KR101157467B1

KR101157467B1 - 순환식 양수량 조절 시스템

Info

Publication number: KR101157467B1
Application number: KR1020110090853A
Authority: KR
Inventors: 김정우; 천정용; 이명재; 차용훈; 허만우; 권형표; 박기훈
Original assignee: 주식회사 지오그린이십일
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-06-22

Abstract

현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절하기 위한 순환식 양수량 조절 시스템이 개시된다. 순환식 양수량 조절 시스템은, 대수층에 삽입된 양수정과, 양수정에 삽입되고, 양수정에 형성된 스크린을 통해 투입되는 지하수를 펌핑하는 수중펌프와, 양수정에 삽입되어 수중펌프에 의해 펌핑된 지하수를 양수하는 양수배관과, 양수배관을 통해 양수된 지하수의 일부를 외부로 배출하는 배출배관과, 양수배관을 통해 양수된 지하수의 나머지를 양수정에 재주입하는 재주입배관과, 제1 측은 양수배관에 연결되고, 제2 측은 배출배관에 연결되며, 제3 측은 재주입배관에 연결되어, 사용자의 조작에 따라 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 배출배관을 통해 양수되는 최종 양수량을 일정하게 유지시키는 재주입 완충장치를 포함한다. 이에 따라, 현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절하기 위해 재주입배관 및 배출배관으로 유출되기 전 단계에 재주입 완충장치를 설치하므로써, 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 최종 양수량을 일정하게 유지시킬 수 있다.

Description

순환식 양수량 조절 시스템{RECYCLING PUMPUING AMOUNT CONTROL SYSTEM}

본 발명은 순환식 양수량 조절 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절하기 위한 순환식 양수량 조절 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 양수시험이란 대수층의 특성 및 우물로 인한 지하수위의 수두손실 등을 파악하기 위하여 우물의 물을 양수하면서 우물의 수위저하 등을 관찰하고, 양수의 중단 후 수위의 회복 등을 관찰하는 시험으로 지하수 탐사에 널리 이용된다. 이처럼, 양수시험으로부터 각종 수리지질학적 수리상수들이 도출되므로 양수시험은 지하수의 흐름 특성을 파악하고, 지하수 시스템을 이해하기 위하여 많이 수행되는 현장시험이다.

양수시험은 지하수를 뽑아올리는 양수정과 지하수위 변화를 관측하는 관측정으로 구성되고, 양수시험에서 중요한 제어 요소중 하나는 현장 조건에 맞는 양수량의 조절이다.

도 1은 일반적인 양수량 조절 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 특히, 자연상태의 지하수위, 즉, 양수전 지하수위에서 양수후 지하수위 변화량을 시간에 따라 관측하는 양수시험 개념도이다. 도 1에서, 도면부호 10, 20 및 30은 각각 양수정, 관측정 및 수중펌프이다.

양수량이 작을수록 관측정(20)에서 지하수위의 하강 변화가 작아지고 양수량이 클수록 관측정(20)의 수위 변화 관측이 용이하다. 그러나, 관측정(20)의 수위변화 관측을 용이하게 하기 위해서 무조건 양수량을 크게 할 수 없다. 왜냐하면, 양수량이 지하 대수층에서 물을 뽑아올릴 수 있는 양을 초과하여 양수하면, 양수정(10) 바닥의 물까지 고갈되어 양수시험 자체가 실패하게 되고 수중펌프(30)에 무리가 가서 수중펌프(30)의 고장원인이 된다.

양수시험 전에 대수층에서 물을 뽑아 올릴 수 있는 양수량을 미리 예측하기가 힘들기 때문에 보통 처음에는 양수량을 줄이거나 높여서 지하수위 변화 경과를 확인한 다음 대수층에 맞는 적절한 양수량으로 조절하게 된다.

종래에는 양수량을 줄이기 위해서 지상으로 연결된 양수배관(41)에 유량조절밸브(70)를 연결하여 강제로 유량조절밸브(70)의 열림 정도를 조절을 통하여 양수량을 조절한다.

종래의 양수량을 조절하는 기술은 지상으로 나오는 양수배관(41)에서 유출되는 물을 조절하는 것이지 실제로 수중펌프(30)가 양수하는 양을 조절하는 것은 아니다. 유량조절밸브(70)를 닫아 양수량 조절방법은 지상으로 유출되는 양수량과 수중펌프(30)에서 양수하는 양수량은 서로 다를 수 있기 때문에 양수시험 해석 결과에 대한 오차를 증폭시킬 수 있다.

또한, 지상에서 유량조절밸브(70)를 강제로 닫아서 줄일 수 있는 양수량에는 한계가 있다. 현장여건에 따라 대수층에서 뽑아 올릴 수 있는 양수량은 모두 다르기 때문에 다양한 범위의 양수량을 조절할 필요가 있다. 그러나, 강제로 유량조절밸브(70)를 닫는 종래의 기술로는 다양한 범위의 양수량을 적용하는 것이 불가능하다. 그리고 양수량을 줄이기 위하여 강제로 유량조절밸브(70)를 무리하게 닫으면 수중펌프(70)에 무리가 가서 고장의 원인이 될 수도 있다.

강제로 양수배관의 유량조절밸브(70)를 강제로 닫는 방법 외 수중펌프의 회전을 감소시켜 양수량을 조절하는 종래 기술이 있지만 수중펌프의 회전을 감소시키는 장치는 복잡한 전기장치로 구성되어 있는 고가의 장비이다. 따라서, 실제로 고가의 유량조절 전기장치를 양수시험에 적용하는 사례가 많지 않다.

한국공개특허 제2009-0053972호 (발명의 명칭: 양수시험용 펌프의 토출량 조절장치) 한국등록실용신안 제20-0321843호 (고안의 명칭: 양수 시험 장치) 한국공개특허 제2009-0002448호 (발명의 명칭: 수리화학 파라미터 측정기 및 이를 구비하는 수리시험장치) 한국등록특허 제10-1013182호 (발명의 명칭: 지하수의 수위 변화를 이용한 지하수 양수량 산출방법, 수위측정센서 및 양수량 산출방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체) 한국공개특허 제2008-0082062호 (발명의 명칭: 양수시험에서 순환식 양수량조절)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 현장 양수시험에서 계획하는 양수량을 현장에서 적용하기 위해서 고가의 장비를 사용하지 않고도 양수배관의 간단한 개선으로 양수량 조절이 가능한 순환식 양수량 조절 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 순환식 양수량 조절 시스템은, 대수층에 삽입된 양수정과, 상기 양수정에 삽입되고, 상기 양수정에 형성된 스크린을 통해 투입되는 지하수를 펌핑하는 수중펌프와, 상기 양수정에 삽입되어 상기 수중펌프에 의해 펌핑된 지하수를 양수하는 양수배관과, 상기 양수배관을 통해 양수된 지하수의 일부를 외부로 배출하는 배출배관과, 상기 양수배관을 통해 양수된 지하수의 나머지를 상기 양수정에 재주입하는 재주입배관과, 제1 측은 상기 양수배관에 연결되고, 제2 측은 상기 배출배관에 연결되며, 제3 측은 상기 재주입배관에 연결되어, 사용자의 조작에 따라 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 상기 배출배관을 통해 양수되는 최종 양수량을 일정하게 유지시키는 재주입 완충장치를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 재주입 완충장치는 완충용기, 제1 결합부재, 제2 결합부재 및 제3 결합부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 결합부재는 상기 완충용기에 배치되어 상기 양수배관에 결합된다. 상기 제2 결합부재는 상기 완충용기에 배치되어 상기 배출배관에 결합된다. 상기 제3 결합부재는 상기 완충용기에 배치되어 상기 재주입배관에 결합된다.

여기서, 상기 배출배관에는 제1 밸브가 더 구비되고, 상기 재주입배관에는 제2 밸브가 더 구비되어, 상기 완충용기에 수용된 지하수를 상기 배출배관을 통해 흐르는 지하수의 배출량 또는 상기 재주입배관을 통해 흐르는 지하수의 재주입량을 조정한다.

한편, 상기 완충용기는 드럼 형상을 갖고, 상기 제1 결합부재는 상기 드럼 형상의 완충용기의 지하수 유입부에 결합되고, 상기 제2 및 제3 결합부재들은 상기 드럼 형상의 완충용기의 지하수 유출부에 결합된다.

이러한 순환식 양수량 조절 시스템에 의하면, 현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절하기 위해 재주입배관 및 배출배관으로 유출되기 전 단계에 재주입 완충장치를 설치하므로써, 사용자의 조작에 따라 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 최종 양수량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절함으로써 현장 양수시험 결과의 질을 향상시키고 아주 작은 양수량으로 줄여도 수중펌프에 무리가 유발시키지 않는다.

도 1은 일반적인 양수량 조절 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순환식 양수량 조절 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 재주입 완충장치를 구체적으로 설명하기 위한 구성도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순환식 양수량 조절 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 순환식 양수량 조절 시스템은 양수정(10), 수중펌프(30), 양수배관(40), 배출배관(60), 재주입배관(50) 및 재주입 완충장치(100)를 포함한다. 본 실시예에서, 도 1에 도시된 양수정(10), 수중펌프(30), 양수배관(40), 배출배관(60) 및 재주입배관(50)은 일반적인 양수량 조절 시스템의 구성요소와 비교할 때, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.

상기 양수정(10)은 대수층에 삽입된다. 상기 양수정(20)에 인접하게 관측정(20)이 더 삽입될 수도 있다.

상기 수중펌프(30)는 상기 양수정(10)에 삽입되고, 상기 양수정(10)에 형성된 스크린을 통해 투입되는 지하수를 펌핑한다.

상기 양수배관(40)은 상기 양수정(10)에 삽입되어 상기 수중펌프(30)에 의해 펌핑된 지하수를 양수하여 상기 재주입 완충장치(100)에 공급한다.

상기 배출배관(60)은 상기 재주입 완충장치(100)에 연결되고, 상기 양수배관(40)을 통해 양수된 지하수의 일부를 외부로 배출한다. 외부로 배출된 지하수는 별도의 수리시험장치 등에 제공될 수 있다. 상기한 수리시험장치를 통해 지하수의 수리화학적 특성을 측정하는 검사가 수행되어 지하수의 수질이 검사된다. 즉, 지하수의 온도, 수소이온농도(pH), 산화환원전위(Eh), 용존산소량(DO), 전기전도도(EC), 총용존물질(TDS) 등 지하수의 물리적 화학적 특성이 측정된다.

상기 재주입배관(50)은 상기 재주입 완충장치(100)에 연결되고 상기 양수정(10)에 삽입되며, 상기 양수배관(40)을 통해 양수된 지하수의 나머지를 상기 양수정(10)에 재주입한다.

상기 재주입 완충장치(100)는 제1 측을 통해 상기 양수배관(40)에 연결되고, 제2 측을 통해 상기 배출배관(60)에 연결되며, 제3 측을 통해 상기 재주입배관(50)에 연결되어, 사용자의 조작에 따라 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 상기 배출배관(60)을 통해 양수되는 최종 양수량을 일정하게 유지시킨다. 상기 재주입 완충장치(100)는 후술하는 도 3에서 자세히 설명한다.

따라서, 상기 재주입 완충장치(100)를 상기 양수배관(40), 상기 배출배관(60) 및 상기 재주입배관(50) 사이에 연결하므로써, 현장 양수시험에서 계획하는 양수량을 현장에서 적용하기 위해서 고가의 장비를 사용하지 않더라도 양수량을 조절할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 재주입 완충장치(100)를 구체적으로 설명하기 위한 구성도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 재주입 완충장치(100)는 완충용기(110), 제1 결합부재(120), 제2 결합부재(130) 및 제3 결합부재(140)를 포함한다.

상기 완충용기(110)의 일측은 상기 양수배관(40)에 연결되고, 타측의 일부는 상기 재주입배관(50)에 연결되며, 타측의 다른 일부는 상기 배출배관(60)에 연결된다.

상기 제1 결합부재(120)는 상기 완충용기(110)에 배치되어 상기 완충용기(100)와 상기 양수배관(40)을 서로 결합시킨다.

상기 제2 결합부재(130)는 상기 완충용기(110)에 배치되어 상기 재주입 완충장치(100)와 상기 배출배관(60)을 서로 결합시킨다.

상기 제3 결합부재(140)는 상기 완충용기(110)에 배치되어 재주입 완충장치(100)와 상기 재주입배관(50)을 서로 결합시킨다.

본 실시예에서, 상기 배출배관(60)에는 제1 밸브(162)가 더 구비되고, 상기 재주입배관(50)에는 제2 밸브(152)가 더 구비되어, 상기 완충용기(110)에 수용된 지하수를 상기 배출배관(60)을 통해 흐르는 지하수의 배출량 또는 상기 재주입배관(50)을 통해 흐르는 지하수의 재주입량을 조정한다. 예컨대, 상기 제1 밸브(162)의 개도(또는 개폐)를 조절하여 상기 배출배관(60)을 통해 흐르는 지하수의 배출량을 조정하고, 상기 제2 밸브(152)의 개조(개폐)를 조절하여 상기 재주입배관(50)을 통해 흐르는 지하수의 재주입량을 조정한다.

도 2나 도 3에서는 상기 제1 밸브(162)와 상기 제2 밸브(152)가 서로 물리적으로 분리된 것이 도시되었다. 하지만, 상기 제1 밸브(162)에 의한 배출배관(60)을 통해 흐르는 지하수의 배출량과 상기 제2 밸브(152)에 의한 재주입배관(50)을 통해 흐르는 지하수의 재주입량을 서로 반대로 조정하기 위해 상기 제1 밸브(162)와 상기 제2 밸브(152)는 물리적으로 서로 연결될 수도 있다. 예컨대, 상기 제1 밸브(162)와 상기 제2 밸브(152) 각각은 서로 반대로 연동되도록 톱니 형상을 가질 수도 있고, 타이밍벨트나 체인 등을 통해 연결될 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 완충용기(110)는 드럼 형상을 갖는다. 이때, 상기 제1 결합부재(120)는 상기 드럼 형상의 완충용기(110)의 지하수 유입부에 결합되고, 상기 제2 및 제3 결합부재들(130, 140)은 상기 드럼 형상의 완충용기(110)의 지하수 유출부에 결합된다. 상기 지하수 유입부는 드럼 형상의 바닥면에 대응할 수 있고, 상기 지하수 유출부는 드럼 형상의 상면에 대응할 수 있다.

본 발명에 따르면, 수중펌프(30)에서 양수된 양수 지하수 흐름(Qpump)은 양수배관(40)을 따라 지상에 올라와서 재주입 완충장치(100)를 기준으로 상기 배출배관(60)에 대응하는 유출 지하수 흐름(Qout)과 상기 재주입배관(50)에 대응하는 재주입 지하수 흐름(Qre)으로 구분된다.

상기 유출 지하수 흐름(Qout)은 실제 지하 대수층에서 양수한 유량이 되어 현장 양수시험에 반영된다.

상기 재주입 지하수 흐름(Qre)은 상기 재주입배관(50)을 통해 상기 양수정(10)으로 재주입된다. 따라서, 상기 재주입배관(50)에 연결된 상기 재주입 완충장치(100)를 제어하여 상기 재주입 지하수 흐름(Qre)의 유량을 조절하면, 상기 유출 지하수 흐름(Qout)의 유량 역시 조절될 수 있다.

상기 재주입 지하수 흐름(Qre)의 유량은 현장 양수시험 해석에 반영되지 않는 유량이므로 계획된 유출 지하수 양수량이 발생하도록 재주입 지하수 흐름(Qre)의 유량을 조절한다. 재주입된 지하수는 다시 수중펌프(30)와 양수배관(40)을 통해서 양수 지하수 흐름(Qpump)이 되고 일부는 유출 지하수 흐름(Qout)으로 되고, 나머지는 재주입 지하수 흐름(Qre)으로 되어 계속 순환한다.

상기 유출 지하수 흐름(Qout)의 유량을 조절하기 위하여 재주입 지하수 유량을 줄이거나 크게 하더라도 수중펌프(30)는 현장 양수시험 기간 동안에 계속 양수 지하수 유량의 일정 유량으로 양수하게 된다.

따라서, 수학식 1과 같은 관계가 유지된다.

[수학식 1]

여기서, Qout은 유출 지하수 흐름의 유량이고, Qre는 재주입 지하수 흐름의 유량이며, Qpump는 양수 지하수 흐름의 유량이다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절하기 위해 재주입배관 및 배출배관으로 유출되기 전 단계에 재주입 완충장치를 설치하므로써, 사용자의 조작에 따라 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 최종 양수량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 현장 양수시험에서 다양한 범위의 계획 양수량을 정확하게 조절함으로써 현장 양수시험 결과의 질을 향상시키고 아주 작은 양수량으로 줄여도 수중펌프에 무리가 유발시키지 않는다.

10 : 양수정 20 : 관측정
30 : 수중펌프 40 : 양수배관
50 : 재주입배관 60 : 배출배관
100 : 재주입 완충장치 110 : 완충용기
120 : 제1 결합부재 130 : 제2 결합부재
140 : 제3 결합부재 152 : 제2 밸브
162 : 제1 밸브

Claims

대수층에 삽입된 양수정;
상기 양수정에 삽입되고, 상기 양수정에 형성된 스크린을 통해 투입되는 지하수를 펌핑하는 수중펌프;
상기 양수정에 삽입되어 상기 수중펌프에 의해 펌핑된 지하수를 양수하는 양수배관;
상기 양수배관을 통해 양수된 지하수의 일부를 외부로 배출하는 배출배관;
상기 양수배관을 통해 양수된 지하수의 나머지를 상기 양수정에 재주입하는 재주입배관; 및
제1 측은 상기 양수배관에 연결되고, 제2 측은 상기 배출배관에 연결되며, 제3 측은 상기 재주입배관에 연결되어, 사용자의 조작에 따라 유속 및 수압을 일정하게 유지시켜 상기 배출배관을 통해 양수되는 최종 양수량을 일정하게 유지시키는 재주입 완충장치를 포함하고, 상기 재주입 완충장치는,
상기 양수배관, 상기 배출배관 및 상기 재주입배관과는 다른 별개의 단품으로 구성되고, 상기 양수배관, 상기 배출배관 및 상기 재주입배관의 직경보다 큰 직경의 드럼 형상을 갖는 완충용기;
상기 완충용기에 배치되어 상기 양수배관에 결합되는 제1 결합부재;
상기 완충용기에 배치되어 상기 배출배관에 결합되는 제2 결합부재; 및
상기 완충용기에 배치되어 상기 재주입배관에 결합되는 제3 결합부재를 포함하고,
상기 제1 결합부재는 상기 드럼 형상의 완충용기의 지하수 유입부에 결합되고,
상기 제2 및 제3 결합부재는 상기 드럼 형상의 완충용기의 지하수 유출부에 결합된 것을 특징으로 하는 순환식 양수량 조절 시스템.
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제1항에 있어서, 상기 배출배관에는 제1 밸브가 더 구비되고, 상기 재주입배관에는 제2 밸브가 더 구비되어, 상기 완충용기에 수용된 지하수를 상기 배출배관을 통해 흐르는 지하수의 배출량 또는 상기 재주입배관을 통해 흐르는 지하수의 재주입량을 조정하는 것을 특징으로 하는 순환식 양수량 조절 시스템.
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