KR100937858B1 - 하수관용 유량측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수관용 유량측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수관을 흐르는 하수의 유량을 측정하는 하수관용 유량측정시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 하수관용 유량측정시스템은 하수가 유동되는 제1하수관에 연결된 입수구와, 입수구를 통하여 유입된 하수가 수용되는 수용부를 가지는 제1저장조와, 제1하수관을 통하여 배출된 하수가 유동되는 제2하수관에 연결된 배수구와, 하수가 수용되는 수용부를 가지는 제2저장조와, 하수를 제1저장조로부터 제2저장조로 유동시키기 위한 것으로서, 중공의 형상으로 형성되어 제1저장조의 수용부와 연결되는 유입구와 제2저장조와 연결되는 유출구가 형성되어 있는 연결관과, 연결관 내부를 흐르는 하수의 유량을 측정하기 위하여 연결관에 설치되는 유량계를 포함한다.

하수관, 유량측정시스템, 초음파 진동자

Description

하수관용 유량측정시스템{Flow rate measuring system in drainpipe}

본 발명은 하수관용 유량측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수관 내부를 흐르는 하수의 유량을 용이하고 정확하게 측정하기 위한 하수관용 유량측정시스템에 관한 것이다.

최근 들어 물의 오염을 방지하기 위하여, 각 가정에서 배출되는 하수를 처리하는 하수처리장이 많이 생겨나고 있으며, 특히 인구가 밀집되어 있는 도시에는 많은 수의 하수처리장이 건설되고 있다. 이와 같은 하수처리장을 건설함에 있어서, 하수처리장에서 처리할 수 있는 하수의 양을 결정하는 것은 매우 중요한 문제이며, 이를 결정하기 위하여 하수관을 통하여 각 하수처리장으로 공급되는 하수의 양을 정확하게 산출할 필요가 있다.

종래에는 하수관을 통과하는 하수의 양을 측정하기 위하여, 하수관의 바닥에 압력식 수위계와 초음파 도플러 유속측정 센서를 조합하여 설치하여 하수관을 통과하는 하수의 유량을 측정하였으며, 이러한 유량측정장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 유량측정장치(9)는 하수가 흐르는 하수관(P)의 바닥면에 설치되며, 압력센서(1)와 초음파 진동자(2)와 컨트롤러(미도시)를 가진다.

압력센서(1)는 유량측정장치(9) 위를 흐르는 하수의 압력을 측정하며, 이렇게 측정된 압력은 하수의 밀도와, 중력가속도와, 하수의 수위(H)를 곱한 값에 대응된다. 여기서, 하수 밀도와 중력가속도는 공지의 값이므로, 측정된 압력을 하수 밀도와 중력가속도로 나누면 하수의 수위(H)가 산출된다.

초음파 진동자(2)는 하수를 향하여 초음파를 발신하며, 발신된 초음파는 하수에 포함되어 있는 부유입자(B)에 반사되어 다시 초음파 진동자(2)로 수신된다. 이때 수신되는 초음파의 진동수는 도플러 효과에 의해 초음파가 반사되는 부유입자(B)의 속도에 따라 변화하게 되며, 이러한 진동수의 변화를 측정하여 이로부터 하수관(P)을 흐르는 하수의 유속을 산출한다.

컨트롤러는 압력센서(1)로부터 하수의 수위를 입력받아서 하수가 흐르는 단면적을 구하고, 이 단면적과 하수의 유속을 곱하여 하수관(P) 내를 흐르는 하수의 유량을 산출하게 된다.

하지만, 상술한 바와 같이 구성된 유량측정장치(9)를 사용하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 배출되는 하수의 양이 적은 야간의 경우에는 하수관(P) 내를 흐르는 하수의 수위(H)가 급격히 낮아지게 되고, 그 결과 유량측정장치(9)를 가압하는 하수의 압력이 낮아지게 되는데, 하수의 수위(H)가 특정 높이보다 더 낮아져 유량측정장치(9)를 가압하는 하수의 압력이 압력센서(1)가 측정할 수 있는 최소압력 이하로 떨어지는 경우에는 하수의 유량을 측정하지 못하는 문제점이 있다.

그리고, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 하수에 포함된 토사 등의 이물질(O)이 침전하여 유량측정장치(9) 위를 덮게 되면, 압력센서(1)에 측정되는 압력이 상승되어 실제 하수의 수위(H)보다 높게 수위가 측정되므로 하수의 유량 산출에 오차가 발생하게 되고, 초음파 진동자(2)에서 발신되는 초음파가 하수와 함께 흐르는 이 이물질(O)에 반사된 후 초음파 진동자(2)로 수신되므로 부정확한 유속이 산출되고 그 결과 유량 산출이 부정확해 지는 문제점이 있다.

또한, 도플러 효과를 이용하여 유속을 정확하게 측정하기 위해서는 초음파 진동자(2)에서 발신된 초음파가 충분히 많은 수의 부유입자에서 반사된 후 다시 초음파 진동자(2)로 수신되어야 하는데, 하수관(P)의 갈라진 틈을 통하여 지하수나 빗물 등이 하수관(P) 내부로 유입되는 경우에는 하수관(P) 내를 흐르는 하수에 포함된 부유입자의 함유량이 낮아지게 된다. 따라서 적은 수의 부유입자에 의해서만 도플러 효과가 발생하게 되고, 그 결과 측정되는 유속이 부정확해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하수관 내부를 흐르는 하수의 유량을 정확하게 측정할 수 있도록 구조가 개선된 하수관용 유량측정시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하수관용 유량측정시스템은 하수가 유동되는 제1하수관에 연결된 입수구와, 상기 입수구를 통하여 유입된 하수가 수용되는 수용부를 가지는 제1저장조와, 상기 제1하수관을 통하여 배출된 하수가 유동되는 제2하수관에 연결된 배수구와, 상기 하수가 수용되는 수용부를 가지는 제2저장조와, 상기 하수를 상기 제1저장조로부터 상기 제2저장조로 유동시키기 위한 것으로서, 중공의 형상으로 형성되어 상기 제1저장조의 수용부와 연결되는 유입구와 상기 제2저장조와 연결되는 유출구가 형성되어 있는 연결관과, 상기 연결관 내부를 흐르는 하수의 유량을 측정하기 위하여 상기 연결관에 설치되는 유량계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 하수관을 통하여 배출되는 하수의 유량이 많고 적음에 관계없이 하수의 유량을 정밀하게 측정할 수 있다.

그리고 하수에 포함된 이물질 등에 의하여 유량 산출시 오차가 발생하는 것이 방지되므로 정확한 유량을 산출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관용 유량측정시스템의 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 월류관 및 나팔관 위어의 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 나팔관 위어로 유입되는 하수의 유량을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 2 내지 도 4b를 참조하면, 하수관용 유량측정시스템(100)은 제1저장조(10)와, 제2저장조(20)와, 연결관(30)과, 월류관(40)과, 위어(50)와, 유량계(60)와, 수위측정계(70)를 포함한다.

제1저장조(10)는 하수가 흐르는 제1하수관(P1)에 연결되며, 지하에 매설된다. 제1저장조(10)에는 입수구(11)와 제1수용부(12)가 형성되어 있다. 입수구(11)는 제1저장조(10)를 관통하며 형성되며, 제1하수관(P1)과 연결된다. 제2수용부(12)는 제1하수관(P1)을 따라 흘러온 하수를 일시적으로 수용하기 위한 것으로서, 제1저장조(10)의 내부에 형성된다. 그리고 제1저장조(10)에는 제1관통공(13)과 제1월류공(14)이 제1저장조(10)를 관통하며 형성되어 있다. 제1관통공(13)은 후술할 연결관(30)의 일측 단부가 삽입되는 곳으로서, 직사각형 형상으로 형성된다. 제1월류공(14)은 후술할 월류관(40)의 일측 단부가 삽입되는 곳으로서, 원형으로 형성된다. 제1월류공(14)은 제1관통공(13)의 상측에 배치된다.

제2저장조(20)는 하수가 흐르는 제2하수관(P2)에 연결되며, 지하에 매설된다. 제2저장조(20)에는 배수구(21)와 제2수용부(22)가 형성되어 있다. 배수구(21)는 제2저장조(20)를 관통하며 형성되며, 제2하수관(P2)과 연결된다. 배수 구(21)는 제1관통공(13)보다 높은 위치에 배치된다. 제2수용부(22)는 제1저장조(10)로부터 유입되는 하수를 일시적으로 수용하기 위한 것으로서, 제2저장조(20)의 내부에 형성된다. 그리고 제2저장조(20)에는 제2관통공(23)과 제2월류공(24)이 제2저장조(20)를 관통하며 형성되어 있다. 제2관통공(23)은 후술할 연결관(30)의 타측 단부가 삽입되는 곳으로서, 직사각형 형상으로 형성된다. 제2월류공(24)은 후술할 월류관(40)의 타측 단부가 삽입되는 곳으로서, 원형으로 형성된다. 제2월류공(24)은 제2관통공(23)의 상측에 배치된다.

연결관(30)은 제1저장조(10)의 제1수용부(12)에 수용된 하수가 제2저장조(20)의 제2수용부(22)로 유동되는 유로이다. 연결관(30)은 중공 형상으로, 일방향으로 길게 형성된다. 연결관(30)의 일측 단부에는 제1저장조(10)에 수용된 하수가 유입되는 유입구(31)가 형성되어 있으며, 연결관(30)의 타측 단부에는 유입구(31)로 유입된 하수가 배출되는 유출구(32)가 형성된다. 유입구(31)가 형성된 연결관(30)의 일측 단부는 제1관통공(13)에 끼워지고, 유출구(32)가 형성된 연결관(30)의 타측 단부는 제2관통공(23)에 끼워진다. 즉, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 연결관(30)은 유입구(31)에서부터 유출구(32)쪽으로 하측으로 경사지게 배치되며, 제1저장조(10)의 제1수용부(12)와 제2저장조(20)의 제2수용부(22)는 연결관(30)을 통하여 서로 연통된다. 그리고 유입구(31)는 배수구(21)의 아래에 배치된다.

한편, 유출구(32)를 통하여 제1저장조(10)에 수용된 하수가 제2저장조(20)로 원활하게 배출되기 위해서는 유출구(32)가 일정 크기 이상의 단면적을 가져야 하는 데, 유출구(32)가 수평방향보다 수직방향으로 길게 형성되면 제2저장조(20) 전체 길이가 길어지게 된다. 그리고 제2저장조(20)의 길이가 길어지면, 제2저장조(20)의 바닥면이 지면으로부터 깊게 배치되게 되며, 그 결과 제2저장조(20)의 바닥에 쌓인 이물질 등을 제거하는데 어려움이 발생하게 된다. 따라서, 유출구(32)는 수평방향의 길이가 수직방향의 길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하며, 이를 위하여 본 실시예에서 유출구(32)는 그 단면 형상이 제2저장조(20)의 제2관통공(23)에 대응되는 직사각형 형상으로 형성된다.

또한, 연결관(30)에는 한 쌍의 삽입공(33)이 관통 형성된다. 한 쌍의 삽입공(33)은 하수의 유동 경로 상 연결관(30)의 상류 측 및 하류 측에 각각 하나씩 형성된다. 각 삽입공(33)에는 후술할 초음파 진동자(60)가 삽입되는 새들(34)이 설치되며, 이 한 쌍의 새들(34)을 연결한 직선은 연결관(30)의 길이방향과 서로 교차된다.

월류관(40)은 제1저장조(10)의 제1수용부(12)에 수용된 하수가 제2저장조(20)의 제2수용부(22)로 흐르는 유로이다. 월류관(40)은 중공의 형상으로 일방향으로 길게 형성된 삽입부(41)와, 이 삽입부(41)의 일측 단부로부터 상측으로 절곡되어 연장 형성된 절곡부(42)를 구비한다. 삽입부(41)의 일측 단부는 제1저장조(10)의 제1월류공(14)에 삽입되며, 타측 단부는 제2저장조(20)의 제2월류공(24)에 삽입된다. 절곡부(42)는 중공 형상으로 형성된다. 절곡부(42)의 일측면에는 삽입부(42) 내에 침전되는 토사 등을 제거하기 위한 통로인 관통홀(43)이 관통 형성되며, 게이트(44)가 설치되어 있다. 게이트(44)는 절곡부(42)에 힌지 결합되어, 절곡부(42)에 대하여 회동가능하다. 게이트(44)는 일방향으로 회동시 관통홀(43)을 막아 절곡부(43)의 내부와 외부를 차단시키며, 반대방향으로 회통시 관통홀(43)을 개방하여 절곡부(43)의 내부와 외부를 서로 연통시킨다. 또한, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 월류관(40) 삽입부(41)의 타측 단부의 상측에는 힌지축(46)이 설치되어 있으며, 이 힌지축(46)에는 덮개(45)가 결합된다. 덮개(45)는 힌지축(46)을 중심으로 회전 가능하며, 월류관(40) 단면 형상에 대응하는 원형으로 형성된다.

위어(weir)는 유체의 유량을 측정하기 위한 장치로서, 유체가 유동할 수 있도록 관 형상으로 형성된다. 위어(weir)는 유체가 유동하는 유로의 단면의 형상에 따라 삼각위어, 구형위어 등이 있으며, 본 실시예에서는 나팔관 위어(50)가 채택된다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 나팔관 위어(50)는 중공 형상으로, 상부에서 하부로 갈수록 그 직경이 작아지는 나팔관 형상으로 형성된다. 나팔관 위어(50)의 하단부는 절곡부(44)의 상단에 결합되며, 나팔관 위어(50)의 상단면(51)은 수평면에 대하여 평행하게 배치된다. 나팔관 위어(50)의 내부와 월류관(40)의 내부는 서로 연통된다. 따라서, 나팔관 위어(50)를 통해 월류관(40)으로 하수가 유입되며, 이 하수는 제2저장조(20)로 배출된다.

그리고, 상기한 바와 같이 나팔관 위어(50)는 유량을 측정하기 위한 것으로서, 유량산출공식은 다음과 같다. 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이, 나팔관 위어(50)의 내부가 하수에 의해 꽉 채워지지 않은 상태인 경우에 나팔관 위어(50)를 통해 유입되는 하수의 유량 Q는,

과 같이 구해진다. 이때, h는 나팔관 위어(50)의 상단면(51)으로부터 하수면까지의 높이 즉 월류수위(h)이며, r은 나팔관 위어(50) 상단면의 내측 반경이며, C는 보정계수이다.

한편, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 나팔관 위어(50)의 내부가 하수에 의해 꽉 채워진 상태에서 하수가 유입되는 경우에 나팔관 위어(50)를 통해 유입되는 하수의 유량 Q는,

과 같이 구해진다. 이때, h'은 월류관(40)이 절곡부(32)의 하단부터 하수면까지의 높이이며, A는 월류관(40)의 단면적이며, C'은 보정계수이다.

초음파 진동자(71)와 하수면 사이의 거리(d)는 후술할 초음파 수위측정계(70)로부터 구해진다. 월류관(40)의 단면적 A, 나팔관 위어(50) 상단면의 내측 반경 r, 초음파 진동자(71)로부터 절곡부(42) 하단까지의 거리(f), 초음파 진동자(71)로부터 나팔관 위어(50) 상단면(51)까지의 거리(e)는 상수이다. 따라서, 월류수위(h)는 h = e - d 로 구해지며, 절곡부(42)의 하단부터 하수면까지의 높이(h')은 h' = f - d로 구할 수 있다. 그리고, 위어의 구조에 따른 유량산출공식 및 보정계수는 공지되어 있는 구성요소이므로 이로부터 보정계수 C 및 C'을 구할 수 있다.

유량계는 연결관(30) 내부를 흐르는 하수의 유량을 측정하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 초음파 유량계(60)가 채용된다. 초음파 유량계(60)는 한 쌍의 초음파 진동자(61,62)와, 컨트롤러(미도시)를 구비한다.

각 초음파 진동자(61,62)는 초음파를 발신 및 수신하며, 한 쌍의 새들(34)에 각각 끼워진다. 한 쌍의 초음파 진동자(61,61)는 서로 마주보게 배치되며, 두 초음파 진동자(61,62)를 연결하는 직선은 유체의 진행방향과 교차된다.

컨트롤러는 한 쌍의 초음파 진동자(61,62))와 전기적으로 연결된다. 컨트롤러는 발신신호를 초음파 진동자(61,62)로 인가하며, 그 인가시 초음파 진동자(61,62)가 초음파를 발신한다. 또한, 초음파 진동자(61,62)가 초음파 수신시 발신하는 수신신호를 초음파 진동자(61,62)로부터 인가받아 초음파가 수신된 시점을 측정한다.

도 5는 전파시간차법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 5를 참조하면 컨트롤러는 상류 측에 배치된 초음파 진동자(61)가 초음파를 발신한 시점부터 이 초음파가 하류 측에 배치된 초음파 진동자(62)에서 수신되기까지 소요되는 제1소요시간(T₁₂)을 측정한다. 컨트롤러는 하류 측에 배치된 초음파 진동자(62)가 초음파를 발신한 시점부터 이 초음파가 상류 측에 배치된 초음파 진동자(61)에서 수신되기까지 소요되는 제2소요시간(T₂₁)을 측정한다.

그리고, 제1소요시간(T₁₂)과, 제2소요시간(T₂₁)는 각기 다음과 같다.

,

이때, C는 유체가 움직이지 않는 조건에서 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 유체를 통해 전파되는 음속이며, L은 두 초음파 진동자(61,62)간의 거리이고, V는 연결관(30) 내를 유동하는 하수의 유속이다.

상기한 바와 같이, 초음파가 하수의 진행방향에 대해 순방향으로 발사되는 경우의 시간, 즉 제1소요시간(T₁₂)은 초음파가 하수의 진행방향에 대해 역방향으로 발사된 경우의 시간, 즉 제2소요시간(T₂₁)에 비해서 짧게 되며, 그 시간의 차이ΔT를 구하여 보면,

이 된다. 여기서

항은 무시할 수 있을 정도로 작은 양이다. 따라서, 연결관(30) 내부를 통과하는 하수의 유속 V은

이 된다.

이후, 컨트롤러는 상기한 바와 같이 구하여진 하수의 유속V와 연결관(30)의 단면적을 곱하여, 연결관(30) 내를 유동하는 하수의 유량을 산출한다.

수위측정계(70)는 제1저장조(10)에 저장된 하수의 수위(H)를 측정하기 위한 것으로서 음파수위계, 초음파 수위측정계, 레이더식 수위계 등 다양한 것이 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 초음파 수위측정계(70)가 채택된다. 초음파 수위측정계(70)는 초음파 진동자(71)와 제어기(미도시)를 구비한다.

초음파 진동자(71)는 제1저장조(10)의 내주면에 결합되는 케이스(72)에 고정되며, 나팔관 위어(50)의 상측에 배치된다. 초음파 진동자(71)는 제어기로부터 초음파 발신신호의 인가시 하방향으로 초음파를 발신한다. 이렇게 발신된 초음파는 하수 표면에서 반사된 후 다시 초음파 진동자(71)로 수신되며, 초음파의 수신시 초음파 진동자(71)는 초음파 수신신호를 제어기로 전송한다.

제어기는 초음파 진동자(71)와 전기적으로 연결된다. 제어기는 초음파 진동 자(71)에 초음파 발신신호를 전송하며, 초음파 진동자(71)에서 발신된 초음파 수신신호를 수신한다. 제어기는 초음파 진동자(71)에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 하수 표면에 반사된 후 다시 초음파 진동자(71)에 수신되기까지 소요되는 소요시간을 측정하며, 이 소요시간과 초음파의 진행속도를 곱하고 이 값을 2로 나누어 초음파 수위측정계(70)로부터 하수 수면까지의 거리(d)를 구한다. 이후, 초음파 수위측정계(70)와 제1저장조(10)의 바닥면 사이의 거리에서부터 초음파 수위측정계(70)로부터 하수 수면까지의 거리(d)를 빼면 하수의 수위(H)가 산출된다. 또한, 제어기는 산출된 하수의 수위(H)와 상술한 유량산출공식, 즉

및

를 이용하여 나팔관 위어(50)를 통과하는 하수의 유량을 산출한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 하수관용 유량측정시스템(100)을 사용하는 일례를 설명하기로 한다.

제1하수관(P1)을 따라 흐르는 하수는 입수구(11)를 통하여 제1저장조(10)로 유입되며 제1저장조의 제1수용부(12)에 일시적으로 수용된다. 제1수용부(12)에 저장된 하수의 수위(H)가 유입구(31) 보다 높아지면, 수용부(12)에 저장된 하수가 연결관(30)을 통하여 제2저장조(20)로 배출되고 이 하수는 제2저장조의 제2수용부(22)에 수용된다. 이후, 제2저장조(20)에 수용된 하수의 수위(H')가 제2저장조의 배수구(21) 보다 높아지면, 제2저장조(20)에 저장된 하수는 제2하수관(P2)을 통하여 외부로 배출된다.

그리고, 이 과정 중에서 연결관(30)은 하수가 가득 찬 상태로 유지되며, 연 결관(30)에 설치된 초음파 유량계(60)를 이용하여 연결관(30)을 통과하는 하수의 유량을 측정한다. 보다 상세하게 설명하면, 연결관(30)을 통하여 하수가 제2저장조(20)로 공급됨에 따라 제2저장조(20)의 수위(H')가 배수구(21)의 높이까지 상승하게 된다. 그리고, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 배수구(21)가 연결관(30)의 유입구(31)보다 높은 위치에 형성되어 있으므로 연결관(30) 내부가 하수로 가득차게 된다.

한편, 홍수 등의 비상시 빗물이 제1하수관(P1)으로 대량 유입되면, 제1저장조(10)에서 연결관(30)을 통하여 제2저장조(20)로 유출되는 하수의 양보다 제1하수관(P1)을 통하여 제1저장조(10)로 유입되는 하수의 양이 많아 지며, 그 결과 제1저장조(10)의 수위(H)는 상승하게 된다. 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 제1저장조(10)의 수위(H)가 상승하여 나팔관 위어(50)의 상단면(51)보다 높아지면, 제1저장조(10)에 저장된 하수가 나팔관 위어(50)를 통하여 월류관(40)으로 입수된다. 월류관(40)으로 하수가 유입되면 유입된 하수의 압력에 의해 덮개(45)가 회전하여 월류관(40)의 타측 단부가 개방되며, 유입된 하수는 제2저장조(20) 및 제2하수관(P2)을 통하여 외부로 유출된다. 이 과정 중에서 초음파 수위측정계(70)를 이용하여 하수의 수위(H)를 측정하며, 측정된 수위(H)와 상술한 유량산출공식을 이용하여 나팔관 위어(50)를 통해 유출되는 하수의 유량을 산출한다. 그리고 연결관(30)을 통하여 유출되는 하수의 유량과 나팔관 위어(50)을 통해 유출되는 하수 유량을 합산함으로써 제2저장조(20)로 배출되는 하수의 총 유량을 산출할 수 있다.

또한, 제2저장조(20)의 수위가 제1저장조(10)의 수위보다 높아지게 되어 하 수가 역류하는 경우의 유량은 다음과 같이 산출된다. 먼저, 연결관(30)으로 역류하는 하수의 유량은 앞서 설명한 것과 동일하게 연결관(30)에 설치된 초음파 유량계로 측정할 수 있다. 다만, 이때 하수가 정상적인 경우와 반대 방향으로 흐르게 되므로, 측정되는 유량이 음의 값을 가지게 된다. 한편, 월류관(40)에는 덮개(45)가 결합되어 있으므로, 하수가 역류하는 경우에는 덮개가 월류관(40) 삽입부(41)의 타측 단부를 폐쇄하게 된다. 따라서, 월류관(40)을 통해 역류하는 하수의 유량은 존재하지 않게 된다. 다만, 이러한 경우에도 제1저장조(10)의 수위가 나팔관 위어(50)의 상단면(51)보다 높아지게 되므로, 제어기는 월류관(40)을 통과하는 하수가 존재하는 것으로 계산하게 된다. 따라서, 이와 같이 하수가 역류하는 경우, 즉 초음파 유량계(60)에 의해 측정되는 유량이 음의 값이 되는 경우에는 제어기에 의해 측정되는 하수의 유량은 총 유량에 합산하지 않으며, 초음파 유량계(60)에 의해 측정되는 유량이 총 유량이 된다.

또한, 연결관(30)이 막힌 경우에는, 연결관(30)을 통과하는 하수의 유량이 존재하지 않으며, 제1저장조(10)의 수위는 제1하수관(P1)으로부터 유입되는 하수에 의해 상승하게 된다. 이러한 경우에는, 연결관(30)을 통과하는 유량이 초음파 유량계(60)에 의해 0으로 측정되고, 제1저장부(10)의 수위가 초음파 수위측정계(70)에 의해 계속 상승되는 것으로 측정된다.

상술한 바와 같이, 하수관용 유량측정시스템(100)에는 하수의 유량 측정을 위한 연결관(30)이 구비되어 있으며, 이 연결관(30)이 하수가 가득찬 상태로 유지되도록 구성되어 있다. 따라서, 종래의 유량측정장치가 하수의 배출양이 적은 경 우에는 하수 유량을 측정하지 못했던 것과 달리, 배출되는 하수의 유량에 적은 경우에도 하수 유량을 측정할 수 있다.

그리고 연결관(30)이 경사지게 배치되어 있으므로 연결관(30) 바닥에 토사 등의 이물질이 쌓이지 않으며, 그 결과 토사 등의 이물질에 의해 초음파의 진행이 영향을 받아 유량이 부정확하게 산출되는 것이 방지된다.

또한, 월류관(40)이 구비되어 있으므로 홍수 등의 비상시에도 하수가 제1저장조(10) 및 제2저장조(20)를 통해 원활하게 외부로 유출될 수 있다. 나아가 나팔관 위어(50)와 초음파 수위측정계(70)를 이용하여 월류관(40)을 통해 유출되는 하수의 유량을 측정하고 이 유량을 연결관(30)을 통해 배출되는 하수 유량과 합산함으로써, 비상시에 배출되는 하수의 유량도 측정할 수 있다. 또한, 월류관(40)에 게이트(44) 및 덮개(45)가 설치되어 있으므로, 하수에 포함된 이물질 등에 의해 월류관(40)이 막히게 되는 경우 용이하게 이물질을 제거할 수 있으며, 월류관(40)을 통해 하수가 역류되는 것이 방지된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 연결관(30)에 삽입공(33)을 형성하고 이 삽입공(33)에 초음파 진동자(61,62)가 삽입되도록 구성되었으나, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 연결관(30)의 외벽에 초음파 진동자 홀더(B)를 부착하고 이 초음파 진동자 홀더(B)에 초음파 진동자(61,62)가 삽입되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 초 음파 진동자(61,62)에서 발신된 초음파가 초음파 진동자 홀터(B) 및 연결관(30)을 통과하는데 소요되는 시간(T₀)은 동일하므로, 제1소요시간(T₁₂)와 제2소요시간(T₂₁)의 차는 초음파 진동자가 하수 내를 통과하는데 소요되는 시간의 차, 즉 (T'₂₁ - T'₁₂)와 동일하게 된다. 따라서, 제1소요시간(T₁₂)과 제2소요시간(T₂₁)의 차이를 이용하여 앞서 설명한 방법으로 연결관(30) 내를 통과하는 하수의 유량을 산출할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 한 쌍의 초음파 진동자를 구비하는 일회선 초음파 유량계로 구성되었으나, 복수의 초음파 진동자 쌍을 구비하는 다회선 초음파 유량계로 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 나팔관 위어(50)를 사용하여 월류관(40)을 통해 배출되는 하수의 유량을 측정하였으나, 사각 위어를 사용하여 월류관을 통해 배출되는 하수의 유량을 측정하도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서 연결관(30)의 단면이 직사각형으로 형성되었으나, 원형 또는 타원형으로도 형성될 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 유입구(31)가 배수구(21)보다 낮은 위치에 배치되어 연결관(30) 전체가 하수로 가득 찬 상태로 유지되도록 구성하였으나, 초음파 진동자(61,62)가 설치되는 부분만이 하수로 찬 상태로 유지되도록 구성할 수도 있다.

도 1은 종래의 유량측정장치를 성명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관용 유량측정시스템의 개략적인 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 월류관 및 나팔관 위어의 사시도이다.

도 4a 및 도 4b는 나팔관 위어로 유입되는 하수의 유량을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 5는 전파시간차법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 6은 초음파 진동자가 연결관의 외벽에 부착되는 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...제1저장조 11...입수구

12...제1수용부 20...제2저장조

21...배수구 22...제2수용부

30...연결관 31...유입구

32...유출구 40...월류관

43...관통홀 44...게이트

50...나팔관 위어 60...초음파 유량계

61,62...초음파 진동자 70...초음파 수위측정계

71...초음파 진동자 100...하수관용 유량측정시스템

P1...제1하수관 P2...제2하수관

Claims (11)

1. 하수가 유동되는 제1하수관에 연결된 입수구와, 상기 입수구를 통하여 유입된 하수가 수용되는 제1수용부를 가지는 제1저장조;

   상기 제1하수관을 통하여 배출된 하수가 유동되는 제2하수관에 연결된 배수구와, 상기 하수가 수용되는 제2수용부를 가지는 제2저장조;

   상기 제1저장조로부터 상기 제2저장조로 하수를 유동시키기 위한 것으로서, 중공의 형상으로 형성되어 상기 제1저장조와 연결되는 유입구와 상기 제2저장조와 연결되는 유출구가 형성되어 있으며, 상기 유출구가 상기 유입구보다 낮은 위치에 위치되도록 경사지며 상기 유입구가 상기 배수구보다 낮은 위치에 위치되도록 설치되는 연결관;

   상기 연결관 내부를 흐르는 하수의 유량을 측정하기 위하여 상기 연결관에 설치되는 초음파 유량계;

   중공의 형상으로 형성되어 상기 연결관의 상측에 배치되며, 상기 제1저장조의 제1수용부와 상기 제2저장조의 제2수용부와 연통되어 상기 제1저장조에 수용된 하수를 상기 제2저장조로 유동시키기 위한 월류관;

   상기 월류관을 통해 하수가 역류되는 것이 방지되도록, 상기 월류관의 제2저장조 측 단부를 폐쇄 및 개방하도록 상기 월류관에 설치되는 덮개;

   상기 월류관 내부를 유동하는 하수의 유량을 측정하기 위한 것으로, 상기 월류관의 제1저장조 측 단부에 결합되는 위어; 및

   상기 제1저장조의 제1수용부에 설치되며, 상기 제1저장조에 수용된 하수의 수위를 측정하는 수위측정계;를 포함하며,

   상기 연결관의 유출구는 직사각형 형상으로 형성되며, 수평방향으로 길게 배치되며,

   상기 연결관을 유동하는 하수의 유량과, 상기 월류관을 유동하는 하수의 유량을 이용하여, 배출되는 하수의 총 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하수관용 유량측정시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연결관 내에서 하수가 정상적으로 유동하는 경우에는, 상기 연결관을 유동하는 하수의 유량과 상기 월류관을 유동하는 하수의 유량을 합산하여 하수의 총 유량을 산출하며,

   상기 연결관 내에서 하수가 역류하는 경우에는, 상기 연결관을 유동하는 하수의 유량을 하수의 총 유량으로 산출하는 것을 특징으로 하는 하수관용 유량측정시스템.
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