KR101359330B1 - 상수도관의 관석 발생 억제 장치 - Google Patents

상수도관의 관석 발생 억제 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상수도관을 통과하는 단면적이 작아지게 차폐 밸브를 설치하고 여기에 우회로를 설치한 다음, 이 우회로의 입구 측과 출구 측의 압력 차이가 반복적으로 발생하게 하고 이를 통해 상수도관 내에서 와류를 발생하여 상수도관 내면에서 발생하는 관석 및 이물질의 생성을 억제할 수 있게 한 상수도관의 관석 발생 억제 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 이처럼 관석이나 이물질을 제거하는데 실질적으로 상수도관을 통과하는 식수를 이용함으로써, 제거 장치의 전체 구성을 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 제조 비용을 절감할 수 있게 한 상수도관의 관석 발생 억제 장치를 제공하는 데 다른 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는, 상수도관(10) 내부의 제1단면(A) 일부를 차폐하는 차폐 밸브(100); 상기 차폐 밸브(100)를 기준으로 양측에 위치하도록 상수도관(10)에 연결하는 우회로(200); 상기 우회로(200)에 장착하여 주기적으로 열리고 닫히며 와류를 발생하는 와류 발생 밸브(210);를 포함하되, 상기 상수도관(10)의 제1단면(A)은, 차폐 밸브(100)로 작아진 상수도관(10)의 제2단면(A')과 우회로(200)의 제3단면(A")의 합과 같은 것을 특징으로 한다.

Description

상수도관의 관석 발생 억제 장치{APPARATUS FOR PREVENTING SCALE WITHIN DRINKING WATER PIPES}
본 발명은 상수도관의 관석 발생 억제 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수도관에 차폐 밸브를 설치하여 그 단면을 변화한 다음 여기에 우회로를 설치하고, 이 우회로의 입구 측과 출구 측의 압력 차이를 발생하게 하여 이 압력 차이로 상수도관 내에서 와류를 발생하여 상수도관 내면에서 발생하는 관석의 생성을 억제할 수 있게 한 것이다.
일반적으로 상수도관은 식수를 압송하는 도관이기 때문에 상수도관으로부터의 누수나 오염된 물의 상수도관으로의 침입이 생기지 않도록 수밀성을 확보해야 한다. 특히, 상수도관은 항상 식수가 미리 정해진 압력 상태를 유지해야 하므로 내압과 매설에 의한 토압(土壓)과 차량 하중 등의 외압에 견딜 수 있는 재질로 제작한다. 또한, 상수도관은 식수에 잔류하는 염소와 용존성 물질 그리고 외부 토양 등에 의한 부식에도 견딜 수 있어야 한다. 이에 상수도관으로는 이러한 조건을 만족하는 강관·주철관·PE 관·PVC 관을 주로 사용한다.
하지만, 이러한 조건을 만족하는 상수도관의 경우도 그 매설 기간이 길다 보면 내부에 관석 등이 발생하기 때문에, 노후관을 교체하거나 갱생하도록 법으로 정하고 있다. 여기서, 노후관이란 매설 후 16년이 이상 경과한 수도관 중에서 관석(Scale) 및 부식이 심한 수도관 등 교체 또는 갱생이 필요한 수도관을 말한다(환경부 훈령 제486호(상수도유수율(有收率)제고업무처리규정) 제2조(정의) 참조). 그리고 갱생이란 상수도관 내부의 녹과 이물질을 제거한 후 코팅 등의 방법으로 통수 기능을 회복하는 것을 말한다(수도법 제3조(정의)제27호).
이에 상수도관을 갱생하기 위한 다양한 기술이 개발되어 사용되고 있다. 아래의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에는 상수도관을 세척하여 오염 및 부식 방지 그리고 이물질 등을 제거하기 위한 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1은 상수도 관로 내벽에 침착된 스케일 및 이물질을 제거하는 세척장치에 관한 것으로서, 특히 굴곡진 관로를 자유로이 운행하면서 세척할 수 있는 다관절 상수도관 세척장치에 관한 것이다.
특허문헌 2는 상수도 관로 내벽에 부착된 스케일 및 이물질을 고압수 및 브러쉬로 세척하여 제거하는 상수도관 세척장치에 관한 것이다.
특허문헌 3은 상수도관의 오염 및 부식을 효과적으로 방지할 수 있는 장치로, 오존수를 지속적으로 투입하여 신속하게 수돗물을 살균 소독할 수 있고 수도관 내의 스케일이나 슬라임을 분해 제거하고, 상수도관의 부식을 억제하여 수명을 연장하는 효과가 있다.
하지만, 이러한 종래의 제거 장치는 다음과 같은 문제가 있었다.
(1) 구조가 복잡하여 제작이 어렵고 제작에 따른 제조 비용이 많이 요구되었다.
(2) 상수도관 내부에 장치를 투입하여 스케일이나 이물질 등을 제거하기 때문에, 상수도관이 곡률 지거나 상하로 각도가 있는 등 직선 관로가 아닌 경우 제거장치를 사용하는데 제한이 있다.
(3) 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 없고 단지 이미 생성된 스케일을 제거하는 것이어서 상수도관의 관리에 많은 비용과 노력이 소요된다는 문제점이 있었다.
(4) 정수장에서 공급한 물은 인체에 유용한 미네랄 등이 포함되어 있으나 이 성분이 관석을 형성하기 때문에 정수장에서 공급된 물과 다른 물이 공급된다는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제0864050호(등록일 : 2008.10.10) 한국공개특허 제10-2008-0053693호(공개일 : 2008.06.16) 한국등록실용신안공보 제0416967호(등록일 : 2006.05.15.)
본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 상수도관을 통과하는 단면적이 작아지게 차폐 밸브를 설치하고 여기에 우회로를 설치한 다음, 이 우회로의 입구 측과 출구 측의 압력 차이가 반복적으로 발생하게 하고 이를 통해 상수도관 내에서 와류를 발생하여 상수도관 내면에서 발생하는 관석 및 이물질의 생성을 억제할 수 있게 한 상수도관의 관석 발생 억제 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 이처럼 관석의 발생을 억제하는데 실질적으로 상수도관을 통과하는 식수를 이용함으로써, 제거 장치의 전체 구성을 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 제조 비용을 절감할 수 있게 한 상수도관의 관석 발생 억제 장치를 제공하는 데 다른 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는, 상수도관(10) 내부의 제1단면(A) 일부를 차폐하는 차폐 밸브(100); 상기 차폐 밸브(100)를 기준으로 양측에 위치하도록 상수도관(10)에 연결하는 우회로(200); 상기 우회로(200)에 장착하여 주기적으로 열리고 닫히며 와류를 발생하는 와류 발생 밸브(210);를 포함하되, 상기 상수도관(10)의 제1단면(A)은, 차폐 밸브(100)로 작아진 상수도관(10)의 제2단면(A')과 우회로(200)의 제3단면(A")의 합과 같은 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제3단면(A")은 제1단면(A)의 전체 면적에 대하여 면적비 1/10~1/2인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차폐 밸브(100)는 제2단면(A')을 가변할 수 있는 가변 밸브인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 와류 발생 밸브(210)는, 두 시간~한 달 주기로 여닫는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는, 상수도관 내를 흐르는 유속이 0.5m/s인 경우 상수도관의 5.0~7.5㎞ 간격으로, 상수도관 내를 흐르는 유속이 1.0m/s인 경우 상수도관의 10.0~15.0㎞ 간격으로, 상수도관 내를 흐르는 유속이 1.5m/s인 경우 상수도관의 16~22㎞ 간격으로, 상수도관 내를 흐르는 유속이 2.0m/s인 경우 상수도관의 21~29㎞ 간격으로 시공하여 3~4시간 단위로 와류 발생 밸브(210)를 여닫는 것을 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수도관 관석 발생 억제 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 관석의 발생 자체를 억제할 수 있는 효과가 있다.
(2) 구조가 간단하여 낮은 비용으로 쉽게 제작하여 보급할 수 있다.
(3) 특히, 이는 상수도관의 길이가 전국에 걸쳐 매설된 점을 고려하면 제조 및 보급에 따른 비용 절감 효과를 더욱 극대화할 수 있다.
(4) 상수도관을 통해 공급하는 식수의 압력 변화로 관석의 발생을 억제하므로 별도의 억제 수단이 필요하지 않고, 특히 억제에 사용하였던 재질을 회수하거나 제거하지 않아도 되므로 안전성을 확보할 수 있다.
(5) 관석 발생 억제 장치의 구조가 간단하므로 고장 발생이 적고 이 때문에 관석 발생 억제 장치의 유지 관리와 보수를 쉽게 할 수 있다.
(6) 관석의 발생을 억제하여 정수장에서 정수한 물을 수용가까지 그대로 공급할 수 있다.
(7) 노후관과 녹물이 발생하는 것을 방지하므로 식수로 공급하는 수돗물에 대한 국민의 신뢰성을 회복할 수 있다.
(8) 상수도관의 내구연한을 연장할 수 있으므로 상수도관에 대한 유지 관리가 쉬어진다.
도 1은 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치의 구성을 설명하기 위한 전체 구성을 보여주기 위한 개략도.
도 2는 수평으로 놓인 관의 입구 측과 중간 부분 그리고 출구 측에서의 역학적 에너지를 설명하기 위한 개략도.
도 3은 경사지게 설치한 놓인 관의 입구 측과 중간 부분 그리고 출구 측에서의 역학적 에너지를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 수평과 경사지게 설치한 상수도관에서 관석의 생성 여부를 보여주기 위한 사진으로, (a)는 수평으로 설치하였던 상수도관의 사진이고, (b)는 경사지게 설치하였던 상수도관의 사진.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치의 작동 상태를 보여주기 위한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(구성)
본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는, 도 1 내지 도 6과 같이, 상수도관(10)에 설치하는 차폐 밸브(100), 이 차폐 밸브(100)를 기준으로 양측에 위치하도록 상수도관(10)에 연결하는 우회로(200), 그리고 우회로(200)에 설치하여 미리 정해진 간격으로 개폐하는 와류 발생 밸브(210)를 포함한다.
이에 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는, 와류 발생 밸브(210)의 개폐 여부에 따라 유속이 변화되어 따라 우회로(200)의 입구 측과 출구 측에서 압력 변화를 일으키고, 이 압력 변화로 우회로(200)의 출구 측에서 와류를 발생하여 상수도관(10) 내에서 관석이 생기는 것을 억제할 수 있게 한 것이다.
이하, 이러한 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 상수도관(10)은 통상적으로 수돗물(식수)을 수용가까지 공급하기 위하여 매설하는 통상의 도관으로, 그 공급 유량과 유속(속도) 등에 따라 서로 다른 지름을 갖는 도관을 의미한다.
차폐 밸브(100)는, 도 1과 같이, 상수도관(10)의 임의의 위치에 장착한다. 이 차폐 밸브(100)는 상수도관(10)의 내부에 흐르는 상수도관(10)의 일부를 차단하기 위한 밸브이다.
즉, 상수도관(10)에 차폐 밸브(100)가 없는 경우 도 1의 양측과 같이 그 지름으로 하는 제1단면(A)만큼의 면적으로 식수가 흐르나, 차폐 밸브(100)를 설치한 지점에서는 이 차폐 밸브(100)에 의해 개방한 만큼의 면적 즉 제1면적(A)보다 작은 면적의 제2면적(A') 만큼 식수가 흐른다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 차폐 밸브(100)는 가변 밸브를 채택함으로써, 제2단면(A')의 면적을 가변할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이는 차폐 밸브(100)를 설치한 지점에서 상수도관(10)을 통과하는 유량 조절 등을 통해 와류 발생을 조절하기 위한 것이다. 이러한 와류 발생의 조절에 대해서는 후술하기로 한다.
우회로(200)는, 도 1과 같이, 차폐 밸브(100)를 기준으로 양단이 상수도관(10)에 위치하도록 설치한다. 이는 차폐 밸브(100)를 기준으로 어느 한쪽에서 유입한 식수 일부를 차폐 밸브(100)를 거치지 않고 다른 한쪽으로 우회하게 하기 위한 것이다.
특히, 이 우회로(200)의 면적, 즉 제3단면(A")은 상술한 제1단면(A)과 제2단면(A')의 차이만큼 갖게 형성한다. 즉, 제1 내지 제3단면(A,A',A") 사이에는 아래의 [수학식 1]과 같은 관계가 있다.
Figure 112013089883510-pat00001
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제3단면(A")은, 그 전체 크기가 제1단면(A)과 비교하여 그 면적비가 1/10~1/2를 갖게 하는 것이 바람직하다. 이는 면적비가 1/2를 넘으면 상수도관(10)을 흐르는 유량 조절에 어려움이 있고, 면적비가 1/10보다 작으면 압력 변화가 작아 와류 발생이 적어 관석을 억제하는 데 어려움이 있기 때문이다.
와류 발생 밸브(210)는, 도 1과 같이, 우회로(200)에 설치하며 미리 정해진 주기로 열리고 닫힌다.
특히, 와류 발생 밸브(210)는 미리 정해진 시간, 예를 들어서 2시간 내지 한달 동안 열어서 상수도관(10)을 흐르는 식수 일부를 우회하고, 다시 2시간 내지 한달 동안 닫아서 상수도관(10)을 흐르는 식수 일부를 차단하여 압력 변화로 와류를 발생시켜 상수도관(10) 내의 관석 발생을 억제한다.
(압력을 이용한 관석 제거 원리 설명)
본 발명은 상수도관(10)을 통과하는 식수를 일부 우회하여 우회 전후에서 압력 차이를 발생시키고, 이 압력 차이로 와류를 발생하여 상수도관(10)의 내벽에서의 관석 생성을 억제할 수 있게 한 것이다. 여기서는 압력 차이로 와류가 발생하는 것에 대하여 설명한다.
일반적으로 도 2와 같이 수평으로 놓인 관(T)은, 베르누이 정리에 따라, 유체가 유입되는 관(T)의 입구 측의 역학적 에너지(Ea)와 중간 부분의 역학적 에너지(Eb) 그리고 출구 측의 역학적 에너지(Ec)가 같다. 이는 다음의 [수학식 2]인 역학적 에너지(E) 공식을 통해 쉽게 확인할 수 있다. 여기서, 소문자 "a"와 "b" 그리고 "c"는 도면에서 입구 측과 중간 부분 그리고 출구 측을 각각 나타낸다.
Figure 112013089883510-pat00002
여기서, E"는 역학적 에너지를, "Z"는 위치 에너지를, "P"는 압력을, "ε"는 밀도를, "v"는 유속을, "g"는 중력 가속도를 각각 나타낸다.
이때, 상기 관(T)은 입구 측(a)과 중간 부분(b) 그리고 출구 측(c)의 높이와 속도가 같기 때문에 위치 에너지와 운동 에너지는 같으므로, 나머지 압력 또한 같다. 이에 이들 역학적 에너지(Ea,Eb,Ec)를 수식으로 표현하면 [수학식 3]과 같다.
이 경우 유체의 운동에너지, 위치에너지, 압력이 같으므로 유체의 흐름이 정상류의 흐름을 띤다. 이러한 정상류의 경우 관석 유발물질이 응집되어 관석의 형성이 쉬워진다.
Figure 112013089883510-pat00003
한편, 도 3과 같이, 소정의 각도로 경사지게 한 관(T')의 경우, 위에서 아래로 내려갈수록 압력이 커지면서 와류를 발생한다. 즉, 이 관(T')의 입구 측(a')의 역학적 에너지(Ea')와 중간 부분(b')의 역학적 에너지(Eb') 그리고 출구 측(c')의 역학적 에너지(Ec')를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112013089883510-pat00004
이는 높이 차이(ha',hb',hc')로 위치 에너지(Zha',Zhb',Zhc')가 변하고, 연속의 법칙에 의해서 유속(v)은 변하지 않으므로 운동 에너지(
Figure 112013089883510-pat00005
)는 변하지 않는다. 따라서 역학적 에너지(Ea',Eb',Ec')는 항상 일정해야 하므로, 변함이 없는 운동 에너지를 제외하고 위치 에너지(Zha',Zhb',Zhc')가 변하였기 때문에 나머지 변수인 압력(Pa',Pb',Pc')이 변하게 되는 것이다.
이때, 압력은 [수학식 4]와 같이, 위치 에너지와 압력이 반비례 관계에 있으므로 위치 에너지가 높은 입구 측(a')이 출구 측(c')보다 낮다. 따라서 관 내부에서 압력차이에 의해서 와류가 발생하게 된다. 이러한 와류는 유체 내부에 포함된 관석 유발 물질이 응집되는 것을 억제하여서 관석이 생성되는 것을 억제할 수 있게 된다.
이처럼 압력의 변화에 의한 관석의 발생억제 효과는 실제 상수도관을 경사지게 설치하여 관석의 생성 여부를 보여주는 도 4를 통해서도 확인할 수 있다. 도 4의 (a)는 수평 하게 설치한 상수도관을 보여주고 도 4의 (b)는 약 15°경사지게 설치한 상수도관의 단면 형상을 촬영한 사진이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 수평 하게 설치한 상수도관의 경우 내벽에 관석이 형성된 것을 볼 수 있으나, 경사지게 설치한 상수도관의 경우 수평 하게 설치한 상수도관에 비하여 관석이 거의 생성되지 않은 것을 알 수 있다.
이는 역학적 에너지 법칙을 통해 설명한 바와 같이, 위치에너지와 압력의 변화로 관석 생성을 억제한 것이라고 할 것이다. 그러나 상수도관은 대부분이 수평으로 매설되기 때문에 관석의 발생을 억제할 수 없는 것이 현실이다. 본 발명에서는 수평으로 수도관이 설치된 경우에 유체의 압력을 변화시킴으로써 와류를 발생시켜 관석의 발생을 억제하기 위한 것이다. 이하 그 원리에 대해서 상술한다.
(본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치에서의 압력 변화)
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치의 작동 상태를 보여주기 위한 개략도로서, 이를 바탕으로 압력 변화를 통한 와류 발생을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 관석의 제거 없이 정상적으로 식수를 공급하는 상태를 보여준다. 이때는, 와류 발생 밸브(210)를 개방하여 상수도관(10)에 공급한 식수 일부가 우회로(200)를 통해 공급할 수 있게 한 것이다.
이에, 도면에서 화살표로 표시한 바와 같이, 상수도관(10)에 공급한 유량인 제1단면(A)과 차폐 밸브(100)를 설치한 부분인 제2단면(A') 및 우회로(200) 부분인 제3단면(A")을 합한 유량이 같아진다. 이는 동일한 통과 유량에 대하여 차폐 밸브(100)를 기준으로 양측의 속도와 단면적이 동일하므로 상수도관(10) 내의 흐름은 정상류 흐름이 된다.
즉, 차폐 밸브(100)에 의해 작아진 단면적 만큼의 유량을 우회로(200)를 통해 공급하므로 차폐 밸브(100)가 있더라도 상수도관(10)을 흐르는 유체(식수)는 정상류로 흐르게 되는 것이다.
하지만, 도 6과 같이 와류 발생 밸브(210)를 닫게 되면, 우회로(200)를 통해 공급하던 일부 식수가 차단된다. 이 때문에, 차폐 밸브(100)를 통과하는 유량이 증가하기 때문에, 차폐 밸브(100)를 통과하는 순간의 속도가 빨라진다. 즉, 유량은 속도와 단면적의 곱으로 표시할 수 있는데, 차폐 밸브(100)를 통과하는 유량은 증가하나 차폐 밸브(100)의 단면적이 동일하므로 속도가 빨라진다.
이는 역학적 에너지 보존 법칙에 적용해 보면, 차폐 밸브(100)를 기준으로 양측의 위치 에너지는 같으나, 속도가 달라지므로 운동 에너지가 달라진다. 이처럼 달라진 운동 에너지양에 비례하여 압력 변화를 일으킨다.
따라서, 본 발명에서는 밸브의 개폐를 이용하여 상수도관을 경사로 설치한 것과 같이 상수도관 내부를 흐르는 유체의 압력을 변화시킴으로써 와류를 일으켜 상수도관 내에서의 관석 생성을 억제할 수 있게 되는 것이다.
(관석 발생 억제 장치의 시공 거리)
본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치의 시공거리는, 상수도관에 대하여 아래의 [표 1]의 유속과 안정화 시간을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
안정화시간
---
유속
1:00
1:30
2:00
2:30
3:00
3:30
4:00

0.5
1.8㎞
2.7㎞
3.6㎞
4.5㎞
5.4㎞
6.3㎞
7.2㎞

1.0
3.6㎞
5.4㎞
7.2㎞
9.0㎞
10.8㎞
12.6㎞
14.4㎞

1.5
5.4㎞
8.1㎞
10.8㎞
13.5㎞
16.2㎞
18.9㎞
21.6㎞

2.0
7.2㎞
10.8㎞
14.4㎞
18.0㎞
21.6㎞
25.2㎞
28.8㎞

1) 세로축의 유속은 단위가 "m/s"이며, 통상적으로 상수도관에서 식수를 공급하는 데 사용하는 유속임.

2) 가로축의 안정화 시간은 단위가 시간(hour)임.

3) 표 1은 상수도관 내에서 미리 정해진 유속 상태로 유체가 지속해서 흐르는 안정화 시간에 대한 유체의 이동 거리(㎞)를 나타내는 표이다. 이동거리(㎞)는 유속과 안정화 시간을 곱으로 얻는다.
이에 본 발명에서는 이처럼 실제 상수도관을 흐르는 유체(식수)의 유속과 이 유체가 지속하여 흐를 수 있는 안정화 시간을 통해 얻은 이동 거리(㎞)로 상수도관의 관석 발생 억제 장치 사이의 시공 간격을 결정한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상수도관의 관석 발생 억제 장치의 시공 간격은 아래의 [표 2]와 같다.

유속
3시간
4시간

0.5m/s
5.0㎞
7.5㎞

1.0m/s
10.0㎞
15.0㎞

1.5m/s
16㎞
22㎞

2.0m/s
21㎞
29㎞

1) 세로축의 유속은 관로로 공급하는 유체의 유속을 나타낸다.

2) 가로축의 시간은 와류 발생 밸브가 주기적으로 열리고 닫히는 개폐 시간을 나타낸다.

3) 유속과 시간에 대한 이동 거리(㎞)는 유속과 안정화 시간을 통해 얻은 시간을 바탕으로 시공 간격을 산정한 것임.
여기서, 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는 3시간~4시간 동안 와류 발생 밸브를 열었다가 다시 3시간~4시간 닫는 조건으로 상수도관의 관석 발생 억제 장치의 시공 간격을 설정한 것이다.
하지만, 본 발명에 따른 상수도관의 관석 발생 억제 장치는 와류 발생 밸브의 개폐 시간을 이보다 길게 설정할 수 있음은 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 차폐 밸브(100)는 이 같은 시공 간격으로 설치한 상수도관의 관석 발생 억제 장치에서 발생한 와류의 흐름에 대한 그 세기를 조절할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이는 차폐 밸브(100)를 미리 정해진 정도보다 더 열거나 더 닫음에 따라 달성된다.
이처럼 해야 할 필요성은, 예를 들어서, 상술한 바와 같이 제1단면(A)은 제2단면(A')과 제3단면(A")의 합과 같으나, 이처럼 면적의 크기를 조정한 경우, 실제 식수(유체)의 흐름이 불안정하거나 유동 속도가 일정하지 않음에 따라 우회로(200)의 출구 측에 해당하는 상수도관(10) 측에서 와류 발생이 예측하였던 예상보다 세거나 약할 수 있다. 이 경우, 상기 차폐 밸브(100)를 조금 더 열거나 반대로 닫음으로써 원하는 정도의 와류로 보정하여 사용할 수 있게 한 것이다.
이상과 같이 본 발명은 우회로를 이용하여 유체의 흐름에서 발생한 압력 차이를 통해 와류를 발생할 수 있게 함으로써, 상수도관 내벽에서 관석의 생성을 억제하여 상수도관의 수명을 연장할 수 있게 되는 것이다.
100 : 차폐 밸브
200 : 우회로
210 : 와류 발생 밸브

Claims (5)

  1. 상수도관(10) 내부의 제1단면(A) 일부를 차폐하는 차폐 밸브(100); 상기 차폐 밸브(100)를 기준으로 양측에 위치하도록 상수도관(10)에 연결하는 우회로(200); 상기 우회로(200)에 장착하여 주기적으로 열리고 닫히며 와류를 발생하는 와류 발생 밸브(210);를 포함하되,
    상기 상수도관(10)의 제1단면(A)은,
    차폐 밸브(100)로 작아진 상수도관(10)의 제2단면(A')과 우회로(200)의 제3단면(A")의 합과 같은 것을 특징으로 하는 상수도관의 관석 발생 억제 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3단면(A")은 제1단면(A)의 전체 면적에 대하여 면적비 1/10~1/2인 것을 특징으로 하는 상수도관의 관석 발생 억제 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차폐 밸브(100)는 제2단면(A')을 가변할 수 있는 가변 밸브인 것을 특징으로 하는 상수도관의 관석 발생 억제 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 와류 발생 밸브(210)는,
    두 시간~한 달 주기로 여닫는 것을 특징으로 하는 상수도관의 관석 발생 억제 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상수도관의 관석 발생 억제 장치는,
    상수도관 내를 흐르는 유속이 0.5m/s인 경우 상수도관의 5.0~7.5㎞ 간격으로,
    상수도관 내를 흐르는 유속이 1.0m/s인 경우 상수도관의 10.0~15.0㎞ 간격으로,
    상수도관 내를 흐르는 유속이 1.5m/s인 경우 상수도관의 16~22㎞ 간격으로,
    상수도관 내를 흐르는 유속이 2.0m/s인 경우 상수도관의 21~29㎞ 간격으로
    시공하여 3~4시간 단위로 와류 발생 밸브(210)를 여닫는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 상수도관의 관석 발생 억제 장치.
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