에 의한 자동 시료수 채수공정 및 역세공정은 후술에서 자세히 설명된다.

한편, 본 발명은 벤투리관(13)과 수중채수관(11) 사이의 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 체크밸브(16)가 더 설치된다. 상기 체크밸브(16)는 일단 펌프(P) 를 구동시켜 시료수를 채수한 다음 다시 시료수를 채수할 때 공급관(12) 및 유속증대관(14)에 이미 저장된 시료수가 역류되지 않도록 하여 펌프(P)가 구동하면 즉시 저장된 시료수가 이동하여 시료수 채수를 단시간에 수행할 수 있도록 한 것이다.

따라서, 상기 체크밸브(16)는 펌프(P) 구동 초기 수중채수관(11)을 통해 벤투리관(13)으로 유입되는 시료수가 역류되지 않도록 하여 단시간에 벤투리관(13), 공급관(12), 유속증대관(14)의 압력을 상승시키는 것으로, 상기 콘트롤러(C)에 의해 자동개폐된다.

그리고, 본 발명의 시료수 채수장치(10)는 수중채수관(11)을 역세척하는 세척수단(15)이 더 구비된다. 상기 세척수단(15)의 구성은 수중채수관(11) 단부와 벤투리관(13)의 오목부(13a) 사이의 유로상에 관통되고, 세척수 유입을 개폐할 수 있도록 개폐밸브가 장착된 세척수 유입관(15a);

일단부가 펌프(P)와 측정소(H) 사이의 공급관(12)에 연결되고 타단부가 수중채수관(11)에 연결되어, 펌프(P)의 구동에 의해 상기 세척수 유입관(15a)을 통해 벤투리관(13) 및 공급관(12)을 경유한 세척수를 수중채수관(11)으로 압송안내하고, 그 유로상에 시료수의 유량 및 유압을 제어하는 밸브(15b-1)가 장착된 역세관(15b); 및

상기 수중채수관(11) 단부에 장착되어 수중채수관(11)을 역세척할 때 역세관(15b)을 통해 수중채수관(11)으로 압송된 세척수가 벤투리관(13)으로 토출되지 않도록 제어하는 세척제어밸브(15c);를 포함한다.

이와 같이 구성된 세척수단(15)은 콘트롤러(C)에서 수중채수관(11) 세척모드를 선택하고 타이머(T)를 이용하여 펌프(P) 구동시간을 설정하면, 펌프(P)의 구동에 의해 세척수가 상기 세척수 유입관(15a)으로 유입되어 벤투리관(13) 및 공급관(12)을 경유하여 펌프(P)에서 토출된 후 역세관(15b)으로 압송되어 고압상태가 되고, 유로상의 압력이 세척압에 이르게 될 때 역세관(15b) 단부에 설치된 밸브(15b-1)를 개방하면, 세척수는 고속으로 토출되어 수중채수관(11) 내벽에 적층된 이물질을 깨끗이 제거하게 된다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이드로 시료수 채수장치의 시료수를 채수과정 및 세척과정을 상세히 설명한다.

먼저, 시료수 채수과정을 설명한다.

본 발명은 벤투리관(13) 및 유속증대관(14)을 이용하여 수표면으로부터 수직높이 30M정도에 위치한 측정소(H)까지 1개의 펌프(P)를 이용하여 시료수를 채수하는 것이므로, 이러한 점을 감안하면 벤투리관(13)의 위치가 중요한다.

그러므로 상기 벤투리관(13)의 위치는 수중의 높은 위치에 있을수록 바람직함으로, 수표면 또는 그와 근접된 위치에 설치되고, 이에 따라 수중채수관(11)과 벤투리관(13) 내부에는 수중 자연압 상태에서 시료수가 항상 채워지게 된다.

이러한 상태에서 시료수를 채수하기 위해 펌프(P)에 마중물을 공급한 후 펌프(P)를 구동시키게 되면, 마중물이 공급관(12) 일부구간에 채워지게 되고 이 상태 에서 펌프(P)를 일정 시간동안 구동시키게 되면 벤투리관(13)에 채워진 시료수는 지름이 작은 오목부(13a)를 지나면서 압력이 최소가 되고, 이후 넓은 공급관(12)을 통해 펌프(P)까지 천천히 압송되기 시작하고 계속된 펌프(P)의 구동에 의해 펌프(P)로 토출된 후 유속증대관(14)으로 공급된다. 이때 펌프(P) 구동 초기에는 펌프(P) 후방에 위치한 공급관(12)의 공급밸브(12b)가 콘트롤러(C)에 의해 잠금상태가 되어 토출된 시료수는 모두 유속증대관(14)으로 공급되고, 이후 공급된 시료수는 벤투리관(13)과 공급관(12)을 거쳐 다시 펌프(P)에서 토출된 후 유속증대관(14)으로 반복 공급됨을 순환하게 된다.

한편, 유속증대관(14)으로 공급된 시료수는 유속증대관(14)의 내경이 공급관(12)보다 좁기 때문에 유량이 감소하여 압력이 현저하게 낮아지게 된다. 그러므로 유속증대관(14)을 통과하는 시료수는 낮은 압력에 의해 유속이 급속이 빨라지게 되므로 출구에서 벤투리관(13) 오목부(13a)로 토출될 때 오목부(13a)에 위치한 낮은 압력의 시료수를 공급관(12)으로 빨아들이는 작용을 하여 수중채수관(11)의 시료수를 공급관(12)으로 지속적으로 공급하게 되어 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 한다.

따라서 계속된 펌프(P)의 구동에 의해 수중채수관(11)과 벤투리관(13)을 통해 지속적으로 공급된 시료수에 의해 공급관(12) 및 유속증대관(14)은 압력이 점차 상승하여 결국 시료수를 채수할 수 있는 정상압상태가 이르게 된다.

상기와 같이 시료수 채수압이 정상압력에 이르게 원인은 벤투리관(13)의 오 목부(13a)에 위치한 시료수는 압력이 수중 자연압 상태로 낮음과 동시에 오목부(13a)의 내경이 좁기 때문에 그 유량이 작아 압력이 낮게 되고, 이 상태에서 유속증대관(14)에서 빠른 속도로 토출된 시료수가 오목부(13a) 주변에 위치한 시료수를 공급관(12) 내부로 강하게 빨아들임으로써 시료수를 쉽게 펌프(P)까지 지속적으로 압송하게 된다. 이러한 현상은 유체역학의 기본 원리인 베르누이 정리를 이용한 것으로, 본 발명을 해결하는 중요한 특징이다.

계속된 펌프(P)의 구동에 의해 시료수를 채수할 수 있는 정상압력 이상이 되면, 콘트롤러(C)가 상기 정상압을 감지하여 공급관(12)의 공급밸브(12b)를 개방하게 되므로 펌프(P)에서 토출된 시료수 중 일부는 측정소(H)로 공급되고 나머지는 유속증대관(14)으로 바이패스되어 정상압이 떨어지지 않게 된다.

따라서, 본 발명은 정상압 상태에서 펌프(P)가 계속 구동되면 일부의 시료수가 유속증대관(14)을 통해 벤투리관(13) 오목부(13a)를 통해 고속으로 토출되므로 수표면에서 수직높이 30M에 위치한 측정소(H)까지 1개의 펌프(P)를 이용하여 시료수를 안정적으로 채수할 수 있게 된다.

상기와 같이 시료수를 채수하는 과정에서 공급관(12)의 공급밸브(12b) 개도량은 정상압의 정도에 따라 선택적으로 개폐된다. 본 발명에서는 공급관(12) 내경이 50㎜, 유속증대관(14) 내경이 20㎜, 펌프(P)의 출력이 3HP 일 때 측정소(H)와 유속증대관(14)으로 공급되는 시료수의 유량 비는 약 7:3정도가 되게 한다. 상기 유량 비는 시료수 채수 조건에 따라 선택적으로 조절할 수 있을 것이다.

한편, 장기간 시료수를 채수하면, 유속증대관(14) 및 수중채수관(11) 내부에는 이물질이 적층되는데, 이때 유속증대관(14) 및 수중채수관(11)은 세척수단(15)을 이용하여 이물질을 제거할 수 있다.

즉, 콘트롤러(C)와 타이머(T)를 조작하여 유속증대관(14)을 세척모드를 선택하면, 공급관(12)의 밸브 및 벤투리관(13) 전방에 위치한 세척제어밸브(15c)가 닫히게 된다. 따라서 펌프(P)가 구동하면 세척수 유입관(15a)을 통해 유입된 세척수가 벤투리관(13) 및 공급관(12)을 지나 펌프(P)로 토출된 후 유속증대관(14)으로 압송된다. 펌프(P)의 구동이 계속될수록 유속증대관(14)에서 토출된 세척수가 오목부(13a)를 통과하면서 그 주변의 세척수를 공급관(12) 내부로 압송시키게 되므로 유속증대관(14)의 유속은 점차 빨라지게 되므로 펌프(P)를 장시간 구동하면 유속증대관(14)에 적층된 이물질을 제거할 수 있게 된다.

같은 방법으로, 수중채수관(11)에 세척수를 역방향으로 빠르게 공급하여 이물질을 제거할 수 있다. 즉, 수중채수관(11)을 세척모드를 선택하면, 공급관(12)의 공급밸브(12b) 및 벤투리관(13) 전방에 위치한 세척제어밸브(15c)가 닫히게 된다. 따라서 펌프(P)가 구동하면 세척수 유입구를 통해 유입된 세척수가 벤투리관(13) 및 공급관(12)을 지나 펌프(P)로 토출된 후 역세관(15b)으로 압송된다. 펌프(P)의 구동이 계속될수록 역세관(15b)에서 토출된 세척수가 오목부(13a)를 통과하면서 그 주변의 세척수를 공급관(12) 내부로 압송시키게 되므로 역세관(15b)의 유속은 점차 빨라지게 되므로 펌프(P)를 장시간 구동하면 역세관(15b)에 적층된 이물질을 제거할 수 있게 된다.

이때, 각 역세관(15b) 입구에 설치된 밸브(11d)를 순차적으로 개폐하면 3개의 역세관(15b)을 역세척할 수 있게 된다.

이상의 본 발명은 베르누이 정리에 의한 벤투리관(13) 및 유속증대관(14)을 이용하여 1개의 펌프(P)를 이용하여 수심이 깊은 강 중심의 표준 시료수를 수표면으로부터 30M 근방에 위치한 측정소(H)까지 간편하게 채수할 수 있는 유익한 발명인 것이다.

도 1a 내지 1d는 종래 발명에 따른 시료수 채수장치들을 보인 개략도

도 2는 종래 발명에 따른 가변형 수중채수장치를 보인 개략도

도 3은 본 발명에 따른 시료수 채수장치의 사용상태를 나타내는 개략도

도 4는 본 발명에 따른 시료수 채수장치의 배관도

도 5는 본 발명에 따른 시료수 채수장치의 펌프 설치상태의 개략도

도 6은 본 발명에 따른 벤투리관에 유속증대관이 설치된 상태의 배관도

도 7은 본 발명에 따른 벤투리관 확대 단면도

도 8은 본 발명에 따른 필터의 확대도

도 9는 본 발명에 따른 필터의 측단면도

도 10은 본 발명에 따른 공급관 단면도

도 11은 본 발명에 따른 수중채수관 단면도

도 12는 본 발명에 따른 콘트롤러의 제어계통도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 시료수 채수장치 11 : 수중채수관

12 : 공급관 13 : 벤투리관

14 : 유속증대관 15 : 세척수단

15b : 역세관 P : 펌프

Claims (15)

1. 채수장소에 연장설치되고 그 단부가 수중에 노출되어 시료수를 채수하는 수중채수관;

   상기 수중채수관과 연결되고 측정소까지 연장되어, 수중채수관에서 채수한 시료수를 측정소까지 공급안내하고 그 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 밸브가 장착된 공급관;

   상기 수중채수관과 공급관 사이에 연결되고, 상기 관들보다 내경이 좁게 오목부가 형성되어 이를 통과하는 시료수의 압력을 낮추는 벤투리관;

   상기 공급관에 장착되고, 수중채수관을 통해 벤투리관에 채수된 시료수를 공급관을 통해 측정소까지 압송하는 펌프;

   상기 공급관보다 좁은 내경을 가지며, 그 일단부가 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 벤투리관의 오목부와 연통되어 시료수 채수시 펌프를 통과한 시료수를 다시 벤투리관으로 바이패스시켜 공급관을 통과하는 시료수의 유속을 증대시키고, 그 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 밸브가 장착된 유속증대관; 및

   입력된 명령에 따라 상기 펌프, 타이머 및 밸브의 구동을 제어하여 채수공정을 자동적으로 수행토록 하고, 유속증대관의 유량과 유압을 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 수중채수관은 복수의 장소에서 동시에 또는 부분적으로 시료수를 채수할 수 있도록 복수 개가 피복재에 매립되고, 그 각각의 일단부는 벤투리관과 연통되며, 타단부는 수중에 개별적으로 노출되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 수중채수관은 부력체에 지지되어 수위에 관계없이 수표면으로부터 일정한 깊이에 위치되고, 그 단부는 물의 흐름방향을 따라 수평상태를 유지할 수 있도록 플렉시블하게 형성되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 공급관은 그 경로상에 2개의 유로가 서로 연통되게 형성되고, 이들 2개의 유로는 시료수 채수 및 차단할 수 있도록 밸브에 의해 선택적으로 개폐되며, 각각의 유로에는 펌프가 장착되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 유속증대관 출구는 상기 벤투리관의 오목부와 일치 되게 벤투리관 내부로 삽입되고 그 출구가 공급관과 동일방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 수중채수관 단부와 벤투리관 오목부 사이에는 펌프 구동 초기에 벤투리관으로 시료수가 유입되는 것을 방지할 수 있도록 체크밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 수중채수관 끝단부에 불순물 유입을 방지하는 필터가 장착되며, 상기 필터는 후방으로 갈수록 폭이 좁게 유선형상으로 구성되고, 그 최후방에는 유입구가 내부와 연통되고, 측면에는 내부와 연통되게 복수 개의 여과공이 관통되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
8. 채수장소에 연장설치되고 그 단부가 수중에 노출되어 시료수를 채수하는 수중채수관;

   상기 수중채수관과 연결되고 측정소까지 연장되어, 수중채수관에서 채수한 시료수를 측정소까지 공급안내하고 그 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 밸브가 장착된 공급관;

   상기 수중채수관과 공급관 사이에 연결되고, 상기 관들보다 내경이 좁게 오목부가 형성되어 이를 통과하는 시료수의 압력을 낮추는 벤투리관;

   상기 공급관에 장착되고, 수중채수관을 통해 벤투리관에 채수된 시료수를 공급관을 통해 측정소까지 압송하는 펌프;

   상기 공급관보다 좁은 내경을 가지며, 그 일단부가 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 벤투리관의 오목부와 연통되어 시료수 채수시 펌프를 통과한 시료수를 다시 벤투리관으로 바이패스시켜 공급관을 통과하는 시료수의 유속을 증대시키고, 그 유로상에 시료수의 흐름을 제어하는 밸브가 장착된 유속증대관;

   상기 공급관보다 좁은 내경을 가진 역세관 일단부가 상기 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 상기 수중채수관과 연통되어, 펌프에 의해 벤투리관과 공급관을 경유하여 역세관으로 공급된 세척수를 수중채수관으로 압송시켜 수중채수관을 세척하는 세척수단; 및

   입력된 명령에 따라 상기 펌프, 타이머 및 밸브의 구동을 제어하여 채수공정을 자동적으로 수행토록 하고, 유속증대관 및 역세관의 유량과 유압을 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 수중채수관은 복수의 장소에서 동시에 또는 부분적으로 시료수를 채수할 수 있도록 복수 개가 피복재에 매립되고, 그 각각의 일단부 는 벤투리관과 연통되며, 타단부는 수중에 개별적으로 노출되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
10. 청구항 8에 있어서, 상기 수중채수관은 부력체에 지지되어 수위에 관계없이 수표면으로부터 일정한 깊이에 위치되고, 그 단부는 물의 흐름방향을 따라 수평상태를 유지할 수 있도록 플렉시블하게 형성되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
11. 청구항 8에 있어서, 상기 공급관은 그 경로상에 2개의 유로가 서로 연통되게 형성되고, 이들 2개의 유로는 시료수 채수 및 차단할 수 있도록 밸브에 의해 선택적인 개폐되며, 각각의 유로에는 상기 펌프가 장착되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
12. 청구항 8에 있어서, 상기 유속증대관 출구는 상기 벤투리관의 오목부와 일치되게 벤투리관 내부로 삽입되고 그 출구가 공급관과 동일방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
13. 청구항 8에 있어서, 상기 세척수단은 수중채수관 단부와 벤투리관의 오목부 사이의 유로상에 관통되고, 세척수 유입을 개폐할 수 있도록 개폐밸브가 장착된 세척수 유입관;

    일단부가 펌프와 측정소 사이의 공급관에 연결되고 타단부가 수중채수관에 연결되어, 펌프의 구동에 의해 상기 세척수 유입관을 통해 벤투리관 및 공급관을 경유한 세척수를 수중채수관으로 압송안내하고, 그 유로상에 시료수의 유량 및 유압을 제어하는 밸브가 장착된 역세관;

    상기 수중채수관 단부에 장착되어 수중채수관을 역세척할 때 역세관을 통해 수중채수관으로 압송된 세척수가 벤투리관으로 토출되지 않도록 제어하는 세척제어밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
14. 청구항 8에 있어서, 상기 수중채수관 단부와 벤투리관 오목부 사이에는 펌프 구동 초기에 벤투리관으로 시료수가 유입되는 것을 방지할 수 있도록 체크밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.
15. 청구항 8에 있어서, 상기 수중채수관 단부에 불순물의 유입을 방지하는 필터가 장착되며, 상기 필터는 후방으로 갈수록 폭이 좁게 유선형상으로 구성되고, 그 최후방에는 유입구가 내부와 연통되고, 측면에는 내부와 연통되게 복수 개의 여과공이 관통되는 것을 특징으로 하는 하이드로 시료수 채수장치.

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