KR102320839B1 - 신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관 및 신 재생 에너지의 전력 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수도관에 내장 설치되는 열선의 작동 여부에 기인하여 동파가 적극적으로 방지되고, 특히 상기 열선은 태양광패널로부터 충전된 전력을 활용하여 가동비가 절감됨과 더불어, 온도감지센서와 타이밍센서 등이 적용된 제어부를 기반으로 다양한 편의 기능이 부가 제공됨에 따라 활용성이 뛰어난 신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관 및 신 재생 에너지의 전력 운용방법에 관한 것으로, 지반에 매설된 관체에 수직으로 설치되어 관체로부터 지반수를 공급받는 급수관(10);과, 급수관에 권취되어 외부 온도에 따라 열을 발산하여 급수관의 동파를 방지하는 발열체(20);와, 급수관과 발열체를 내부 수용함으로써 외부 요인들로부터 보호하는 커버체(30);와, 커버체 상부에 안착하여 발열체와 연결되며, 태양광에 의해 생성된 전력을 제공하여 발열체를 가동시키는 태양광패널(40);로 구성되고, 패널(41)을 통해 태양광 에너지를 수집하여 전력으로 전환하는 에너지 수집단계(S10);와, 전환된 전력을 패널에서 터미널부(42-4)를 경유시켜 전력제어부(42-2)로 이동시킴과 동시에 전력제어부에서 배터리(42-1)의 전력 잔량을 감지하는 배터리 감지단계(S20);와, 배터리의 충전이 요구될 경우 전력제어부에 도달한 전력을 터미널부로 경유시켜 배터리에 전달하는 배터리 충전단계(S30);와, 온도제어부(42-3)를 통해 외부 온도를 감지하여 전력 사용 여부를 판단하는 온도 감지단계(S40);와, 온도제어부(42-3)의 전력 요청시 전력제어부가 배터리의 자체 전력 또는 패널에 의해 생성된 전력 중 하나를 선택하여 온도제어부로 전달하는 전력 공급단계(S50);를 거쳐 신 재생 에너지의 전력이 운용된다.

Description

신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관 및 신 재생 에너지의 전력 운용방법{Frost-resistant water pipes using solar energy and Electric circulation method}

본 발명은 겨울철 심각한 온도저하에 의한 급수관의 동파를 방지할 수 있는 동파 방지용 수도관의 기술사상에 관하여 개진한 것으로, 더욱 상세하게는 수도관에 내장 설치되는 열선의 작동 여부에 기인하여 동파가 적극적으로 방지되고, 특히 상기 열선은 태양광패널로부터 충전된 전력을 활용하여 가동비가 절감됨과 더불어, 온도감지센서와 타이밍센서 등이 적용된 제어부를 기반으로 다양한 편의 기능이 부가 제공됨에 따라 활용성이 뛰어난 신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관 및 신 재생 에너지의 전력 운용방법에 관한 것이다.

통상적으로 급수관은 하단부가 관체와 연결되고, 상부 또는 외주 어느 일면에 선택적으로 물이 배출되는 수도꼭지가 구비된다. 상기 급수관은 관체에 순환 중인 지반수를 끌어올려 수도꼭지로 전달하는 역할을 수행하며, 수도꼭지를 차폐한 경우 급수관 내부에 지반수가 잔류하게 되고, 이러한 상태에서 온도저하가 심각한 겨울철에는 잔류된 지반수가 얼어 급수의 순환을 간섭하거나 심할 경우 얼어붙은 지반수의 부피가 팽창하면서 급수관이 파손되는 상황을 초래할 수도 있다.

이러한 이유로 급수관의 동파를 방지하기 위한 각고의 노력이 기울여지고 있으며, 노력의 결과물 중 일례로 등록특허공보 제10-0759857호 "급수관의 동파방지장치"가 게재되어 있다.

상기 기술은 급수관 내부에 소정 공간의 중공부가 형성되고, 일측면에는 급수관의 외부 일 측을 감싸도록 반원형의 결합부가 형성되는 제1순환부와, 급수관에서 연통되어 제1순환부의 후단으로 관통 연결되는 유입관과, 순환부와 대접되는 형태로 내부에 중공부가 형성되고, 일측면에는 급수관의 외부 타 측을 감싸도록 반원형의 결합부가 형성되며, 순환부와 체결하기 위한 체결구에 구비되는 제2순환부와, 제1,2순환부 사이에 연통되도록 연결되는 연통관과, 제2순환부의 후단에서 인출되어 급수관으로 연통 연결되는 배출관으로 구성된다. 이러한 구조의 종래기술은 급수관의 외 측에 항상 유동적으로 물이 흐르도록 함으로써 급수관이 동결되는 것을 차단하여 급수의 중단 및 파손을 방지한다.

하지만, 냇물이나 작은 강과 같이 지속적으로 유동 중인 물도 어느 수준 이상 기온이 하락하면 결국에는 얼게 마련이며, 상기 종래기술 역시 물을 순환시키는 기술만으로는 동파를 완벽하게 피할 수 없다.

한편, 급수관의 동파 방지 기술에 관한 다른 사례로는 등록특허공보 제10-1681921호 "동파방지 발열시스템"이 게재되어 있으며, 해당 기술은 섬유나 필름 또는 직물에 발열, 보온, 축열 기능을 구현할 수 있도록 탄소소재가 함유된 분산액을 코팅하여 발열시킴으로써 수도계량기 및 수도관의 동파를 방지한 기술이다. 상기 종래기술은 탄소섬유 발열체를 이용한 수도계량기함의 동파방지 발열시스템을 제공하여 수도관과 수도계량기가 동파되는 것을 방지하며, 발열 시간이 장시간 보존되어 동파방지에 효과적인 기술이다. 또한, 발열용 탄소섬유의 전도성이 우수하여 이른 시간 내에 원하는 설정온도에 도달할 수 있음과 더불어 발열용 탄소 섬유를 탈부착할 수 있어 사용자가 편리하게 아파트용 수도계량기함에 설치할 수 있다.

여기에서 상기 종래기술은 발열용 탄소섬유, 전원스위치, 온도조절기, 온도표시부, 타이머 조절기, 배터리, 전선 등을 이용한 동파 방지 기능을 부연 설명하고 있으나, 배터리의 수명에 따른 사용상 제약은 물론, 사용의 불편함이 동반되었다.

이러한 이유로 급수관의 동파를 적극적으로 방지할 수 있는 기능이 부여됨은 물론, 해당 기능이 지속적으로 유지될 수 있는 시스템이 기반된 기술이 시급한 실정이다.

등록특허공보 제10-0759857호 "급수관의 동파방지장치" 등록특허공보 제10-1681921호 "동파방지 발열시스템"

본 발명은 상기의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 겨울철 급수관 내부에 잔류한 물이 냉각되어 급수의 순환을 방해하거나 또는 물이 얼면서 부피가 팽창하여 급수관을 파손하는 등의 동파 문제를 완벽하게 해소할 수 있는 획기적인 기술 제공을 주된 해결과제로 한다.

또한, 본 발명은 자연으로부터 얻은 신 재생 에너지를 활용함으로써 급수관의 동파 방지에 소모되는 동력원을 적극적으로 절감함으로써 사용자의 부담감을 덜어줌은 물론, 나아가 환경보호에 이바지할 수 있는 친환경적인 기술 제공을 다른 해결과제로 한다.

또한, 본 발명은 급수관의 주변 환경을 감지하거나, 또는 기설정된 타이머를 기반으로 급수관의 상태를 적시적기(適時適期)에 관리할 수 있는 효율적인 기술 제공을 또 다른 해결과제로 한다.

상기의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관의 구성은 다음과 같다.

본 발명의 동파 방지 수도관은 지반에 매설된 관체에 수직으로 설치되어 관체로부터 지반수를 공급받는 급수관(10);과, 급수관에 권취되어 외부 온도에 따라 열을 발산하여 급수관의 동파를 방지하는 발열체(20);와, 급수관과 발열체를 내부 수용함으로써 외부 요인들로부터 보호하는 커버체(30);와, 커버체 상부에 안착하여 발열체와 연결되며, 태양광에 의해 생성된 전력을 제공하여 발열체를 가동시키는 태양광패널(40);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발열체(20)는 급수관(10)에 권취되며 태양광패널(40)로부터 전력을 공급받아 발열하는 열선(21);과, 테이핑에 의해 급수관에 부착되는 복수의 온도감지센서(22);와, 급수관과 열선 및 온도감지센서를 일괄 포위하는 보온재(23);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양광패널(40)은 태양광 에너지를 수집하여 전력으로 전환하는 패널(41);과, 패널에 의해 수집된 전력을 저장 및 열선 동력원으로 운용하는 제어부(42);와, 패널에 의해 상부가 차폐되며 제어부가 내부 수용되는 케이스(43);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부(42)는 패널에 의해 공급된 전력을 수집 저장하는 배터리(42-1);와, 배터리의 전력 상태를 실시간 감지하여 배터리의 가동 유무를 결정하는 전력제어부(42-2);와, 온도감지센서와 연동하여 열선의 발열 여부를 판단함으로써 전력제어부로부터 전력 공급을 요청하는 온도제어부(42-3);와, 배터리와 전력제어부 및 온도제어부를 전력 운용 순서에 맞춰 배선 연결을 안내하는 터미널부(42-4);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온도제어부(42-3)는 타이머 설정 기능이 자체 구비되어 예약된 시간마다 열선의 전력 공급 요청이 제안되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스(43)는 외면에 적어도 하나 이상의 램프(44)를 포함하고, 상기 램프(44)는 제어부(42)와 연결되어 전력 사용 여부에 따라 빛이 발산되어 발열체(20)의 작동 여부를 직관적으로 파악되게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스(43)는 외면에 적어도 하나 이상의 조명(45) 및 조명을 작동되게 하는 스위치(46)를 더 포함하고, 상기 조명(45)과 스위치(46)는 제어부(42)와 연결되어 스위치의 조작에 따라 패널(41)이 수집한 전력으로 빛을 발산하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 신 재생 에너지의 전력 운용방법은 패널(41)을 통해 태양광 에너지를 수집하여 전력으로 전환하는 에너지 수집단계(S10);와, 전환된 전력을 패널에서 터미널부(42-4)를 경유시켜 전력제어부(42-2)로 이동시킴과 동시에 전력제어부에서 배터리(42-1)의 전력 잔량을 감지하는 배터리 감지단계(S20);와, 배터리의 충전이 요구될 경우 전력제어부에 도달한 전력을 터미널부로 경유시켜 배터리에 전달하는 배터리 충전단계(S30);와, 온도제어부(42-3)를 통해 외부 온도를 감지하여 전력 사용 여부를 판단하는 온도 감지단계(S40);와, 온도제어부(42-3)의 전력 요청시 전력제어부가 배터리의 자체 전력 또는 패널에 의해 생성된 전력 중 하나를 선택하여 온도제어부로 전달하는 전력 공급단계(S50);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 온도감지센서 또는 타이머센서를 통해 외부의 온도 상황을 정확하게 파악하여 급수관에 내장된 열선을 가동시킴에 따라 급수관이 동파되는 것을 원천적으로 차단함과 아울러, 상기 열선은 태양광패널이 생산한 신 재생 에너지를 기반으로 가동됨에 따라 우수한 수준의 에너지 효율은 물론, 자연친화적인 기술로써 자연보호에 이바지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 동파 방지 수도관의 사시도.
도 2는 본 발명이 제안하는 급수관의 단면도.
도 3은 본 발명이 제안하는 태양광패널의 분해 사시도.
도 4는 본 발명이 제안하는 제어부의 사시도.
도 5는 본 발명이 제안하는 신 재생 에너지의 운용 과정을 단계별로 나열한 플로차트.
도 6과 도 7은 본 발명이 제안하는 제어부를 통해 신 재생 에너지의 운용 과정을 단계별로 나타낸 평면도.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 겨울철 심각한 온도저하에 의한 급수관의 동파를 방지할 수 있는 동파 방지용 수도관의 기술사상에 관한 것이다.

무엇보다 본 발명은 수도관에 내장 설치되는 열선의 작동 여부에 기인하여 동파가 적극적으로 방지되고, 특히 상기 열선은 태양광패널로부터 충전된 전력을 활용하여 가동비가 절감됨과 더불어, 온도감지센서와 타이밍센서 등이 적용된 제어부를 기반으로 다양한 편의 기능이 부가 제공됨에 따라 활용성이 뛰어난 신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관 및 신 재생 에너지의 전력 운용방법에 관련됨을 주지한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 동파 방지 수도관의 사시도이다.

도 1과 같이 본 발명의 동파 방지 수도관(1)은 지반에 매설된 관체에 수직으로 설치되어 관체로부터 지반수를 공급받는 급수관(10);과, 급수관에 권취되어 외부 온도에 따라 열을 발산하여 급수관의 동파를 방지하는 발열체(20);와, 급수관과 발열체를 내부 수용함으로써 외부 요인들로부터 보호하는 커버체(30);와, 커버체 상부에 안착하여 발열체와 연결되며, 태양광에 의해 생성된 전력을 제공하여 발열체를 가동시키는 태양광패널(40);로 구성된다.

상기 관체는 상하수도와 연결되며 상수도로부터 제공되는 물을 각 가정 또는 특정 공간으로 배분하여 공급하는 역할을 수행하며, 여기에서 상기 관체를 순환 중인 물을 공급받기 위해 설치되는 것이 급수관(10)이다.

도 2는 본 발명이 제안하는 급수관의 단면도이다.

도 2와 같이 상기 급수관(10)은 단부 일부가 나사산으로 형성되고, 상기 관체는 급수관이 연결되는 부위가 나사홀로 이루어져 상호 나사 결합에 의해 일체화되며, 상기 급수관은 사용상 편의성을 부여하기 위해 관체로부터 수직으로 입설 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 급수관(10)은 원형의 파이프로 구성되며, 일단은 지반에 매설된 관체와 연결되어 상수도가 제공하는 물을 전달받고, 타단은 수도꼭지와 연결되어 선택적으로 물을 배출한다.

한편, 상기 급수관(10)은 관체와 서로 내통된 상태이기에 수도꼭지를 개방하지 않는 이상 관체가 제공하는 지반수가 급수관에 가득 머물게 되고, 이러한 상태에서 겨울철 기온이 급격하게 저하될 경우 급수관에 머물던 지반수가 얼면서 물의 순환이 억제되거나, 또는 얼어붙은 지반수의 부피가 팽창하면서 급수관이 파손될 수도 있다.

이에 따라 본 발명의 급수관(10)은 일부 또는 전면에 발열체(20)를 권취하거나 또는 그 주위에 배치하여 외부 전력에 의해 발열시킴으로써 지반수가 어는 것을 원천적으로 차단함에 따라 급수관의 동파를 적극적으로 방지한다.

상기 발열체(20)는 급수관(10)에 권취되며 태양광패널(40)로부터 전력을 공급받아 발열하는 열선(21);과, 테이핑에 의해 급수관에 부착되는 복수의 온도감지센서(22);와, 급수관과 열선 및 온도감지센서를 일괄 포위하는 보온재(23);로 구성된다.

상기 열선(21)은 전력 공급에 의해 약 50 내지 80℃에 달하는 열을 발산시키는 소재이며, 그 주위를 실리콘으로 피복함으로써 과열 또는 누전의 문제를 사전에 방지하여 안전성을 적극 확보하였다.

상기 열선(21)은 급수관(10)의 외주연을 따라 나선형으로 권취함으로써, 열기가 균일하게 전달되도록 하며, 내열성과 내수성을 겸비한 기능성 테이프를 활용하여 급수관에 부착시킨다.

상기 온도감지센서(22)는 열선(21)과 마찬가지로 급수관(10)의 외주연을 따라 나선형으로 권취되거나 또는 수직 배치될 수 있도록 배선 형태로 이루어지고, 배선의 일 측에 급수관의 주변 온도를 감지하기 위한 감지부가 구비되며, 타 측에는 아래 후술할 태양광패널(40)과 결합하기 위한 커넥터가 구비된다.

상기 온도감지센서(22) 역시 실리콘으로 피복된 배선으로 과열 또는 누전의 문제를 사전에 방지하여 안전성을 적극 확보하였으며, 마찬가지로 내열성과 내수성을 겸비한 기능성 테이프를 활용하여 열선(21)과 함께 급수관(10)에 부착시킨다.

상기 보온재(23)는 급수관(10)과 열선(21) 및 온도감지센서(22)를 일괄 포위함으로써 외부의 차가운 공기가 침투되는 것을 차단하고, 열선에 의해 가열된 공기가 외부로 유실되는 것을 방지하는 보온 기능을 제공한다.

상기 보온재(23)는 토이론 또는 아티론 소재로 이루어진 PB 보온재를 사용하는 것이 바람직하지만, 방서와 방한 효과를 보유한 모든 소재로 대체할 수 있다.

상기 열선(21)과 온도감지센서(22)는 각 단부에 태양광패널(40)과 결합하기 위한 커넥터가 구비되며, 상기 커넥터를 태양광패널에 배치된 제어부(42)에 끼움 결합하는 행위만으로 열선과 온도감지센서를 작동시키거나 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 동파 방지 수도관(1)은 발열체(20)와 태양광패널(40)의 조합으로 최소한의 전력을 사용하여 장기간 사용 가능한 이점이 있으나, 이러한 이점은 소모성 부품인 열선(21)과 온도감지센서(22)의 노후 또는 훼손의 우려가 동반될 수도 있다.

만약, 본 발명의 동파 방지 수도관(1)의 장기간 사용으로 열선(21)과 온도감지센서(22)가 노후되거나 훼손되어 그 기능을 원활하게 이행하지 못할 경우, 태양광패널(40)로부터 커넥터를 분리하고, 급수관(10)에 부착된 기능성 테이프를 떼어낸 후 권취된 열선과 온도감지센서를 교체하여야 하는 번거로움이 발생할 수도 있다.

이러한 이유로 본 발명은 여분의 열선(21)과 온도감지센서(22)를 급수관(10)에 복수 배치한 상태로 제공한다. 이에 따라 사용자는 추후 장기간의 사용으로 기능을 상실한 열선(21)과 온도감지센서(22)를 태양광패널(40)로부터 분리하고, 여분의 새로운 열선(21)과 온도감지센서(22)를 결합하는 행위만으로 자가 수리가 완료되기 때문에 관리와 수리가 매우 편리하다.

상기 커버체(30)는 급수관(10)과 발열체(20)를 내부 수용함으로써 외부의 각종 요인들로부터 상기 급수관과 발열체를 안전하게 보호하는 역할을 수행한다. 여기에서 외부 요인들이란 외력이나 기온 등이 있으며, 상기 급수관(10)과 발열체(20)의 기능을 와해하는 모든 종류의 요인들을 포함한다.

상기 커버체(30)는 아래 후술할 태양광패널(40)의 효율적인 설치를 도모하기 위해 사각관체를 권장하지만 이에 한정하는 것은 아니며, 경우에 따라 원형관체나 다각관체로 구성될 수도 있다.

상기 커버체(30)는 외측에 수도꼭지 등으로 결부된 노즐부(31)가 더 설치되며, 상기 노즐부는 급수관(10)과 연결되어 사용자의 조작에 따라 지반수를 공급받거나 차단시키는 역할을 수행한다.

도 3은 본 발명이 제안하는 태양광패널의 분해 사시도이다.

도 3과 같이 상기 태양광패널(40)은 태양광 에너지를 수집하여 전력으로 전환하는 패널(41);과, 패널에 의해 수집된 전력을 저장 및 열선 동력원으로 운용하는 제어부(42);와, 패널에 의해 상부가 차폐되며 제어부가 내부 수용되는 케이스(43);로 구성된다.

상기 패널(41)은 평판의 형상을 하며, 상면에는 태양열을 수집하는 복수의 셀이 기설정 패턴으로 배열된 것을 포함한다.

상기 제어부(42)는 전력이 충전된 배터리(42-1)를 비롯하여 태양열을 전력으로 전환 및 각종 기능을 제어하는 유닛들과 이를 수용하는 기판으로 이루어지고, 상기 발열체(20)와 배선 연결되어 필요 시 전력을 공급함으로써 급수관(10)의 동파를 방지한다.

도 4는 본 발명이 제안하는 제어부의 사시도이다.

도 4와 같이 상기 제어부(42)는 패널에 의해 공급된 전력을 수집 저장하는 배터리(42-1);와, 배터리의 전력 상태를 실시간 감지하여 배터리의 가동 유무를 결정하는 전력제어부(42-2);와, 온도감지센서와 연동하여 열선의 발열 여부를 판단함으로써 전력제어부로부터 전력 공급을 요청하는 온도제어부(42-3);와, 배터리와 전력제어부 및 온도제어부를 전력 운용 순서에 맞춰 배선 연결을 안내하는 터미널부(42-4);로 구성된다.

상기 배터리(42-1)는 자체적으로 14V 이상의 전력을 보유하며, 해당 전력을 열선(21)으로 제공하다가 전력 보유량이 12V 이하로 떨어지게 되면 패널(41)이 수집한 전력으로 보충하여 그 기능을 회복한다.

상기 전력제어부(42-2)는 패널(41)과 배선 연결되며, 광기전 효과(photovoltaic effect)를 기반으로 패널이 흡수한 태양광 에너지를 전기 에너지로 전환하는 역할을 주로하며, 이렇게 전환된 전력을 적시적기에 배분하거나 관리하는 역할을 한다.

상기 전력제어부(42-2)는 패널(41)과 배선 연결되어 태양광 에너지를 공급받아 전력으로 전환하는 역할을 수행하고, 또한 배터리(42-1)와 배선 연결되어 배터리의 전력 잔량에 따라 충전을 위한 전력을 공급하는 역할을 수행하며, 또한 아래 후술할 온도제어부(42-3)와 배선 연결되어 설정된 수치 이하로 외부 온도가 급감할 때마다 열선(21)으로 전력을 공급하는 역할을 수행한다.

상기 온도제어부(42-3)는 급수관(10)에 부착된 온도감지센서(22)와 커넥터에 의해 결합하여 외부 온도에 대한 정보를 실시간 제공받으며, 외부 온도가 온도감지센서에 설정된 온도에 미달될 경우 전력제어부(42-2)로 해당 정보를 전달함으로써 열선(21)이 작동할 수 있도록 전력 제공을 요청하는 역할을 수행한다.

상기 온도제어부(42-3)는 상기 전력제어부(42-2)와 배선 연결되어 감지된 외부 온도의 정보 공유 및 열선(21)의 전력 공급을 요청할 수 있고, 또한 온도감지센서(22)와 배선 연결되어 급수관(10) 주변의 온도를 수집 저장 받는다.

한편, 상기 열선(21)과 온도감지센서(22)는 전력제어부(42-2)와 온도제어부(42-3)의 구성에 따라 전력제어부에 모두 설치되거나 온도제어부에 모두 설치될 수도 있고, 혹은 열선은 전력제어부에 설치되고 온도감지센서는 온도제어부에 설치되거나 또는 열선은 온도제어부에 설치되고 온도감지센서는 전력제어부에 설치될 수도 있다.

다시 말해 열선(21)과 온도감지센서(22)가 제 기능을 완벽하게 수행할 수 있다면 전력제어부(42-2)와 온도제어부(42-3)의 구성과 배선 연결 구조에 국한하지 않는다.

상기 터미널부(42-4)는 패널(41)과 배터리(42-1), 전력제어부(42-2) 및 온도제어부(42-3)를 연결하는 배선을 서로 연동시킴과 동시에 배선을 일정하게 배열하여 정리되게 하는 역할을 수행한다.

한편, 본 발명의 온도제어부(42-3)는 타이머 설정 기능이 자체적으로 구비된 것을 더 포함하고, 해당 온도제어부는 설정된 예약 시간마다 전력제어부(42-2)를 통해 열선에 전력을 공급 유도함으로써 별도의 온도감지센서(22) 없이도 급수관(10)의 동파를 방지한다.

상기 타이머 설정 기능을 보유한 온도제어부(42-3)는 12월부터 약 5개월간의 작동을 예약 설정함으로써 겨울철 기온이 낮아지는 시점부터 자동으로 열선이 작동되어 급수관(10)의 동파를 방지하는 것을 더 포함한다.

상기와 같이 제어부(42)는 패널이 수집한 태양광 에너지를 전기 에너지로 전환하여 배터리를 지속적으로 충전시키고, 충전된 전력을 적시적기에 열선으로 공급하여 급수관(10)이 동파되는 것을 방지한다.

상기 케이스(43)는 제어부(42)를 내장시켜 외부 요인들로부터 안전하게 보호하며, 패널(41)이 설치될 공간을 제공하는 역할을 동반 수행한다.

상기 케이스(43)는 외면에 적어도 하나 이상의 램프(44)가 구비되며, 상기 램프(44)는 전력제어부(42-2)와 배선 연결되어 온도제어부(42-3)의 운전이 시작되면 전력제어부로부터 전력을 공급받아 빛을 발산한다.

이러한 램프(44)의 광출 여부에 따라 사용자는 온도제어부(42-3)의 가동과 동시에 발열체(20)의 작동 여부를 직관적으로 확인할 수 있다.

또한, 상기 케이스(43)는 외면에 적어도 하나 이상의 조명(45) 및 조명을 작동되게 하는 스위치(46)를 더 포함하고, 상기 조명과 스위치는 제어부(42)와 연결되어 스위치의 조작에 따라 패널(41)이 수집한 전력으로 빛을 발산되게 한다.

상기 조명(45)은 스위치(46)를 이용한 사용자의 수동 조작에 기인하여 밝은 빛을 발산함으로써 야간에 시야를 확보할 수 있도록 그 기능을 제공하며, 도면에 도시하지는 않았으나 근접센서를 기반으로 사용자의 접근을 감지함으로써 자동으로 on/off 될 수도 있다.

한편, 상기 케이스(43)는 상부 내측으로 패널(41)을 억지끼움하여 설치되게 하며, 상기 케이스의 상부는 테두리를 따라 패킹(도면 미도시)을 개재하여 패널과 케이스 간 단차를 적극적으로 해소함으로써 빗물이 스며드는 것을 방지한다.

또한, 상기 패킹으로 하여금 패널과 케이스 간 밀착력을 증대시켜 견고한 결합을 유도한다.

여기에서 상기 패킹은 'U'자 형이나, 또는 'S'자 형태로 절곡되어 빗물의 이동 경로를 확장시킴에 따라 케이스(43)의 내부로 빗물이 스며드는 것을 적극적으로 방지한다.
더욱 상세하게 기재하면, 상기 케이스(43)는 커버체(30)의 상단에 일부 끼움되며 제어부(42)가 안착되는 평판(43a)과, 평판 배면에서 상향 돌출되어 제어부의 배면을 보호하는 배면판(43b)과, 평판 정면에서 설정 높이 상향 돌출되되 전방을 향하여 설정 각도 기울어진 형태로 이루어지는 정면판(43c)과, 평판 양측에 입벽 형태로 상향 돌출되며 상측은 배면판과 정면판의 높이와 대응하여 기설정 각도의 경사면을 갖는 측면판(43d)으로 이루어질 수 있다.
이때 상기 정면판(43c)은 외면의 중심부에 설치되며 제어부(42) 연결되어 스위치(46)의 조작에 따라 빛을 발산하는 조명(45) 및 조명의 양측으로 설정거리 이격된 위치에 설치되며 제어부와 연결되어 발열체의 작동 여부에 따라 점등 또는 점멸되는 한 쌍의 램프(44)가 구비되고, 상기 측면판(43d)은 외면에 스위치(46)가 구비되어 조작 여부에 따라 조명에 전력이 제공될 수 있다.
또한, 상기 조명(45)은 커버체(30)에 구비된 노즐부(31)와 대응하는 수직 선상에 배치되어 야간에도 시야 확보를 통해 노즐부의 위치와 조작 안내가 유도될 수 있다.

이러한, 태양광패널(40)은 태양광 에너지를 적극적으로 수집할 수 있도록 남쪽을 향하도록 설치하는 것을 권장한다.

도 5는 본 발명이 제안하는 신 재생 에너지의 운용 과정을 단계별로 나열한 플로차트이다.

도 5와 같이 상기 태양광패널(40)은 아래와 같은 단계를 거쳐 전력을 보충하거나, 발열체로 전력을 공급한다.

본 발명의 태양광패널(40)은 패널(41)을 통해 태양광 에너지를 수집하여 전력으로 전환하는 에너지 수집단계(S10);와, 전환된 전력을 패널에서 터미널부(42-4)를 경유시켜 전력제어부(42-2)로 이동시킴과 동시에 전력제어부에서 배터리(42-1)의 전력 잔량을 감지하는 배터리 감지단계(S20);와, 배터리의 충전이 요구될 경우 전력제어부에 도달한 전력을 터미널부로 경유시켜 배터리에 전달하는 배터리 충전단계(S30);와, 온도제어부(42-3)를 통해 외부 온도를 감지하여 전력 사용 여부를 판단하는 온도 감지단계(S40);와, 온도제어부(42-3)의 전력 요청시 전력제어부가 배터리의 자체 전력 또는 패널에 의해 생성된 전력 중 하나를 선택하여 온도제어부로 전달하는 전력 공급단계(S50);로 구성된다.

도 6과 도 7은 본 발명이 제안하는 제어부를 통해 신 재생 에너지의 운용 과정을 단계별로 나타낸 평면도이다.

본 발명은 패널(41)의 셀을 통해 태양광 에너지를 수집하고, 수집된 태양광 에너지를 전기로 변환하여 터미널부(42-4)로 이동시키며 여기에서 변환된 전기를 재생전기라 명칭한다. 터미널부(42-4)로 이동된 재생전기는 전력제어부(42-2)로 전달되고, 전력제어부는 재생전기의 전력량을 감지 및 산출한다. 한편, 배터리(42-1)와 연동하는 전력제어부(42-2)는 재생전기를 배터리의 부족 전력만큼 터미널부(42-4)로 경유시켜 배터리로 전달함으로써 배터리의 부족한 전력을 회복한다.

충전된 전력은 배터리(42-1)에서 터미널부(42-4)를 경유하여 다시 전력제어부(42-2)로 복귀하며, 복귀된 전력은 사용자의 조작 내지 설정 정보를 기반으로 발열체(20)를 가동시키거나, 또는 램프(44)에 전력을 제공하거나, 또는 조명(45)에 전력을 제공되게 한다.

여기에서 사용자의 조작 내지 설정 정보라 함은 온도제어부(42-3)를 작동시켜 램프(44)에 빛을 광출하는 행위 및 스위치(46)를 조작하여 조명(45)에 빛을 광출하는 행위를 포함하며, 특히 온도제어부(42-3)와 연동하는 전력제어부(42-2)는 온도감지센서(22)가 감지된 외부 온도 및 온도제어부에 설정된 온도의 격차를 파악하여 발열체(20)에 전력을 공급 유도하는 모든 행위를 포함한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 동파 방지 수도관(1)은 온도감지센서(22) 또는 타이머센서를 통해 외부의 온도 상황을 정확하게 파악하여 급수관(10)에 내장된 열선(21)을 가동시킴에 따라 급수관이 동파되는 것을 원천적으로 차단함과 아울러, 상기 열선은 태양광패널(40)이 생산한 신 재생 에너지를 기반으로 가동됨에 따라 우수한 수준의 에너지 효율은 물론, 자연친화적인 기술로써 자연보호에 이바지할 수 있는 다양한 이점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10. 급수관 20. 발열체
21. 열선 22. 온도감지센서
23. 보온재 30. 커버체
40. 태양광패널 41. 패널
42. 제어부 43. 케이스
1. 동파 방지 수도관
S10. 에너지 수집단계 S20. 배터리 감지단계
S30. 배터리 충전단계 S40. 온도 감지단계
S50. 전력 공급단계

Claims (8)

1. 지반에 매설된 관체에 수직으로 설치되어 관체로부터 지반수를 공급받는 급수관(10);과, 급수관에 권취되어 외부 온도에 따라 열을 발산하여 급수관의 동파를 방지하는 발열체(20);와, 급수관과 발열체를 내부 수용함으로써 외부 요인들로부터 보호하는 커버체(30);와, 커버체 상부에 안착하여 발열체와 연결되며, 태양광에 의해 생성된 전력을 제공하여 발열체를 가동시키는 태양광패널(40);로 이루어지는 동파 방지 수도관에 있어서,
   상기 발열체(20)는 급수관(10)에 권취되며 태양광패널(40)로부터 전력을 공급받아 발열하는 열선(21)과, 테이핑에 의해 급수관에 부착되는 복수의 온도감지센서(22)와, 급수관과 열선 및 온도감지센서를 일괄 포위하는 보온재(23)를 포함하고,
   상기 발열체(20)는 노후에 의한 기능 상실시 교체 가능한 여분의 열선(21)과 온도감지센서(22)를 복수 포함하며, 상기 열선과 온도감지센서는 태양광패널(40)의 제어부(42)와 간편 결합 내지 간편 분리되게 하는 커넥터를 더 포함하고,
   상기 커버체(30)는 전방에 급수관(10)과 연결되며 조작 여부에 따라 급수관을 순환중인 지반수의 출수가 결정되는 노즐부(31)를 포함하고,
   상기 태양광패널(40)은 태양광 에너지를 수집하여 전력으로 전환하는 패널(41)과, 패널에 의해 수집된 전력을 저장 및 열선 동력원으로 운용하는 제어부(42)와, 패널에 의해 상부가 차폐되고 제어부가 내부 수용되며 저부에 커버체(30)가 내통 결합되어 발열체(20)의 내부 진입을 허용하는 케이스(43)를 포함하고,
   상기 제어부(42)는 패널에 의해 공급된 전력을 수집 저장하는 배터리(42-1)와, 배터리의 전력 상태를 실시간 감지하여 배터리의 가동 유무를 결정하는 전력제어부(42-2)와, 온도감지센서와 연동하여 열선의 발열 여부를 판단함으로써 전력제어부로부터 전력 공급을 요청하는 온도제어부(42-3)와, 배터리와 전력제어부 및 온도제어부를 전력 운용 순서에 맞춰 배선 연결을 안내하는 터미널부(42-4)를 포함하고,
   상기 케이스(43)는 커버체(30)의 상단에 일부 끼움되며 제어부(42)가 안착되는 평판(43a)과, 평판 배면에서 상향 돌출되어 제어부의 배면을 보호하는 배면판(43b)과, 평판 정면에서 설정 높이 상향 돌출되되 전방을 향하여 설정 각도 기울어진 형태로 이루어지는 정면판(43c)과, 평판 양측에 입벽 형태로 상향 돌출되며 상측은 배면판과 정면판의 높이와 대응하여 기설정 각도의 경사면을 갖는 측면판(43d)으로 이루어지는 것을 포함하고,
   상기 정면판(43c)은 외면의 중심부에 설치되며 제어부(42) 연결되어 스위치(46)의 조작에 따라 빛을 발산하는 조명(45) 및 조명의 양측으로 설정거리 이격된 위치에 설치되며 제어부와 연결되어 발열체의 작동 여부에 따라 점등 또는 점멸되는 한 쌍의 램프(44)가 구비된 것을 포함하고,
   상기 측면판(43d)은 외면에 스위치(46)가 구비되어 조작 여부에 따라 조명에 전력이 제공되는 것을 더 포함하고,
   상기 조명(45)은 커버체(30)에 구비된 노즐부(31)와 대응하는 수직 선상에 배치되어 야간에도 시야확보를 통해 노즐부의 위치와 조작 안내가 유도되는 것을 특징으로 하는 신 재생 에너지 기반의 동파 방지 수도관.
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