KR102007124B1 - 사이펀 취수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수도용 또는 농업용으로 사용할 수 있도록 제방이나 댐에 있는 물을 이송하는 취수 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 사이펀 원리를 이용한 취수 장치에 관한 것이다.
본 발명은; 사이펀관의 가장 높은 곳에 위치하며 관의 양 단의 고도가 동일한 평행관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 물이 유입되는 유입구가 있으며 상기 유입구는 유입될 물의 수면 아래에 잠기어 있는 상향관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 상기 상향관의 유입구와 동일한 고도를 갖는 하향관으로 이루어진 사이펀관과;
높은 쪽 일단은 상기 하향관의 낮은 쪽 일단에 연결되며, 낮은 쪽 일단에 물의 흐름을 제어할 수 있는 조절밸브가 설치되며, 내부체적이 상기 평행관의 내부체적과 상기 상향관의 내부체적을 합한 것보다 더 큰 체적관을 포함하여 구성되며;
사이펀 시동에 필요한 급수를 위한 급수관이 상기 평행관 또는 상기 하향관에 연결되어 있으며, 공기를 주입하여 사이펀 작동을 멈출 수 있는 에어밸브가 상기 사이펀관에 설치되어 있으며, 공기를 주입하여 상기 조절밸브에 가해지는 수격을 완화할 수 있는 버블밸브가 상기 체적관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치를 개시한다.

Description

사이펀 취수 장치 {Water intake equipment using siphon pipe}

본 발명은 일측의 유체를 사이펀 작용에 의하여 타측으로 이송하는 사이펀 취수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사이펀 취수장치를 시동할 수 있는 기능을 가진 시동 장치가 부착된 사이펀 취수장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 수격에 의한 충격을 감소시키고, 흐름을 단속하는 밸브에 걸리는 수압을 감소시킬 수 있는 사이펀 취수장치에 관한 것이다.

사이펀 취수장치는 수위가 높은 유체를 사이펀 작용에 의하여 수위가 낮은 곳으로 이송하는 장치로서, 별도의 외부 에너지를 사용하지 않고 수위차에 의한 수압을 이용하여 많은 양의 유체를 무동력으로 옮길 수 있는 유체 이송 장치이다. 사이펀 취수장치는 저수지, 댐과 같은 곳에 설치되어 저수지나 댐 위를 넘어서 물을 이송시킴으로써 수위를 조정하는데 활용되며, 취수가 필요한 경우에도 활용되고 있다.

사이펀 취수장치에서 가장 문제가 되는 것은 시동 단계이다. 사이펀 작동이 시작되기 위해서는 사이펀관에 물을 가득 채워야 한다. 종래에는 사이펀관의 유출구에 설치된 밸브를 잠그고, 진공 펌프를 이용하여 사이펀관 내부의 압력을 낮추면, 사이펀관의 유입구로 물이 흡입되어 사이펀관을 채웠다. 사이펀관이 물로 가득찬 후에 사이펀관의 유출구에 있는 밸브를 열면, 비로서 사이펀관을 통해서 연속적으로 물이 이송되기 시작한다. 이러한 종래의 사이펀 시동 장치는 고가의 진공펌프가 필요하며, 시동에 많은 에너지와 시간이 필요한 문제점이 있었다.

사이펀관 유출구에 있는 밸브를 이용하면 물의 흐름을 조절할 수도 있고, 흐름을 막고 사이펀관 내에 물이 차 있는 상태를 유지할 수도 있다. 이렇게 사이펀관 내에 물이 차 있으면 별도의 시동과정 없이 편리하게 사이펀관을 사용할 수 있다. 그런데, 유출구의 밸브는 물의 흐름에는 방해가 된다. 물의 흐름이 있을 때는 밸브에 수격이 가해지며, 진동이 발생하기도 한다. 또한 사이펀관에 물이 가득 찬 상태에서 밸브를 잠그면, 밸브에는 상당한 수압이 지속적으로 가해지게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고가의 진공펌프가 없이도 안정적으로 빠른 시간 내에 사이펀을 시동할 수 있는 사이펀 취수장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 사이펀관에 있는 조절밸브에 가해지는 수격과 수압을 줄여서 조절밸브의 수명을 연장하고, 전체 사이펀관에 발생하는 진동을 줄이는데 있다.

사이펀관의 가장 높은 곳에 위치하며 관의 양단의 고도가 동일한 평행관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 물이 유입되는 유입구가 있으며 상기 유입구는 유입될 물의 수면 아래에 잠기어 있는 상향관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 상기 상향관의 유입구와 동일한 고도를 갖는 하향관으로 이루어진 사이펀관과;

높은 쪽 일단은 상기 하향관의 낮은 쪽 일단에 연결되며, 낮은 쪽 일단에 물의 흐름을 제어할 수 있는 조절밸브가 설치되며, 상기 평행관의 내부체적과 상기 상향관의 내부체적을 합한 것보다 더 큰 내부체적을 갖는 체적관을 포함하여 구성되며;

사이펀 시동에 필요한 급수를 위한 급수관이 상기 평행관 또는 상기 하향관에 연결되어 있으며, 공기를 주입하여 사이펀 작동을 멈출 수 있는 에어밸브가 상기 사이펀관에 설치되어 있으며, 공기를 주입하여 상기 조절밸브에 가해지는 수격을 완화할 수 있는 버블밸브가 상기 체적관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치를 개시한다.

상기 버블밸브는 압력차에 의해서 작동하며, 한 방향으로만 유체가 흐를 수 있는 체크밸브일 수 있다.

상기 체적관은 짧은 길이에 비해 많은 부피를 가질 수 있도록 부분적으로 확장되어 있거나, 상기 체적관에 하나 이상의 바이패스(by-pass)관이 설치될 수 있다.

곡관의 형태를 가지며, 하향으로 흐르던 물의 흐름 방향을 수평 또는 상향으로 전환시키는 전환관이 상기 체적관의 일단에 연결될 수 있다. 또한 상기 전환관 내부의 물을 제거할 수 있는 드레인밸브가 상기 전환관의 하부에 설치될 수 있다.

사이펀관의 가장 높은 곳에 위치하며 관의 양단의 고도가 동일한 평행관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 물이 유입될 수 있는 유입구가 있으며 상기 유입구는 유입될 물의 수면 아래에 잠기어 있는 상향관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며, 낮은 쪽 일단은 상기 상향관의 유입구와 동일한 고도를 갖는 하향관으로 이루어진 사이펀관과;

물이 유입되고 유출되는 양단이 모두 상부에 설치되며, 물이 유입되는 일단은 상기 하향관의 일단에 연결되며, 물이 유출되는 일단에는 물의 흐름을 제어할 수 있는 제어밸브가 설치되어 있으며, 내부 체적이 상기 평행관의 내부체적과 상기 상향관의 내부체적을 합한 것 보다 더 크며, 내부의 물을 제거할 수 있는 시동밸브가 하부에 설치되어 있는 제어부를 포함하여 구성되며;

사이펀 시동에 필요한 급수를 위한 급수관이 상기 평행관 또는 상기 하향관에 연결되어 있으며, 공기를 주입하여 사이펀 작동을 멈출 수 있는 에어밸브가 상기 사이펀관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치를 개시한다.

공기를 주입하여 상기 제어밸브에 가해지는 수격을 완화할 수 있는 버블밸브가 상기 제어부에 설치될 수 있다. 이 때, 상기 버블밸브는 압력차에 의해서 작동하며, 한 방향으로만 유체가 흐를 수 있는 체크밸브일 수 있다.

상기 제어부가 짧은 길이에 비해 큰 부피를 가질 수 있도록, 부분적으로 확장되어 있거나, 상기 제어부가 하나 이상의 별도의 공간에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 사이펀 취수장치는 고가의 진공펌프가 필요 없어서 제작 비용이 절감되며, 기계 고장의 염려가 적으며, 유지 관리비도 절감되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 사이펀 취수장치는 시동에 드는 에너지가 적고, 시동에 드는 시간이 단축되는 이점이 있다. 그리고 일단 사이펀관에 물이 가득 찬 상태가 되면, 별도의 시동과정 없이 즉시 사이펀 취수장치를 가동할 수 있다. 그리고 사이펀관에 물이 가득 찬 상태에서 사이펀관에 설치된 밸브에 가해지는 수압이 종래의 사이펀 취수장치에 비해서 경감되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 사이펀은 낙차가 적고, 물의 흐름에 버블을 생성시켜서 수격을 줄일 수 있으므로, 사이펀관의 밸브에 가해지는 충격이 줄어들고, 사이펀관에서 발생할 수 있는 진동이 줄어들며, 결과적으로 사이펀 취수장치가 안정적으로 작동되며 고장에 대한 염려도 줄어든다.

도 1은 본 발명에 따른 체적관이 포함된 사이펀 취수장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다양한 형태의 체적관을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어부가 포함된 사이펀 취수장치를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다양한 형태의 제어부를 보여주는 개념도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 체적관을 가진 사이펀 취수장치를 보여주는 개념도이다. 사이펀 취수장치가 설치되어 취수를 할 수 있는 곳은 저수지, 댐 등 취수 또는 배수될 물이 고여 있는 곳이다. 상향관(1)의 일단은 유입구가 되며, 유입구는 상기 저수지 또는 댐에 있는 물 속에 잠겨 있게 된다. 유입구로 유입된 물은 평행관(2)과 하향관(3)을 통과해서 이송된다.

사이펀 현상이 일어나기 위해서는 하향관 끝단의 높이가 저수지의 수위보다 낮아야 한다. 저수지의 수위(h0)와 하향관 끝단의 고도(h3)의 차이로 사이펀 현상이 일어날 수 있다. 상향관의 일단을 이루는 유입구의 고도(h1)와 하향관 끝단의 고도(h3)는 동일한 높이이며, 유입구는 항상 물에 잠겨 있으므로 결과적으로 하향관 끝단의 고도(h3)는 수위(h0)보다 낮은 곳에 위치하게 되며, 사이펀이 작동할 수 있는 기본 요건을 만족시키게 된다. 사이펀관으로 물이 흘러 나가고, 수위가 낮아지면, 수위 차이(△h03 = h0-h3)가 줄어들고, 흐르는 물의 유속도 감소하게 된다. 사이펀 현상이 일어나기 위해서는 상향관의 끝인 유입구가 수면 아래에 있어야만 한다. 따라서 수위가 낮아지는 경우를 대비해서 수면 아래 가장 낮은 쪽에 유입구가 위치하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 유입구를 높이별로 2개 이상 형성하거나 유입구가 수면에 연동되어 상하로 이동하도록 구성할 수도 있다.

상향관과 평행관 그리고 하향관으로 이루어진 사이펀관에 물이 차 있는 경우에는 사이펀 현상이 일어나서 물이 연속적으로 흐르게 된다. 하지만 사이펀관이 비어 있는 경우에는 사이펀관을 시동시키기 위해서 사이펀관을 물로 채워야만 한다. 이러한 시동 과정에 필수적인 것이 평형관에 연결된 급수관(21)과 체적관(4), 그리고 조절밸브(7)이다.

사이펀관을 시동시키는 단계는 다음과 같다. 먼저, 체적관(4) 끝에 있는 조절밸브(7)를 닫는다. 그리고 급수관(21)에 달린 급수밸브(22)를 열고, 사이펀관 내부로 물을 넣어서, 하향관과 체적관을 물로 가득 채운다. 급수밸브(22)를 잠근 후에, 마지막 단계로서 조절밸브를 열면 사이펀 현상에 의해 물이 이송된다. 이 때 급수에 필요한 물은 양수펌프 등을 이용하여 공급할 수 있다.

시동 과정의 마지막 단계에서 조절밸브를 열면, 사이펀관 내의 물이 아래로 흘러 나가면서 상향관의 끝의 유입구로는 물이 유입된다. 이 때 새롭게 유입된 물이 끊어짐 없이 체적관의 조절밸브 위치까지 오기 위해서는 상향관 내부의 부피(v1)와 평행관 내부의 부피(v2)를 합한 값보다 체적관 내부의 부피(v4)가 더 커야만 한다. 식으로 나타내면 다음과 같다.

(v1+v2) < (v4)

즉, 사이펀을 시동시키기 위해서 필요한 체적관의 길이는 동일한 관경의 파이프로 구성한다면 상향관과 평형관의 길이를 더한 만큼의 길이가 필요하게 된다.

사이펀 현상에 의해서 사이펀관에 물이 흐르는 상태에서 조절밸브(7)를 닫게 되면, 물의 흐름은 끊어지지만 사이펀관 내에는 물이 계속 차 있는 상태가 지속된다. 이 경우에는 별도의 사이펀 시동과정이 필요 없다. 즉, 조절밸브를 다시 열면 사이펀관을 통하여 물이 흐르게 된다. 따라서 최초에 사이펀관을 시동시킬 때, 또는 사이펀관을 완전히 비웠을 때만 새롭게 시동을 하기위해서 급수가 필요하다. 일단 가동되는 사이펀관을 멈추었을 때는 별도의 시동과정 없이 사이펀을 즉시 다시 가동시킬 수 있다.

조절밸브(7)은 사이펀 시동과정에 꼭 필요하다. 그리고 사이펀 취수장치가 작동할 때 유량을 조절하는 데도 유용하게 쓰인다. 조절밸브를 이용하여 밸브 양단의 압력차를 만들 수 있으며, 결과적으로 유량을 조절할 수 있다.

사이펀 현상에 의한 흐름을 완전히 중지시키기 위해서는 사이펀관에 설치된 에어밸브(26)를 사용해야 한다. 사이펀관으로 물이 흐를 때는 사이펀관 내부는 대기압보다 낮으므로, 에어밸브(26)를 열면 대기의 공기가 에어관(25)를 통하여 사이펀관으로 유입된다. 사이펀관에 유입된 공기에 의해서 물의 흐름이 끊어지며, 사이펀 현상은 중지된다. 에어밸브는 사이펀 시동과정에서는 물론이고, 사이펀 현상이 유지되는 동안은 항상 닫혀 있어야 한다.

사이펀 취수장치에는 시동 장치가 필요하므로, 결과적으로 사이펀 취수장치는 사이펀관에 체적관이 연장된 형태가 된다. 따라서 전체 사이펀 취수장치에 걸리는 수압은 저수지 수면과 하향관 끝단 사이의 수위 차이에 해당하는 수압(△h03)에 체적관이 가지는 수압(△h34)이 합해진 압력이다. 체적관이 길게 아래로 형성되는 경우에는 체적관에서 발생하는 수압(△h34)이 상당히 커지게 되고, 이에 비례해서 유속도 빨라지며, 조절밸브에 가해지는 수격에 의한 충격량도 커지게 된다.

체적관(4)에 버블밸브(62)를 설치하여 과도한 유속과 수격을 줄일 수 있다. 체적관 내부의 압력은 대기압보다 높다. 그러나 내부에 물의 흐름이 있을 때, 베이누이의 원리에 의해서 물의 흐름에 수직방향으로는 압력이 낮아진다. 즉 체적관(4)에 설치된 버블밸브(62)를 열면, 버블관(61)을 통해서 대기의 공기가 체적관 내부로 빨려 들어갈 수 있다. 체적관으로 유입된 공기는 물의 흐름에 섞이면서 물 속에는 많은 버블이 생기게 되며, 이들 버블로 인해서 조절밸브(7)에 가해지는 수격은 현저히 줄어들 수 있다. 또한 물의 흐름으로 인해서 조절밸브 밖의 수로에 가해지는 수격도 현저히 줄어들 수 있다.

버블밸브(62)에 의한 공기 유입은 체적관(4)의 진동을 줄이는 효과도 있다. 체적관의 길이에 비례해서 체적관 내부의 흐름은 중력가속도에 의해서 더욱 빨라지고, 체적관에서 유출되는 유속은 체적관에 유입되는 유속보다 더 빠르게 된다. 따라서 체적관의 유입구와 유출구가 동일한 관경인 경우에, 유출구를 통과하는 물줄기는 단면적이 더 작아지게 되며, 유출구에서는 작아진 물줄기와 체적관 사이에 틈이 발생하고, 외부의 공기가 유출구를 거슬러서 관 내로 들어오게 된다. 즉, 중력가속도에 의해서 관의 위치에 따라서 유속이 달라지면, 관 내의 흐름이 불안해지고 관에는 진동이 발생하는 것이다. 버블밸브를 이용하여 물이 유입되는 쪽에서 체적관 내로 공기를 주입하면, 체적관 내의 유속 변화로 인하여 발생하는 진동을 줄일 수 있다.

체적관 내에 물이 차 있는 경우에는 체적관 내의 수압이 대기압보다 높다. 하지만, 체적관 내의 물이 일정 속도 이상의 유속을 가지고 흐르면, 체적관에 이어진 버블관에 음압이 발생한다. 따라서 압력차이에 의해서 자동으로 개폐되고, 공기가 한 쪽 방향으로만 흐르게 되는 체크밸브를 버블밸브로 설치하는 것이 바람직하다.

조절밸브(7)를 통과한 물의 흐름이 체적관(4) 밖의 수로 등에 가해지는 수격을 줄이기 위해서 체적관(4)에 전환관(5)을 연장 설치할 수도 있다. 전환관(5)는 곡관의 형태를 가지며, 하향으로 흐르던 물의 흐름 방향을 수평 또는 상향으로 전환시킬 수 있다. 전환관이 있는 경우에도 버블밸브(62)를 활용함으로써, 전환관의 바닥에 가해지는 수격에 의한 충격량를 완화시킬 수 있다.

전환관이 있는 경우에는, 전환관의 유출구에 형성되는 수위가 새로운 최종 수위가 되며, 전환관 유출구의 수위(h5)와 저수지의 수위(h0)가 사이펀 효과를 유지하는 기본 위치 차이가 된다. 전환관은 흐름의 방향을 수평 또는 상향으로 전환하여 유속을 낮출 수도 있으며, 전환관 유출구의 수위(h5)를 높여서 유속을 낮출 수도 있다.

전환관 내부의 물을 제거할 수 있는 드레인밸브가 상기 전환관의 하부에 설치될 수 있다. 동절기의 동파 등을 대비해서 사이펀 취수장치 전체에서 물을 모두 제거해야 할 필요가 있을 때, 드레인밸브는 매우 유용하다. 드레인밸브를 이용하여 전환관 내부의 물을 간단히 제거할 수 있고, 바닥에 고이는 여러가지 불순물들도 쉽게 청소할 수 있다.

사이펀 취수장치의 시동을 위해서는, 상향관 내부의 부피(v1)와 평행관 내부의 부피(v2)를 합한 값보다 체적관 내부의 부피(v4)가 더 커야만 한다. 동일한 관경의 파이프로 구성한다면 상향관과 평형관의 길이를 더한 만큼의 긴 길이를 가진 체적관이 필요하다. 체적관의 길이가 늘어나면 비용도 증가하고, 상대적으로 고도차도 커지므로 체적관을 통과하는 물의 수격에 의한 충격량도 커지고, 사이펀관에 물이 가득차 있는 경우에는 조절밸브(7)에 걸리는 수압도 커지게 된다. 체적관에서 필요한 것은 체적이므로 관의 길이는 짧게 하되, 체적을 늘리는 형태가 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 다양한 형태의 체적관(4)을 보여주는 개념도이다. 도 2 (a)는 체적관의 중간부분을 확장하여 공간을 확보한 경우이며, 도 2 (b)는 바이패스(by-pass) 관을 설치해서 별도의 공간을 확보한 경우이다. 두 경우 모두 체적관의 길이는 줄였으며, 내부 공간은 확보하되, 내부 공간이 물의 흐름에 끼치는 영향을 최소화할 수 있는 구조이다.

도 3은 본 발명에 따른 체적관을 가진 사이펀 취수장치를 보여주는 개념도이다. 상향관(1)의 일단은 유입구가 되며, 유입구는 저수지 또는 댐에 있는 물 속에 잠겨 있게 된다. 유입구로 유입된 물은 평행관(2)과 하향관(3)을 통과해서 이송된다. 이 때 사이펀 현상이 일어나기 위해서는 하향관 끝단의 높이가 저수지의 수위보다 낮아야 한다. 저수지의 수위(h0)와 하향관 끝단의 고도(h3)의 차이로 사이펀 현상이 일어날 수 있다. 상향관의 일단을 이루는 유입구의 고도(h1)와 하향관 끝단의 고도(h3)는 동일한 높이이며, 유입구는 항상 물에 잠겨 있으므로 결과적으로 하향관 끝단의 고도(h3)는 수위(h0)보다 낮은 곳에 위치하게 되며, 사이펀이 작동할 수 있는 기본 요건을 만족시키게 된다. 사이펀관으로 물이 흘러 나가고, 수위가 낮아지면, 수위 차이(△h03 = h0-h3)가 줄어들고, 흐르는 물의 유속도 감소하게 된다. 사이펀 현상이 일어나기 위해서는 상향관의 끝인 유입구가 수면 아래에 있어야만 한다. 따라서 수위가 낮아지는 경우를 대비해서 수면 아래 가장 낮은 쪽에 유입구가 위치하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 유입구를 높이별로 2개 이상 형성하거나 유입구가 수면에 연동되어 상하로 이동하도록 구성할 수도 있다.

상향관과 평행관 그리고 하향관으로 이루어진 사이펀관에 물이 차 있는 경우에는 사이펀 현상이 일어나서 물이 연속적으로 흐르게 된다. 하지만 사이펀관이 비어 있는 경우에는 사이펀관을 시동시키기 위해서 사이펀관을 물로 채워야만 한다. 이 시동 과정에 필수적인 것이 제어부(6)이다.

제어부(6)은 물이 유입되고 유출되는 양단이 모두 상부에 설치되며, 내부 체적(v6)이 상기 평행관(2)의 내부체적(v2)과 상기 상향관(1)의 내부체적(v1)을 합한 것 보다 더 크다. 따라서 물이 유입되는 부분에 대부분의 내부 공간이 형성된다. 제어부로 유입되는 물이 가지는 수격을 내부 공간에 가득 찬 물이 흡수하게 되는 구조이다. 즉 앞서 도 1에 나타난 체적관과 전환관의 역할을 도 3에 나타난 제어부가 하게 된다. 이 경우에, 전환관의 내부부피도 시동과정에 이용할 수 있으므로 경제적인 장치 구성이 가능하다.

사이펀관을 시동시키는 단계는 다음과 같다. 먼저, 제어부(6)의 유출구에 설치된 제어밸브(8)와 제어부(6)의 하부에 설치된 시동밸브(66)를 모두 닫는다. 그리고 급수관(21)에 달린 급수밸브(22)를 열고, 사이펀관 내부로 물을 넣어서, 하향관(3)과 제어부(6)를 물로 가득 채운다. 급수밸브(22)를 잠근 후에, 시동밸브(66)을 열면 사이펀 현상으로 물이 이송된다. 일단 사이펀이 가동되면 이번에는 시동밸브(66)을 잠근다. 이 상태가 되면 사이펀관 내부는 물로 가득 차 있으며, 제어벨브(8)를 열면 즉시 사이펀 작용으로 물이 이송될 수 있다. 제어밸브는 사이펀 작용으로 흐르는 물의 유량을 제어하는데도 이용된다.

시동 과정에서 시동밸브를 열면, 사이펀관 내의 물이 아래로 흘러 나가면서 상향관의 끝의 유입구로는 물이 유입된다. 이 때 새롭게 유입된 물이 끊어짐 없이 제어부의 유입구까지 오기 위해서는, 상향관 내부의 부피(v1)와 평행관 내부의 부피(v2)를 합한 값보다 제어부 내부의 부피(v6)가 더 커야만 한다. 식으로 나타내면 다음과 같다.

(v1+v2) < (v6)

사이펀관으로 사이펀 현상에 의해서 물이 흐르는 상태에서 제어밸브(8)을 닫게 되면, 물의 흐름은 끊어지지만 사이펀관 내에는 물이 계속 차 있는 상태가 지속된다. 이 경우에는 별도의 사이펀 시동과정이 필요 없다. 즉, 조절밸브를 다시 열면 사이펀관을 통하여 물이 흐르게 된다. 따라서 최초에 사이펀관을 시동시킬 때, 또는 사이펀관을 완전히 비웠을 때만 새롭게 시동을 하기위해서 급수가 필요하고, 시동밸브의 조작이 필요하다. 일단 가동되는 사이펀관을 멈추었을 때는 별도의 시동과정 없이 사이펀을 다시 가동시킬 수 있다.

제어밸브(8)는 사이펀 시동과정에 꼭 필요하다. 그리고 사이펀 취수장치가 작동할 때 유량을 조절하는 데도 유용하게 쓰인다. 조절밸브를 이용하여 밸브 양단의 압력차를 만들 수 있으며, 결과적으로 유량을 조절할 수 있다.

사이펀 현상에 의한 흐름을 완전히 중지시키기 위해서는 사이펀관에 설치된 에어밸브(26)를 사용해야 한다. 사이펀관으로 흐르는 물이 일정 속도 이상이 되면 사이펀관의 횡압은 대기압보다 낮으므로, 에어밸브(26)를 열면 대기의 공기가 에어관(25)를 통하여 사이펀관으로 유입된다. 사이펀관에 유입된 공기에 의해서 물의 흐름이 끊어지며, 사이펀 현상은 중지된다. 에어밸브는 사이펀 시동과정에서는 물론이고, 사이펀 현상이 유지되는 동안은 항상 닫혀 있어야 한다.

사이펀 취수장치에 걸리는 수압은 저수지 수면과 제어부의 유입구 사이의 수위 차이(△h03)에 해당하는 수압에 제어부의 유입구와 유출구 사이의 수위 차이(△h36)에 의한 수압을 더한 값이다. 이 때 시동에 필요한 대부분의 공간이 제어부 양 단의 아래에 위치하므로, 유입구와 유출구 사이의 수위 차이를 매우 작게 형성할 수 있다. 제어부의 유입구와 유출구 사이의 수위를 낮추는 것은 사이펀 작용으로 흐르는 물의 유속을 줄이는데 매우 유용하다. 유속을 줄여서 흐름에 의한 수격을 줄일 수 있으며, 안정적 흐름을 만들 수 있게 된다.

제어부의 유입구와 유출구 사이의 수위를 낮추면, 제어밸브에 걸리는 압력이 낮아진다. 즉 밸브를 잠그고 있는 상태에서도 제어밸브에 걸리는 압력이 낮아지므로 밸브 고장의 염려가 적으며, 유지 관리비도 절감되는 이점이 있다.

제어부에 유입되는 물의 흐름은 제어부의 몸체에 해당하는 넓은 부분에 있는 물에 부딪히면서 흐름이 완만하게 되므로 수격에 의한 충격도 약화된다. 이 경우에도 물에 버블이 있으면 충격 흡수가 더욱 효과적으로 이루어진다. 이를 위하여 제어부의 유입부 주변에 버블밸브(62)를 설치하고, 공기가 제어부로 유입되도록 할 수 있다. 버블밸브로는 압력차이에 의해서 자동으로 개폐되고, 공기가 한 쪽 방향으로만 흐르게 되는 체크밸브를 설치하는 것이 바람직하다.

제어부 하단에 설치되는 시동밸브는 시동 과정에서 중요한 역할을 한다. 동절기의 동파 등을 대비해서 사이펀 취수장치 전체에서 물을 모두 제거해야 할 필요가 있을 때에도 시동밸브는 매우 유용하다. 시동밸브를 이용하여 제어부 내부의 물을 간단히 제거할 수 있고, 제어부 바닥에 고이는 여러가지 불순물들도 쉽게 청소할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 다양한 형태의 제어부(6)를 보여주는 개념도이다. 도 4 (a)는 제어부가 짧은 길이에 비해 큰 부피를 가질 수 있도록 부분적으로 확장되어 있는 경우이며, 도 4(b)는 제어부 아래의 별도의 공간에 연결되어 제어부의 내부공간을 확보한 경우이다. 두 경우 모두 시동에 필요한 내부 공간을 확보하면서, 수격에 의한 충격을 효과적으로 줄일 수 있는 구조이다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

1: 상향관 2: 평행관
3: 하향관 4: 체적관
5: 전환관 6: 제어부
7: 조절밸브 8: 제어밸브
21: 급수관 26: 에어밸브
42, 62: 버블밸브 56: 드레인밸브
66: 시동밸브

Claims (7)

1. 사이펀관의 가장 높은 곳에 위치하며 관의 양단의 고도가 동일한 평행관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 물이 유입되는 유입구가 있으며 상기 유입구는 유입될 물의 수면 아래에 잠기어 있는 상향관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 상기 상향관의 유입구와 동일한 고도를 갖는 하향관으로 이루어진 사이펀관과;
   높은 쪽 일단은 상기 하향관의 낮은 쪽 일단에 연결되며, 낮은 쪽 일단에 물의 흐름을 제어할 수 있는 조절밸브가 설치되며, 상기 평행관의 내부체적과 상기 상향관의 내부체적을 합한 것보다 더 큰 내부체적을 갖는 체적관을 포함하여 구성되며;
   사이펀 시동에 필요한 급수를 위한 급수관이 상기 평행관 또는 상기 하향관에 연결되어 있으며, 공기를 주입하여 사이펀 작동을 멈출 수 있는 에어밸브가 상기 사이펀관에 설치되어 있으며, 공기를 주입하여 상기 조절밸브에 가해지는 수격을 완화할 수 있는 버블밸브가 상기 체적관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   
2. 제1청구항에 있어서,
   상기 버블밸브는 압력차에 의해서 작동하며, 한 방향으로만 유체가 흐를 수 있는 체크밸브인 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   
3. 제1청구항에 있어서
   상기 체적관이 짧은 길이에 비해 큰 부피를 가질 수 있도록, 부분적으로 확장되어 있거나, 상기 체적관에 하나 이상의 바이패스(by-pass)관이 설치된 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   
4. 제1청구항에 있어서
   곡관의 형태를 가지며, 하향으로 흐르던 물의 흐름 방향을 수평 또는 상향으로 전환시키는 전환관이 상기 체적관의 일단에 연결되어 있으며,
   상기 전환관 내부의 물을 제거할 수 있는 드레인밸브가 상기 전환관의 하부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   
5. 사이펀관의 가장 높은 곳에 위치하며 관의 양단이 고도가 동일한 평행관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 물이 유입되는 유입구가 있으며 상기 유입구는 유입될 물의 수면 아래에 잠기어 있는 상향관과, 높은 쪽 일단은 상기 평행관의 일단에 연결되며 낮은 쪽 일단은 상기 상향관의 유입구와 동일한 고도를 갖는 하향관으로 이루어진 사이펀관과;
   물이 유입되고 유출되는 양단이 모두 상부에 설치되며, 물이 유입되는 일단은 상기 하향관의 일단에 연결되며, 물이 유출되는 일단에는 물의 흐름을 제어할 수 있는 제어밸브가 설치되어 있으며, 내부 체적이 상기 평행관의 내부체적과 상기 상향관의 내부체적을 합한 것 보다 더 크며, 내부의 물을 제거할 수 있는 시동밸브가 하부에 설치되어 있는 제어부를 포함하여 구성되며;
   사이펀 시동에 필요한 급수를 위한 급수관이 상기 평행관 또는 상기 하향관에 연결되어 있으며, 공기를 주입하여 사이펀 작동을 멈출 수 있는 에어밸브가 상기 사이펀관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   
6. 제5청구항에 있어서,
   공기를 주입하여 상기 제어밸브에 가해지는 수격을 완화할 수 있는 버블밸브가 상기 제어부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   
7. 제5청구항에 있어서,
   상기 제어부가 짧은 길이에 비해 큰 부피를 가질 수 있도록, 부분적으로 확장되어 있거나, 상기 제어부가 하나 이상의 별도의 공간에 연결된 것을 특징으로 하는 사이펀 취수 장치.
   

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