KR101478976B1 - 스마트 ｐｂ플륨 유량측정 장치 - Google Patents

스마트 ｐｂ플륨 유량측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 PB플륨 유량측정 장치에 관한 것으로서, 하수관에 설치되는 PB플륨과; 상기 PB플륨을 이용하여 유량을 측정하는 유량 측정 센서와; 상기 유량 측정 센서로부터 신호를 송신받아 하수관을 통과하는 유체의 유량을 계측하는 변환기와; 상기 변환기로부터 입력받은 유량값이 설정된 값 보다 크거나 작은지 여부를 판단하는 제어부와; 상기 변환기로부터 입력받은 유량값이 설정된 값 보다 크거나 작을 경우, 상기 제어부로부터 이 신호를 입력받아 상기 하수관을 통과하는 유체를 일정량 채수하는 채수부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 하수관을 통과하는 하수 및 폐수의 유량을 측정함과 아울러, 하수 및 폐수의 오염도를 실시간 측정,분석할 수 있게 됨으로써, 하수처리장으로 독성의 폐수유입을 원천적으로 감시,차단할 수 있게 되는 효과가 제공된다.

Description

스마트 ＰＢ플륨 유량측정 장치 {Smart flowmeter}
본 발명은 유량측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수관에 설치되어 이 하수관을 통과하는 하수의 유량을 측정함과 아울러, 하수의 오염상태를 실시간 측정, 분석할 수 있도록 한 스마트 PB플륨 유량측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 생활하수 등은 미생물에 의해 처리되는데, 하수관이 파손되거나 또는 크랙 등이 발생하는 경우 인접한 주변 지하수 등을 오염시키는 문제가 발생하게 된다.
즉, 하수관 등이 파손되거나 크랙 등이 발생하게 되면 하수는 파손된 부위를 통해 하수관 외부로 유출되거나 또는 주변 지하수 등이 하수관 내부로 유입될 수 있으며, 이에 따라 하수관 내의 유량은 급격히 감소 또는 증가하게 된다.
따라서, 하수관의 파손 또는 크랙으로 인한 주변 지하수 등의 오염을 파악하기 위하여 하수관 등과 같은 관로에서 유량의 급격한 감소 또는 증가를 모니터링 하는 것이 필요로 하며, 이를 위하여 유량을 측정하게 된다.
통상, 관로 내에 흐르는 유량(Q)을 계산하기 위해서는 유체의 유속(V)과, 이 유체가 통과하는 단면적(A)을 알아야 하며, 유체가 통과하는 단면적(A)은 관로 내의 유체 수위를 측정하여 계산된다. 즉, 유량을 측정하기 위해서는 유속을 측정할 수 있는 유속계와, 유체 수위를 측정할 수 있는 수위계가 필요하다.
종래에, 하수관 등에서의 유량 측정은 초음파식 유량계 장치 또는 플륨식 유량계 장치가 주로 이용되고 있다.
초음파식 유량계 장치는, 도플러 효과를 통해 유체 내의 고형 물질 또는 부유물에 초음파를 발사하여 이들의 속도에 따라 주파수가 변화되는 것을 이용하거나 유체 내의 초음파 전파속도에 따라 변하는 시간차를 측정함으로써 유속 및 유량을 측정하게 된다.
그러나, 종래의 초음파식 유량계 장치는, 하수에 물보다 무거운 고형 물질, 부유물 등의 침전물 또는 생활쓰레기가 포함되는 경우, 센서가 침전물에 덮여져서 유속 측정이 불가능할 뿐만 아니라, 고형 물질을 통해서는 하부의 속도 그리고 부유물을 통해서는 상부의 속도만 측정할 수 있을 뿐이므로 그 오차가 큰 문제점이 있었다.
특히, 침전물 또는 생활쓰레기 등이 초음파식 유량 측정 센서 주위에 적층되는 경우, 전단의 맨홀에서 하수관을 막아 하수 등의 흐름을 정지시키고, 하수관 내부에 들어가 에어 퍼지 등을 통해 침전물을 정기적으로 제거해야 하므로 유지관리가 매우 어려우며, 이에 따라 지속적인 유량 계측이 불가능한 문제점이 있었다.
이에, 최근에는 수면과 직접 접촉하지 않는 한계류 발생 기작을 통해 한계수심을 측정함으로써, 유량을 측정하는 플륨식 유량계 장치가 하수관 등에 많이 적용되고 있는 실정이다.
이러한 플륨식 유량계 장치는, 하수관 인버트에 삽입하는 방식으로 설치가 편리하고, 또한 수위계만으로 유량측정이 가능하여 속도센서가 필요없다는 장점을 지니고 있다.
그러나, 최근에는 하수관을 통해 생활하수만 배수되는 것이 아니고, 공장 등에서 각종 폐수가 유입되어 배수되는 경우도 많으며, 이의 경우 하수처리장으로 유독성 폐수가 유입됨에 따라 하수처리의 효율이 저하되고, 이로 인해 유독물질이 제대로 처리되지 못한 하수처리수가 하천 등으로 방류되어 수질을 오염시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 하수관에 설치되어 이 하수관을 통과하는 하수 및 폐수의 유량을 측정함과 아울러, 하수 및 폐수의 오염도를 실시간 측정,분석함으로써, 하수처리장으로 독성의 폐수유입을 원천적으로 감시,차단할 수 있도록 한 스마트 PB플륨 유량측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치는, 하수관에 설치되는 PB플륨과; 상기 PB플륨을 이용하여 유량을 측정하는 유량 측정 센서와; 상기 유량 측정 센서로부터 신호를 송신받아 하수관을 통과하는 유체의 유량을 계측하는 변환기와; 상기 변환기로부터 입력받은 유량값이 설정된 값 보다 크거나 작은지 여부를 판단하는 제어부와; 상기 변환기로부터 입력받은 유량값이 설정된 값 보다 크거나 작을 경우, 상기 제어부로부터 이 신호를 입력받아 상기 하수관을 통과하는 유체를 일정량 채수하는 채수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 하수관에는, 유체의 온도, 수소이온농도, 전기전도도, 산화환원전위를 각각 감지하는, 온도감지 센서, pH 미터, 전기전도도계, ORP 미터 중, 적어도 어느 하나가 설치되고, 상기 제어부에는, 유체 온도의 설정값, 수소이온농도의 설정값, 전기전도도의 설정값, 산화환원전위의 설정값 중, 적어도 어느 하나의 값이 입력되며, 상기 온도감지 센서, pH 미터, 전기전도도계, ORP 미터 중, 어느 하나에 의해 상기 제어부로 신호가 송신되고, 상기 제어부에 입력된 설정값을 벗어날 경우, 상기 채수부는 상기 하수관을 통과하는 유체를 일정량 채수하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 제어부로 송신된 입력신호가 예 입력된 설정값을 벗어날 경우, 이의 신호를 입력받아 경고음을 발생시키는 알람부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제어부로 송신된 입력신호가 예 입력된 설정값을 벗어날 경우, 상기 제어부는 관리자의 디스플레이 장치에 이상신호를 송신할 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치에 의하면, 하수관을 통과하는 하수 및 폐수의 유량을 측정함과 아울러, 하수 및 폐수의 오염도를 실시간 측정,분석할 수 있게 됨으로써, 하수처리장으로 독성의 폐수유입을 원천적으로 감시,차단할 수 있게 되는 효과가 제공된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치가 적용되는 하수관에 플륨이 설치된 상태의 평면도, 횡단면도 및 종단면도.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치가 적용되는 하수관에 PB플륨이 설치된 상태의 횡단면도.
도 5는 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 6은 도 5에서 콘트롤 박스의 구성을 나타낸 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 구성 및 작동관계를 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 작동관계를 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치가 적용되는 하수관에 PB플륨이 설치된 상태의 평면도, 횡단면도 및 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치가 적용되는 하수관에 PB플륨이 설치된 상태의 횡단면도이다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 6은 도 5에서 콘트롤 박스의 구성을 나타낸 구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 구성 및 작동관계를 나타낸 블록도이고, 도 8은 본 발명에 따른 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 작동관계를 나타낸 순서도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 PB플륨(20) 유량측정 장치가 적용되는 하수관(10)에는 PB플륨(20)이 설치되어 있는데, 이러한 PB플륨(20)은 유체 흐름의 전방으로부터 유입부(22), 스로트부(24), 유출부(26)로 구성된다.
스로트부(24)는, 그 단면이 역사다리꼴 또는 사각형으로 형성되며, 이러한 스로트부의 하부는 어느 정도 일정 높이를 갖는 크레스트부로 이루어져 있다.
이러한 구조로 이루어진 PB플륨(20)에 유체가 비만관으로 일정수위만큼 차 있다고 가정하면, 도 3에 도시된 바와 같이 A는 유체의 단면적, B는 유체의 상부면의 폭 길이, C는 스로트부 하부의 길이, t는 크레스트부의 높이를 나타낸다.
또한, 하수관(10)에서, 유체 흐름의 전방으로부터 유입부 사이의 하수관(10) 상부쪽, 즉 유체가 PB플륨(20)에 의해 수위가 낮아지는 부위에는 수위값을 계측하여 유량을 측정하는 유량 측정 센서(100)가 설치되어 있다.
여기서, 유량 측정 센서(100)는 하수관(10)을 흐르는 유체에 담수되지 않은 상태로 설치되어 있다.
이러한 유량 측정 센서(100)를 이용하여 하수관(10)의 PB플륨(20)을 통과하는 유체의 유량을 측정하는 것은, 베르누이 원리를 이용한 것으로서 이미 공지된 기술인바, 여기서는 유량 측정 원리에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 유량 측정 센서(100)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 지중에 설치되는 콘트롤 박스(200) 내의 변환기(210)와 센서 케이블(102)로서 연결되며, 이에 따라 유량 측정 센서(100)에 의해 계측된 하수관(10)의 유량은 상기 변환기(210)로 송신되고, 변환기(210)는 유량 측정 센서(100)로부터 송신된 값을 연산하여 하수관(10)을 통과하는 유량을 산출해내게 된다.
이와 같이, 변환기(210)에 의해 산출된 유량값은 관리자가 모니터링 할 수 있는 디스플레이 장치(모니터, PDA단말기, 이동통신단말기 등)로 송신됨으로써, 관리자는 하수관(10)을 통과하는 유체의 유량을 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
이때, 하수관(10)을 통과하는 유체의 양이 급격하게 늘거나 또는 급격하게 줄어드는 등, 유량의 값이 설정값을 벗어나게 되면 관리자는 이의 신호를 전달받아 하수관(10)을 점검하여 하수관(10)이 손상되었는지 여부를 확인하면 된다.
한편, 본 발명에 따른 스마트 PB플륨(20) 유량장치는, 하수관(10) 내부에 구비되어 흐르는 유체와 접촉하는 온도감지 센서(300)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 콘트롤 박스(200) 내에는 각종 설정값(예컨대 유체의 설정 온도값)이 예 입력되어 있고 송신된 신호가 설정값을 벗어나는 경우 이를 판단하는 제어부(220)와, 이 제어부(220)로부터 이상신호를 입력받으면 경고음을 발생시키는 알람부와, 제어부(220)로부터 이상신호를 입력받으면 하수관(10)을 통과하는 유체를 채수하는 채수부(230)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제어부(220)는 하수관(10)을 통과하는 유체의 유량이 설정값을 벗어나 급격하게 늘어나거나 또는 급격하게 줄어들 경우, 이를 판단하여 알람부(240) 및 채수부(230)로 신호를 송신하게 되고, 이에 따라 알람부(240)는 경고음을 발생시킴과 아울러 채수부(230)는 하수관(10)을 통과하는 유체를 일정량 채수하게 된다.
채수부(230)는, 콘트롤 박스(200) 내에 설치되는 채수박스(230)와, 하수관(10)과 연결된 채수관(232) 및 채수펌프(미도시됨)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제어부(220)는 알람부(240)와 채수부(230)에 신호를 송신함과 아울러 관리자의 디스플레이 장치(모니터, PDA단말기, 이동통신단말기)로도 이상신호를 송신하도록 구성될 수도 있다.
한편, 상기 제어부(220)는 하수관(10)을 통과하는 유체의 온도가 설정값을 벗어나 급격하게 높아지거나 또는 급격하게 낮아지는 경우, 이를 판단하여 알람부(240) 및 채수부(230)로 신호를 송신하게 되고, 이에 따라 알람부(240)는 경고음을 발생시킴과 아울러 채수부(230)는 하수관(10)을 통과하는 유체를 일정량 채수하게 된다.
이 경우에도, 상기 제어부(220)는 알람부와 채수부(230)에 신호를 송신함과 아울러 관리자의 디스플레이 장치(모니터, PDA단말기, 이동통신단말기)로도 이상신호를 송신하도록 구성될 수도 있다.
여기서, 제어부(220)에 설정되는 유량 또는 유체의 온도 값은, 계절적 환경에 따라 그 값의 조절이 가능하다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 스마트 PB플륨 유량측정 장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.
예컨대, 하수관(10)으로 하수의 유입량이 많지 않은 심야 등에 공장 등에서 많은 양의 폐수를 방류할 경우, 하수관(10)을 통과하는 유체의 양이 갑자기 불어나게 된다.
이때, 유량 측정 센서(100)는 유량을 측정하여 변환기(210)로 송신하고, 변환기(210)는 유량을 계측하여 제어부(220)로 신호를 송신하게 되는데, 제어부(220)는 미리 입력된 설정값 보다 유량이 많아짐에 따라 알람부(240) 및 채수부(230)에 신호를 송신하게 되고, 이에 알람부(240)는 경고음을 발생시킴과 아울러 채수부(230)는 유량이 급격히 불어난 시점에 하수관(10)을 통과하는 유체를 일정량 채수하게 된다.
따라서, 관리자는 콘트롤 박스(200) 내의 채수부(230)에 채수된 하수(또는 폐수)를 채취하여 성분분석을 통해 유량이 급격히 불어난 시점에서 하수관(10)을 통해 하수처리장으로 유입되는 하수의 상태를 확인할 수 있게 된다.
즉, 채취된 유체에서 생활하수가 아닌 유독물질이 검출될 경우, 이의 방류를 역추적 하여 폐수의 방류를 예방할 수 있게 된다.
이때, 채수부(230)에 의해 채취된 유체에서 별다른 유독성분이 발견되지 않은 경우에는, 하수관(10)을 점검하여 지하수의 유입 등이 있었는지 여부를 확인하면 된다.
반대로, 하수관(10)을 통과하는 유체의 양이 급격히 줄어들게 되는 경우에도, 유량 측정 센서(100)는 유량을 측정하여 변환기(210)로 송신하고, 변환기(210)는 유량을 계측하여 제어부(220)로 신호를 송신하게 되는데, 제어부(220)는 미리 입력된 설정값 보다 유량이 급격히 줄어듦에 따라 알람부(240) 및 채수부(230)에 신호를 송신하게 되고, 이에 알람부(240)는 경고음을 발생시킴과 아울러 채수부(230)는 유량이 급격히 줄어든 시점에 하수관(10)을 통과하는 유체를 일정량 채수하게 된다.
따라서, 관리자는 콘트롤 박스(200) 내의 채수부(230)에 채수된 하수를 채취하여 성분분석을 통해 유량이 급격히 줄어든 시점에서 하수관(10)을 통해 하수처리장으로 유입되는 하수의 상태를 확인할 수 있게 된다.
특히 유량이 줄어들게 되는 것은 하수관(10)의 막힘, 손상 등에 기인할 우려가 크므로, 유량이 급격히 줄어들게 된 경우 관리자는 맨홀을 통해 해당 하수관(10)을 점검함으로써, 이상유무를 확인하는 등 후속조치를 신속히 수행할 수 있게 된다.
한편, 하수관(10)에 설치된 온도감지 센서(300)는 유체의 온도를 측정하여 제어부(220)로 실시간 송신하게 되는데, 이때 하수관(10)을 통과하는 유체의 온도가 급격히 상승하거나 또는 급격히 낮아지는 경우, 제어부(220)는 미리 입력된 설정값 보다 유체의 온도가 높아지거나 낮아짐에 따라 알람부(240) 및 채수부(230)에 신호를 송신하게 되고, 이에 알람부(240)는 경고음을 발생시킴과 아울러 채수부(230)는 유체의 온도가 급격히 달라지는 시점에 하수관(10)을 통과하는 유체를 일정량 채수하게 된다.
따라서, 관리자는 콘트롤 박스(200) 내의 채수부(230)에 채수된 하수(또는 폐수)를 채취하여 성분분석을 통해 유체의 온도가 급격히 달라진 시점에서 하수관(10)을 통해 하수처리장으로 유입되는 하수의 상태를 확인할 수 있게 된다.
즉, 채취된 유체에서 생활하수가 아닌 유독물질이 검출될 경우, 이의 방류를 역추적 하여 폐수의 방류를 예방할 수 있게 된다.
참고로, 본 발명의 실시 예에서 하수관(10)에 온도감지 센서(300)가 설치되고, 이 온도감지 센서(300)에 의해 하수관(10)을 통과하는 유체의 온도변화에 따라 알람부(240) 및 채수부(230)가 작동되도록 한 것을 일 예로 들어 설명하였으나, 상기 온도감지 센서(300) 외에 수소이온농도를 측정하는 pH 미터, 전기전도도(conductivity)를 측정하는 전기전도도계, 산화환원전위(ORP)를 측정하는 ORP 미터 등이 적용될 수 있고, 이의 경우에도 제어부(220)에 미리 입력된 설정값을 벗어날 경우, 알람부(240) 및 채수부(230)가 작동되도록 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 알람부의 구성은 배제하고, 제어부(220)에 의한 이상판단시 이의 신호를 관리자에게 직접 송신하는 구성으로 이루어질 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 하수관 20 : PB플륨
100 : 유량 측정 센서 200 : 콘트롤 박스
210 : 변환기 220 : 제어부
230 : 채수부 240 : 알람부

Claims (4)

  1. 하수관에 설치되는 PB플륨과; 상기 PB플륨을 이용하여 유량을 측정하는 유량 측정 센서와; 상기 유량 측정 센서로부터 신호를 송신받아 하수관을 통과하는 유체의 유량을 계측하는 변환기와; 상기 변환기로부터 입력받은 유량값이 설정된 값보다 크거나 작은지 여부를 판단하는 제어부와; 상기 변환기로부터 입력받은 유량값이 설정된 값 보다 크거나 작을 경우, 상기 제어부로부터 이 신호를 입력받아 상기 하수관을 통과하는 유체를 일정량 채수하는 채수부를 포함하고,
    상기 하수관에는 유체의 온도, 수소이온농도, 전기전도도 및 산화환원전위를 각각 감지하는 온도감지 센서, pH 미터, 전기전도도계 및 ORP 미터가 설치되며,
    상기 제어부에는 유체 온도의 설정값, 수소이온농도의 설정값, 전기전도도의 설정값 및 산화환원전위의 설정값이 입력되고,
    상기 온도감지 센서, pH 미터, 전기전도도계 및 ORP 미터에 의해 상기 제어부로 신호가 송신되고, 상기 제어부에 입력된 설정값을 벗어날 경우, 상기 채수부는 상기 하수관을 통과하는 유체를 일정량 채수하도록 구성됨으로써,
    상기 하수관을 통해 하수처리장으로 유입되는 유체의 상태를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 스마트 PB플륨 유량장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부로 송신된 입력신호가 예 입력된 설정값을 벗어날 경우, 이의 신호를 입력받아 경고음을 발생시키는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 PB플륨 유량장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제어부로 송신된 입력신호가 예 입력된 설정값을 벗어날 경우, 상기 제어부는 관리자의 디스플레이 장치에 이상신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 스마트 PB플륨 유량장치.
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