KR102033592B1 - 지능형 염소 투입장치 및 이를 포함한 상수도 통합관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원수에 투입할 차아염소산나트름(NaOCl) 수용액에서 보관 중에 발생하는 클로레이트의 유해성을 고려하여, 클로레이트 농도의 온도 상관성에 근거한 사용한계시간에 따라 유효사용시간을 산정하고, 유효사용시간으로 차아염소산나트륨 수용액의 투입 여부를 결정하며, 이에 수질 기준을 충족하는 원수를 안전하면서 안정적으로 공급할 수 있게 하며, 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 보다 정확하게 검출함으로써, 정량의 잔류염소농도에 의해 염소의 소독 효과를 극대화한 지능형 염소 투입장치 및 이를 포함한 상수도 통합관리 시스템에 관한 것으로서, 원수 유량, 약품탱크(140)에 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도 및 원수에 필요한 설정잔류염소농도에 따라 투입량을 조절하는 한편, 약품탱크(140)에서 검출한 온도 변화에 따라 차아염소산나트륨의 유효사용시간을 산정하여 사용한계시간에 도달할 시에 알람한다.
Description
본 발명은 원수에 투입할 차아염소산나트름(NaOCl) 수용액에서 보관 중에 발생하는 클로레이트의 유해성을 고려하여, 클로레이트 농도의 온도 상관성에 근거한 사용한계시간에 따라 유효사용시간을 산정하고, 유효사용시간으로 차아염소산나트륨 수용액의 투입 여부를 결정하며, 이에 수질 기준을 충족하는 원수를 안전하면서 안정적으로 공급할 수 있게 하며, 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 보다 정확하게 검출함으로써, 정량의 잔류염소농도에 의해 염소의 소독 효과를 극대화한 지능형 염소 투입장치 및 이를 포함한 상수도 통합관리 시스템에 관한 것이다.
수처리 공정 중의 살균소독 공정은 거의 대부분 염소계 소독제를 사용하고, 특히, 상수도 처리 공정에 있어서는 90% 이상을 염소계 소독제인 염소, 차아염소산나트륨, 차아염소산칼슘 등을 사용하고 있다.
최근에는, 염소의 독성과, 염소 사용에 따른 안전관리 문제 등에 의해서, 차아염소산나트륨 수용액을 많이 사용하고 있다.
그런데, 차아염소산나트륨은 다른 염소계 소독제와 마찬가지로 매우 불안정한 물질로서 자기 분해되거나 증발하는 특성을 가지고 있어서, 보관 시간의 경과에 따라 유효 염소농도가 감소하게 된다. 특히, 온도에 따른 영향을 매우 크게 받아서, 유효 염소농도의 감소 속도가 온도가 높을수록 낮은 온도에 비해 현저하게 높아진다.
이에 따라, 차아염소산나트륨 수용액을 보관하며 원수에 투입하는 경우, 유효 염소농도를 수시로 확인하여 적절한 양을 원수에 투입하여야 하므로, 출원인은 유효염소농도를 수시로 정확하게 검출하며 운영할 수 있는 약품투입장치를 창안하여 등록특허 제10-1543299호로 등록받았다.
그렇지만, 직접 측정 방식을 적용하기 위한 측정장치를 별도 구비하여야 하므로, 설치 운용 비용의 증가와 관리의 어려움이 있으며, 이에, 유효 염소농도의 감소 패턴을 반영한 데이터에 근거하여 자동으로 측정할 수 있는 기술이 필요하다. 즉, 데이터에 근거한 측정방식을 적용함에 있어서, 유효 염소농도를 보다 정확하게 얻을 수 있어야 한다.
또한, 차아염소산나트륨 수용액에서는 보관 중에 클로레이트라는 유해성 물질이 발생하므로, 클로레이트의 농도에 따라 사용을 제한할 필요가 있는 데, 등록특허 제10-1543299호에서는 이를 위한 기술이 포함되어 있지 않았다.
환경부 기준에 따르면 차아염소산나트륨 수용액을 보관할 시에 클로레이트 농도에 따라 사용 한계 시간을 정하고 있고, 이러한 사용 한계 시간은 실험 결과에 따라 보관 온도별로 정해져 있다.
결국, 클로레이트 농도에 따라 제한된 사용 한계 시간을 반영하여 차아염소산나트륨 수용액의 사용을 제한할 수 있는 기술이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 유해성 물질인 클로레이트 농도의 온도 상관성에 근거하여 제한된 사용시간을 반영하여, 사용 시간을 제한할 수 있고, 온도에 따른 유효 염소농도의 감소를 데이터에 근거하여 획득하되, 보다 정확한 값으로 획득할 수 있는 기반을 마련하여서, 수질기준을 만족하는 적합한 원수를 공급할 수 있게 하는 지능형 염소 투입장치 및 이를 포함한 상수도 통합관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차아염소산나트륨 수용액을 관로의 원수에 투입하는 지능형 염소 투입장치에 있어서, 관로(2)에 설치하여 원수의 유량을 검출하는 유량감지기(120); 관로(2)에 설치하여 원수에 약품을 투입하는 약품투입기(130); 내부에 투입한 차아염소산나트륨 수용액을 온도센서(141)로 온도 검출하며 저장하는 약품탱크(140); 상기 약품탱크(140)의 차아염소산나트륨 수용액을 상기 약품투입기(130)에 공급하는 정량펌프(150); 상기 약품탱크(140)에 저장되어 있는 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 획득하는 유효 염소농도 획득수단을 포함하고, 원수의 설정잔류염소농도를 위해 투입할 차아염소산나트륨 수용액의 유량을 원수 유량 및 유효 염소농도에 따라 산정하여 상기 정량펌프(150)로 투입되게 하며, 차아염소산나트륨 수용액에서 발생하는 클로레이트 농도의 온도 상관성에 근거하여 차아염소산나트륨 수용액의 사용한계시간이 설정되어 있어, 약품탱크(140)에서 검출한 온도 변화에 따라 차아염소산나트륨의 유효사용시간을 산정하여 사용한계시간에 도달할 시에 알람하거나 또는 차아염소산나트륨 수용액의 투입을 차단하는 컨트롤러(110); 를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)는 안전 계수(safety factor)를 적용한 유효사용시간을 사용한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사용한계시간은 온도별로 설정되어 있고, 상기 컨트롤러(110)는 차아염소산나트륨 수용액을 상기 약품탱크(140)에 투입한 시점부터 온도 변화를 검출하여, 보관 시간 증가분 △t와 △t 동안의 평균 온도 T에 대응되는 사용한계시간 tmax 사이의 비율인를 보관 시간의 경과에 따라 순차적으로 누적하여 유효사용시간을 산정하고, 유효사용시간이 1이 될 시에 알람한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)는 상기 유효사용시간에 1 을 초과하는 안전 계수(safety factor)를 곱셈하여 1이 될 시에 알람한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)는 상기 보관 시간 증가분 △t를 일정 주기의 값으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)는 기설정 온도 변화량만큼 온도가 변동할 시에, 해당 시간 간격을 상기 보관 시간 증가분 △t로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)는 상기 보관 시간 증가분 △t를 세부 구간으로 나눈 후, 세부 구간별 평균 온도에 세부 구간의 크기에 따른 가중치를 적용하여 평균 온도 T를 산정하고, 산정한 평균 온도 T에 대응되는 사용한계시간 tmax를 적용하여 상기 유효사용시간을 산정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)는 사용한계시간이 설정되어 있지 아니한 온도 T에 대해서는 근접한 온도의 사용한계시간을 적용한 보간법으로 사용한계시간을 얻어 사용한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 약품탱크(140)에는 나선형으로 감아 원통형 형상을 갖게 한 냉각코일(160)을 차아염소산나트륨 수용액에 잠기게 수용하되, 내접하는 복수의 수직 지지관(161)으로 지지하게 하되, 수직 지지관(161)에 조성한 홈(161a)에 의해 부분적으로 매립되게 하여 하부로 늘어지는 것을 방지하게 되어 있고, 냉각코일(160)에 냉각 냉매를 순환시켜 차아염소산나트륨 수용액의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기(170); 를 더욱 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 약품탱크(140)의 차아염소산나트륨 수용액을 취수한 후 원수로 희석하여, 희석액의 염소농도를 측정하는 유효 염소농도 측정장치(180)를 더욱 포함하고, 상기 유효 염소농도 획득수단은 희석 비율에 따라 염소농도를 환산하여 유효 염소농도를 얻는다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)의 유효 염소농도 획득수단은 보관 시간의 경과에 따른 유효 염소농도의 감소를 나타내는 온도별 시간-농도 상관 데이터 중에, 일정 주기의 △t 동안 검출한 온도의 평균 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 적용하여 유효 염소농도를 획득한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(110)의 유효 염소농도 획득수단은 기설정 온도 변화량만큼 온도가 변동할 시에, 해당 시간 간격 동안에 검출한 온도의 평균 온도를 시간 경과에 따라 가중치를 부여하여 산정하고, 보관 시간의 경과에 따른 유효 염소농도의 감소를 나타내는 온도별 시간-농도 상관 데이터 중에, 산정한 평균 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 적용하여 유효 염소농도를 획득한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상수도 통합관리 시스템에 있어서, 상기한 지능형 염소 투입장치(100); 및 지능형 염소 투입장치(100)의 동작 상황 정보 및 알람 정보를 수신하여, 저장 관리하고, 관리자 PC(20) 또는 관리자 소유의 이동통신단말기(30)에서 조회할 수 있게 하되, 알람 정보는 실시간 전달하는 중앙 서버(10);를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 차아염소산나트륨에서 발생하는 클로레이트의 농도를 수질 기준에 적합한 농도 이하로 유지할 시에만 차아염소산나트륨의 투입을 허용하게 하므로, 클로레이트의 유해성에 대한 우려 없이 수질 기준에 적합한 원수를 안전하게 공급할 수 있게 하며, 더욱이, 클로레이트 농도의 온도 상관성에 근거하여 설정한 차아염소산나트륨 수용액의 사용한계시간에 따라 유효사용시간을 산정하므로, 실험치로 얻을 수 있는 클로레이트의 농도를 검출하지 않아도 되며, 이에, 클로레이트의 농도에 따른 수질 기준을 충족하면서, 간소하게 구성할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 보관 시간 증가분 및 보관 시간 증가분의 평균 온도에 대응되는 사용한계시간 사이의 비율에 따라 유효사용시간의 증가량을 산정하는 방식으로 누적 유효사용시간을 획득하므로, 보관 온도가 변동하더라도 클로레이트 농도의 온도 상관성을 정확하게 반영한 지표를 사용할 수 있고, 그만큼 클로레이트 농도의 적합성을 정확하게 판단하고, 보다 안전한 원수를 공급하게 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 견고하면서 차아염소산나트륨 수용액의 유동을 원활하게 하고 낮은 수위에서도 충분히 냉각하게 구성되어 있는 냉각코일(160)로 온도를 낮출 수 있으므로, 차아염소산나트륨 수용액의 사용 가능 시간을 늘릴 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 구간별 온도를 적절하게 선택하여 유효 염소농도를 정확하게 검출하고, 유효사용시간도 정확하게 산정하여, 설정잔류염소농도를 갖도록 차아염소산나트륨 수용액의 투입량을 조절하면서, 차아염소산나트륨 수용액도 사용한계시간만큼 충분히 사용할 수 있게 하며, 이에, 차아염소산나트륨 수용액을 낭비 없이 적절하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)를 간이 상수도에 설치한 사용 상태 및 상수도 통합관리시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시한 지능형 염소 투입장치(100)의 내부를 보여주는 투시 확대도.
도 3은 약품탱크(140) 내부에 수용한 냉각코일(160)의 사시도(a) 및 측면도(b)와, 냉각코일(160)을 지지하는 수직 지지관(161)의 사시도.
도 4는 컨트롤러(110)의 블록 구성도.
도 5는 출력부(113)의 화면 구성을 예시한 도면.
도 6은 차아염소산나트륨 수용액의 보관 온도, 보관 시간 경과 및 유효 염소농도 간의 상관성과, 차아염소산나트륨 수용액에서 발생한 클로레이트 농도에 따라 환경부에서 정한 사용한계시간을 보여주는 그래프.
도 7은 연속 변동하는 온도의 구간별 평균치를 얻는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)를 간이 상수도에 설치한 사용 상태 및 상수도 통합관리시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시한 지능형 염소 투입장치(100)의 내부를 보여주는 투시 확대도.
도 3은 약품탱크(140) 내부에 수용한 냉각코일(160)의 사시도(a) 및 측면도(b)와, 냉각코일(160)을 지지하는 수직 지지관(161)의 사시도.
도 4는 컨트롤러(110)의 블록 구성도.
도 5는 출력부(113)의 화면 구성을 예시한 도면.
도 6은 차아염소산나트륨 수용액의 보관 온도, 보관 시간 경과 및 유효 염소농도 간의 상관성과, 차아염소산나트륨 수용액에서 발생한 클로레이트 농도에 따라 환경부에서 정한 사용한계시간을 보여주는 그래프.
도 7은 연속 변동하는 온도의 구간별 평균치를 얻는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)를 간이 상수도에 설치한 사용 상태 및 상수도 통합관리시스템의 구성을 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명함에 있어서, 공지의 구성요소 또는 그 구성요소의 작용에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 본 발명이 설치 사용되는 공지의 급수시설에 대해서도 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)를 간이 상수도에 설치한 사용 상태 및 지능형 염소 투입장치(100)를 포함한 상수도 통합관리시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1에 예시한 간이 상수도는 관정 파이프(1b)를 관정 맨홀(1a)로 보호하게 한 관정(1)에서 관정 파이프(1b)로 취수한 원수(예를 들어 지하수)를 관로(2)을 통해 물탱크(3)로 송수하게 하여, 수용가에게 공급할 수 있게 한 급수시설로서, 원수를 살균 소독하기 위해서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)가 설치되어 있다.
지능형 염소 투입장치(100)는 유량 신호선(121)으로 연결되는 유량감지기(120)와, 약품 주입호스(131)로 연결되는 약품투입기(130)와, 유효 염소농도를 측정하기 위한 유효 염소농도 측정장치(180)를 관정 맨홀(1a)에 설치하게 구성된다.
상기 유량감지기(120)는 관정 파이프(1b)로 취수하여 관로(2)를 통해 물탱크(3)에 송수하는 원수의 유량을 검출한다.
상기 약품투입기(130)는 살균 소독을 위한 약품(본 발명에서는 차아염소산나트륨 수용액)을 관로(2) 내에 주입하여 물탱크(3)로 송수되는 원수에 혼합되게 하며, 관로(2)에 구멍 형태로 형성한 단순한 투입구로 구성할 수도 있지만, 관로(2) 내부로 분사할 수 있는 노즐이나 인젝션 렌서로 구성할 수도 있다.
상기 유효 염소농도 측정장치(180)는 후술하는 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액을 공급받아 원수로 희석하여 저농도 희석액의 염소농도를 측정하는 장치로서, 현실적으로 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 고농도의 차아염소산나트륨 수용액에 대해 직접 염소농도를 측정하기 어려우므로, 현실적으로 저농도 측정이 가능한 염소센서를 이용하여 희석액의 염소농도를 측정하고, 측정한 염소농도를 환산하여 유효 염소염도를 얻게 하며, 하기에서 상세히 설명한다.
한편, 상기 유량감지기(120), 약품투입기(130)는 관정 맨홀(1a)에 설치하지 아니하고, 대신에, 관정 맨홀(1a)과 물탱크(3)를 연결하는 관로(2) 상에 핸드홀을 설치하고, 그 핸드홀 내에 설치하여도 좋다.
그렇지만, 차아염소산나트륨 수용액을 투입하기 이전의 원수를 희석액으로 사용하는 것이 유효 염소농도 측정의 정확성을 높일 수 있으므로, 상기 유효 염소농도 측정장치(180)는 관정 맨홀(1a)에 설치하는 것이 바람직하다.
물론, 지능형 염소 투입장치(100)를 관정 맨홀(1a)의 내부에 설치하는 것도 가능하고, 관로(2) 상에 별도의 맨홀을 설치하고, 그 맨홀의 내부에 설치하는 것도 가능하고, 지능형 염소 투입장치(100)를 지상에 설치하여 관로(2)를 통과되게 하는 것도 가능하다.
또한, 도 1에 따르면 본 발명의 실시 예에 따른 상수도 통합관리 시스템은 지능형 염소 투입장치(100)와, 지능형 염소 투입장치(100)의 동작 상태를 통신망(40)을 통해 원격 모니터링하고 알람 상황을 통지받게 되어 있어 동작 상태 및 알람 상황을 관리자 PC(20) 또는 관리자의 이동통신단말기(30)에게 전달할 수 있는 중앙 서버(10)를 포함한다.
도 2는 지능형 염소 투입장치(100)의 내부 구성을 설명하기 위해서 내부를 투시하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)의 내부에는 컨트롤러(110), 약품탱크(140), 정량펌프(150), 냉각코일(160) 및 온도 조절장치(170)를 포함한다.
상기 약품탱크(140)는 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite, NaOCl) 수용액을 내부에 투입하여 저장 보관하게 되어 있으며, 내부 바닥부터 잠겨있게 하여 낮은 수위의 차아염소산나트륨 수용액의 온도를 검출할 수 있게 한 온도센서(141)가 설치되어 있다.
상기 냉각코일(160)은 상기 약품탱크(140)에 저장 보관중인 차아염소산나트륨 수용액을 냉각하여 온도를 낮추기 위한 구성요소로서, 상기 약품탱크(140)의 내부에 수직의 세워 차아염소산나트륨 수용액에 잠겨 있게 한다.
도 3은 상기 냉각코일(160)의 사시도(a) 및 측면도(b)와, 상기 냉각코일(160)을 지지하는 수직 지지관(161)의 사시도(c)이다.
상기 냉각코일(160)은 중공관으로서, 하부에서 상부를 향해 나선형으로 감아 외관상 원통형 형상을 갖추며, 원통형 형상을 유지하도록 복수의 수직 지지관(161)이 내접되게 되어 있다.
구체적인 실시 예에 따르면, 상기 복수의 수직 지지관(161)은 4개를 마련하여 상호 평행하면서 4각 배치되고, 상하를 지지 프레임(162)으로 상호 이어지게 하여서, 한 몸체를 이루며, 상기 냉각코일(160)이 지나가며 감기게 할 부위에 홈(161a)이 상하로 간격을 두고 형성되어 있다. 이에, 4개의 수직 지지관(161)으로 구성된 지지체를 상기 냉각코일(160)로 감되, 홈(161a)에 부분적으로 매립되게 하며 나선형으로 감아서, 전체적으로 원통형 코일 형상을 갖게 된다. 여기서, 상기 지지 프레임(162)은 평행한 2개 프레임의 중간을 다른 1개 프레임으로 상호 이어지게 하여 'H' 자 형태로 구성되고, 2개 프레임의 각 단부에 수직 지지관(161)을 이어지게 하였으나, 복수의 수직 지지관(161)을 다각형 배치되게 지지할 수 있으면 만족한다. 이와 같이 일체로 된 복수의 수직 지지관(161)에 냉각코일(160)을 감은 상태로 약품탱크(140) 내부에 수직으로 세워 놓을 수 있다.
한편, 상기 냉각코일(160)은 수직 지지관(161)의 최하단에 감기는 부위의 상하 간격을 상대적으로 크게 하여, 그 간격을 통해 내부와 외부 사이의 대류를 원활하게 하였다. 그리고, 수직 지지관(161)의 상단에는 상기 냉각코일(160)로 감기지 않는 여부 부분을 갖게 하였다. 또한, 상기 냉각코일(160)은 나선형을 감은 후, 양 단부(160a) 중 하측 단부를 복수 수직 지지관(161)으로 에워싸인 내측에 소정회수 감은 후 상부로 올리고, 나선형으로 감긴 상부측에서 외측으로 인출하고, 상측 단부도 함께 외측으로 인출하였다. 이때 외측으로 인출한 양측 단부(160a)는 약품탱크(160)를 관통하여 상기 온도 조절장치(170)에 이어지게 하였다. 이에, 나선형으로 감은 상기 냉각코일(160)은 내측과 외측 간의 차아염소산나트륨 수용액의 대류를 원활하게 하면서, 약품탱크(140)에 잔류하는 차아염소산나트륨 수용액이 낮은 수위이더라도 충분히 냉각시킬 수 있다.
상기 온도 조절장치(170)는 상기 냉각코일(160)에 냉각 냉매를 순환시키는 장치로서, 도면에는 냉각 냉매를 순환펌프(173)로 순환시키며, 상기 냉각코일(160)로부터 출수되는 냉매를 팽창탱크(172)로 팽창시킨 후 냉각기(171)로 냉각하여 상기 냉각코일(160)로 입수시키게 하였으나, 냉매를 냉각시켜 순환시키는 다양한 종류의 냉매 공급장치 중에 적절한 다른 종류의 것으로 대체하여도 좋다.
상기 정량펌프(150)는 약품탱크(140)에서 차아염소산나트륨 수용액을 취수하여 상기 약품투입기(130)로 송출하는 펌프로서, 컨트롤러(110)에서 요구하는 유량으로 송출할 수 있으면 된다.
한편, 상기 정량펌프(150)는 차아염소산나트륨 수용액을 상기 유효 염소농도 측정장치(180)에게도 송출할 수 있어야 하므로, 2대로 운영하는 것이 좋다.
상기 유효 염소농도 측정장치(180)는 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 측정하는 장치로서, 출원인의 등록특허 제10-0875668호에 상세하게 설명되어 있으므로, 상기 도 1을 참조하며 간략하게 설명한다.
상기 유효 염소농도 측정장치(180)는 관로(2)로부터 일정량의 원수를 제1 밸브(183)를 단속하여 물통(182)에 담고, 상기 정량펌프(150)에 의해 공급되는 일정량의 차아염소산나트륨 수용액을 약품 주입호스(181)를 통해 공급받되 제2 밸브(184)를 단속하며 물통(182)에 담으며, 이후 교반기(185)로 고르게 희석한 후 농도센서(186)로 희석액의 염소농도를 검출하게 구성되어 있다. 그리고, 염소농도를 검출한 이후에는 드레인 밸드(187)를 단속하여 물통(182) 내의 희석액을 배출할 수 있게 되어 있다. 여기서, 검출한 염소농도를 상기 컨트롤러(110)에 전달한다.
도면에는 간략하게 도시하였지만, 상기 제1,2 밸브(183, 184), 드레인 밸브(187) 및 교반기(185)도 상기 컨트롤러(110)와 전기 신호선으로 연결되어, 상기 컨트롤러(110)에서 동작 제어할 수 있게 되어 있다.
도 4는 상기 컨트롤러(110)의 블록 구성도이다.
도 5는 상기 컨트롤러(110)에 구비된 출력부(113)의 출력 화면 구성을 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 컨트롤러(110)는 제어 동작에 필요한 각종 정보의 입력 또는 사용자 조작을 위해 마련된 입력부(112)와, 각종 정보를 화면으로 출력하는 출력부(113)와, 알람 상황이나 또는 동작 상태를 알리기 위한 알람부(114)와, 각종 정보의 저장을 위한 메모리(115)와, 약품탱크(140)에 저장 보관중인 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 획득하기 위한 유효 염소농도 선정부(116)와, 상기 정량펌프(150)를 제어하여 상기 약품투입기(130)로 관로(2)의 원수에 투입할 유량을 산정하는 투입량 산정부(117)와, 상기 약품탱크(140) 내에서 차아염소산나트륨에 의해 발생하는 유해성의 클로레이트 농도를 반영한 유효사용시간을 산정하는 유효사용시간 산정부(116)와, 상기 유량감지기(120), 약품탱크(140)의 온도센서(141), 정량펌프(150), 온도 조절장치(170) 및 유효 염소농도 측정장치(180)에 전기 신호적으로 연결하는 입출력단자(111a)와, 원격 유선 또는 무선을 위한 통신모듈(119)과, 제반 제어동작을 수행하는 제어부(111)를 포함한다.
상기 입력부(112)로 입력받는 정보는 관로(2)의 원수로 차아염소산나트륨 수용액을 투입하여 원수 중에 잔류하게 할 염소농도의 목표치에 해당되는 설정잔류염소농도, 상기 약품탱크(140)에 차아염소산나트륨 수용액을 투입한 날자에 해당되는 약품탱크주입일자, 투입 날자에 투입한 차아염소산나트륨 수용액의 양에 해당되는 약품 투입량, 상기 약품탱크(140)에 투입할 당시의 차아염소산나트륨 수용액의 초기 유효염소 농도, 및 지능형 염소 투입장치(100)의 관리자가 상기 약품탱크(140)에 저장 보관중인 차아염소산나트륨 수용액의 샘플에 대해 유효 염소농도를 측정하여 입력한 값인 설정변경 농도 을 포함하며, 상기 메모리(115)에 저장하여 두고, 제어부(111)에 의한 제어 동작에 활용된다.
도 5에 예시한 출력부(113)의 화면은 실시간 정보 화면(113a)과 입력 정보 화면(113b)으로 구성되며, 상기 입력부(112)로 입력받은 정보는 입력 정보 화면(113b)을 통해 확인할 수 있다.
설정잔류염소농도는 통상적으로 0.1ppm 내지 5ppm 범위 내로 설정하여 두며, 본 발명에 따라 지능형 염소 투입장치(100)를 설치하는 급수시설의 상황에 따라 관리자가 설정할 수 있게 하였다.
약품탱크주입일자는 상기 약품탱크(140)에 투입한 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도가 시간 경과에 따라 점차 낮아지므로, 투입 날자를 입력하여, 하기와 같이 시간 경과에 따라 변동하는 유효 염소농도를 추정할 수 있게 한다.
상기 약품탱크(140)에는 5% 농도의 차아염소산나트륨 수용액일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 5% 농도를 초과하는 차아염소산나트륨 수용액일 수도 있으므로, 상기 약품탱크(140)에 투입하여 저장 보관하게 하는 차아염소산나트륨 수용액의 농도를 상기 입력부(112)로 입력하게 하였다.
설정변경 농도은 사용자가 주기적으로 또는 간헐적으로 정확하게 측정한 유효 염소농도를 이용할 수 있도록 입력부(112)로 입력할 수 있게 한 것이다.
또한, 상기 입력부(112)로 입력받는 정보는 경험치에 따라 관리자가 입력한 데이터테이블로서 상기 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 시간 경과에 따른 유효 염소농도 변동을 기록한 시간-농도 상관 데이터테이블, 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도와 보관 온도 사이의 상관성을 나타내는 정보로서 보관 시간 경과에 따른 유효 염소농도 변동을 온도별로 구분하여 기록한 온도-시간-농도 상관 데이터, 및 차아염소산나트륨 수용액에서 발생하는 클로레이트 농도에 따라 사용할 수 있는 기간으로 정한 사용한계시간을 온도 상관성에 근거하여 온도별로 기록한 온도별 사용한계시간 데이터를 포함할 수 있으며, 이또한, 상기 메모리(115)에 기록하여 두어 제어 동작할 시에 사용할 수 있게 한다.
상기 시간-농도 상관 데이터테이블은 지능형 염소 투입장치(100)를 운영하며 얻는 경험치에 근거하여, 상기 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 시간 경과에 따른 유효 염소농도 변동을 기록한 것으로서, 유효 염소농도의 변동이 온도의 영향을 크게 받으므로, 계절별 또는 월별로 구분하여 작성하는 것이 좋다.
상기 온도-시간-농도 상관 데이터는 도 6을 참조하며 설명한다.
도 6은 차아염소산나트륨 수용액의 보관 온도, 보관 시간 경과 및 유효 염소농도 간의 상관성과, 차아염소산나트륨 수용액에서 발생한 클로레이트 농도에 따라 환경부에 정한 사용한계시간을 보여주는 그래프이다. 예시적으로 12.5% 농도의 차아염소산나트륨 수용액에 대해 보여주고 있다.
도 6을 참조하면, 4℃, 15℃, 25℃ 및 35℃에서 각각 보관하고, 일부 온도에 대해서는 햇빛 영향의 유무에 따라 보관 방법을 구분하여 보관한 차아염소산나트륨 수용액의 시간 경과에 따른 유효 염소농도의 변동을 알 수 있다. 즉, 유효 염소농도는 보관 시간 경과에 따라 점차 낮아지되, 보관 온도가 높을수록 급격하게 낮아진다.
본 발명에서는 보관 시간의 경과에 따라 변동하는 유효 염소농도의 값을 나타내는 시간-농도 상관 데이트를 보관 온도별로 기록한 상기 온도-시간-농도 상관 데이터를 얻어서, 상기 입력부(112)로 입력하게 하였다.
상기 온도별 사용한계시간 데이터는 도 6에 예시한 그래프 상에 "★"로 표시한 바와 같이 4℃, 15℃, 25℃ 및 35℃에 대해 각각 정한 사용한계시간을 기록한 데이터이다.
차아염소산나트륨 수용액에서는 유해한 클로레이트가 발생하고, 클로레이트의 농도는 보관 시간의 경과에 따라 점차 증가한다. 이에, 대한민국의 환경부는 발생한 클로레이트 농도의 제한값을 정하여, 그 제한값에 도달한 차아염소산나트륨 수용액을 사용하지 않도록 규정하고 있다.
그런데, 클로레이트 농도는 보관 온도가 높을수록 빠르게 증가하므로, 보관 온도가 높을수록 제한값에 도달하는 시간도 빨라진다.
이에, 본 발명에서는 클로레이트 농도가 제한값에 도달하는 데 소요되는 경과시간을 보관온도별로 구분하여 사용한계시간으로 정하고, 상기 온도별 사용한계시간 데이터로서 입력하게 한다.
도 6에 예시한 그래프 상에 "★"로 표시한 시점에 이르는 사용한계시간을 살펴보면, 4℃로 보관하는 경우에 대략 29일이고, 15℃로 보관하는 경우에 대략 24일이고, 25℃로 보관하는 경우에 대략 6일이고, 35℃로 보관하는 경우에 대략 2일이다.
물론, 도 6에서는 4℃, 15℃, 25℃ 및 35℃만 예시하였으나, 온도를 더욱 세분화한 온도별 사용한계시간을 사용하는 것이 좋다.
또한, 초기 유효 염소농도 별로도 사용한계시간을 구분한 온도별 사용한계시간 데이터를 사용하여도 좋다.
상기 알람부(114)는 경광등으로 도시하였으나, 경광등으로 한정하는 것은 아니며, 다른 예로서, 방송 장비로도 구성할 수 있다.
상기 통신모듈(119)은 이동통신망 접속용 모듈로 도시하였으나, 유선 통신모듈이어도 좋다.
이하, 입력부(112)로 입력하여 메모리(115)에 저장하여 둔 정보에 따라 제어부(111)에서 수행하는 차염 투입량 제어 동작, 차염 잔량 모니터링 동작, 차염 온도 조절 동작 및 차염 사용시간 제한 동작에 대해 설명한다.
상기 차염 투입량 제어 동작은 정량펌프(150)로 펌핑하여 약품투입기(130)를 통해 원수에 투입할 차아염소산나트륨 수용액의 유량을 제어하는 동작으로서, 이를 위해서, 유효 염소농도 선정부(116) 및 투입량 산정부(117)를 포함한다.
상기 유효 염소농도 선정부(116)는 상기 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 결정하는 구성요소로서, 제1 실시 예에서는 4가지 방식으로 유효 염소농도를 결정할 수 있게 구성된다.
첫째 방식은 관리자가 실제로 측정하여 상기 입력부(112)로 입력한 설정변경 농도를 유효 염소농도로 결정하는 방식이다.
둘째 방식은 관리자가 경험치에 따라 정하여 상기 입력부(112)로 입력한 시간-농도 상관 데이터테이블에 근거하여 유효 염소농도를 결정하는 방식이다.
상기 시간-농도 상관 데이터테이블ㄹ,d 상기 약품탱크(140)에 투입한 이후 q보관 시간 경과에 따라 감소하는 유효 염소농도의 변동을 기록한 데이터테이블이므로, 내부 타이머(제어부를 구성하는 마이크로프로세서의 내부 타이머)에 따라 약품탱크주입일자부터 시간을 카운터하여 경과 시간을 얻고, 경과 시간에 대응되는 유효 염소농도의 값을 상기 시간-농도 상관 데이터테이블에서 읽어들여 유효 염소농도로 결정한다.
셋째 방식은 도 6의 예시 그래프를 참조하며 설명한 바와 같이 보관 온도, 보관 경과 시간 및 유효 염소농도 간의 상관성을 나타내는 상기 온도-시간-농도 상관 데이터에 근거하여, 유효 염소농도를 결정하는 방식이다. 즉, 약품탱크(140)의 온도센서(141)로 감지한 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 선택하고, 내부 타이머로 얻는 경과 시간에 대응되는 농도를 유효 염소농도로 결정한다.
그런데, 온도센서(141)로 감지하는 온도는 일정하지 아니하고, 계절별 및 월별로도 심하게 변동하며, 일교차에 의해서도 편차가 매우 심하고, 연속적으로 변동하므로, 본 발명의 실시 예에서는 구간별 평균 온도를 사용한다.
도 7은 연속 변동하는 구간별 온도의 평균치를 얻는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a를 참조하면, 미리 설정하여 둔 일정 주기의 △t 동안 검출한 온도의 평균("o"로 표시한 포인트의 온도)을 유효 염소농도의 결정에 사용한다. 즉, △t 동안의 평균 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터에 근거하여, 경과 시간 △t 동안의 유효 염소농도 감소를 반영한 현재의 유효 염소농도를 결정하고, 결정한 유효 염소농도를 △t 동안 적용한다. 이에, 유효 염소농도를 △t 간격으로 업데이트하며 갱신 사용한다.
도 7b를 참조하면, 미리 설정하여 둔 일정 온도 △T의 변동이 있을 때마다 온도 평균치("o"로 표시한 포인트의 온도)를 산정하여 유효 염소농도의 결정에 사용한다. 즉, △T만큼 온도 변화가 있으면, △T의 온도 변화가 발생하는 데 소요된 경과 시간을 얻고, 경과 시간 동안의 온도 평균에 대응되는 시간-농도 상관 데이터에 근거하여, 경과 시간 동안의 유효 염소농도 감소를 반영한 현재의 유효 염소농도를 결정하고, 결정한 유효 염소농도를 다음 △T 변동이 있을 때까지 적용한다. 이에, 유효 염소농도를 △T 온도 변화가 있을 때마다 업데이트하며 갱신 사용한다. 여기서, △T의 온도 변동이 미리 설정한 시간 이상으로 발생하지 아니하면, 예외적으로 해당 시간 동안의 온도 평균치에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 적용하여 유효 염소농도를 결정하는 것이 좋다.
한편, 도 7b에 예시한 그래프에 따르면, 편의상 온도 구간을 △T로 미리 나눠 놓고 해당 기간 내에 있는 동안의 시간을 사용하게 하였다. 그렇지만, 보관 시작점부터 시작하여 일정 온도 △T의 변동이 있을 때마다 구간을 나누게 하여도 좋으며, 이 경우에는, 예를 들어, 상승 후 하강 시와 하강 후 상승 시에 △T로 나누는 온도 구간의 변동이 발생하게 된다.
도 7a 및 도 7b에서 보여준 2가지 방식 중에 어느 하나를 사용하거나 아니면 2가지 방식을 모두 사용할 수 있게 하고, 사용자 선택에 의해서 어느 하나의 방식을 택일하여 사용하게 하여도 좋다.
그런데, 시간-농도 상관 데이터는 도 6의 그래프로 보여준 바와 같이 현실적으로 온도를 일정하게 유지하면서 시간 경과에 따라 유효 염소농도의 변동을 검출하여 얻을 수 있는 데이터이므로, 가능하면 데이터를 얻기 위해 적용한 온도를 세분화한 온도별 데이터를 얻고, 이를 입력부로 입력 사용하는 것이 바람직하다. 그럼에도, 온도-시간-농도 상관 데이터에 없는 평균 온도가 얻어질 시에는 온도-시간-농도 상관 데이터에 기록된 온도 중에 근접한 온도에 대응되는 온도, 즉, 평균 온도보다 낮으면서 가장 근접한 온도와 평균 온도보다 높으면서 가장 근접한 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 적용한 보간법으로 유효 염소농도를 산정한다.
또한, 도 7에 도시한 각 보관 시간 증가분의 평균 온도를 산정할 시에는 각 온도의 경과 시간에 따른 가중치를 적용하는 것이 더욱 정확한 유효 염소농도를 얻는 데 유리하다. 즉, 평균 온도는 다음의 수식으로 산정할 수 있다.
넷째 방식은 상기 유효 염소농도 측정장치(180)를 이용하여 직접 유효 염소농도를 측정하는 방식이다. 이를 위해서, 제어부(111)는 정량펌프(150)를 가동시킴과 동시에 제1 밸브(183) 및 제2 밸브(184)를 제어하여 차아염소산나트륨 수용액을 원수에 일정비율로 희석한 희석액을 물통(182)에 채워지게 하고, 희석액의 염소농도를 농도센서(186)로 검출하여 유효 염소농도 선정부(116)에 전달하며, 이후, 드레인 밸브(187)를 제어하여 희색액을 배출함으로써, 물통(182)을 비운다. 유효 염소농도 선정부(116)는 검출한 염소농도를 희석비율에 따라 환산하여 유효 염소농도를 얻는다. 이러한 넷째 방식은 일정한 주기로 수행하하나, 또는 미리 설정한 스케줄에 따라 수행하거나, 또는, 기설정 온도 변화가 있을 때마다 수행하게 하여도 좋다.
상기한 4가지의 유효 염소농도 결정 방식 중에, 어느 방식을 사용할지는 관리자에 의해 택일하게 할 수 있고, 또는, 어느 방식이든 그 방식을 사용하기 위해 필요한 정보의 입력 여부 및 미리 정한 우선 순위에 따라 자동 택일하게 할 수도 있다.
그렇지만, 첫째 방식은 번거롭고, 둘째 방식은 실제 온도 변화를 반영하지 못하여 오차가 상대적으로 크고, 넷째 방식은 별도의 장치를 추가하게 되어 그 장치의 고장 또는 유지관리의 부담이 있으므로, 이를 감안하여, 셋째 방식을 수행할 수 있도록 구성하고, 첫째, 둘째 및 넷째 방식은 설치 현장의 상황에 따라 선택적으로 채택하는 것이 좋다.
상기 투입량 산정부(117)는 상기 입력부(112)로 입력받았던 설정잔류염소농도와, 상기 유량감지기(120)로 감지한 현재의 원수 유량과, 상기 유효 염소농도 선정부(116)에서 선정한 현재의 유효 염소농도에 따라 차아염소산나트륨 수용액의 투입 유량을 산정한다. 투입 유량의 산정은 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 기술이고, 출원인의 등록특허 제10-1543299호에도 개시되어 있으므로 상세 설명을 생략한다.
상기 제어부(111)는 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액을 상기 투입량 산정부(117)에서 산정한 투입 유량으로 원수에 투입하도록 상기 정량펌프(150)를 제어한다. 물론, 상기 정량펌프(150)는 매우 짧은 시간 간격이지만 간헐적으로 펌프하게 구성될 수 있으나, 원수에 투입된 후 고르게 희석된다는 점을 감안하면, 유입 유량의 의미는 설정잔류염소농도를 갖게 하기 위한 투입량의 의미로 간주하면 된다.
상기 차염 잔량 모니터링 동작은 상기 약품탱크(140)에 저장 보관 중인 차아염소산나트륨 수용액의 잔류량을 검출하는 동작으로서, 상기 정량펌프(150)를 가동하여 투입한 유량을 적산하고, 입력부(112)로 입력받았던 약품 투입량에서 적산 유량을 차감하여 얻을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 약품탱크(140)에 수위계를 설치하여 얻을 수도 있다.
그리고, 미리 설정한 하한 잔량에 도달하면 차아염소산나트륨 수용액의 보충을 알리기 위한 알람 이벤트를 발생시킨다.
상기 차염 온도 조절 동작은 상기 약품탱크(140)의 온도센서(141)로 감지한 온도에 따라 상기 온도 조절장치(170)를 가동시켜서, 상기 약품탱크(140)에 저장되어 있는 차아염소산나트륨 수용액의 온도를 낮추는 동작이다.
그런데, 상기 온도 조절장치(170)를 가동하는 데 소요되는 전력소비량을 가능하면 적게 하면서, 약품탱크(140)의 크기 및 차아염소산나트륨의 일일당 투입량에 따른 보충 주기를 감안하여, 유효 염소농도는 적절하게 유지하고, 후술하는 유효사용시간도 고려하여서, 상기 온도 조절장치(170)의 가동시간을 적절하게 조절하기 위한 스케줄을 세우는 것이 좋다.
상기 차염 사용시간 제한 동작은 입력부(112)로 입력받은 온도별 사용한계시간 데이터에 근거하여, 약품탱크(140)의 온도센서(141)로 검출한 온도 변화에 따른 차아염소산나트륨의 유효사용시간을 산정하고, 산정한 유효사용시간이 사용한계시간에 도달하면, 차아염소산나트륨 수용액를 교체 투입하라는 알람 이벤트를 발생시키는 동작이다.
도 6을 참조하며 설명한 바와 같이, 차아염소산나트륨 수용액에서 발생하여 누적되는 클로레이트의 농도에 대해 환경부 기준 임계 농도에 이르면 사용하지 않아야 하며, 이러한 임계 농도를 기준으로 정한 사용한계시간은 온도에 따라 달라지므로, 온도별로 사용한계시간을 설정하여 두었다.
다시 말해서, 약품탱크(140)의 온도를 상기 온도 조절장치(170)를 이용하여 일정하게 유지한다면, 그 일정 온도에 대응되는 사용한계시간만 사용하면 되는 데, 현실적으로 일정 온도를 유지하기란 어렵다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 약품탱크(140)의 온도 변화에 따라 유효사용시간이라는 새로운 지표를 사용한다.
상기 유효사용시간 te은 보관 시간의 증가분 △t 동안의 평균 온도 T를 얻고, 평균 온도 T에 대응되는 사용한계시간 tmax 사이의 비율인 를 시간 경과에 따라 나눈 각 보관 시간 증가분 △t별로 산정하여 누적한 값으로서, 실험치로 얻은 클로레이트 농도에 근거하여 정한 사용한계시간의 오차, 온도 이외의 사용 환경에 의한 오차, 온도별 사용한계시간을 복합적으로 사용함에 따라 발생할 수도 있는 오차 등을 감안하여 1 을 초과하는 값을 갖는 안전 계수(safety factor)를 적용하였으며, 이를 정리하면, 아래의 수학식2로 표현된다.
여기서, i는 차아염소산나트륨 수용액을 상기 약품탱크(140)에 투입한 시점부터 보관 시간 경과에 따라 소정 시간 간격으로 나누었을 시에, 나눈 구간별 시간 간격, 즉, 보관 시간 증가분에 부여한 순번이고, 는 i번째 구간의 보관 시간 증가분이고,는 i번째 보관 시간 증가분인 동안의 평균 온도 에 대응되는 사용한계시간이다.
상기 수학식 2로 정의한 유효사용시간 te가 1에 도달하면 알람 이벤트를 발생시킨다.
한편, 산정하여 얻는 평균 온도 가 사용한계시간을 설정하여 두지 아니한 온도이면, 사용한계시간이 설정되어 있는 온도 중에 평균 온도 에 근접한 온도 및 그 온도에 대응되는 사용한계시간을 적용한 보간법(interpolation)으로 평균 온도 에 대응되는 사용한계시간을 산정하여 적용한다.
사용한계시간이 설정되어 있지 아니한 누락된 온도의 사용한계시간은 보간법에 따라 아래의 수학식 3으로 얻을 수 있다.
여기서,는 사용한계시간이 설정되어 있지 않은 T의 사용한계시간이고, 는 T 보다 낮으면서 차이가 최소인 온도이고, 는 T보다 높으면서 차이가 최소인 온도이고, 는 에 대해 설정된 사용한계시간이고, 는 에 대해 설정된 사용한계시간이다.
아래의 표1에 정리한 온도별 사용한계시간을 적용한 예를 들어 설명한다.
온도 | 사용한계시간 |
4℃ | 29일 = 696 hr |
15℃ | 24일 = 576 hr |
25℃ | 6일 = 144 hr |
35℃ | 2일 = 48 hr |
차아염소산나트륨 수용액을 약품탱크(140)에 투입 보관한 시점부터 보관 시간 증가분에서 평균온도 35℃이고, 다음 보관 시간 증가분 에서 평균온도 25℃이고, 그 다음 보관 시간 증가분 에서 평균온도 30℃이었다.
여기서, 상기 보관 시간 증가분 △t는 도 7a에서 보여준 바와 같이 일정 주기의 값으로 미리 설정하여 두어, 동일한 값으로 사용하게 할 수 있다.
다른 실시 예로서, 도 7b에서 보여준 바와 같이 기설정 온도 변화량만큼 온도가 변동할 시에, 해당 시간 간격을 상기 보관 시간 증가분 △t로 할 수 있다. 이 경우, 온도에 크게 영향받는 사용한계시간을 고려하여 적절한 온도 변화량을 미리 설정하여 둠으로써, 유효사용시간을 보다 신빙성 있는 값으로 얻을 수 있다.
다른 실시 예로서, 상기 보관 시간 증가분 △t를 일정한 주기로 하는 방식과, 기설정 온도 변화량에 따라 상기 보관 시간 증가분 △t를 가변적으로 적용하는 방식 중에 어느 방식을 사용하든, 상기 보관 시간 증가분 △t에서의 평균 온도를 산정할 시에 시간 가중치를 적용하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 수학식 1로 표현한 바와 같이, 상기 보관 시간 증가분 △t를 세부 구간으로 나누고, 세부 구간별로 평균 온도를 산정한다. 그리고, 세부 구간별 평균 온도에 세부 구간의 크기에 따른 가중치를 곱셈하여 합산함으로써, 시간 가중치를 적용한 평균 온도 T를 얻는다. 이와 같이 얻은 평균 온도 T에 대응되는 사용한계시간 tmax를 적용하여 상기 유효사용시간을 산정하는 것이다.
이와 같이 차아염소산나트륨 수용액의 보관 시간 경과에 따라 유효사용시간을 점차 증가시켜 '1'이 되면, 제어부(111)는 약품탱크(140)에 잔류하는 차아염소산나트륨 수용액을 교체하라는 알람 이벤트를 발생시킨다.
보다 안전을 위해서, 제어부(111)는 알람 이벤트를 발생시키고, 동시에, 정량펌프(150)를 가동 정지시켜서, 차아염소산나트륨 수용액의 투입을 차단시킨다.
또한, 제어부(111)는 유효사용시간이 사용한계시간에 근접한 경우 예비적으로 알람 이벤트를 발생시켜, 관리자에게 알려도 좋다. 예를 들어, 사용한계시간과 유효사용시간 사이의 차이가 보관 시간 경과에 따라 점차 좁아져 미리 정한 차이값에 이르면 예비 알람 이벤트를 발생시킨다.
이와 같은 알람 이벤트 발생, 투입 차단 및 예비 알람 이벤트 발생 중에 적어도 어느 하나의 기능을 포함하여야 할 것이다.
이상에서 설명한 차염 투입량 제어 동작, 차염 잔량 모니터링 동작, 차염 온도 조절 동작 및 차염 사용시간 제한 동작의 수행에 따른 동작 상황 정보 및 알람 이벤트는 도 5에 예시한 출력부(113)의 실시간 정보 화면(113a)으로 보여준다.
실시간 정보 화면(113a)을 살펴보면, 원수의 순시유량/적산유량, 입력 설정하여둔 설정잔류염소농도, 측정한 유효염소농도변화, 내부 타이머로 얻은 약품탱크보관기간, 측정한 온도변화, 투입 유량의 변동을 나타내는 보정계수, 약품 잔량, 알람 이벤트의 종류 및 작동상태를 보여준다. 또한, 습도센서를 구비하는 경우, 습도변화도 보여줄 수 있다.
물론, 실시간 정보 화면(113a)는 보관 기간의 경과에 변동하는 유효사용시간도 실시간으로 보여주게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지능형 염소 투입장치는 관정의 취수 동작을 제어하는 통합제어반 및 물탱크의 상태 또는 수위를 감지하는 센서와도 연결하여, 관정 수위 또는 관정 취수 상황도 보여주게 할 수 있다.
본 발명의 일실시 예로서, 차아염소사나트륨 수용액을 투여하는 원수의 수질(잔류염소농도, 탁도, 수소이온농도, 또는 전기 전도도)을 측정하는 수직감지센서, 또는 약품탱크(140) 또는 물탱크(3)의 하중에 의해 가해지는 압력을 로드셀로 감지하여 압력 변화에 따른 수위를 추정하는 수위측정기를 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 상수도 통합관리 시스템은 지능형 염소 투입장치(100)와 중앙 서버(10)를 포함할 수 있다.
이때의 지능형 염소 투입장치(100)는 상기한 동작 상황 정보를 취합하여 중앙 서버(10)로 전송하고, 이벤트가 발생할 시에 이벤트 종류 및 이벤트가 발생한 상황의 정보를 취합하여 중앙 서버(10)에 전송한다.
그리고, 중앙 서버(10)는 전송받은 동작 상황 정보 및 이벤트를 저장 관리하여, 관리자 PC(20) 또는 관리자 소유의 이동통신단말기(30)로 조회할 수 있게 하되, 차아염소산나트륨 수용액의 소진에 따른 보충 또는 클로레이트 농도의 증가를 반영한 유효사용시간에 따른 차아염소산나트륨 수용액의 교체를 알리는 알람 이벤트는 이동통신단말기(30) 또는 관리자 PC(20)에게 실시간 전달하여, 관리자가 알람 상황에 신속하게 대처할 수 있게 한다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)를 도 8을 참조하며 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)를 재염소 투입장치로 사용한 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 지능형 염소 투입장치(100)는 재염소 투입이 필요한 관로(2) 구간에 설치된 맨홀(4)의 내부에 설치한 유량감지기(120), 약품투입기(130) 및 잔류농도 검출기(190-1, 190-2)와, 외부에 설치한 냉각코일(160)을 수용한 약품탱크(140) 및 냉각코일(160)에 냉각 냉매를 순환시키는 온도 조절장치(170)와, 별도의 정량펌프 함체(102)를 마련하여 내부에 수용한 정량펌프(150) 및 컨트롤러 함체(101)를 마련하여 수용한 컨트롤러(110)를 포함한다.
제1 실시 예와의 차이점만 설명하면 다음과 같다.
약품탱크(140)는 대용량이어서, 컨트롤러 함체(101)에 수용하지 아니하고, 컨트롤러 함체(101)의 외부에 설치하였고, 이에 따라 온도 조절장치(170)도 같이 외부에 설치하고, 정량펌프(150)도 외부에 별도 설치하되, 보호를 위해서 정량펌프 함체(102)로 보호하게 한 것이다. 여기서, 온도 조절장치(170)는 컨트롤러(110)와 연동하여 온도 조절하는 온도조절용 컨트롤러(174)를 추가함으로써, 온도 조절장치(170)가 설치된 위치에서 관리할 수 있게 하였다. 이러한 분리 배치는 동일 구성요소의 크기 및 운영 편리성을 고려하여 변경한 것으로 실질적으로 제1 실시 예와 동일하게 구성된 것으로 볼 수 있다. 이에, 도 8은 실질적으로 제1 실시 예의 구성요소와와 동일한 작용을 하는 구성요소를 동일한 도면부호로 표기하였다.
한편, 재염소 투입을 위해서는 차아염소산나트륨 수용액을 투입하기 전후의 원수 잔류염소농도를 검출하여야 하므로, 투입 전 원수와 투입 후 원수를 각각 채수할 2개의 채수 라인(191-1, 191-2), 및 2개의 채수 라인(191-1, 191-2)에 일대일로 연결되는 2개의 잔류농도 검출기(190-1, 190-2)를 맨홀(4) 내부에 추가 설치하게 되어 있다. 물론, 채수하여 잔류농도를 측정한 원수는 외부로 배출시킨다.
또한, 차아염소산나트륨 수용액을 안정적이면서 정확한 양으로 원수에 투입하기 위해서, 약품투입기(130)는 2개의 약품투입기(130-1, 130-2)를 사용하고, 아울러, 정량펌프(150)도 2대의 정량펌프(150-1 150-2)를 운용한다. 예를 들어, 어느 하나의 제1 약품투입기(130-1)는 차아염소산나트륨 수용액을 일정한 유량으로 투입되게 하고, 나머지 하나의 제2 약품투입기(130-2)는 투입하려는 유량에서 제1 약품투입기(130-1)로 투입한 양을 차감하여 투입하도록 2대의 정량펌프(150-1 150-2)를 제어하게 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(110)의 투입량 산정부(117)는 투입 전 잔류염소농도를 설정잔류염소농도에 맞추기 위해서 차아염소산나트륨 수용액의 투입 유량을 결정하고, 아울러, 투입 후 잔류염소농도를 설정잔류염소농도와 비교하여, 설정잔류염소농도에 맞추기 위해 필요한 투입 유량의 조절량을 산정한 후 투입 유량을 조절한다.
도 8에는 도시하지 아니하였지만, 상기 유효 염소농도 측정장치(180)를 추가할 수도 있다.
이때의 유효 염소농도 측정장치(180)는 차아염소산나트륨 수용액을 투입하기 이전의 원수를 취수하여 희석액으로 사용한다. 그리고, 컨트롤러(110)의 유효 염소농도 선정부(116)는 유효 염소농도 측정장치(180)로 측정한 희석액의 염소농도를 희석액으로 사용한 원수의 잔류염소농도에 따라 보정하고, 보정한 염소농도를 환산하여 유효 염소농도를 얻는다. 즉, 희석액으로 사용한 원수의 잔류염소농도는 2대의 잔류농도 검출기(190-1, 190-2) 중에 차아염소산나트륨 수용액을 투입하기 이전 원수를 채수하여 잔류염소농도를 측정하는 어느 하나의 잔류농도 검출기(190-1)로 검출하므로, 이때 검출한 값을 적용하면 된다.
이상에서 설명한 바와 따르면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 지능형 염소 투입장치(100)는 재염소 투입장치로 변형 사용되더라도, 제1 실시 예와 마찬가지로 클로레이트의 발생에 따라 규정된 환경부 수질기준의 원수를 안정적으로 공급할 수 있고, 유효 염소농도를 더욱 정확하게 획득하여서, 설정잔류염소농도를 맞추기 위한 투입 유량도 정확하게 산정 및 투입하므로, 더욱 적합한 원수를 공급할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 약품탱크(140)는 투입구만 지상에서 열어 차아염소산나트륨 수용액을 투입할 수 있도록 지중에 매립하여, 외기 온도의 변화에 덜 영향을 받게 하는 것이 좋다.
1 : 관정 1a : 관정 맨홀 1b : 관정 파이프
2 : 관로 3 : 물탱크 4 : 맨홀
10 : 중앙 서버 20 : 관리자 PC 30 : 이동통신단말기
40 : 통신망
100 : 지능형 염소 투입장치
101 : 컨트롤러 함체 102 : 정량펌프 함체
110 : 컨트롤러 111 : 제어부 111a : 입출력단자
112 : 입력부 113 : 출력부 114 : 알람부
115 : 메모리 116 : 유효 염소농도 선정부
117 : 투입량 산정부 118 : 유효사용시간 산정부
119 : 통신모듈
120 : 유량감지기 121 : 유량 신호선
130,130-1,130-2 : 약품투입기 131 : 약품 주입호스
140 : 약품탱크 141 : 온도센서
150,150-1,150-2 : 정량펌프
160 : 냉각코일 160a : 단부 161 : 수직 지지관
161a : 홈 162 : 지지 프레임
170 : 온도 조절장치 171 : 냉각기 172 : 팽창탱크
173 : 순환펌프 174 : 온도조절용 컨트롤러
180 : 유효 염소농도 측정장치
181 : 약품 주입호스 182 : 물통 183 : 제1 밸브
184 : 제2 밸브 185 : 교반기 186 : 농도센서
187 : 드레인 밸브
190-1,190-2 : 잔류염소농도 검출기
191-1,191-2 : 채수 라인
2 : 관로 3 : 물탱크 4 : 맨홀
10 : 중앙 서버 20 : 관리자 PC 30 : 이동통신단말기
40 : 통신망
100 : 지능형 염소 투입장치
101 : 컨트롤러 함체 102 : 정량펌프 함체
110 : 컨트롤러 111 : 제어부 111a : 입출력단자
112 : 입력부 113 : 출력부 114 : 알람부
115 : 메모리 116 : 유효 염소농도 선정부
117 : 투입량 산정부 118 : 유효사용시간 산정부
119 : 통신모듈
120 : 유량감지기 121 : 유량 신호선
130,130-1,130-2 : 약품투입기 131 : 약품 주입호스
140 : 약품탱크 141 : 온도센서
150,150-1,150-2 : 정량펌프
160 : 냉각코일 160a : 단부 161 : 수직 지지관
161a : 홈 162 : 지지 프레임
170 : 온도 조절장치 171 : 냉각기 172 : 팽창탱크
173 : 순환펌프 174 : 온도조절용 컨트롤러
180 : 유효 염소농도 측정장치
181 : 약품 주입호스 182 : 물통 183 : 제1 밸브
184 : 제2 밸브 185 : 교반기 186 : 농도센서
187 : 드레인 밸브
190-1,190-2 : 잔류염소농도 검출기
191-1,191-2 : 채수 라인
Claims (13)
- 관로(2)에 설치하여 원수의 유량을 검출하는 유량감지기(120);
관로(2)에 설치하여 원수에 약품을 투입하는 약품투입기(130);
내부에 투입한 차아염소산나트륨 수용액을 온도센서(141)로 온도 검출하며 저장하는 약품탱크(140);
상기 약품탱크(140)의 차아염소산나트륨 수용액을 상기 약품투입기(130)에 공급하는 정량펌프(150);
상기 약품탱크(140)에 저장되어 있는 차아염소산나트륨 수용액의 유효 염소농도를 획득하는 유효 염소농도 획득수단을 포함하고, 원수의 설정잔류염소농도를 위해 투입할 차아염소산나트륨 수용액의 유량을 원수 유량 및 유효 염소농도에 따라 산정하여 상기 정량펌프(150)로 투입되게 하며, 차아염소산나트륨 수용액에서 발생하는 클로레이트 농도의 온도 상관성에 근거하여 차아염소산나트륨 수용액의 사용한계시간이 설정되어 있어, 약품탱크(140)에서 검출한 온도 변화에 따라 차아염소산나트륨의 유효사용시간을 산정하여 사용한계시간에 도달할 시에 알람하거나 또는 차아염소산나트륨 수용액의 투입을 차단하는 컨트롤러(110);
를 포함하며,
상기 사용한계시간은
온도별로 설정되어 있고,
상기 컨트롤러(110)는
차아염소산나트륨 수용액을 상기 약품탱크(140)에 투입한 시점부터 온도 변화를 검출하여, 보관 시간 증가분 △t와 △t 동안의 평균 온도 T에 대응되는 사용한계시간 tmax 사이의 비율인를 보관 시간의 경과에 따라 순차적으로 누적하여 유효사용시간을 산정하고, 유효사용시간이 1이 될 시에 알람하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)는
안전 계수(safety factor)를 적용한 유효사용시간을 사용하는
지능형 염소 투입장치. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)는
상기 유효사용시간에 1 을 초과하는 안전 계수(safety factor)를 곱셈하여 1이 될 시에 알람하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)는
상기 보관 시간 증가분 △t를 일정 주기의 값으로 하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)는
기설정 온도 변화량만큼 온도가 변동할 시에, 해당 시간 간격을 상기 보관 시간 증가분 △t로 하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)는
상기 보관 시간 증가분 △t를 세부 구간으로 나눈 후, 세부 구간별 평균 온도에 세부 구간의 크기에 따른 가중치를 적용하여 평균 온도 T를 산정하고, 산정한 평균 온도 T에 대응되는 사용한계시간 tmax를 적용하여 상기 유효사용시간을 산정하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)는
사용한계시간이 설정되어 있지 아니한 온도 T에 대해서는 근접한 온도의 사용한계시간을 적용한 보간법으로 사용한계시간을 얻어 사용하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 약품탱크(140)에는
나선형으로 감아 원통형 형상을 갖게 한 냉각코일(160)을 차아염소산나트륨 수용액에 잠기게 수용하되, 내접하는 복수의 수직 지지관(161)으로 지지하게 하되, 수직 지지관(161)에 조성한 홈(161a)에 의해 부분적으로 매립되게 하여 하부로 늘어지는 것을 방지하게 되어 있고,
냉각코일(160)에 냉각 냉매를 순환시켜 차아염소산나트륨 수용액의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기(170); 를 더욱 포함하여 구성되는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 약품탱크(140)의 차아염소산나트륨 수용액을 취수한 후 원수로 희석하여, 희석액의 염소농도를 측정하는 유효 염소농도 측정장치(180)를 더욱 포함하고,
상기 유효 염소농도 획득수단은
희석 비율에 따라 염소농도를 환산하여 유효 염소농도를 얻는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)의 유효 염소농도 획득수단은
보관 시간의 경과에 따른 유효 염소농도의 감소를 나타내는 온도별 시간-농도 상관 데이터 중에, 일정 주기의 △t 동안 검출한 온도의 평균 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 적용하여 유효 염소농도를 획득하는
지능형 염소 투입장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(110)의 유효 염소농도 획득수단은
기설정 온도 변화량만큼 온도가 변동할 시에, 해당 시간 간격 동안에 검출한 온도의 평균 온도를 시간 경과에 따라 가중치를 부여하여 산정하고, 보관 시간의 경과에 따른 유효 염소농도의 감소를 나타내는 온도별 시간-농도 상관 데이터 중에, 산정한 평균 온도에 대응되는 시간-농도 상관 데이터를 적용하여 유효 염소농도를 획득하는
지능형 염소 투입장치. - 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 제10항, 제11항 및 제12항 중에 어느 하나의 항에 기재된 지능형 염소 투입장치(100);
지능형 염소 투입장치(100)의 동작 상황 정보 및 알람 정보를 수신하여, 저장 관리하고, 관리자 PC(20) 또는 관리자 소유의 이동통신단말기(30)에서 조회할 수 있게 하되, 알람 정보는 실시간 전달하는 중앙 서버(10);
를 포함하는
상수도 통합관리 시스템.
Priority Applications (1)
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KR1020180137194A KR102033592B1 (ko) | 2018-11-09 | 2018-11-09 | 지능형 염소 투입장치 및 이를 포함한 상수도 통합관리 시스템 |
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