KR101717895B1 - 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 pb플륨 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계에 관한 것으로서, 자유수면을 가지는 곳에 적용되는 유량계가 일시적인 유량증가에 의하여 만관 형태로 유하되고 또 설치된 PB플륨판을 범람하는 경우에도 측정이 가능하도록 하기 위하여 개발된 것으로;
양측 하수관을 연결하는 맨홀에 'U'자 형상을 가지고 양단이 양측 하수관에 연결되고 물의 흐름이 진행되는 후방에 저면이 경사지게 상승하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 좁아지는 상승이동구간과, 상기 상승이동구간에서 동일한 높이와 폭으로 연장되는 수평이동구간과, 저면이 경사지게 하강하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 넓어지는 하강이동구간이 순차적으로 형성되며 양측면은 수직으로 상부로 연장되는 수직 연장부를 구비하는 몸체와;
상기 몸체의 상단에 장착되는 브라켓에 장착되어 상기 상승이동구간에서 몸체의 정면 끝단까지 거리의 1/2 되는 지점에서 수위를 계측하는 유량센서와;
양측 하수관 중 물이 유입되는 관의 출구 내측 천정부에 부착되어 만관 상태에 도달하면 유속을 측정하도록 하는 유속센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계에 관한 것이다.

Description

만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계{The hybrid PB-Flume flow meter that can measurement full pipe and countercurrent flow}

본 발명은 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 자유수면을 가지는 곳에 적용되는 유량계가 일시적인 유량증가에 의하여 만관 형태로 유하되고 또 설치된 PB플륨판을 범람하는 경우에도 측정이 가능하도록 하기 위하여 개발된 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계에 관한 것이다.

유량계는 크게 만관형 유량계와 비만관식 유량계로 구분되며 하수관로나 농업용수로는 자유수면을 가지는 것으로 중력에 의하여 흐르는 특성을 가지는 비만관식 수로라고 할 수 있다.

이러한 하수관로나 농업용 수로의 유량을 측정하는 목적은 하수발생 및 유하량의 패턴을 보기 위한 것으로 청천시와 강우시의 차이를 통해 강우시 유입되는 강우유 입수의 정량과, 청천시 야간유하량과 야간발생하수량의 비교를 통해 상시 침입하는 지하수 침입수의 정량 등을 통해 하수 처리구역 내의 관로 손상 등을 분석하여 관찰하기 위한 모니터링을 하기 위한 것이다.

개수로의 유량측정장치는 측정방법에 따라 웨어식(weir type), 플륨식(flume type), 유속수위 연산식 등이 있으며, 플륨식 중 PB 플륨 즉 파라보라스 플륨 방식은 수로의 일부 단면을 좁게 하여 유로를 축소시킨 상태로 만들면 이 축소된 부분에서 유속이 빨라져 그 부분의 수위는 상류측 수위보다 낮게 될 때, 그 수위의 저하량을 측정한 후 베르누이 정리를 이용하여 유량을 구하는 방식이다.

이러한 PB플륨 유량계는 현장에서 계측할 곳에 자를 담그고 실측수위와 유량계 표시 수위를 비교하여 교정함으로서 현장교정을 수행하는데 흐름이 있는 물속에 자를 넣을 경우 자에 의한 저항으로 수위가 상승하며 난류가 발생하여 수위 오차가 발생하게 되며, 자연흐름에서도 난류 등의 영향으로 수면자체에 요철이 존재하여 안정적인 수위확보가 어려웠던 문제점이 있었다.

또한 하수의 흐름은 폭이 좁아지는 부분 직전은 큰 수심으로 흐를 때는 상류(常流,subcritical flow)와, 낮아진 상태로 동일한 수위로 이동하는 한계수심으로 흐르는 한계류(限界流, critical flow)와, 수위가 점차 낮아진 후 최종적으로 가장 낮아진 수위의 사류(射流,supercritical flow)로 흐름이 분류되는 유량계의 제약사항으로 정체류가 발생하여 수위가 상승할 경우 정체류로 인식하지 못하고 유량증가로 인식하는 오류를 가지고 있으며 계측오차로 정밀 측정에 한계가 있는 문제점이 있었다.

또한 일시적인 유량증가로 인하여 비만관이 발생하지 않고 만관 형태로 유하하는 경우에는 범람하여 계측이 불가능한 단점이 있었다.

대한민국공개특허 제10-2007-0097233호 (2007년10월04일) 대한민국특허등록 제10-1208330-0000호 (2012년11월29일) 대한민국특허등록 제10-1290159-0000호 (2013년07월22일) 대한민국특허등록 제10-1531566-0000호 (2015년06월19일) 대한민국특허등록 제10-1540610-0000호 (2015년07월24일)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 안정적인 유량의 측정이 가능하면서 정체류 또는 유량의 증가로 인하여 만관 상황이 될 경우에도 유속을 측정할 수 있도록 하여 유량을 측정할 수 있는 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계를 개발하는 것에 있다.

또한, 만관 상황에 해당하는 위치로 유속센서의 높이를 용이하게 조절할 수 있도록 하는 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계를 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양측 하수관을 연결하는 맨홀에 'U'자 형상을 가지고 양단이 양측 하수관에 연결되고 물의 흐름이 진행되는 후방에 저면이 경사지게 상승하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 좁아지는 상승이동구간과, 상기 상승이동구간에서 동일한 높이와 폭으로 연장되는 수평이동구간과, 저면이 경사지게 하강하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 넓어지는 하강이동구간이 순차적으로 형성되며 양측면은 수직으로 상부로 연장되는 수직 연장부를 구비하는 몸체와;

상기 몸체의 상단에 장착되는 브라켓에 장착되어 상기 상승이동구간에서 몸체의 정면 끝단까지 거리의 1/2 되는 지점에서 수위를 계측하는 유량센서와;

양측 하수관 중 물이 유입되는 관의 출구 내측 천정부에 부착되어 만관 상태에 도달하면 유속을 측정하도록 하는 유속센서를 포함하여 구성되되;
상기 유량센서의 브라켓은 상기 몸체의 상단 양측을 가로지르는 수평판넬과 상기 수평판넬에 수직으로 입설되고 상단은 전방으로 연장되어 유량센서가 장착되는 수직판넬로 구성되고;

삭제

상기 수직판넬은 유량센서가 장착된 후 전방으로 더욱 연장되고 연장된 끝단에 상단이 장착되며 수직으로 긴 제1 장홀을 구비하고 하부로 연장되는 제1 높이 조절판넬과, 하단에는 유속센서가 장착되고 상부로 연장되며 수직으로 긴 제2 장홀을 구비하여 고정볼트에 의하여 제1 높이 조절판넬과 연결되도록 하는 제2 높이 조절판넬로 이루어지는 유속센서 높이조절부를 추가로 구비함을 특징으로 한다.

삭제

삭제

상술한 바와 같이 본 발명은 평상시 즉 비만관 상태에서는 비접촉식 유량센서에 의하여 유량을 측정하도록 하고 수위가 높아져 만관 상태가 되면 접촉식 유속센서에 의하여 측정할 수 있도록 하여 만관 및 역류 상황에서도 유량 측정이 가능해지는 효과가 있다.

또한, 유속센서의 위치를 표면에 위치하도록 조절할 수 있도록 하여 현장 상황에 따라 만관 위치와 동일한 수위에서 측정할 수 있도록 하여 정확한 유속 측정이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정단면도
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사시도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 비만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정단면도로서, 양측 하수관(41)을 연결하는 맨홀(4)에 'U'자 형상을 가지고 양단이 양측 하수관(41)에 연결되고 물의 흐름이 진행되는 후방에 저면이 경사지게 상승하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 좁아지는 상승이동구간(11)과, 상기 상승이동구간(11)에서 동일한 높이와 폭으로 연장되는 수평이동구간(12)과, 저면이 경사지게 하강하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 넓어지는 하강이동구간(13)이 순차적으로 형성되며 양측면은 수직으로 상부로 연장되는 수직 연장부(14)를 구비하는 몸체(1)와;

상기 몸체(1)의 상단에 장착되는 브라켓(21)에 장착되어 상기 상승이동구간(11)에서 몸체(1)의 정면 끝단까지 거리의 1/2 되는 지점에서 수위를 계측하는 유량센서(2)와;

양측 하수관(41) 중 물이 유입되는 관의 출구 내측 천정부에 부착되어 만관상태에 도달하면 유속을 측정하도록 하는 유속센서(3)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계를 나타내었다.

일반적으로 유량을 측정하는 방법은 단위 면적 즉 수위를 나타내는 단면의 면적에 유속을 곱하면 유량이 되는 것이나 플륨 유량계에서는 수위와 유속을 전부 측정해야하는 불편함을 해소할 수 있는 것으로 물의 흐름을 제어하여 수위의 측정만으로 유량을 계산할 수 있도록 하는 것이다.

즉 하수의 흐름은 폭이 좁아지는 부분 직전은 큰 수심으로 흐를 때는 상류(常流,subcritical flow)가 되고, 상승이동구간(11)에서 수위는 점차 낮아지고 유량은 빨라지며, 수평이동구간(12)에서는 낮아진 상태로 동일한 수위로 이동하는 한계수심으로 흐르는 한계류(限界流, critical flow)가 되며, 하강이동구간(13)에서는 수위가 점차 낮아진 후 최종적으로 가장 낮아진 수위의 사류(射流,supercritical flow)로 흐름이 분류된다.

이때 유량센서(2)는 상승이동구간(11)에서 몸체(1)의 폭의 1/2 되는 지점에서 수위를 계측하도록 하여 유량을 측정하도록 하는 것이다.

본원은 종래기술의 문제점에 기술한 바와 같이 하수관(41)이 만관 즉 물이 가득찬 상태이면 PB플륨 유량계를 범람하여 측정이 불가능한 상황이 되면 유속센서(3)에 의한 측정이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

즉 만관 상태이면 하수관(1)의 단면은 일정하기 때문에 유속측정만으로 유량을 쉽게 계산할 수 있는 것으로 설치 위치는 퇴적물에 의한 매몰이나 부유물과의 충돌에 의한 손상우려가 적도록 관의 단면에서 12시 방향에 설치하는 것이 바람직하다.

또한 본원의 수직 연장부(14)는 상승이동구간(11)을 포함하여 몸체(1)의 폭이 좁아지는 구간에 의하여 만관 상태가 아니면서도 저항에 의하여 수위가 상승하여 하수관(41)의 출구 부분이 만관 상태가 될 때 물이 범람하지 않을 충분한 높이를 가지도록 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사시도로서, 상기 유량센서(2)의 브라켓(21)은 상기 몸체(1)의 상단 양측을 가로지르는 수평판넬(211)과 상기 수평판넬(211)에 수직으로 입설되고 상단은 전방으로 연장되어 유량센서(2)가 장착되는 수직판넬(212)로 구성되고;

상기 수직판넬(212)은 유량센서(2)가 장착된 후 전방으로 더욱 연장되고 연장된 끝단에 상단이 장착되며 수직으로 긴 제1 장홀(221)을 구비하고 하부로 연장되는 제1 높이 조절판넬(222)과, 하단에는 유속센서(3)가 장착되고 상부로 연장되며 수직으로 긴 제2 장홀(221)을 구비하여 고정볼트(223)에 의하여 제1 높이 조절판넬(222)과 연결되도록 하는 제2 높이 조절판넬(224)로 이루어지는 유속센서 높이조절부(22)를 추가로 구비함을 특징으로 하는 실시 예를 도시하였다.

이러한 실시 예는 유속센서(3)를 별도로 하수관(41)의 출구 상부에 설치하지 않고 유량센서(2)와 같이 구성하도록 하되 현장 상황에 따라 높이를 조절할 수 있도록 하는 실시 예를 제시한 것이다.

이러한 유속센서(3)는 PB플륨 유량계를 설치하였을 때 하수관(41)의 출구가 만관 상태일 때의 높이에 장착하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 비만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 만관 상태에 따른 측정을 나타낸 사용상태도로서, 상기 유량센서(2)의 브라켓(21)은 상기 몸체(1)의 상단 양측을 가로지르는 수평판넬(211)과 상기 수평판넬(211)에 수직으로 입설되고 상단은 전방으로 연장되어 유량센서(2)가 장착되는 수직판넬(212)로 구성되고;

상기 수직판넬(212)은 유량센서(2)가 장착된 후 전방으로 더욱 연장되고 연장된 끝단에 상단이 장착되며 하부로 길게 연장되며 하단은 외경이 단턱지게 확장되는 가이드봉(225)과, 상기 가이드봉(225)이 관통하여 승하강가능하도록 하며 하부는 유속센서(3)가 고정된 상태에서 수면에 뜨는 플루트(226)로 이루어지는 유속센서 높이조절부(22)를 추가로 구비하는 실시 예를 도시하였다.

상기 실시 예는 유속센서(3)가 수위에 따라 플루트(226)에 의하여 상승과 하강을 할 수 있도록 하는 것으로 평상시에도 유속과 유량을 동시에 측정하여 오차를 보정할 수 있도록 하고 만관 상태일 경우 미리 설정된 높이에 도달함을 감지하는 장치를 추가로 장착하여 유속센서(3)만 작동하도록 함이 바람직하다.

1 : 몸체
11 : 상승이동구간 12 : 수평이동구간
13 : 하강이동구간 14 : 수직 연장부
2 : 유량센서
21 : 브라켓
211 : 수평판넬 212 : 수직판넬
22 : 유속센서 높이조절부
221 : 제1 장홀 222 : 제1 높이 조절판넬
223 : 제2 장홀 223 : 고정볼트
224 : 제2 높이 조절판넬 225 : 가이드봉
226 : 플루트
3 : 유속센서
4 : 맨홀
41 : 하수관

Claims (3)

1. 삭제
2. 양측 하수관(41)을 연결하는 맨홀(4)에 'U'자 형상을 가지고 양단이 양측 하수관(41)에 연결되고 물의 흐름이 진행되는 후방에 저면이 경사지게 상승하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 좁아지는 상승이동구간(11)과, 상기 상승이동구간(11)에서 동일한 높이와 폭으로 연장되는 수평이동구간(12)과, 저면이 경사지게 하강하고 인접한 양측의 폭이 경사지게 넓어지는 하강이동구간(13)이 순차적으로 형성되며 양측면은 수직으로 상부로 연장되는 수직 연장부(14)를 구비하는 몸체(1)와;
   상기 몸체(1)의 상단에 장착되는 브라켓(21)에 장착되어 상기 상승이동구간(11)에서 몸체(1)의 정면 끝단까지 거리의 1/2 되는 지점에서 수위를 계측하는 유량센서(2)와;
   양측 하수관(41) 중 물이 유입되는 관의 출구 내측 천정부에 부착되어 만관상태에 도달하면 유속을 측정하도록 하는 유속센서(3)를 포함하여 구성되되;
   상기 유량센서(2)의 브라켓(21)은 상기 몸체(1)의 상단 양측을 가로지르는 수평판넬(211)과 상기 수평판넬(211)에 수직으로 입설되고 상단은 전방으로 연장되어 유량센서(2)가 장착되는 수직판넬(212)로 구성되고;
   상기 수직판넬(212)은 유량센서(2)가 장착된 후 전방으로 더욱 연장되고 연장된 끝단에 상단이 장착되며 수직으로 긴 제1 장홀(221)을 구비하고 하부로 연장되는 제1 높이 조절판넬(222)과, 하단에는 유속센서(3)가 장착되고 상부로 연장되며 수직으로 긴 제2 장홀(221)을 구비하여 고정볼트(223)에 의하여 제1 높이 조절판넬(222)과 연결되도록 하는 제2 높이 조절판넬(224)로 이루어지는 유속센서 높이조절부(22)를 추가로 구비함을 특징으로 하는 만관 및 역류 유량 측정이 가능한 하이브리드 PB플륨 유량계.
3. 삭제

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