KR102417876B1 - 탁수유입 급속차단 자동 드레인 시스템용 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탁수유입 급속차단 시스템 밸브를 개시한다. 본 발명에 따른 탁수유입 급속차단 시스템 밸브는 상수도 급수배관으로부터 공동주택(아파트,다가구,다세대 등)이나 빌딩의 지하 물탱크 등에 탁수(오염수)가 유입될 경우 이를 실시간으로 감지하여 탁수(오염수)가 급수밸브에 도달하기 이전에 급수를 차단하고 탁수를 잔류물 없이 신속히 배출한다.

Description

탁수유입 급속차단 자동 드레인 시스템용 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브{WATER SUPPLY AND DRAIN VALVE FOR SYSTEM FOR RAPID BLOCKING INFLOW OF TURBID WATER AND AUTOMATIC DRAIN}

본 발명은 탁수유입 급속차단 시스템 밸브에 관한 것으로, 더 상세하게는 상수도 급수 배관으로부터 공동주택(아파트,다가구,다세대 등)이나 빌딩의 지하 물탱크 등에 탁수가 유입될 경우 이를 감지하여 즉시 급수를 차단하고 탁수를 배출한 후, 공급수의 탁도가 정상에 도달하였을 때 다시 물의 공급을 자동으로 개시할 수 있는 탁수유입 급속차단 시스템 밸브에 관한 것이다.

공동주택(아파트,다가구,다세대 등)이나 빌딩 등에서는 대형 물탱크를 통상 지하에 구비하고 상수도 급수를 저장한 후, 펌프 등에 의하여 옥상 탱크를 거치거나 직접 각 수용가에 공급한다. 배관 공사, 배관의 균열, 배관의 노후 등에 의하여 배관 내로 일시적인 토사 유입, 지하수 유입, 녹물 유입 등이 있을 경우 탁수가 대형 물탱크에 투입되고, 이로 인하여 물탱크 내에 저장된 물 전체가 오염되는 문제가 있다. 물탱크 내에 일시적으로 탁수가 유입되는 경우에도 물 전체가 오염되므로, 저장된 물 전체를 물탱크로부터 배출하고, 물탱크 내부를 청소한 후 다시 상수도 급수 배관으로부터 물을 공급 받아 저장해야 한다. 그러나, 대형 물탱크에 저장된 물을 모두 버리고, 물탱크를 청소한 후 다시 물을 채우는 데는 많은 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라, 수돗물 공급 중단과 같은 불편이 초래 된다. 특히 공동 주택이 주거형태의 과반수를 넘는 한국의 경우, 노후화된 상수도 배관에 따른 오염수 유입의 사례가 매우 빈번하게 발생하고 있고, 사회적으로 큰 이슈화가 되고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본원 출원인은 한국 특허등록 제10-1490765호 발명에 의하여, 상수도 배관으로부터 물탱크 등에 탁수가 유입될 경우 이를 감지하여 즉시 급수를 차단하고 탁수를 배출한 후, 공급수의 탁도가 정상에 도달하였을 때 다시 물의 공급을 자동으로 개시할 수 있는 탁수 유입 급속 차단 밸브를 제안한 바 있다.

본원 출원인의 위 특허등록 제10-1490765호 발명은, 탁수 유입을 차단하기 위한 밸브 몸체 내에 탁도 측정 장치를 마련한 데 특징이 있는 것으로, 밸브 몸체의 급수 유입측 상부에 마련되어 밸브 몸체내로 유입되는 급수의 탁도를 측정하는 유입수 탁도 측정 장치와, 밸브 몸체의 급수 유입측에 마련되어 밸브 몸체 내에 유입된 물을 외부로 배출할 수 있는 퇴수관과, 퇴수관에 마련된 제1전자밸브와, 밸브 몸체의 급수 배출측에 마련되고 전동 액추에이터에 의하여 구동되어 급수의 배출을 차단하거나 허용하는 급수 개폐 장치와, 유입수 탁도 측정 장치의 신호를 입력 받아 계산한 탁도가 기준치 미만일 때에는 전동 액추에이터를 제어하여 급수 개폐 장치를 개방함과 동시에 제1전자밸브를 닫고, 계산한 탁도가 기준치 이상일 때에는 전동 액추에이터를 제어하여 급수 개폐 장치를 폐쇄함과 동시에 제1전자밸브를 여는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 특허등록 제10-1490765호 발명은, 탁도 측정 장치를, 밸브몸체에 상향 플랜지관을 형성하고, 상향 플랜지관 상부에 캡을 마련되여, 캡 위에 설치하였고, 탁도 측정 장치는, 바닥에 물이 출입할 수 있는 통공이 형성되고 나머지는 밀폐된 하우징과, 하우징의 내부 바닥에 통공을 둘러싸도록 세워진 유리실린더와, 유리실린더 내부에 마련된 피스톤과, 피스톤 외주면에 마련되어 피스톤 상하부 공간을 분리하면서 피스톤이 상하로 왕복할 때 유리실린더 내벽을 세척할 수 있는 수밀부재와, 피스톤의 상부에 연결된 철심과, 철심 주위에 배치되고 콘트롤러에 의하여 전류가 투입될 때 철심이 하향하도록 자계를 발생시키는 코일과, 통공과 밸브 몸체의 내부를 연결하여 물의 출입이 가능하게 하는 물출입관과, 물출입관에 마련되고 콘트롤러가 코일에 전류를 투입하지 않을 때에만 콘트롤러에 의하여 열리고 일정시간 후 닫히는 제2전자밸브와, 유리실린더 외측에 마련되고 제2전자밸브가 열려 통공을 통해 유리실린더에 유입된 물의 수압에 의하여 피스톤이 상부로 밀려 올라간 후 제2전자밸브가 닫히면 유리실린더에 체류하는 물의 탁도를 측정하여 측정 신호를 콘트롤러에 출력하는 탁도 센서 모듈을 포함하여 구성하였다.

그러나, 이러한 구성을 갖는 본원 출원인은 위 위 특허등록 제10-1490765호 발명은 그 실시 과정에서 다음과 같은 문제점이 발견되어 개선이 필요하였다.

1) 특허등록 제10-1490765호 발명에 따르면, 탁도 측정 장치가 밸브 위에 일체로 구성되어 있다. 이는 탁수(오염수)가 밸브에 도달한 후에만 탁도 측정이 가능하다는 것을 의미한다. 한편, 전동 액추에이터에 의하여 구동되는 급수 개폐 장치(밸브)는 차폐 시간은 적어도 6초 이상이 필요하다. 따라서 밸브에 일체로 구성된 탁도 측정 장치가 오염수를 감지한 후 콘트롤러에 의하여 급수 개폐 장치를 즉시 닫는다 하더라도, 급수 개폐 장치를 닫는 도중에 상당한 양의 탁수(오염수)가 물탱크에 유입될 수 있다. 물탱크에는 소량의 탁수(오염수)가 유입되는 경우에도 전체 물을 버리고, 물탱크를 청소해야 하기 때문에, 이에 따른 물의 낭비와, 소요되는 비용 및 급수 중지 등의 불편이 크다.

2) 종래 상수도 업계에서는 기포 발생으로 인하여 실시간 탁도 측정이 불가능했기 때문에 시료 채취 후 분석 방법을 따른다. 특허등록 제10-1490765호 발명도 시료 채취 후 분석 방법을 따랐다. 특허등록 제10-1490765호 발명에 따르면, 콘트롤러가 탁도 측정 장치의 제2전자밸브를 개방한 상태에서 코일에 전류를 차단하면 상수도 수압에 의하여 물이 물출입관을 통해 유리실린더에 유입되고, 수압에 의하여 피스톤은 상방으로 밀려 올라간 후, 다시 콘트롤러가 제2전자밸브를 닫으면, 유리실린더 내에는 탁도 측정용 시료수가 수집되고, 기포가 사라진 후 탁도측정모듈에서 탁도를 측정하여 탁도 신호값을 콘트롤러에 보내면 콘트롤러는 탁도를 계산한다. 그러나, 이와 같이 유리실린더 내로 탁도 측정용 시료수를 수집하고 제2전자밸브를 닫을 경우, 상수도 수압이 더이상 물에 작용하지 않기 때문에, 물출입관을 통해 유리실린더로 물이 유입되는 과정에서 발생한 많은 양의 기포가 그대로 유리실린더 내에 잔존하게 되고, 탁도 측정을 위해서는 기포가 사라질 때까지 상당 시간을 기다려야 한다. 기포 제거를 하지 않고 특허등록 제10-1490765호 발명에서와 같이 Nephelometric 측정법에 의하여 탁도를 측정할 경우, 기포가 광을 산란시키기 때문에 탁도 센서 모듈은 기포를 이물질로 인식하게 되어 매우 부정확한 측정 결과를 얻게 된다. 특허등록 제10-1490765호 발명에 따른 탁도 측정 장치를 실제 제작하여 시험한 결과, 기포 소멸 시간이 5~10분이 소요되었다. 즉, 특허등록 제10-1490765호 발명에 따른 탁도 측정 장치에 의한 탁도 측정은 5-10분 주기로 밖에 측정할 수 없었고, 실시간 측정이 불가능하였다. 한편, 탁도 측정에 5~10분 소요되고, 이 탁도 측정 값에 따라 탁수(오염수)를 차단할 경우, 탁도를 측정하는 도중에 많은 양의 탁수(오염수)가 물탱크로 유입될 수 있다. 즉, 실효적인 탁수 차단을 위해서는 흐르는 물을 이용하여 실시간(real-time)으로 탁도를 측정할 수 있는 탁도 측정 방법이 절실히 요구되었다.

3) 특허등록 제10-1490765호 발명의 경우, 탁수 유입 급속 차단 밸브는 밸브몸체에 상향 플랜지관을 형성하고, 상기 상향 플랜지관 상부에 캡을 마련하고, 이 캡에 밸브 몸체의 상방으로 진행하는 퇴수관을 연결하였다. 따라서, 밸브몸체에 유입된 탁수는 밸브 상방으로만 배출 가능하였다. 퇴수관에는 제1전자밸브를 마련하여 퇴수를 배출할 수 있게 구성하였다. 그 결과, 급수를 차단하고, 퇴수관을 개방하더라도 밸브 몸체 바닥에 오염물이 가라 앉아 탁수(오염수)의 완전한 퇴수에 많은 시간이 소요되고, 퇴수관을 장시간 열어도 탁수(오염수)의 완전한 퇴수가 어려운 문제점이 있었다. 이러한 상태에서 급수 개폐 장치를 열 경우 바닥에 가라 앉은 오염물이 물탱크에 유입되어 물탱크 내의 물 전체를 오염시켰다.

4) 퇴수 후 급수 전환시, 또는 급수 중 퇴수 전환시 급속한 배관 및 밸브 내의 국부적 수압차 발생과 급속한 유로 전환으로 인하여 배관 및 밸브 내에 강한 와류(渦流)가 형성되고, 이로 인하여, 배관이나 밸브 벽이나 바닥에 부착된 녹이나 침전물이 분리되어 물의 오염도를 높인다. 특히 퇴수 후 급수 전환시 강한 와류가 발생할 경우, 와류에 의하여 순간적으로 발생한 오염물이 물탱크 내로 유입될 수 있다.

본 발명은, 본원 출원인의 위 특허등록 제10-1490765호 발명이 갖는 상술한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는, 탁수(오염수)가 급수밸브(급수 개폐 장치)에 도달하기 전에 급수밸브(급수 개폐 장치)를 차단할 수 있는 탁수유입 급속차단 시스템 밸브를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는, 탁도 센서에 연속적으로 수돗물을 공급하고 배출하면서 기포 발생이나 기포의 소멸 대기 시간 없이, 실시간으로 탁도를 측정하여 급수의 수질을 실시간 감시하고 물탱크에 유입되는 탁수를 실시간으로 즉시 차단할 수 있는 탁수유입 급속차단 시스템 밸브를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는, 퇴수관을 개방할 경우, 밸브 몸체 바닥이나 배관 바닥에 가라 앉은 탁수(오염수)까지 빠르고 깨끗하게 배출 될 수 있는 탁수유입 급속차단 시스템 밸브를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제4과제는, 퇴수 후 급수 전환시, 또는 급수 중 퇴수 전환시 급속한 배관 및 밸브 내의 국부적 수압차 발생을 방지하고 급속한 유로 전환으로 인한 배관 및 밸브 내에 강한 와류(渦流)가 형성을 예방할 수 있는 탁수유입 급속차단 시스템 밸브를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 제1과제는, 수용가에 수돗물을 공급하는 급수 배관에 연결되어 공급되는 수돗물을 통수하거나 차수하는 급수밸브와, 상기 급수밸브에 마련되어 밸브디스크를 구동하여 급수밸브를 개폐하는 제1전동액츄에이터와, 상기 급수밸브로부터 급수 배관을 따라, 상기 제1전동액츄에이터의 급수밸브 폐쇄 소요 시간(T1)에 대응하는 수돗물의 진행거리(D) 이상으로 급수밸브로 부터 후방으로 이격한 위치에 급수 배관을 관통하여 연결한 수돗물 분수수단과, 상기 수돗물 분수수단에서 분수한 수돗물을 투입 받아 수돗물의 탁도를 측정하는 탁도센서와, 상기 급수밸브에 수돗물이 도달하기 직전에 상기 배관에서 수돗물을 외부로 배출할 수 있는 퇴수배관과, 상기 퇴수배관에 연결되어 퇴수배관의 수돗물을 통수하거나 차수하는 퇴수밸브와, 상기 퇴수밸브에 마련되어 밸브디스크를 구동하여 퇴수밸브를 개폐하는 제2전동액츄에이터와, 상기 탁도센서의 신호를 입력 받아 계산한 탁도가 기준치 이상일 때에는 상기 제1전동액츄에이터를 제어하여 상기 급수밸브를 폐쇄함과 동시에 상기 제2전동액츄에이터를 제어하여 퇴수밸브를 열고, 계산한 탁도가 기준치 미만일 때에는 상기 제1전동액츄에이터를 제어하여 상기 급수밸브를 개방함과 동시에 상기 제2전동액츄에이터를 제어하여 상기 퇴수밸브를 닫는 제어부를 포함하는 탁수유입 급속차단 시스템 밸브에 의하여 해결될 수 있다.

상술한 본 발명의 제2과제는, 상기 탁도센서에, 탁도를 측정할 수돗물을 투입하는 측정수 취수관과 탁도 측정이 마친 물을 배출하는 측정수 배수관을 마련하고, 측정수 취수관과 측정수 배수관에는 각각 개도(開度)를 조절할 수 있는 측정수 입수밸브 및 측정수 출수밸브를 설치하여, 탁도 측정시 측정수 입수밸브의 개도를 측정수 출수밸브의 개도보다 더 크게 함으로써 탁도센서 내부의 기포 발생을 차단하여 탁도를 실시간으로 측정할 수 있게 함으로써 해결할 수 있다.

상술한 본 발명의 제3과제는, 관세척구 몸체에 입수관부과 출수관부을 일체로 형성하고 상기 출수관부에 상기 급수밸브를 출수관부와 일체로 형성하며, 상기 관세척구 몸체에 퇴수관부를 상기 입수관부 및 출수관부에 대하여 직각 방향을 향하게 일체로 형성하고 상기 퇴수관부에 상기 퇴수밸브를 퇴수관부와 일체로 형성하며, 상기 입수관부의 내경 하단, 관세척구 몸체의 내경 하단, 출수관부의 내경 하단, 급수밸브의 내경 하단, 퇴수관부의 내경 하단 및 퇴수밸브의 내경 하단의 높이를 모두 일치시켜, 상기 입수관부, 관세척구 밸브 몸체, 출수관부 및 퇴수관부에 유입된 탁수가 이들에 잔류하지 않고 상기 퇴수밸브를 통해 모두 배출되게 함으로써 해결할 수 있다.

상술한 본 발명의 제4과제는, 상기 제2전동액츄에이터에 의한 밸브대의 회전속도를 제1전동액츄에이터에 의한 밸브대 회전속도 보다 느리게 하고, 제1전동액츄에이터에 의해 급수밸브를 개폐하기 시작할 때 제2전동액츄에이터에 의하여 퇴수밸브를 개폐하기 시작함으로써, 배관 및 밸브 내에서의 물흐름의 급속한 전환과 이로 인한 와류발생을 방지함으로써 해결할 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 물탱크에의 급수를 허용 또는 차단하는 급수밸브로부터 급수 배관을 따라, 상기 전동액츄에이터의 급수밸브 폐쇄 소요 시간(T1)에 대응하는 수돗물의 진행거리(D=수돗물의 진행 속도 WS x 급수밸브 폐쇄 소요 시간 T1) 이상으로 급수밸브로 부터 후방으로 이격한 위치에 급수 배관을 관통하여 수돗물 분수(分水)수단을 설치하고, 상기 수돗물 분수(分水)수단에서 분수한 수돗물을 투입 받아 탁도센서에서 수돗물의 탁도를 측정하기 때문에, 탁수(오염수)가 수돗물 분수 수단의 설치 위치에 도달하였을 때, 급수밸브의 차단을 개시할 수 있게 된다. 따라서, 탁수(오염수)가 급수밸브(급수 개폐 장치)에 도달하기 전에 급수밸브(급수 개폐 장치)를 차단할 수 있게 되어, 급수밸브를 차단하는 도중에 물탱크에 탁수(오염수)가 유입될 가능성을 원천적으로 예방할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 탁도센서에 연속적으로 측정수를 주입하고 배출하면서 실시간으로 탁도측정을 하기 위하여, 탁도센서에 탁도를 측정할 수돗물을 투입하는 측정수 취수관과 탁도 측정이 마친 물을 배출하는 측정수 배수관을 마련하고, 측정수 취수관과 측정수 배수관에는 각각 개도(開度)를 조절할 수 있는 측정수 입수밸브 및 측정수 출수밸브를 설치하여, 탁도 측정시 측정수 입수밸브의 개도를 측정수 출수밸브의 개도보다 더 크게 하면, 탁도센서 내부 수압이 커지고, 측정수 입수밸브와 출수밸브간의 개도 차이를 탁도센서 내부의 수압에 의하여 기포가 즉시 소멸할 정도로 조정하면, 탁도센서 내부에는 측정수를 연속적으로 주입하여 배출시키더라도 기포가 잔류하지 않게 된다. 특히, 영점수(필터에 의하여 정제된 순수)를 이용하여 반복적으로 시험한 결과, 측정수 입수밸브의 개도를 출수밸브의 개도보다 50%이상 크게 하면 탁도센서 내부에서 기포 잔류나 이로 인한 산란광의 발생은 전혀 관측되지 않았다. 따라서, 본 발명에 의하면, 기포 소멸 대기 시간 없이 탁도를 실시간으로 측정할 수 있게 되고, 탁수 유입을 실시간으로 감시하면서, 물탱크에 탁수가 유입되는 것을 시차 없이 차단할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 관세척구 몸체에 입수관부과 출수관부을 일체로 형성하고 상기 출수관부에 상기 급수밸브를 출수관부와 일체로 형성하며, 상기 관세척구 몸체에 퇴수관부를 상기 입수관부 및 출수관부에 대하여 직각 방향을 향하게 일체로 형성하고 상기 퇴수관부에 상기 퇴수밸브를 퇴수관부와 일체로 형성하며, 상기 입수관부의 내경 하단, 관세척구 몸체의 내경 하단, 출수관부의 내경 하단, 급수밸브의 내경 하단, 퇴수관부의 내경 하단 및 퇴수밸브의 내경 하단의 높이를 모두 일치시키기 때문에, 퇴수밸브가 열릴 경우, 상기 입수관부, 관세척구 밸브 몸체, 출수관부 및 퇴수관부에 유입된 탁수가 바닥에 잔류하지 않고 순식간에 배출된다. 따라서, 퇴수 시간을 단축시킬 수 있고, 퇴수 후 오염물의 잔류를 예방할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 퇴수밸브를 구동하는 제2전동액츄에이터에 의한 밸브대의 회전속도가 급수밸브를 구동하는 제1전동액츄에이터에 의한 밸브대 회전속도 보다 느르기 때문에 급수밸브, 퇴수밸브 및 이들을 연결하는 배관들 사이에서 급속한 수압 편차가 발생하지 않으며, 배관 및 밸브 내에서의 물흐름의 급속한 전환과 이로 인한 와류발생이 현저히 줄어든다. 따라서, 퇴수 후 급수 전환시 강한 완류에 의하여 발생할 수 있는 배관이나 밸브 내벽에 부착된 이물질의 이탈과 이들의 탱크 내 유입이 방지된다.

도 1은 탁도센서를 급수밸브로 부터 D의 거리만큼 떨어진 지하 수돗물 분수 지점에 설치하여 탁도를 측정하면서 탁도가 기준치를 상회하면 탁수(오염수)가 급수밸브에 도달하기 전에 급수밸브를 닫고, 퇴수밸브를 여는 경우의 실시 예에 대한 구성도이다.
도 2는 탁도센서의 측정수 취수관을 급수밸브로 부터 D의 거리만큼 떨어진 지하 수돗물 분수 지점에서 지상까지 연장하여 탁도를 측정하면서 탁도가 기준치를 상회하면 탁수(오염수)가 급수밸브에 도달하기 전에 급수밸브를 닫고, 퇴수밸브를 여는 경우의 실시 예에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탁수유입 급속차단 시스템 밸브의 급수 개폐 및 퇴수 배출에 사용되는 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브에 대한 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브에 급수밸브 개폐용 제1전동액츄에이터와 퇴수밸브 개폐용 제2전동액츄에이터를 설치한 상태에 대한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된, 전동액츄에이터가 설치된 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브에 대한 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브에서 급수밸브가 열리고 퇴수밸브가 닫힌 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브에서 급수밸브가 닫히고 퇴수밸브가 열린 상태를 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탁수유입 급속차단 시스템 밸브의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 급수배관(100)을 지중에 설치되고, 본 발명에 따른 탁수유입 급속차단 시스템 밸브는, 급수배관을 통해 물탱크로 유입되는 탁수(오염수)를 실시간으로 감시하여 차단한다.

도 1은 탁도센서(21)를 급수밸브(1)로 부터 D의 거리 만큼 떨어진 지하 수돗물 분수 지점에 인접 설치하여 탁도를 측정하면서 탁도가 기준치를 상회하면 탁수(오염수)가 급수밸브(1)에 도달하기 전에 급수밸브(1)를 닫고, 퇴수밸브(5)를 여는 경우를 보여 준다.

도 2는 탁도센서(21)의 측정수 취수관(13)을 급수밸브(1)로 부터 D의 거리 만큼 떨어진 지하 수돗물 분수 지점에서 지상까지 연장하여 탁도를 측정하면서 탁도가 기준치를 상회하면 탁수(오염수)가 급수밸브(1)에 도달하기 전에 급수밸브(1)를 닫고, 퇴수밸브(5)를 여는 경우를 보여 준다.

이를 위하여 본 발명은, 수용가에 수돗물을 공급하는 급수배관(100)에 연결되어 공급되는 수돗물을 통수하거나 차수하는 급수밸브(1)와, 상기 급수밸브(1)에 마련되어 밸브디스크(2)를 구동하여 급수밸브(1)를 개폐하는 제1전동액츄에이터(3)를 포함한다. 또한, 상기 급수밸브(1)에 수돗물이 도달하기 직전에 상기 배관에서 수돗물을 외부로 배출할 수 있는 퇴수배관(9)과, 상기 퇴수배관(9)에 연결되어 퇴수배관(9)의 수돗물을 통수하거나 차수하는 퇴수밸브(5)와, 상기 퇴수밸브(5)에 마련되어 밸브디스크(6)를 구동하여 퇴수밸브(5)를 개폐하는 제2전동액츄에이터(7)를 포함한다. 급수밸브(1)와 퇴수밸브(5)는 수도용 소프트 실 슬루스 밸브 또는 버터플라이 밸브일 수 있다.

본 발명의 특징은, 상기 급수밸브(1)로부터 급수배관(100)을 따라, 상기 제1전동액츄에이터의 급수밸브(1) 폐쇄 소요 시간(T1)에 대응하는 수돗물의 진행거리(D=수돗물의 진행 속도 WS x 급수밸브 폐쇄 소요 시간 T1) 이상으로 급수밸브(1)로 부터 후방으로 이격한 위치에 급수배관(100)을 관통하여 연결한 수돗물 분수수단(11)을 마련하고, 분수수단(11)에 의하여 수돗물을 유입 받아 탁도를 측정하여 상기 급수밸브(1)와 퇴수밸브(5)를 개폐하는 데 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수돗물 분수수단(11)에서 분수한 수돗물을 투입 받아 수돗물의 탁도를 측정하는 탁도센서(21)는 맨홀(104) 내부에 상기 수돗물 분수수단(11)과 함께 서로 인접하여 설치할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탁도센서(21)는 지상에 제어부(25)와 함께 설치하고, 지하 배관에 설치된 수돗물 분수수단(11)으로부터 측정수 취수관(13)을 연장하여 측정수를 공급 받을 수 있다. 이때, 급수밸브(1)와 수돗물 분수수단(11)간의 이격거리는 측정수 취수관(13)만큼 더 연장된다. 예를 들어 수돗물의 이동속도가 5m/s이고, 제1전동액츄에이터(3)에 의한 급수밸브의 차단시간이 초인 경우, 도 1에 도시된 급수밸브(1)와 수돗물 분수수단(11)간의 이격거리(D)는 30m이다. 한편, 도 2에서와 같이, 측정수 취수관(13)의 길이가 6m일 경우, 급수밸브(1)와 수돗물 분수수단(11)간의 이격거리(D)는 36m이다. 측정수가 측정수 취수관(13)으로부터 탁도센서(21)까지 이동하는 거리만큼, 급수밸브(1)와 수돗물 분수수단(11)의 거리를 연장해야, 탁수(오염수)가 급수밸브(1)에 도달하기 전에 급수밸브(1)를 차단할 수 있기 때문이다.

상기 탁도센서(21) 내부에는 원통형 챔버를 마련하고, 원통형 챔버 주변에서 LED광을 작은 구멍을 통해 원통형 챔버 내의 측정수에 조사하고 조사광의 90° 방향에서 포토다이오드에 의하여 산란광의 세기를 측정하는 Nephelometric 측정법에 의하여 탁도를 측정하여 탁도에 비례하는 전류(4mA ~ 20mA)를 출력한다. 상기 탁도센서(21)에는 탁도표시전송부(23)를 더 연결하여, 탁도센서(21)에서 출력한 전류값을 외부에 전송하고, 디지탈값으로 변환하여 디스플레이에 표시한다. 탁도센서(21)의 외부 하우징은 흑색 합성수지로 성형하여, 외부 빛을 완벽히 차단하고 무게를 최소화하여 측정의 정밀도를 향상시키는 것이 바람직하다.

제어부(25)은 PLC로 구성하고, PLC는 Ladder Diagram 등으로 입력된 프로그램으로 조건에 맞게 데이터를 처리하는 CPU, 아날로그신호 입력장치인 A/I MODULE(ANALOG INPUT MODULE), 아날로그신호 출력장치인 A/O MODULE(ANALOG OUTPUT MODULE), 사용자 인터페이스 장치인 터치스크린, 시스템 외부(수요처)로 근거리 통신망을 이용하여 시스템의 상태를 송신하거나 외부에서 시스템을 제어하기 위한 연결용 장치인 ETHERNET ADAPTER을 포함할 수 있다.

제어부(25)는, 상기 탁도센서(21)의 출력 전류 신호를 입력 받아 계산한 탁도가 기준치 이상일 때에는 상기 제1전동액츄에이터(3)를 제어하여 상기 급수밸브(1)를 폐쇄함과 동시에 상기 제2전동액츄에이터(7)를 제어하여 퇴수밸브(5)를 열고, 계산한 탁도가 기준치 미만일 때에는 상기 제1전동액츄에이터(3)를 제어하여 상기 급수밸브(1)를 개방함과 동시에 상기 제2전동액츄에이터(7)를 제어하여 상기 퇴수밸브(5)를 닫는다. 제어부(25)에는 기록계(27)를 더 연결하여, 제어부(25)으로부터 받은 실시간 탁도 값을 스크린에 표시하고 메모리카드를 이용하여 저장하고 기록계에서 별도로 실행되는 프로그램으로 PC에 저장 또는 저장된 데이터를 일자별, 시간대별로 모니터링 할 수 있게 할 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 물탱크에의 급수를 허용 또는 차단하는 급수밸브(1)로부터 급수배관(100)을 따라, 상기 전동액츄에이터의 급수밸브 폐쇄 소요 시간(T1)에 대응하는 수돗물의 진행거리(D=수돗물의 진행 속도 WS x 급수밸브 폐쇄 소요 시간 T1) 이상으로 급수밸브(1)로 부터 후방으로 이격한 위치에 급수배관을 관통하여 수돗물 분수(分水)수단(11)을 설치하고, 상기 수돗물 분수(分水)수단(11)에서 분수(分水)한 수돗물을 투입 받아 탁도센서(21)에서 수돗물의 탁도를 측정하기 때문에, 탁수(오염수)가 수돗물 분수 수단(11)의 설치 위치에 도달하였을 때, 급수밸브의 차단을 개시할 수 있게 된다. 따라서, 탁수(오염수)가 급수밸브(1)에 도달하기 전에 급수밸브(1)를 차단할 수 있게 되어, 급수밸브를 차단하는 도중에 물탱크에 탁수(오염수)가 유입될 가능성을 원천적으로 예방할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 탁도센서(21)에 탁도를 측정할 수돗물을 투입하는 측정수 취수관(13)과 탁도 측정이 마친 물을 배출하는 측정수 배수관(17)을 마련하고, 측정수 취수관(13)과 측정수 배수관(17)에는 각각 개도(開度)를 조절할 수 있는 측정수 입수밸브(15) 및 측정수 출수밸브(19)를 설치하여, 측정수가 상기 원통형 챔버 하부로 투입되어 원통형 챔버 상부로 이동된 후 연속적으로 중단없이 흐르게 하고, 탁도 측정시 측정수 입수밸브(15)의 개도를 측정수 출수밸브(19)의 개도보다 더 크게 함으로써 탁도센서(21) 내부의 원통형 챔버에서 기포 발생을 차단하여 탁도를 실시간으로 측정할 수 있게 한 데 있다. 상기 측정수 취수관(13)은 탁도센서(21)의 원통형 챔버 하부에 연결되고, 상기 측정수 배수관(17)은 탁도센서(21)의 원통형 챔버 상부에 연결된다. 탁도 측정시 측정수 입수밸브(15)의 개도를 측정수 출수밸브(19)의 개도보다 더 크게 하면, 탁도센서 내부 수압이 커지고, 측정수 입수밸브(15)와 출수밸브(19)간의 개도 차이를 탁도센서(21) 내부의 수압에 의하여 기포가 즉시 소멸할 정도의 크기로 조정하면, 탁도센서(21) 내부에는 측정수를 연속적으로 주입하여 배출시키더라도 기포가 잔류하지 않게 된다. 상기 탁도센서(21)는 측정수 취수관(13)으로부터 유입된 측정수의 탁도를 연속적인 아날로그값으로 측정하여 탁도표시전송부(23)의 디스플레이에 탁도 값을 표시하고, 그 값에 따른 4 mA~20 mA의 전류 값을 제어부(25)로 송출한다.

이러한 구성에 의하여, 탁도센서(21)에 연속적으로 측정수를 주입하고 배출하면서 실시간으로 탁도측정을 시간적으로 끓이지 않고 연속된 아날로그 값으로 측정할 수 있고, 탁수가 유입될 경우, 탁수가 급수밸브(1)에 도달하기 전에 급수밸브(1)를 차단할 수 있다. 특히, 영점수(필터에 의하여 정제된 순수)를 이용하여 반복적으로 시험한 결과, 측정수 입수밸브의 개도를 출수밸브의 개도보다 50%이상 크게 하면 탁도센서 내부에서 기포 잔류나 이로 인한 산란광의 발생은 전혀 관측되지 않았다. 따라서, 본 발명에 의하면, 기포 소멸 대기 시간 없이 탁도를 실시간으로 측정할 수 있게 되고, 탁수 유입을 실시간으로 감시하면서, 물탱크에 탁수가 유입되는 것을 시차 없이 차단할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2에서 퇴수관(9)과 측정수 배수관(17)은 모두 오수관에 연결되어 버려진다.

탁도센서(21)의 상부에는 상기 탁도센서(21)의 원통혀여 챔버 내부를 실리콘 링의 왕복에 의하여 청소할 수 있는 크리너(22)를 더 마련할 수 있다. 실리콘 링은 축 선단에 부착되고 축은 스크류 및 감속모터에 연결되어 회전하는 너트에 의하여 상하 방향으로 이동할 수 있다.

상기 제어부(25)는 탁도센서(21)로부터 입력된 4 mA~20 mA의 전류 값을 이용하여 기록계 및 터치스크린에 탁도 값을 표시하고, 설정된 값 이상의 탁도 값이 감지되었을 때, 기록계의 알람 작동신호 및 제1전동액츄에이터에 폐쇄신호를 보내고 제2전동액츄에이터에 개방신호를 보낸다. 또한, 제어부(25)는 전동 액츄에이터로부터 운전상태(리모트, 로컬), 밸브의 개폐 상태, 개도율 및 이상 작동신호를 받아 터치스크린에 표시할 수 있다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 특징은 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브(29)에 있다.

일반적으로 관세척구는 상수도배관의 중간중간에 연결하여, 관세척용 피그(pig)를 관내부에 투입하고 배출하는 데 사용한다. 관세척용 피그(pig)는 표면에 나선이 형성된 것이 일반적이며, 관내벽에 밀착되어 수압에 의하여 진행하면서 회전하여 관 내벽을 청소한다. 본 발명에 따른 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브(29)는 이러한 관세척구의 몸체를 이용하였다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브(29)는, 관세척구 몸체(31)에 입수관부(35)과 출수관부(37)을 일체로 형성하고 상기 출수관부(37)에 상기 급수밸브(1)를 형성하며, 상기 관세척구 몸체(31)에 퇴수관부(39)를 상기 입수관부(35) 및 출수관부(37)에 대하여 직각 방향을 향하게 일체로 형성하고 상기 퇴수관부(39)에 상기 퇴수밸브(5)를 형성한 것이다. 이때, 상기 입수관부(35)의 내경 하단, 관세척구 몸체(31)의 내경 하단, 출수관부(37)의 내경 하단, 급수밸브(1)의 내경 하단, 퇴수관부(39)의 내경 하단 및 퇴수밸브(5)의 내경 하단의 높이를 모두 일치시켜, 상기 입수관부(35), 관세척구 밸브 몸체(31), 출수관부(37) 및 퇴수관부(39)에 유입된 탁수가 이들에 잔류하지 않고 상기 퇴수밸브(5)를 통해 모두 배출되게 한다. 입수관부(35), 관세척구 밸브 몸체(31), 출수관부(37) 및 퇴수관부(39)에 유입된 오염물은 바닥에 침전되기 쉬운데, 이러한 구성에 의하여 퇴수밸브(5)가 열릴 경우, 입수관부(35), 관세척구 밸브 몸체(31), 출수관부(37) 및 퇴수관부(39)에 유입된 오염물이 바닥에 잔류하지 않고 순식간에 배출된다. 따라서, 퇴수 시간을 단축시킬 수 있고, 퇴수 후 오염물의 잔류를 예방할 수 있다. 입수관부(35), 출수관부(37) 및 퇴수관부(39)의 선단에는 배관에 연결하기 위한 플랜지가 형성된다. 관세척구 밸브 몸체(31)의 상단에는 관세척구 커버(33)가 결합된다. 상기 퇴수관부(39)의 관내경은 상기 입수관부(35) 및 출수관부(37)의 관내경보다 같거나 조금 작게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 전동액츄에이터(3,5)는 제어부로부터 받은 신호로 각 밸브(1,5)를 개폐하고 전동액츄에이터(3,5)의 운전상태(리모트, 로컬), 각 밸브(1,5)의 개폐 상태, 개도율 및 이상작동 신호를 제어부로 보낸다. 상기 전동액츄에이터(3,5)는 최대 토크가 걸리는 사용 조건하에서 밸브(1,5)가 개폐되고 임의의 위치에 밸브디스크를 유지할 수 있도록 개도 발신 및 비례제어가 가능하게 구성한다. 상기 전동액츄에이터(3,5)는 비상 시 수동 조작이 가능한 구조로 구성 하고, 전동 조작 시에는 수동 조작의 핸드 휠, 캡 또는 체인 휠이 회전되지 않게 구성한다. 상기 전동 액츄에이터는 밸브의 개도를 4mA~20mA의 전류로 제어부에 출력할 수 있도록 구성하고, 제어부에서 밸브의 개도를 4mA~20mA의 전류로 투입으로 제어할 수 있도록 구성한다.

상기 퇴수밸브(5)를 구동하는 제2전동액츄에이터(7)에 의한 밸브대의 회전속도는 상기 급수밸브(1)를 구동하는 제1전동액츄에이터(3)에 의한 밸브대 회전속도 보다 느리게 한다. 제1전동액츄에이터(3)와 제2전동액츄에이터(7)의 구동모터를 동일한 출력으로 채용하고, 감속기어를 변환율을 조정하여 밸브대 회전속도를 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조건에서 제1전동액츄에이터에 의해 급수밸브(1)를 개폐하기 시작할 때 제2전동액츄에이터에 의하여 퇴수밸브(5)를 개폐하기 시작하면, 물 방향 전환시 출수관부와 퇴수관부간의 압력차가 크게 줄어든다. 따라서, 배관 및 밸브 내에서의 물흐름의 급속한 전환과 이로 인한 와류발생을 상당부분 방지할 수 있고, 퇴수 후 급수 전환시 강한 완류에 의하여 발생할 수 있는 배관이나 밸브 내벽에 부착된 이물질의 이탈과 이들의 탱크 내 유입을 방지할 수 있다.

1 : 급수밸브
2 : 밸브대
3 : 제1전동액츄에이터
5 : 퇴수밸브
6 : 밸브대
7 : 제2전동액츄에이터
9 : 퇴수배관
11 : 수돗물 분수수단
13 : 측정수 취수관
15 : 입수밸브
17 : 측정수 배수관
19 : 출수밸브
21 : 탁도센서
23 : 탁도표시전송부
25 : 제어부
27 : 기록계
29 : 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브
31 : 관세척구 본체
33 : 관세척구 덮개
35 : 입수관부
37 : 출수관부
39 : 퇴수관부
41, 43 : 밸브디스크

Claims (4)

1. 삭제
2. 관세척구 몸체에 입수관부과 출수관부을 일체로 형성하고 상기 출수관부에 급수밸브를 형성하며, 상기 관세척구 몸체에 퇴수관부를 상기 입수관부 및 출수관부에 대하여 직각 방향을 향하게 일체로 형성하고 상기 퇴수관부에 퇴수밸브를 형성하며, 상기 입수관부의 내경 하단, 관세척구 몸체의 내경 하단, 출수관부의 내경 하단, 급수밸브의 내경 하단, 퇴수관부의 내경 하단 및 퇴수밸브의 내경 하단의 높이를 모두 일치시켜, 상기 입수관부, 관세척구 밸브 몸체, 출수관부 및 퇴수관부에 유입된 탁수가 이들에 잔류하지 않고 상기 퇴수밸브를 통해 모두 배출되게 하되,
   상기 입수관부에는 급수배관을 연결하고, 상기 급수밸브는, 수용가에 수돗물을 공급하는 급수배관에 연결되어 공급되는 수돗물을 통수하거나 차수하고, 상기 급수밸브에는 밸브디스크를 구동하여 급수밸브를 개폐하는 제1전동액츄에이터가 마련되며, 상기 급수배관에는 수돗물을 투입 받아 수돗물의 탁도를 측정하는 탁도센서를 마련하고, 상기 퇴수관부에는 상기 급수밸브에 수돗물이 도달하기 직전에 상기 급수배관에서 수돗물을 외부로 배출할 수 있는 퇴수배관을 마련하고, 상기 퇴수밸브에는 밸브디스크를 구동하여 퇴수밸브를 개폐하는 제2전동액츄에이터를 마련하고, 제어부에 의하여 상기 탁도센서의 신호를 입력 받아 계산한 탁도가 기준치 이상일 때에는 상기 제1전동액츄에이터를 제어하여 상기 급수밸브를 폐쇄함과 동시에 상기 제2전동액츄에이터를 제어하여 퇴수밸브를 열고, 계산한 탁도가 기준치 미만일 때에는 상기 제1전동액츄에이터를 제어하여 상기 급수밸브를 개방함과 동시에 상기 제2전동액츄에이터를 제어하여 상기 퇴수밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 탁수유입 급속차단 자동 드레인 시스템용 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 탁도센서에는 탁도를 측정할 수돗물을 투입하는 측정수 취수관과 탁도 측정이 마친 물을 배출하는 측정수 배수관을 마련하고, 측정수 취수관과 측정수 배수관에는 각각 개도(開度)를 조절할 수 있는 측정수 입수밸브 및 측정수 출수밸브를 설치하여, 탁도 측정시 측정수 입수밸브의 개도를 측정수 출수밸브의 개도보다 더 크게 함으로써 탁도센서 내부의 기포 발생을 차단하여 탁도를 실시간으로 측정할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 탁수유입 급속차단 자동 드레인 시스템용 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2전동액츄에이터에 의한 밸브대의 회전속도는 제1전동액츄에이터에 의한 밸브대 회전속도 보다 느리게 하고, 제1전동액츄에이터에 의해 급수밸브를 개폐하기 시작할 때 제2전동액츄에이터에 의하여 퇴수밸브를 개폐하기 시작함으로써, 배관 및 밸브 내에서의 물흐름의 급속한 전환과 이로 인한 와류발생을 방지한 것을 특징으로 하는 탁수유입 급속차단 자동 드레인 시스템용 관세척구 일체형 급수 퇴수 밸브.
   
   
   
   
   
   
   

Images