KR102108027B1 - 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치 및 이를 이용한 침전물의 높이의 모니터링 방법 - Google Patents

침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치 및 이를 이용한 침전물의 높이의 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 침전물이 분산된 유체를 수용하여 침전물을 침전시킬 수 있는 본체; 상기 본체의 내부에 수용되어 있는 유체의 수위를 측정할 수 있는 수위 센서; 및 상기 본체의 하부에 배치되어 무게를 측정할 수 있는 무게 센서;를 포함하며, 상기 수위 센서를 이용하여 측정된 유체의 수위와 상기 무게 센서를 이용하여 측정된 무게를 이용하여 상기 본체 내에 침전된 침전물의 높이를 측정하는 모니터링 장치에 관한 것이다.

Description

침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치 및 이를 이용한 침전물의 높이의 모니터링 방법{MONITORING DEVICE CAPABLE OF MEASURING THE HEIGHT OF SEDIMENT AND METHOD OF MONITORING THE HEIGHT OF SEDIMENT USING THE SAME}
본 발명은 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치 및 이를 이용한 침전물의 높이 측정 방법에 관한 것이다.
침전조란 유체 내의 현탁 물질을 밀도차를 이용하여 침강시킴으로써 고체와 액체를 분리하기 위한 것을 의미한다. 예를 들어, 정수장의 침전조에서는 유입된 물을 일정시간 체류시킴으로써 침전물의 침전을 유도하고, 침전물이 침전된 상등수는 배수한다. 이때 침전조에 쌓인 침전물은 다른 장치로 이동시켜 처리해야 하는데, 침전조에 쌓인 침전물을 이동시킬지 여부는 침전물이 얼마나 쌓여있는지 여부로 결정하여야 한다.
하지만 침전조에 시간에 따라 침전물이 어느정도 쌓여있는지 여부를 모니터링할 수 있는 장치가 별도로 없어, 지금까지는 작업자가 육안으로 확인하거나 막대를 이용하여 침전물의 높이를 직접 확인해왔다.
하지만 침전조로 유입되는 유체는 일반적으로 슬러리 상태여서 육안으로 확인하기 어렵고, 막대를 이용하는 것도 침전물이 비고결상태인 경우에는 침전물의 높이를 측정하기 어렵다는 문제가 있다.
더욱이 침전조가 큰 경우에는 침전물의 높이가 위치에 따라 달라 침전물의 높이를 정확히 측정할 수 없다.
따라서 침전조를 보다 체계적이고 효율적으로 운영하기 위해서는 작업자의 경험과 같은 간접적인 방법이 아닌 객관적으로 침전물의 높이를 확인할 수 있는 방안이 필요한 실정이다. 나아가, 침전조 뿐만아니라 침전물의 양을 측정할 필요가 있는 기술 분야에 적용될 수 있는 침전물의 높이를 확인할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 침전물의 높이를 정량적으로 확인할 수 있는 방안을 구비한 모니터링 장치를 제안하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 침전물이 분산된 유체를 수용하여 침전물을 침전시킬 수 있는 본체; 상기 본체의 내부에 수용되어 있는 유체의 수위를 측정할 수 있는 수위 센서; 및 상기 본체의 하부에 배치되어 무게를 측정할 수 있으며, 서로 다른 위치에 복수개 배치되는 무게 센서;를 포함하며, 상기 수위 센서를 이용하여 측정된 유체의 수위와 상기 무게 센서를 이용하여 측정된 무게를 이용하여 상기 본체 내에 침전된 침전물의 높이를 측정하고, 상기 수위 센서는,유체의 상부에 부유하는 부력체; 및 일정 위치에서 상기 부력체까지의 거리를 측정하는 거리측정센서;를 포함하고, 상기 수위 센서에 측정된 유체의 수위를 ht, 상기 무게 센서에서 측정된 특정 위치의 무게를 wi, 상기 무게 센서의 단면적을 A, 상기 유체의 밀도를 ρw, 상기 침전물의 수중밀도를 ρs라고 할 때, 특정 위치의 침전물의 높이 hi 는 다음의 수학식 1에 의해 구할 수 있는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]
Figure 112019028875396-pat00010

일 예에 있어서,상기 부력체는 연직방향에서 상기 무게센서와 어긋나는 위치에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 거리측정센서는 LiDAR 또는 초음파 센서인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 무게 센서의 표면에 배치되어 상기 무게 센서로 유체가 유입되는 것을 방지하는 방수 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 침전물 높이의 모니터링 방법은 전술한 모니터링 장치를 이용하여 수행된다. 구체적으로, 본 발명의 다른 예에 따른 침전물 높이의 모니터링 방법은 유체 및 침전물의 밀도를 측정하는 단계; 상기 수위 센서를 이용하여 본체에 수용된 유체의 수위를 측정하는 단계; 및 상기 무게 센서를 이용하여 해당 위치의 무게를 측정하는 단계;를 포함하고, 상기 수위센서에 측정된 유체의 수위를 ht, 상기 무게 센서에서 측정된 무게를 wt, 상기 무게 센서의 단면적을 A, 상기 유체의 밀도를 ρw, 상기 침전물의 수중밀도를 ρs라고 할 때, 상기 침전물의 높이 hi 는 다음의 수학식 2에 의해 구할 수 있는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112018043470652-pat00001
본 발명의 일 실시예에 따른 침전물의 높이를 모니터링 할 수 있는 침전조는 수위 센서와 로드셀을 포함하고 있고, 이로부터 수위와 무게를 측정함으로써, 측정결과와 이미 알고 있는 물과 퇴적층의 밀도를 이용하여 침전물의 높이를 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 침전물의 높이를 모니터링 할 수 있는 침전조는 침전조의 곳곳에 로드셀을 배치함으로써 침전조 내의 침전물의 분포를 모니터링할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'에 따른 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 침전조 내의 침전물의 높이의 모니터링 방법의 순서도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
아래에서 설명할 본 발명은 침전조에 관한 것이다. 본 발명은 정수장의 침전조를 기준으로 설명하였으나, 여기에만 이용되는 것이 아니며 해안가에서의 모래 두께 평가, 수계에서의 침전물 두께 평가, 환경 분야의 오폐수 시설에서의 솔러지 발생 평가 등 침전물의 두께를 모니터링 할 필요가 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치의 개략적 사시도이며, 도 2는 도 1의 I-I'에 따른 개략적 단면도이다.
본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 내부에 유체를 수용할 수 있는 수용부(11)가 형성된 본체(10)를 포함한다. 일반적인 침전조와 마찬가지로 수용부(11)에 유체를 일정시간 수용하면서 침전물을 침전시켜 유체와 침전물을 분리한다. 즉, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치의 본체(10)에서도 일정시간이 지나면 유체(W)와 침전물(S)이 분리된다.
이때, 분리된 침전물(S)의 높이, 즉 침전물(S)의 양을 측정하기 위해, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 수위 센서(120)와 무게 센서(130)를 포함한다.
즉, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 유체의 수위와 특정 위치의 무게를 측정함으로써 특정 위치(Pi)의 침전물(S)의 높이(hi)를 측정할 수 있다.
수위 센서(120)는 본체(10)의 바닥면부터 본체(10)의 내부에 수용되어 있는 유체의 상부의 수면까지의 높이(ht)를 측정하는 역할을 수행한다. 한편, 본체(10)의 바닥면부터 유체의 상부의 수면까지의 높이(ht)를 측정할 수 있다면 그 형태나 유형은 무관하다.
예를 들어, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치처럼 상부의 일 위치에서 수면까지의 거리(da)를 측정하는 거리측정센서(121)를 이용하는 것도 가능하다. 즉, 거리측정센서(121)의 높이가 일정 위치에 고정되어 있는바, 거리측정센서(121)로부터 본체(10)의 바닥면까지의 거리(dt)에서 거리측정센서(121)로부터 수면까지의 거리(da)를 제하여 본체(10)의 바닥면부터 유체의 상부의 수면까지의 높이(ht)를 측정할 수 있다. 거리측정센서(121)로는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 센서를 이용하거나, 초음파 센서를 이용할 수 있다.
측정의 정확성을 향상시키기 위해 본 발명의 일예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치의 수위 센서(120)는 거리측정센서(121)와 유체(W)의 상부에 부유하는 부력체(122)를 포함할 수 있다. 즉, 부력체(122)를 이용하여 바람이나 부유 이물질로 인해 거리측정센서(121)로부터 수면까지의 거리(da)가 교란되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이와 같은 경우, 부력체(122)의 두께를 고려하여 거리측정센서(121)로부터 수면까지의 거리(da)를 측정하여야 한다.
한편, 침전물(S)의 높이(hi)를 측정하기 위해서는 거리측정센서(121)로부터 수면까지의 거리(da) 외에 무게 센서(130)를 이용하여 특정 위치(Pi)의 무게(wi)를 측정하여야 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 본체(10)의 하부에 설치되는 무게 센서(130)를 더 포함할 수 있다.
이때, 무게 센서(130)는 로드-셀(131)을 이용할 수 있다. 또한, 무게 센서(130)의 표면에는 무게 센서(130)의 내부로 유체가 유입되는 것을 방지하는 방수 커버(132)가 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 무게 센서(130)를 서로 다른 위치에 복수개 배치하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 2와 같이 무게 센서(130)를 P1 내지 P-5의 특정 위치에 배치할 수 있다.
유체의 흐름, 침전조 형태 등으로 인해 침전물은 위치에 따라 쌓인 높이가 다를 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 예에 따른 침전조에 무게 센서(130)를 서로 다른 위치에 복수개 배치함으로써 다양한 위치의 침전물(S)의 높이(hi)를 동시간에 측정할 수 있다.
기존에 이용되던 침전물의 높이를 측정하는 방법들은 작업자가 직접 침전물의 높이를 측정하기 ?문에 측정할 때마다 측정 위치가 달라졌고, 측정 과정 자체가 침전물을 교란시키기 때문에 단시간에 여러번 수행하기도 어려웠다. 특히, 침전조의 중앙부의 경우에는 작업자가 침전물의 높이를 측정하는 것이 거의 불가능했다.
하지만 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 무게 센서(130)를 서로 다른 위치에 복수개 배치함으로써 다양한 위치의 침전물(S)의 높이(hi)를 측정할 수 있고, 특히 작업자가 접근하기 어려운 침전조의 중앙부분의 침전물(S)의 높이(hi)를 측정하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치는 작업자가 직접 침전물(S)의 높이(hi)를 측정하는 것이 아니라, 수위센서와 무게센서를 이용하는 것이기 때문에 실시간으로 침전물(S)의 높이(hi)를 모니터링할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치를 이용하여 침전조 내의 침전물의 높이를 모니터링하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 침전물의 높이의 모니터링 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 예에 따른 침전물의 높이의 모니터링 방법은 상기 수위 센서를 이용하여 침전조에 수용된 유체의 수위를 측정하는 단계(S110) 및 상기 무게 센서를 이용하여 특정 위치의 무게를 측정하는 단계(S120), 및 상기 수위센서를 이용하여 측정된 유체의 수위와 상기 무게 센서를 이용하여 측정된 무게를 이용하여 침전조 내에 침전된 침전물의 높이를 측정하는 단계(S130)를 포함한다.
먼저, 수위 센서(120)를 이용하여 침전조 내에 수용된 유체의 수위를 측정하는 단계(S110)를 수행한다.
여기서 유체의 수위는 본체(10)의 바닥부터 유체의 수면까지의 거리를 의미한다. 만약 본체(10)의 바닥이 수면과 평행한 것이 아니라면, 본체(10)의 바닥면의 형상을 고려하여 특정 위치(Pi)의 본체(10)의 바닥부터 유체의 수면까지의 거리를 알 수 있다. 또한, 이? 무게 센서(130)의 두께를 고려하면 침전물의 높이(hi)를 더욱 정확히 측정할 수 있을 것이다.
한편, 유체의 수위는 침전물(S)의 높이와 유체(W)의 두께의 합으로 표현될 수 있다. 따라서 유체의 수위를 측정하는 것만으로는 침전물(S)의 높이를 알 수 없다. 따라서, 침전물(S)의 높이를 도출하기 위해 무게를 측정할 필요가 있다.
즉, 유체의 수위를 측정하는 단계(S110)와 별개로 무게 센서(130)를 이용하여 특정 위치(Pi)의 무게를 측정하는 단계(S120)를 수행한다.
여기서 무게는 무게 센서(130)가 위치하는 곳의 무게를 의미하며, 도 2와 같이 복수의 위치 P1, P2, P3, P4 및 P5 일 수 있다.
무게 센서(130)에 측정되는 무게는 무게 센서의 상부에 위치하는 유체(W) 및 침전물(S)의 무게의 합이다.
이와 같이 측정된 유체의 수위와 무게를 이용하여 침전물의 높이를 측정하는 단계(S130)를 수행한다.
이 단계에서 수위센서에 측정된 유체의 수위를 ht, 상기 무게 센서에서 측정된 특정 위치의 무게를 wi, 상기 무게 센서의 단면적을 A, 상기 유체의 밀도를 ρw, 상기 침전물의 수중밀도를 ρs라고 할 수 있다. 유체와 침전물의 수중밀도는 데이터가 있는 경우에는 그 데이터를 이용할 수도 있고, 측정을 수행하기 전에 표본 채취 등을 통해 쉽게 알 수 있다. 여기서 침전물의 수중밀도란 침전물의 건조밀도가 아닌 유체 내에서 채취된 상태 그대로의 밀도를 의미한다.
측정 결과값들을 이용하면 질량 보존식은 다음 [식 1]과 같이 표현된다.
[식 1]
Figure 112018043470652-pat00002
여기서 유체의 두께(hw)는 유체의 수위(ht)에서 침전물의 높이(hw)를 제한 값이므로 [식 1]은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[식 2]
Figure 112018043470652-pat00003
[식 3]
Figure 112018043470652-pat00004
[식 3]을 hi에 대해 정리하면 다음과 같다.
[식 4]
Figure 112018043470652-pat00005
즉, 본 발명의 다른 예에 따른 침전물의 높이를 모니터링 하는 방법은 유체의 수위와 특정 위치의 무게를 측정함으로써, 특정 위치의 침전물의 높이를 측정할 수 있다.
예를 들어, 도 2와 같이, 특정 위치 P1, P2, P3, P4 및 P5의 침전물의 높이인 h1, h2, h3, h4 및 h5를 각각 모니터링 할 수 있다.
또한, 별도의 작업자가 상주할 필요가 없으며, 객관적인 측정값에 의해 침전물의 높이를 모니터링할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 귄리범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (5)

  1. 유입된 물을 일정시간 체류시킴으로써 침전물의 침전을 유도하고 침전물이 침전된 상등수는 배수하는 정수장의 침전조에 설치되는 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치로서:
    침전물이 분산된 유체를 수용하여 침전물을 침전시킬 수 있는 본체;
    상기 본체의 내부에 수용되어 있는 유체의 수위를 측정할 수 있는 수위 센서; 및
    상기 본체의 하부에 배치되어 무게를 측정할 수 있으며, 서로 다른 위치에 복수개 배치되는 무게 센서;를 포함하며,
    상기 수위 센서를 이용하여 측정된 유체의 수위와 상기 무게 센서를 이용하여 측정된 무게를 이용하여 상기 본체 내에 침전된 침전물의 높이를 측정하고,
    상기 수위 센서는,유체의 상부에 부유하되 연직방향에서 상기 무게센서와 어긋나는 위치에 배치되는 부력체; 및일정 위치에서 상기 부력체까지의 거리를 측정하는 LiDAR 또는 초음파센서인 거리측정센서;를 포함하고,
    상기 수위 센서에 측정된 유체의 수위를 ht, 상기 무게 센서에서 측정된 특정 위치의 무게를 wi, 상기 무게 센서의 단면적을 A, 상기 유체의 밀도를 ρw, 상기 침전물의 수중밀도를 ρs라고 할 때, 특정 위치의 침전물의 높이 hi 는 다음의 수학식 1에 의해 구할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치.

    [수학식 1]
    Figure 112020004042264-pat00011

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무게 센서의 표면에 배치되어 상기 무게 센서의 내부로 유체가 유입되는 것을 방지하는 방수 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치.
  5. 제1항 또는 제4항의 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치를 이용하여 본체에 침전된 침전물의 높이를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 수위 센서를 이용하여 상기 본체에 수용된 유체의 수위를 측정하는 단계; 및
    상기 무게 센서를 이용하여 특정 위치의 무게를 측정하는 단계;를 포함하고,
    상기 수위 센서에 측정된 유체의 수위를 ht, 상기 무게 센서에서 측정된 특정 위치의 무게를 wi, 상기 무게 센서의 단면적을 A, 상기 유체의 밀도를 ρw, 상기 침전물의 수중밀도를 ρs라고 할 때,
    특정 위치의 침전물의 높이 hi 는 다음의 수학식 2에 의해 구할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    침전물의 높이의 모니터링 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020004042264-pat00006

KR1020180050705A 2018-05-02 2018-05-02 침전물의 높이를 측정할 수 있는 모니터링 장치 및 이를 이용한 침전물의 높이의 모니터링 방법 KR102108027B1 (ko)

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KR101516623B1 (ko) 2014-07-29 2015-05-04 현대제철 주식회사 슬래그 두께 예측방법

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