KR102207973B1 - 급속 여과지의 유량 자동평형장치 - Google Patents

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Abstract

단순한 구성으로 이루어진 자동 유량평형장치를 통해 여과 운전 조건을 일정하게 유지하여 유량 평형을 통해 여재층의 손상을 방지하고, 일정한 여과속도의 유지로 탁질의 이물질이 누출되지 않고 양질의 정수를 생산할 수 있도록 한 급속 여과지의 유량 자동평형장치 및 방법에 관한 것으로서, 급속 여과지를 통해 정수된 여과 유출수의 유량을 측정하는 유량 측정부, 측정한 여과 유출수의 유량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하며, 추정한 여과 속도에 따라 정수 유출량을 비례연동제어하는 가동형 유출웨어의 높이를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 자동 유량 평형부를 포함하여, 급속 여과지의 유량 자동평형장치를 구현한다.

Description

급속 여과지의 유량 자동평형장치{Flux automatic balancing apparatus for rapid hand filter basin}
본 발명은 급속 여과지의 유량 자동평형장치에 관한 것으로, 특히 단순한 구성으로 이루어진 자동 유량평형장치를 통해 여과 운전 조건을 일정하게 유지하여 유량 평형을 통해 여재층의 손상을 방지하고, 일정한 여과속도의 유지로 탁질의 이물질이 누출되지 않고 양질의 정수를 생산할 수 있도록 한 급속 여과지의 유량 자동평형장치에 관한 것이다.
급속 여과지는 상수도 또는 하수도 설비에서 고속으로 여과 작업을 하기 위한 것으로서, 맑은 물 생산에 매우 중요한 설비이다.
정수 생산을 위한 여과 효율을 높이기 위해서는 여과층의 운전조건 즉, 유량을 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
여과된 정수의 유출량은 유체가 여과층을 통과할 때 유입부와 유출부 사이의 압력차에 의해 생기는 여과저항의 증감에 따라 영향을 받기 때문에, 적절한 조치를 취하여 원수의 유입량과 정수의 유출량이 평형을 이루도록 함으로써, 여과지 내의 원수가 여과지를 넘쳐 흐르거나 또는 여과 사면이 대기중에 노출되는 것을 방지해야 한다. 여기서 여과지내의 수위를 적절히 조절하는 것을 유량조절이라 한다.
통상, 급속 여과지의 유량 조절 방식은 유량제어형, 수위제어형 및 자연 평형형을 이용한다.
유량제어형 조절방식은 여과된 정수가 유출되는 정수 유출관에 유량계를 설치하여, 그 정수 유출관을 통과하는 정수의 유출량이 설정치보다 많을 경우에는 유량조절밸브를 약간 닫고, 정수 유출량이 설정치보다 적으면 유량조절밸브를 약간 더 열어 주며, 정수 유출량이 설정치와 같으면 유량조절밸브의 개도(開度)를 그대로 유지하도록 구성되어 있다.
수위제어형 유량조절방식은 여과지의 기준수위를 일정 범위 이내의 수위로 설정하여, 그 여과지의 수위가 설정수위보다 높아질 경우에는 유량조절밸브를 약간 열고, 설정수위보다 낮으면 유량조절 밸브를 약간 닫으며, 수위가 설정범위 내에 있으면 유량조절밸브의 개도를 그대로 유지시키는 방법으로 여과지의 수위를 제어하도록 구성되어 있다.
자연평형방식의 유량조절방식을 여과지의 원수 유입측과 정수 유출측에 원수유입위어와 정수유출위어를 각각 설치하되, 원수 유입위어의 정부(頂部)를 여과지의 만수위보다 높게 설치하고 정수유출위어의 정부는 여과 사면보다 높게 설치함으로써, 여과지가 넘치거나 여과 사면이 노출되는 일이 없이 여과지 내의 수위가 여과 사면의 상부에서 만수위에 이르기까지 여과저항에 비례하여 상승하도록 한 것이다.
그러나 이러한 유량제어형 유량조절방식은 여과지 관랑(管廊)의 협소한 공간 내에서 유량계의 설치조건을 충족시킬 수 없기 때문에 유량측정 오차가 크고, 유량조절밸브의 개도도 적정치를 찾기가 어려운 등의 난점이 있으며, 아울러 밸브디스크를 열고 닫는 개/폐 동작을 수시로 연속 반복하게 됨으로써 장치 및 시스템이 불안전할 뿐만 아니라 수질의 안정성이 떨어지며, 여과지 운영에 많은 인력과 시간이 소모되는 단점이 있다.
또한, 초기에 여재 사이의 공극이 커서 높은 여과 속도로 여과시에 유입수량이 여재 층의 손상을 유발할 수 있으며, 급속 여과지 사용 중 여과지 매질의 공극이 밀폐되어 여재층의 부압이 발생할 수 있으며, 이 부압에 의해 정수생산량을 저해하고, 여재층을 분리하여 탁질의 이물질이 배출되어 수질악화를 유발할 수 있는 데, 종래의 단순 유량조절 방식으로는 상기와 같은 문제점을 개선할 수 없는 단점이 있다.
한편, 급속 여과지의 유량조절을 위한 종래의 기술이 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 은 전동 유량 조절밸브와 밸브 디스크를 이용한 개도 조절장치를 마련하고, 밸브디스크의 개도를 단계적으로 증가할 수 있도록 한 유량조절장치를 수위제어형 및 유량제어형 급속 여과지에 폭넓게 적용하여, 밸브의 무리한 반복 개폐에 따른 사용수명의 단축 및 구동장치의 고장요인을 배제할 수 있게 됨과 아울러, 여과지로 유입되는 침전수의 유입량과 여과된 정수의 유출량이 상시 평형을 유지하면서 유입 및 유출되게 하여 여과지가 넘치거나 또는 여과 사층이 대기중에 노출되지 않도록 함으로써 여과지의 수위 및 배출수의 유량을 보다 안정되고 효율적으로 조절할 수 있도록 한 것이다.
이러한 <특허문헌 1> 은 밸브디스크의 개도 조절을 통해 급속 여과지의 유량 조절이 어느 정도는 가능하나, 이동 근접스위치, 작동간, 밸브 디스크, 개도 감지판, 개도 감지판 이동기구, 폐쇄위치 설정용 근접 스위치, 완전 개방위치 설정용 근접스위치 등으로 이루어진 개도 조절장치의 구성이 복잡하고, 구성 부품이 많아 이를 급속 여과지에 설치하는 것도 복잡하다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0189165(1999.01.14. 등록)(급속여과지의 유량조절장치)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 급속 여과지의 유량 조절 방식 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 단순한 구성으로 이루어진 유량 자동평형장치를 통해 여과 운전 조건을 일정하게 유지하여 유량 평형을 통해 여재층의 손상을 방지하고, 일정한 여과속도의 유지로 탁질의 이물질이 누출되지 않고 양질의 정수를 생산할 수 있도록 한 급속 여과지의 유량 자동평형장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "급속 여과지의 유량 자동평형장치"는,
급속 여과지를 통해 정수된 여과 유출수의 유량을 측정하는 유량 측정부;
상기 유량 측정부에서 측정한 여과 유출수의 유량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하며, 추정한 여과 속도에 따라 정수 유출량을 비례연동제어하는 여과수량 조절부; 및
상기 여과수량 조절부의 제어에 따라 상기 여과 유출수의 유출량을 조절하여 유량 평형을 유지시키는 자동 유량 평형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 유량 측정부는 상기 자동 유량 평형부의 유입부로 유입되는 여과 유출수의 유량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 여과수량 조절부는 상기 여과 유출수의 측정 유량 값과 최대 여과 유출수로 설정된 제1레벨을 비교하여 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 높으면 여과 속도가 최대라고 추정을 하고, 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 조절하는 가동형 유출웨어를 최대로 상승시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하고, 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 낮고 중간 여과 유출수로 설정된 제2레벨보다 높으면 여과 속도가 적정하다고 추정하고 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 현재 상태로 유지시키고, 상기 측정 유량 값이 상기 제2레벨 미만이고 최소 여과 유출수로 설정된 제3레벨 이상이면 여과 속도가 최소라고 추정을 하고 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어를 최소로 하강시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 것을 특징으로 한다.
상기에서 여과수량 조절부는 상기 추정한 여과속도가 상기 제3레벨보다 낮으면 부압에 의해 여재 층 공극이 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재 층을 세정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 자동 유량 평형부는 본체; 상기 본체에 내장된 원형상의 내통; 상기 내통에 설치되어 승하강을 통해 정수 유출량을 조절하여 유량 평형을 유지시키는 가동형 유출웨어(weir); 상기 여과수량 조절부의 제어에 따라 상기 가동형 유출웨어를 승강 또는 하강시키는 구동력을 발생하는 구동부; 상기 구동부의 동력 전달축과 상기 가동형 유출웨어를 연결시켜, 상기 구동부의 구동력에 따라 상기 가동형 유출웨어를 승강 또는 하강시키는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 내통에는 일정 간격으로 결합 홈이 구비되며, 상기 가동형 유출웨어는 외면에 상기 결합 홈에 삽입되어 승강 또는 하강시 가동형 유출웨어가 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 돌기가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기에서 자동 유량 평형부는 상기 내통과 가동형 유출웨어 사이에 구비되어, 상기 가동형 유출웨어의 승하강을 원활히 하고, 내통과 가동형 유출웨어 틈새로 상승하는 정수 유출수를 차단하는 차단 부재가 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "급속 여과지의 유량 자동평형방법"은,
(a) 여과수량 조절부에서 급속 여과지의 정수 운전이 시작되면, 실시간으로 자동 유량 평형부의 유입부로 유입되는 정수 유입량을 측정하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 측정한 정수 유입량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 추정한 급속 여과지의 여과 속도에 따라 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어를 비례연동제어하여 정수 유출량 조절로 유량 평형을 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계는 측정한 정수 유입량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 제1레벨을 비교하여 급속 여과지의 여과 속도를 추정하되, 상기 정수 유입량이 상기 제1레벨 이상이 되면 여과속도가 최대라고 추정하며, 상기 정수 유입량이 상기 제1레벨보다 낮고 미리 설정된 제2레벨보다 높으면 여과속도가 적정하다고 추정하며, 상기 정수 유입량이 상기 제2레벨 미만이고 미리 설정된 제3레벨보다 높으면 여과속도가 최소라고 추정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 추정한 여과속도가 최대로 판단되면 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 조절하는 가동형 유출웨어를 최대로 상승시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하고, 상기 추정한 여과속도가 적정으로 판단되면 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 현재 상태로 유지시키고, 상기 추정한 여과속도가 최소로 판단되면 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어를 최소로 하강시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "급속 여과지의 유량 자동평형방법"은,
(d) 상기 추정한 여과속도가 상기 제3레벨 미만이면 부압에 의해 여재층 공극이 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재 층을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 단순한 구성으로 이루어진 자동 유량평형장치를 통해 여과 운전 조건을 일정하게 유지하여 유량 평형을 통해 여재층의 손상을 방지하고, 일정한 여과속도의 유지로 탁질의 이물질이 누출되지 않고 양질의 정수를 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 여과속도가 일정 속도 이하가 되면, 여재층 공극이 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고 자동으로 역세 운전을 진행시켜 여재층을 세정함으로써, 항상 유량 평형의 유지가 가능하면서도 급속 여과지의 운전을 최적화할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 적용된 자동 유량평형부의 사시도,
도 3은 본 발명에 적용된 자동 유량평형부의 회전 방지 수단의 평면도,
도 4는 본 발명에 적용된 자동 유량평형부의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형방법을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치의 구성도로서, 원수 유입관(11)을 통해 정수할 원수를 저장하는 공간(12)이 구비되며, 원수 출수량을 조절하는 유량 밸브(13)를 포함하는 원수 유입부(10), 상기 원수 유입부(10)에서 출수되는 원수를 여재층(22)을 이용하여 여과하여 정수를 하는 여과부(20), 상기 여과부(20)의 여재층(22)을 역세하기 위한 역세수를 유입하는 역세수 유입관(51), 역세수 유입관(51)을 통해 유입되는 역세수를 상기 여과부(20)에 유입시키기 위한 유량 밸브(52), 상기 여재층(22)을 통과한 역세수를 퇴수하기 위한 퇴수 밸브(54), 상기 퇴수 밸브(54)로 출수되는 역세수를 저장하는 역세수 저장탱크(53)를 포함하여 급속 여과지가 구현된다.
이러한 급속 여과지는 일반적인 정수설비에 마련된 급속 여과지와 대동소이한 구성으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치는, 급속 여과지를 통해 정수된 여과 유출수의 유량을 측정하고, 측정한 여과 유출수의 유량 값을 출력하는 유량 측정부(80)를 포함한다. 유량 측정부(80)는 일반적으로 알려진 수위계, 유량센서 등을 이용할 수 있다.
유량 측정부(80)에서 측정된 여과 유출수 유량 값은 현장 제어반(60)을 통해 중앙제어반(70)에 실시간으로 전달된다. 여기서 현장 제어반(60)은 급속 여과지가 설치된 현장에 구비되어 자동 유량평형부(30)를 수동으로 조절하는 수동 조절기와 상기 중앙제어반(70)과 통신을 위한 통신 모듈을 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치는, 상기 유량 측정부(80)에서 측정한 여과 유출수의 유량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하며, 추정한 여과 속도에 따라 정수 유출량을 비례연동제어하는 여과수량 조절부(71)를 포함한다.
이러한 여과수량 조절부(71)는 중앙제어반(70)에 마련될 수 있으며, 컨트롤러, 마이컴, PLC와 같은 제어장치로 구현할 수 있다.
상기 여과수량 조절부(71)는 상기 여과 유출수의 측정 유량 값과 최대 여과 유출수로 설정된 제1레벨을 비교하여 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 높으면 여과 속도가 최대라고 추정을 하고, 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 조절하는 가동형 유출웨어를 최대로 상승시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하고, 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 낮고 중간 여과 유출수로 설정된 제2레벨보다 높으면 여과 속도가 적정하다고 추정하고 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 현재 상태로 유지시키고, 상기 측정 유량 값이 상기 제2레벨 미만이고 최소 여과 유출수로 설정된 제3레벨 이상이면 여과 속도가 최소라고 추정을 하고 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어를 최소로 하강시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 역할을 한다.
여기서 레벨은 제1레벨 > 제2레벨 > 제3레벨의 관계이다.
즉, 제1레벨은 여과 유출수의 최대를 판단하기 위한 기준레벨이며, 제2레벨은 여과 유출수의 중간을 판단하기 위한 기준레벨이며, 제3레벨은 여과 유출수의 최소를 판단하기 위한 기준레벨이다. 본 발명에서는 여과속도를 판단하기 기준으로 3개의 레벨을 이용하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 2개의 레벨 즉, 최대, 최소 레벨만을 이용하거나, 더 많은 레벨로 세분화하여 여과속도를 판단할 수 있음은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 자명하다 할 것이다.
여기서 많은 레벨로 세분화하여 여과 속도를 분석하면 정밀성은 높아지나, 제어가 복잡해지므로, 적절한 레벨 수를 설정하여 제어하는 것이 바람직하다.
아울러 여과수량 조절부(71)는 상기 추정한 여과속도가 상기 제3레벨보다 낮으면 부압에 의해 여재층 공극이 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재층을 세정하는 제어를 한다.
또한, 본 발명에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치는, 상기 여과수량 조절부(71)의 제어에 따라 상기 여과 유출수의 유출량을 조절하여 여과 유량 평형을 유지시키는 자동 유량 평형부(30)를 포함한다.
이러한 자동 유량 평형부(30)는 본체(32), 상기 본체(32)의 하단부에 구비되어 급속 여과지로부터 정수된 여과 유출수를 유입하는 유입부(31), 상기 본체(32)에 내장된 원형상의 내통(38), 상기 내통(38)에 설치되어 승강 또는 하강을 통해 정수 유출량을 조절하여 유량 평형을 유지시키는 가동형 유출웨어(weir)(34), 상기 여과수량 조절부(71)의 제어에 따라 상기 가동형 유출웨어(34)를 승강 또는 하강시키는 구동력을 발생하는 구동부(33), 상기 구동부(33)의 동력 전달축과 상기 가동형 유출웨어(34)를 연결시켜, 상기 구동부(33)의 구동력에 따라 상기 가동형 유출웨어(34)를 승강 또는 하강시키는 이송부(35)를 포함한다.
상기 내통(38)에는 일정 간격으로 결합 홈(36)이 구비되며, 상기 가동형 유출웨어(34)는 외면에 상기 결합 홈(36)에 삽입되어 승강 또는 하강시 가동형 유출웨어(34)가 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 돌기(37)가 구비된다.
또한, 상기 자동 유량 평형부(30)는 상기 내통(38)과 가동형 유출웨어(34) 사이에 구비되어, 상기 가동형 유출웨어(34)의 승강 및 하강을 원활히 하고, 내통(38)과 가동형 유출웨어(34)의 틈새로 상승하는 정수 유출수를 차단하는 차단 부재(39-1, 39-2)가 마련된다.
여기서 차단 부재는 비금속 부재로 구현되며, 일정한 간격을 가지고 복수로 구현될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 급속 여과지가 여과 운전을 시작하면, 원수 유입부(10)는 원수 유입관(11)을 통해 정수할 원수를 유입 받고, 이를 공간(12)에 저장한 후 유량 밸브(13)를 통해 여과부(20)로 출수한다.
여과부(20)는 상기 원수 유입부(10)에서 출수되는 원수를 여재층(22)을 이용하여 여과하여 정수를 생산하고, 생산된 정수는 출수관을 통해 자동 유량평형부(30)로 전달된다.
이때, 자동 유량평형부(30)의 유입부(31)의 전단에 설치된 유량 측정부(80)는 실시간으로 급속 여과지를 통해 정수된 여과 유출수의 유량을 측정하고, 측정한 여과 유출수의 유량 값을 현장 제어반(60)에 전달한다. 여기서 유량 측정부(80)는 측정한 유량 값을 전기적 신호(4 - 20mA 혹은 1 - 5V)로 변환하여 현장 제어반(60)에 전달한다.
현장 제어반(60)은 통신 모듈을 통해 상기 유량 측정부(80)로부터 측정한 유량 값을 중앙 제어반(70)에 전달한다.
중앙 제어반(70)의 여과수량 조절부(71)는 상기 유량 측정부(80)로부터 측정한 여과 유출수의 유량 값이 전달되면, 수신한 유량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하며, 추정한 여과 속도에 따라 가동형 유출웨어를 비례연동 제어한다.
예컨대, 여과수량 조절부(71)는 상기 여과 유출수의 측정 유량 값을 최대 여과 유출수로 설정된 제1레벨과 비교하여, 측정한 유량 값이 상기 제1레벨보다 높으면 급속 여과지의 여과 속도가 최대라고 추정을 한다. 여기서 급속 여과지의 여과 속도가 최대일 경우에는 여재층의 공극이 커서 여과 유량이 많아 지는 것으로서, 이 경우 여재층의 손상을 유발할 수 있고, 여재층 내 부압이 발생할 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 상기 자동 유량 평형부(30)의 가동형 유출웨어를 최대로 상승시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하는 제어를 한다.
아울러 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 낮고 중간 여과 유출수로 설정된 제2레벨보다 높으면 급속 여과지의 여과 속도가 적정하다고 추정한다. 이 경우에는 상기 자동 유량 평형부(30)의 정수 유출량을 현재 상태로 유지시키는 제어를 한다.
또한, 상기 측정 유량 값이 상기 제2레벨 미만이고 최소 여과 유출수로 설정된 제3레벨 이상이면 급속 여과지의 여과 속도가 낮다고 추정을 한다. 이 경우 부압에 의해 여재층의 공극이 밀폐되어 정수 생산량이 저하된다. 따라서 이러한 경우에는 상기 자동 유량 평형부(30)의 정수 유출량을 최소로 감소시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 제어를 한다.
또한, 상기 여과수량 조절부(71)는 상기 측정 유량 값이 상기 제3레벨보다 낮으면 부압에 의해 여재층 공극이 거의 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재층을 세정하는 제어를 한다.
여기서 역세 운전을 위해 유입 유량 밸브(13)와 유출 유량 밸브를 차단하고, 역세척수 유입 유량 밸브(52)를 개방하여 상기 여과부(20)의 여재층(22)을 역세하기 위한 역세수를 급속 여과지로 유입시킨다. 역세척수 유입관(51)을 통해 유입되는 역세척수는 상기 여과부(20)의 여재층을 역으로 거슬러 여과부(20)의 여재층(22)을 세척하게 되고, 여재층(22)을 세척한 역세퇴수는 개방된 역세척 퇴수 밸브(54)를 통해 퇴수되어 역세수 퇴수관로(53)를 통해 퇴수된다.
한편, 본 발명의 핵심 기술인 자동 유량평형부(30)는 상기 여과수량 조절부(71)의 제어에 따라 상기 여과 유출수의 유출량을 조절하여, 안정적인 여과지 운전으로 유량 평형을 유지시키고, 양질의 정수를 출수한다.
즉, 자동 유량 평형부(30)는 상기 여과수량 조정부(71)를 통해 전달되는 유출량 제어신호에 따라 구동부(33)가 동작을 하여 이송부(35)를 승강 또는 하강시킨다. 여기서 유출량 제어신호는 여과 속도가 최대이면 여과 유출수의 유출량을 조절하는 가동형 유출웨어 높이가 최대가 되도록 이송부(35)를 최대로 상승시키는 제어신호가 되며, 여과 속도가 적절하면 현재 여과 유출수의 유출량을 유지하는 제어신호가 되며, 여과 속도가 최소이면 여과 유출수가 최소가 되도록 가동형 유출웨어 높이가 최소가 되도록 이송부(35)를 최소로 하강시키는 제어신호가 된다. 여기서 구동부(33)는 모터와 모터 축 등을 포함하는 장치일 수 있다. 모터는 정역 회전이 가능한 모터를 이용할 수 있다.
구동부(33)에 의해 이송부(35)의 일단에 결합된 가동형 유출웨어(34)가 상승 또는 하강되어 정수량이 일정하도록 조절한다.
즉, 이송부(35)가 최대로 상승하면 정수 유출수의 개도가 최대로 열리고, 이송부(35)가 최소로 하강하면 정수 유출수의 개도가 최소로 열리게 된다. 이송부(35)가 현재 상태를 유지하는 경우에는 정수 유출수의 개도도 현재 상태를 유지하게 된다.
여기서 가동형 유출웨어(34)는 원통형으로 이루어져, 상기 정수 출수관(40)의 개도량을 조절하는 역할을 한다.
이때, 가동형 유출웨어(34)를 승강 또는 하강시킬 때 입수부(31)로 입수되는 급속 여과지를 통해 출수되는 정수 유출수에 의해 가동형 유출웨어(34)가 회전을 할 수 있다. 따라서 가동형 유출웨어(34)가 회전 또는 기울어지는 것을 방지하기 위해서, 내통(38)에는 일정 간격으로 결합 홈(36)을 설치한다. 그리고 상기 가동형 유출웨어(34)의 외면에는 상기 결합 홈(36)에 삽입되어 승강 또는 하강시 가동형 유출웨어(34)가 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 돌기(37)를 마련하여, 상기 회전 방지 돌기(37)가 상기 결합 홈(36)에 결합된 상태에서 승강 또는 하강을 하도록 유도하여 가동형 유출웨어(34)의 회전을 방지하게 되는 것이다. 여기서 회전 방지 돌기(37)는 일정 간격으로 복수로 구현될 수 있으며, 이에 대응하여 결함 홈(36) 역시도 회전 방지 돌기(37)에 대응하는 위치 및 개수로 설치되는 것이 바람직하다. 결함 홈(36)은 수직방향으로 일정 길이를 갖는 가이드 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 특징으로서 자동 유량평형부(30)의 내통(38)과 가동형 유출웨어(34)의 사이에는, 가동형 유출웨어(34)의 승강 및 하강을 원활히 하고, 내통(38)과 가동형 유출웨어(34)의 틈새로 상승하는 정수 유출수를 차단하여 수밀을 유지하는 차단 부재(39-1, 39-2)가 마련된다. 여기서 차단 부재는 비금속 부재로 구현되며, 일정한 간격을 가지고 복수로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 "급속 여과지의 유량 자동평형방법"을 보인 흐름도로서, (a) 여과수량 조절부(71)에서 급속 여과지의 정수 운전이 시작되면, 실시간으로 자동 유량 평형부(30)의 유입부로 유입되는 정수 유입량을 측정하는 단계(S101 - S102), (b) 상기 (a)단계에서 측정한 정수 유입량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하는 단계(S103, S107, S111, S115), (c) 상기 (b)단계에서 추정한 급속 여과지의 여과 속도에 따라 자동 유량 평형부(30)의 가동형 유출웨어(34)를 비례연동 제어하여 정수 유출량 조절로 유량 평형을 구현하는 단계(S104 - S106, S108 - S110, S112 - S114, S116 - S120)를 포함한다.
상기 (b)단계는 측정한 정수 유입량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 제1레벨을 비교하여 급속 여과지의 여과 속도를 추정하되, 상기 정수 유입량이 상기 제1레벨 이상이 되면 여과속도가 최대라고 추정하며, 상기 정수 유입량이 상기 제1레벨보다 낮고 미리 설정된 제2레벨보다 높으면 여과속도가 적정하다고 추정하며, 상기 정수 유입량이 상기 제2레벨 미만이고 미리 설정된 제3레벨보다 높으면 여과속도가 최소라고 추정한다.
또한, 상기 (c)단계는 추정한 여과속도가 최대로 판단되면 상기 자동 유량 평형부의 정수 유출량을 조절하는 가동형 유출웨어의 높이를 최대로 상승시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하고(S104 - S16), 상기 추정한 여과속도가 적정으로 판단되면 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어의 높이를 현재 상태로 유지시키고(S108 - S110), 상기 추정한 여과속도가 최소로 판단되면 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어의 높이를 최소로 하강시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시킨다(S112 - S114).
또한, 본 발명에 따른 "급속 여과지의 유량 자동평형방법"은, (d) 상기 추정한 여과속도가 상기 제3레벨 미만이면 부압에 의해 여재층 공극이 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재 층을 세정하는 단계(S115 - S120)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 급속 여과지의 유량 자동평형방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 급속 여과지가 여과 운전을 시작하면(S101), 급속 여과지는 여과부(20)에서 여재층(22)을 이용하여 원수를 여과하여 정수를 하고, 정수가 이루어진 여과 유출수를 출수관을 통해 자동 유량평형부(30)로 전달한다.
이때, 자동 유량평형부(30)의 유입부(31)의 전단에 설치된 유량 측정부(80)는 단계 S102에서 실시간으로 급속 여과지를 통해 정수된 여과 유출수의 유량을 측정하고, 측정한 여과 유출수의 유량 값을 현장 제어반(60)에 전달한다. 여기서 유량 측정부(80)는 측정한 유량 값을 전기적 신호(4 - 20mA 혹은 1 - 5V)로 변환하여 현장 제어반(60)에 전달한다. 현장 제어반(60)은 통신 모듈을 통해 상기 유량 측정부(80)로부터 측정한 유량 값을 중앙 제어반(70)에 전달한다.
중앙 제어반(70)의 여과수량 조절부(71)는 상기 유량 측정부(80)로부터 측정한 여과 유출수의 유량 값이 전달되면, 수신한 유량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하며, 추정한 여과 속도에 따라 정수 유출량을 비례연동 제어한다.
예컨대, 여과수량 조절부(71)는 단계 S103에서 상기 여과 유출수의 측정 유량 값을 최대 여과 유출수로 설정된 제1레벨과 비교하여, 측정한 유량 값이 상기 제1레벨보다 높으면 급속 여과지의 여과 속도가 최대라고 추정을 한다. 여기서 급속 여과지의 여과 속도가 최대일 경우에는 여재층의 공극이 커서 여과 유량이 많아 지는 것으로서, 이 경우 여재층의 손상을 유발할 수 있고, 여재층 내 부압이 발생할 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 상기 자동 유량 평형부(30)의 정수 유출량을 최대로 증가시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하는 제어를 한다(S104 - S106).
아울러 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 낮고 중간 여과 유출수로 설정된 제2레벨보다 높으면 급속 여과지의 여과 속도가 적정하다고 추정한다(S107). 이 경우에는 상기 자동 유량 평형부(30)의 정수 유출량을 현재 상태로 유지시키는 제어를 한다(S108 - S110).
또한, 상기 측정 유량 값이 상기 제2레벨 미만이고 최소 여과 유출수로 설정된 제3레벨 이상이면 급속 여과지의 여과 속도가 낮다고 추정을 한다(S111). 이 경우 부압에 의해 여재층의 공극이 밀폐되어 정수 생산량이 저하된다. 따라서 이러한 경우에는 상기 자동 유량 평형부(30)의 정수 유출량을 최소로 감소시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 제어를 한다(S112 - S114).
또한, 상기 여과수량 조절부(71)는 상기 측정 유량 값이 상기 제3레벨보다 낮으면 부압에 의해 여재층 공극이 거의 밀폐된 것으로 판단을 하고, 가동형 유출웨어를 최대로 하강시키고, 여과 운전을 강제로 종료시키며, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재층을 세정하는 제어를 한다(S115 - S120).
한편, 본 발명의 핵심 기술인 자동 유량평형부(30)는 상기 여과수량 조절부(71)의 제어에 따라 상기 여과 유출수의 유출량을 조절하여, 안정적인 여과지 운전으로 유량 평형을 유지시키고, 양질의 정수를 출수한다.
즉, 자동 유량 평형부(30)는 상기 여과수량 조정부(71)를 통해 전달되는 유출량 제어신호에 따라 구동부(33)가 동작을 하여 이송부(35)를 승강 또는 하강시킨다. 여기서 유출량 제어신호는 여과 속도가 최대이면 여과 유출수의 유출량이 최대가 되도록 이송부(35)를 최대로 상승시키는 제어신호가 되며, 여과 속도가 적절하면 현재 여과 유출수의 유출량을 유지하는 제어신호가 되며, 여과 속도가 최소이면 여과 유출수의 유출량이 최소가 되도록 이송부(35)를 최소로 하강시키는 제어신호가 된다. 여기서 구동부(33)는 모터와 모터 축 등을 포함하는 장치일 수 있다. 모터는 정역 회전이 가능한 모터를 이용할 수 있다.
구동부(33)에 의해 이송부(35)의 일단에 결합된 가동형 유출웨어(34)가 상승 또는 하강되어 정수 출수관(40)의 개도 량을 조절한다.
즉, 이송부(35)가 최대로 상승하면 정수 출수관(40)의 개도가 최대로 열리고, 이송부(35)가 최소로 하강하면 정수 출수관(40)의 개도가 최소로 열리게 된다. 이송부(35)가 현재 상태를 유지하는 경우에는 정수 출수관(40)의 개도도 현재 상태를 유지하게 된다.
여기서 가동형 유출웨어(34)는 원통형으로 이루어져, 상기 정수 출수관(40)의 개도 량을 조절하는 역할을 한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: 원수 유입부
20: 여과부
22: 여재층
30: 자동 유량평형부
33: 구동부
34: 가동형 유출웨어
35: 이송부
36: 삽입 홈
37: 회전 방지 돌기
60: 현장 제어반
70: 중앙 제어반
71: 여과수량 조절기

Claims (11)

  1. 급속 여과지를 통해 정수된 여과 유출수의 유량을 측정하는 유량 측정부;
    상기 유량 측정부에서 측정한 여과 유출수의 유량과 여과 운전 조건을 일정하게 유지시켜 유량 평형을 구현하기 위해 미리 설정된 기준치를 비교하고, 비교결과를 기초로 급속 여과지의 여과 속도를 추정하며, 추정한 여과 속도에 따라 정수 유출량을 비례연동제어하는 여과수량 조절부; 및
    상기 여과수량 조절부의 제어에 따라 상기 여과 유출수의 유출량을 조절하는 가동형 유출웨어의 높이를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 자동 유량 평형부를 포함하고,
    상기 자동 유량 평형부는 본체; 상기 본체에 내장된 원형상의 내통; 상기 내통에 설치되어 승하강을 통해 정수 유출량을 조절하여 유량 평형을 유지시키는 가동형 유출웨어(weir); 상기 여과수량 조절부의 제어에 따라 상기 가동형 유출웨어를 승강 또는 하강시키는 구동력을 발생하는 구동부; 상기 구동부의 동력 전달축과 상기 가동형 유출웨어를 연결시켜, 상기 구동부의 구동력에 따라 상기 가동형 유출웨어를 승강 또는 하강시키는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 여과지의 유량 자동평형장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 유량 측정부는 상기 자동 유량 평형부의 유입부로 유입되는 여과 유출수의 유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 급속 여과지의 유량 자동평형장치.
  3. 청구항 1에서, 상기 여과수량 조절부는 상기 여과 유출수의 측정 유량 값과 최대 여과 유출수로 설정된 제1레벨을 비교하여 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 높으면 여과 속도가 최대라고 추정을 하고, 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어 높이를 최대로 상승시켜 손실수두를 낮추어 여과속도를 조절하고, 상기 측정 유량 값이 상기 제1레벨보다 낮고 중간 여과 유출수로 설정된 제2레벨보다 높으면 여과 속도가 적정하다고 추정하고 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어의 높이를 현재 상태로 유지시키고, 상기 측정 유량 값이 상기 제2레벨 미만이고 최소 여과 유출수로 설정된 제3레벨 이상이면 여과 속도가 최소라고 추정을 하고 상기 자동 유량 평형부의 가동형 유출웨어 높이를 최소로 하강시켜 손실수두를 높여 여과속도를 조절하여 유량 평형을 유지시키는 것을 특징으로 하는 급속 여과지의 유량 자동평형장치.
  4. 청구항 3에서, 상기 여과수량 조절부는 상기 추정한 여과속도가 상기 제3레벨보다 낮으면 부압에 의해 여재 층 공극이 밀폐된 것으로 판단을 하고, 여과 운전을 강제로 종료시키고, 자동으로 역세 모드로 진입을 하여 역세 운전을 통해 여재 층을 세정하는 것을 특징으로 하는 급속 여과지의 유량 자동평형장치.
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  6. 청구항 1에서, 상기 내통에는 일정 간격으로 결합 홈이 구비되며, 상기 가동형 유출웨어는 외면에 상기 결합 홈에 삽입되어 승강 또는 하강시 가동형 유출웨어가 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 급속 여과지의 유량 자동평형장치.
  7. 청구항 1에서, 상기 자동 유량 평형부는 상기 내통과 가동형 유출웨어 사이에 구비되어, 상기 가동형 유출웨어의 승하강을 원활히 하고, 내통과 가동형 유출웨어 틈새로 상승하는 정수 유출수를 차단하는 차단 부재가 마련된 것을 특징으로 하는 급속 여과지의 유량 자동평형장치.






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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100189165B1 (ko) 1995-07-07 1999-06-01 김영윤 급속여과지의 유량조절장치
KR20110092727A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 김성관 유량 조절 밸브

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