KR101920773B1 - 우수토실 일체형 하수 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 공간을 차지하지 않고 우수토실의 내부 공간을 이용하여 실시간으로 하수량 및 하수 수질을 측정할 수 있도록 한 우수토실 일체형 하수 측정장치에 관한 것으로, 상부에 하수와 우수에 따라 회동되는 회동판(12)이 구비되고, 하부 일측에는 배출구(14)가 구비되며, 소정의 체적을 갖는 내부 공간(16)이 구비된 우수토실(10)과; 상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 하측에 설치되는 하부 수위센서(20)와; 상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 상측에 설치되는 상부 수위센서(22)와; 상기 배출구(14)에 구비된 개폐밸브(30)와; 상기 개폐밸브(30)를 폐쇄한 상태에서 내부 공간(16)으로 하수가 유입되어 하부 수위센서(20)가 동작하고 수위가 상승하여 상부 수위센서(22)가 동작하는 시간을 측정하여 하수량을 실시간으로 측정하고, 유량 측정 후 상기 개폐밸브(30)를 개방시키는 컨트롤박스(40);를 포함하여 이루어진다.

Description

우수토실 일체형 하수 측정장치{Device for measuring underwater flow which is built in regulators}

본 발명은 별도의 하우징과 같은 부속 설비나 공간을 차지하지 않고 우수토실의 내부 공간을 이용하여 실시간으로 하수량 및 수질을 측정할 수 있도록 함으로써 이의 설치와 운용을 용이하게 할 수 있도록 한 우수토실 일체형 하수 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 하수관(로)은 가정에서 발생되는 생활하수 및 공장이나 사업장에서 나오는 공장 폐수와, 빗물이 도로의 배수로를 통하여 모여진 하수를 배수하는 통로를 의미하는데, 하수관은 배출측이 강과 연결되어 있으므로 하수가 강으로 유입되게 된다.

이와 같은 하수관은 합류식과 분류식으로 구분되는데, 합류식은 오수와 우수를 하나의 하수관로로 흘려보내는 방식이고, 분류식은 오수를 흘려보내는 하수관로와 우수를 흘려보내는 하수관로를 따로 설치하여 오수는 하수처리장으로 보내고, 우수한 하천으로 흘려보내도록 되어 있다.

상술한 합류식 하수관에는 유입되는 하수를 정화할 수 있도록 우수토실이 설치되고, 이 우수토실에 연계되어 하수를 하수처리장으로 유도하는 차집관거가 구비되어 있다.

상기 우수토실에는 유량을 조절하는 장치가 설치되는데, 이는 하수관을 통해 유입되는 하수와 초기우수는 우수토실로 유도하여 하수종말 처리장으로 유도하고, 빗물로 인해 하수량이 증대되면 우수토실을 폐쇄하여 우수를 하천이나 강으로 배출시키도록 되어 있다.

한편, 합류식이나 분류식 모두에는 하수를 차집하는 차집관거 등과 같은 차집 시설 및 수집된 하수를 끌어 올리는 맨홀 펌프장을 구비한다.

이러한 하수시설에는 유입 및 유출되는 하수를 관리하기 위해 유입되는 하수의 유입량과 유출되는 하수의 유출량을 모니터링하는 것이 바람직하다.

본 발명과 관련된 종래기술로 본 출원인의 특허문헌 1의 자동 수동 겸용 하수량 측정장치가 개시되어 있는데, 이는 주거, 상업, 공업 지역에서 유출되는 각각의 하수관로에서 측정된 하수량의 변화추이를 측정하고, 이를 토대로 장래 하수처리장의 용량 설계와 차집관거의 설계 등에 활용할 수 있도록 한 자동 수동 겸용 하수량 측정장치로, 평소 우수토실에서 배출되는 하수는 차집관거로 유도배출하면서 하수량 측정에시만 선택적으로 하수를 유입시켜 장치를 보호할 수 있도록 되어 있는데, 이는 우수토실과 연결관을 통해 별도의 하우징을 설치하고, 이 하우징에 수위감지센서 및 수위감지바를 설치하며, 하우징과 우수토실 사이 및 하우징의 배출구 측에 각각 3방향 및 2방향 밸브를 설치하여야 했으므로 장치의 구성이 복잡하고 이의 설치에도 상당한 공간을 차지함은 물론 설치비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있었으며, 각종 이물질을 함유하고 있는 하수의 유출입을 제한하기 위한 밸브가 기존의 순수한 유체의 개폐조절을 위하여 사용되던 일반적인 게이트 밸브나 볼밸브 등으로 이루어져 있어서 이 부분에 이물질이 끼이게 될 경우 폐쇄가 원활하게 이루어지지 않거나 개방이 원활하지 않고 고장발생의 우려가 높았으며, 밸브의 정확한 개폐동작이 이루어지지 않을 경우 실시간 유량 측정의 정확도 또한 저하되는 문제점이 발생하였다.

특허문헌 2에는 초음파 센서에 의해 하수 차집시설 및 맨홀 펌프장 등과 같은 하수시설로 유입되는 하수시설로부터 유출되는 유량을 측정하여 하수의 유입 및 유출량을 모니터링하고 그에 따른 하수관리를 수행하도록 된 실시간 유량 자동연산장치를 탑재한 계측제어시스템이 개시되어 있으나, 초음파 센서에 의한 유량 측정은 적정 유량발생시 수량의 측정이 가능하고 수량이 일정하지 않은 경우 측정이 불가능하였으며, 이에 의해 수로 폭을 좁혀 수위를 높여서 설치하므로 센서 주위에 협잡물이 끼이게 됨으로써 이의 유지관리가 어려워지게 되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1756584호(2017.07.04) 한국등록특허 제10-1631188호*2916.06.10)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하수량 측정을 위하여 별도의 하우징을 구비하지 않고 우수토실 자체의 내부 공간을 활용할 수 있도록 하며, 유량 측정을 위하여 우수토실의 배출구에 설치되는 밸브가 반복적인 개폐에도 불구하고 확실한 폐쇄 및 개방이 이루어질 수 있도록 하여 유량 측정의 정확도를 향상시킬 수 있음과 아울러 유지보수가 필요없는 개선된 방식의 우수토실 일체형 하수 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 또 하수량의 측정과 동시에 하수 수질을 측정할 수 있는 우수토실 일체형 하수 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부에 하수와 우수에 따라 회동되는 회동판이 구비되고, 하부 일측에는 배출구가 구비되며, 소정의 체적을 갖는 내부 공간이 구비된 우수토실과; 상기 우수토실의 내부 공간 하측에 설치되는 하부 수위센서와; 상기 우수토실의 내부 공간 상측에 설치되는 상부 수위센서와; 상기 배출구에 구비된 개폐밸브와; 상기 개폐밸브를 폐쇄한 상태에서 하부 수위센서의 동작에서부터 상부 수위센서의 동작에 이르기까지의 시간을 측정하여 하수량을 실시간으로 측정하고, 유량 측정 후 상기 개폐밸브를 개방시키는 컨트롤박스;를 포함하는 우수토실 일체형 하수 측정장치를 제공한다.

바람직한 실시 예에서, 상기 개폐밸브는 고무팽창밸브로 이루어져 하수량 비측정시에는 수축된 상태에서 개방되고, 하수량 측정시에만 팽창되어 폐쇄되어 이물질의 영향을 받지 않고 원활한 개폐동작이 이루어질 수 있도록 한다.

바람직한 실시 예에서, 상기 컨트롤박스에는 우수토실 내로 유입된 하수의 수질을 측정하기 위한 수질측정센서가 설치되고, 상기 우수토실과 컨트롤박스 사이에는 위한 우수토실의 하수를 펌핑하여 컨트롤박스의 수질측정센서로 공급하기 위한 시료 도입관이 설치되며, 수질 측정을 마친 하수는 시료 배출관을 통해 하수관로로 배출된다.

본 발명에 의하면 특허문헌 1에서와 같은 별도의 하우징을 따로 설치하지 않고도 우수토실의 내부 공간을 활용하므로 장치의 구성을 단순하게 하여 이의 제작과 설치를 위한 비용을 절감할 수 있고, 우수토실의 배출구측에 설치된 개폐밸브는 고무팽창식으로 이루어져 있으므로 각종 이물질을 함유하고 있는 하수의 특성에도 불구하고 밸브 부분에 이물질이 끼는 현상을 해소할 수 있어 확실한 폐쇄가 이루어지게 되므로 하수량 측정의 정확도를 향상시킬 수 있음은 물론, 하수의 흐름에 의해 고무팽창밸브의 고무 볼 표면이 세척되므로 개폐밸브의 유지관리 또한 별도로 하지 않아도 되는 등의 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 우수토실에 하수가 채워질 때 이 하수를 펌핑하여 컨트롤박스에 설치된 수질측정센서로 펌핑하여 하수의 수질을 측정함으로써 우수토실에 체류된 상태의 하수 수질을 측정할 수 있게 되므로 수질 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 우수토실 일체형 하수 측정장치의 전체 구성도,
도 2는 도 1에서 우수토실 배출구 측의 개폐밸브가 폐쇄된 상태로 우수토실 내부 공간에 하수가 채워지는 상태를 도시한 단면도,
도 3은 컨트롤 박스의 구성을 도시한 블록 다이어그램이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 하수 측정장치가 개략적으로 도시되어 있는데, 이는 상부에 하수와 우수에 따라 회동되는 회동판(12)이 구비되고, 하부 일측에는 배출구(14)가 구비되며, 소정의 체적을 갖는 내부 공간(16)이 구비된 우수토실(10)과;

상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 하측에 설치되는 하부 수위센서(20)와;

상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 상측에 설치되는 상부 수위센서(22)와;

상기 배출구(14)에 구비된 개폐밸브(30)와;

상기 개폐밸브(30)를 폐쇄한 상태에서 내부 공간(16)으로 하수가 유입되어 하부 수위센서(20)가 동작하고 수위가 상승하여 상부 수위센서(22)가 동작하는 시간을 측정하여 하수량을 실시간으로 측정하고, 유량 측정 후 상기 개폐밸브(30)를 개방시키는 컨트롤박스(40);를 포함하여 이루어져 있다.

상기 우수토실(10)은 내부 공간(16)의 바닥에 상부로부터 집수되는 하수와 초기우수의 유속을 빠르게 하여 빠른 배출을 유도할 수 있도록 중앙영역이 함몰되고 좌우 양측이 경사진 바닥 플레이트(18)가 설치되어 바닥에 이물질이 퇴적되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다.

상기 바닥 플레이트(18)의 함몰부위는 배출구(14)쪽으로 향하도록 되어 있어 하수 및 모래 등이 좌우 양측의 경사진 바닥에서 함몰부위로 흘러내리게 됨으로써 바닥에 모래 등의 이물질이 퇴적되지 않고 배출구(14) 쪽으로 원활하게 배출됨으로써 우수토실(10)의 유지 관리가 용이한 이점이 있다.

상기 하부 수위센서(20)는 바닥 플레이트(18)에서 소정 높이에 설치되어 도 2에 도시된 바와 같이 하수량 측정시 개폐밸브(30)가 닫힌 상태에서 내부 공간(16)에 하수가 채워지기 시작하는 초기 시점에 작동되게 되는데, 이 하부 수위센서(20)는 하방으로 처진 상태를 유지하다가 도 2에 도시된 바와같이 내부 공간(16)에 하수가 채워지게 되면 부력에 의해 들리게 되면서 내부의 스위치가 온(on) 되어 컨트롤 박스(40)로 신호를 보내게 되며, 상기 상부 수위센서(22)는 하부 수위센서(20)로부터 소정 높이에 이격 설치되어 하방으로 처진 상태를 유지하다가 내부 공간(16)의 수위가 상승하게 되면 부력에 의해 들리게 되면서 내부의 스위치가 온(on) 되어 컨트롤 박스(40)로 신호를 보내게 됨으로써 하부 수위센서(20)에서 상부 수위센서(22)까지의 수위변화 즉, 사각 단면 형태의 내부 공간(16)에서 상,하부 수위센서(20,22) 사이의 높이만큼 하수가 채워질때까지의 시간을 측정하여 연산하게 되면 초당 또는 분당 또는 시간당 하수량을 정확하게 측정할 수 있게 되는 것이다.

즉, 하부 수위센서(20)에서 상부 수위센서(22) 까지의 높이에 해당하는 만큼의 수량은 내부 공간의 바닥면적에 상,하부 수위센서(20,22) 사이의 높이를 곱하는 것에 의해 수량이 측정되고, 측정된 수량이 채워지기까지의 시간을 측정하는 것에 의해 초/분/시간당 하수의 유량을 측정할 수 있는 것이며, 하수의 양이 일정하지 않은 경우에는 위와 같은 측정을 소정의 시간 간격으로 수회 측정하여 측정된 유량을 측정횟수로 나누면 실제 하수량에 근접한 유량을 측정할 수 있게 되는 것이다.

상기 상,하부 수위센서(20)는 도면에 도시된 바와 같은 틸트 플로우 스위치 방식을 사용하는 게 바람직한데, 이는 밀폐된 플로트 내부에 기계적인 스위치 또는 수은 스위치가 내장되어 있어서 하수나 폐수와 같은 액체의 레벨 측정에 적합하다.

본 발명에서 상기 상,하부 수위센서(20)는 도면에 도시된 바와 같은 틸트 플로우 스위치 외에도 다양한 방식의 센서를 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 개폐밸브(30)는 고무팽창밸브로 이루어져 하수량 측정시에는 도 1에 도시된 바와 같이 수축된 상태에서 개방되고, 하수량 측정시에는 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 압축공기가 주입되어 팽창되면서 배출구(14) 측의 밸브 바디(32)를 폐쇄하게 된다.

상기 고무팽창밸브로 이루어진 개폐밸브(30)는 고무 볼(34)이 T자형 밸브 바디(32)의 상부 포트측에 고정되어 있고, 내부는 비어 있으며, 컨트롤박스(40)쪽으로 연결된 압축공기 공급라인(L1)이 상기 고무 볼(34)과 연결되어 있어서 컨트롤 박스(40)에서 유량을 측정하고자 할 때 상기 고무 볼(34)에 압축공기를 공급하게 되면 하부가 팽창하게 되면서 밸브 바디(32)를 폐쇄하게 됨으로써 개폐밸브(30)가 닫힌 상태를 유지하게 되는 것이며, 유량의 측정이 종료되거나 평상시에는 압축공기를 배출시키게 되면 원래의 상태로 수축하게 되어 밸브 바디(32)가 열리게 됨으로써 우수토실(10) 쪽의 하수 및 초기 우수가 밸브 바디(32)의 내부 관로를 따라 배출되어 도시 안 된 차집관거를 통해 하수처리장으로 배출된다.

본 실시 예에서 상기 개폐밸브(30)는 고무팽창밸브로 이루어져 있으므로 고무 볼(34)은 밸브 바디(32)의 내면 즉, 원형 단면 형태를 이루는 밸브 바디(32)의 내면에 밀착되도록 팽창하게 되면서 폐쇄되게 되는데, 폐쇄된 상태에서 밸브 바디(32)와 고무 볼(34) 사이에 이물질이 붙거나 끼이게 되더라도 고무 볼(34)이 수축하게 되면 밸브 바디(32)가 완전히 열리게 됨과 동시에 팽창되어 있던 고무 볼(34)의 표면에 달라붙어 있던 이물질은 고무 볼(34)이 수축하는 것에 의해 자연적으로 떨어지게 됨과 동시에 개방된 밸브 바디(32)를 따라 흘러나가는 하수에 의해 씻기게 됨으로써 차후의 폐쇄동작도 원활하게 이루어질 수 있게 되므로 이물질에 의한 불완전한 폐쇄 등의 고장이 발생하지 않으므로 이의 유지관리가 용이하다.

도면상에는 상기 개폐밸브(30)를 작동시키기 위한 압축공기 발생장치(컴프레샤)가 도시되지 않았으나, 이와 같은 압축공기 발생장치는 지상의 컨트롤박스(40) 측애 인접한 위치에 설치하여 운용하면 되는바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 도시와 설명은 생략하기로 하며, 압축공기를 압축공기 공급라인(L1)에 인가하게 되면 고무 볼(34)이 팽창하게 되어 개폐밸브(30)가 폐쇄되고, 압축공기 공급라인(L1)에 인가했던 압축공기를 해제하면 고무 볼(34) 자체의 수축복원력에 의해 수축되어 개폐밸브(30)가 개방된다.

상기 컨트롤 박스(40)는 지상(地上)의 지주(50) 위에 설치되는데, 상기 지주(50)에는 태양광 패널(51)이 부착되고 컨트롤 박스(40) 내부의 충전지로 연결되어 있어 전력을 자체적으로 생산할 수 있도록 되어 있으며, 컨트롤 박스(40)를 위한 전원(45)은 태양광 패널(51)외에도 풍력이나 상용전원(52)을 연결하여 사용할 수도 있음은 물론이다.

아울러, 본 발명에서 상기 컨트롤 박스(40)에 사용될 수 있는 전원은 태양광이나 풍력 또는 상용전원 외에도 하수관로를 흐르는 하수의 흐름을 전기로 전환할 수 있는 소수력 발전설비를 적용할 수도 있음은 물론이다.

상기 컨트롤 박스(40)는 상기 상,하부 수위센서(20,22)의 동작에 의해 유량을 측정할 수 있도록 타이머(41)와, 측정된 유량을 저장하는 메모리(42) 및 측정된 평균 하수량을 산출하고 개폐밸브(30)를 제어하는 제어부(43)와, 측정된 평균 하수량을 송출하거나 명령을 수신받는 송수신모듈(44)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 컨트롤 박스(40)는 중앙통제실(60)로부터 명령어 신호를 수신하면 해당 유역의 하수량을 3 ~ 5회에 걸쳐 측정하여 평균 하수량을 산출하고, 산출된 평균 하수량 측정값은 중앙통제실(60)로 송신하게 되며, 중앙통제실(60)에서는 자동 측정되는 해당 유역의 평균하수량이 급격한 변화가 생길 경우, 작업자는 해당 유역의 하수량을 수동으로도 측정할 수 있다.

한편, 상기 컨트롤 박스(40)의 송수신모듈(44)과 우수토실(10) 내부의 수위 센서(20,22) 및 별도로 도시 안 된 이상감지센서 등은 사물인터넷(internet of things)을 이용하여 측정된 하수량 및 이상감지센서 등을 인터넷이나 이동통신망을 통해 실시간으로 관리자의 스마트 폰 등과 대화형 통신이 가능하도록 함으로써 실시간 통신을 통한 제어 관리 대응력을 향상시켜 관리 및 위기관리가 더욱 용이하도록 할 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 실시 예에서, 상기 컨트롤박스(40)에는 우수토실(10)의 내부 공간(16)으로 유입된 하수의 수질을 측정하기 위한 수질측정센서(46)가 설치되고, 상기 우수토실(10)의 내부 공간(16)과 컨트롤박스(40) 사이에는 하수를 펌핑하여 컨트롤박스(40)의 수질측정센서(46)로 공급하기 위한 시료 도입관(L2)이 설치되며, 수질 측정을 마친 하수는 시료 배출관(L3)을 통해 하수관로로 배출된다.

상기 수질측정을 위한 하수의 펌핑 및 배출을 위한 펌프는 도면상에 도시되지 않았으나, 이 펌프는 시료 도입관(L2) 또는 시료 배출관(L3)의 어느 한 쪽에 설치하면 된다.

상기 수질측정센서(46)는 탁도, 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도 등의 특성을 측정하기 위한 것 중의 적어도 하나 또는 2 이상의 센서가 조합된 것을 의미하는바, 이러한 수질측정센서의 종류와 수질측정방법에 대하여는 본 발명이 속한 기술분야에서 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 수질측정센서(46)에서 측정된 각종 수질 데이터는 메모리(42)에 저장되며, 송수신 모듈(44)을 통해 중앙통제실(60)로 전송되거나 관리자의 스마트 폰으로 확인할 수 있게 되므로 하수량과 수질의 변화를 원격지에서 실시간으로 모니터링하면서 관리할 수 있어 환경오염을 방지할 수 있음과 동시에 우수토실 장치의 유지 관리 시간도 절감할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

10 : 우수토실
12 : 회동판
14 : 배출구
16 : 내부 공간
18 : 바닥 플레이트
20 : 하부 수위센서
22 : 상부 수위센서
30 : 개폐밸브
32 : 밸브 바디
34 : 고무 볼
40 : 컨트롤 박스
41 : 타이머
42 : 메모리
43 : 제어부
44 : 송수신 모듈
45 : 전원
46 : 수질측정센서
50 : 지주
51 : 태양광 패널
52 : 상용전원
60 : 중앙통제실
L1 : 압축공기 공급라인
L2 : 시료 도입관
L3 : 시료 배출관

Claims (5)

1. 상부에 하수와 우수에 따라 회동되는 회동판(12)이 구비되고, 하부 일측에는 배출구(14)가 구비되며, 소정의 체적을 갖는 내부 공간(16)이 구비된 우수토실(10)과; 상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 하측에 설치되는 하부 수위센서(20)와; 상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 상측에 설치되는 상부 수위센서(22)와; 상기 배출구(14)에 구비된 개폐밸브(30)와; 상기 개폐밸브(30)를 폐쇄한 상태에서 내부 공간(16)에 하수가 채워지면서 하부 수위센서(20)의 동작에서부터 상부 수위센서(22)의 동작에 이르기까지의 시간을 측정하여 하수의 유량을 실시간으로 측정하고, 유량 측정 후 상기 개폐밸브(30)를 개방시키는 컨트롤박스(40);를 포함하되
   상기 개폐밸브(30)는 고무팽창밸브로 이루어져 하수량 비측정시에는 수축된 상태에서 개방되고, 하수량 측정시에만 팽창되어 폐쇄되어 이물질에 의한 개폐불량을 방지하고,
   상기 우수토실(10)의 내부 공간(16) 바닥에는 집수되는 하수와 초기우수의 유속을 빠르게 하여 빠른 배출을 유도할 수 있도록 중앙영역이 함몰되고 좌우 양측이 경사진 바닥 플레이트(18)가 설치되어
   별도의 유량측정용 하우징을 설치하지 않고 상기 우수토실(10)의 내부 공간을 이용하여 실시간으로 하수량을 측정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 우수토실 일체형 하수 측정장치.
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