KR101526962B1 - 토양, 지하수오염 예방을 위한 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템 - Google Patents

토양, 지하수오염 예방을 위한 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주유소의 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 유류배송관으로서, 상기 유류저장탱크에 체결되는 제 1 배관 및 상기 제 1 배관의 일단에 체결되는 제 2 배관을 포함하는 유류배송관, 상기 제 2 배관의 일단과 상기 주유기 사이에 연결되어, 상기 유류저장탱크로부터 유류를 흡입하는 흡입펌프, 상기 제 2 배관의 외벽에 비파괴 방식으로 부착되어 상기 제 2 배관 내부에 초음파를 발진하고, 상기 제 2 배관 내부를 통과한 초음파를 수신하는 초음파센서, 및 상기 초음파센서의 신호를 분석하여 상기 제 2 배관 내부에 유류의 유무를 검출하는 누유 판별부, 자왜선에 인가하는 제1플로트부재 및 제2플로트부재, 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재에 의하여 형성되어 상기 자왜선을 따라 전달되는 탄성파를 수신하도록 상기 자왜선에 연결되는 신호수신부, 및 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재로부터 상기 신호수신부로 전파되는 탄성파의 전파시간을 이용하여 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재의 레벨을 산출하는 콘트롤러를 포함한다.

Description

토양, 지하수오염 예방을 위한 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템 {SYSTEM FOR DETACTING OIL LEAKAGE OF GAS STATION AND MEASURING LEVEL OF OIL IN OIL TANK TO PREVENT POLLUTION OF SOIL OR UNDERWATER}
본 발명은 센서를 이용하여 주유소의 누유를 검출하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
주유소에 설치된 유류저장탱크 및 유류저장탱크에서 주유기로 유류를 공급하는 유류배송관은 보통 지하에 매설되어 있다. 지하에 매설된 유류저장탱크 및 유류배송관은 오랜 시간이 경과하면 크랙 등으로 인해 유류가 누설될 염려가 많으나, 이를 검출하는 것은 기술적으로 쉽지 않았다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 종래 기술로 대한민국등록실용신안 제20-0398442호는 배관 누유 모니터링 장치를 개시한 바 있다. 종래 기술은 주유기에 유류를 공급하도록 매설된 유류저장탱크와 송유배관으로 연결되어 유류를 공급하는 주유 장치에 있어서, 송유배관과 유류저장탱크 사이에 설치되어 송유배관 내의 유류가 유류저장탱크로 역류되는 현상을 방지하는 체크밸브와, 송유배관과 연통되도록 체크밸브에 연결된 보조배관, 및 보조배관에 연결되어 송유배관 내부의 압력 변화를 측정하여 누유를 감지하도록 형성된 압력계를 포함하여 구성된다.
그러나, 종래 기술은 온도변화를 배제하고 압력변화만을 검출하여 유류의 누유여부를 검출하므로 정밀도가 떨어지는 단점이 있어 문제되었다.
본 발명의 발명가는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 오랫동안 연구노력한 끝에 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 주유소, 특히 흡입펌프식 주유기를 사용하는 주유소에서 유류배송관의 누유를 검출하는 센서장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 유류저장탱크와 복수의 유류배송관이 지하에 매립된 주유소에서 정확히 어느 지점에서 누유가 발생했는지 검출할 수 있는 누유 검출시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기펄스에 의한 자기장과 자성부재의 자기장이 융합되면서 위데만 효과(Wiedemann effect)에 의하여 탄성파가 발생되는 것을 이용하여 유류 저장시설 내 오일의 레벨을 정확하게 측정할 수 있으며, 또한 측정오차를 효과적으로 보정할 수 있는 유류저장시설용 레벨 측정 시스템 및 이를 이용한 레벨 측정방법을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 유류배송관으로서, 상기 유류저장탱크에 체결되는 제 1 배관 및 상기 제 1 배관의 일단에 체결되는 제 2 배관을 포함하는 유류배송관; 상기 제 2 배관의 일단과 상기 주유기 사이에 연결되어, 상기 유류저장탱크로부터 유류를 흡입하는 흡입펌프; 상기 제 2 배관의 외벽에 비파괴 방식으로 부착되어 상기 제 2 배관 내부에 초음파를 발진하고, 상기 제 2 배관 내부를 통과한 초음파를 수신하는 초음파센서; 상기 초음파센서의 신호를 분석하여 상기 제 2 배관 내부에 유류의 유무를 검출하는 누유 판별부; 전류 펄스를 생성하여 발신하는 펄스발진부; 상단은 상기 펄스발진부와 연결되고 하단부는 상기 유류저장탱크의 바닥부에 근접하게 위치하도록 상하방향을 따라 유류저장탱크 내부에 설치되며, 전류를 통하는 강선으로 이루어져 상기 전류 펄스가 인가되는 자왜선; 상기 유류저장탱크에서 층분리되어 있는 기름층과 물층의 각 표면에 부유하여 상기 기름층과 물층의 레벨 변화에 따라 상하방향으로 이동가능하게 상기 자왜선에 설치되며, 자석으로 이루어져 상기 전류 펄스에 의해 형성되는 원주 방향 자기장의 영향에 따라 탄성파를 발생시켜 상기 자왜선에 인가하는 제1플로트부재 및 제2플로트부재; 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재에 의하여 형성되어 상기 자왜선을 따라 전달되는 탄성파를 수신하도록 상기 자왜선에 연결되는 신호수신부; 및 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재로부터 상기 신호수신부로 전파되는 탄성파의 전파시간을 이용하여 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재의 레벨을 산출하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 누유 판별부는 상기 제 2 배관 내의 유류가 기준레벨 이하로 내려가는 경우 상기 초음파의 특성이 변경되는 것을 이용하여 상기 제 1 배관의 누유여부를 판별할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 초음파센서는 발신부 및 수신부를 포함하고, 상기 발신부 및 수신부 중 어느 하나는 상기 제 2 배관의 기준레벨 상단에 배치되고, 다른 하나는 상기 기준레벨의 하단에 배치되고, 상기 발신부는 상기 제 2 배관의 일측벽에 부착되어 초음파를 발진하고, 상기 수신부는 상기 제 2 배관의 타측벽에 부착되어 상기 초음파를 직접 수신하거나, 일측벽에 부착되어 상기 초음파의 반사파를 수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재는 고리형으로 형성된 영구 자석으로 상기 자왜선에 끼워져 설치될 수 있다.
본 발명은 상술한 시스템을 이용하여, 기름과 물이 상하로 층분리되어 있는 유류저장탱크에서 기름과 물의 레벨을 측정하기 위한 방법으로서, (a)상기 펄스생성부에서 생성되어 상기 자왜선을 따라 전달되는 전류 펄스에 의하여 형성되는 원주방향 자기장과 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재에 의하여 형성되는 자기장이 상호 교차하면서 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재가 놓여진 위치에서 각각 발생되는 제1탄성파 및 제2탄성파가 상기 자왜선을 따라 상기 신호수신부에 수신되는 제1신호 및 제2신호를 탐지하여 상기 제1탄성파 및 제2탄성파가 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재로부터 각각 상기 신호수신부까지 전달되는 제1전파시간 및 제2전파시간을 측정하는 단계; (b)상기 제1탄성파 또는 제2탄성파가 상기 자왜선의 하단에서 반사된 후 다시 상기 자왜선을 따라 상기 신호수신부에 수신되는 제3신호를 탐지하여 상기 제1탄성파 또는 제2탄성파가 상기 자왜선의 하단부로부터 상기 신호수신부까지 전달되는 제3전파시간을 측정하는 단계; (c)상기 자왜선의 길이의 2배 값을 상기 제1탄성파의 제1전파시간과 제3전파시간을 합한 시간 또는 제2탄성파의 제2전파시간 및 제3전파시간을 합한 시간으로 나누어서 상기 탄성파의 전파속도를 산출하는 단계; 및 (d)상기 탄성파의 전파속도와 상기 제1전파시간 및 제2전파시간을 이용하여 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재의 레벨을 결정하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 탄성파 전파속도는 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제1전파시간과 상기 제1탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제1속도값과, 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제2전파시간과 상기 제2탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제2속도값을 평균하여 구할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1탄성파의 전파속도는 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제1전파시간과 상기 제1탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제1속도값으로 설정한 후, 상기 제1속도값을 이용하여 상기 제1플로트부재의 레벨을 산출하며, 상기 제2탄성파의 전파속도는 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제2전파시간과 상기 제2탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제2속도값으로 설정한 후, 상기 제2속도값을 이용하여 상기 제1플로트부재의 레벨을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재 중에서 상기 제1플로트부재의 레벨만 하강하는 경우 상기 유류저장탱크에서 기름이 배치된 영역이 손상되어 누유가 발생하였다고 판정하며, 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재 사이의 간격이 유지되는 상태로 상기 제2플로트부재의 레벨만 하강하는 경우 상기 유류저장탱크에서 물이 배치된 영역이 손상되었다고 판정하여 누유 및 유류저장탱크의 손상 여부를 판정하는 단계를 더 구비할 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따르면 주유소 지하에 매립된 유류배송관의 누유를 검출할 수 있으며, 바람직하게는, 흡입펌프식 주유기를 사용하는 주유소에서 유류배송관의 누유를 더욱 정교하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
특히, 수평하게 매설된 배관의 일단에 수직배관을 설치하고 수직배관의 말단에 흡입펌프를 설치하는 구조에서, 수평배관에 누유가 발생하는 경우 수직배관에 가득차 있는 유류의 높이가 낮아지게되므로 이를 이용하여 수평배관의 누유를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 센서가 유류배송관의 외벽에 비파괴방식으로 부착되므로 방폭 효과를 갖는다. 설치가 간단하므로 유지보수도 용이하다.
또한, 본 발명에 따르면 소량의 누유도 용이하게 검출할 수 있으므로 환경오염의 위험을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 센서를 각각 모니터링하여 누유 발생지점을 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다. 특히, 복수의 유류저장탱크와 복수의 유류배송관이 지하에 매립된 주유소에서 효과가 크다.
본 발명에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템과 측정방법을 통해 유류저장시설 내에서 기름층과 물층 각각의 레벨을 매우 정밀하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명을 통하여 유류저장시설 내에 누출이 발생되는지 여부는 물론 저장시설 내 어느 부위가 파손되었는지까지도 간접적으로 유출할 수 있다.
그리고 누출 부위를 통해 지하수의 유입 여부도 탐지할 수 있는 바, 유류저장시설의 유지관리가 용이해진다는 이점이 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명에 따른 주유소의 누유 검출장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 초음파센서의 동작원리를 설명하기 위한 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 누유 판별부의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 초음파센서의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템의 개략적 도면이다.
도 9는 탄성파가 발생하는 원리를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정방법의 개략적 흐름도이다.
도 11 및 도 12는 도 10에 나타난 측정방법에서 탄성파 신호의 수신과, 이를 이용한 레벨 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
최근 환경부의 자료에 따르면 배관 누출율이 88.3%로 유류저장탱크의 누출율 38.2% 보다 대략 2배 이상이므로, 배관의 누출여부를 탐지하는 것이 탱크의 누출여부를 탐지하는 것보다 중요한 상황이다. 본 발명의 발명자는 바로 이러한 점에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
바람직한 실시예에서 본 발명의 주유소에서 사용하는 주유기는 흡입펌프식 주유기일 수 있다. 흡입펌프식 주유기는 흡입펌프의 압력으로 유류를 유류저장탱크로부터 흡입한다. 흡입펌프는 보통 주유기에 근접하여 설치되며, 지상에 설치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 주유기가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 액중펌프식 주유기를 포함할 수 있다. 액중펌프식 주유기는 유류를 토출하기 위한 펌프가 유류저장탱크 내부에 설치되는 주유기를 말한다. 다만, 이하에서는 본 발명이 흡입펌프식 주유기를 사용하는 것을 기준으로 설명하도록 한다.
바람직한 실시예에서 유류배송관은 수평하게 매설된 수평배관(또는 제 1 배관)의 일단에 수직배관(또는 제 2 배관)을 설치하고 수직배관의 말단에 흡입펌프를 설치하는 구조일 수 있다. 수평배관에 누유가 발생하는 경우 수직배관에 가득차 있는 유류의 높이가 낮아지게되므로 이를 이용하여 수평배관의 누유를 검출한다.
바람직한 실시예에서 본 발명은 수직배관 내부에 유류가 있는지 아니면 공기가 차 있는지는 외부에서 초음파를 통과시켜 검출한다. 비파괴 방식으로 배관 내부에 초음파를 통과시키므로 방폭효과가 있으며, 간편하게 기존의 주유기에 초음파센서를 추가할 수 있어 설치 상의 편의성도 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 주유소의 누유 검출장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 누유 검출장치(100)는 유류배송관(110), 흡입펌프(120), 초음파센서(130), 및 누유 판별부(140)를 포함한다.
바람직한 실시예에서 유류배송관(110)은 유류저장탱크(210)의 유류를 주유기(220)로 이송하는 배송관으로서, 제 1 배관(111), 제 2 배관(113), 및 체크밸브(115)를 포함할 수 있다.
제 1 배관(111)은 유류저장탱크 측에 체결되는 배관으로, 바람직한 실시예에서 지하에 수평하게 매설될 수 있다.
제 2 배관(113)은 제 1 배관(111)의 일단과 흡입펌프(120) 사이에 체결되는 배관으로, 바람직한 실시예에서 제 1 배관(111)의 일단에서 수직 상방으로 연장되어 주유기(220)의 하단에 위치하는 흡입펌프(120)에 연결될 수 있다.
체크밸브(115)는 제 1 배관(111) 및 유류저장탱크(210) 사이에 설치되어 제 1 배관(111) 내의 유류가 유류저장탱크(210)로 역류되는 현상을 방지한다. 체크밸브(115)는 주유기(220)가 주유를 시작하면 흡입펌프(120)가 가동될 때 개방되며, 주유가 종료되어 흡입펌프(120)가 정지하면 역류 방지를 위해 차단될 수 있다.
흡입펌프(120)는 제 2 배관(113)의 일단과 주유기(220) 사이에 연결되어, 유류저장탱크(210)로부터 유류를 흡입한다. 흡입펌프(120)가 가동되면, 제 1 배관(111) 및 제 2 배관(113)에는 진공압력(음압)이 형성되어 유류를 흡입한다. 흡입펌프(120)가 가동을 중지하면 역류 방지를 위해 체크밸브(115)가 차단된다.
초음파센서(130)는 제 2 배관(113) 내부에 초음파를 발진하고, 제 2 배관(113) 내부를 통과한 초음파를 수신한다. 초음파센서(130)는 제 2 배관(113)의 외벽에 구멍을 뚫지 않고 비파괴 방식으로 부착된다. 이로서 방폭 효과가 달성될 수 있어 안전하다.
누유 판별부(140)는 초음파센서(130)의 신호를 분석하여 상기 제 2 배관(113) 내부에 유류의 유무를 검출한다. 제 2 배관(113) 내부에 유류가 있는 경우와 공기가 있는 경우 초음파의 특성에 변화가 발생하는 것을 이용하여 누유를 검출한다.
초음파센서(130)의 배치와 누유 판별부(140)의 누유 판별 원리를 보다 구체적으로 설명하기 위해 도 2 및 도 3을 참조한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 초음파센서의 동작원리를 설명하기 위한 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 (a)는 제 2 배관(113) 내부에 유류가 가득 차 있는 경우 혹은 허용 가능한 범위 내에서 빈 공간이 형성되어 있는 경우, 즉 누유가 없이 정상인 상황을 도시한 도면이다.
도 2 (a)에서 a 라인은 정상인 상황에서 유류의 수면 높이를 의미하며, b 라인은 누유 여부를 결정하는 유류의 기준선으로, 본 발명에서는 ?誰慢뭔?이라고 정의한다. 정상인 상황에서는 기준레벨 이상의 높이로 유류가 차있어야 하며, 누유가 발생하면 기준레벨 이하의 높이로 유류가 낮아진다.
도 2 (a)에서 알 수 있듯이, 초음파센서는 발신부(131), 수신부(133), 및 송수신회로(135)를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서 발신부(131)는 제 2 배관(113)의 기준레벨(b) 상단에 배치되고, 수신부(133)는 제 2 배관(113)의 기준레벨(b) 하단에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서는, 발신부(131)와 수신부(133)의 위치가 바뀔 수도 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 발신부(131)가 수신부(133) 상단에 배치되는 것으로 설명한다.
발신부(131)는 제 2 배관(113)의 일측벽에 부착되어 초음파를 발진하고, 수신부(133)는 제 2 배관(113)의 일측벽에서 발신부(131) 하단에 부착되어 제 2 배관(113)의 타측벽에 반사된 초음파의 반사파를 수신한다.
송수신회로(135)는 상세하게 도시하지 않았지만, 초음파 발진회로, 증폭기, 초음파 수신회로 등을 포함할 수 있다.
도 2 (b)는 누유가 발생한 경우, 제 2 배관(113) 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 경우를 도시한 도면이다.
도 2 (b)에서 c 라인은 비정상인 상황(누유 발생)에서 유류의 수면 높이를 의미하며, b 라인은 앞서 살펴본 바와 같이 누유 여부를 결정하는 ?誰慢뭔?이다.
도 2 (a)에서 제 2 배관(113) 내부를 통과하는 초음파는 대부분 유류를 통과하는 것에 비해, 도 2 (b)에서 제 2 배관(113) 내부를 통과하는 초음파는 상당부분이 빈 공간(공기가 있거나 진공인 상태)을 통과하는 차이가 발생함을 알 수 있다. 초음파가 진행하는 매질이 다르므로 초음파의 성질이 달라질 것이다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 도 3과 같다.
도 3 (a)는 도 2 (a)에서 제 2 배관(113) 내부를 통과한 초음파의 성질을 나타낸 도면이고, 도 3 (b)는 도 2 (b)에서 제 2 배관(113) 내부를 통과한 초음파의 성질을 나타낸 도면이다. V1은 누유 판정 레벨이다.
도 3 (a)는 정상인 상황이므로 초음파의 파장이 누유 판정 레벨 이상의 폭으로 형성되어 있는 반면에, 도 3 (b)와 같은 누유 상황에서는 초음파의 파장이 누유 판정 레벨 이하의 폭으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하기 위해 초음파의기본 성질에 대해 설명한다. 다음은 물질의 종류에 따른 초음파의 기본 성질을 나타내는 표이다.
물질 밀도(g/cm2) 종파(m/s) 횡파(m/s)
Steel 7.8 5,900 3,230
PVC 1.18 2,730 1,430
Water 1.0 1,400 액체와 기체 상에서는 횡파가 없음
Oil 0.92 1,400
Air 0.0012 340
위 표에서 알 수 있듯이, 초음파는 매질에 따라서 전파속도 등이 성질이 차이가 나며, 특히, 유류와 공기를 비교하면 그 성질 차이가 확연한 것을 알 수 있다.
본 발명의 누유 판별부는 이와 같이 제 2 배관 내의 유류가 기준레벨 이하로 내려가는 경우 초음파의 특성이 변경되는 것을 이용하여 제 1 배관의 누유여부를 판별한다. 즉, 유류를 통과하는 초음파의 성질과 공기를 통과하는 초음파의 성질 차이를 비교하여 배관의 누유여부를 판별한다.
도 4는 본 발명에 따른 누유 판별부의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 누유 판별부는 초음파 센서 통신부(141), 연산부(143), 화면출력부(144), 프린터부(145), 스피커부(146), 근거리통신부(147)를 포함할 수 있다.
초음파 센서 통신부(141)은 다채널의 초음파 센서 입력단자(ch1 내지 ch20)를 포함한다. 각각의 입력단자는 주유기 하단에 설치된 초음파센서와 연결된다. 바람직한 실시예에서 초음파 센서 통신부(141)는 RS-485와 같은 통신규격으로 초음파센서와 제어신호 및 초음파수신신호를 주고 받을 수 있다.
연산부(143)는 초음파 센서 통신부(141)를 제어하고, 초음파 수신 데이터를 받아 분석한다. 연산부(143)는 특정 주기별(예를 들면 매 1시간 마다)로 초음파센서에 검사시작 신호를 출력하고, 초음파센서로부터 초음파 수신 데이터를 입력받을 수 있다. 연산부(143)는 입력받은 초음파 수신 데이터(예를 들면 도 3과 같은 신호 데이터)를 분석하여 누유 여부를 판별한다. 연산부(143)는 초음파 수신 데이터 이외에도 진동여부, 온도, 체크밸브 상태 등을 종합적으로 분석하여 누유 여부를 최종적으로 판단할 수 있다.
그밖에 화면출력부(144)는 분석결과를 디스플레이 장치에 출력한다. 분석결과는 유류저장탱크의 수위, 주유라인 설치맵에 매핑된 누유지점을 표시한 알림맵 등을 포함할 수 있다. 프린터부(145)는 누유 여부, 누유라인의 위치, 측정시간 등을 프린터로 출력할 수 있다. 스피커부(146)는 누유 경보를 스피커로 출력할 수 있다. 근거리통신부(147)는 LAN 케이블을 연결할 수 있는 단자를 제공할 수 있다.
<누유 판별 알고리즘의 실시예>
본 발명의 누유 검출장치의 누유 판별 알고리즘에 대한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명은 유류배송관의 누출 모니터링 및 유류저장탱크의 재고 모니터링을 동시에 실시한다.
유류배송관의 누출 모니터링은 유량변화가 소정의 시간(예를들면 10분) 이상 안정되면 작동을 시작하여 소정의 간격(예를들면 1시간)으로 누출 여부를 모니터링하고, 누출 감지 내역을 자동으로 출력할 수 있다.
유류저장탱크의 재고 모니터링은 유량, 수분량, 및 온도를 정밀 계측한다. 한편, 주유기의 주유량과 유류저장탱크의 유류변화량을 매칭하면 유류저장탱크의 누유여부를 검출할 수 있으며, 수분량을 측정하여 지하수의 유입여부를 검출할 수도 있다.
이하, 구체적인 누유 검출방법에 대해 예를 들어 설명한다.
우선, 유류저장탱크의 유량변화를 소정의 주기(예를들면 1분)로 모니터링하여 컨트롤러의 디스플레이 화면에 유량, 수분량, 온도를 실시간으로 표시한다.
다음, 유량변화량이 소정의 기준(10분에 5리터) 이하인 경우 누출을 감지한다. 이와 같은 조건은 예를들면, 주유기에서 주유 중인 경우는 누유여부를 검출할 수 없기 때문에 주유가 중지되었는지 여부를 확인하기 위해 필요한 것이다.
다음, 소정의 간격(예를들면 1시간)으로 유량변화량을 측정하여 소정의 기준(0.8리터) 이상의 유량변화가 감지되면 누출이 있다고 감지한다. 누출이 감지되면 알림화면, 알람음 등을 자동으로 출력할 수 있다.
다음, 누출이 있다고 감지되면, 진동, 온도, 체크밸브의 정상동작여부 등을 종합적으로 분석하여 누출의 진위를 결정한다.
다음, 초음파센서의 위치와 배관의위치를 비교 매칭하여 누출 부위를 디스플레이 화면에 표시하거나 프린터로 출력한다.
<초음파센서 설치의 변형 실시예>
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 초음파센서의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5의 실시예에서 알 수 있듯이, 초음파센서는 제 2 배관의 서로 다른 측벽에 설치될 수 있다. 발신부(131)가 제 2 배관의 일측벽에 부착되면, 수신부(133)는 제 2 배관의 타측벽에 부착되어 상기 초음파를 직접 수신한다. 이 경우 발신부(131)와 수신부(133) 사이의 거리(d)는 도 2의 실시예보다 짧게 형성할 수 있다. 따라서, 이 실시예는 설치공간이 충분하지 않은 경우 등에 응용될 수 있다.
도 2에서와 같이 a 라인은 정상인 상황에서 유류의 수면 높이를 의미하며, b 라인은 누유 여부를 결정하는 유류의 기준선으로, ?誰慢뭔?이다. 발신부(131)는 기준레벨 상단에 설치되고, 수신부(133)는 기준레벨 하단에 설치될 수 있다.
도 6의 실시예에서 알 수 있듯이, 제 2 배관은 경사지게 형성될 수 있다. 발신부(131) 및 수신부(133)는 제 2 배관의 일측벽에 부착되어 초음파를 발신하고 수신한다. 발신부(131)는 기준레벨(b) 상단에 설치되고, 수신부(133)는 기준레벨 하단에 설치될 수 있다.
도 7의 실시예에서 알 수 있듯이, 본 발명의 기준레벨은 복수 개일 수 있다. 예를 들면 복수의 기준레벨은 제 1 기준레벨(b1)과 제 2 기준레벨(b2)을 포함할 수 있다.
발신부(131)는 제 1 기준레벨(b1) 상단에 배치되고, 수신부(133)는 제 2 기준레벨(b2) 하단에 배치될 수 있다. 발신부(131)에서 발신된 초음파를 수신하는 수신부(133)에는 유류 높이에 따라서 아래와 같이 3가지의 서로 다른 파장폭을 갖는 초음파가 수신될 수 있다.
1) 유류의 높이가 제 1 기준레벨(b1)을 초과하는 경우
2) 유류의 높이가 제 1 기준레벨(b1) 이하, 제 2 기준레벨(b2) 초과인 경우
3) 유류의 높이가 제 2 기준레벨(b2) 이하인 경우
복수의 기준레벨을 이용하면 유류의 유출속도, 유출량을 보다 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
<누유 검출시스템>
본 발명의 누유 검출장치를 주유소 전체에 적용하는 경우, 본 발명의 제 2 국면은 복수의 주유기에 설치된 복수의 초음파센서로부터 주유소 전체에 매설된 배관의 누유 여부를 검출하는 누유 검출시스템이 된다.
본 발명의 누유 검출시스템은 N(N은 1보다 큰 정수) 개의 주유기, N 개의 수직배관, N 개의 흡입펌프, N 쌍의 초음파센서, 및 누유 판별부를 포함할 수 있다.
N 개의 수직배관은 상기 주유기 각각의 하단으로부터 수직 하방 또는 경사지게 연장되어 형성되고 상기 주유기에 유류를 공급한다.
N 개의 흡입펌프는 주유기 및 수직배관 사이에 연결되어 유류저장탱크로부터 유류를 흡입한다.
초음파센서는 수직배관의 외벽에 부착되는 초음파센서로서, 상기 수직배관의 내부로 초음파를 발진하는 발신부 및 상기 수직배관의 내부를 통과한 초음파를 수신하는 수신부를 한 쌍으로 포함한다. 발신부 및 수신부는 수직배관의 기준레벨의 상단 및 하단에 서로 엇갈리게 배치된다.
발신부는 상기 수직배관의 일측벽에 부착되어 초음파를 발진하고, 수신부는 상기 수직배관의 타측벽에 부착되어 상기 초음파를 직접 수신하거나, 일측벽에 부착되어 타측벽으로부터 반사되는 상기 초음파의 반사파를 수신한다.
누유 판별부는 N 쌍의 초음파센서에서 센싱데이터를 수신하여 상기 주유기와 유류저장탱크 사이에 설치된 복수의 유류배송관의 누유 여부를 판별한다.
누유 판별부는 수직배관의 기준레벨 이하로 유류가 낮아지는 경우 수신부에서 수신한 초음파의 특성이 변경되는 것을 검출하여 누유 여부를 판별한다.
<유류 저장시설용 레벨 측정 시스템과의 결합>
본 발명의 주유소의 누유 검출장치 및 누유 검출시스템은 이하에 설명할 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템 및 레벨 측정방법을 포함할 수 있다. 다시말해, 도 1의 실시예와 도 8의 실시예가 동시에 결합할 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 7의 실시예에서 설명한 누유 검출장치 및 누유 검출시스템은 도 8 이하의 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템과 결합될 수 있다.
도 8은 도 1의 누유 검출장치(100) 에서 유류 탱크를 중심으로 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템에 대한 실시예를 도시한 도면이나, 설명의 중복을 피하기 위해서 도 1 내지 도 7을 통해 설명한 누유 검출장치에 대한 설명은 도 8이하에서 설명하도록 한다. 도 8 이하에서 유류저장탱크는 편의상 도면부호 1로 도 1과 다르게 명명하여 설명한다.
유류 탱크(유류저장탱크)에는 기름과 물이 비중 차이에 의하여 층분리되어 하부에는 물이 상부에는 기름이 놓이게 된다. 물은 기름으로부터 분리된 것일 수도 있으며, 유류 탱크의 손상으로 인하여 주변의 지하수가 유입된 것일 수도 있다. 유류의 양을 정확하게 측정하기 위해서는 물의 수위와 기름층의 높이를 모두 알아야 한다.
유류 저장시설용 레벨 측정 시스템의 첫 번째 목적은 유류 탱크 내 기름의 정확한 양을 측정하기 위한 것이다. 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템의 또 다른 중요한 목적은 유류 저장시설의 파손 등으로 인하여 기름이 유출되거나, 주변의 지하수가 탱크로 유입되는지를 파악하여 유류 저장시설의 유지관리를 용이하게 하고, 기름의 유출로 인한 주변 환경이 오염되는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템은 두 개의 플로트부재와 위데만 효과를 이용하여 상기한 목적을 함께 달성할 수 있다.
본 발명의 주요 적용대상은 유류 저장탱크이지만, 본 발명의 적용 영역은 유류 저장탱크에 한정되는 것은 아니며, 비중이 서로 다른 두 개의 액상 물질이 층분리 되어 있는 상태에서 각 물질의 수위를 파악하기 위한 모든 분야에 적용될 수 있다는 것을 첨언한다. 즉, 본 발명의 특허청구범위에서 유류 저장시설은 유류 저장탱크를 포함하여 비중이 서로 다른 두 개의 액상 물질이 혼합되어 있는 저장시설이라는 개념으로 정의할 수 있다. 마찬가지로 특허청구범위에서 기름과 물은 비중이 서로 다른 두 개의 액상물질'로 개념화하는 것이 적합할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템 및 측정방법에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템의 개략적 도면이며, 도 9는 탄성파가 발생하는 원리를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템은 자왜선(10), 펄스발진부(20), 제1플로트부재(31), 제2플로트부재(32), 신호수신부(40) 및 콘트롤러(50)를 구비한다.
자왜선(10, magnetostriction wire) 유류 저장탱크(1) 내부에 수직한 방향으로 길게 설치되는데, 하단은 저장탱크(1)의 바닥면으로부터 상측으로 약간 떨어져서 배치되며, 상단은 지상까지 연장된다. 자왜선(10)은 전기를 통할 수 있는 소재로서, 본 실시예서는 강선(steel wire)을 사용한다.
펄스발진부(20)는 자왜선(10)의 상단부에 전기적으로 연결되며, 콘트롤러(50)의 발진신호에 따라 전기 펄스를 발생시켜 자왜선(10)에 인가한다. 펄스발진부(20)는 공지의 펄스 발생기를 사용할 수 있다. 펄스발진부에서 발진된 전기 펄스는 자왜선(10)을 따라 전달되면서, 자왜선(10)을 중심축으로 하는 원주 방향의 자기장을 형성하게 된다.
유류 저장탱크(1) 내부에는 기름과 물이 상하로 층 분리되어 있다. 기름에 비하여 물이 무겁기 때문에, 저장탱크(1) 하부에 물층(2)이 형성되고, 물층(2)의 상부에 기름층(3)이 형성된다. 앞에서도 설명하였지만, 물은 기름에 혼합되어 있다가 기름으로부터 배출된 것이거나, 저장탱크(1)의 손상이나 유지관리의 소홀로 인해 지하수나 우수가 유입된 것일 수도 있다. 제1플로트부재(31) 및 제2플로트부재(32)는 유류 저장탱크(1) 내부에 수용되는 기름층(3)과 물층(2)의 표면에 각각 부유한다. 이를 위하여, 제1플로트부재(31)는 기름보다 밀도가 작으며, 제2플로트부재(32)의 밀도는 물보다는 작지만 기름보다는 크다. 또한, 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)는 기름층과 물층의 수위면과 평행하게 놓이는 것이 바람직하므로, 높이에 비하여 폭이 큰 플레이트 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 본 실시예에서 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)는 중공(고리 형상)의 원형 플레이트 모양으로 자왜선(10)에 헐거운 상태로 끼워져 설치된다. 따라서 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)는 기름층과 물층의 레벨 변화에 따라 자왜선(10)에 끼워진 상태로 수직한 방향을 따라 상하로 이동가능하다. 한편, 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)는 강자성 소재가 사용되며, 본 실시예에서는 영구자석이 사용된다. 제1플로트부재(31) 및 제2플로트부재(32)는 고리 형상의 영구자석이므로 자왜선(10)의 배치 방향(축 방향)을 따라 축방향 자기장을 형성하게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 펄스발진부(20)에서 전기 펄스에 의한 원주방향 자기장과 제1플로트부재(31) 및 제2플로트부재(32)에 의한 축방향 자기장이 상호 교차하여 합성되면서 위데만 효과(wiedemann effect)에 의하여 자왜선(10)에 탄성파를 발생시키는데, 신호수신부(40)는 자왜선(10)의 상단에 연결되어 자왜선(10)을 따라 전달되는 탄성파 신호를 수신한다. 즉, 신호수신부(40)에서는 전기 펄스에 의한 자기장과 제1플로트부재(31)에 의한 자기장에 의하여 형성되는 제1탄성파와, 마찬가지로 제2플로트부재(32)에 의하여 형성되는 제2탄성파를 각각 수신하게 된다. 신호수신부(40)는 콘트롤러(50)와 연결되어, 제1탄성파 및 제2탄성파가 수신되었다는 신호를 콘트롤러(50)에 송신한다. 이해의 편의를 위하여 도면상에서는 신호수신부(40)는 펄스발진부(20)와 동일한 장치로 도시되었는데, 신호수신부(40)와 펄스발진부(20)는 하나의 장치에 구현될 수도 있으며, 별도로 마련될 수도 있다.
한편, 제1탄성파 및 제2탄성파는 도 9에 도시된 바와 같이, 자왜선(10)의 상방 및 하방으로 각각 전파되는데, 하방으로 전파된 탄성파는 자왜선(10)의 하단에 이르러 자왜선(10)과 물(또는 기름)의 경계면(즉 이종 매질의 경계면)에서 반사되어 다시 자왜선(10)을 따라 상부로 전파된다.
콘트롤러(50)에서는 펄스발진부(10)로 펄스 발진신호를 송출한 시점부터 신호수신부(40)를 통해 제1탄성파와 제2탄성파, 그리고 자왜선의 하단에서 반사되어 돌아온 제1탄성파와 제2탄성파가 수신되었다는 신호를 입력받은 시점까지의 시간을 이용하여 제1플로트부재(31) 및 제2플로트부재(32)의 레벨을 각각 산출할 수 있다.
유류 저장탱크(1)의 심도별 단면적은 이미 알고 있으므로, 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)의 레벨을 측정하면 물과 기름의 양을 각각 산출할 수 있다. 콘트롤러(50)에서 탄성파의 전파시간을 이용하여 레벨을 측정하는 과정에서 대해서는 이하 본 발명에 따른 유류 레벨 측정방법을 설명하면서 보다 구체적으로 다루기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정방법의 개략적 흐름도이며, 도 11 및 도 12는 도 10에 나타난 측정방법에서 탄성파 신호의 수신과, 이를 이용한 레벨 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 유류 레벨 측정방법은 다른 장치를 이용할 수도 있지만 도 8에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 수행된다. 즉, 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)가 끼워진 상태로 자왜선(10)을 저장탱크(1)에 수직하게 설치하고, 자왜선(10)의 상단에 펄스발진부(20)와 신호수신부(40)가 연결되도록 한다. 그리고 펄스발진부(20)와 신호수신부(40)는 콘트롤러(50)에 연결시킨다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템(100)을 유류 저장시설에 설치한 후 본 발명에 따른 측정방법을 수행한다.
먼저 콘트롤러(50)에서는 펄스발진부(20)에 펄스발진신호를 송출하고, 이 시점을 기록한다. 펄스발진부(20)는 발진신호를 받아 전기 펄스를 자왜선(10)에 인가한다. 전기 펄스는 자왜선(10)을 통해 하측으로 전달되면서 원주방향의 자기장을 형성한다. 그리고 영구자석인 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)의 주변에는 축 방향(자왜선 길이방향)으로 자기장이 형성되어 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 원주방향 자기장과 축방향 자기장은 상호 교차되면서 자왜선에 탄성파를 발생시킨다. 즉, 도 11에 화살표로 도시된 바와 같이, 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)가 놓여진 위치에서 각각 상방과 하방으로 탄성파가 발생한다. 설명의 편의상 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32) 영역에서 발생된 탄성파를 각각 제1탄성파와 제2탄성파로 명명한다.
자왜선을 따라 흐르는 전기 펄스의 속도에 비하면 제1플로트부재와 제2플로트부재 사이의 간격은 무시해도 되는 수준이므로, 제1탄성파와 제2탄성파는 동시에 발생된다고 간주할 수 있다. 그리고 상방으로 전파되는 제1탄성파와 제2탄성파는 시차를 두고 신호수신부(40)로 수신되어 콘트롤러(50)로 보내지는데, 콘트롤러(50)에서는 신호수신부(40)에서 먼저 도달한 탄성파를 제1탄성파로 나중에 도달한 탄성파를 제2탄성파로 인식하여 도달 시점을 각각 기록한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상방으로 전파되는 탄성파에서는 제1탄성파가 전파된 경로(s1) 제2탄성파의 경로(s2)보다 짧으므로, 먼저 도달한 탄성파를 제1탄성파로 간주할 수 있다.
한편, 자왜선(10)의 하방으로 전파된 제1탄성파와 제2탄성파는 자왜선(10) 하단에서 반사되어 다시 상방으로 전파된 후 신호수신부(40)에 도달하며, 앞선 경우와 마찬가지로 2개의 탄성파의 도달 시점이 각각 콘트롤러(50)에 기록된다. 여기서는 먼저 도달한 탄성파를 제2탄성파로, 나중에 도달한 탄성파를 제1탄성파로 간주한다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1탄성파와 제2탄성파는 동시에 발생하는데, 자왜선의 하단에서 반사되어 다시 신호수신부(40)로 전파되는 경로를 비교하면 제2탄성파는 s3-s2+s3(=2s3-s2)의 경로로서 제1탄성파의 경로인 s3-s1+s3(=2s3-s1) 보다 짧기 때문이다.
정리하면, 신호수신부(40)에는 도 12에 도시된 바와 같이 펄스가 발진된 후 t1, t2, t3a, t3b의 4개 시점에서 순차적으로 탄성파 신호가 수신되며, t1시점에 수신된 탄성파를 제1탄성파, t2시점은 제2탄성파, t3a시점은 제2탄성파(반사파), t3b시점은 제1탄성파(반사파)로 인식한다.
상기한 바와 같이, 펄스 발진 이후 4개의 탄성파 신호를 디텍팅한 후 콘트롤러(50)에서는 펄스발진 시점부터 t1시점 까지의 제1전파시간, t2시점 까지의 제2전파시간, t3a시점 까지의 제3a전파시간, t3b시점 까지의 제3b전파시간을 계산한다.
그리고 탄성파의 속도에 제1전파시간을 곱하면 제1플로트부재(31)로부터 신호수신부(40)까지의 거리(s1)를 계산할 수 있으며, 이 거리가 기름층(3)의 레벨이 된다. 마찬가지로 탄성파의 속도에 제2전파시간을 곱하면 제2플로트부재(32)의 거리(s2), 즉 물층(2)의 레벨을 계산할 수 있다. 기름층의 레벨에서 물층의 레벨을 빼면 순수한 기름층만의 높이가 되므로, 이 높이에 저장탱크(1)의 단면적을 곱하면 기름의 볼륨을 계산할 수 있다. 마찬가지로 물의 볼륨도 계산할 수 있다.
여기서, 중요한 점은 탄성파의 속도이다. 즉, 탄성파의 속도에 전파시간을 곱하여 레벨을 측정하므로, 탄성파의 속도를 정확하게 아는 것이 매우 중요하다. 탄성파의 속도는 고정된 것이 아니라 온도에 따라 변화하며, 주변 환경에 따라서도 미세하게 변화한다. 특정 매질(예컨대 강선)에서 온도에 따른 탄성파의 속도는 이미 알려져 있지만, 실제 현장에서 측정을 해보면 탄성파의 속도는 일정한 차이를 보이게 된다. 따라서, 현장 조건에서 탄성파 속도를 실제로 측정해서 정확한 값을 아는 것이 중요하다.
이를 위하여 본 발명에서는 제1전파시간, 제2전파시간 및 제3전파시간을 이용하여 탄성파의 속도를 실측한다. 설명의 편의상 제3전파시간 중에서 제1탄성파가 반사되어 수신되기까지의 시간을 제3a전파시간이라 하며, 제2탄성파가 반사되어 수신되기 까지의 시간을 제3b전파시간이라 한다.
제1전파시간은 제1탄성파가 도 11에서 s1 거리를 이동하는데 걸린 시간이며, 제3a전파시간은 앞에서 계산한 것처럼 2s3-s1 거리를 이동하는데 걸린 시간이다. 두 개의 거리를 합치면 2s3의 거리가 되며 이 값은 자왜선의 길이의 2배가 된다. 자왜선(10)의 길이는 설치 당시 이미 알고 있는 값이므로 제1전파시간과 제3a전파시간을 합한 값으로 자왜선 길이의 2배 값을 나누면 탄성파의 속도를 실측할 수 있다. 마찬가지로 제2전파시간과 제3b전파시간을 합한 값으로 자왜선 길이의 2배 값을 나누면 탄성파의 속도를 실측할 수 있다.
이론적으로는 제1전파시간과 제3a전파시간을 이용한 탄성파 전파속도(제1속도값)과 제2전파시간과 제3b전파시간을 이용한 탄성파 전파속도(제2속도값)이 서로 같아야 하지만, 실제 현장에서 실측을 하면 두 값이 다르게 나타난다. 이에 본 발명에서는 제1속도값과 제2속도값을 평균한 값을 탄성파의 전파속도로 확정한 후, 이 값에 제1전파시간 또는 제2전파시간을 곱하여 제1플로트부재(31) 또는 제2플로트부재(32)의 레벨을 산출할 수 있다. 제1속도값과 제2속도값을 평균한 값이므로 오차 범위를 줄일 수 있다는 측면에서 이 방법은 합리적일 수 있다. 다만, 다른 실시예에서는 제1플로트부재(31)의 레벨을 구할 때에는 제1속도값을 사용하고, 제2플로트부재(32)의 레벨을 구할 때에는 제2속도값을 이용할 수도 있다.
이 방법은 제1플로트부재에 의하여 발생된 제1탄성파와 제2플로트부재에 의해 발생된 제2탄성파의 특성이 다르게 나타날 수 있다는 점을 전제한 것이다. 제1플로트부재의 레벨은 제1탄성파의 전달시간에 의존하고, 제2플로트부재의 레벨은 제2탄성파의 전달시간에 의존하므로, 어느 하나의 값으로 탄성파의 속도를 확정하여 제1플로트부재와 제2플로트부재의 레벨 측정에 모두 사용하기 보다는 두 개의 다른 값을 사용하는 것이 실제 현상을 더욱 정밀하게 반영할 수 있기 때문이다. 실제적 관점에서는 탄성파의 전파속도를 결정하기 위한 상기한 2가지 방법 중에서 현장 조건과 실험을 통해서 보다 적합한 방법을 확정하면 된다.
상기한 바와 같이, 탄성파의 전파시간과 전파속도를 이용하여 제1플로트부재(31) 및 제2플로트부재(32)의 레벨을 산출함으로써 기름과 물의 볼륨 및 시간에 따른 변동양을 정확하게 파악할 수 있다.
한편, 상기한 방법을 통해 기름과 물의 레벨 변화를 모니터링하면, 누유 상황을 파악할 수 있음과 동시에 저장탱크(1)의 손상 부위를 간접적으로 파악할 수 있다는 이점이 있다. 즉, 제1플로트부재(31) 및 제2플로트부재(32) 중에서 제1플로트부재(31)의 레벨만 하강하는 경우 저장탱크(1)에서 기름만 빠져 나가는 상황이므로 기름이 배치된 영역이 손상되어 누유가 발생하고 있다고 볼 수 있다. 그러나, 제1플로트부재(31)와 제2플로트부재(32)이 간격을 유지하면서 레벨이 함께 하강한다면 물이 배치된 영역이 손상되어 누수가 일어나면서 전체적으로 레벨이 하강한다고 볼 수 있다.
한편, 저장탱크(1)가 묻혀진 영역이 지하수위 보다 낮은 경우 저장탱크(1)의 파손 부위를 통해 주변의 지하수가 유입되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 플로트부재들의 레벨이 오히려 상승하는 결과를 초래하는 바, 본 발명에 의해 지하수의 유입 여부도 파악할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템과 측정방법을 통해 유류저장시설 내에서 기름층과 물층 각각의 레벨을 매우 정밀하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명을 통하여 유류저장시설 내에 누출이 발생되는지 여부는 물론 저장시설 내 어느 부위가 파손되었는지까지도 간접적으로 유출할 수 있다.
그리고 누출 부위를 통해 지하수의 유입 여부도 탐지할 수 있는 바, 유류저장시설의 유지관리가 용이해진다는 이점이 있다.
도면번호 4로 표시된 미설명한 부재는 유류 저장시설에 유류를 공급하기 위한 공급관이다. 공급관은 도 1 내지 도 7에서 도면번호 110, 유류배송관으로 설명한 바 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (8)

  1. 유류저장탱크의 유류를 주유기로 이송하는 유류배송관으로서, 상기 유류저장탱크에 체결되는 제 1 배관 및 상기 제 1 배관의 일단에 체결되는 제 2 배관을 포함하는 유류배송관;
    상기 제 2 배관의 일단과 상기 주유기 사이에 연결되어, 상기 유류저장탱크로부터 유류를 흡입하는 흡입펌프;
    상기 제 2 배관의 외벽에 비파괴 방식으로 부착되어 상기 제 2 배관 내부에 초음파를 발진하고, 상기 제 2 배관 내부를 통과한 초음파를 수신하는 초음파센서;
    상기 초음파센서의 신호를 분석하여 상기 제 2 배관 내부에 유류의 유무를 검출하는 누유 판별부;
    전류 펄스를 생성하여 발신하는 펄스발진부;
    상단은 상기 펄스발진부와 연결되고 하단부는 상기 유류저장탱크의 바닥부에 근접하게 위치하도록 상하방향을 따라 유류저장탱크 내부에 설치되며, 전류를 통하는 강선으로 이루어져 상기 전류 펄스가 인가되는 자왜선;
    상기 유류저장탱크에서 층분리되어 있는 기름층과 물층의 각 표면에 부유하여 상기 기름층과 물층의 레벨 변화에 따라 상하방향으로 이동가능하게 상기 자왜선에 설치되며, 자석으로 이루어져 상기 전류 펄스에 의해 형성되는 원주 방향 자기장의 영향에 따라 탄성파를 발생시켜 상기 자왜선에 인가하는 제1플로트부재 및 제2플로트부재;
    상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재에 의하여 형성되어 상기 자왜선을 따라 전달되는 탄성파를 수신하도록 상기 자왜선에 연결되는 신호수신부; 및
    상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재로부터 상기 신호수신부로 전파되는 탄성파의 전파시간을 이용하여 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재의 레벨을 산출하는 콘트롤러를 포함하고,
    상기 콘트롤러는 (a)상기 펄스발진부에서 생성되어 상기 자왜선을 따라 전달되는 전류 펄스에 의하여 형성되는 원주방향 자기장과 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재에 의하여 형성되는 자기장이 상호 교차하면서 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재가 놓여진 위치에서 각각 발생되는 제1탄성파 및 제2탄성파가 상기 자왜선을 따라 상기 신호수신부에 수신되는 제1신호 및 제2신호를 탐지하여 상기 제1탄성파 및 제2탄성파가 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재로부터 각각 상기 신호수신부까지 전달되는 제1전파시간 및 제2전파시간을 측정하고,
    (b)상기 제1탄성파 또는 제2탄성파가 상기 자왜선의 하단에서 반사된 후 다시 상기 자왜선을 따라 상기 신호수신부에 수신되는 제3신호를 탐지하여 상기 제1탄성파 또는 제2탄성파가 상기 자왜선의 하단부로부터 상기 신호수신부까지 전달되는 제3전파시간을 측정하고,
    (c)상기 자왜선의 길이의 2배 값을 상기 제1탄성파의 제1전파시간과 제3전파시간을 합한 시간 또는 제2탄성파의 제2전파시간 및 제3전파시간을 합한 시간으로 나누어서 상기 탄성파의 전파속도를 산출하고,
    (d)상기 탄성파의 전파속도와 상기 제1전파시간 및 제2전파시간을 이용하여 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재의 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는, 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서
    상기 누유 판별부는 상기 제 2 배관 내의 유류가 기준레벨 이하로 내려가는 경우 상기 초음파의 특성이 변경되는 것을 이용하여 상기 제 1 배관의 누유여부를 판별하는 것인, 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서
    상기 초음파센서는 발신부 및 수신부를 포함하고, 상기 발신부 및 수신부 중 어느 하나는 상기 제 2 배관의 기준레벨 상단에 배치되고, 다른 하나는 상기 기준레벨의 하단에 배치되고,
    상기 발신부는 상기 제 2 배관의 일측벽에 부착되어 초음파를 발진하고,
    상기 수신부는 상기 제 2 배관의 타측벽에 부착되어 상기 초음파를 직접 수신하거나, 일측벽에 부착되어 상기 초음파의 반사파를 수신하는 것인, 주유소의 누유 검출 및 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재는 고리형으로 형성된 영구 자석으로 상기 자왜선에 끼워져 설치되는 것을 특징으로 하는 유류 저장시설용 레벨 측정 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 시스템을 이용하여, 기름과 물이 상하로 층분리되어 있는 유류저장탱크에서 기름과 물의 레벨을 측정하기 위한 방법으로서,
    (a)상기 펄스발진부에서 생성되어 상기 자왜선을 따라 전달되는 전류 펄스에 의하여 형성되는 원주방향 자기장과 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재에 의하여 형성되는 자기장이 상호 교차하면서 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재가 놓여진 위치에서 각각 발생되는 제1탄성파 및 제2탄성파가 상기 자왜선을 따라 상기 신호수신부에 수신되는 제1신호 및 제2신호를 탐지하여 상기 제1탄성파 및 제2탄성파가 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재로부터 각각 상기 신호수신부까지 전달되는 제1전파시간 및 제2전파시간을 측정하는 단계;
    (b)상기 제1탄성파 또는 제2탄성파가 상기 자왜선의 하단에서 반사된 후 다시 상기 자왜선을 따라 상기 신호수신부에 수신되는 제3신호를 탐지하여 상기 제1탄성파 또는 제2탄성파가 상기 자왜선의 하단부로부터 상기 신호수신부까지 전달되는 제3전파시간을 측정하는 단계;
    (c)상기 자왜선의 길이의 2배 값을 상기 제1탄성파의 제1전파시간과 제3전파시간을 합한 시간 또는 제2탄성파의 제2전파시간 및 제3전파시간을 합한 시간으로 나누어서 상기 탄성파의 전파속도를 산출하는 단계; 및
    (d)상기 탄성파의 전파속도와 상기 제1전파시간 및 제2전파시간을 이용하여 상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재의 레벨을 결정하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유류 레벨 측정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성파 전파속도는 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제1전파시간과 상기 제1탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제1속도값과, 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제2전파시간과 상기 제2탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제2속도값을 평균하여 구하는 것을 특징으로 하는 유류 레벨 측정방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1탄성파의 전파속도는 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제1전파시간과 상기 제1탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제1속도값으로 설정한 후, 상기 제1속도값을 이용하여 상기 제1플로트부재의 레벨을 산출하며,
    상기 제2탄성파의 전파속도는 상기 자왜선 길이의 2배 값을 상기 제2전파시간과 상기 제2탄성파가 반사되어 수신되는 제3전파시간을 합한 값으로 나눈 제2속도값으로 설정한 후, 상기 제2속도값을 이용하여 상기 제1플로트부재의 레벨을 산출하는 것을 특징으로 하는 유류 레벨 측정방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재 중에서 상기 제1플로트부재의 레벨만 하강하는 경우 상기 유류저장탱크에서 기름이 배치된 영역이 손상되어 누유가 발생하였다고 판정하며,
    상기 제1플로트부재 및 제2플로트부재 사이의 간격이 유지되는 상태로 상기 제2플로트부재의 레벨만 하강하는 경우 상기 유류저장탱크에서 물이 배치된 영역이 손상되었다고 판정하여 누유 및 유류저장탱크의 손상 여부를 판정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유류 레벨 측정방법.
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