KR100971995B1

KR100971995B1 - 상수도 블럭별 자동감압 관리장치

Info

Publication number: KR100971995B1
Application number: KR1020090095783A
Authority: KR
Inventors: 김태곤; 황철우
Original assignee: 김태곤
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2010-07-23

Abstract

본 발명은 상수도 블럭별 자동감압 관리장치에 관한 것으로, 상수도 관할블럭별로 각각 설치되며 해당 관할블럭의 유량측정값과 수압측정값이 포함된 현장값을 상위로 보고하며 각각에 글로브형 감압밸브를 갖는 상수도 블럭제어반들과, 상수도 블럭제어반들 각각과 실시간 통신하여 감시 및 관리하며, 상수도 해당블럭에 있는 수용가들의 정규 고도값과 수용가들의 수도중 가장 낮게 걸리는 수도에 가해져야 하는 최저 수압값에 근거하여 계산된 각 관할블럭별 블럭 유출수압목표값을 해당 상수도 블럭제어반들로 각각 다운로드시켜주고 해당 블럭 유출수압목표값의 변경을 위한 블럭 유출수압 제어값을 해당 상수도 블럭제어반으로 전송하는 통합감시제어국으로 구성하고; 각 상수도 블럭제어반은, 해당 관할블럭 수용가들에게 물을 공급하는 급수관로가 경유되게 구성하고 급수관로에는 전후단의 제1,제2 수압계가 장치되며 제1,제2 수압계 사이의 급수관로에는 자동제어 가능한 글로브형의 감압밸브와 함께 급수관로의 유량을 측정하는 유량계가 구비되게 하며, 통합감시제어국으로부터의 블럭 유출수압 목표값을 내부 메모리에 저장하며, 저장된 블럭 유출수압 목표값과 제1 수압계가 검출한 유입수압 측정값과 제2 수압계가 검출한 유출수압 측정값을 이용하여 감압밸브를 제어하되 유입수압 측정값이 블럭 유출수압 목표값보다 과대함에 따라 제2 수압계에서 실시간 검출하는 유출수압 측정값이 블럭 유출수압 목표값에 수렴되도록 감암밸브를 개도 제어함과 함께, 현장값을 상위의 통합감시제어국으로 보고하고, 통합감시제어국으로부터의 블럭 유출수압 제어값을 수신하여 블럭 유출수압 목표값을 갱신하는 공급수압 제어부를 구비함으로써, 상수도의 유량을 절감하고 누수를 최소화시켜준다.

상수도 블럭제어반, 감압밸브, 공급수압 제어부, 제1,제2 수압계, 유량계

Description

상수도 블럭별 자동감압 관리장치{APPARATUS FOR AUTOMATICALLY REDUCING PRESSURE OF WATER SUPPLY}

본 발명은 상수도 급수시스템에 관한 것으로, 특히 상수도의 유량을 절감하고 누수를 최소화하기 위한 상수도 블럭별 자동감압 관리장치에 관한 것이다.

집중 호우에 따른 물관리가 적절히 이루어지지 못하는 관계로 현재 우리나라도 물부족 국가로 분류되고 있는 실정이며, 그러므로 상수도에서의 유량절감과 누수방지 대책은 국가적인 과제라 할 수 있다.

유량절감과 누수방지대책중에는 적정 배수구역을 설정하고 배수관망을 정비하는 방법이 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 하천, 철도, 공원 등의 지역특성과 고지대 및 저지대 등의 지형 특성을 고려하여서 적정한 배수 구역을 설정하고 송·배수관로를 배치하여서 용수공급이 효율적으로 이루어지게 해야한다. 또한 관로 및 각종 부속설비, 밸브류를 유지보수하고 정비하며 부식성 관로를 시기적절하게 개량하거나 교체를 해주어야 한다. 하지만 적정 배수구역 설정과 배수관망은 기존 지역에 이미 설정되거나 깔려 있는 것이고 부식성 관로를 체크하여 개량하거나 시기적 절하게 교체하는 것은 많은 예산이 소요되는 관계로 적용이 쉽지 않는 실정이다.

유량절감과 누수방지대책 중의 다른 하나로는 관로의 수압조정 및 최소유량을 조정하는 방법이 있다. 실제로 관로의 누수는 수압이 상승하면 이에 따라 증가하는 특성이 있으며, 일반적으로 여타 조건이 동일하면 누수의 증가율은 관로 수압의 평방근에 비례한다. 따라서 필요한 위치에는 감압밸브 등을 설치하고 펌프의 압력과 유량을 조절하여서 적정 수압을 유지하는 것이 바람직하며, 특히 야간에는 공급유량을 조정하여 관로내에 과대한 수압상승이 발생하지 않도록 조정하는 것이 필요하다.

하지만 현실적으로는 감압밸브를 설치하거나 야간에 수압상승이 발생되지 않도록 조정하는 것은 상당히 힘든 일이다. 이는 감압밸브를 설치해야할 필요 위치가 어디인지를 파악하기가 쉽지 않고 또 감압 조정을 어느 정도로 해야 할지를 결정하기가 쉽지 않기 때문이다. 더욱이 감압밸브를 사용하여 감압조정을 하였더라도 밸브를 조정하면서 발생된 물의 출렁거림으로 인해 오래된 배수관로 및 송수관로내에 부착된 스케일이 탈리되는 등으로 공급수가 흐려지는 2차적인 문제가 야기되어서 수용가에 녹물이 쏟아져 나오기 때문이다.

따라서 본 발명의 목적은 송수관로의 공급수에 흐린물이 발생되는 등의 2차적 문제가 없이 상수도의 유량을 절감하고 누수를 최소화할 수 있는 상수도 블럭별 자동감압 관리장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상수도 블럭별 자동감압 관리장치에 있어서: 상수도 관할블럭별로 각각 설치되며 해당 관할블럭의 유량측정값과 수압측정값이 포함된 현장값을 상위로 보고하며 각각에 글로브형 감압밸브를 갖는 상수도 블럭제어반들과, 상기 상수도 블럭제어반들 각각과 실시간 통신하여 감시 및 관리하며, 상수도 해당블럭에 있는 수용가들의 정규 고도값과 수용가들의 수도중 가장 낮게 걸리는 수도에 가해져야 하는 최저 수압값에 근거하여 계산된 각 관할블럭별 블럭 유출수압목표값을 해당 상수도 블럭제어반들로 각각 다운로드시켜주고 해당 블럭 유출수압목표값의 변경을 위한 블럭 유출수압 제어값을 해당 상수도 블럭제어반으로 전송하는 통합감시제어국으로 구성하고;
각 상수도 블럭제어반은, 해당 관할블럭 수용가들에게 물을 공급하는 급수관로가 경유되게 구성하고 상기 급수관로에는 전후단의 제1,제2 수압계가 장치되며 상기 제1,제2 수압계 사이의 급수관로에는 자동제어 가능한 글로브형의 감압밸브와 함께 상기 급수관로의 유량을 측정하는 유량계가 구비되게 하며, 상기 통합감시제어국으로부터의 블럭 유출수압 목표값을 내부 메모리에 저장하며, 상기 저장된 블럭 유출수압 목표값과 상기 제1 수압계가 검출한 유입수압 측정값과 상기 제2 수압계가 검출한 유출수압 측정값을 이용하여 상기 감압밸브를 제어하되 상기 유입수압 측정값이 상기 블럭 유출수압 목표값보다 과대함에 따라 상기 제2 수압계에서 실시간 검출하는 유출수압 측정값이 상기 블럭 유출수압 목표값에 수렴되도록 감암밸브를 개도 제어함과 함께, 상기 현장값을 상위의 통합감시제어국으로 보고하고, 통합감시제어국으로부터의 블럭 유출수압 제어값을 수신하여 블럭 유출수압 목표값을 갱신하는 공급수압 제어부를 구비함을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 감압밸브는 유입구측과 유출구측을 갖는 밸브바디에 승강작동가능케 설치된 밸브스템의 하단 디스크가 원추형상이며 상기 밸브스템에는 상기 공급수압 제어부의 제어 하에 개폐작동하는 구동부가 연결된 콘디스크타입 제어밸브로 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 공급수압 제어부는 유출수압 측정값이 상기 블럭 유출수압 목표값에 수렴됨에 따라 감압밸브의 개도제어를 정지하고, 20~60초의 지연시간 대기후에 유출수압 측정값의 변동폭이 상기 블럭 유출수압 목표값의 ±1%를 벗어나면 감압밸브의 개도제어를 다시 수행함을 특징으로 한다.

본 발명은 상수도 블럭별 급수관로에 감압밸브를 설치하고 자동 제어를 통해 수압 과대지역에 적절한 감압이 이루어지게 하여 상수도의 누수를 최소화함과 동시에 감압밸브 작동에 따른 급수관로내 탈리 스케일 발생도 최소화시켜서 급수에 흐린물이 발생되는 등의 2차적 문제가 없도록 해주는 장점이 있다. 특히 본 발명의 급수관로에 설치된 자동 제어 감압밸브를 통해서 유량 절감은 물론이고 수압 감압 1kg/㎠당 거의 30%의 누수율 감소가 가능하므로 상수도의 유량절감과 누수방지에 큰 효과가 있는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

효율적인 상수도 상수관망 유지관리를 위해 우리나라 대부분의 지역에서는 그 지역을 블럭별(대블럭,중블럭,소블럭)로 나누어 각 블럭별 유량을 감시하는 블럭시스템(block system)을 채택 운용하고 있다. 그러므로 관할블럭별로는 유량감시를 위해서 유량감시반이 설치될 수 있다.

또 안정적으로 물을 공급하는 시설인 배수지에 연결된 배수관에는 물을 많이 사용하는 시간대에는 많은 물을 공급하고 물의 사용이 적은 새벽에는 물의 공급량을 줄이는 등과 같이 급수량을 조절하도록 원격 제수변반이 대체로 구비되며 관할블럭지역과는 무관하게 설치된다. 또 배수지의 위치에 비해서 그 고도가 많이 낮은 지역에는 수압이 과대하게 걸리므로 필요에 따라 감압변이 설치되지만, 관할블럭과는 무관하게 설치된다.

상수도에 감압변을 설치하는 경우는 주로 5kg/㎠ 이상의 배수지보다 높은 외곽지의 고지대 지역을 위해 고수압이 걸리는 관로를 사용할 때나 가압장 관로의 분기급수에 부득이 사용을 한다. 이는 통상의 감압변은 유입수압이 5kg/㎠을 훨씬 넘게 걸려야만 후단의 수압제어가 가능하기 때문이며, 1차 수압이 5kg/㎠ 이하인 경우에는 제기능을 발휘할 수 없다.

그런데 상수도의 해당 관할블럭(구역별)에 걸리는 유입수압은 대략 3∼5kg/㎠이므로 상수도의 해당 관할블럭에는 감압변이 제기능을 제대로 발휘할 수 없으며, 감압변을 설치한다고 해도 수동조작에 의한 개략적인 감압제어를 수행한다. 그러므로 시내 차량통행이 빈번한 도로관망에 맨홀구조로 주로 설치되는 곳의 관할블럭이라면 감압변의 설치는 사실상 불가능한 것이다.

본 발명의 실시 예에서는 관할블럭별(구역별)로 상수도 블럭 제어반을 설치 하여 해당 관할블럭 지역별로 자체 자동제어 가능한 감압밸브를 설치함과 동시에 유량계, 수압계도 통합 설치하여서 블럭 유입수압이 대략 3∼5kg/㎠이더라도 감압변이 제기능을 수행함은 물론이고 더욱이 유량감시와 함께 해당 관할블럭에 일정한 유출수압이 걸리도록 최적절한 감압제어를 수행한다. 그래서 해당 관할블럭의 유량을 절감하고 누수율을 최소화시키며 또 감압밸브 작동시 문제를 야기시켰던 스케일 탈리 등으로 인한 공급관로내 공급수가 흐려지는 2차적인 문제를 발생되지 않도록 구현하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블럭별 자동감압 관리장치의 개략 구성도로서, 각 관할블럭별로는 상수도 블럭제어반(2)이 설치되며, 각 관할블럭의 상수도 블럭제어반(2)은 네트워크(4)를 통해서 상위의 통합감시제어국(6)과 실시간으로 통신하게 된다. 통합감시제어국(6)은 각 관할블럭별로 있는 상수도 블럭제어반(2)들을 전반적으로 감시 및 관리한다.

본 발명의 상수도 블럭제어반(2)에는 각 관할블럭지역내 수용가들에게 물을 공급해 주기 위한 급수관로(10)가 경유하고, 그 급수관로(10)에 바이패스(bypass)되는 바이스패스 관로(12)도 급수관로(10)와 함께 설치된다. 급수관로(10)의 초입부와 말미부에는 수동 개폐밸브(14)(16)가 대응 장치되고 바이패스 관로(12)에도 수동 개폐밸브(18)가 장치된다. 평상시 급수관로(10)의 수동 개폐밸브(14)(16)는 열려진 상태로 유지되고 바이패스 관로(12)의 수동 개폐밸브(18)는 잠궈진 상태로 유지된다.

급수관로(10)의 초입부와 말미부 사이에는 감압밸브(20)를 설치하되, 모터나 액츄에이터와 같은 구동부(22)에 의한 자동 개폐조절이 가능하며 글로브형의 감압밸브(20)가 설치된다.

본 발명의 실시 예에 따른 감압밸브(20)는 통상적인 관로의 밸브로 사용하는 게이트밸브나 버터플라이밸브와는 전혀 다른 타입이며, 여러가지의 감압밸브들중에서도 글로브형의 감압밸브이고 또 글로브형 감압밸브중에서도 밸브바디가 G자형 또는 Y자형이며 개도조절구가 콘디스크타입(cone disc type)인 G자형 또는 Y자형 콘디스크타입(cone disc type) 제어밸브를 바람직하게 사용한다. 더욱이 본 발명의 실시 예에 따른 글로브형 감압밸브(20)는 공급수압 제어부(30)의 제어 하에 자동 개폐조절하는 모터나 액츄에이터와 같은 구동부(22)도 함께 구비된다.

본 발명에서 글로브형 감압밸브(20)로서 바람직하게 채용한 콘디스크타입(cone disc type) 제어밸브는 그 밸브바디(32)가 도 2a 및 도 2b에서는 G자형이고 도 2c 및 도 2d에는 Y자형이다. 도 2a 내지 도 2d와 같은 G자형 또는 Y자형 밸브바디(32)에 형성된 유입구측(32a)과 유출구측(32b) 사이에 승강작동가능케 설치된 밸브스템(34)의 하단 디스크(36)가 원추형상이다. 밸브스템(34)은 구동부(22)의 구동에 따른 승강작동이 가능하도록 스텐레스 스틸과 같은 방청재질의 축봉에 볼스크류(34a)가 형성되게 구성할 수 있으며, 너트관에 끼워진 볼스크류(34a)에는 마모에 대한 내구성 및 장기간의 고장이 없도록 그리스유와 같은 윤활제가 주입된다.

본 발명의 실시 예에 따라 급수관로(10)에 장치된 글로브형 감압밸브(20)가 콘디스크타입 제어밸브로 설치되면, 하단 디스크(36)의 콘(cone)모양에 의해서 개도량과 유량이 선형적인 유동특성을 갖게 되며, 무엇보다도 중요한 것은 물의 흐름 을 급수관로(10)내 심부쪽으로 집중시켜서 정밀한 감압을 가능케 함을 물론이고 밸브 개폐시 물의 출렁거림을 최소화시켜서 관로내 스케일의 탈리가 별로 일어나지 않도록 해준다.

이러한 글로브형 감압밸브(20)의 구동을 위해서 밸브스템(34)을 승강작동시키기 위한 모터나 액츄에이터와 같은 구동부(22)가 장착되며, 그 구동부(22)는 상수도 블럭제어반(2)내 공급수압 제어부(30)의 제어를 받게 된다. 공급수압 제어부(30)의 정확한 제어를 위해 구동부(22)에서는 글로브형 감압밸브(20)의 실제 개도율값을 공급수압 제어부(30)로 피이드백시켜 준다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 상수도 블럭 제어반(2)내 급수관로(10)에는 유량 계측을 위한 유량계(19)를 설치하되, 글로브형 감압밸브(20)로부터 급수관로(10) 직경의 5배 이상 떨어진 전단지점에 위치되게 유량계(19)를 설치한다. 또한 유량계(19)는 급수관로(10)의 초입부에 위치한 수동 개폐밸브(14)로부터도 급수관로(10) 직경의 5배 이상 떨어진 후단지점에 설치되게 하는 것이 바람직하다. 이는 유량계(19)와 수동 개폐밸브(14)나 글로브형 감압밸브(20)에 급수관로(10) 직경의 5배미만으로 너무 가깝게 있으면 글로브형 감압밸브(20)와 수동 개폐밸브(14)의 개폐제어시 물의 출렁거림으로 인해 유량계측에 오류가 발생될 수 있기 때문이다.

또 감압밸브(20)의 전단부측 급수관로(10)에는 상수도 블럭제어반(2)의 유입수압을 체크하기 위한 제1 수압계(24)가 설치되고, 글로브형 감압밸브(20)의 후단부측 급수관로(10)상에는 상수도 블럭제어반(2)의 유출수압을 체크하기 위한 제2 수압계(26)가 설치된다.

제1,제2 수압계(24)(26) 및 유량계(19)로부터 검출된 유입수압측정값 P1 및 유출수압측정값 P2, 및 유량측정값 F는 실시간으로 공급수압 제어부(30)에 인가된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공급수압 제어부(30)에서의 송수신 데이터 및 저장 데이터를 보다 이해하기 쉽도록 도시한 도면이고, 도 4는 공급수압 제어부(30)에 블럭 유출수압 목표값을 저장하는 절차도 및 공급수압 제어부(30)에서의 감압동작 제어흐름도이다.

도 1 및 도 3, 도 4를 함께 참조하면, 공급수압 제어부(30)는 해당 관할블럭의 유량절감 및 누수율을 최소화시키기 위해 글로브형 감압밸브(20)를 통한 수압 감압제어를 수행하는 유니트이다.

공급수압 제어부(30)내 메모리(M)에는 상위의 통합감시제어국(6)으로부터 수신된 블럭 유출수압제어값에 따른 해당블럭의 블럭 유출수압 목표값이 저장되며, 또 상위의 통합감시제어국(6)으로 보고할 현장값(유량측정값, 수압측정값 등)도 함께 저장된다. 메모리(M)에 저장된 상기 블럭 유출수압 목표값은 수압 감압제어를 위해 사용되며, 상위의 통합감시제어국(6)으로부터 다음번 블럭 유출수압 제어값이 수신되기 전까지는 유효한 값으로 활용된다.

본 발명의 실시 예에서 상기 블럭 유출수압 목표값은 하기와 같은 방법으로 구해진다.

안정적으로 물을 공급하는 시설인 배수지는 산과 같은 고지대에 주로 위치하므로 그 배수지로부터 물을 공급받는 관할블럭별 수용가들은 중고지대나 저지대에 위치할 수 있다. 예컨대 중고지대에 위치한 블럭의 수용가들에 평균수압 2kg/㎠ 정도의 적정값이 유지된다면(바람직한 평균수압은 1.5~3.5kg/㎠), 그보다 더 낮은 저지대의 경우에는 평균수압이 4~6kg/㎠ 정도가 되는 과대한 수압상승이 발생할 수 있다.

그러므로 본 발명에서는 상수도 블럭제어반(2)이 설치되는 해당 블럭에 있는 수용가들의 정규 고도값을 먼저 조사하고 또 수용가들의 수도중 가장 낮게 걸리는 수도에 가해져야 하는 법정 규정된 최저 수압값을 근거로 하여서 상기한 블럭 유출수압 목표값을 계산한다(도 4의 S1).

이렇게 구해진 블럭 유출수압 목표값은 통합감시제어국(6)이 해당 관할블럭의 블럭 유출수압 목표값을 네트워크(4)를 통해 공급수압 제어부(30)로 다운로드시켜서 메모리(M)에 저장되게 하는 것이 바람직하다(도 4의 S2). 다른 방법으로는 노트북과 같은 휴대용 컴퓨터에 저장한 후 그 휴대용 컴퓨터를 상수도 블럭 제어반(2)의 공급수압 제어부(30)과 접속하여서 공급수압 제어부(30)의 메모리(M)에 저장되게 할 수도 있다.

이제 메모리(M)에 블럭 유출수압 목표값을 저장하고 있는 공급수압 제어부(30)에서의 감압밸브 제어동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

공급수압 제어부(30)는 도 4의 100단계에서 제1 수압계(24)로부터 유입수압측정값 P1을 실시간 체크로 얻게 되며, 그후 도 4의 102단계로 진행하여 유입수압 측정값 P1이 메모리(M)에 저장된 블럭 유출수압 목표값보다 큰지를 판단한다.

만약 유입수압 측정값 P1이 블럭 유출수압 목표값보다 크다면 공급수압 제어 부(30)는 글로브형 감압밸브(20)에 대한 감압 개도율 제어를 수행해야 하고, 그렇지 않다면 글로브형 감압밸브(20)를 감압 제어할 필요가 없다. 유입수압 측정값 P1이 저장된 블럭 유출수압 목표값보다 크다는 것은 유출수압이 관할블럭에 필요한 수압보다 보다 높아서 유량과 누수량이 많고 관로의 파손이 빈번해질 확률이 높다는 의미이다.

그러므로 유입수압 측정값 P1이 저장된 블럭 유출수압 목표값보다 크게되면, 공급수압 제어부(30)는 도 4의 104단계로 진행하여 제2 수압계(26)로부터 유출수압측정값 P2를 실시간 체크로 얻게 된다.

그 후 공급수압 제어부(30)는 도 4의 106단계로 진행하여 유출수압측정값 P2와 블럭 유출수압 목표값을 근거로 밸브개도율을 계산하고 그 계산된 밸브개도율로 글로브형 감압밸브(20)의 구동부(22)로 밸브개폐명령을 내린다. 구동부(22)의 작동으로 글로브형 감압밸브(20)는 그에 따른 감압 개도조절이 이루어지고, 감압밸브(20)로부터는 실제 개도율값을 공급수압 제어부(30)로 피이드백 시켜준다.

또한 공급수압 제어부(30)는 블럭 유출수압 목표값에 빠르게 수렴될 수 있도록 도 4의 108단계로 진행하여 지속적인 감압변 제어를 수행하되, 피이드백되는 유출수압 측정값 P2와 블럭 유출수압 목표값, 관할블럭내 단말 수용가의 관말압력, 관할블럭에 설치된 관로의 직경과 같은 변수를 기초로 비례-적분-미분(PID)제어를 수행하여 글로브형 감압밸브(20)의 개도정도를 적응적으로 조절함으로써 빠르게 블럭 유출수압 목표값에 접근을 시킨다.

이렇게 하여 피이드백되는 유출수압 측정값 P2이 블럭 유출수압 목표값에 도 달을 하게 되면, 공급수압 제어부(30)는 도 4의 110단계에서 이를 판단하고 도 4의 112단계로 진행한다.

도 4의 112단계에서 공급수압 제어부(30)는 글로브형 감압밸브(20)의 개도값을 고정시키고 이후 미리 설정된 20∼60초의 지연시간(더욱 바람직하게는 30초)을 대기한 후 다시 피이드백되는 유출수압 측정값 P2를 확인한다.

즉 공급수압 제어부(30)는 도 4의 114단계의 판단에서 파이드백되는 유출수압 측정값 P2의 변동폭이 블럭 유출수압 목표값의 ±1%이내에 있는지를 판단한다. 만일 유출수압 측정값 P2의 변동폭이 블럭 유출수압 목표값의 ±1%이내에 있으면 글로브형 감압밸브(20)의 개도값을 현재 상태로 그대로 유지시키고, 그렇지 않고 유출수압 측정값 P2의 변동폭이 블럭 유출수압 목표값의 ±1%를 벗어나면 도 4의 106단계로 되돌아가서 글로브형 감압밸브(20)의 감압 개도조정을 다시 시도하게 된다. 블럭 유출수압 목표값에 도달된 후 상기와 같이 글로브형 감압밸브(20)의 개도 제어를 수행하게 되면 감압밸브(20)의 빈번한 작동을 최소화시켜 물의 흔들거림을 방지함과 아울러 수용가의 물의 사용량에는 적응적으로 대처하면서 물을 공급해줄 수 있게 된다.

한편 공급수압 제어부(30)는 도 1에서와 같이 상위의 통합감시제어국(6)으로부터의 블럭 유출수압 목표값을 다운로드받아 메모리(M)에 저장한 후 수압제어를 수행하며, 이후 실시간으로 수신되는 통합감시제어국(6)으로부터의 블럭 유출수압 제어값에 근거하여 새로운 블럭 유출수압 목표값을 갱신하게 된다. 새로운 블럭 유 출수압 목표값은 일일 시간별 단위나 일일별 단위나 월별 단위 등으로 업데이트될 수 있으며, 이는 관할 블럭의 특성에 맞게 조정될 수 있는 것이다.

도 5에서는 일일 시간별 유량변화를 보여주는 프로파일곡선으로서 아침 7시를 기준으로 2시간, 낮 12시 30분을 기준으로 2시간, 저녁 10시를 기준으로 4시간에는 물의 소비가 많다(피크타임). 공급수압 제어부(30)에서는 도 5에서와 같이 물의 소비가 많은 시간대에는 유출수압 측정값과 블럭 유출수압 목표값의 비교를 통해 이를 인식하고 감압밸브(20)의 개도율이 더 높도록 감압밸브(20)를 열어주어서 해당 블럭 수용가에게 더 많은 유량이 공급되게 해준다. 즉 시간대별 수용가의 물 사용량에 많거나 적음에도 기설정된 블럭 유출수압 목표값에 수렴하도록 공급수압 제어부(30)가 감압밸브(20)의 개도를 제어하되 물 사용량에 비례하여 자동조절하는 것이다.

게다가 도 5와 같은 프로파일곡선이 데이터화되어서 통합감시제어국(6)으로부터 제공되어지면, 공급수압 제어부(30)에서는 제공받은 일일 시간별 수압제어값을 이용하여 물 사용이 많은 시간대에는 수용가의 사용 편의를 위해서 블럭 유출수압 목표값에서 0.5~1kg/㎠의 수압을 더 높혀서 사용자가 수도꼭지의 물줄기가 보다 세게 나오는 것을 느끼게 해줄 수도 있다. 또한 물 사용이 별로 없는 새벽시간대에는 블럭 유출수압 목표값에서 0.5~1kg/㎠의 수압을 낮추어 주어서 누수율을 더욱 떨어뜨리게 해줄 수 있다. 이러한 추가적인 블럭 유출수압 목표값의 조정은 수용가의 편의(물살 세기 좋도록 하는 것)와 누수율 최소화를 함께 도모케 해준다.

또한 공급수압 제어부(30)는 주기적으로 현장값(유량측정값, 수압측정값 등)을 메모리(M)에서 읽어서 상위의 통합감시제어국(6)으로 보고하며, 유량측정값이나 수압측정값이 현저하게 떨어질 경우에는 관로에 문제가 있음을 알리는 알람메시지도 전송한다. 또한 공급수압 제어부(30)는 글로브형 감압밸브(20)를 원격제어하여 긴급차단밸브로서 활용할 수도 있고 수계전환시 수계전환밸브로도 활용할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 관할블럭별로 설치된 상수도 블럭제어반(2)은 블럭 유입수압이 대략 3∼5kg/㎠로 감압변을 설치하기 어려운 낮은 수압임에도 불구하고 감압변을 설치하여서 제기능이 발휘되게 하고, 감압변기능 뿐만 아니라 블럭유량감시, 원격제수변까지의 통합기능을 수행하면서, 해당 블럭에서의 누수량은 밤시간대 30%, 낮시간대 10%의 감소효과가 있도록 해준다.

도 6 내지 도 10은 본 발명의 시스템을 적용하여 실험한 자료 도면으로서, 경상북도 포항지역 상수도의 관할블럭들중 송도블럭1과 송도블럭2에 적용한 실험 일예이다.

도 6은 송도블럭1과 송도블럭2의 구역을 설명하기 위한 지도 화면도로서, 각 블럭에 테이블로 표기한 데이터들은 본 발명의 자동 감압밸브 시스템을 적용하기 이전상태로 되돌려서 시험한 데이터들이다.

도 7에서는 송도블럭1에서 본 발명을 적용한 것과 기존 환경 적용한 것의 낮시간대 유량변화 비교 그래프를 보여주고 있다.

도 7의 비교 그래프를 테이블로 나타내면 하기 표 1과 같다.

	유입압력[kg/㎠]	유출압력[kg/㎠]	관말압력[kg/㎠]
본 발명 적용시	3.5∼5.0	2.5 정압제어	2.3 정압제어
기존 환경시	3.5∼5.0	3.5∼5.0	3.5∼4.5

본 발명의 실시 예에 따라 자동제어되는 글로브형 감압밸브(20)로 수압 감압제어를 수행하게 되면 유출압력이 목표로 하는 2.0kg/㎠에 근접하여 적정한데 비해, 기존 환경에서는 유출압력이 3.5∼5.0kg/㎠로 2.0kg/㎠보다 과도하게 높다. 이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 감압제어 시스템을 적용하게 되면 압력 1.0kg/㎠당 50㎥/h 정도의 유량을 절감할 수 있는 효과가 있다. 여기서, 관말압력은 블럭 유출압력 목표값 제어시 관말에 미치는 압력을 확인하는 값이다.

도 8에서는 송도블럭1에서 본 발명을 적용한 것과 기존 환경 적용한 것의 일일(24시간) 유량변화 비교 그래프를 보여주고 있다.

도 8을 참조하면, 일일 유량변화의 심야시간도 도 7의 낮시간대와 마찬가지 현상을 나타내고 있다. 도 8의 그래프에서 적색실선(유량 표시눈금 100정도에 있음)과 황색실선(유량 표시눈금 83정도에 있음)은 본 발명을 적용하였을 때 낮시간대와 심야시간대의 평균 유량을 표시한 것이고, 적색 대타원은 낮시간대의 유량곡선을 인식하도록 나타낸 것이고 황색 소타원은 심야시간대의 유량곡선을 인식하도록 나타낸 것이다. 좌측 그래프의 본 발명과 우측 그래프의 기존 환경의 유량곡선을 비교해 보면 주야의 누수량이 전체적으로 감소한 것을 쉽게 확인할 수 있다.

도 9는 송도블럭1에서 본 발명을 적용한 것과 기존 환경 적용한 것의 3일간 유량변화 비교 그래프를 보여주고 있다.

도 9의 그래프를 참조하면, 본 발명 적용시와 기존환경에서의 3일간의 평균유량을 비교 검토한 결과 본 발명의 평균유량이 시간당 50㎥정도의 유량 절감이 있음을 확인할 수 있다.

그에 따라 연간 유량절감을 계산해 보면, 50㎥*24시간*365일=438,000㎥이 된다. 즉 연간 438,000톤 정도의 유량 절감 효과가 있는 것이다. 이를 비용으로 환산하면, 438,000㎥*650원=284,700,000원으로서, 연간 약 2억8천만원 정도의 비용 절감효과가 있다.

또한 본 발명에서는 도 10에 도시된 바와 같이 공급수압 제어부(30)의 PID제어를 통해서 유량의 변동폭이 크지 않게 안정화 작동되게 구현하고 있음을 확인할 수 있다.

도 11에서는 통합감시제어국(6)에서 공급수압 제어부(30)의 내부 메모리(M)에 블럭 유출수압 목표값을 설정하기 위한 후단압력 설정 제어화면창을 보여주고 있다. 후단압력 설정 제어화면창을 통해서 해당 관할블럭에 블럭 유출수압 목표값을 설정하게 되면 네트워크(4)를 통해서 해당 상수도 블럭 제어반(2)의 공급수압제어부(30)에 다운로드되어서 메모리(M)에 기저장된 블럭 유출수압 목표값을 갱신하게 된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

본 발명은 상수도의 유량을 절감하고 누수를 최소화하는데 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블럭별 자동감압 관리장치의 개략 구성도,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따라 급수관로에 장치된 글로브형 감압밸브의 작동상태도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공급수압 제어부에서의 송수신 데이터 및 저장 데이터를 이해하기 쉽게 도시한 도면,

도 4는 공급수압 제어부에 블럭 유출수압 목표값을 저장하는 절차도 및 공급수압 제어부에서의 감압동작 제어흐름도,

도 5는 일일 유량변화 프로파일을 보여주는 도면,

도 6 내지 도 10은 본 발명의 시스템을 적용하여 실험한 자료 도면,

도 11은 통합감시제어국에서 해당 관할블럭의 블럭 유출수압 목표값을 설정하기 위한 후단압력 설정 제어화면창을 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(2)-- 상수도 블럭 제어반 (10)-- 급수관로

(12)-- 바이패스 관로 (14)(16)(18)-- 수동 개폐밸브

(19)-- 유량계 (20)-- 감압밸브

(24)(26)-- 제1,제2 수압계 (30)-- 공급수압 제어부

Claims

상수도 블럭별 자동감압 관리장치에 있어서:

관할블럭에 걸리는 유입수압이 3∼5kg/cm²가 되는 다수의 상수도 관할블럭들과,

상기 상수도 관할블럭별로 각각 설치되며 해당 관할블럭의 유량측정값과 수압측정값이 포함된 현장값을 상위로 보고하며 각각에 글로브형 감압밸브를 갖는 상수도 블럭제어반들과,

상기 상수도 블럭제어반들 각각과 실시간 통신하여 감시 및 관리하며, 상수도 해당블럭에 있는 수용가들의 정규 고도값과 수용가들의 수도중 가장 낮게 걸리는 수도에 가해져야 하는 최저 수압값에 근거하여 계산된 각 관할블럭별 블럭 유출수압목표값을 해당 상수도 블럭제어반들로 각각 다운로드시켜주고 해당 블럭 유출수압목표값의 변경을 위한 블럭 유출수압 제어값을 해당 상수도 블럭제어반으로 전송하는 통합감시제어국으로 구성하고;

상기 상수도 블럭제어반 각각은,

해당 관할블럭 수용가들에게 물을 공급하는 급수관로가 경유되게 구성하고 상기 급수관로에는 전후단의 제1,제2 수압계가 장치되며 상기 제1,제2 수압계 사이의 급수관로에는 자동제어 가능한 글로브형의 감압밸브와 함께 상기 급수관로의 유량을 측정하는 유량계가 구비되게 하며,

상기 통합감시제어국으로부터의 블럭 유출수압 목표값을 내부 메모리에 저장하며, 상기 저장된 블럭 유출수압 목표값과 상기 제1 수압계가 검출한 유입수압 측정값과 상기 제2 수압계가 검출한 유출수압 측정값을 이용하여 상기 감압밸브를 제어하되 상기 유입수압 측정값이 상기 블럭 유출수압 목표값보다 과대함에 따라 상기 제2 수압계에서 실시간 검출하는 유출수압 측정값이 상기 블럭 유출수압 목표값에 수렴되도록 감암밸브를 개도 제어함과 함께, 상기 현장값을 상위의 통합감시제어국으로 보고하고, 통합감시제어국으로부터의 블럭 유출수압 제어값을 수신하여 블럭 유출수압 목표값을 갱신하는 공급수압 제어부를 구비하되,

상기 공급수압 제어부가,

상기 감압밸브를 제어함에 있어 관할블럭내 관말수용가에서의 관말압력, 관할블럭에 설치된 관로의 직경을 포함한 변수를 더 포함하여 비례-적분-미분제어를 수행하여 감압밸브의 개도정도를 적응적으로 조절함과 함께, 유출수압 측정값이 상기 블럭 유출수압 목표값에 수렴됨에 따라 감압밸브의 개도제어를 정지하고, 20~60초의 지연시간 대기후에 유출수압 측정값의 변동폭이 상기 블럭 유출수압 목표값의 ±1%를 벗어나면 감압밸브의 개도제어를 다시 수행하게 구성함을 특징으로 하는 상수도 블럭별 자동감압 관리장치.
제1항에 있어서, 상기 감압밸브는 유입구측과 유출구측을 갖는 밸브바디에 승강작동가능케 설치된 밸브스템의 하단 디스크가 원추형상이며 상기 밸브스템에는 상기 공급수압 제어부의 제어 하에 개폐작동하는 구동부가 연결된 콘디스크타입 제어밸브로 구성함을 특징으로 하는 상수도 블럭별 자동감압 관리장치.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유량계는 상기 감압밸브로부터 급수관로직경의 5배 이상 떨어진 전단지점에 위치되게 구성함을 특징으로 하는 상수도 블럭별 자동감압 관리장치.
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