KR100998921B1 - 자석을 이용한 물레방아 약품투입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 계곡수를 수원으로 이용하는 마을 상수도가 계절에 따른 강우량의 편차로 유량 변동이 심해져 이를 이용하는 물탱크의 계곡수의 유량 변동에 따라 비례하여 약품투입을 하기 위한 방법으로, 4개의 수조; 로 이루어진 회전하는 물레방아; 를 이용하는 약품투입장치에 있어 회전 타성으로 계속 돌지 않고 회전하는 하나의 수조에 물이 채워지면 회전하면서 비워지고 다음 수조가 물이 채워지는 위치에서 정지될 수 있도록 하는 방법으로 각 수조에 양측 면에 밀봉된 영구자석; 이 들어 있고 수조가 회전 시 몸체 벽체에 소정의 위치에서 근접되어있는 밀봉된 영구자석으로 끌어당기는 원리를 이용하여 이를 달성하게 한 구성에 관한 것으로 회전하는 수차의 회전축에 연결된 감속기와 튜브펌프; 로 약품을 투입할 수 있으며 유입 유량에 따른 회전이 정확하고 소음이 없으며 약품 투입량도 정확한 간이상수도 무동력 약품투입장치이다.

Description

자석을 이용한 물레방아 약품투입장치 {Using Magnets water wheel Chemical input device}

본 발명은 산간지역의 농촌마을에서 계곡수를 수원으로 하여 생활용수를 공급 받는 마을상수도와 물탱크 등에 적용되는 약품투입기로 계곡수가 강우량에 따라 물탱크의 유입량 편차가 심하여도 유입량에 따라 정확한 약품 투입을 할 수 있도록 개발된 장치이다.

본 발명이 속하는 분야에서 계곡수의 유량에 비례하여 투입하는 약품투입기가 개발되어 있고 기술범위도 다수의 방법으로 나와 있으므로 이를 살펴보기로 한다.

대한민국 실용등록 제 20-0300269호 무동력 유량비례 약품투입장치는 송수관에 내장된 수차를 이용하여 전달된 회전력을 감속기로 전달하고 이것이 편심캠을 회전시켜 회전운동이 직선운동으로 바뀐 정량펌프로 약품을 투입하는 장치이다. 이러한 방법은 계곡수에 섞여 들어오는 낙엽 및 모래 등으로 기인한 수차의 고장이 발생하며 강우량에 따라 유입량의 편차가 심해지면 회전타성으로 인하여 정확한 유입량을 알 수 없고 이에 따른 정확한 약품을 투입할 수가 없다. 또한 기계적인 구조로 인하여 고장이 발생하고 수명도 짧은 것이 문제점이다.

한편, 대한민국 등록특허 제 10-0906374호 소독약투입기용 수차의 정위치 자동유지 장치는 수차의 저수실의 수위가 증가하여 탄성지지 스토퍼의 설정압력을 넘어서면 정위치 돌기가 탄성지지 스토퍼에서 벗어나 회전하는데 다음 저수실이 탄성지지 스토퍼에 걸리면서 정위치를 유지한다고 하였으나 정위치 돌기가 탄성지지 스토퍼에 부딪치면서 덜커덩하는 소음이 발생하고 탄성지지 스토퍼와 탄성압력 조절구 사이에 연결된 탄성부재(스프링)가 장기적으로 탄력을 잃을 가능성이 높고 이러한 스토퍼에 의한 제어 방법은 향후 마모로 인하여 고장의 원인이 되는 결점이 있다 하겠다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로 계곡수의 수원으로부터 인입되어 물탱크 내부로 연결되어있는 유입송수관에 삼방밸브에 부구를 달아 물을 쓰지 않는 심야에는 미리 유입 수원을 오버플러워(Over Flow) 되게 하여 약품이 계속 투입되지 않게 하는 것이 필요하며 물탱크 상단으로 유입송수관을 염소투입장치에 연결하여 물레방아를 회전하게 함으로서 물레방아의 회전축에 연결된 감속기와 튜브펌프를 돌게 함으로서 약품을 투입하는데 있다.

따라서 물레방아의 수조를 유입수의 유입량에 따른 회전 시 수조에 일정유량을 담는데 있어 일정유량이 담아질 때까지 수조가 돌지 않게 잡아두는 것과 일정유량이 담아질 때는 무게에 의하여 물을 비우게 되면서 다음 수조가 연속되게 상기의 작동을 이어 가는데 있다.

이러한 물레방아의 수조에 의하여 회전축이 회전하면 회전축에 연결된 감속기, 상기 감속기 에 이어진 축에 부착된 튜브펌프, 상기 튜브펌프에 연결된 약품호스에 의해 약품이 투입되는 것을 본 발명이 이룩하고자 하는 기술적 과제라 할 것이다.

한편 상기와 같은 물레방아 약품투입장치에 있어서 회전판에 부착된 자성체와 본체의 소정의 위치에 고정된 근접센서에 의해 회전하면서 1이상의 헤르츠(Hz) 신호를 출력케 하여 계곡수의 유입량과 약품 투입량을 표시창에 나타나게 할 수 있는 것도 본 발명의 이룩하고자 하는 기술적 과제에 포함되는 것으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 계곡수를 수원으로 하는 마을상수도 배수물탱크 상단에서 물탱크 내부로 유입되는 송수관으로부터 연결된 물레방아 약품투입기를 설치하며 상기 물레방아 약품투입기 수조 부의 내부에는 4개의 수조로 이루어진 물레방아가 있어 유입되는 물에 의해 회전하게 되고 수조가 회전하면서 회전축에 연결된 감속기에 의해 제2의 회전축이 돌게 되고 제2의 회전축에 연결된 튜브펌프가 돌면서 별도의 약액저장조에서 이어진 약품호스에 의해 약품이 투입되는 구성요소를 갖는다.

본 발명에서는 상기와 같이 구성요소에 의해 약품을 투입하기 위해서는 다음과 같이 발명의 요건을 갖는 것이 필요하다.

계곡수가 집중강우로 인한 유입수가 폭증할 때에 외함의 상단부에는 일정 깊이를 같는 제 1챔버가 있어 외벽체 코너로 유입된 유입수가 제 1챔버 내벽체 상부에 패인 다수의 V홈으로 물이 쏟아지고 쏟아진 물은 아래에 장착된 제 2챔버의 소정의 위치에 패인 홈을 통하여 다시 쏟아지는데 쏟아지는 물은 물레방아의 상부 수조에 담아지게 된다. 상기 물레방아는 4개의 수조로 이루어졌으며 모든 수조의 날개의 끝단 부는 수조의 만수위 지점에서 45° 각도로 굽어져 있어 물이 흘러내리면서 회전하게 되어있다.

상기 4개의 수조 중심부에는 회전축이 벽체에 고정된 회전봉에 삽입되어 회전하게 되어 있으며 수조의 양측면 최상단 높이에 밀봉된 원형의 영구자석이 부착되어 있고 내 벽체 양측에도 영구자석이 밀봉되어 돌출되어 있으며 그 위치는 수조의 양 측면에 회전하면서 원형 자석의 N극과 S극 부분이 서로 끌어당기는 위치로 부착되어야 하는바 이는 수조의 원형자석의 N극과 내벽체의 S극이 편축되어 겹치는 것이 바람직하다.

물레방아는 4개의 수조로 구성되어 있으며 하나의 수조는 1.5-2L의 물이 담겨지도록 용량이 설계되고 수조의 날개는 물이 담기는 만수위 지점에 45°각도로 굽어져 있어 물이 담겨지면 회전하게 되어 있다. 이러한 만수위가 되면 물의 무게에 의하여 수조를 붙들고 있는 양쪽의 영구자석의 인력을 넘어서게 되고 수조가 90° 회전하면서 물을 비우게 되고 다음의 수조가 다시 영구자석의 자력이 갖는 인력에 의하여 상부를 향해 정지하게 된다. 이러한 구성요소는 물레방아의 수조가 물이 담수되기도 전에 출수압에 회전되는 타성을 제어하는 의미를 갖는다.

한편 내벽 체에 양측에 부착된 영구자석은 나사식에 의한 삽입형으로 외부에서 조절하여 수조의 회전판에 고정된 영구자석과의 거리를 조절하여 수조에 담는 유량의 크기를 조절할 수 있어 매우 유용하다. 이는 간격을 좁혀주면 자력에 의한 인력이 크게 되고 넓히면 인력이 작게 되어 수조의 담수가 비워지는 시간을 제어하게 되고 이는 담수되는 물의 양에 연결되어 따라서 약품투입량을 조절하는 효과도 있게 된다.

이러한 영구자석의 끌어당김으로 물레방아가 하나의 수조씩 상부를 향하여 제동을 확실하게 하기 위하여서는 물레방아 수조가 회전 시 닿지 않는 수조 부 바닥 1/5지점에 가로대를 설치함으로서 가로대 높이만큼 수위를 갖게 하여 물레방아 수조가 회전 시 담수된 물에 의해 회전탄력이 줄어들고 따라서 내벽체와 수조 회전판의 자석인력에 의하여 정지하게 되고 상부 쪽 수조가 물이 차면 또다시 물 무게에 의하여 자석인력을 벗어나면서 회전하게 된다.

본 발명에서는 상기와 같은 기술적 구성요소를 가짐으로서 계곡수의 유입수량에 따라 회전속도가 달라지고 회전속도에 따라 감속기를 거쳐 튜브펌프가 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 구성요소에서 물레방아 회전축에 부착되어 제1의 회전축 기어에 결합된 제2의 회전축이 있으며 상기 제2의 회전축에는 1:20 1:30 1:50 비율로 된 감속기어가 있어 감속기어를 조정함으로서 현장에 맞는 잔류염소를 강. 중. 약으로 조절할 수 있는 유용함이 있다.

본 발명에서는 수조부 밖에서 물레방아 회전축에 결합된 회전판, 상기 회전판 끝단부 근접위치에 자성체를 장착하여 소정의 위치에 고정된 근접센서와 회전 시 마주보게 되어 0-10 Hz 펄스신호가 출력케 하여 상기 펄스신호를 누적하는 자동전압조정기(Automatic Voltage Regulator : 이하 "AVR"이라 칭한다)와 상기 AVR에 누적되는 신호를 유량으로 환산하여 컨트롤러 표시 창에 표시되는 것과 회전수에 의해 약품투입량이 환산되는 것과 약품저장조의 수위레벨에 출력신호와 현재의 약품잔량이 표시 창에 표시하고 이를 CDMA 또는 무선통신방법으로 관리자에게 송신할 수 있는 것을 포함하는 것을 본 발명의 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명을 통해 유량의 변동 폭이 심한 계곡수를 물탱크에 담수할 시 유입되는 유입량을 4개의 물레방아 수조에 순서에 의해 담아지고 각 수조의 회전판에 부착된 영구자석이 소정의 위치에 고정되어 마주보게 되는 영구자석 끼리 자력이 갖는 인력에 의하여 끌어당김으로 정지할 수 있고 수조에 물이 가득 차면 물 무게 의하여 자연스럽게 인력의 한계를 벗어나 회전하면서 물이 비워지는 방법으로 따라서 기존의 수차제어방법인 부구에 의한 물리적인 걸개로 제동하고 풀리면서 나타내는 덜커덩 하는 소음이 없고 고장이 발생하지 않는 유용한 효과가 있다.

한편 상기의 밀봉된 나사식 영구자석을 조절하면 수조의 측판에 부착된 밀봉된 영구자석의 거리를 조절하게 되고 이는 수조의 물 무게에 의한 회전 시 빠르고 느리게 하는 속도조절이 가능하여 할 수 있어 따라서 회전수를 조절하여 약품투입량도 조절할 수 있는 유용한 효과가 있다. 한편 회전판의 물레방아가 회전하면서 물이 비워지는 것이 일정함으로 감속기를 통한 회전수로 일정비율로 비례한 약품투입량까지 AVR를 통한 컨트롤러 표시 창에 표시 될수 있어 관리자의 관리가 유용한 효과가 있다.

도1은 종래기술에 따른 기존의 수차제어방법 구성도.
도1a는 종래기술의 또 다른 기존의 수차제어방법 구성도.
도1b는 종래기술의 또 다른 기존의 수차제어방법 구성도.
도2는 본 발명에 따른 물레방아 약품투입기 설치 전면도.
도3은 본 발명에 따른 물레방아 약품투입기 구성도.
도4는 도3에 따른 영구자석에 의한 물레방아의 구성도.
도4a는 도4의 수조의 물 무게와 자석작용의 제어원리도.
도5는 물레방아 회전판의 근접센서 부분도.
도5a는 도5의 태양열 집열판을 이용한 설치 전면도.
도6은 본 발명에 따른 약품투입 블록도.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도1과 같이 기존의 수차제어방법을 나타내는 구성도로 회전판의 둘레면에 톱니홈을 구성하고 톱니 홈에 걸쳐있는 걸개가 수조의 물이 찰시 부구에 의해 들려지고 따라서 수조의 물이 비워지는 것을 보여주고 있다.

도1a는 기존의 수차제어방법을 나타내는 구성도로 수차의 정위치 자동유지장치라 하여 인장스프링과 물의량의 정도를 맞추어 왕복펌프가 펌핑 구동하여 소독약을 공급하는 장치이다.

도1b는 기존의 수차제어방법을 나타내는 구성도로 수차제어방법을 나타내는 구성도로 캠의 원리를 복합 이용한 왕복펌프를 이용하여 일정량의 약을 주입하는 것을 보여주고 있다.

도2는 본 발명에 따른 약품투입기 설치 전면도로 계곡수의 유입송수관이 내부에서 부구(500)에 의한 삼방밸브(510)로 만수시 오버되게 구성되고 물탱크 상단위로 올려진 유입송수관(110)이 물레방아 수조부(200)에 들어가 물레방아(230)를 돌리게 한 후 물탱크(100)로 출수되고 따라서 물탱크 측면바닥에 설치된 약품저장조(400)의 약품 이송관(420)을 통해 물레방아 수조부 측면에 부착된 튜브펌프(330)에 의하여 수조부 바닥으로 약품이 투입되도록 구성된 물레방아 약품투입기 설치 전면도이다.

도3은 본 발명에 따른 물레방아 약품투입기 수조부의 구성도로 유입송수관(110)에 연결된 외함체인 수조부(200), 수조부 상단에 유입량의 변동에 이를 담아내는 제 1챔버(210)가 있고 상기 제 1챔버(210) 내측판에는 다수의 V홈이 구성되어 물이 쏟아지게 되어있고 바로 아래에는 바닥에 일자길이 홈으로 구성된 제 2챔버(220)가 사각으로 둘레 면을 형성하여 일자 홈으로 물이 쏟아지면 아래의 4개의 수조로 이루어진 물레방아(230)를 돌리게 되며 물레방아가 회전 시 유출구를 통하여 물탱크 내부로 유입되는 구성요소에 있어 물레방아의 1차 회전축(260)에 연결된 감속기어(310)와 상기 감속기에 물린 2차 회전축(320)에 연결된 튜브펌프(330)가 물레방아가 회전하면 1: 80의 비율로 회전하여 약품을 투입하게 되며 3개의 감속기어(310)를 갖고 1차 회전축 기어에 물려줌으로서 약품투입량을 조절할 수 있는 물레방아 약품투입기 구성도이다.

도4는 물이 제 2챔버(220) 일자길이 홈을 통해 수조로 떨어질 때 4개의 수조가 상하좌우로 배치되고 상부쪽의 수조가 날개 양면이 45° 각도를 이루어 물이 담겨질 때 수조용량 1.5-2L 가 되도록 하며 회전 시 출수압 및 회전 타성에 의하여 계속 돌지 않게 하기위한 방법으로 각 수조의 측면 끝단부에 밀봉된 원형의 영구자석(240)이 부착되어 있고 수조부 벽체에는 상기 수조가 회전 시 마주치게 되는 위치에 역시 밀봉된 나사식봉에 영구자석(250)이 들어있어 수조가 돌면서 상호 영구자석이 수조의 N극과 내벽 체의 S극이 편축된 형태로 겹치면서 자력의 인력에 의하여 정지되고 다시 물 무게에 의하여 떨어지게 하면서 계속하여 하나의 수조가 상부에 정지하는 방식으로 회전하는 기술구성을 보여주고 있다.

도4a는 도4의 수조부(200) 내벽체에서 수조 회전판을 향해 나사식으로 삽입된 영구자석(250)이 돌려지면서 수조 회전판의 부착된 영구자석(240)의 간격을 조절할 수 있는 것을 보여주는 것으로 수조의 물 무게에 회전 시 이를 늦추고 빨리해주는 것으로 이는 물레방아의 회전수를 조절함으로서 약품투입량을 조절하는 효과도 있다.

도5는 물레방아의 회전수를 입력함으로서 수조에 담겨 유입되는 유량을 환산하는 방법으로 수조부(200) 바깥 1차 회전축(260)에 결합된 회전판(630) 상단에 자성체(640)를 부착하고 1차 회전축(260)이 회전할 시 일정의 위치에 고정된 근접센서(650)에 의해 마주보게 되어 0-10Hz 의 펄스신호가 출력하여 이를 컨트롤러(620)에 내장된 AVR(660)에서 유량으로 환산되어 유입량을 알 수 있고 따라서 비례하여 회전하는 튜브펌프(330)의 약품투입량 까지 환산되어 컨트롤러의 표시창(670)에 나타내는 것을 보여주고 있다.

도5a는 약품저장조(400)의 수위레벨계(410)를 보여주고 있는 것으로 역시 출력신호를 받아 컨트롤러 표시창(670)에 같이 나타내는 것으로 전원은 태양열집열판(600)의 충전된 밧데리(610)를 사용하는 것으로 한다.

도6은 본 발명을 구성하는 물레방아의 회전펄스신호가 회전판(630)의 근접센서(650)에 의해 AVR(660)이 내장된 컨트롤러(620)에 의해 유량으로 환산되고 따라서 약품투입량 까지 표시되고 약품저장조(400)의 수위센서(410)의 약품잔량도 표시창(670)에 나타내는 것 까지 포함하는 것을 나타내는 불록도이다.

100 물탱크
110 유입송수관
200 물레방아 염소투입기 수조 부
210 제 1챔버
220 제 2챔버
230 물레방아
240 영구자석(수조)
250 나사식 영구자석(외측)
260 1차 회전축
300 물레방아 염소투입기 기어 부
310 감속기어
320 2차 회전축
330 튜브펌프
400 약품저장조
410 수위센서
420 약액이송관
500 부구
510 3방향 밸브
600 태양열 집열판
610 밧데리
620 컨트롤러
630 회전판
640 자성체
650 근접센서
660 AVR
670 표시창

Claims (5)

1. 계곡 수 또는 지하수가 유입되어 저장되는 물탱크(100)에 약품을 투입하는 장치에 있어서;
   상기 물탱크(100) 상단으로 유입송수관(110)을 연장하여 물이 출수됨에 따라 회전되는 4개의 수조로 구성된 물레방아(230); 및,
   상기 물레방아(230)의 측면 끝단부에 부착된 영구자석(240); 및
   상기 영구자석이 회전 시 수조부 내 벽체 양측에 외측으로부터 고정된 밀봉된 나사식 영구자석(250); 및,
   상기 나사식 영구자석(250)이 돌출되어 물이 출수됨에 따라 물레방아가 회전할 때 영구자석의 상호인력에 의하여 정지되었다가 수조에 물 무게에 의하여 떨어지면서 일정하게 회전하는 1차 회전축(260); 및,
   상기 1차 회전축(260)에 결합되어 회전축의 일정 회전을 감속하여 주는 감속기어(310); 및,
   상기 감속기어(310)에 의하여 감속된 2차 회전축(320)에 연결된 튜브펌프(330); 및,
   상기 튜브펌프(330)에 연결된 약액이송관(420)을 통하여 일정량의 약품을 투입하는 것을 특징으로 하는 약품투입장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입송수관(110)에 물이 출수됨에 따라 내벽체 상부에 다수의 V홈이 파여 있어, 부유물을 제거하여 주는 제 1챔버(210); 및,
   상기 제 1챔버(210)의 아래에 위치하여 바닥에 패인 일자 홈을 통하여, 물레방아에 일정하게 물이 담기게 하는 제 2챔버(220); 및,
   상기 수조부 내 벽체 양측에 고정된 나사식 영구자석(250)의 나사를 조절함으로서 물레방아(230)의 측면 끝단부에 부착된 영구자석(240)과의 간격이 조절되어, 물레방아에 회전되어 지는 물의 양을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 약품투입장치
3. 제 1항에 있어서,
   물레방아(230)의 1차 회전축(260)과 2차 회전축(320)을 연결해주는 3개의 감속(1:20, 1:30, 1:50)비 중에 선택적으로 1차 회전축(260)과 2차 회전축(320)을 연결해주는 3개의 감속비를 가지는 감속기어(310); 및,
   상기 감속기어(310)를 조정하여 선택한 비율에 맞게 맞물리게 되면 2차 회전축(320)의 회전율이 조절됨으로써 상기 2차 회전축(320)에 연결된 튜브펌프(330)의 약품투입양이 조절되는 것을 특징으로 하는 약품투입장치
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 있어서,
   물탱크(100) 내부에서 고수위 지점 유입송수관(110)에 부구에 의한 삼방밸브로 만수 시 오버되게 구성하여 심야 만수위에는 계곡수가 오버플로우 되어 약품투입을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 약품투입장치
5. 제1항에 있어서,
   수조부 바깥으로 나온 1차 회전축(260)에 결합된 회전판(630); 및,
   상기 회전판(630) 상단에 부착된 자성체(640); 및,
   상기 자성체(640)가 회전 시 마주보게 되어 펄스신호를 출력하는 소정의 위치에 고정된 근접센서(650); 및,
   상기 근접센서(650)에서 출력되는 펄스신호를 AVR(660);을 통해 유량으로 환산하여 물탱크(100)로 유입되는 물의 유량과 튜브펌프의 약품투입량, 약품저장조의 약품잔량을 계측하는 컨트롤러(620); 및,
   상기 컨트롤러(620)의 표시창(670)에 유량, 약품투입량, 약품잔량이 표시되고 표시된 데이터를 무선통신방법으로 송신할 수 있는 것을 특징으로 하는 약품투입장치

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