KR102070443B1 - 저수 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 저수 장치는 액체가 저장되는 저수조; 상기 저수조의 지지물로부터 상기 저수조로 전파되는 진동을 방지하거나, 상기 저수조로 전파된 진동을 감쇠시키는 면진 수단;을 포함할 수 있다.

Description

저수 장치{LIQUID STORING APPARATUS}
본 발명은 물 등의 각종 액체를 저장하는 저수 장치에 관한 것이다.
일반적으로 사무용 건물, 아파트 및 공공건물 등 대부분의 주거용 및 상업용 건물에는 음용수를 공급하기 위한 저수조가 옥상에 설치된다.
저수조는 재질에 따라 스테인리스(Stainless)수조, SMC(Sheet Molding Compound)수조, FRP(Fiber Reinforced Plastic)수조 및 콘크리트(Concrete)수조 등으로 구분된다
옥상에 설치된 저수조는 지진 등으로 인한 건물의 진동에 취약한 문제가 있다. 또한, 상수도를 공급하는 저수조는 소독 등의 정화 과정을 거치는 것이 좋다.
한국등록특허 제10-1632409호에는 저수조의 내구성을 강화하는 방안이 나타나고 있으나, 저수조의 진동 방지 방안, 저장된 액체의 정화 방안은 나타나지 않고 있다.
한국등록특허 제10-1632409호
본 발명은 지진 등에 강건하고 소독 및 정화가 용이한 저수 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 저수 장치는 액체가 저장되는 저수조; 상기 저수조의 지지물로부터 상기 저수조로 전파되는 진동을 방지하거나, 상기 저수조로 전파된 진동을 감쇠시키는 면진 수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 저수 장치는 저수조에 인가되는 진동을 감쇠하는 면진 수단을 포함함으로써, 지진, 바람 등에 의해 진동하는 건물에 대해 면진 기능(vibration isolation)을 갖는 저수조를 제공할 수 있다.
면진 수단은 저수조에 수용된 액체의 슬로싱(sloshing)을 방지하는 방지판에 설치된 도어부를 포함할 수 있다. 저수조 내부에 형성된 도어부에 따르면 저수조의 크기 증가없이 면진 기능이 제공될 수 있다.
또한, 도어부가 마련된 저수조에 따르면, 액체는 복수로 구분되는 격실에 수용될 수 있다. 이때, 특정 격실(주로, 출력측 격실)에 대한 염소 소독 및 폭기 공정을 통해 저수조로부터 출력되는 액체에 대한 소독 및 정화가 충분하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 저수조 내의 전체 액체에 대한 소독 및 폭기 공정 대신, 특정 격실에 수용된 액체에 대해서만 소독 및 폭기 공정이 적용되므로 액체의 정화에 소모되는 자원이 대폭 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 도어부의 동작을 이용하여 생산된 발전부의 전기를 이용해서 소독 및 폭기 공정이 수행되므로, 외부의 전기를 이용하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 격실을 갖는 저장 모듈의 착탈 또는 적층을 통해 저수조가 형성될 수 있다. 따라서, 다양한 형상, 다양한 크기의 저수조를 쉽게 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 저수 장치는 동흡진부를 이용해서, 저수조의 진동을 감쇠시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 동흡진부는 저장된 액체의 양에 따라 질량이 가변되는 저수조에 맞춰 질량이 가변되게 형성될 수 있으므로, 저장된 액체량에 적응적인 진동 감쇠 환경을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 저수 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 면진부를 나타낸 개략도이다.
도 4는 면진 블럭을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 도어부를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 저수 장치를 나타낸 개략도이다.
도 7은 저장 모듈의 전기 배선을 나타낸 회로도이다.
도 8은 본 발명의 동흡진부를 나타낸 개략도이다.
도 9는 정상 동작 조건을 만족하는 동흡진부의 동작을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 동흡진부를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 저수 장치를 나타낸 개략도이다. 도 3은 면진부(210)를 나타낸 개략도이다.
도면에 도시된 저수 장치는 저수조(100), 면진 수단(200), 투입부(130), 폭기부(150)를 포함할 수 있다. 면진 수단(200)은 방파판(110), 면진부(210), 도어부(230), 동흡진부(300)를 포함할 수 있다.
저수조(100)는 액체(90)가 저장되는 수용 공간을 갖는 통 형상으로 형성될 수 있다.
저수조(100)는 건물의 규모에 따라 물 등의 액체(90)가 다량으로 수용될 수 있다. 다양의 액체(90)가 수용된 저수조(100)는 무거운 중량을 가질 수 있다. 따라서, 지진 또는 바람 등에 의해 유발한 건물의 진동이 저수조(100)로 전파되면 저수조(100)는 쉽게 파손될 수 있다.
면진 수단(200)은 저수조(100)의 지지물(10)로부터 저수조(100)로 전파되는 진동을 방지하거나, 저수조(100)로 전파된 진동을 감쇠시킬 수 있다. 저수조(100)의 지지물(10)은 지면, 건물의 옥상, 건물의 내부 바닥, 건물 지하의 바닥면, 지하실의 바닥/벽/천장 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 면진 수단(200)은 저수조(100)와 지지물(10) 사이에 삽입되는 면진부(210)를 포함할 수 있다.
저수조(100)는 지지물(10) 상에 배치된 면진부(210)에 의해 지지될 수 있다.
면진부(210)는 저수 플레이트(211), 지지 플레이트(213), 면진 블럭(217)을 포함할 수 있다.
저수 플레이트(211)는 저수조(100)에 연결될 수 있다.
저수 플레이트(211)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 저수 플레이트(211)는 평평한 저수조(100)의 바닥 외면에 체결되는 판 형상의 금속 재질 플레이트를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(213)는 지지물(10)에 연결될 수 있다. 일 예로, 지지 플레이트(213)는 평평한 지지물(10)의 상면에 체결되는 판 형상의 금속 재질 플레이트를 포함할 수 있다.
면진 블럭(217)은 저수 플레이트(211)와 지지 플레이트(213) 사이에 개재될 수 있다.
면진 블럭(217)은 판 형상의 점탄성체(216)와 금속판(215)이 교번하여 적층된 것일 수 있다.
점탄성체(216)는 점탄성(viscoelasticity)을 갖는 물체로, 예를 들어 고무를 포함할 수 있다. 점탄성은 물체에 힘을 가했을 때 탄성 변형과 점성을 지닌 흐름이 동시에 나타나는 현상을 말한다.
점탄성체(216)를 갖는 면진 수단(200)은 지지물(10)에 대해 저수조(100)를 점탄성적으로 지지할 수 있다.
점탄성을 갖는 면진 블럭(217)에 따르면, 면진부(210)는 좌우로 유동되면서, 지지물(10)로부터 저수조(100)로 전파되는 진동을 방지하거나 감쇠시킬 수 있다. 또한, 면진부(210)는 이미 저수조(100)로 전파된 진동, 또는 저수조(100)를 발원지로 하는 진동을 감쇠시킬 수 있다.
액체(90)가 수용된 저수조(100)의 중량에 의해 면진 블럭(217)이 훼손되지 않도록, 면진 블럭(217)에는 판 형상으로 형성된 복수의 금속판(215)이 중력 방향을 따라 서로 다른 위치에 평행하게 내장될 수 있다. 이때, 각 금속판(215)의 사이에 판 형상의 점탄성체(216)가 삽입될 수 있다.
면진 블럭(217)에 의해 저수 플레이트(211)는 좌우 유동 가능하게 지지 플레이트(213)에 지지될 수 있다.
이때, 면진부(210)의 좌우 유동을 설정 범위 내에서 제한하는 스토퍼(218)가 마련될 수 있다.
일 예로, 스토퍼(218)는 저수 플레이트(211), 지지 플레이트(213) 중 어느 하나에 고정될 수 있다. 스토퍼(218)는 저수 플레이트(211), 지지 플레이트(213) 중 나머지 하나의 측면에 대면되는 위치까지 연장될 수 있다.
일 예로, 스토퍼(218)가 지지 플레이트(213)에 고정되고, 저수 플레이트(211)의 측면에 대면되는 위치까지 연장된 경우를 가정하면, 지지 플레이트(213)에 대해 좌우 유동되는 저수 플레이트(211)는 스토퍼(218)와의 물리적 간섭에 의해 스토퍼(218)가 허용하는 범위까지만 움직일 수 있다.
저수 플레이트(211), 지지 플레이트(213) 중 나머지 하나의 측면에 대면되는 스토퍼(218)의 일면에는 나머지 하나의 좌우 유동에 따른 충돌 충격을 흡수하는 점탄성 재질의 댐퍼(219)가 형성될 수 있다. 댐퍼(219)에 따르면, 물리적 접촉에 따른 스토퍼(218) 또는 각 플레이트의 훼손이 방지되는 동시에 저수조(100)로 전파되는 진동이 댐퍼(219)에 흡수된 만큼 저감될 수 있다.
면진 블럭(217)의 훼손 방지 및 진동 흡수를 위해, 면진 블럭(217)의 중앙에는 도 4와 같이 납 재질을 포함하는 원통형 또는 막대 형상의 납코어(214)가 관통 설치될 수 있다.
도 4는 면진 블럭(217)을 나타낸 개략도이다.
납코어(214)의 장착을 위해 면진 블럭(217)에는 납코어(214)가 삽입되는 코어홀이 천공될 수 있다.
납코어(214)는 하중의 작용, 크기 및 속도에 따라 다음과 같은 특성을 갖는다.
첫째로, 온도와 크리프 및 건조 수축과 같이 느린 속도로 작용하는 하중에는 쉽게 항복하여 열팽창과 같은 지지물(10) 또는 저수조(100)의 장기적 변형에 의한 수평력을 지지물(10)과 저수조(100) 양자간에 작게 전달한다.
둘째로, 풍하중 및 제동하중과 같이 빠른 속도로 작용하는 하중인 동시에 납코어(214)의 항복 강도를 넘지 않는 하중에 대해서는 초기 강성으로 저항하여 변위를 억제한다.
셋째로, 수평지진력의 하중에 대해서는 납코어(214)가 완전하게 항복하여 장주기화 및 에너지소산에 의해 수평지진력의 크기를 감소시킨다.
점탄성체(216), 금속판(215), 납코어(214)가 마련된 면진 블럭(217)은 장기적 변형 및 빠른 속도로 작용하는 하중에 대해 적응적으로 변형되면서 저수조(100) 및 지지물(10)을 보호할 수 있다. 또한, 평상시 저수조(100)의 수평 이동 하중은 납코어(214)가 마련된 면진 블럭(217)의 높은 탄성 계수로 인해 변위 없이 지지될 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 저수조(100)의 진동을 억제하는 면진 수단(200)으로 방파판(110)이 마련될 수 있다.
방파판(110)은 저수조(100)의 내부에 형성되는 요소로, 저수조(100)의 수용 공간을 복수의 격실(190)로 구분하는 격벽 형상으로 형성될 수 있다.
지진 등에 의해 저수조(100)가 진동하면, 저수조(100)에 수용된 액체(90)는 슬로싱(sloshing)된다.
액체(90)와 액체(90)를 담고 있는 저수조(100) 사이에서 발생하는 상대적 운동에 해당하는 슬로싱은, 저수조(100)에 충격력을 발생시켜 구조물을 파손시킬 수 있다. 이때, 방파판(110)에 의해 저수조(100) 내부의 수용 공간이 복수의 격실(190)로 구분되면 슬로싱 현상이 크게 완화될 수 있다.
저수조(100)로 전파된 진동 등을 감쇠하기 위해 방파판(110)에는 액체(90)가 흐르는 유로를 탄성적으로 개폐하는 도어부(230)가 마련될 수 있다.
도 1과 같이 각 격실(190)에 수용된 액체(90)가 서로 소통되도록 각 방파판(110)의 하측은 개구될 수 있다. 일 예로, 저수조(100) 내부에 10개의 격실(190)이 순서대로 형성된 경우, 상수도관 등의 입구(101)가 첫번째 격실(190)에 설치되고, 배수관 등의 출구(103)가 열번째 격실(190)에 설치될 수 있다.
이때, 첫번째 격실(190)로 유입된 액체(90)는 방파판(110)의 하측에 형성된 개구를 통해 첫번째 격실(190)로부터 열번째 격실(190)까지 순차적으로 흐를 수 있다.
이때, 도어부(230)는 액체(90)의 유로가 되는 각 방파판(110)의 개구를 개폐하도록 형성될 수 있다.
일 예로, 도어부(230)는 방파판(110)의 개구를 폐쇄할 수 있는 판, 방파판(110)과 도어부(230)를 연결하는 힌지, 방파판(110)의 개구가 개방된 상태로 유지되는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함할 수 있다. 힌지 또는 스프링을 배제하기 위해 도어부(230) 자체가 탄성적으로 휘어지는 재질로 형성되어도 무방하다.
탄성적으로 개폐되는 도어부(230)로 인해 저수조(100)의 진동이 완화될 수 있다.
도 1과 같이 스프링 또는 자체 탄성에 의해 도어부(230)는 기본적으로 방파판(110)의 개구를 개방한 상태로 유지될 수 있다. 그 결과 각 격실(190)에 수용된 액체(90)는 개구를 통해 다른 격실(190)로 흐를 수 있다.
도 2와 같이 지진파 등에 의해 저수조(100)가 횡방향 k 등을 따라 진동하면, 도어부(230)는 진동력에 의해 힌지를 중심으로 회동되며, 스프링의 탄성력을 극복하는 과정에서 진동력이 감쇠될 수 있다. 이때, 각 격실(190)에 수용된 액체(90)는 전동력을 확실하게 도어부(230)로 전달하는 매개체로 기능할 수 있다.
한편, 본 발명의 저수 장치는 전기를 생산하는 발전부(250)를 포함할 수 있다. 이때, 발전부(250)는 방파판(110)에 형성된 개구, 다시 말해 액체(90)의 유로를 개폐 동작하는 도어부(230)의 물리적 유동 또는 개방된 도어부(230)를 통해 흐르는 액체(90)를 이용해 발전할 수 있다. 발전부의 구동에 사용되는 힘만큼 저수조의 진동이 감쇠될 수 있다.
일 예로, 첫번째 객실로부터 열번째 객실을 따라 순차적으로 흐르는 액체(90)의 유로에 설치되는 터빈(251)이 마련될 수 있다. 발전부(250)는 터빈(251)의 회전에 의해 발전하는 발전기를 포함할 수 있다. 또는 도어부(230)와 함께 움직이는 기어, 풀리 등의 구동부(231)가 마련될 수 있다. 발전부(250)는 구동부(231)에 링크된 발전기를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 개시된 도어부(230)는 저수조(100)의 진동시 움직이게 되므로, 해당 방전부는 저수조(100)가 진동할 때에만 발전할 수 있다. 저수조(100)의 진동 여부에 상관없이 발전부(250)를 동작시키는 방안이 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 도어부(230)를 나타낸 개략도이다.
도어부(230)는 방파판(110)의 일면에 대면되는 제1 격실(191)과 방파판(110)의 타면에 대면되는 제2 격실(192) 간의 수압차에 의해 제1 격실(191)과 제2 격실(192) 사이에 형성된 유로를 개폐할 수 있다.
일 예로, 도어부(230)는 기본적으로 제1 격실(191)과 제2 격실(192)을 폐쇄하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 격실(191)과 제2 격실(192)에 각각 수용된 액체(90)의 수면 높이차 h 또는 수압차에 의해 도어부(230)는 제1 격실(191)과 제2 격실(192) 사이에 형성된 유로를 개방할 수 있다.
도어부(230) 또는 스프링은 수면 높이차 h 또는 수압차가 설정값을 만족하면 굴복되는 탄성력을 갖도록 형성될 수 있다. 수압차가 설정값을 만족하면 도어부(230)는 탄성력을 극복하고 유로를 개방할 수 있다.
유로의 개방에 따라 제2 격실(192)보다 높은 수압으로 수용된 제1 격실(191)의 액체(90)는 제2 격실(192)로 밀려들어오게 되며, 해당 액체(90)의 유동에 의해 터빈(251)이 회전될 수 있다. 입구(101)를 통한 액체(90)의 유입이 지속적으로 이루어지는 경우, 각 격실(190) 간의 액체(90) 이동이 반복적으로 이루어지므로, 터빈(251) 역시 반복적으로 회전될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 도어부(230) 역시 반복적으로 유로의 개폐 동작을 수행하며, 그 과정에서 구동부(231) 역시 반복적으로 동작할 수 있다.
복수의 격실(190) 중 적어도 하나는 액체(90)에 포함된 유해 가스를 제거하는 폭기조(180)(aeration tank)를 형성할 수 있다.
이때, 반복적으로 동작하는 터빈(251) 또는 구동부(231)에 연결된 발전부(250)는 폭기조(180)의 구동에 필요한 구동 전력을 충분하게 제공할 수 있다. 구체적으로, 폭기조(180)에는 액체(90)로 공기 또는 산소를 주입하는 폭기부(150), 유해 가스를 폭기조(180) 밖으로 배출하는 팬 등의 벤트부(170)가 마련될 수 있다. 이때, 발전부(250)에서 생산된 전력은 폭기부(150) 또는 벤트부(170)의 구동에 사용될 수 있다.
상수도관으로부터 저수조(100)로 입력된 물 등의 액체(90)는 소독 및 정화를 거친 후 저수조(100)로부터 출력되는 것이 좋다.
액체(90)의 소독 및 정화를 위해 본 발명의 저수 장치는 투입부(130) 및 폭기부(150)를 이용할 수 있다.
투입부(130)는 액체(90)가 수용된 복수의 격실(190) 중 일부 격실(190)에 염소를 투입할 수 있다. 염소가 투입된 액체(90)는 살균 소독될 수 있다. 투입부(130)는 폭기조(180) 또는 폭기전 앞 단의 격실(190)에 염소를 투입할 수 있다.
폭기부(150)는 액체(90)의 소독이 완료되면 액체(90)에 포함된 염소를 외부로 배출시킬 수 있다. 일 예로, 폭기부(150)는 공기 또는 산소를 액체(90)로 주입하고 액체(90)를 교반할 수 있다.
공기 또는 산소를 액체(90)로 주입하고 액체(90)를 교반하는 폭기부(150)에 따르면, 액체(90)에 녹아있는 염소, 각종 유해 가스가 액체(90)로부터 배출될 수 있다. 폭기부(150)는 라돈, 이산화탄소, 메탄, 염소 등의 함량을 낮추고, 온도를 낮출 수 있다. 액체(90)에 투입된 염소를 100으로 가정하면, 폭기부(150) 동작 후 30분 경과 후 염소의 함량은 25로 감소하고, 2시간 후에는 9로 감소할 수 있다.
액체(90)로부터 배출된 염소, 유해 가스는 폭기조(180) 내부의 공간에 머무르게 되는데, 벤트부(170)는 폭기조(180) 내부의 공간에 머무르는 염소, 유해 가스를 외부로 배출시킬 수 있다.
투입부(130), 폭기부(150), 벤트부(170) 중 적어도 하나의 구동 전력은 발전부(250)에 의해 제공될 수 있다.
복수의 격실(190) 중 폭기조(180)에 대해서만 투입부(130), 폭기부(150), 벤트부(170)가 적용되므로, 액체(90)의 소독 및 정화에 소모되는 자원이 크게 절약될 수 있다. 폭기조(180)는 저수조(100)의 출구(103) 측 최종단의 격실(190)인 것이 좋다.
한편, 저수조(100)를 형성하고 저수조(100)의 내부에 방파판(110)을 형성하는 방식에 따르면, 저수조(100) 전체의 크기 및 외형이 어느 하나로 고정될 수 있다. 따라서, 특정 지지물(10)의 환경에 맞춰 제작된 특정 저수조(100)는 다른 지지물(10)에 적용되기 어렵다.
서로 다른 환경을 갖는 다양한 지지물(10)에 적응적으로 적용될 수 있는 저수조(100)를 제공하는 방안이 마련될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 저수 장치를 나타낸 개략도이다.
일 예로, 본 발명의 저수 장치는 방파판(110)을 외벽으로 갖는 저장 모듈(120)을 포함할 수 있다. 이때, 저수조(100)는 복수의 저장 모듈(120)이 조립식으로 서로 연결되어 형성될 수 있다.
각 저장 모듈(120)은 그 자체로 완성된 저수로를 형성할 수 있다.
일 예로, 저장 모듈(120)에는 액체(90)가 입력되는 입력관(111), 액체(90)가 출력되는 출력관(113), 액체(90)가 수용되는 격실(190)이 마련될 수 있다.
저장 모듈(120) 간의 장착에 의해 무한대의 확장성을 갖도록, 입력관(111)은 다른 저장 모듈(120)의 출력관(113)에 착탈되게 형성될 수 있다.
또한, 발전부(250)는 각 저장 모듈(120)마다 설치될 수 있다.
일 예로, 저장 모듈(120)에는 출력관(113)을 통해 출력되는 액체(90)를 이용해 발전하는 발전부(250)가 마련될 수 있다.
복수로 연결되는 저장 모듈(120)의 최종단에는 폭기 모듈(140)이 장착될 수 있다. 이때, 각 저장 모듈(120)의 발전부(250)에서 생산된 전기는 폭기 모듈(140)로 전달되어야 한다.
일 예로, 저장 모듈(120)의 출력관(113) 측에는 발전부(250)에 전기적으로 연결된 출력 커넥터(123)가 마련될 수 있다.
입력관(111) 측에는 출력 커넥터(123)에 전기적으로 연결된 입력 커넥터(121)가 마련될 수 있다. 이때, 입력 커넥터(121)는 다른 저장 모듈(120)의 커넥터, 예를 들어 출력 커넥터(123)에 착탈 가능하게 형성될 수 있다.
복수의 저장 모듈(120)이 연결된 상태에서, 이전 저장 모듈(120)에서 생산된 전기는 특정 저장 모듈(120)의 입력 커넥터(121), 출력 커넥터(123)를 순서대로 거쳐 다음 저장 모듈(120)로 전달될 수 잇다. 여기에 더해 특정 저장 모듈(120)의 발전부(250)에서 생산된 전기 역시 출력 커넥터(123)를 거쳐 다음 저장 모듈(120)로 전달될 수 있다. 이렇게 전달되는 전기는 최종단에 위치하는 폭기 모듈(140)의 입력 커넥터(121)로 입력되어 폭기 모듈(140)에 마련된 투입부(130), 폭기부(150), 벤트부(170) 등으로 제공될 수 있다.
도 7은 저장 모듈(120)의 전기 배선을 나타낸 회로도이다.
한편, 입력 커넥터(121)로 입력된 다른 전기가 발전부(250)로 유입되는 현상을 방지하기 위해 다이오드 등의 일방향 소자(125)가 마련될 수 있다.
일방향 소자(125)는 출력 커넥터(123), 입력 커넥터(121) 및 발전부(250)의 사이에 설치될 수 있다. 일방향 소자(125)는 입력 커넥터(121)로 입력된 전기 및 발전부(250)의 전기를 출력 커넥터(123)로만 전달할 수 있다. 일방향 소자(125)는 입력 커넥터(121)로 입력된 전기가 발전부(250)로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 일방향 소자(125)는 출력 커넥터(123)의 전기가 입력 커넥터(121) 및 발전부(250)로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
수질의 위생 관리, 오염 방지 등을 위해 적정량의 염소 처리가 요구된다. 그런데, 대형의 저수조(100)의 경우 물의 보관 기간이 길므로, 소독용 염소가 자체적으로 증발될 수 있다. 증발된 염소로 인해 정화 기능이 낮아져 보관수가 오염될 수 있다.
저수조(100) 내의 수질 오염 발생으로 인해 저수조(100)의 용량을 줄이는 방안 또는 직수 공급 방안이 권장되고 있다. 그러나, 이러한 방안은 수질 관리에 일부 도움이 되기는 하지만, 지진 등의 긴급 상황 발생시 단수의 위험이 존재한다. 따라서, 수질 관리를 효율적으로 하면서 비상 상황을 대비한 적정량의 저수조(100)가 필요하다.
본 발명의 저수 장치에 따르면, 저수조(100)의 용량에 상관없이 방파판(110)을 이용해 저수조(100)를 복수의 격실(190)로 구분하고, 출구(103) 측 최종단의 격실(190)에만 폭기조(180)가 형성될 수 있다.
저수조(100)의 출구(103) 측 최종단에 배치된 폭기조(180)의 에어레이션(aeration)에 따르면, 저수조(100)의 용량에 상관없이 공급 직전의 액체(90)에 대해 확실한 소독 및 정화가 가능하다.
이때, 폭기조(180)의 구동에 필요한 전력은 방파판(110)에 형성된 도어부(230)에 의해 동작하는 발전부(250)로부터 제공될 수 있다. 따라서, 폭기조(180)의 구동에 별도의 외부 전력이 필요하지 않은 장점이 있다.
또한, 저수조(100)의 수용 공간을 복수의 격실(190)로 구분하는 방파판(110)에 따르면, 지진 등으로 인한 액체(90)의 슬로싱 현상이 완화될 수 있다.
지진파의 파괴력은 횡방향 진동에 의해 주로 발생한다. 지진파의 주파수 대역은 대체로 높은 편이므로, 고유 진동수가 비교적 높은 낮은 층의 구조물, 예를 들어 저수조(100)와 공진을 일으킬 위험이 크다.
저수조(100) 내부의 방파판(110)에 연결된 도어부(230)에 따르면, 도어부(230)의 탄성력으로 인해 저수조(100) 전체의 고유 진동수를 크게 낮출 수 있다. 또한, 저수조(100)와 지지물(10) 사이에 삽입되는 면진부(210)를 통해서도 저수조(100) 전체의 고유 진동수를 크게 낮출 수 있다.
이때, 도어부(230)의 탄성력 또는 면진부(210)의 점탄성에 의해 지진 에너지가 흡수되고 완화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 동흡진부(300)를 나타낸 개략도이다.
저수조(100)는 액체가 수용되는 복수의 저장 모듈(120)이 서로 연결된 것일 수 있다.
복수의 저장 모듈 중 특정 저장 모듈은 지지물(10)에 고정된 다른 저장 모듈에 대해 이동 가능하게 형성될 수 있다.
이동 가능하게 형성된 특정 저장 모듈은 평소 지면에 가만히 서 있는 상태를 유지할 수 있다.
지진 등에 의해 저수조가 진동되면, 특정 저장 모듈은 지지물에 고정된 다른 저장 모듈의 진동 방향에 반대되는 방향으로 움직일 수 있다. 다른 저장 모듈과 반대 방향으로 움직이는 특정 저장 모듈의 이동에 따라 저수조의 진동이 감쇠될 수 있다.
지지물에 고정된 다른 저장 모듈에 이동 가능하게 연결된 특정 저장 모듈은 다른 저장 모듈의 진동을 감쇠하는 동흡진부(300)를 형성할 수 있다.
동흡진부(300)는 특정 저장 모듈처럼 저수조(100)의 외부에 설치될 수도 있으나, 저수조의 내부에 설치되어도 무방하다.
동흡진부(300)에 대해 상세히 살펴본다.
방파판(110), 면진부(210), 도어부(230)의 설치에도 불구하고, 지진 강도가 매우 커서 진동 에너지를 충분하게 흡수하지 못하는 상황을 대비하거나, 방파판 등의 설치가 곤란한 상황을 대비하여 동흡진부(300)가 마련될 수 있다.
동흡진부(300)는 저수조에 이동 가능하게 연결될 수 있다.
동흡진부(300)에는 저수조(100)에 이동 가능하게 연결된 진동체(310), 진동체(310)와 저수조(100)를 탄성적으로 연결하는 탄성부(330), 진동체(310)와 저수조 사이에서 진동체(310)와 저수조를 연결하는 댐핑부(350)가 마련될 수 있다.
진동체(310)는 평소 저수조(100) 또는 지지물(10)에 가만히 서 있는 상태를 유지할 수 있다. 지진 등의 발생으로 인해 저수조가 진동하면 진동체(310)가 이동하면서, 탄성부(330)의 탄성력 k, 댐핑부(350)의 감쇠력 또는 저항력 b 등이 작용하게 된다.
진동체(310)의 이동, 탄성부(330)의 탄성력 및 댐핑부(350)의 저항력에 의해 저수조의 진동이 감쇠될 수 있다.
저수조는 중력 방향에 직교하는 평면, 소위 xy 평면에 설치될 수 있다.
이때, 다양한 방향으로부터 전파된 횡진동 지진파에 대응하기 위해, 동흡진부(300)는 xy 평면을 형성하는 x축과 y축 중 x축을 따라 움직이는 제1 동흡진부, y축을 따라 움직이는 제2 동흡진부를 포함할 수 있다.
종진동을 대비하기 위해, z축을 따라 움직이는 제3 동흡진부가 추가될 수 있다.
정상적인 진동 감쇠를 위해 동흡진부(300)는 다음의 조건을 충족할 수 있다.
먼저, 진동체(310)는 탄성부(330) 및 댐핑부(350)에 의해 저수조에 연결되어야 한다.
진동체(310)의 고유 진동수는 지진파 진동수와 거의 일치해야 한다.
진동체(310)의 질량은 저수조에 대해 설정 비율, 예를 들어 저수조 질량의 3~20%를 만족해야 한다.
도 9는 정상 동작 조건을 만족하는 동흡진부(300)의 동작을 나타낸 그래프이다.
정상 동작 조건이 만족되면, 동흡진부(300)는 지진파 진동수와 동일하게 되며, 위상은 지진파와 반대가 된다.
정반대 위상을 갖는 동흡진부(300)의 진동은 지진파와 동일한 위상을 갖는 저수조의 진동을 상쇄시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 동흡진부(300)를 나타낸 개략도이다.
동흡진부(300)의 정상 동작 조건을 만족하기 위해, 진동체(310)는 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 갖게 형성될 수 있다. 진동체(310)는 저수조의 질량 m1 대비 설정 비율의 질량 m2를 갖게 형성될 수 있다.
그런데, 문제는 저수조의 질량 m1은 저수조에 저장되는 액체(90)의 양에 따라 가변된다는 것이다. 따라서, 진동체(310)의 질량 m2가 고정된다면, 가변되는 질량 m1에 대해 설정 비율을 만족하지 못할 수 있다.
가변되는 저수조(100)의 질량 m1에 상관없이 설정 비율을 만족하도록, 진동체(310)의 질량 m2는 저장된 액체(90)의 양에 따라 가변되는 저수조(100)의 질량 m1에 맞춰 가변될 수 있다.
일 예로, 동흡진부(300)에는 저수조(100)에 이동 가능하게 연결된 복수의 진동체(310)가 마련될 수 있다.
각 진동체는 독립적으로 저수조에 연결되며, 지진파에 의해 저수조의 진동을 감쇄시킬 수 있다. 지진파에 대응하기 위해 각 진동체는 앞서 설명한 바와 같이 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 가질 수 있다. 진동체의 고유 진동수는 저수조와 진동체를 연결하는 탄성부의 탄성 계수, 진동체의 질량에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 동흡진부의 정상 동작을 위해서는 탄성부의 탄성 계수에 대한 진동체의 질량 역시 일정하게 유지되어야 한다.
진동체의 질량이 일정하게 유지되면, 설정 비율을 만족하기 어려운 문제는 복수의 진동체를 통해 해결될 수 있다.
일 예로, 복수의 진동체 중 일부 진동체는 저장된 액체의 양에 따라 가변되는 저수조의 질량에 맞춰 질량이 변화되게 형성될 수 있다. 즉, 질량의 변화로 인해 일부 진동체는 지진파의 저감에 기여하기 어려울 수 있으나, 질량이 유지되는 나머지 진동체를 통해 지진파의 저감이 이루어질 수 있다. 결과적으로, 저수조가 무거워지면, 대부분의 진동체가 지진파 진동수를 추종하는 질량을 가지면서 무거운 저수조의 진동을 줄일 수 있다. 저수조가 가벼워지면, 적은 개수의 진동체가 지진파 진동수를 추종하는 질량을 가지면서 가벼운 저수조의 진동을 충분하게 줄일 수 있다.
구체적으로, 진동체(310)는 액체(90)가 액체가 저장되는 제1 저장 공간을 갖는 제1 진동체(311), 액체(90)가 저장되는 제2 저장 공간을 갖는 제2 진동체(312)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 진동체(311) 및 제2 진동체(312)는 액체(90)가 소통되는 관부(370)를 통해 저수조(100)에 연결될 수 있다.
제1 진동체(311)는 제1 탄성부(331) 또는 제1 댐핑부(351)를 통해 상기 저수조(100)에 이동 가능하게 연결될 수 있다. 제1 탄성부(331)의 탄성 계수, 제1 댐핑부(351)의 저항 계수 등이 결정되면, 지진파에 대응하여 제1 진동체(311)의 질량 역시 결정될 수 있다. 결정된 제1 진동체(311)의 질량을 만족하기 위한 조건은 액체(90)가 제1 설정 수위까지 채워지는 것일 수 있다.
액체(90)가 제1 설정 수위까지 채워진 제1 진동체(311)는 제1 탄성부(331) 또는 제1 댐핑부(351)에 의해 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 가질 수 있다.
제2 진동체(312)는 제2 탄성부(332) 또는 제2 댐핑부(352)를 통해 저수조(100)에 이동 가능하게 연결될 수 있다. 제2 탄성부(332)의 탄성 계수, 제2 댐핑부(352)의 저항 계수 등이 결정되면, 지진파에 대응하여 제2 진동체(312)의 질량 역시 결정될 수 있다. 결정된 제2 진동체(312)의 질량을 만족하기 위한 조건은 액체(90)가 제2 설정 수위까지 채워지는 것일 수 있다.
액체(90)가 제2 설정 수위까지 채워진 제2 진동체(312)는 제2 탄성부(332) 또는 제2 댐핑부(352)에 의해 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 가질 수 있다.
관부(370)에 의해, 각 진동체 내 액체(90)의 수위는 저수조(100) 내 액체(90)의 수위에 따라 결정될 수 있다.
저수조(100)에 저장된 액체(90)의 수위 증가에 따라 제1 설정 수위가 제2 설정 수위보다 먼저 만족되도록, 제1 진동체(311)는 제2 진동체(312)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.
일 예로, 관부를 통해 저수조에 연결된 각 진동체 내의 액체 수위는 저수조 내 액체의 수위와 동일할 수 있다.
제2 진동체보다 제1 진동체가 낮게 형성되므로, 제1 설정 수위 역시 제2 설정 수위보다 낮을 수 있다.
저수조 내 액체의 수위가 제1 설정 수위 h1을 만족하면, 제1 진동체 내 액체의 수위 역시 제1 설정 수위 h1이 될 수 있다. 제1 설정 수위 h1, 예를 들어 가득 액체가 채워진 제1 진동체는 제1 탄성부 또는 제1 댐핑부와 연계하여 지진파의 고유 진동수를 추종케 하는 질량값을 가질 수 있다.
제1 설정 수위 h1까지 채워진 저수조는 설정 비율의 질량을 만족하는 제1 진동체만으로도 충분하게 진동이 저감될 수 있다.
한편, 저수조 내 액체의 수위가 제2 설정 수위 h2까지 증가하면, 저수조의 질량 증가로 인해 제1 진동체만으로는 저수조의 진동을 감쇄하기 어려울 수 있다.
저수조 내 액체의 수위가 제2 설정 수위 h2까지 증가하면, 제1 진동체는 제1 설정 수위 h1을 이미 만족한 상태이고 추가로 제2 진동체 내 액체의 수위가 제2 설정 수위 h2가 될 수 있다. 제2 설정 수위 h2, 예를 들어 가득 액체가 채워진 제2 진동체는 제2 탄성부 또는 제2 댐핑부에 대해 지진파의 고유 진동수를 추종케 하는 질량값을 가질 수 있다.
따라서, 제2 설정 수위 h2까지 채워진 저수조에 대해 설정 비율의 질량을 만족하는 제1 진동체 및 제2 진동체가 마련되므로, 해당 저수조의 진동은 동흡진부를 통해 충분하게 저감될 수 있다.
저수조 내 액체의 수위가 제1 설정 수위, 제2 설정 수위보다 낮아지면, 제1 진동체, 제2 진동체는 저장된 액체를 저수조로 공급하는 보조 저수조로 기능할 수 있다.
저수조에 대해 움직이는 진동체(310)를 감안하여, 관부(370)는 휘어지거나 길이가 가변되는 플렉시블 재질을 포함할 수 있다.
진동체(310)의 저장 공간(319)에 저장되는 액체의 양을 저수조와 독립적으로 제어하고자 하는 경우, 관부(370)는 저수조의 액체를 진동체(310)로 제공하는 제1 관(371), 진동체(310)의 액체를 저수조로 제공하는 제2 관(372)으로 구분될 수 있다. 이때, 제1 관(371) 및 제2 관(372)에는 제어 가능한 밸브가 설치될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...지지물 90...액체
100...저수조 101...입구
103...출구 110...방파판
111...입력관 113...출력관
120...저장 모듈 121...입력 커넥터
123...출력 커넥터 125...일방향 소자
130...투입부 140...폭기 모듈
150...폭기부 170...벤트부
180...폭기조 190...격실
191...제1 격실 192...제2 격실
200...면진 수단 210...면진부
211...저수 플레이트 213...지지 플레이트
214...납코어 215...금속판
216...점탄성체 217...면진 블럭
218...스토퍼 219...댐퍼
230...도어부 231...구동부
250...발전부 251...터빈
300...동흡진부 310...진동체
319...저장 공간 330...탄성부
350...댐핑부 370...관부
371...제1 관 372...제2 관

Claims (12)

  1. 액체가 저장되는 저수조;
    상기 저수조의 지지물로부터 상기 저수조로 전파되는 진동을 방지하거나, 상기 저수조로 전파된 진동을 감쇠시키는 면진 수단;
    을 포함하고,
    상기 저수조에 이동 가능하게 연결된 동흡진부가 마련되고,
    상기 동흡진부에는 상기 저수조에 이동 가능하게 연결된 진동체, 상기 진동체와 상기 저수조를 탄성적으로 연결하는 탄성부, 상기 진동체와 상기 저수조 사이에서 진동체와 저수조를 연결하는 댐핑부가 마련되며,
    상기 진동체의 이동, 상기 탄성부의 탄성력 및 상기 댐핑부의 저항력에 의해 상기 저수조의 진동이 감쇠되는 저수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저수조의 내부에는 상기 저수조의 수용 공간을 복수의 격실로 구분하는 방파판이 마련되고,
    상기 방파판의 일면에 대면되는 제1 격실과 상기 방파판의 타면에 대면되는 제2 격실 사이에 형성된 유로를 개폐하는 도어부가 마련된 저수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도어부는 상기 액체가 흐르는 상기 유로를 탄성적으로 개폐하고,
    탄성적으로 개폐되는 상기 도어부로 인해 상기 저수조의 진동이 완화되는 저수 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도어부는 상기 제1 격실과 상기 제2 격실 간의 수압차에 의해 개폐되고,
    개폐 동작하는 상기 도어부의 물리적 유동 또는 개방된 상기 도어부를 통해 흐르는 액체를 이용해 발전하는 발전부가 마련되며,
    상기 발전부의 구동에 사용되는 힘만큼 상기 저수조의 진동이 감쇠되는 저수 장치.
  5. 액체가 저장되는 저수조;
    상기 저수조의 지지물로부터 상기 저수조로 전파되는 진동을 방지하거나, 상기 저수조로 전파된 진동을 감쇠시키는 면진 수단;
    을 포함하고,
    상기 저수조의 내부에는 상기 저수조의 수용 공간을 복수의 격실로 구분하는 방파판이 마련되고,
    상기 방파판의 일면에 대면되는 제1 격실과 상기 방파판의 타면에 대면되는 제2 격실 사이에 형성된 유로를 개폐하는 도어부가 마련되며,
    상기 도어부는 상기 제1 격실과 상기 제2 격실 간의 수압차에 의해 개폐되고,
    개폐 동작하는 상기 도어부의 물리적 유동 또는 개방된 상기 도어부를 통해 흐르는 액체를 이용해 발전하는 발전부가 마련되며,
    상기 발전부의 구동에 사용되는 힘만큼 상기 저수조의 진동이 감쇠되고,
    복수의 상기 격실 중 적어도 하나는 상기 액체에 포함된 유해 가스를 제거하는 폭기조(aeration tank)를 형성하고,
    상기 발전부는 상기 폭기조에 마련된 폭기부의 구동에 필요한 구동 전력을 제공하는 저수 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 면진 수단은 상기 저수조와 상기 지지물 사이에 삽입되는 면진부를 포함하고,
    상기 저수조는 상기 면진부에 의해 지지되며,
    상기 면진부는 상기 저수조에 연결되는 저수 플레이트, 상기 지지물에 연결되는 지지 플레이트, 상기 저수 플레이트와 상기 지지 플레이트 사이에 개재되는 면진 블럭을 포함하고,
    상기 면진 블럭은 판 형상의 점탄성체와 금속판이 교번하여 적층된 저수 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 면진 수단은 상기 지지물에 대해 상기 저수조를 점탄성적으로 지지하는 면진부를 포함하고,
    상기 면진부는 상기 저수조에 연결되는 저수 플레이트, 상기 지지물에 연결되는 지지 플레이트를 포함하고,
    상기 저수 플레이트는 좌우 유동 가능하게 상기 지지 플레이트에 지지되며,
    상기 저수 플레이트, 상기 지지 플레이트 중 어느 하나에 고정되고, 나머지 하나의 측면에 대면되는 위치까지 연장되는 스토퍼가 마련되며,
    상기 나머지 하나의 측면에 대면되는 상기 스토퍼의 일면에는 상기 나머지 하나의 좌우 유동에 따른 충돌 충격을 흡수하는 댐퍼가 형성된 저수 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저수조는 상기 액체가 수용되는 복수의 저장 모듈이 서로 연결된 것이고,
    복수의 상기 저장 모듈 중 특정 저장 모듈은 상기 지지물에 고정된 다른 저장 모듈에 대해 이동 가능하게 형성되며,
    상기 특정 저장 모듈의 이동에 따라 상기 저수조의 진동이 감쇠되는 저수 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저수조에 이동 가능하게 연결된 진동체를 갖는 동흡진부가 마련되고,
    상기 진동체는 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 갖게 형성되며,
    상기 진동체는 상기 저수조의 질량 대비 설정 비율의 질량을 갖는 저수 장치.
  11. 액체가 저장되는 저수조;
    상기 저수조의 지지물로부터 상기 저수조로 전파되는 진동을 방지하거나, 상기 저수조로 전파된 진동을 감쇠시키는 면진 수단;
    을 포함하고,
    상기 저수조에 이동 가능하게 연결된 진동체를 갖는 동흡진부가 마련되고,
    상기 진동체는 상기 액체가 저장되는 제1 저장 공간을 갖는 제1 진동체, 상기 액체가 저장되는 제2 저장 공간을 갖는 제2 진동체를 포함하고,
    상기 제1 진동체 및 상기 제2 진동체는 액체가 소통되는 관부를 통해 상기 저수조에 연결되며,
    상기 제1 진동체는 제1 탄성부 또는 제1 댐핑부를 통해 상기 저수조에 이동 가능하게 연결되며,
    상기 액체가 제1 설정 수위까지 채워진 상기 제1 진동체는 상기 제1 탄성부 또는 상기 제1 댐핑부에 의해 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 갖고,
    상기 제2 진동체는 제2 탄성부 또는 제2 댐핑부를 통해 상기 저수조에 이동 가능하게 연결되며,
    상기 액체가 제2 설정 수위까지 채워진 상기 제2 진동체는 상기 제2 탄성부 또는 상기 제2 댐핑부에 의해 지진파 진동수를 추종하는 고유 진동수를 갖고,
    상기 관부에 의해, 각 진동체 내 상기 액체의 수위는 상기 저수조 내 상기 액체의 수위에 따라 결정되며,
    상기 저수조에 저장된 상기 액체의 수위 증가에 따라 제1 설정 수위가 상기 제2 설정 수위보다 먼저 만족되도록, 상기 제1 진동체는 상기 제2 진동체보다 낮은 위치에 배치되는 저수 장치.
  12. 액체가 저장되는 저수조;
    상기 저수조의 지지물로부터 상기 저수조로 전파되는 진동을 방지하거나, 상기 저수조로 전파된 진동을 감쇠시키는 면진 수단;
    을 포함하고,
    상기 저수조의 질량은 상기 저수조에 저장되는 상기 액체의 양에 따라 가변되며,
    상기 저수조에 이동 가능하게 연결된 복수의 진동체를 갖는 동흡진부가 마련되고,
    각 진동체는 독립적으로 상기 저수조에 연결되며,
    복수의 상기 진동체 중 일부 진동체는 저장된 상기 액체의 양에 따라 가변되는 상기 저수조의 질량에 맞춰 질량이 변화되게 형성된 저수 장치.
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