KR101963677B1 - 지진대비 구성을 가지는 물탱크 - Google Patents

Abstract

벽체와, 벽체를 통과하여 외부에서 물을 유입시키는 입수관과, 벽체를 통과하여 외부로 물을 유출시키는 방수관과, 벽체 내부 공간에 설치되어 슬로싱을 방지하는 방파판을 구비하는 물탱크에 있어서, 방파판은 내부 공간의 중앙부 상부에 뿔대 측벽을 상하 반전시킨 형태로 설치되거나 기둥 측벽 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가진 물탱크가 개시된다. 이때, 뿔대는 원뿔대나 삼각 이상의 다각 뿔대일 수 있고, 기둥은 원기둥이나 삼각 이상의 다각 기둥일 수 있고, 방수관은 방수관과 연결된 배관 파손에 의한 저수의 급속한 유출에 대비한 물흐름 저감 혹은 차단 수단을 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면 지진 발생시 물탱크의 파손을 방지할 수 있으며 지진이나 기타 사고시 외부로 물이 급격하게 빠져나가는 것을 방지하여 2차적 사고를 예방할 수 있다.

Description

지진대비 구성을 가지는 물탱크{water tank having antiearthquake structure}

본 발명은 지진 발생시 손상을 방지할 수 있도록 이루어진 물탱크에 대한 것으로, 보다 상세하게는 물탱크 내부 구성을 통해 물의 움직임을 억제함으로써 물탱크에 대한 충격을 줄일 수 있고, 지진으로 인해 물탱크 및 저장된 물에 전달된 에너지가 상쇄적 움직임을 만들어 물 내부로 흡수되도록 이루어진 물탱크에 대한 것이다.

구조시설물을 제작 및 설치에 있어 안전성을 확보할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 특히 평상시뿐 아니라 지진과 같이 특수한 상황에 대비하여 어느 정도의 지진을 견디고 지진의 피해를 줄일 수 있도록 하는 구성이 구조시설물 제작, 설치에서 전반적으로 필요하다.

구조시설물의 하나로 물탱크를 들 수 있다. 물탱크는 종래에는 통상적으로 건물 옥상 등에 설치되었으나 최근 급수의 안정화 및 수도물 품질의 안정화와 함께 단수 대비용으로 별도의 물탱크를 설치하는 경우가 줄어들고 있다. 그러나, 소방시설의 일부로서 화재와 같은 유사시 물을 공급하기 위한 소방용 물탱크는 여전히 설치될 필요가 있고 기존의 용수 저장조를 겸할 수 있다. 물탱크도 지진과 같은 상황에 잘 견딜 수 있도록 설치되는 것이 요청된다.

국민안전처의 고시 제2015-138호(20151130) '소방시설의 내진설계기준 해설'에 의하면 제3조에서 각 정의를 규정하며, 내진설계, 면진 설계, 제진 설계, 지진동 저감과 기계진동 방진 및 지진 분리 이음과 지진분리장치 등에 대한 설명과 함께 '슬로싱'을 방지하기 위하여 제4조(수원)에서 '소화 수조 및 저수조는 슬로싱(Sloshing) 현상을 방지하기 위하여 수조 내부에는 다음 각 호에 따라 방파판을 설치하여야 한다'라고 규정하고, 그 방파판은 수조 평면의 중앙을 기준으로 동서남북 4방향으로 각 방향 길이의 1/2 이상, 높이는 바닥을 기준으로 수조 높이의 1/2 이상으로 설치하여야 한다고 규정하고 있다.

방파판은 물탱크의 높이 및 각 방향 길이 전체에 걸쳐 설치 시공되는 것이 슬로싱 방지를 위한 최선의 방법이라 할 수 있으나, 설치 비용면 등을 고려하면서 이러한 규정의 충족을 위해 통상 각 방향 길이의 1/2, 수조 높이의 1/2에 근접하여 설치 시공되는 경우가 대부분이라 할 수 있다. 도1은 이런 구성의 종래의 물탱크의 한 예를 도시하고 있다.

슬로싱 현상은 자유표면을 가진 용기 내 유체의 액면이 용기의 진동에 의해 동요하는 진동현상이다. LNG 운반선이나 탱커와 같은 액상물질 운반선은 주기적으로 부딪히는 파도가 선체 공간 내의 액상물질의 진동을 강화시키는 공진을 일으켜 슬로싱에 의한 선박 자체나 저장공간 파괴가 중요한 문제가 되므로 저장 공간이 슬로싱 방지 구조를 가지도록 하는 것이 일반화되어 있고, 차량의 연료탱크에도 슬로싱 방지 구조가 일반적 설치되고 있다.

소방용 물탱크의 방파판에 대하여 기존에도 여러 가지 형태가 제안되어 있다. 가령, 대한민국 특허등록 제10-1706038호에는 종래 방파판의 구조적 문제점들을 보완하여, 소방용 SMC물탱크의 내부에 방파판 유닛을 형성하되, 다수의 방파판을 십자형으로 배열 형성함으로써, 지진 등의 외부 충격이 발생시 물탱크 내부에서 발생 되는 슬로싱 혹은 벽체에 작용하는 유체 동압력에 의한 충격을 효과적으로 분산시키는 방파판유닛 설치방법 및 이런 방파판유닛을 갖는 소방용 SMC물탱크가 개시된다.

대한민국 특허등록 제10-1723029호에는 기초 패드의 영역을 활용하여 물탱크를 기초 패드 상면에서 견고하게 지지하도록 함으로써 내진성을 갖도록 이루어진 '내진 기능을 갖는 조립식 물탱크'가 개시된다.

여기서는 기초 패드의 타설 영역을 확장하여 외주면 측 영역을 물탱크의 외측면을 지지하는 부재의 하단과 수평 연결되며 다단 절곡되도록 한 후 경사진 부재를 이용하여 본체를 견고하게 고정 시켜 내진성을 확보할 수 있는 효과가 있으나, 지진 발생시 물탱크 내부에서의 용수 출렁임에 의한 슬로싱 현상이 발생되어 동압력을 일으키고, 이러한 영향에 의해 FRP 물탱크 본체가 파손되거나, 물탱크 상단의 커버가 충격을 받아 벗겨져 누수가 일어나면서 내용물이 유실되는 문제가 발생할 수 있다.

대한민국 특허등록 제10-1168663호에는 노즐 내부에 스크류(회전)을 일으키는 날개를 장착하여 물이 분사될 때 회전력의 영향을 받아 라돈함량을 낮출 수있도록 구성된 스크류노즐 및 이를 구비한 물탱크가 개시된다.

대한민국 특허등록 제10-1650028호에는 횡단면이 원형이며, 유입구에서 토출구 방향으로 직경이 점감(漸減)하는 관형의 몸체부; 몸체부의 내주면을 따라 나선형으로 돌출 형성된 스크류날개; 및 말단이 상기 토출구를 향하도록 몸체부에 사선방향으로 삽입·고정되어, 공기 또는 약품을 공급하는 세관(細管); 을 포함하여 구성되어, 유입구로 공급되는 물은 스크류날개를 따라 돌아 와류상태로 토출구로 배출되고, 몸체부의 내부에는 공급되는 물의 유속에 의해 부압이 형성됨으로써, 공기 또는 약품이 상기 세관을 통해 상기 몸체부 내부로 흡입되어 물과 혼합된 상태로 토출구로 배출되도록 구성된 노즐 및 이를 구비한 물탱크가 개시된다.

물탱크가 이들 선행기술과 같이 자체적인 건강 측면과 위생 측면의 용수 품질 개선 구조, 물탱크 자정 구조를 가진다면 매우 바람직할 것이다.

한편, 지진 등 발생시 소화용 물탱크에서 발생할 수 있는 가장 큰 문제 가운데 하나는 물탱크의 물을 외부로 전달하는 배관이 파손되거나 배관 내의 연결 부속(fitting)에서 이탈되어 물이 외부로 급속도로 빠져나가 소진되는 것이다.

이런 물은 배관을 통해 소화에 사용되는 것이 아니므로 향후에 소화 등 정말로 필요할 때의 사용에 대비하여 지진 발생 시 배관 파손이나 배관 피팅에서 배관이 이탈되는 등의 사타가 벌어져도 이를 인식하여 물탱크 내의 물을 보존할 수 있도록 하는 구성이 있다면 매우 바람직할 것이다.

물론, 방수관의 외측 배관 경로 상에 개폐 밸브를 설치하고 이를 조작하여 물이 배출되는 것을 방지할 수도 있지만, 지진과 같은 유사시에 관리요원이 이를 정확히 관리하여 밸브를 닫는 것은 기대하기 어렵고, 따라서 이런 점도 감안하여 지진으로 쓸모없이 방출되는 용수를 차단할 수 있는 수단이 있다면 더욱 바람직할 것이다.

대한민국 등록특허 제10-1815865호 : 내진에 의한 슬로싱 방지 구조를 갖는 물탱크 대한민국 등록특허 제10-1778957호 : 향상된 저장성 및 내진성을 가지는 물탱크 대한민국 등록특허 제10-1650028호 : 와류 발생 노즐과 이를 포함한 정체수 없는 물탱크 대한민국 등록특허 10-1691326호 : 지진에 안전한 내진 물탱크

국민안전처의 고시 제2015-138호(20151130) '소방시설의 내진설계기준 해설'

본 발명은 지진 발생시 건물 및 물탱크 본체의 진동에 의해 내부 저장수가 슬로싱 현상을 일으킴으로써 물탱크가 넘어지거나 파괴되는 것을 방지할 수 있는 지진대비 구성을 가지는 물탱크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 아울러, 지진 발생시 물탱크 본체의 진동에 따라 내부 저장수가 진동방향으로 움직임 및 압력을 가질 때 이를 완충 및 변동시켜 진동 방향의 운동에너지를 선회 방향으로 변환시킬 수 있고, 내부 흐름 방향의 상충으로 운동에너지를 소진시킬 수 있도록 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 물탱크는

벽체와, 벽체를 통과하여 외부에서 물을 유입시키는 입수관과, 벽체를 통과하여 외부로 물을 유출시키는 방수관과, 벽체 내부 공간에 설치되어 슬로싱을 방지하는 방파판을 구비하는 물탱크에 있어서,

상기 방파판은 내부 공간의 중앙부 상부에 뿔대 측벽을 상하 반전시킨 형태로 설치되거나 기둥 측벽 형태로 설치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 뿔대는 원뿔대나 삼각 이상의 다각 뿔대일 수 있고, 기둥은 원기둥이나 삼각 이상의 다각 기둥일 수 있다.

본 발명에서 방수관은 방수관과 연결된 배관 파손에 의한 저수의 급속한 유출에 대비한 물흐름 저감 혹은 차단 수단을 구비할 수 있다.

본 발명에서 방파판과 벽체의 저면을 연결하는 지지체가 더 구비되고, 지지체의 적어도 일부는 판형으로 이루어지고, 판면은 위에서 볼 때 중앙에서 외측을 연결하는 방사방향을 기준으로 모두 시계방향 혹은 반시계방향의 경사를 가지도록 설치되는 핀(fin)형 지지체이며, 입수관의 출구는 위에서 볼 때 방파판의 중앙에서 외각쪽으로 물을 뿌리되 핀형 지지체의 적어도 일부의 판면에서 반사되어 물탱크 내부에서 벽체의 측벽 내면을 따라 전체적으로 선회되는 물흐름을 이루도록 설치될 수 있다.

이때, 핀형 지지체는, 입수관 출구가 물탱크 내부 공간 상부에 설치되는 것을 고려하면 벽체 저면과 방파판을 연결하는 구간에서 위로 연장되어 방파판 내측면에도 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 지진 발생시 건물 및 물탱크 본체의 진동에 의해 내부 저장수가 슬로싱 현상을 일으킴으로써 물탱크가 넘어지거나 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 지진 발생시 물탱크 본체의 진동에 따라 내부 저장수가 진동방향으로 움직임 및 압력을 가질 때 이를 완충 및 변동시켜 진동 방향의 운동에너지를 선회 방향으로 변환시킬 수 있고, 내부 흐름 방향의 상충으로 운동에너지를 소진시킬 수 있어 지진 시의 동압력과 슬로싱에 의한 물탱크 훼손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면 지진이나 기타 사고 발생시 외부로 물이 급격히 빠져나가지 않도록 하여 이차사고를 예방할 수 있다.

도1은 종래의 방파판이 설치된 물탱크의 예를 나타내는 사시도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물탱크의 내부 구성 및 일 방향 진동시의 물의 흐름을 개략적으로 나타내는 사시도,
도3은 도2와 같은 실시예에서 입수시 물의 흐름 방향을 나타내는 평면도,
도4는 도2와 같은 실시예에서 일 방향 진동시 물의 흐름 방향을 개략적으로 나타내는 평면도,
도5는 본 발명의 다른 실시예에서 입수시 물의 흐름 방향을 나타내는 평면도,
도6은 도5와 같은 실시예에서 일 방향 방향 진동시 물의 흐름 방향을 개략적으로 나타내는 평면도,
도7 내지 도9는 각각 본 발명의 출수관에 설치되는 출수 제한 장치 구성예를 개략적, 개념적으로 나타내는 사시도이다.

이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물탱크의 내부 구성을 개략적으로 나타낸다.

여기서 물탱크가 원통 형태를 가진다고 상정하지만 직육면체 물탱크에도 본 발명은 별다른 차이 없이 적용될 수 있다.

이 실시예에서 물탱크는 벽체(70)와, 이 벽체를 통과하여 외부에서 물을 유입시키는 입수관(30)과, 벽체를 통과하여 외부로 물을 유출시키는 방수관(40)과, 벽체 내부 공간에 설치되어 슬로싱을 방지하는 방파판(10)을 구비하여 이루어진다.

입수관(30)은 위에서 볼 때 중앙부에 위치하며, 벽체 바닥을 통해 위로 뻗어 상부에 출구가 형성되고, 출구는 물탱크로 유입되는 물이 대략 수평으로 도3에 도시된 바와 같이 중앙에서 외각 쪽을 향하여 뿌려지도록 설치된다.

방수관(40)은 위에서 볼 때 외각 쪽에 위치하며 벽체 바닥을 통해 위로 뻗지만 바닥에서 많이 이격되지 않은 높이에 입구가 형성되고, 방수관(40)이 다른 단부는 벽체 외부에서 다른 배관과 결합되어 외부로 물을 보내는 역할을 한다.

방수관(40) 인근에는 물이 일정 수위를 넘으면 상단 입구를 통해 물이 외부로 배출되도록 이루어지는 오버플로관(50)과 물탱크 청소 등을 위해 물을 완전히 배출하기 위한 드레인 배출구(60)가 설치되며, 상단부에는 외기 유입을 위한 공기구멍(미도시)이 설치될 수 있다.

방파판(10)은 벽체(70)로 둘러싸인 내부 공간의 중앙부 상부에 사각뿔대 측벽을 상하 반전시킨 형태로 설치된다. 방파판(10)과 벽체(70)의 저면은 지지체(20)로 연결, 고정된다. 지지체(20)는 대략 직사각형 판의 형태로 이루어지고, 이들 판의 판면은 위에서 볼 때 중앙에서 외측을 연결하는 방사방향(혹은 가상의 방사선)을 기준으로 모두 시계방향 혹은 반시계방향의 경사를 가지도록 설치된다.

입수관(30)의 출구는 위에서 볼 때 도3과 같이 방파판의 중앙에서 외각쪽으로 화살표 방향으로 물을 뿌리되 지지체의 적어도 일부의 판면에서 반사되어 물탱크 내부에서 벽체의 측벽 내면을 따라 전체적으로 선회되는 물흐름을 이루도록 설치된다. 여기서 지지체(20)는, 입수관(30) 출구가 물탱크 내부 공간 상부에 설치되는 것을 고려하여 벽체(70) 저면과 방파판을 연결하는 구간에서 위로 더 연장되어 방파판 내측면에도 설치되어 있다. 이들 지지체는 물탱크 내부 공간에서 물의 흐름을 바꾸는 기능을 가지므로 핀(fin)형 지지체라고 할 수 있다.

이런 구성에 따라 물탱크의 내부에는 물이 유입될 때마다 내부 공간에서 자체적 흐름과 혼합이 이루어지도록 하여 물탱크의 내부 표면을 세정하고, 용해 가스의 방출이나 공기와의 섞임을 용이하게 하고, 물탱크 내부 일정 공간에 물이 정체됨으로써 발생하는 위생상의 문제나 건강상의 문제를 방지하고, 내부 관리를 용이하게 할 수 있다.

도4는 이런 구성의 물탱크에서 지진 등에 의해 위에서 볼 때 좌우 방향으로 물의 흐름 및 동압력이 발생한 경우에 방파판(10)과 지지체(20)가 어떻게 작용하고 물의 흐름이 어떻게 변화되는지를 설명하기 위한 개념도이다.

도2 및 도4를 함께 참조하면, 도시된 화살표와 같이 지진에 의해 좌에서 우로 물의 흐름이 발생하면 그 과정에서 물은 방파판(10) 및 지지체(20)와 부딪히게 된다. 방파판(10)은 상부 공간에서 물의 일방적 흐름을 방해하여 수면의 큰 출렁거림과 그에 따른 벽체(70)로의 충격을 막게 되며, 자체 경사에 의해 상부 물의 흐름을 하부 지지체(20)로 유도하는 역할도 할 수 있다.

하부에서 물의 원래 흐름과 상부에서 유도된 물의 흐름은 이를 가로막는 위치 및 판면 설치 방향을 가지는 핀형 지지체(20)에 의해 방향이 바뀌면서 방파판(10)으로 둘러싸인 내부 중앙부에서는 화살표로 도시된 것과 같은 시계방향 흐름을 만들고, 이 중앙부의 시계방향 흐름을 가진 물은 일부가 다시 다른 쪽 핀형 지지체(10)에 부딪히거나 유도되어 중앙부에서 벽체(70) 쪽으로 진행하면서 물탱크 벽체 내면을 따라 반시계 방향으로 선회하는 물흐름을 형성하게 된다.

이런 물흐름은 중앙부의 시계방향 흐름과 서로 상충, 간섭되면서 마찰에 의해 양 방향 물흐름의 운동에너지가 물 내부의 열에너지로 바뀌도록 하고, 또한, 벽체와 물, 방파판 및 지지체와 물 사이의 마찰에 의해 물흐름의 운동에너지가 물 내부의 열에너지로 바뀌도록 작용한다.

물론, 이런 과정에서 물흐름과 충돌히는 방파판(10)이나 지지체(20)에 작용하게 되는 물의 동압력은 물탱크 벽체(70) 및 이 벽체에 고정되는 지지체(20)나 방파판(10)에 작용하고, 물탱크 전체가 물탱크가 고정된 지면이나 건물 바닥면에 대해 평행이동 하거나 회전하도록 하는 힘을 작용시키지만, 이런 힘은 물탱크와 지면 혹은 건물 바닥 사이의 외부적인 내진설계 등에 의해 해소될 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에서 이러한 내부 구성은 저장된 물의 작용에 의해 물탱크 벽체가 과도한 동압력을 받거나 슬로싱에 의해 충격을 받아 손상되는 것을 방지하는 기능에 집중된 것이라 할 수 있다.

도5 및 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물탱크에서 입수관(30)을 통한 입수시와 지진에 의한 진동시의 물흐름을 개념적으로 나타내는 평면도이다.

대부분의 구성은 앞선 실시예와 공통적으로 이루어지나, 여기서는 물탱크의 벽체(80)가, 원통형, 위에서 볼 때 원형을 이루었던 도3 및 도4의 실시예와 달리, 4각통형, 위에서 볼 때 도면과 같은 4각형을 이루고 있다. 비록 물탱크의 벽체 구성이 달라지긴 하였지만 이런 구성에서도 입수관(30)의 출구는 방파판(10)의 중앙에서 외각쪽으로 화살표 방향으로 물을 뿌리고, 이 물은 지지체(20)의 적어도 일부의 판면에서 반사되어 물탱크 내부에서 벽체(80)의 측벽 내면을 따라 전체적으로 선회되는 물흐름을 이루게 된다. 벽체(80)가 원형 대신 4각형을 이룸으로써 선회하는 흐름이 측벽과 더 큰 마찰을 일으킬 수 있지만 전체적인 흐름의 측면에서 문제는 없으며, 마찰이 물탱크 내부의 세정을 도울 수도 있고 더 많은 와류를 일으켜 탱크 내 물의 혼합을 돕고, 용해 가스의 방출이나 공기와의 섞임을 용이하게 할 수도 있다.

이런 구성의 물탱크에서도 지진 등에 의해 일 방향으로 물의 흐름 및 동압력이 발생한 경우, 앞선 실시예와 같이 상부에서 물은 방파판(10) 및 지지체(20)와 부딪히게 된다. 방파판(10)의 상부 공간에서 물의 일방적 흐름을 방해하여 수면의 큰 출렁거림과 그에 따른 벽체(80)의 충격을 막게 되며, 자체 경사에 의해 상부 물의 흐름을 하부 지지체로 유도한다.

하부에서 물의 원래 흐름과 상부에서 유도된 물의 흐름은 이를 가로막는 위치 및 판면 설치 방향을 가지는 지지체(20)에 의해 방향이 바뀌면서 방파판(10)으로 둘러싸인 내부 중앙부에서는 화살표로 도시된 것과 같은 시계방향 흐름을 만들고, 이 중앙부의 시계방향 흐름을 가진 물은 일부가 다시 다른 쪽 핀형 지지체(20)에 부딪히거나 유도되어 중앙부에서 벽체(80) 쪽으로 진행하면서 물탱크 벽체 내면을 따라 반시계 방향으로 선회하는 물흐름을 형성하게 된다.

따라서, 물흐름은 내부에서 서로 상충, 간섭되면서 마찰에 의해 양 방향 물흐름의 운동에너지가 열로 바뀌고, 벽체와 물, 방파판 및 지지체와 물 사이의 마찰에 의해 물흐름의 운동에너지가 열로 바뀌어 기계적 충격을 줄이는 방향으로 작용하게 된다.

한편, 본 발명에서 방수관(40)에는 물이 급속한 유출을 방지하는 급속 방수 예방 수단이 설치된다. 이런 급속 방수시의 차단을 위해서는 기존의 여러 가진 밸브 수단이 알려져 있으며, 이런 밸브 수단을 임의로 선택하여 설치할 수 있다. 이하에서는 지진과 같은 상황에서 연결 배관의 파손 등에 의해 물이 물탱크로부터 급속히 유출되는 경우, 이런 급속한 유출을 막는 구체적 수단 일부를 예시적으로 설명하기로 한다.

도7은 방수관에 설치되는 급속 방수 예방 장치의 한 실시예를 나타낸다.

도7에서 방수관의 한 구간에는 배관의 폭이 좁은 구간(병목구간: 47)이 설치된다. 베르누이의 정리에 의하면 폭이 좁은 구간(47)에는 유체 속도가 빨라지고 내부 압력이 낮아진다. 이런 폭이 좁아지는 위치에 도7(a)와 같이 외측으로 다소 볼록한 곡면을 가지는 부채꼴 판막(43)의 폭이 좁은 부분을 원형 링에 판면 방향으로 회전 가능하게 결합되고 다수 부채꼴 판막(43)의 폭이 좁은 부분이 서로 인접하게 환형을 이루도록 배치된 가변 격막 밸브(41)를 급속 방수 예방 장치로서 설치한다.

아울러, 물보다 비중이 낮은 물질로 만든 부력공(49)을 준비하여 가변 격막 밸브의 부채꼴 판막 중 하나에 연결끈(48)으로 부력공을 결합시킨다. 연결끈(48)의 길이는 물탱크의 물이 만수위 혹은 만수위에 가까운 어느 정도의 레벨 이상인 경우에 연결끈(48)의 장력에 의해 부채꼴 판막(43)을 당기면 부채꼴 판막들은 연동되어 이들 부채꼴 판막(43)이 결합되어 이루어진 가변 격막 밸브(41)가 펼쳐친 개방 상태를 이루도록 조정한다.

이런 경우, 통상적인 수준의 방수가 이루어질 때에는 부채꼴 판막(43)은 모두 서로 멀어지는 방향으로 외측으로 펼쳐져 있고, 펼쳐진 판막에는 수압이 작용하여 이 개방 상태를 유지하게 된다. 물탱크가 만수위에 가까운 경우, 부력공(49)은 부채꼴 판막(43)이 펼쳐진 상태가 되도록 힘을 작용시키므로 가변 격막 밸브(41)는 계속 개방 상태를 유지한다. 수위가 낮은 경우, 연결끈(48)이 느슨한 상태가 되므로 부력공(49)은 부채꼴 판막(43)에 영향을 주지 않아 가변 격막 밸브(41)는 마찬가지로 개방 상태를 유지한다.

그러나, 방수용 물탱크의 방수관과 연결된 외부 배관이 파손되거나 배관이 연결 피팅이 이탈되어 물이 최대 수준으로 빠져나가게 되면 물탱크의 물은 수위가 급격히 낮아지고, 그 과정에서 가변 격막 밸브(41)의 부채꼴 판막(43)은 방수관의 폭이 넓은 부분과 폭이 좁은 병목 부분의 경계부에서 베르누이 원리에 의한 압력 차이가 극대화되고 그에 따라 발생하는 힘에 의해 모두 내측으로 이동하여 도7(b)의 형태로 모아지게 된다. 그리고 이때 수위가 낮아 부력공(49)은 부채꼴 판막(43)에 힘을 미치지 못하므로 가변 격막 밸브(41)는 닫힌 혹은 좁혀진 상태를 유지하여 물탱크로부터 외부로 흘러가는 물은 계속 매우 조금씩만 흐르거나 멈추게 된다.

향후 배관이 파손을 수리하거나 피팅 결속을 정상적으로 하고 물이 빠져있던 가변 격막 밸브(41) 주변 구간에 물이 모두 채워지거나, 방수관에 연결된 밸브를 잠근 상태로 물탱크의 물보충을 통해 만수위에 가깝게 수위가 회복되면 부력공(49)은 물 속에서 부력에 의해 위로 이동하고, 연결끈(48)에는 장력이 작용하여 서로 모아진 상태의 부채꼴 판막(43)을 위로 당겨 펼쳐진 상태의 안정점에 있도록 하면서 가변 격막 밸브(41)는 개방되어 필요시 물을 방수관을 통해 흘려보낼 수 있는 상태로 즉, 도7(a)의 상태로 복원된다.

도8의 실시예는 도7의 실시예와 부력공을 사용하고 폭이 다른 두 구간이 사용된다는 점에서 공통점이 있지만 부력공(49)은 폭이 좁은 구간(47)으로 이동할 수 없는 직경을 가지며, 가변 격막 밸브도 설치되지 않는다.

도 8의 실시예에서 방수관의 끝단에 부력공이 들어가 움직일 수 있는 폭이 넓은 구간을 이루는 캡관(45)이 고정 설치된다. 캡관(45)의 아래쪽에는 측벽과 상단 벽체에는 부력공(49)이 빠져나갈 수 없지만 물을 통과시키는 입수홀(44, 46)이 설치된다. 캡관(45)이 연결된 방수관의 끝단의 폭이 좁은 구간(47)도 부력공 직경보다 작은 직경(폭)을 가져 부력공(49)에 의해 전체가 막힐 수 있도록 한다.

물탱크의 물을 정상적으로 공급하는 일반적인 경우, 부력공(49)은 물보다 낮은 비중을 가져 캡관(45)의 상단 입수홀(44) 근처에서 입수홀(44)을 막고 있는 상태가 된다. 물은 캡관(45)의 측벽에 설치된 입수홀(46)들을 통해 방수관으로 들어가 외부로 물을 공급하게 된다.

그러나, 방수용 물탱크의 방수관과 연결된 외부 배관이 파손되거나 배관이 연결 피팅이 이탈되어 물이 방수관을 통해 최대 수준으로 빠져나가게 된다. 이런 경우, 캡관(45) 측벽의 입수홀(46)은 방수관 직경에 비해 작은 크기로 이루어져 방수관을 통해 최대한 빠져나가는 물의 양에 비해 적은 물만을 유입시킬 수 있고, 그 결과 음압이 발생하여 부력공(49)은 아래로 이동하고 캡관(45) 상단의 입수홀(44)을 통해서도 물이 들어와 방수관으로 빠져나가게 된다. 이 상태가 계속되면 부력공(49)은 계속 아래로 이동하여 방수관 상단에 밀착되고 방수관을 막아 탱크의 물은 외부로 흘러나가지 않게 된다.

향후 배관이 파손을 수리하거나 피팅 결속을 정상적으로 하면 부력공 아래 쪽의 방수관으로부터 물이 채워지면 부력의 작용으로 부력공이 다시 도8(a)와 같은 처음 상태로 복귀하게 된다. 또한, 부력공(49)과 방수관 사이는 통상 틈이 조금은 있어서 물이 미세하게 흐를 수 있다고 할 때, 방수관에 연결된 밸브를 차단하면 틈새로 물이 미세하게 흘러 방수관의 폭이 좁은 구간(47)을 채우게 되고, 이렇게 물이 채워져도 부력의 작용으로 부력공이 다시 도8(a)와 같은 처음 상태로 복귀하게 된다.

도9는 도8과 비슷한 점도 있지만 부력공 대신에 상하 이동이 가능한 판형 부재를 사용하고, 배관이 수리된 후 배관의 개통, 복귀를 위해 중앙부가 개방된 판형 부재 및 중앙부가 폐쇄된 판형 부재의 자기적 반발력을 이용한 점에서 차이를 가진다.

방수관의 폭이 넓은 구간(145)에는 방수관 벽체에 인접한 주변부에 복수의 지지막대(143)가 설치된다. 판형 부재의 주변부에는 지지막대(143)가 통과할 수 있는 홀(148a, 149a)이 설치된다. 판형 부재들 중 아래쪽 3개는 중앙이 뚫린 개방형 판형부재(148)이고 판형 부재들 중 위쪽은 중앙이 막힌 폐쇄형 판형부재(149)이다. 판형부재는 자석으로 이루어지며, 표면은 방수코팅을 하여 이루어질 수 있다. 인접한 상하의 판형부재는 자력에 의해 서로 반발하여 이격되도록 상하면 극성 배치가 이루어져 있다.

정상 상태에서 방수관을 통해 외부로 흘러나가는 물이 통상적인 수준이고 판형부재들 아래쪽에도 물이 채워져 있으면 상하 압력차가 심하지 않고 폐쇄형 판형부재(149)는 자석으로 이루어진 판형부재들 사이의 상호 반발력의 작용으로 도9와 같이 개방형 판형부재(148)과 서로 이격상태를 유지하고, 그 결과 물은 폭이 넓은 구간(145)의 입수홀(146)들, 폐쇄형 판형부재(149)와 개방형 판형부재(148)의 이격 틈새, 개방형 판형부재(148)의 개방된 중앙부를 통해 아래로 흘러 좁은 폭 부분을 지나 외부 배관으로 진입하게 된다.

그러나, 지진과 같은 상황에서 외부 배관에 이상이 발생하고 배관의 물이 급속하게 빠져나가면 일단 물탱크의 물이 방수관을 따라 급속하게 아래로 이동하며 입수홀을 통한 수량만으로 충분히 방수량을 충당할 수 없어 음압이 형성되고 음압에 따라 폐쇄형 판형부재(149), 개방형 판형부재(148), 폭이 좁은 구간(147)은 점차로 밀착하게 되고, 빠져나가는 수량은 점차 줄어들게 된다.

결과적으로 폭이 좁은 가간(147)에서는 배관에 물이 비워져, 판형부재에는 위로 작용하는 압력은 없어지고, 탱크의 물의 수압에 의하여 아래로 작용하는 압력만 남아, 자력에 의한 반발력을 극복하고 방수관의 폭이 좁아지는 단차부, 개방형 판형부재(148), 폐쇄형 판형부재(149)는 모두 틈이 없이 밀착하여 물은 차단되는 상태가 된다.

향후 배관 파손을 수리하거나 피팅 결속을 정상적으로 하면 폐쇄형 판형부재(149) 아래 쪽의 좁은 폭 구간으로부터 물이 채워져 역방향 압력이 복원되도록 한다. 이런 경우, 폐쇄형 판형부재(149) 상하의 압력차는 작아지고, 이 압력차는 자력에 의한 반발력 혹은 복원력을 이기지 못하게 되므로 폐쇄형 판형부재(149) 및 개방형 판형부재(148)들은 다시 도9와 같은 이격 상태가 된다.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다.

따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 방파판 20: 지지체
30; 입수관 40: 방수관
41, 41': 가변 격막 밸브
43; 부채꼴 판막 45: 캡관
44, 46, 146: 입수홀 47, 147: 폭이 좁은 구간
49: 부력공 50: 오버플로관
60: 드레인 배출구 70, 80: 벽체(물탱크 벽체)
143: 지지막대 145: 폭이 넓은 구간
148: 개방형 판형부재
148a, 149a: 홀 149: 폐쇄형 판형부재

Claims (8)

1. 벽체와, 상기 벽체를 통과하여 외부에서 물을 유입시키는 입수관과, 상기 벽체를 통과하여 외부로 물을 유출시키는 방수관과, 상기 벽체로 둘러싸인 내부 공간에 설치되어 슬로싱을 방지하는 방파판을 구비하는 물탱크에 있어서,
   상기 방파판은 상기 내부 공간의 중앙부 상부에 뿔대 측벽을 상하 반전시킨 형태로 설치되거나 기둥 측벽 형태로 설치되고,
   상기 방파판과 상기 벽체의 저면을 연결하는 지지체가 더 구비되고,
   상기 지지체의 적어도 일부는 판형으로 이루어지고, 상기 지지체의 판면은 위에서 볼 때 중앙에서 외측을 연결하는 방사방향을 기준으로 모두 시계방향 혹은 반시계방향의 경사를 가지도록 설치되는 핀(fin)형 지지체이며,
   상기 입수관의 출구는 위에서 볼 때 상기 방파판의 중앙에서 외각쪽으로 물을 뿌리되 상기 핀형 지지체의 적어도 일부의 판면에서 반사되어 물탱크 내부에서 상기 벽체의 측벽 내면을 따라 전체적으로 선회하는 물흐름을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 뿔대는 원뿔대나 삼각 이상의 다각 뿔대 가운데 하나이고,
   상기 기둥은 원기둥이나 삼각 이상의 다각 기둥 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 방수관은 상기 방수관과 연결된 외부 배관 파손에 의한 저수의 급속한 유출에 대비한 물흐름 저감 수단 혹은 차단 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀형 지지체는 상기 입수관 출구가 물탱크 내부 공간 상부에 설치되는 것을 고려하여 상기 벽체 저면과 상기 방파판을 연결하는 구간에서 위로 연장되어 상기 방파판의 내측면에도 설치되는 것을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 물흐름 저감 수단 혹은 상기 차단 수단은, 부채꼴 판막의 폭이 좁은 부분을 원형 링에 판면 방향으로 회전 가능하게 결합되고 복수의 부채꼴 판막의 폭이 좁은 부분이 서로 인접하게 환형을 이루도록 배치되어 이루어진 가변 격막 밸브이고,
   상기 가변 격막 밸브는 상기 방수관의 상단 출구에 설치되거나, 상기 방수관의 폭이 좁아지는 병목구간 입구에 설치되며,
   물보다 비중이 낮은 물질로 만든 부력공을 상기 가변 격막 밸브의 부채꼴 판막에 연결끈으로 결합시키되 상기 연결끈의 길이는 물탱크의 물이 만수위 혹은 일정 이상 레벨이 되면 상기 부력공이 상기 연결끈의 장력에 의해 상기 부채꼴 판막을 당기고 부채꼴 판막들이 연동되어 펼쳐져 상기 가변 격막 밸브가 개방 상태를 이루도록 조정된 것임을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 물흐름 저감 수단 혹은 상기 차단 수단으로 상기 방수관의 단부에 상기 방수관보다 배관의 폭이 넓은 캡관을 설치하고,
   상기 캡관에는 상기 방수관의 폭보다 큰 직경의 부력공을 설치하고,
   상기 캡관의 상부와 상기 캡관의 측벽에는 상기 부력공보다 작은 직경의 입수홀을 설치하여
   상기 방수관으로 일정 수량 이상이 방출될 때에는 상기 부력공이 아래로 내려와 상기 방수관을 막아 물흐름을 차단하거나 줄이고, 상기 방수관의 물이 차있고 물이 상기 일정 수량 미만으로 방출될 때에는 상기 부력공은 부력에 의해 상기 캡관의 상부에 위치하여 상기 캡관의 상부의 입수홀을 막도록 이루어진 것임을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 물흐름 저감 수단 혹은 상기 차단 수단은
   상기 방수관의 일부에 넓은 폭 부분이 설치되고,
   상기 넓은 폭 부분에는 복수의 판형부재가 상하로 설치되고, 상기 방수관의 상기 벽체에 인접한 주변부에 복수의 지지막대가 설치되고, 상기 복수의 판형부재의 주변부에는 각각 상기 지지막대가 통과할 수 있는 홀이 설치되고,
   상기 복수의 판형 부재는, 아래쪽에 설치되며 중앙이 빈 개방형 판형부재와, 위쪽에 설치되며 중앙이 막힌 폐쇄형 판형부재를 포함하여 이루어지고,
   상기 판형부재는 자석으로 이루어지되 서로 인접한 판형부재 사이에는 서로 반발력이 작용하도록 자석 극성을 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지진대비 구성을 가지는 물탱크.

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