KR101727888B1 - 하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법 - Google Patents

하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법 Download PDF

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KR101727888B1 KR1020160112339A KR20160112339A KR101727888B1 KR 101727888 B1 KR101727888 B1 KR 101727888B1 KR 1020160112339 A KR1020160112339 A KR 1020160112339A KR 20160112339 A KR20160112339 A KR 20160112339A KR 101727888 B1 KR101727888 B1 KR 101727888B1
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김택환
도원석
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화랑시스템(주)
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Abstract

본 발명은 상수원의 상수를 사용처에 급수하는 펌프부와 수조의 저수를 사용처에 급수하는 펌프부를 각각 구축하되 사용처의 특성에 맞는 상호 상이한 펌프부를 구성하되 상이한 펌프부 구성에도 펌프 운전이 효율적으로 이루어지는 하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 상수본관에 연결되는 상수배관본체, 상기 상수본관을 기준으로 상수배관본체에 순차적으로 구비되는 상수압력센서 및 상수제어밸브를 포함하며, 상기 상수압력센서는 상수배관본체의 상수압을 측정하는 상수도입 배관부; 수조와 상기 상수배관본체에 연결되는 흡입배관본체, 상기 수조를 기준으로 흡입배관본체에 순차적으로 구비되는 체크밸브, 비상연결밸브 및 흡입배관 압력센서를 포함하며, 상기 흡입배관 압력센서는 흡입배관본체의 흡입배관압을 측정하는 흡입배관부; 복수 개의 펌프로 이루어지고 상기 수조와 비상연결밸브 사이의 흡입배관본체에 펌프 유입측이 연결되는 저수펌프부; 복수 개의 펌프로 이루어지고 상기 비상연결밸브와 흡입배관본체의 말단 사이의 흡입배관본체에 펌프 유입측이 연결되는 상수펌프부; 상기 저수펌프부와 상수펌프부의 펌프 토출측과 사용처 배관의 말단이 연결되는 토출배관본체, 상기 토출배관본체에 구비되는 저수토출 압력센서 및 상수토출 압력센서를 포함하는 토출배관부; 상기 상수압력센서가 측정한 상수압과 저수토출 압력센서가 측정한 토출배관압을 수신하여 상기 저수펌프부의 펌프를 제어하는 저수제어부; 및 상기 흡입배관 압력센서가 측정한 흡입배관압과 상수토출 압력센서가 측정한 토출배관압을 수신하여 상기 상수펌프부의 펌프를 제어하며, 상기 상수제어밸브의 개폐량을 조절하는 상수제어부;를 포함하며, 상기 저수펌프부와 상수펌프부에는 모두 기준펌프군이 구비되거나 또는 일측에 기준펌프군이 구비된 상태에서 타측에 기준펌프군에 비해 상대적으로 저양정 펌프로 이루어지는 펌프군이나 저유량 펌프로 이루어지는 펌프군이나 저용량 펌프로 이루어지는 펌프군이 선택적으로 구비되며, 상기 저수제어부와 상수제어부는 통신 연결을 통해 토출배관압이 설정압력 이하가 되도록 저수펌프부와 상수펌프부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법{Hybrid Type Water Supply System and Control Method Thereof}
본 발명은 하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상수원의 상수를 사용처에 급수하는 펌프부와 수조의 저수를 사용처에 급수하는 펌프부를 각각 구축하되 사용처의 특성에 맞는 상호 상이한 펌프부를 구성하여 펌프 운전이 효율적으로 이루어지는 하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.
상수의 공급은 광역적으로 이루어지는바 수요량에 따라 상수압의 편차가 심해 일정한 압력으로 물을 공급하기 어렵고, 또한 상수관로의 파손 등 여러 원인에 의해 단수가 수시로 발생하는 문제가 있다.
따라서, 물소비가 많은 건물이나 고층건물에는 안정적인 물 공급을 위해 또는, 단수에 대비한 비상급수나 소방급수를 위해 수조와 펌프를 기본구성으로 한 수조설비를 구축하여, 상수를 수조에 일차적으로 저장한 후 각 사용처에 저수를 공급하는 방식을 채택하고 있다.
다만, 수조의 저수는 물 이송용 상수압이 제거된 상태에서 사용처에 공급되어야 하므로 펌프 가동에 많은 전력이 소요되며, 저장기간이 장기화될수록 수질이 악화되는 문제가 있다.
이러한, 문제를 개선하기 위해 상수와 저수 각각의 단독공급 또는 혼합공급이 선택적으로 이루어지도록 다양한 급수시스템이 개시되고 있다.
그 일례로서 국내등록특허 제10-1609639호(등록일자: 2016.03.31.)에 소개된 기술은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상수도관(51)에 제1펌프(121)를 구비하고 수조에 제2펌프(125)를 구비한 상태에서 사용처측 관로의 압력을 측정하고 이를 기준압력과 비교하여, 기준압력 이상인 경우에는 상수 단독공급이, 단수 시 또는 저수의 수질관리를 위한 경우에는 저수 단독공급이, 그리고 단수 상태는 아니나 물수요의 급증으로 사용처측 관로의 압력이 기준압력 이하인 경우에는 혼합공급이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
다만, 상기 종래기술은 상수 단독공급이나 저수 단독공급에 따라 제1펌프(121)와 제2펌프(125)가 별개로 가동됨으로써 단수시나 장기 저장된 저수처리 시 또는 유지보수를 위해 제1펌프(121)의 가동을 정지하는 경우에는 제2펌프(125)만으로 모든 사용처에 저수를 공급해야 한다. 따라서, 물을 안정적으로 공급하기 위해서는 다수의 제2펌프(125)를 구비해야 하거나 고출력의 제2펌프(125)를 구비해야 하며, 특히 사용처의 특성에 따라 최적의 펌프부를 구축하는데 한계가 있다.
KR 10-1609639 B1 2016.03.31.
상수원의 상수를 사용처에 급수하는 펌프부와 수조의 저수를 사용처에 급수하는 펌프부를 각각 구축하되 사용처의 특성에 맞게 상이한 펌프부를 구성하고 각 펌프부의 적정 펌프효율이 유지되는 범위 내에서 상수와 저수가 사용처에 공급되는 하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하이브리드 급수시스템은, 상수본관에 연결되는 상수배관본체, 상기 상수본관을 기준으로 상수배관본체에 순차적으로 구비되는 상수압력센서 및 상수제어밸브를 포함하며, 상기 상수압력센서는 상수배관본체의 상수압을 측정하는 상수도입 배관부; 수조와 상기 상수배관본체에 연결되는 흡입배관본체, 상기 수조를 기준으로 흡입배관본체에 순차적으로 구비되는 체크밸브, 비상연결밸브 및 흡입배관 압력센서를 포함하며, 상기 흡입배관 압력센서는 흡입배관본체의 흡입배관압을 측정하는 흡입배관부; 복수 개의 펌프로 이루어지고 상기 수조와 비상연결밸브 사이의 흡입배관본체에 펌프 유입측이 연결되는 저수펌프부; 복수 개의 펌프로 이루어지고 상기 비상연결밸브와 흡입배관본체의 말단 사이의 흡입배관본체에 펌프 유입측이 연결되는 상수펌프부; 상기 저수펌프부와 상수펌프부의 펌프 토출측과 사용처 배관의 말단이 연결되는 토출배관본체, 상기 토출배관본체에 구비되는 저수토출 압력센서 및 상수토출 압력센서를 포함하는 토출배관부; 상기 상수압력센서가 측정한 상수압과 저수토출 압력센서가 측정한 토출배관압을 수신하여 상기 저수펌프부의 펌프를 제어하는 저수제어부; 및상기 흡입배관 압력센서가 측정한 흡입배관압과 상수토출 압력센서가 측정한 토출배관압을 수신하여 상기 상수펌프부의 펌프를 제어하며, 상기 상수제어밸브의 개폐량을 조절하는 상수제어부;를 포함하며, 상기 저수펌프부와 상수펌프부에는 모두 기준펌프군이 구비되거나 또는 일측에 기준펌프군이 구비된 상태에서 타측에 기준펌프군에 비해 상대적으로 저양정 펌프로 이루어지는 펌프군이나 저유량 펌프로 이루어지는 펌프군이나 저용량 펌프로 이루어지는 펌프군이 선택적으로 구비되며, 상기 저수제어부와 상수제어부는 통신 연결을 통해 토출배관압이 설정압력 이하가 되도록 저수펌프부와 상수펌프부를 제어하고, 상기 흡입배관 압력센서, 저수토출 압력센서 및 상수토출 압력센서의 압력측정을 통해 상기 저수펌프부와 상수펌프부 각각의 현재 유량을 추정하여 최소 유량 이상에서 토출 유량 분담이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 하이브리드 급수시스템은, 상기 상수펌프부의 정지 중에는 상기 상수압력센서를 통해 측정된 상수압이 설정압력보다 클 경우 상기 저수제어부는 상수제어부에 이를 알려 상수제어밸브의 일부 닫힘이 이루어지도록 하며, 상수펌프부의 운전 중에는 흡입배관 압력센서를 통해 측정된 흡입배관압이 설정압력에서 기동편차와 상수안정 제어편차를 뺀 압력값보다 클 경우 상기 상수제어부는 상수제어밸브를 일부 닫히도록 하여 흡입배관압이 감압되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 하이브리드 급수시스템 운전방법은, 저수펌프부가 정지하고 상수펌프부만이 기동하여 상수를 사용처 배관에 공급하되 상수토출 압력센서를 통해 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 저수제어부가 저수펌프부를 기동시켜 저수의 보충 공급이 이루어지는 상수우선운전 및 상수펌프부는 정지하고 저수펌프부만이 기동하여 저수를 사용처 배관에 공급하되 저수토출 압력센서를 통해 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 상수제어부가 상수펌프부를 기동시켜 상수의 보충 공급이 이루어지는 저수우선운전이 정해진 시간 간격으로 교대로 이루어지는 단독교번 운전모드; 저수펌프부와 상수펌프부가 함께 기동하여 사용처 배관에 상수와 저수가 동시에 공급되도록 하되, 상기 저수제어부는 저수펌프부의 회전수와 저수토출 압력센서에서 측정되는 토출배관압을 통해 저수펌프부의 현재 토출 유량을 추정하여 저수펌프부를 제어하고, 상기 상수제어부는 상수펌프부의 회전수와 상수토출 압력센서에서 측정되는 토출배관압에서 흡입배관 압력센서에서 측정되는 상수압을 제하여 현재 토출 유량을 추정하고 이를 통해 상수펌프부를 제어하는 동시혼용 운전모드; 및 상기 단독교번 운전모드와 동시혼용 운전모드가 교대로 이루어지는 복합운전모드;가 선택적으로 이루어지며, 상기 흡입배관 압력센서, 저수토출 압력센서 및 상수토출 압력센서의 압력측정을 통해 상기 저수펌프부와 상수펌프부 각각의 현재 유량을 추정하여 최소 유량 이상에서 토출 유량 분담이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 하이브리드 급수시스템 운전방법은, 상기 동시혼용 운전모드에서 상기 저수제어부가 저수펌프부의 현재 토출 유량을 추정하여 저수펌프부의 유량을 제어하는 동시에 상기 상수제어부가 상수펌프부의 현재 토출 유량을 추정하여 상수펌프부의 유량을 제어하는 경우, 적정 펌프효율 범위내에서 펌프 운전이 이루어지도록 일측은 유량이 증가되고 타측은 유량이 감소되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 급수시스템 및 그 운전방법에 의하면, 저수펌프부와 상수펌프부가 용량이 상이한 펌프군이 선택적으로 구비됨으로써 사용처의 특성에 맞는 펌프부를 구축할 수 있고, 배관의 압력측정 및 저수제어부와 상수제어부의 상호 통신 연결을 통해 상이한 펌프군 구성에도 펌프 운전이 효율적으로 이루어짐으로써 본 발명의 시스템 구축 비용 및 유지 비용이 절감되게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 하이브리드 급수시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 급수시스템을 도시한 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 급수시스템을 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 급수시스템은 상수도입 배관부(10), 흡입배관부(20), 저수펌프부(30), 상수펌프부(40), 토출배관부(50), 저수제어부(60) 및 상수제어부(70)로 이루어진다.
상수도입 배관부(10)는 상수본관(B)에 연결되는 상수배관본체(11), 상수본관(B)과 상수배관본체(11)의 경계부위를 기준으로 상수배관본체(11)에 순차적으로 구비되는 수동밸브(13), 상수압력센서(15), 상수제어밸브(17) 및 압력탱크(19)로 이루어지며, 상수배관본체(11)의 말단(11a)이 흡입배관부(20)에 연결되어 상수를 공급하게 된다.
상기 수동밸브(13)는 급수시스템의 정비 시 상수 차단을 위한 밸브이며, 상기 상수압력센서(15)는 저수제어부(60)에 연결되어 측정한 상수배관본체(11)의 상수압을 제공한다.
또한, 상기 상수제어밸브(17)는 상수제어부(70)의 제어신호에 의해 개폐량이 조절되며, 상기 제1압력탱크(19)는 상수배관본체(11)의 상수압이 급변하는 경우 이를 완충시키는 역할을 한다.
한편, 상기 상수압력센서(15)와 상수제어밸브(17)는 후술할 단수 확인이나 펌프 과압방지 등에 활용되게 된다.
흡입배관부(20)는 수조(A)의 저수와 상수도입 배관부(10)의 상수를 펌프부(30, 40)에 공급하는 구성으로서, 수조(A)와 상수배관본체(11)에 연결되는 흡입배관본체(21), 수조(A)를 기준으로 흡입배관본체(21)에 순차적으로 구비되는 체크밸브(23), 비상연결밸브(25) 및 흡입배관 압력센서(27)로 이루어진다.
상기 체크밸브(23)는 흡입배관본체(21)로 유입되는 수조(A)의 저수가 다시 수조(A)로 역류되는 것을 방지하며, 통상 정비시 물 흐름을 차단하기 위해 한 벌의 수동밸브(23a)가 함께 구비되게 된다.
상기 비상연결밸브(25)와 수조(A) 사이의 흡입배관본체(21)에 저수펌프부(30)가 연결되게 된다.
또한, 상기 비상연결밸브(25)는 제1비상밸브(25a)와 제2비상밸브(25b)로 이루어지는데, 제1비상밸브(25a)와 제2비상밸브(25b) 사이에 상수배관본체(11)의 말단(11a)이 연결되며, 제2비상밸브(25b)와 흡입배관본체(21)의 말단(21a) 사이에 상수펌프부(40)가 연결되게 된다.
상기와 같은 연결 구조에서 정상적인 급수운전시에는 제1비상밸브(25a)를 닫고 제2비상밸브(25b)를 개방하여 비상연결밸브(25)를 경계로 흡입배관본체(21)의 일측 구간에는 저수만이 타측 구간에는 상수만이 유입되도록 하되, 펌프부(30, 40)의 정비 또는 상수 단수 등과 같은 기타 이유로 정상적인 급수운전이 곤란한 경우에는 제2비상밸브(25b)를 닫고 제1비상밸브(25a)를 개방하여 저수펌프부(30)를 통해 상수가 사용처에 공급되거나 또는 제1비상밸브(25a)와 제2비상밸브(25b)가 모두 개방되어 상수펌프부(40)를 통해 저수가 사용처에 공급되도록 한다.
상기 흡입배관 압력센서(27)는 흡입배관본체(21)의 관내 압력(이하 흡입배관압이라 한다)을 측정, 이를 상수제어부(70)에 제공하여 후술할 과압방지가 이루어지게 된다.
펌프부(30, 40)는 각각 복수 개의 부스터 펌프(booster pump)로 구성되는 펌프유닛으로서, 전술한 바와 같이 상기 비상연결밸브(25)가 닫힌 상태에서는 저수펌프부(30)는 저수를, 상수펌프부(40)는 상수를 각각 사용처에 공급하게 된다.
이를 위해 수조(A)와 비상연결밸브(25) 사이의 흡입배관본체(21)에 저수펌프부(30)의 펌프 유입측이 연결되고, 비상연결밸브(25)와 흡입배관본체(21)의 말단(21a) 사이에 상수펌프부(40)의 펌프 유입측이 연결되며, 펌프부(30, 40)의 펌프 토출측은 모두 토출배관부(50)에 연결되어 설정압력으로 승압된 물을 토출배관부(50)의 토출배관본체(51)를 통해 사용처 배관(C)에 공급하게 된다.
여기서, 상기 설정압력은 사용처에 안정적인 물을 공급하기 위해 사용자측 배관(C)과 직결되는 토출배관본체(51) 내의 기준압력을 의미하며, 통상 해당 사용자측에 물을 공급하기 위한 최대 양정에서 1 ~ 1.5bar를 더하여 정한다.
한편, 펌프부(30, 40)는 채용되는 부스터펌프의 양정과 유량에 따라 기준펌프군, 저양정펌프군, 저유량펌프군 및 저용량펌프군이 채용되어 기준펌프유닛, 저양정펌프유닛, 저유량펌프유닛 및 저용량펌프유닛 형태로 구비되게 된다.
여기서, 기준펌프군은 펌프성능곡선에 따른 최적의 효율로 사용처에 안정적으로 물을 공급할 수 있는 부스터펌프들로 이루어진 펌프군으로서, 기준펌프군에 채용되는 부스터펌프의 양정과 유량은 사용처의 건물 높이나 물 수요량 또는 배관계통의 특성 등을 종합적으로 검토하여 정해지게 된다.
또한, 상기 저양정펌프군은 기준펌프군의 양정에 비해 저양정인 부스터펌프가, 저유량펌프군은 기준펌프군의 유량에 비해 저유량인 부스터펌프가, 저용량펌프군은 양정과 유량이 모두 기준펌프군의 그것보다 낮은 부스터펌프가 사용되게 된다.
상기 기준펌프유닛은 펌프부(30, 40)에 모두 기준펌프군이 구비되는 펌프유닛으로서, 일례로 고지대의 사용처와 같이 상수압이 낮아 상수압을 활용해 상수를 공급하는 실익이 저지대의 사용처에 비해 낮고 일일 물 수요량이 일정한 사용처에 구비될 수 있다.
상기 저양정펌프유닛은 저수펌프부(30)에 기준펌프군이, 상수펌프부(40)에 저양정펌프군이 구비되는 펌프유닛으로서, 일례로 일일 물 수요량이 일정하고 높은 상수압이 유입되는 사용처에 설치되면 상수펌프부(40)에 저양정펌프군이 구비되어 부족한 양정은 상수압이 보충하도록 함으로써 펌프의 전력소모를 감축할 수 있다.
상기 저유량펌프유닛은 펌프부(30, 40)중 일측에 기준펌프군이 구비되고 타측에 저유량펌프군이 구비되는 펌프유닛으로서, 해당 사용처에 구비된 수조(A)의 크기와 물 수요량의 상관관계에 따라 펌프부(30, 40)에 기준펌프군과 저유량펌프군이 선택적으로 구비되게 된다. 일례로 수조(A)의 크기에 비해 물 수요량이 많은 사용처인 경우에는 저수펌프부(30)에 기준펌프군이 상수펌프부(40)에 저유량펌프군이 구비될 수 있다.
상기 저용량펌프유닛은 펌프부(30, 40)중 일측에 기준펌프군이 구비되고 타측에 저용량펌프군이 구비되는 펌프유닛으로서, 일례로 주상복합건물과 같이 일일 물 사용량의 편차가 크되 상기와 같은 상수압 활용 실익이 없는 곳에는 저수펌프부(30)에 기준펌프군이 상수펌프부(40)에 저용량펌프군이 구비될 수 있다.
토출배관부(50)는 펌프부(30, 40)의 펌프로부터 토출되는 물을 사용처 배관(C)에 공급하는 구성으로서, 펌프부(30, 40)의 펌프 토출측과 사용처 배관(C)의 말단이 연결되는 토출배관본체(51), 상기 토출배관본체(51)에 구비되는 제2압력탱크(53), 저수토출 압력센서(55) 및 상수토출 압력센서(57)로 이루어진다.
상기 제2압력탱크(53)는 저수펌프부(30) 또는 상수펌프부(40)에 의해 승압된 물이 유입되는 과정에서 토출배관본체(51)의 배관 압력(이하 토출배관압이라 한다)이 급격히 변동할 경우 이를 완충시키는 역할을 하며, 상기 저수토출 압력센서(55)와 상수토출 압력센서(57)는 상기 토출배관압을 측정하여 그 값을 저수제어부(60)와 상수제어부(70)에 각각 전달한다.
여기서, 저수토출 압력센서(55)와 상수토출 압력센서(57)는 모두 토출배관본체(51)에 구비되는바 토출배관본체(51)에 상수 또는 저수가 단독으로 유입되는 경우에는 각 압력센서(55, 57)의 토출배관압이 동일하나, 펌프부(30, 40)가 상이한 용량과 회전수로 저수와 상수를 토출할 경우에는 상이한 토출배관압이 측정되게 된다. 토출배관압 측정을 통한 펌프부(30, 40)의 제어과정은 아래의 운전방법 설명에서 상술하도록 한다.
저수제어부(60)는 저수토출 압력센서(55)를 통해 측정된 토출배관압을 토대로 저수펌프부(30)의 기동과 회전수를 제어하고, 상수제어부(70)는 상수토출 압력센서(57)를 통해 측정된 토출배관압을 토대로 상수펌프부(40)의 기동과 회전수를 제어하며, 두 제어부(60, 70) 모두 제어 과정 중에 급격한 압력변동이나 과도한 압력변동 지연을 방지하기 위해 PID제어(proportional integral derivative control) 방식이 채용된다.
또한, 저수제어부(60)와 상수제어부(70)에는 설정압력이나 펌프의 적정 효율 유지를 위한 회전수(또는 유량) 상하한 등과 같은 기초정보가 입력되며, 상호 통신 연결을 통해 이러한 기초정보가 공유되어 운전중에 상수 단수 확인, 연동펌프 운전상태 확인 및 펌프 과압방지 기능을 수행한다.
구체적으로, 저수제어부(60)가 상수압력센서(15)의 상수압 측정을 통해 상수의 단수 여부를 확인, 단수 시 이를 상수제어부(70)에 알려 후술할 저수우선운전이 이루어지도록 하며, 토출배관압의 공유를 통해 상대 펌프부의 운전상태 이상 유무를 확인, 이상 감지 시 주도적인 운전(후술할 단독교번 운전모드)이 이루어지도록 한다.
다음으로 펌프 과압방지에 대해 설명하면, 통상 사용처의 설정압력은 상수압보다 높으나 특수한 경우로서 설정압력이 상수압보다 낮은 사용처에 설정압력 이상의 상수가 유입될 경우 펌프부(30, 40) 제어에 이상이 발생할 수 있다.
따라서, 상수펌프부(40)의 정지 중에 상수압력센서(15)를 통해 측정된 상수압이 설정압력보다 클 경우 상기 저수제어부(60)가 상수제어부(70)에 이를 알리면,상수제어부(70)는 상수제어밸브(17)를 일부 닫아 설정압력 이하로 감압된 상수가 흡입배관부(20)에 유입도록 한다.
또한, 상수펌프부(40)의 운전 중에는 상수제어부(70) 단독으로 펌프 과압방지가 수행되게 되는데, 흡입배관 압력센서(27)를 통해 측정된 흡입배관압이 설정압력에서 기동편차와 상수안정 제어편차를 뺀 압력값보다 클 경우 상수제어밸브(17)를 일부 닫히도록 하여 상수배관본체(11)의 상수압을 낮추면 상수압의 저하와 함께 흡입배관압이 감소하게 된다.
여기서, 상기 기동편차는 펌프가 운전을 시작하기 위한 압력편차로서 토출배관압이 설정압력에서 기동편차를 뺀 압력이 되면 펌프 운전이 개시되며, 상기 상수안정 제어편차는 펌프부(30, 40)의 원활한 물 유입을 위해 흡입배관압을 토출배관압보다 작게 유지하기 위한 편차이다.
이하 본 발명의 하이브리드 급수시스템 운전방법을 설명하면, 본 발명의 운전방법에는 단독교번 운전모드, 동시혼용 운전모드 및 복합운전모드가 선택적으로 이루어진다.
단독교번 운전모드는 정해진 시간 간격으로 상수우선운전과 저수우선운전이 교대로 이루어지는 운전모드로서, 이때의 시간 간격은 일일 물 수요량 등과 같은 사용처의 특성에 의해 결정된다.
상수우선운전은 저수펌프부(30)가 정지하고 상수펌프부(40)만이 기동하여 상수를 사용처 배관(C)에 공급하되, 상수토출 압력센서(57)를 통해 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 상수제어부(70)는 저수제어부(60)에 이를 알리고, 저수제어부(60)는 저수펌프부(30)를 기동시켜 저수의 보충 공급이 이루어지도록 하여, 토출배관압이 설정압력에 도달되도록 한다. 여기서, 펌프부(30, 40)의 토출 유량 분담 방법은 아래의 동시혼용 운전모드에서의 유량 분담방법을 준용한다.
저수우선운전은 상수우선운전의 반대 경우로서 저수펌프부(30)만이 기동하여 저수를 사용처 배관(C)에 공급하되, 저수토출 압력센서(55)를 통해 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 저수제어부(60)가 상수제어부(70)에 이를 알려 상수펌프부(40)의 기동이 이루어지도록 하는 운전으로서, 이 역시 동시혼용 운전모드에서의 유량 분담방법을 준용하여 펌프부(30, 40)의 토출 유량 분담 비율을 정한다.
동시혼용 운전모드는 펌프부(30, 40)가 함께 기동하여 사용처 배관(C)에 상수와 저수가 동시에 공급되도록 하는 운전모드이다. 일반적으로 펌프는 저속회전에서 펌프효율이 저하되고 펌프가 과열될 수 있어 최소 유량 이상으로 운전되어야 하며, 또한 펌프유닛에 따라 펌프 용량이 달라 각 펌프부(30, 40)의 최소 유량이 상이한바, 본 발명에서는 베르누이 정리를 활용하여 펌프부(30, 40) 각각의 현재 유량을 추정하여 상기 최소 유량 이상에서 토출 유량 분담이 이루어지도록 한다.
즉, 베르누이 정리에 의하면 펌프의 전압력은 토출압과 동압력의 합인바, 저수펌프부(30)의 경우 저수제어부(60)가 저수펌프부(30)의 전압력을 펌프의 회전수를 통해 산출하고, 토출압은 저수토출 압력센서(55)에서 측정되는 토출배관압이므로, 이를 통해 동압력을 산출하면 동압력을 통해 저수펌프부(30)의 현재 토출 유량을 추정할 수 있다. 따라서, 저수제어부(60)는 현재 유량이 최소 유량 이상의 범위에서 운전되도록 저수펌프부(30)를 제어하게 된다.
상수펌프부(40)의 경우 상수제어부(70)를 통해 저수펌프부(30)와 같은 제어가 이루어진다. 다만, 상수토출 압력센서(57)를 통해 측정되는 토출배관압은 상수압이 더해진 압력인바 흡입배관 압력센서(27)를 통해 측정되는 상수압을 토출배관압에서 제하여 상수펌프부(40)의 토출압을 산출한다.
일례로 상수우선운전의 경우, 상수만을 사용처 배관(C)에 공급하는 중에 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 저수펌프부(30)를 기동시켜 저수의 보충 공급이 이루어지게 되는데, 저수의 보충 공급이 단순히 상수의 부족분만을 보충하는 경우 저수펌프부(30)가 적정 효율유지를 위한 펌프 회전수의 하한 이하로 회전될 소지가 있다.
따라서, 본 발명에서는 저수 공급이 개시되면 먼저 저수제어부(60)는 저수펌프부(30)가 회전수의 하한 이상에서 회전되도록 제어하여, 이로 인한 저수 토출 유량의 증가로 토출배관압이 설정압력 이상으로 승압되면 상수제어부(70)는 그 증가분 만큼 토출배관압이 강하될 수 있도록 상수펌프부(40)의 회전수를 감소시켜 상수의 유량을 감소시키는 제어를 수행하게 된다.
복합운전모드는 상기 단독교번 운전모드와 동시혼용 운전모드가 교대로 이루어지는 운전모드로서, 일례로 아파트와 같이 일일 물 수요량이 일정한 패턴을 갖는 사용처의 경우, 물 수요량이 많은 시간대에는 동시혼용 운전모드가 이루어져 물이 안정적으로 공급되도록 하고, 그 외의 시간대에는 단독교번 운전모드이 이루어지도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 저수펌프부(30)의 펌프군과 상수펌프부(40)의 펌프군이 펌프 용량이 상이한 펌프군으로 구성됨으로써 전력소모가 적고 저렴한 펌프 구성으로도 사용처의 환경에 맞는 펌프부(30, 40)를 구축할 수 있으며, 펌프부(30, 40)가 제어부(60, 70)의 정보 교환을 통해 적정 펌프효율을 유지하며 상수와 저수를 공급하게 됨으로써 펌프부(30, 40)의 유지관리가 용이해지게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 상수도입 배관부
11: 상수배관본체 13: 수동밸브
15: 상수압력센서 17: 상수제어밸브
19: 제1압력탱크
20: 흡입배관부
21: 흡입배관본체 23: 체크밸브
25: 비상연결밸브 27: 흡입배관 압력센서
30: 저수펌프부
40: 상수펌프부
50: 토출배관부
51: 토출배관본체 53: 제2압력탱크
55: 저수토출 압력센서 57: 상수토출 압력센서
60: 저수제어부
70: 상수제어부

Claims (4)

  1. 상수본관(B)에 연결되는 상수배관본체(11), 상기 상수본관(B)을 기준으로 상수배관본체(11)에 순차적으로 구비되는 상수압력센서(15) 및 상수제어밸브(17)를 포함하며, 상기 상수압력센서(15)는 상수배관본체(11)의 상수압을 측정하는 상수도입 배관부(10);
    수조(A)와 상기 상수배관본체(11)에 연결되는 흡입배관본체(21), 상기 수조(A)를 기준으로 흡입배관본체(21)에 순차적으로 구비되는 체크밸브(23), 비상연결밸브(25) 및 흡입배관 압력센서(27)를 포함하며, 상기 흡입배관 압력센서(27)는 흡입배관본체(21)의 흡입배관압을 측정하는 흡입배관부(20);
    복수 개의 펌프로 이루어지고 상기 수조(A)와 비상연결밸브(25) 사이의 흡입배관본체(21)에 펌프 유입측이 연결되는 저수펌프부(30);
    복수 개의 펌프로 이루어지고 상기 비상연결밸브(25)와 흡입배관본체(21)의 말단(21a) 사이의 흡입배관본체(21)에 펌프 유입측이 연결되는 상수펌프부(40);
    상기 저수펌프부(30)와 상수펌프부(40)의 펌프 토출측과 사용처 배관(C)의 말단이 연결되는 토출배관본체(51), 상기 토출배관본체(51)에 구비되는 저수토출 압력센서(55) 및 상수토출 압력센서(57)를 포함하는 토출배관부(50);
    상기 상수압력센서(15)가 측정한 상수압과 저수토출 압력센서(55)가 측정한 토출배관압을 수신하여 상기 저수펌프부(30)의 펌프를 제어하는 저수제어부(60); 및
    상기 흡입배관 압력센서(27)가 측정한 흡입배관압과 상수토출 압력센서(57)가 측정한 토출배관압을 수신하여 상기 상수펌프부(40)의 펌프를 제어하며, 상기 상수제어밸브(17)의 개폐량을 조절하는 상수제어부(70);
    를 포함하며,
    상기 저수펌프부(30)와 상수펌프부(40)에는 모두 기준펌프군이 구비되거나 또는 일측에 기준펌프군이 구비된 상태에서 타측에 기준펌프군에 비해 상대적으로 저양정 펌프로 이루어지는 펌프군이나 저유량 펌프로 이루어지는 펌프군이나 저용량 펌프로 이루어지는 펌프군이 선택적으로 구비되며,
    상기 저수제어부(60)와 상수제어부(70)는 통신 연결을 통해 토출배관압이 설정압력 이하가 되도록 저수펌프부(30)와 상수펌프부(40)를 제어하고,
    상기 흡입배관 압력센서(27), 저수토출 압력센서(55) 및 상수토출 압력센서(57)의 압력측정을 통해 상기 저수펌프부(30)와 상수펌프부(40) 각각의 현재 유량을 추정하여 최소 유량 이상에서 토출 유량 분담이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 급수시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상수펌프부(40)의 정지 중에는 상기 상수압력센서(15)를 통해 측정된 상수압이 설정압력보다 클 경우 상기 저수제어부(60)는 상수제어부(70)에 이를 알려 상수제어밸브(17)의 일부 닫힘이 이루어지도록 하며,
    상수펌프부(40)의 운전 중에는 흡입배관 압력센서(27)를 통해 측정된 흡입배관압이 설정압력에서 기동편차와 상수안정 제어편차를 뺀 압력값보다 클 경우 상기 상수제어부(70)는 상수제어밸브(17)를 일부 닫히도록 하여 흡입배관압이 감압되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 급수시스템.
  3. 저수펌프부(30)는 정지하고 상수펌프부(40)만이 기동하여 상수를 사용처 배관(C)에 공급하되 상수토출 압력센서(57)를 통해 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 저수제어부(60)가 저수펌프부(30)를 기동시켜 저수의 보충 공급이 이루어지는 상수우선운전 및
    상수펌프부(40)는 정지하고 저수펌프부(30)만이 기동하여 저수를 사용처 배관(C)에 공급하되 저수토출 압력센서(55)를 통해 토출배관압이 설정압력보다 낮은 것으로 감지되면 상수제어부(70)가 상수펌프부(40)를 기동시켜 상수의 보충 공급이 이루어지는 저수우선운전이
    정해진 시간 간격으로 교대로 이루어지는 단독교번 운전모드;
    저수펌프부(30)와 상수펌프부(40)가 함께 기동하여 사용처 배관(C)에 상수와 저수가 동시에 공급되도록 하되,
    상기 저수제어부(60)는 저수펌프부(30)의 회전수와 저수토출 압력센서(55)에서 측정되는 토출배관압을 통해 저수펌프부(30)의 현재 토출 유량을 추정하여 저수펌프부(30)를 제어하고,
    상기 상수제어부(70)는 상수펌프부(40)의 회전수와 상수토출 압력센서(57)에서 측정되는 토출배관압에서 흡입배관 압력센서(27)에서 측정되는 상수압을 제하여 현재 토출 유량을 추정하고 이를 통해 상수펌프부(40)를 제어하는 동시혼용 운전모드; 및
    상기 단독교번 운전모드와 동시혼용 운전모드가 교대로 이루어지는 복합운전모드;
    가 선택적으로 이루어지며,
    상기 흡입배관 압력센서(27), 저수토출 압력센서(55) 및 상수토출 압력센서(57)의 압력측정을 통해 상기 저수펌프부(30)와 상수펌프부(40) 각각의 현재 유량을 추정하여 최소 유량 이상에서 토출 유량 분담이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 급수시스템 운전방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 동시혼용 운전모드에서
    상기 저수제어부(60)가 저수펌프부(30)의 현재 토출 유량을 추정하여 저수펌프부(30)의 유량을 제어하는 동시에 상기 상수제어부(70)가 상수펌프부(40)의 현재 토출 유량을 추정하여 상수펌프부(40)의 유량을 제어하는 경우, 적정 펌프효율 범위 내에서 펌프 운전이 이루어지도록 일측은 유량이 증가되고 타측은 유량이 감소되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 급수시스템 운전방법.
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