KR100926134B1 - 부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부구장치를 이용하여 하천의 수위 변화량에 맞추어 항상 정확한 시점에서 수문을 자동으로 개폐하는 제어장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 하천의 최고수위 도달시 부구장치가 선택적으로 유체흐름 제어밸브를 개방하여 수문실린더의 유체가 유압탱크로 회수되면서 어떠한 경우에도 수문이 자동으로 개방되는 한편, 하천의 최저수위 도달시엔 상기 부구장치가 전기변환밸브를 선택적으로 작동하여 출력신호를 컨트롤판넬에 인가한 후 상기 출력신호에 따라 유압모터가 가동하면서 유압탱크의 유체를 수문실린더로 공급하여 수문이 더욱 신속하게 자동으로 닫힐 수 있도록 하는 부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치에 관한 것이다.

부구, 수문, 자동, 개폐, 전기, 파워유닛, 유압탱크, 유압모터

Description

부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치{Auto electric control system for floodgate using float}

본 발명은 하천이 최고수위에 도달하면 부구장치의 작동에 따라 최소한 수문이 자동으로 개방함은 물론 하천이 최저수위에 도달하면 상기 부구장치가 자동으로 컨트롤판넬을 조작하여 전기적인 제어방식으로 수문을 즉각적으로 확실하게 닫아주는 수문용 전기제어장치의 기술분야에 속하는 것이다.

일반적으로 수문은 물의 흐름을 막거나 유량을 조절하기 위해 설치한 문으로서, 주로 강이나 하천, 저수지, 댐 등의 수로에 설치된다.

상기 수문은 과거에는 수동으로 일일이 개폐를 행하는 구조가 대부분이었으나, 최근 들어 자동으로 개폐를 행할 수 있는 수문이 널리 사용되고 있으며, 이와같은 자동수문으로는 수위감지센서를 이용하여 하천의 수위를 감지한 후 이 수위 감지 여부에 따라 자동으로 개폐하는 수문이 주류를 이루고 있다.

상기한 종래의 자동수문은 수위감지센서가 하천에 설치되고, 상기 수위감지센서는 컨트롤판넬에 전기적으로 연결됨으로써 상기 수위감지센서가 하천의 수위를 감지하면 이를 컨트롤판넬에 구비된 PLC(Programmable Logic Controller)가 인식하 고, 이에 따라 PLC가 유압모터를 구동함으로써 수문을 자동으로 개폐하는 것으로, 수위에 따른 즉각적인 대처가 가능함은 물론 시공비가 저렴한 이점이 있는 것이었다.

그러나 상기한 PLC는 낙뢰에 매우 취약한 특성으로 인해 잦은 낙뢰가 발생하며, 이와 같은 낙뢰가 발생하면 PLC와 전기적으로 연결된 수위감지센서가 함께 파손됨은 물론 이로 인해 하천의 수위를 전혀 감지할 수 없어 수문을 개방할 수 없게 된다.

따라서, 장마철 수위가 급격하게 증가하면서 하천이 최고수위에 도달하더라도 상기 PLC가 낙뢰에 의해 파손된 경우에는 수문이 닫힌 상태를 유지함에 따라 하천이 범람하여 홍수를 발생하는 심각한 문제점이 야기된다.

또한, 상기 수위감지센서는 물속에 설치된 상태에서 전기적으로 연결됨으로써 낙뢰 발생시 전기가 하천으로 흐르면서 물고기가 전기사고에 의해 떼죽음을 당할 우려가 큰 것이었다.

또한, 설령 상기 PLC가 낙뢰를 맞고 파손되지 않더라도 오작동을 유발함에 따라 수위감지센서가 감지한 수위량을 정확하게 인식할 수 없어 수문이 개폐되어야할 정확한 시점에서 개폐되지 않고 제멋대로 개폐하는 문제점이 야기된다.

한편, 상기와 같이 전기적으로 연결된 수위감지센서를 이용하지 않고, 전기와는 무관한 부구를 이용하여 수문을 자동으로 개폐하기 위한 기술로써 본 발명의 출원인에 의해 선출원되어 특허결정이 허여된 「특허등록 제862095호 명칭 부구를 이용한 중력식 자동수문용 유체흐름 제어장치」가 제안되고 있다.

이러한 선등록 발명은 부구를 이용하여 흐르는 물의 수위가 정확하게 최고수위 또는 최저수위에 도달하는 경우에만 순간적으로 유체흐름 자동제어밸브의 유체흐름을 자동으로 단속함으로써 수문을 더욱 정확한 시점에서 항상 일률적으로 개폐할 수 있는 효과를 제공하는 것이었다.

그러나 선등록 발명은 수문을 닫아주기 위한 동력원으로써 단지 중력장치에 의한 중력을 사용함에 따라 수문실린더로 공급하는 유체의 압력이 낮아 수문을 즉각적으로 닫아주기 못하고 시간이 많이 소요되는 개선점을 내포하고 있는 실정이다.

본 발명은 종래의 수위감지센서를 이용하여 수문을 개폐하거나 중력장치에 의한 중력으로 수문을 닫아줌에 따른 제반 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 수위의 변화량에 따라 작동하는 부구장치를 이용하여 최고수위에 도달하면 어떠한 경우에도 수문을 개방할 수 있도록 하고, 상기 부구장치는 최저수위에 도달하면 전기변환밸브를 인위적으로 작동하면서 출력신호를 컨트롤판넬에 인가하여 수문을 전기적인 방법으로 신속하게 닫아줄 수 있도록 함을 발명의 해결과제로 한다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로 부구장치를 구성하는 유체흐름 제어밸브에 연결된 한 쌍의 유체라인을 수문실린더와 연결된 방향전환 체크밸브의 일측에 연결하고, 상기 방향전환 체크밸브의 타측은 유압탱크와 한 쌍의 공급라인 및 회수라인으로 연결하며, 상기 유체흐름 제어밸브에 부착된 가이드파이프를 따라 상하로 이동하는 부구의 하측에는 최저수위 도달시 부구의 누름조작에 따라 전기변환밸브의 작동압력을 발생하는 저수위 신호밸브를 설치하는 한편, 상기 저수위 신호밸브는 컨트롤판넬과 연결된 전기변환밸브와 신호용 유체라인으로 연결하고, 상기 컨트롤판넬은 파워유닛 앗세이와 전기적으로 연결하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따르면, PLC가 파손되더라도 하천이 최고수위에 도달하면 PLC와 관계없이 작동하는 부구장치에 의해 최소한 수문은 자동으로 개방됨으로써 하천이 범람하여 홍수를 유발하는 것을 원천적으로 예방하는 효과를 제공한다.

또한, 상기 부구장치는 하천의 수위가 최저수위에 도달하면 전기변환밸브를 인위적으로 작동하여 출력신호를 콘트롤판넬의 PLC에 인가함으로써 자동으로 유압모터를 가동하면서 수문을 확실하게 즉각적으로 닫아줌에 따라 상기 콘트롤판넬을 조작하거나 유지, 관리하기 위한 별도의 인력을 요하지 않고서도 수문을 적절한 시점에서 확실하게 자동으로 닫아주는 효과를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

우선적으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 기술구성을 첨부된 도면에 의거 개략적으로 살펴보면, 유체흐름 제어밸브(11)의 일측에 부착된 가이드파이프(12)를 타고 상하로 이동가능하게 설치된 부구(13)가 최고수위 또는 최저수위 도달시 상기 유체흐름 제어밸브(11)의 내부 유로를 개방하면서 유체가 내부를 경유하여 한 쌍의 유체라인(14)(14a)을 통해 외부로 유동하도록 제어하는 부구장치(10)에 있어서,

상기 한 쌍의 유체라인(14)(14a)과 연결된 상태로 일측이 왕복유체라인(21)을 매개로 수문실린더(2)와 연결된 방향전환 체크밸브(20)와; 상기 방향전환 체크밸브(20)의 타측이 한 쌍의 공급라인(P) 및 회수라인(T)을 매개로 유압탱크(33)와 일체로 연결되고, 상기 유압탱크(33)의 유압을 유압모터(31)에 의해 작동하는 유압펌프(32)가 펌핑하여 공급라인(P)으로 토출시키는 파워유닛 앗세이(30)와; 상기 가 이드파이프(12)의 하단부에 설치되고, 최저수위 도달시 부구(13)의 누름조작에 따라 발생한 작동압력을 신호용 유체라인(41)을 통해 전기변환밸브(50)로 전달하는 저수위 신호밸브(40)와; 상기 저수위 신호밸브(40)의 작동압력에 따라 작동하는 출력스위치(52)가 전기적인 출력신호를 발생한 후 컨트롤판넬(3)에 보내어 유압모터(31)를 자동으로 가동시키는 전기변환밸브(50)의 유기적인 결합구성으로 이루어짐을 알 수 있다.

이하, 상기 개략적인 구성으로 이루어진 본 발명을 실시 용이하도록 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

우선적으로 본 발명의 전제부를 구성하는 부구장치(10)는 도 1과 같이 유체흐름 제어밸브(11)의 일측에 가이드파이프(12)가 수직으로 설치되고, 상기 가이드파이프(12)의 외측에는 부구(13)가 상하로 이동가능하게 끼움 설치됨으로써 상기 부구(13)는 수위변화에 따라 상하로 이동하면서 하천이 최고수위에 도달하거나 또는 최저수위에 도달하면 비로소 상기 유체흐름 제어밸브(11)의 내부 유로를 개방하면서 유체는 내부를 경유하여 유체흐름 제어밸브(11)의 양측 배출포트에 연결되는 한 쌍의 유체라인(14)(14a)을 통해 외부로 유동하도록 제어하게 된다.

이와 같은 부구장치(10)는 기 언급한 바와 같이 본 발명 출원인의 선등록 발명인 「특허등록 제862095호」에 상세하게 개시된바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명은 다만 상기 부구장치(10)를 유기적으로 접목함으로써 유압모터(31)를 제어하는 PLC가 파손되더라도 하천이 최고수위에 도달하면 수문(1)은 자동으로 개방됨으로써 최소한 하천의 범람으로 인한 홍수를 예방함을 특징으로 한 다.

이러한 본 발명은 상기 한 쌍의 유체라인(14)(14a)이 공지의 방향전환 체크밸브(20)와 연결된 상태에서 일측이 수문실린더(2)와 왕복유체라인(21)을 매개로 일체화 연결됨으로써 상기 수문실린더(2)의 유체는 방향전환 체크밸브(20)를 경유하여 유체흐름 제어밸브(11)의 내부로 유동하거나 또는 반대 방향으로 유동할 수 있게 된다.

그리고 상기 방향전환 체크밸브(20)의 타측은 파워유닛 앗세이(30)를 구성하는 유압탱크(33)와 한 쌍의 공급라인(P) 및 회수라인(T)을 매개로 일체화 연결되며, 상기 유압탱크(33)의 유압은 유압모터(31)에 의해 작동하는 유압펌프(32)가 이를 펌핑함으로써 공급라인(P)으로 토출할 수 있게 된다.

즉 상기 파워유닛 앗세이(30)는 컨트롤판넬(3)에 구비된 PLC의 전기적인 제어에 따라 유압모터(31)를 구동하고, 이 유압모터(31)에서 생성된 동력을 이용하여 유압펌프(32)를 작동하며, 상기 유압펌프(32)는 유압탱크(33)에 저장된 유압을 펌핑하여 공급라인(P)으로 토출함으로써 상기 방향전환 체크밸브(20), 유체흐름 제어밸브(11)의 내부 및 방향전환 체크밸브(20)를 순차적으로 경유한 후 수문실린더(2)에 공급될 수 있게 된다.

상기한 가이드파이프(12)의 하단부에는 저수위 신호밸브(40)가 설치되고, 상기 저수위 신호밸브(40)는 신호용 유체라인(41)을 매개로 전기변환밸브(50)와 일체화 연결된다.

따라서, 하천이 최저수위에 도달하면 하강하던 부구(13)의 누름조작에 따라 가이드파이프(12)의 내부에서 하부로 이동하는 누름봉(16)이 상기 저수위 신호밸브(40)를 연동하여 눌러 줌으로써 상기 저수위 신호밸브(40)는 작동압력을 발생하고, 이 작동압력에 의해 신호용 유체라인(41)의 유체는 전기변환밸브(50)로 유동할 수 있게 된다.

한편, 상기 전기변환밸브(50)는 저수위 신호밸브(40)의 작동압력에 따라 선택적으로 작동하는 출력스위치(52)가 전기적인 출력신호를 발생하며, 이 출력신호를 컨트롤판넬(3)에 인가하여 PLC의 제어에 따라 유압모터(31)를 별도의 인력을 투입하지 않고서도 자동으로 가동함으로써 수문(1)을 닫아줄 수 있게 된다.

이와 같은 전기변환밸브(50)는 저수위 신호밸브(40)의 작동압력에 따라 작동하는 스위칭 실린더(51) 및 이 스위칭 실린더(51)에 의해 가동하는 출력스위치(52)의 구성요소로 대분될 수 있는 것으로, 상기 스위칭 실린더(51)는 신호용 유체라인(41)과 연결된 상태에서 베이스판(53)의 일측에 설치되고, 상기 스위칭 실린더(51)와 이격된 위치에는 스위치브라켓(54)이 부착되며, 이 스위치브라켓(54)에 출력스위치(52)가 안정적으로 고정되고, 상기 출력스위치(52)는 컨트롤판넬(3)과 전기적으로 연결된다.

따라서, 상기 스위칭 실린더(51)의 누름로드(51a)는 도 6 및 도 7과 같이 신호용 유체라인(41)을 통해 작동압력을 입력받아 선형운동을 하면서 출력스위치(52)를 눌러주어 가동함으로써 상기 출력스위치(52)는 전기적인 출력신호를 컨트롤판넬(3)에 인가할 수 있게 된다.

아울러 본 발명은 상기 전기변환밸브(50)와 인접하는 신호용 유체라인(41)에는 신호용 유체라인(41)의 유체압력을 측정하기 위한 압력게이지(61)가 추가로 설치되고, 상기 압력게이지(61) 및 전기변환밸브(50) 사이의 신호용 유체라인(41)에는 상기 압력게이지(61)를 통해 전기변환밸브(50)를 가동하기 위한 유체의 작동압력이 부족함을 확인한 경우 이를 보충하기 위한 방안으로 압력보충탱크(60)가 연결 설치되고, 상기 압력보충탱크(60)는 수동이나 자동조작을 통해 유체압력을 보충할 수 있어 전기변환밸브(50)의 원활한 작동성을 보장할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 설령 PLC가 낙뢰 등에 의해 파손되어 유압모터(31)의 가동이 불가하더라도 유압펌프(32)의 역할을 수행하는 별도의 수동작키(70)를 작업자가 인위적으로 작동하여 유압탱크(33) 내의 유체를 펌핑하여 공급라인(P)으로 공급할 수 있게 된다.

이를 위한 기술구성으로 본 발명의 파워유닛 앗세이(30)는 유압탱크(33) 내의 유체를 수동으로 펌핑하기 위한 수동작키(70)가 도 3과 같이 추가로 구비되고, 상기 수동작키(70)에 연결된 펌핑라인(71)은 유압탱크(33)와 연결되어 유압탱크(33)의 유체를 펌핑할 수 있으며, 상기 펌핑라인(71)에는 수동작키(70)를 작동하기 위한 유로를 선택적으로 개폐하는 수동제어밸브(72)가 추가로 설치된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 부구장치(10)에 의해 수문(1)이 전기적인 작동없이 흐르는 물의 수압만으로 개방될 수 있게 된다.

즉 하천의 수위가 상승하여 최고수위에 도달하면 부구(13)는 유체흐름 제어 밸브(11)의 내부 유로를 개방함으로써 수문(1)을 받쳐주던 수문실린더(2)의 유체는 도 1과 같이 강력한 수압에 의해 왕복유체라인(21), 방향전환 체크밸브(20), 유체흐름 제어밸브(11)의 내부 및 방향전환 체크밸브(20)를 순차적으로 경유한 후 회수라인(T)를 통해 유압탱크(33)로 원활하게 회수되면서 수문(1)이 자동으로 개방될 수 있게 된다.

한편, 수문(1)을 닫아줄 때에는 전기적인 방식으로 유압펌프(32)를 인위적으로 구동하여 수문(1)을 즉각적으로 닫아주는 것으로, 하천의 수위가 저하됨과 동시에 부구(13)는 하부로 이동하게 되고, 하천이 최저수위에 도달하여 부구(13)가 상기 누름봉(16)을 눌러주기 이전까지는 상기 유체라인(14)(14a), 왕복유체라인(21) 및 수문실린더(2)는 무부하상태를 유지한다.

그리고 상기 부구(13)가 비로소 누름봉(16)을 눌러주면 순차적으로 누름봉(16)이 저수위 신호밸브(40)를 누르면서 작동압력을 발생하고, 이 작동압력에 의해 전기변환밸브(50)가 가동하면서 전기적인 출력신호를 컨트롤판넬(3)에 인가한다.

따라서, 유압펌프(32)가 작동하면서 유압탱크(33)의 유체는 강력한 펌핑력에 의해 도 4와 같이 공급라인(P), 방향전환 체크밸브(20), 유체흐름 제어밸브(11)의 내부를 경유하여 수문실린더(2)에 공급됨으로써 수문(1)이 자동으로 닫힐 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명은 부구장치(10)를 이용함으로써 하천에 전기가 흐르는 것을 원천적으로 차단하면서도 어떠한 경우에도 수문(1)은 최고수위 도달시엔 개방됨 으로써 하천의 범람을 방지하고, 자동화된 전기적인 제어방식으로 수문(1)을 신속하고 확실하게 즉각적으로 닫아줄 수 있음은 자명하다고 할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 자동 전기제어장치에 의한 수문의 개방시 부구장치 및 수문실린더의 작동상태 일예시도

도 2는 본 발명에 따른 수문의 개방상태 측단면도

도 3은 본 발명의 파워유닛 앗세이 및 전기변환밸브의 설치상태 평면도

도 4는 본 발명의 자동 전기제어장치에 의한 수문의 폐문시 부구장치, 전기변환밸브, 파워유닛 앗세이 및 수문실린더의 작동상태 일예시도

도 5는 본 발명 전기변환밸브의 평면도

도 6은 본 발명 전기변환밸브의 작동상태 측단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 수문 2: 수문실린더

10: 부구장치 11: 유체흐름 제어밸브

13: 부구 20: 방향전환 체크밸브

30: 파워유닛 앗세이 31: 유압모터

32: 유압펌프 33: 유압탱크

40: 저수위 신호밸브 50: 전기변환밸브

51: 스위칭 실린더 52: 출력스위치

60: 압력보충탱크 70: 수동작키

Claims (4)

1. 유체흐름 제어밸브(11)의 일측에 부착된 가이드파이프(12)를 타고 상하로 이동가능하게 설치된 부구(13)가 최고수위 또는 최저수위 도달시 상기 유체흐름 제어밸브(11)의 내부 유로를 개방하면서 유체가 내부를 경유하여 한 쌍의 유체라인(14)(14a)을 통해 외부로 유동하도록 제어하는 부구장치(10)에 있어서,

   상기 한 쌍의 유체라인(14)(14a)과 연결된 상태로 일측이 왕복유체라인(21)을 매개로 수문실린더(2)와 연결된 방향전환 체크밸브(20)와;

   상기 방향전환 체크밸브(20)의 타측이 한 쌍의 공급라인(P) 및 회수라인(T)을 매개로 유압탱크(33)와 일체로 연결되고, 상기 유압탱크(33)의 유압을 유압모터(31)에 의해 작동하는 유압펌프(32)가 펌핑하여 공급라인(P)으로 토출시키는 파워유닛 앗세이(30)와;

   상기 가이드파이프(12)의 하단부에 설치되고, 최저수위 도달시 부구(13)의 누름조작에 따라 발생한 작동압력을 신호용 유체라인(41)을 통해 전기변환밸브(50)로 전달하는 저수위 신호밸브(40)와;

   상기 저수위 신호밸브(40)의 작동압력에 따라 작동하는 출력스위치(52)가 전기적인 출력신호를 발생한 후 컨트롤판넬(3)에 보내어 유압모터(31)를 자동으로 가동시키는 전기변환밸브(50)로 이루어진 것을 특징으로 하는 부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   전기변환밸브(50)와 인접한 신호용 유체라인(41)에 압력게이지(61)가 추가로 설치되고, 상기 압력게이지(61) 및 전기변환밸브(50) 사이의 신호용 유체라인(41)에는 전기변환밸브(50)를 가동하기 위한 작동압력을 보충하여주는 압력보충탱크(60)가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.
3. 제 1항에 있어서,

   전기변환밸브(50)는 베이스판(53)의 일측에 신호용 유체라인(41)과 연결된 스위칭 실린더(51)가 설치되고, 상기 스위칭 신린더(51)와 이격된 위치에 컨트롤판넬(3)과 연결된 출력스위치(52)가 설치되며, 상기 스위칭 실린더(51)의 누름로드(51a)는 저수위 신호밸브(40)의 작동압력에 따라 선형운동하면서 출력스위치(52)를 가동시키는 것을 특징으로 하는 부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.
4. 제 1항에 있어서,

   파워유닛 앗세이(30)는 유압탱크(33) 내의 유체를 작업자가 수동으로 펌핑하여 공급라인(P)으로 토출시키는 수동작키(70)가 추가로 설치되고, 상기 수동작 키(70)의 펌핑라인(71)은 유압탱크(33)와 연결되며, 상기 펌핑라인(71)에는 유로를 선택적으로 개폐하는 수동제어밸브(72)가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 부구장치를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.

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