KR101840603B1 - 천층수를 이용한 스마트 관수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지면에 매립된 천층수의 수위를 감지하면서 수위에 따라 수중펌프가 작동하여 천층수를 추출하고, 추출된 천층수는 저수조로 이동한 뒤, 관수 대상지에 마련된 토양의 수분 상태에 따라 관수 여부를 판단하여 저수조에 담수된 천층수를 자동으로 관수하되, 상기 일련의 모든 행위가 태양광 또는 우수 등의 천연자원으로 생성한 천연 동력원인 것이 특징인 천층수를 이용한 스마트 관수방법에 관한 것, 더욱 상세하게는 천층수가 매립된 관수 대상의 지표면으로부터 10 내지 30m 깊이를 굴착하여 시공한 관정에 수중펌프와 수위감지센서를 설치한 뒤, 제어부와 연동하여 천층수의 수위를 감지하는 수위 감지단계(S10);와, 지상에 설치된 천연자원 전력모듈을 수중펌프와 연결하고, 수위감지센서가 감지한 수위정보를 토대로 수중펌프의 동력 인가 여부를 결정하는 추출 결정단계(S20);와, 수중펌프에 동력이 인가되어 천층수의 추출이 진행되고, 천층수는 이송용 배관을 통해 지상에 매설된 저수조로 이동하는 천층수 추출단계(S30);와, 저수조에 담수된 천층수가 기설정된 만수 범위를 벗어나면 배수커버가 개폐됨과 함께 천연자원 전력모듈과 연결된 배수펌프가 작동하여 배수관을 통해 천층수를 외부로 배출하는 천층수 배수단계(S40);로 구성되는 천층수를 이용한 스마트 관수방법에 관한 것이다.

Description

천층수를 이용한 스마트 관수방법{Supply water method}

본 발명은 지반에 침투한 천층수를 추출하여 관수로 사용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면에 매립된 천층수의 수위를 감지하면서 수위에 따라 수중펌프가 작동하여 천층수를 추출하고, 추출된 천층수는 저수조로 이동한 뒤, 관수 대상지에 마련된 토양의 수분 상태에 따라 관수 여부를 판단하여 저수조에 담수된 천층수를 자동으로 관수하되, 상기 일련의 모든 행위가 태양광 또는 우수 등의 천연자원으로 생성한 천연 동력원인 것이 특징인 천층수를 이용한 스마트 관수방법에 관한 것이다.

통상적으로 우기 때 내리는 빗물을 활용하지 못하고 대부분 땅에 흘려보내고 있으며, 이렇게 지면에 흘러들어간 빗물은 지하수를 형성한다.

상기와 같이 지하로 침투한 빗물 중 제1불투수층 위에 고인 물을 자유면 지하수 또는 천층수(淺層水)라 하며, 상기 천층수의 경우 시간이 지날수록 지반을 약하게 하거나 하·폐수 등이 지반의 균열 틈으로 유입되어 천층수 및 그 주변이 오염될 수 있다.

따라서, 모터 펌프 등을 이용하여 천층수를 비롯한 심층수 등을 끌어올릴 수 있는 관정이 개발되고 있으나, 현재까지는 상기 관정을 이용하여 끌어올린 수자원에 비해 모터 펌프를 가동하는 전력이 더욱 많이 소모되었기에 실질적으로 상기 관정의 사용이 매우 미비하였다.

상기와 같은 이유로 모터 펌프의 전력 소모를 절감하기 위한 다양한 방법이 개발되고 있으며, 일례로 공개특허공보 제10-2015-0153660호 "옥상녹화용 관수 시스템"이 게재되어 있다.

상기 종래기술은 지면에 우수(雨水)를 저장하는 저장탱크 및 저장된 우수를 옥상으로 흐름을 유도하는 수 개의 튜브로 구성되며, 튜브의 모세관 현상에 의해 지면에 저장된 우수를 옥상으로 이동시키는 기술이다.

하지만, 상기 종래기술은 개폐밸브가 구비되어 유량 제어는 가능하지만 토양의 수분 상태에 따라 사용자가 직접 수시로 조절해야만 하는 수동성 기능이며, 더불어 상기의 종래기술은 우기에만 사용할 수 있는 한정적인 문제점을 내포하고 있다.

이에 따라 토양의 수분 정보를 고려한 관수 제어방법이 개발되었으며, 일례로 대한민국등록특허 제10-1242214호 "토양 수분 거동 특성을 고려한 관수 제어방법 및 그에 적용되는 깊이 조절형 토양수분퍼텐셜 측정장치"가 게재되어 있다.

상기 종래기술은 서로 다른 깊이의 토양에 수분 침투 속도를 실시간으로 측정하고 이를 고려하여 관수를 제어하며, 표면과 일정 깊이에 있어서의 토양 침투 특성이 다를 경우 멈춤시간에 기반한 추가 관수 시간의 결정을 통해 수분 공급을 효과적으로 제어할 수 있도록 한 관수 제어방법을 제공함과 더불어, 하나의 기구로 두 개 이상의 침투상황을 측정할 수 있는 기술이다.

상기 종래기술은 토양의 수분을 측정한 데이터에 따라 관수를 제어하는 방법에 관한 기술로써, 관수로 사용될 자원에 대한 내용은 찾아볼 수 없다.

따라서, 모터에 사용되는 전력 비용을 최소화하여 가성비를 향상하는 것을 물론, 날씨에 구애받지 않고 상시 전력을 생산할 수 있어야 하며, 상기 관수를 위한 일련의 모든 행위가 자동화로 구성될 수 있는 방법이 시급한 실정이다.

대한민국공개특허공보 제10-2015-0153660호 "옥상녹화용 관수 시스템" 대한민국등록특허 제10-1242214호 "토양 수분 거동 특성을 고려한 관수 제어방법 및 그에 적용되는 깊이 조절형 토양수분퍼텐셜 측정장치"

본 발명은 상기의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 지반에 매립된 천층수를 지상으로 추출하는 수중펌프와, 추출된 천층수를 관수대상지에 배수하는 배출펌프와, 천층수의 수위 또는 토양의 수분 상태를 감지하는 센서와, 관정 내 설치되어 센서의 정보를 전달받아 펌프의 구동여부를 결정하는 제어부 등 구동에 의해 전력이 소모되는 일련의 모든 장치의 전력을 절감하여 천층수를 저비용으로 추출하고 관수할 수 있도록 자가 발전이 가능한 대체 에너지를 제공하고자 하는 것이 주된 해결과제이다.

또한, 지반에 매립된 천층수의 수위를 실시간으로 감지하여 천층수의 추출 여부를 자동으로 판단하도록 구성함은 물론, 관수하고자 하는 토양의 수분 정도를 실시간으로 파악하여 추출한 천층수를 자동으로 관수하도록 구성하는 것이 다른 해결과제이다.

갈수기 또는 가뭄 등 자연환경에 상관없이 상시 천연 전력을 생산할 수 있도록 구성하는 것이 또 다른 해결과제이다.

상기의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 천층수를 이용한 스마트 관수방법은 다음과 같다.

상기 천층수(淺層水)를 이용한 스마트 관수방법은 천층수가 매립된 관수 대상의 지표면으로부터 10 내지 30m 깊이를 굴착하여 시공한 관정에 수중펌프와 수위감지센서를 설치한 뒤, 제어부와 연동하여 천층수의 수위를 감지하는 수위 감지단계(S10);와, 지상에 설치된 천연자원 전력모듈을 수중펌프와 연결하고, 수위감지센서가 감지한 수위정보를 토대로 수중펌프의 동력 인가 여부를 결정하는 추출 결정단계(S20);와, 수중펌프에 동력이 인가되어 천층수의 추출이 진행되고, 천층수는 이송용 배관을 통해 지상에 매설된 저수조로 이동하는 천층수 추출단계(S30);와, 저수조에 담수된 천층수가 기설정된 만수 범위를 벗어나면 배수커버가 개폐됨과 함께 천연자원 전력모듈과 연결된 배수펌프가 작동하여 배수관을 통해 천층수를 외부로 배출하는 천층수 배수단계(S40);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 상기 천연자원 전력모듈은 태양광 발전 모듈인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양광 발전 모듈은 지상에 설치된 태양광 패널 및 제어부와 연동된 태양광 관수용 펌프 컨트롤러이며, 상기 태양광 관수용 펌프 컨트롤러는 수중펌프와 연결되어 제어부가 제공하는 천층수의 수위 정보에 따라 수중 펌프에 동력의 인가 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 천연자원 전력모듈은 우수(雨水) 발전모듈인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천층수 배수단계(S40)는 저수조의 상부에 설치된 우수담수조 및 우수담수조에서 저수조까지 연결된 우수유입관을 포함하고, 상기 우수담수조에 빗물을 저장하는 우수 저장단계(41)와, 저장된 빗물을 우수유입관을 통해 저수조로 낙차 시켜 전력을 생성하는 우수전력 생성단계(42)와, 생성된 우수 전력을 배수펌프로 전달하는 우수 전력 전달단계(43)와, 우수 전력을 전달받은 배수펌프가 가동하여 저수조에 만수된 천층수를 외부로 배출하는 천층수 배수단계(44)를 순차 거쳐 진행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천층수 배수단계(S40)는 우수담수조와 저수조까지 연결된 천층수입수관 및 저수조에 저장된 천층수를 우수담수조까지 이송하는 입수펌프를 포함하고, 상기 우수전력 생성단계(42)에서 생성된 우수 전력을 입수펌프로 제공하여 가동시키는 입수펌프 가동단계(45)와, 입수펌프의 가동으로 저수조의 천층수가 천층수입수관을 통해 우수담수조로 이송하는 천층수 이송단계(46)와, 우수담수조로 이송된 천층수를 우수유입관으로 낙차 시켜 천연전력을 생성하는 천층수 전력생성단계(47)를 더 포함하여 천연전력을 생성하는 것에 특징이 있다.

또한, 상기 천층수 배수단계(S40)는 관수 대상지로 배출하는 관수용 배관과 저수조의 만수 범위를 조절하기 위해 폐수하는 조절용 배관으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천층수 배수단계(S40)는 관수 대상지에 설치된 토양 수분 측정센서가 토양의 수분상태를 측정하여 천연자원 전력모듈로 전송하고, 천연자원 전력모듈은 전송된 토양 수분 정보에 따라 관수 여부를 판단하여 배수펌프에 동력을 인가 또는 차단하는 것에 특징이 있다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 관수를 추출하기 위해 상수도관의 연결 또는 심층수까지 관정을 개발하여 고양정 및 대용량의 수중펌프를 설치하는 등 고액의 시설비나 생산비가 부과됐던 기존의 방식과는 달리, 지하로 침투한 제1불투수층에 고인 천층수를 추출하되, 추출과 관수에 필요한 일련의 모든 전력을 자가발전 방식의 천연자원 전력모듈로부터 생산하여 대체함에 따라 저비용 저예산으로 관수를 실시할 수 있음과 더불어, 오염의 우려가 있는 천층수를 활용함에 따라 환경 보전에 이바지할 수 있는 주된 효과가 있다.

또한, 태양광으로부터 전력을 생산하는 태양광 발전모듈과, 빗물의 낙차를 이용하여 전력을 생산하는 우수 발전모듈을 하나의 제어부에 연동하여 봄 또는 겨울철의 갈수기나 여름 또는 가을철의 우기 등 자연환경에 얽매이지 않고 상시 천연 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 토양 수분 측정센서가 실시간으로 토양의 수분 정도를 검출하여 제어부로 전송하고, 제어부는 전달된 정보를 토대로 해당 토양에 필요한 관수량을 산출하여 천연자원 전력모듈에 인계하며 천연자원 전력모듈은 산출된 관수량에 맞추어 필요한 양만큼 저수조에 저장된 천층수를 관수 대상지로 배수함에 따라 토양에 정확한 양의 수분을 지속적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지반에 매립된 천층수의 추출은 물론, 저수조에 저장된 천층수의 관수까지 일련의 모든 행위가 센서에 의해 자동으로 실행되는 자동화 시스템으로 구성됨에 따라 관수 추출 및 과수 제어 기술의 실질적 보급에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 천층수를 이용한 스마트 관수방법의 관수 레이아웃.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 천층수를 이용한 스마트 관수방법의 관수 과정을 순차적으로 나열한 플로차트.
도 3은 우수 발전모듈(11)의 전력생성 과정을 순차적으로 나열한 플로차트.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 지반에 침투한 천층수를 추출하여 관수로 사용하는 방법에 관한 것이다.

무엇보다, 지면에 매립된 천층수의 수위를 감지하면서 수위에 따라 수중펌프가 작동하여 천층수를 추출하고, 추출된 천층수는 저수조로 이동한 뒤, 관수 대상지에 마련된 토양의 수분 상태에 따라 관수 여부를 판단하여 저수조에 담수된 천층수를 자동으로 관수하되, 상기 일련의 모든 행위가 태양광 또는 우수 등의 천연자원으로 생성한 천연 동력원인 것이 특징인 천층수를 이용한 스마트 관수방법에 관한 것임을 주지한다.

예컨대 상기 천층수(淺層水)란, 지하로 침투한 물이 제1불투수층 위에 고인 물로써, 자유면 지하수로 불리기도 한다. 상기 천층수는 하·폐수 등이 지반의 균열 틈으로 유입되어 오염될 가능성이 있으며 지표면에 가까이 위치함에 따라 공기의 투과가 양호하여 산화가 활발히 이루어지고, 다량 매립될 경우 지반의 손실에 의해 지반이 함몰되어 농경지에 피해를 주는 경우가 많다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 것으로 지상으로부터 천층수가 매립된 지반까지 시공된 관정과, 지상에 일정 깊이를 함몰시켜 추출된 천층수를 저장하는 저수조와, 저수저와 연결되어 천층수를 공급받는 관수대상지를 구분한 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 천층수의 추출에서부터 관수까지 일련의 관수 과정을 순차적으로 나열한 플로차트이다.

도 1 내지 2와 같이 본 발명의 천층수를 이용한 스마트 관수방법에서 먼저 천층수 추출방법은 지반에 매립된 천층수를 지상으로 이동할 수 있는 경로를 제공하는 관정(1)과, 지반에 매립된 천층수를 지상으로 끌어올리는 수중펌프(2)와, 지반에 매립된 천층수의 수위를 지속적으로 감지하는 수위감지센서(3)와, 태양광을 저장하여 태양광 천연전력을 생성하는 태양관 발전모듈(4)로 구성된다.

상기 관정(1)은 관수 대상지와 근접한 위치에 매립된 천층수의 매립 상태를 파악하고, 10 내지 30m 깊으로 굴착하여 시공함에 따라 지하에 매립된 천층수가 지상으로 추출될 수 있는 경로를 제공한다.

상기 수중펌프(2)는 지반에 매립된 천층수를 지상으로 추출하기 위해 관정 내에 설치되되, 본 발명에 의하면 상기 수중모터는 BLDC 모터를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 BLDC 모터란 모터 내부의 마모되기 쉬운 부분을 줄여 내구성이 향상되고 저소음으로 구성되되 일반 모터에 비해 장시간 사용하여도 소음이 증가하거나 성능의 저하가 저조하기 때문에 소규모 경작지에 사용될 관수 시스템에 가장 탁월한 구성품이다. 그러나 상기 모터는 일 실시 예에 관한 것일 뿐 모터의 종류에 한정하지는 않는다.

한편, 수위감지센서(3)는 관정의 하단 어느 일측에 설치되어 지하에 흐르는 천층수의 수위를 지속적으로 감지하도록 구성하고, 상기 수위감지센서가 측정한 수위 높낮이에 따라 수중펌프의 작동 여부를 결정하여 수중펌프의 소손을 방지한다.

상기 태양광 발전모듈(4)은 관정에 인접한 지상에 하나 이상의 태양광 패널(4a)을 설치하여 태양광을 지속적인 저장 및 저장된 태양광을 천연 전력으로 변환하고, 변환된 천연 전력을 수중펌프(2)와 수위감지센서(3)에 제공한다.

더불어, 상기 태양광 발전모듈(4)은 태양광을 지속적인 저장 및 저장된 태양광을 천연 전력으로 변환하는 태양광 패널(4a)과 함께 제어부(100)와 연동된 태양광 관수용 펌프 컨트롤러(4b)를 더 포함하고, 상기 태양광 관수용 펌프 컨트롤러는 수중펌프(2)와 연결되어 제어부가 제공하는 천층수의 수위 정보에 따라 수중 펌프에 동력의 인가 여부를 결정하는 역할을 수행한다.

상기와 같이 태양광 발전모듈(4)로부터 전력을 제공받아 지하에 침투된 천층수를 추출하고, 추출된 천층수는 지상에 일정 깊이로 함몰형성한 저수조(5)에 저장한다.

추출된 천층수를 저장하는 방법은 크게 천층수를 보관 또는 저장하는 저수조(5)와, 관정 및 저수조와 연결되어 추출된 천층수가 저수조로 이동하도록 경로를 제공하는 이송용 배관(6)과, 저수조에 저장된 천층수의 수위를 감지하는 저수조 수위감지기(7)와, 천층수를 관수대상지에 배수하는 관수용 배관(8)과, 저수조의 수위를 벗어난 천층수를 외부로 폐수하는 조절용 배관(9)과, 저수조에 저장된 천층수를 관수용 배관이나 조절용 배관으로 배출할 때 배출 동력을 제공하는 배수펌프(10)와, 빗물을 저장한 뒤 저장된 빗물의 낙차로 천연 전력을 생성하는 우수 발전모듈(11)과, 토양의 수분 상태를 체크하는 토양 수분 측정센서(12)로 구성된다.

상기 저수조(5)는 관정과 인접한 위치에 일정 깊이만큼 땅을 함몰시킨 다음, 방수시트와 부직포를 포설하여 추출된 천층수의 저장공간을 확보한다.

상기 이송용 배관(6)은 관정의 내부공간에 설치되어 저수조(5)까지 연결됨에 따라 수중펌프(2)가 끌어올리는 천층수를 인계받아 저수조로 원활하게 이동할 수 있는 경로를 제공한다.

상기 저수조 수위감지기(7)는 저수조(5) 내에 만수 범위를 제한하면서 천층수가 만수 범위를 오버플로우하는 것을 방지하고, 특히 저수조 내에 천층수가 없을 때 아래 후술할 배수펌프(10)의 가동을 차단하는 역할을 수행한다.

상기 관수용 배관(8)은 저수조(5)를 기점으로 관수대상지까지 연결되어 저수조에 저장된 천층수가 관수대상지까지 유실없이 원활하게 이동할 수 있도록 경로를 제공한다.

상기 조절용 배관(9)은 저수조의 수위를 벗어난 천층수를 외부로 폐수하는 역할을 수행하며, 상기 관수용 배관(8)과 조절용 배관은 배수펌프(10)에 의해 천층수의 흐름이 유도되는 것은 당연하다 할 것이다.

상기 배수펌프(10)는 천층수가 저장된 저수조(5)의 내부공간에 설치되고, 제어부(100)와 연동되어 저수조 수위감지기(7) 또는 아래 후술할 토양 수분 측정센서(12)가 감지한 정보를 토대로 구동 여부가 결정된다.

상기 우수 발전모듈(11)은 저수조(5)의 상부에 설치되어 빗물을 저장하는 우수담수조(11a) 및 우수담수조에서 저수조까지 연결된 우수유입관(11b)을 포함한다.

상기 우수 발전모듈(11)은 우수담수조(11a)에 저장된 빗물을 우수유입관(11b)으로 흘려보낸 뒤, 우수유입관의 낙차를 이용하여 천연 전력을 생산하고, 더불어, 낙차한 우수는 관수로 활용한다,

특히, 상기 우수 발전모듈(11)은 배수펌프에 전력을 제공하되, 제어부와 연동하여 저수조 수위감지기(7) 또는 아래 후술할 토양 수분 측정센서(12)가 감지한 정보를 토대로 배수펌프에 전력을 제공하거나 차단한다.

상기 토양 수분 측정센서(12)는 관수 대상지의 곳곳에 설치되어 토양의 수분 상태를 실시간으로 측정하고, 상기 토양 수분 측정센서는 제어부(100)와 연동되어 측정된 토양 수분 정보를 전달함에 따라 저수조(5)에서 배수되는 천층수의 관수량을 제어하도록 유도한다.

상기 제어부(100)는 태양광 발전모듈(4)과 우수 발전모듈(11) 및 수위감지센서(3)와 저수조 수위감지기(7) 그리고 토양 수분 측정센서(12)와 연동하여 각 센서들이 전송한 측정정보를 바탕으로 다음 지시할 명령값을 자동으로 산출하고, 산출된 측정정보를 토대로 태양광 발전모듈과 우수 발전모듈에게 전력 전달 여부를 지시하는 역할을 수행한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 천층수를 이용한 스마트 관수방법은 크게 지하에 매립된 천층수의 수위를 감지하는 수위 감지단계(S10);와, 천층수의 수위량에 따라 천층수의 추출 여부를 결정하는 추출 결정단계(S20);와, 추출에 적합하다고 판단될 시 수중펌프에 동력이 인가되어 천층수를 추출한 뒤 저수조로 이송하는 천층수 추출단계(S30);와, 저수조에 저장된 천층수를 관수 대상지에 배수하는 천층수 배수단계(S40);로 구성된다.

상기 수위 감지단계(S10)는 천층수가 매립된 관수 대상의 지표면으로부터 10 내지 30m 깊이를 굴착하여 시공한 관정에 수중펌프와 수위감지센서를 설치한 뒤, 제어부와 연동하여 천층수의 수위를 감지하는 단계를 일컫는다.

상기 추출 결정단계(S20)는 지상에 설치된 천연자원 전력모듈을 수중펌프와 연결하고, 수위감지센서가 감지한 수위정보를 토대로 수중펌프의 동력 인가 여부를 결정하는 단계를 말한다.

예컨대 상기 추출 결정단계(S20)에서 천연자원 전력모듈(4)은 태양광 발전 모듈(4)로써, 지상에 설치된 태양광 패널(4a) 및 제어부(100)와 연동된 태양광 관수용 펌프 컨트롤러(4b)이며, 상기 태양광 관수용 펌프 컨트롤러는 수중펌프(2)와 연결되어 제어부가 제공하는 천층수의 수위 정보에 따라 수중 펌프에 동력의 인가 여부를 결정하도록 구성하는 것이 바람직하다.

다시 말해, 상기 천연자원 전력모듈(4)은 태양광 패널(4a)을 관정과 인접하게 설치하고, 제어부(100)로부터 지반에 매립된 천층수의 수위를 실시간으로 전달받아 천층수의 수위 높낮이에 따라 수중펌프가 작동하거나 작동하지 않도록 제어하게 함으로써 수중펌프의 소손을 방지함은 물론, 절전할 수 있도록 유도한다.

상기 천층수 추출단계(S30)는 수중펌프(2)에 동력이 인가되어 천층수의 추출이 진행되고, 천층수는 이송용 배관(6)을 통해 지상에 매설된 저수조(5)로 이동하는 단계를 일컫는다.

상기 천층수 배수단계(S40)는 저수조(5)에 담수된 천층수가 기설정된 만수 범위를 벗어나면 배수커버가 개폐됨과 함께 천연자원 전력모듈과 연결된 배수펌프가 작동하여 배수관을 통해 천층수를 외부로 배출하는 단계를 말한다.

상기 천층수 배수단계(S40)는 추출된 천층수를 저수조(5)에 저장하고, 저장된 천층수는 제어부(100)의 명령으로 저수조의 배수커버가 개방되면서 배수펌프(10)의 작동으로 관수용 배관(8)을 통해 관수 대상지로 배수된다.

여기에서 상기 천층수의 배수시점은 관수 대상지에 설치된 토양 수분 측정센서(12)가 토양의 수분 정도를 측정하고, 측정된 정보를 제어부(100)에 전송하여 제어부가 토양 수분 조절 값을 산출한 뒤, 상기 산출 값을 태양광 관수용 펌프 컨트롤러(4b) 또는 우수 관수용 펌프 컨트롤러로 재전달하여 관수량을 제어하며 배수한다.

한편, 상기 천층수 배수단계(S40)에서 저수조(5)는 내부공간에 저수조 수위감지기(7)를 설치하여 저수조(5) 내에 만수 범위를 제한하면서 천층수가 만수 범위를 오버플로우하는 것을 방지함과 더불어, 저수조 내에 천층수가 부족할 시 배수펌프의 작동을 차단하여 전력의 소모를 감소하고 배수펌프의 소손을 방지한다.

또한, 상기 천층수 배수단계(S40)에서 배수펌프는 태양광 발전모듈(4) 또는 우수 발전모듈(11)과 연동하고, 상기 태양광 발전모듈과 우수 발전모듈은 전력 저장용 배터리를 더 포함함에 따라 상시 필요할 때마다 관수 시스템이 작동할 수 있도록 전력을 보존하도록 구성된다.

상기 천층수 배수단계(S40)에서 우수 발전모듈(11)의 천연 전력 생성과 전달 과정은 도 3과 같다.

도 3은 우수 발전모듈(11)의 전력생성 과정을 순차적으로 나열한 플로차트이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명이 제안하는 우수 발전모듈(11)은 우수담수조에 빗물을 저장하는 우수 저장단계(41)와, 저장된 빗물을 우수유입관을 통해 저수조로 낙차 시켜 전력을 생성하는 우수전력 생성단계(42)와, 생성된 우수 전력을 배수펌프로 전달하는 우수 전력 전달단계(43)와, 우수 전력을 전달받은 배수펌프가 가동하여 저수조에 만수된 천층수를 외부로 배출하는 천층수 배수단계(44)를 순차 거쳐 진행된다.

상기 천층수 배수단계(S40)에서 또 다른 실시 예로 우수담수조와 저수조까지 연결된 천층수입수관 및 저수조에 저장된 천층수를 우수담수조까지 이송하는 입수펌프를 포함하고, 상기 우수전력 생성단계(42)에서 생성된 우수 전력을 입수펌프로 제공하여 가동시키는 입수펌프 가동단계(45)와, 입수펌프의 가동으로 저수조의 천층수가 천층수입수관을 통해 우수담수조로 이송하는 천층수 이송단계(46)와, 우수담수조로 이송된 천층수를 우수유입관으로 낙차 시켜 천연전력을 생성하는 천층수 전력생성단계(47)를 더 포함하여 천연전력을 생성하는 것에 특징이 있다.

상기와 같이 우수 발전모듈(11)은 빗물과 천층수를 우수담수조에 수시로 담수하여 천연 전력을 지속적으로 생성함에 따라 무한적인 전력을 생성할 수 있는 자가발전이 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 천층수를 이용한 스마트 관수방법은 관수를 추출하기 위해 상수도관의 연결 또는 심층수까지 관정을 개발하여 고양정 및 대용량의 수중펌프를 설치하는 등 고액의 시설비나 생산비가 부과됐던 기존의 방식과는 달리, 지하로 침투한 제1불투수층에 고인 천층수를 추출하되, 추출과 관수에 필요한 일련의 모든 전력을 자가발전 방식의 천연자원 전력모듈로부터 생산하여 대체함에 따라 저비용 저예산으로 관수를 실시할 수 있음과 더불어, 오염의 우려가 있는 천층수를 활용함에 따라 환경 보전에 이바지할 수 있으며, 또한 태양광으로부터 전력을 생산하는 태양광 발전모듈과, 빗물의 낙차를 이용하여 전력을 생산하는 우수 발전모듈을 하나의 제어부에 연동하여 봄 또는 겨울철의 갈수기나 여름 또는 가을철의 우기 등 자연환경에 얽매이지 않고 상시 천연 전력을 생산할 수 있다.

또한, 토양 수분 측정센서가 실시간으로 토양의 수분 정도를 검출하여 제어부로 전송하고, 제어부는 전달된 정보를 토대로 해당 토양에 필요한 관수량을 산출하여 천연자원 전력모듈에 인계하며 천연자원 전력모듈은 산출된 관수량에 맞추어 필요한 양만큼 저수조에 저장된 천층수를 관수 대상지로 배수함에 따라 토양에 정확한 양의 수분을 지속적으로 공급할 수 있으며, 지반에 매립된 천층수의 추출은 물론, 저수조에 저장된 천층수의 관수까지 일련의 모든 행위가 센서에 의해 자동으로 실행되는 자동화 시스템으로 구성됨에 따라 관수 추출 및 과수 제어 기술의 실질적 보급에 크게 기여할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1. 관정 2. 수중펌프
3. 수위감지센서 4. 태양광 발전모듈
5. 저수조 6. 이송용 배관
7. 저수조 수위감지기 8. 관수용 배관
9. 조절용 배관 10. 배수펌프
11. 우수 발전모듈 12. 토양 수분 측정센서
100. 제어부

Claims (7)

1. 천층수(淺層水)가 매립된 관수 대상의 지표면으로부터 10 내지 30m 깊이를 굴착하여 시공한 관정에 수중펌프와 수위감지센서를 설치한 뒤, 제어부와 연동하여 천층수의 수위를 감지하는 수위 감지단계(S10);와, 지상에 설치된 천연자원 전력모듈을 수중펌프와 연결하고, 수위감지센서가 감지한 수위정보를 토대로 수중펌프의 동력 인가 여부를 결정하는 추출 결정단계(S20);와, 수중펌프에 동력이 인가되어 천층수의 추출이 진행되고, 천층수는 이송용 배관을 통해 지상에 매설된 저수조로 이동하는 천층수 추출단계(S30);와, 저수조에 담수된 천층수가 기설정된 만수 범위를 벗어나면 배수커버가 개폐됨과 함께 천연자원 전력모듈과 연결된 배수펌프가 작동하여 배수관을 통해 천층수를 외부로 배출하는 천층수 배수단계(S40);로 구성되는 관수방법에 있어서,
   상기 천층수 배수단계(S40)는 지상에 설치된 태양광 패널과 저수조의 상부에 설치된 우수담수조 및 우수담수조에서 저수조까지 연결된 우수유입관으로부터 태양광 에너지와 수력 에너지를 바탕으로 전력을 생성하되 제어부에 의해 생성된 전류를 저장하고,
   관수 대상지에 설치된 토양 수분 측정센서가 토양의 수분상태를 측정하여 제어부로 전송함에 따라 제어부가 전송된 토양 수분 정보를 토대로 관수 여부를 판단하여 배수펌프에 동력을 인가 또는 차단함으로써 관수용 배관과 저수조의 만수 범위를 조절하기 위해 폐수하는 조절용 배관으로 천층수를 관수 대상지로 배출하는 것을 특징으로 하는 천층수를 이용한 스마트 관수방법.
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