KR102363391B1 - 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 지하수 관정의 수중 펌프 인접부에 장착되어 관정에서 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하고 음파의 세기를 설정값과 비교하면서 관정에 설치된 수중 펌프의 구동을 제어함으로써 물탱크의 수위를 조절하는, 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DRIVING SUBMERSIBLE PUMP USING SONAR}

본 발명은 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 지하수 관정의 수중 펌프 인접부에 장착되어 관정에서 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하고 음파의 세기를 설정값과 비교하면서 관정에 설치된 수중 펌프의 구동을 제어함으로써 물탱크의 수위를 조절하는, 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지하수를 이용하기 위해 설치하는 관정은 관정의 내부에 양수관과 연결된 수중 펌프를 설치하는 한편 수중 펌프의 상부에는 (+)(-)를 갖는 한 쌍의 감지봉을 설치한다. 따라서 관정의 안정 수위 내에서 수중 펌프가 작동하면서 관정의 물을 탱크로 펌핑하게 되고, 수중 펌프의 가동에 따라 관정의 수위가 저하되면서 감지봉의 위치에 도달하면 수중 펌프를 보호하기 위해 수중 펌프의 작동을 자동으로 중단한다. 즉, 관정의 수위가 점진적으로 저하되어 수중 펌프의 정지 수위에 도달하면 감지 봉을 이용하여 이를 감지한 후 수중 펌프의 가동을 중단하는 것이다.

그러나 종래에는 감지 봉이 부식되거나 물에 철분이 부족한 경우 감지 전류가 너무 미약하게 흘러 정확한 수위감지를 할 수 없게 된다. 이와 같이 관정의 감지 봉이 장시간 사용으로 인해 부식되거나, 물에 철분 함량이 적을 경우, 수위감지가 정밀하지 못하여 수중 펌프가 대기 중에 노출될 정도로 과도하게 물을 펌핑할 경우 수중 펌프가 손상되는 문제점이 야기되고 있는 실정이다.

국내 공개 특허 제10-2008-0005637호 공보(이하, 종래기술이라 함)에는 무 감지 봉 수중 펌프 제어 및 수위 감지장치가 개시되어 있다. 이 무 감지봉 수중 펌프 제어 및 수위 감지장치는 관정에 설치된 수중 펌프를 작동시키는 전류량이 관정에 채워진 물의 양에 비례함에 착안하여 수중 펌프를 작동시키는 전류의 양을 감지하여 저수위가 감지될 경우 수중 펌프의 작동을 중단시킴으로써 수중 펌프의 오작동을 방지하는 것을 특징으로 한다.

그러나, 종래기술은 관정의 수위에 따라 수중 펌프의 구동을 제어하는 방식에 국한되어 있으며, 지하 관정에서 펌핑된 물을 저장하는 물탱크의 수위를 조절하기 위한 수중 펌프 구동 제어에 대해서는 고려되지 않았다.

국내 특허 공개 제10-2008-0005637호(등록일:2008년 01월 15일)

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 장비의 노후화에 따라 수위 조절 정밀도가 저하되지 않고 감지 센서와 수위 조절기 간의 통신 장애가 발생하지 않음으로써 물탱크의 수위를 정밀하게 조절할 수 있는, 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치는 지하수 관정에 설치된 수중 펌프의 구동을 제어하여 물탱크의 수위를 조절하는, 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치로서, 상기 지하수 관정의 수중 펌프 인접부에 장착되어 상기 지하수 관정으로부터 상기 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하도록 구성된 소나; 및 상기 소나 위치 부근에 설치되어 통신케이블을 통해 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 따라 상기 수중 펌프의 온, 오프 동작을 제어하도록 구성된 수위 조절기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치에 있어서, 상기 수위 조절기는 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 상응하는 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어부; 및 상기 제어부로부터 제어 신호를 인가받아 스위칭 동작되어 상기 수중 펌프의 온, 오프 동작을 제어하도록 구성된 수중 펌프 구동부;를 포함할 수 있다.

상기 실시형태에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치에 있어서, 상기 수위 조절기는 측정된 음파의 세기가 설정값 이상일 경우 상기 수중 펌프를 온(ON) 동작시키는 한편, 측정된 음파의 세기가 설정값 미만일 경우 상기 수중 펌프를 오프(OFF) 동작시킬 수 있다.

상기 실시형태에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치에 있어서, 상기 소나는 수동소나일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 수중 펌프 구동 방법은 소나에 의해 지하수 관정으로부터 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파가 측정되는 단계; 수위 조절기가 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하는 단계; 상기 수위 조절기가 측정된 물의 음파 세기를 인식하고, 음파 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정하는 단계; 상기 결정 단계에서 음파의 세기가 설정값 이상일 경우, 상기 수위 조절기가 수중 펌프를 온(ON) 동작시키는 단계; 및 상기 결정 단계에서 음파의 세기가 설정값 미만일 경우, 상기 수위 조절기가 상기 수중 펌프를 오프(OFF) 동작시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법에 의하면, 소나가 지하수 관정의 수중 펌프 인접부에 장착되어 상기 지하수 관정으로부터 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하고, 수위 조절기가 상기 소나 위치 부근에 설치되어 통신케이블을 통해 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 따라 수중 펌프의 온, 오프 동작을 제어하도록 구성됨으로써, 장비의 노후화에 따라 수위 조절 정밀도가 저하되지 않고 상수도관의 파열 압력이 발생하지 않고 감지 센서와 수위 조절기 간의 통신 장애가 발생하지 않음으로써 물탱크의 수위를 정밀하게 조절할 수 있으며 시설의 내구성 향상에 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치의 개략적인 설치도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치의 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 수중 펌프 구동 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.

본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치의 개략적인 설치도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치의 블록구성도이다.

본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명에 적용되는 지하수 관정(W)에 설치된 수중 펌프(P) 및 물탱크(T)를 설명하기로 한다.

지하수 관정(W)은 지하수를 최대로 이용하기 위하여 충적층 또는 암반층까지 깊이 굴착하여 우물 관체의 하부에 뚫린 공극을 통하여 지하수를 모으고, 이를 양수하여 관개수로 사용하기 위한 소규모 수원공시설(水源工施設)이다.

수중 펌프(P)는 지하수 관정(W) 내에서 수중에 잠긴 상태로 설치되고 지하수를 펌핑(Pumping)하여 지하수 관정(W)을 따라 지표면으로 인출시켜 물탱크(T)에 제공하는 역할을 한다.

물탱크(T)는 지하수 관정(W)을 통해 물을 제공받아 저장한 후 배수관(O)을 통해 수요처(예컨대, 가정, 상업 시설, 공장 등)에 공급하는 역할을 한다.

본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 소나(S) 및 수위 조절기(C)를 포함한다.

소나(S)는 지하수 관정(W)의 수중 펌프(P) 인접부에 장착되고 지하수 관정(W)으로부터 인입되어 물탱크(T)까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하는 역할을 하며, 수동소나가 사용될 수 있다. 소나(S)의 설치 위치는 지하수 관정(W) 내의 수중 펌프(P)와 인접하면서 지하수 관정(W)으로부터 물탱크(T)까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하기 용이한 위치이면 특별히 제한되지는 않는다.

수위 조절기(C)는 소나(S) 위치 부근에 설치되고, 통신케이블(L)을 통해 소나(S)로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 따라 수중 펌프(P)의 온, 오프 동작을 제어하는 역할을 한다. 수위 조절기(C)는 제어부(100) 및 수중 펌프 구동부(200)를 포함한다.

제어부(100)는 본 발명의 전체 구성요소를 제어하는 마이크로컴퓨터로서, 소나(S)로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고, 인식된 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후, 그 결정 결과에 상응하는 제어 신호를 수중 펌프 구동부(200)에 출력하는 역할을 한다.

음파의 세기가 설정값 이상일 경우, 제어부(100)는 수중 펌프 구동부(200)에 온(ON) 동작 제어 신호를 출력하여 수중 펌프(P)를 온 동작시킴으로써, 지하수 관정(W)의 물을 펌핑하여 물탱크(T)에 공급하게 된다.

한편, 음파의 세기가 설정값 미만일 경우, 제어부(100)는 수중 펌프 구동부(200)에 오프(OFF) 동작 제어 신호를 출력하여 수중 펌프(P)를 오프 동작시킴으로써, 물탱크(T)에 대한 물 공급을 중단하게 된다.

한편, 제어부(100)는 소나(S)로부터 음파 신호를 입력받아 물탱크(T)의 수위영상으로 재현할 수 있다. 이때, 제어부(100)는 음파 신호 및 물탱크(T)의 수위 정보의 데이터세트로 기계 학습된 인공신경망 모델에 소나(S)로부터 감지된 음파 신호를 입력시켜 수위 정보를 획득할 수 있다. 이 획득된 수위 정보를 기초로 표시부(도시안됨)를 통해 물탱크(T)의 수위 영상을 재현할 수 있다.

수중 펌프 구동부(200)는 제어부(100)로부터 제어 신호를 인가받아 스위칭 동작되어 수중 펌프(P)에 인가되는 구동 전원을 단속함으로써, 수중 펌프(P)의 온, 오프 동작을 제어하는 역할을 한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 수중 펌프 구동 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 나타낸다.

먼저, 소나(S)에 의해 지하수 관정(W)으로부터 물탱크(T)까지 이송되어 낙하하는 물의 음파가 측정된다(S10).

다음, 수위 조절기(C)가 소나(S)로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여(S20) 측정된 물의 음파 세기를 인식하고, 인식된 음파 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한다(S30).

만약, 상기 스텝(S30)에서 음파의 세기가 설정값 이상일 경우(Y), 수위 조절기(C)가 수중 펌프(P)를 온(ON) 동작시키고(S40), 상기 스텝(S10)으로 진행된다.

한편, 상기 스텝(S30)에서 음파의 세기가 설정값 미만일 경우(N), 수위 조절기(C)는 수중 펌프(P)를 오프(OFF) 동작시키고(S50), 상기 스텝(S10)으로 진행된다.

본 발명의 실시예에 의한 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치 및 방법에 의하면, 소나가 지하수 관정의 수중 펌프 인접부에 장착되어 상기 지하수 관정으로부터 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하고, 수위 조절기가 상기 소나 위치 부근에 설치되어 통신케이블을 통해 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 따라 수중 펌프의 온, 오프 동작을 제어하도록 구성됨으로써, 장비의 노후화에 따라 수위 조절 정밀도가 저하되지 않고 상수도관의 파열 압력이 발생하지 않고 감지 센서와 수위 조절기 간의 통신 장애가 발생하지 않음으로써 물탱크의 수위를 정밀하게 조절할 수 있으며 시설의 내구성 향상에 뛰어난 효과가 있다.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

S: 소나
C: 수위 조절기
100: 제어부
200: 수중 펌프 구동부
P: 수중 펌프

Claims (5)

1. 지하수 관정(W)에 설치된 수중 펌프(P)의 구동을 제어하여 물탱크(T)의 수위를 조절하는, 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치로서,
   상기 지하수 관정의 수중 펌프 인접부에 장착되어 상기 지하수 관정으로부터 상기 물탱크까지 이송되어 낙하하는 물의 음파를 측정하도록 구성된 소나(S); 및
   상기 소나 위치 부근에 설치되어 통신케이블(L)을 통해 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 따라 상기 수중 펌프의 온, 오프 동작을 제어하도록 구성된 수위 조절기(C);를 포함하고,
   상기 수위 조절기(C)는
   상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하여 음파의 세기를 인식하고 음파의 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정한 후 그 결정 결과에 상응하는 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어부(100); 및
   상기 제어부로부터 제어 신호를 인가받아 스위칭 동작되어 상기 수중 펌프의 온, 오프 동작을 제어하도록 구성된 수중 펌프 구동부(200);를 포함하며,
   상기 제어부는 음파 신호 정보 및 물탱크의 수위 정보의 데이터세트로 기계학습된 인공신경망 모델에 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 입력시켜 수위 정보를 획득하는 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 수위 조절기(C)는
   측정된 음파의 세기가 설정값 이상일 경우 상기 수중 펌프를 온(ON) 동작시키는 한편,
   측정된 음파의 세기가 설정값 미만일 경우 상기 수중 펌프를 오프(OFF) 동작시키는 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 소나는 수동소나인 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치.
   
5. 제1항에 기재된 소나를 이용한 수중 펌프 구동 장치를 이용한 수중 펌프 구동 방법으로서,
   소나(S)에 의해 지하수 관정(W)으로부터 물탱크(T)까지 이송되어 낙하하는 물의 음파가 측정되는 단계;
   수위 조절기(C)가 상기 소나로부터 측정된 물의 음파 신호를 수신하는 단계;
   상기 수위 조절기가 측정된 물의 음파 세기를 인식하고, 음파 세기가 설정값이상 인지의 여부를 결정하는 단계;
   상기 결정하는 단계에서 음파의 세기가 설정값 이상일 경우, 상기 수위 조절기가 수중 펌프를 온(ON) 동작시키는 단계; 및
   상기 결정하는 단계에서 음파의 세기가 설정값 미만일 경우, 상기 수위 조절기가 상기 수중 펌프를 오프(OFF) 동작시키는 단계;를 포함하는 수중 펌프 구동 방법.

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