KR101661736B1

KR101661736B1 - 개수로용 유량 측정 장치

Info

Publication number: KR101661736B1
Application number: KR1020160091114A
Authority: KR
Inventors: 이재진
Original assignee: (주)동일캔바스엔지니어링
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2016-09-30

Abstract

본 발명은, 개수로에 마련된 격벽의 상단에 위치하고, 상기 격벽의 상단을 넘어 흐르는 하수를 받아들이는 하수 유입구를 갖는 유입 부위; 상기 유입 부위로 유입된 하수가 낙하할 수 있는 형태를 가지면서 상기 유입 부위의 후단에 연결된 낙하 부위; 상기 낙하 부위의 후단에 연결되어 있고, 유량계를 구비하고 있는 유량 측정 부위; 상기 유량 측정 부위의 후단에 연결되어 하수를 배출하고, 상기 유량 측정 부위의 수위를 만수위로 만드는 형태로 마련된 만수위 형성 부위; 및 상기 유량계가 측정한 유량과, 상기 개수로의 폭과, 상기 하수 유입구의 폭을 이용하여 상기 격벽의 상단을 넘어 흐르는 하수의 전체 유량을 산출하는 제어기;를 포함하는 개수로용 유량 측정 장치를 제공한다.

Description

개수로용 유량 측정 장치{DEVICE FOR MEASURING FLOW OF OPEN CHANNEL}

본 발명은 유량 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수처리장 등에 마련된 개수로를 따라 흐르는 물의 유량을 측정하기 위한 개수로용 유량 측정 장치에 관한 것이다.

현재, 가정이나 공장 등에서 버려지는 하수는 하수처리장으로 보내진 후 처리되고 있다. 하수 처리 과정은 정수 과정과 슬러지 처리 과정을 포함하는데, 정수 과정에서는 하수가 하천의 자정작용이 발동될 수 있는 범위까지 정화된 후 하천과 같은 공공수역으로 방류되고, 슬러지 처리 과정에서는 정수 과정에서 발생하는 슬러지가 농축, 탈수와 같은 과정을 통해 처리된다.

하수처리시설의 정수 과정에서는 일반적으로 고형 부유물질(나뭇가지, 플라스틱병, 스티로폼 등) 및 고형 침전물질(모래, 자갈, 금속 등)을 제거하는 물리적 정수가 이루어지고, 유기물 등과 같은 용존성 물질을 제거하는 화학/생물학적 정수도 이루어진다.

이러한 정수 과정들은 하수가 흐르는 개수로에서 주로 이루어지고 있다. 예컨대, 물리적 정수에서는 하수가 흐르는 개수로에 설치된 협잡물 스크린 및 침사 인양기를 통해 고형 부유물질 및 고형 침전물질을 각각 제거하고, 화학/생물학적 정수에서는 원수에 약품을 투입하여 스컴(scum)을 형성한 다음 원수가 흐르는 개수로에 설치된 스컴 제거 장치를 이용하여 스컴을 제거하기도 한다.

정수 과정에서 사용되기 위해 개수로에 설치된 위 장치들(협잡물 스크린, 침사 인양기, 스컴 제거 장치)은 개수로의 유량과 연동하여 작동하거나 정지하도록 제어될 필요가 있다. 예컨대, 개수로의 유량이 많으면 위 장치들의 작동 속도를 증가시키고, 반대로 개수로의 유량이 적으면 위 장치들의 작동 속도를 감소시키는 식이다. 그럼에도 하수처리장 등의 개수로를 흐르는 하수의 유량을 측정하기 위한 적합한 기술이 없어, 현재에는 위 장치들의 제어가 개수로의 유량과 전혀 연동되지 않은 채 이루어지고 있는 실정이다.

등록실용신안 제20-0425372호(역사이펀 원리를 이용한 개수로의 유량측정장치) 공개실용신안 제20-2008-0003073호(플로트식 유량측정기) 등록특허 제10-0477090호(전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계 및 그 유량측정방법) 등록실용신안 제20-0197047호(사각 개수로의 유량계)

따라서 본 발명은 하수처리장 등에 마련된 개수로의 유량을 측정하기 위한 장치, 특히 간단한 구조로 저렴하게 제조될 수 있으면서도 개수로의 유량을 정확하게 측정할 수 있고 더 나아가 개수로를 흐르는 하수의 표면 속도까지도 측정할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.

상기 하수 유입구의 높이는 상기 격벽의 상단부터 상기 개수로를 흐르는 하수의 수면까지의 높이보다 항상 크도록 설정된다.

상기 만수위 형성 부위는 상기 유량 측정 부위보다 높게 위치하는 구간을 포함하도록 마련된다.

상기 제어기는 아래 수학식을 통해 상기 전체 유량을 산출한다.

[수학식]

F_t=F_u*(L/l)

(단, F_t는 격벽의 상단을 넘어 흐르는 하수의 전체 유량, F_u는 유량계가 측정한 유량, L은 개수로의 폭, l은 하수 유입구의 폭)

상기 제어기는 상기 유량계가 측정한 유량과 실험을 통해 미리 결정된 상수를 곱하여 상기 격벽의 상류에서 흐르는 하수의 표면 속도를 산출할 수도 있다.

본 발명에 따른 개수로용 유량 측정 장치는 간단한 구조로 저렴하게 제조될 수 있으면서도 개수로를 따라 흐르는 하수의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 상기 개수로용 유량 측정 장치는 상기 개수로를 따라 흐르는 하수의 표면 속도도 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 개수로용 유량 측정 장치의 설치 상태를 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1의 설치상태를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 개수로용 유량 측정 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A'에 따른 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 개수로용 유량 측정 장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

일반적으로 하수처리장 내 개수로(10)에는 격벽(20)이 설치되는데, 이 격벽(20)은 개수로(10)의 측벽(12) 및 바닥(14)과 밀착하고 있다. 따라서 하수(W)는 격벽(20)의 상단을 넘어야만 하류로 흐를 수 있다.

이러한 격벽(20)이 마련되면 하수(W)가 격벽(20)의 상류에 체류하는 시간이 증가하게 되고, 그러면 격벽(20)의 상류에 설치된 장치들(협잡물 스크린, 침사 인양기, 스컴 제거 장치 등)(미도시)을 통한 해당 작업들이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다. 예컨대 격벽(20)의 상류에 침사 인양기가 설치되어 있다면, 하수(W) 내 고형 침전물질들이 하류로 급격히 떠내려가지 않고 격벽(20)의 상류에 오랜 시간 체류하면서 서서히 떠내려가기 때문에 침사 인양기를 통한 고형 침전물질의 제거가 효율적으로 이루어질 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 개수로용 유량 측정 장치(100)는 위와 같은 격벽(20)을 넘어 흐르는 하수(W)의 유량을 측정하기 위한 것으로서, 배관 및 제어기(160)를 포함한다. 격벽(20)의 상류에 설치된 장치들(협잡물 스크린, 침사 인양기, 스컴 제거 장치 등)을 제어함에 있어서는 상기 장치들로 유입되는 하수(W)의 유량을 측정하는 것이 옳다. 그런데 상기 장치들로 유입되는 하수(W)는 모두 상기 장치들을 거친 후 격벽(20)의 상단을 넘어 하류로 흐르기 때문에, 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W)의 유량은 상기 장치들로 유입되는 하수(W)의 유량과 동일하다. 따라서 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W)의 유량 측정으로 상기 장치들로 유입되는 하수(W)의 유량 측정을 갈음할 수 있다.

상기 배관은 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W) 중 일부를 통과시키기 위한 것으로서, 유입 부위(110)와, 낙하 부위(120)와, 유량 측정 부위(130)와, 만수위 형성 부위(140)를 포함한다.

상기 유입 부위(110)는 격벽(20)의 폭보다 훨씬 작은 폭으로 마련되고, 격벽(20)의 상단에 고정된다. 또한, 유입 부위(110)는 하수 유입구(112)를 갖는데, 이 하수 유입구(112)로는 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W)가 유입된다. 이때, 하수(W)가 하수 유입구(112)의 상단까지 넘어가며 흘러버리면 유량 측정이 정확하게 이루어질 수 없으므로, 하수 유입구(112)의 높이는 충분히, 구체적으로 개수로(10)의 예상 최대 수위와 격벽(20)의 높이 간 차이보다 크게 확보되어야 한다.

상기 낙하 부위(120)는 유입 부위(110)의 후단으로부터 아래쪽으로 향하도록 연장한다. 따라서 하수 유입구(112)로 유입된 하수(W)는 곧바로 낙하 부위(120)에서 낙하하게 된다.

하수 유입구(112)로 유입된 하수(W)가 유입 부위(110)에서 뒤쪽으로 원활하게 흐르지 못하고 조금이라도 정체되면, 상류로부터 하수 유입구(112)로 향하는 하수(W) 중 일부는 이 정체로 인해 유입 부위(110)의 좌우측을 지나며 흐르게 된다. 즉, 상류로부터 하수 유입구(112)로 향하는 하수(W)는 모두 하수 유입구(112)로 유입되어야 하수(W)의 유량이 정확하게 측정될 수 있는데, 유입 부위(110) 내 하수(W) 흐름에 정체가 생기면 하수 유입구(112)로 향하는 하수(W) 중 일부가 하수 유입구(112)로 유입되지 못하고 유입 부위(110)의 좌우측을 지나버리기 때문에 유량이 정확하게 측정될 수 없게 된다.

그런데 유입 부위(110)의 후단에 위와 같은 낙하 부위(120)가 마련되면, 하수 유입구(112)로 유입된 하수(W)가 곧바로 낙하하기 때문에 유입 부위(110)에서 하수(W)가 정체하는 현상이 전혀 발생하지 않는다. 한편, 이러한 기능이 항상 수행될 수 있도록 낙하 부위(120)의 길이는 충분히 길게 보장되어야 한다.

상기 유량 측정 부위(130)는 낙하 부위(120)의 후단으로부터 후방으로 연장하도록 마련된다. 따라서 낙하 부위(120)에서 낙하한 하수(W)는 유량 측정 부위(130)에서 후방으로 흐르게 된다. 또한, 유량 측정 부위(130)에는 유량계(150)가 마련되어 있다. 따라서 유량계(150)는 유량 측정 부위(130)를 따라 흐르는 하수(W)의 유량을 측정하게 된다.

유량계(150)가 유량 측정 부위(130)를 흐르는 하수(W)의 유량을 정확하게 측정하기 위해서는 유량 측정 부위(130)의 수위가 만수위인 상태, 즉, 유량 측정 부위(130)에 하수(W)가 꽉 찬 상태이어야 한다. 따라서 유량 측정 부위(130)의 후단에는 만수위 형성 부위(140)가 마련된다.

만수위 형성 부위(140)는 도시된 바와 같이 위로 볼록한 "ㄷ"자 형태를 갖도록 마련된다. 따라서 만수위 형성 부위(140)의 일부 구간(이하, "높은 구간"이라 함)은 유량 측정 부위(130)보다 높은 곳에 위치하게 되고, 이 때문에 유량 측정 부위(130)의 수위는 만수위를 계속 유지하게 된다. 만수위 형성 부위(140)를 거친 하수(W)는 격벽(20)의 하류로 낙하한다.

이러한 만수위 형성 부위(140)가 마련되면, 도 4에 도시된 바와 같이 낙하 부위(120)의 수위가 만수위 형성 부위(140)의 높은 구간의 높이로 된다. 그리고 낙하 부위(120)의 수위가 낮을수록 유입 부위(110) 내 하수(W) 흐름에 정체가 생길 가능성은 낮아진다. 따라서 상기 높은 부위의 높이는 만수위 형성 부위(140)의 만수위를 유지시킬 수 있는 범위 내에서 최대한 낮게 형성되는 것이 좋다.

도시되어 있지는 않으나, 만수위 형성 부위(140)는 위와 다른 형태로 마련되어도 좋다. 예컨대, 만수위 형성 부위(140)는 위로 볼록한 "U"자 형태를 가질 수 있다. 또한, 만수위 형성 부위(140)는 유량 측정 부위(130)의 후단에서 위쪽으로 연장하다가 후방으로 꺽인 형태일 수도 있다. 이 형태는 도시된 "ㄷ"자 형태에서 높은 구간까지만 마련된 형태이므로 "ㄴ"자가 뒤집힌 형태가 될 것이다.

상기 제어기(160)는 유량계(150)의 출력값을 받아 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W)의 전체 유량(F_t)을 산출한다. 유량계(150)가 측정한 유량(F_u)은 격벽(20)의 전체 폭(L)을 넘어 흐르는 하수(W)의 유량(F_t)이 아니고, 하수 유입구(112)의 폭(l)만을 넘어 흐르는 하수(W)의 유량이다. 따라서 제어기(160)는 아래 [수학식 1]을 사용하여 전체 유량(F_t)을 산출한다.

[수학식 1]

F_t=F_u*(L/l)

(단, F_t는 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W)의 전체 유량, F_u는 유량계(150)가 측정한 하수(W)의 유량, L은 개수로(20)의 폭, l은 하수 유입구(112)의 폭)

상기 제어기(160)는 유량계(150)가 측정한 유량(F_u)에다가 상수(K)를 곱하여 격벽(20)의 상류에서 흐르는 하수(W)의 표면 속도를 산출할 수도 있다. 여기서 상수(K)는 실험을 통해 미리 결정되는 값이다. 예컨대, 격벽(20)의 상류에 부표(미도시)를 띄운 후 이 부표의 속도를 상기 유량(F_u)을 변화시켜 가면서 측정하고, 그 결과를 통해 상수(K) 값을 결정할 수 있다. 이 상수(K)는 개수로(10)의 형태나 구조에 따라 다를 수는 있으나, 하나의 개수로(10)에 대하여는 하수(W)의 유속과 관계 없이 항상 같은 값을 갖게 된다. 한편, 제어기(160)가 산출한 하수(W)의 표면 속도는 상기 전체 유량(F_t)과 함께 격벽(20) 상류에 설치된 장치들(협잡물 스크린, 침사 인양기, 스컴 제거 장치 등)의 제어에 사용될 수 있다.

이하, 상기 개수로용 유량 측정 장치(100)의 작동 과정을 설명한다.

상류로부터 흘러오는 하수(W)는 개수로(10)에 설치된 격벽(20)의 상단을 넘으며 하류로 흐르게 되는데, 이때, 하수(W)의 일부는 하수 유입구(112)로 유입되고, 나머지는 하수 유입구(112)를 거치지 않게 된다.

하수 유입구(112)로 유입된 하수(W)는 낙하 부위(120)에서 낙하한 다음, 유량 측정 부위(130) 및 만수위 형성 부위(140)를 거쳐 격벽(20)의 하류로 낙하한다. 그리고 유량계(150)는 유량 측정 부위(130)에서 흐르는 하수(W)의 유량(F_u)을 측정하고, 제어기(160)는 유량계(150)가 측정한 유량(F_u)을 수신하여 격벽(20)의 상단을 넘어 흐르는 하수(W)의 전체 유량(F_t) 및 격벽(20)의 상류에서 흐르는 하수(W)의 표면 속도를 산출한다.

이렇게 산출된 전체 유량(F_t) 및 표면 속도는 격벽(20)의 상류에 설치된 장치들의 제어에 사용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

100 : 개수로용 유량 측정 장치 110 : 유입 부위
112 : 하수 유입구 120 : 낙하 부위
130 : 유량 측정 부위 140 : 만수위 형성 부위
150 : 유량계 160 : 제어기
10 : 개수로 12 : 개수로 측벽
14 : 개수로 바닥 20 : 격벽
W : 하수

Claims

개수로에 마련된 격벽의 상단에 위치하고, 상기 격벽의 상단을 넘어 흐르는 하수를 받아들이는 하수 유입구를 갖는 유입 부위;
상기 유입 부위로 유입된 하수가 낙하할 수 있는 형태를 가지면서 상기 유입 부위의 후단에 연결된 낙하 부위;
상기 낙하 부위의 후단에 연결되어 있고, 유량계를 구비하고 있는 유량 측정 부위;
상기 유량 측정 부위의 후단에 연결되어 하수를 배출하고, 상기 유량 측정 부위의 수위를 만수위로 만드는 형태로 마련된 만수위 형성 부위; 및
상기 유량계가 측정한 유량과, 상기 개수로의 폭과, 상기 하수 유입구의 폭을 이용하여 상기 격벽의 상단을 넘어 흐르는 하수의 전체 유량을 산출하는 제어기;를 포함하는 개수로용 유량 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 하수 유입구의 높이는 상기 격벽의 상단부터 상기 개수로를 흐르는 하수의 수면까지의 높이보다 항상 크도록 설정되는 개수로용 유량 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 만수위 형성 부위는 상기 유량 측정 부위보다 높게 위치하는 구간을 포함하도록 마련되는 개수로용 유량 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 아래 수학식을 통해 상기 전체 유량을 산출하는 개수로용 유량 측정 장치.
[수학식]
F_t=F_u*(L/l)
(단, F_t는 격벽의 상단을 넘어 흐르는 하수의 전체 유량, F_u는 유량계가 측정한 유량, L은 개수로의 폭, l은 하수 유입구의 폭)
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 유량계가 측정한 유량과 실험을 통해 미리 결정된 상수를 곱하여 상기 격벽의 상류에서 흐르는 하수의 표면 속도를 산출하는 개수로용 유량 측정 장치.