KR102537291B1 - 유속 가속기 제어 시스템 - Google Patents

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주식회사 이도
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Abstract

본 발명은 배수 관로에 설치되어 배수의 유속을 상승시키는 유속 가속기의 승강 및 회전 동작을 효율적으로 제어하여 동작시킴으로써 우천 시에 배수가 원활하게 이루어지도록 하는 유속 가속기 제어 시스템에 관한 것으로서, 물이 지나가는 관로 내에 설치되어 상기 관로를 지나는 물의 속도를 상승시키는 유속 가속기의 동작을 제어하는 유속 가속기 제어 시스템에 있어서, 양단부가 개방되며 유속 가속기 구동 모터에 의해 회전 가능하게 동작하는 원통형의 배수관과, 상기 배수관의 내주면에 원주 방향을 따라 설치되어 상기 배수관을 지나는 물에 소용돌이 수류를 형성시키는 복수의 블레이드를 포함하는 유속 가속기; 상기 관로의 일측에 직립 설치되며 리프트 승강 모터에 의해 상기 유속 가속기를 승강 구동시키는 리프트 장치; 상기 관로 내 수위를 검출하는 수위 센서; 강우량을 검출하는 강우량계; 및 상기 리프트 장치를 제어하여 평상시에는 상기 유속 가속기를 상승시킨 상태로 유지하며, 상기 수위 센서에서 검출된 수위가 미리 정해진 만수위를 초과한 상태에서 상기 강우량계에 의해 검출된 강우량이 미리 정해진 기준치를 초과할 때, 상기 리프트 승강 모터를 제어하여 상기 유속 가속기를 하강시키고 하강 동작의 완료 후에 상기 유속 가속기 구동 모터의 동작을 개시하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

유속 가속기 제어 시스템{FLOW ACCELERATOR CONTROL SYSTEM}
본 발명은 배수 관로에 설치되어 배수의 유속을 상승시키는 유속 가속기의 승강 및 회전 동작을 효율적으로 제어하여 동작시킴으로써 우천 시에 배수가 원활하게 이루어지도록 하는 유속 가속기 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 호우로 인하여 하천의 수위가 높아지면 하천의 물이 배수지로 역류하게 되므로 수문을 닫아 역류를 방지하는 한편 배수지의 물을 하천으로 배출시키기 위하여 배수펌프를 작동시킨다. 배수펌프는 임펠러와 전동기를 일체로 설치하여 배수지의 물을 하천으로 펌핑하여 배출시키도록 함으로써 저지대에 침수 피해가 발생되는 것을 방지한다.
한편, 이러한 배수펌프와는 다르지만 배수 관로로 유입된 물의 유속을 증가시켜 호우에 의해 유입된 뮬을 신속하게 이동시키는 목적으로 배수 가속기가 사용되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1196676호는 배수관에 설치되어 배수관을 통하여 유동되는 물의 유속을 증가시키기 위한 배수 관로용 펌프 시스템을 제안하고 있다.
위 선행문헌에 기재된 배수 관로용 펌프 시스템은, 절단된 배수관의 각 측면에 연결되는 복수의 고정관 및 상기 고정관 사이에 회전 가능하게 고정되며, 외부의 회전력에 의하여 회전하는 펌프를 포함하되, 상기 펌프는 중앙을 관통하는 유동통로가 형성되어, 상기 펌프의 회전에 의하여 배수관의 물의 유속을 증가시키며, 회전 정지 시에도 상기 유동통로를 통하여 배수관의 물이 유동하며, 상기 펌프는 상기 고정관 측면에 형성된 슬롯에 안착되어 회전하는 원통형상의 회전판, 상기 회전판 내경부 전체 길이 중 일부 영역과 상기 영역의 내경부 원주 방향으로 일부 구간에 순차적으로 부착되는 복수의 블레이드 및 상기 회전판의 외경부에 형성되는 기어를 포함하여 구성되되, 상기 블레이드의 높이는 상기 회전판의 내경부의 반경보다 작게 형성하여 (회전판 내경부의 반경-블레이드의 높이)의 반경을 갖는 유동통로를 형성하고, 상기 기어를 통하여 외부에서 회전력을 상기 회전판에 전달하는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 배수 관로용 펌프 시스템은 우천 시에는 펌프 장치를 관로에 담수시켜 동작시키지만, 비가 오지 않거나 용수가 가득찬 경우 등과 같이 펌프 장치가 동작하지 않을 때에는 펌프 장치를 들어올려 배수의 흐름을 방해하지 않도록 해야 한다. 종래에는 이와 같은 펌프 장치의 승강 동작을 수동으로 함으로 인해, 야간 등과 같이 관리자가 현장에 부재인 경우에 즉각적인 배수가 이루어지지 않아 하천의 범람이 발생되는 현상이 종종 발생되었다. 또한, 펌프 장치가 동작하지 아니함에도 이를 담수시킨 상태로 유지할 경우, 배수로의 자연적인 배수 흐름을 저해하는 요소로 작용하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1196676호
본 발명은 리프트 장치를 이용하여 유속 가속기를 승강 제어하고 우천 시나 특별한 이벤트가 발생할 경우에는 유속 가속기를 자동으로 하강하여 담수시킨 상태에서 구동수단을 통해 유속 가속기를 동작시킴으로써 우천 시나 급작스런 배수의 증가 시에는 신속하게 원활한 배수가 이루어지도록 하며, 용수에 의한 만수위 시에는 유속 가속기를 관로로부터 상승시켜 휴지기를 부여함으로써 관로 내 배수의 흐름을 저해하지 않도록 하는 유속 가속기 제어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 물이 지나가는 관로 내에 설치되어 상기 관로를 지나는 물의 속도를 상승시키는 유속 가속기의 동작을 제어하는 유속 가속기 제어 시스템에 있어서, 양단부가 개방되며 유속 가속기 구동 모터에 의해 회전 가능하게 동작하는 원통형의 배수관과, 상기 배수관의 내주면에 원주 방향을 따라 설치되어 상기 배수관을 지나는 물에 소용돌이 수류를 형성시키는 복수의 블레이드를 포함하는 유속 가속기; 상기 관로의 일측에 직립 설치되며 리프트 승강 모터에 의해 상기 유속 가속기를 승강 구동시키는 리프트 장치; 상기 관로 내 수위를 검출하는 수위 센서; 강우량을 검출하는 강우량계; 및 상기 리프트 장치를 제어하여 평상시에는 상기 유속 가속기를 상승시킨 상태로 유지하며, 상기 수위 센서에서 검출된 수위가 미리 정해진 만수위를 초과한 상태에서 상기 강우량계에 의해 검출된 강우량이 미리 정해진 기준치를 초과할 때, 상기 리프트 승강 모터를 제어하여 상기 유속 가속기를 하강시키고 하강 동작의 완료 후에 상기 유속 가속기 구동 모터의 동작을 개시하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 제어부는 상기 수위 센서에서 검출되는 수위 데이터를 미분하여 얻어진 수위 변화율이 미리 정해진 임계치를 초과할 때, 만수위 여부 및 강우량에 관계없이 상기 리프트 승강 모터를 제어하여 상기 유속 가속기를 하강시키고 하강 동작의 완료 후에 상기 유속 가속기 구동 모터의 동작을 개시하도록 제어한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 유속 가속기에서 배출되는 수류의 유속을 검출하는 유속 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 유속 센서에서 검출된 유속에 따라 상기 유속 가속기의 회전 속도를 제어한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 유속 가속기의 배출구 측에서 포말이 발생되는지 여부를 광학적으로 검출하는 포말 감지 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 포말 감지 센서에 의해 검출된 단위 면적당 포말의 크기에 따라 상기 유속 가속기의 회전 속도를 제어한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 블레이드는 상기 배수관의 내주면에 지지되는 지지부와, 상기 지지부에서 상기 배수관의 중심부를 향해 돌출되는 돌출부로 구성되며, 상기 지지부는 상기 배수관의 길이방향에 대하여 소정 각도 경사지도록 설치되고, 상기 돌출부는 상기 배수관 내경의 반경보다 작은 높이로 돌출된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 복수의 블레이드 각각은 상기 배수관의 어느 하나의 개방부에서 바라볼 때 이웃하는 블레이드에 의해 절반 이상의 영역이 가려지도록 촘촘한 간격으로 설치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 복수의 블레이드 각각은 상기 돌출부의 양단 에지부가 부분적으로 절개되어 수류 막힘 방지 절개부를 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 유속 가속기는, 상기 배수관의 외부에 고정 설치되며 상기 배수관에 비해 더 큰 내경을 갖도록 양단부가 개방되어 형성되는 원통형의 외통체; 상기 외통체의 선단부에 결합되며 전방으로 갈수록 내경이 좁아지는 가속 선단 외통체; 및 상기 배수관의 선단부에 결합되어 상기 배수관과 같이 회전하고, 전방으로 갈수록 내경이 좁아지며, 그 외주면에는 원주 방향을 따라 복수의 가속 블레이드가 외향 돌출되도록 설치되는 가속 선단 내통체를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 가속 선단 외통체의 최전방 내경은 상기 가속 선단 내통체의 최전방 내경에 비해 크다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속 가속기 제어 시스템은, 상기 가속 선단 외통체의 최전방이 상기 가속 선단 내통체의 최전방에 비해 전방으로 더 돌출된다.
본 발명의 유속 가속기 제어 시스템에 따르면, 우천 시나 특별한 이벤트가 발생할 경우에는 리프트 장치를 이용하여 유속 가속기를 하강시켜 관로 내에 담수된 상태에서 동작을 개시하도록 제어함으로써 우천 시나 급작스런 배수의 증가 시에는 신속하게 원활한 배수가 이루어지도록 하며, 용수에 의한 만수위 등과 같은 평상시에는 유속 가속기를 관로로부터 상승시켜 휴지기를 부여함으로써 관로 내에서의 자연스러운 배수의 흐름을 저해하지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 유속 가속기 및 현장 제어장치의 설치 예를 보인 도면,
도 2는 본 발명에서 유속 가속기의 감시 시스템의 예를 보인 도면,
도 3은 본 발명에서 유속 가속기의 배수관 구조를 예시한 사시도,
도 4는 본 발명에서 유속 가속기의 배수관 구조를 예시한 정면도,
도 5는 본 발명에서 유속 가속기의 내부 구성을 예시한 사시도,
도 6은 본 발명에서 유속 가속기의 전체 구성을 예시한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 유속 가속기 제어 시스템을 예시한 블록도,
도 8은 본 발명에서 유속 가속기의 동작 제어 일예를 도시한 흐름도,
도 9는 본 발명에서 유속 가속기의 동작 제어 다른 예를 도시한 흐름도, 및
도 10은 본 발명에 따른 유속 가속기 원격 모니터링 및 대응 운전 제어 시스템을 예시한 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 유속 가속기 제어 시스템은 배수 관로에 설치된 유속 가속기를 현장에서 제어하여 자동으로 제어함으로써, 호우 시에 관로에서의 유속을 상승시켜 원활한 배수를 가능하게 하고 배수로의 범람을 방지하기 위한 시스템이다.
도 1은 본 발명에서 유속 가속기 및 현장 제어장치의 설치 예를 보인 도면이고, 도 2는 본 발명에서 유속 가속기의 감시 시스템의 예를 보인 도면이다. 도 1 및 2를 참조하여 본 발명에서 유속 가속기가 설치되는 환경에 대하여 개략적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 배수지에서 배수가 지나가는 곳에 지면보다 낮은 위치로 관로(10)가 설치된다. 통상적으로 관로(10)는 하천의 지류와 같은 배수로에 설치되며, 배수로에서 농지 등으로 물이 공급되거나 하류로 방류된다. 관로(10)를 지나는 배수가 관로(10)의 측벽을 넘어 범람되는 것을 방지하기 위하여 본 발명의 유속 가속기(100)가 관로(10)의 일측에 설치된다. 도 1을 참조하면, 유속 가속기의 유입단에는 대형 이물질이 유속 가속기(100) 내로 침입되는 것을 방지하기 위한 스크린 장치(550)가 설치될 수 있다.
관로(10)의 일측 벽을 따라 리프트 장치(600)가 설치된다. 리프트 장치(600)의 상부에는 리프트 승강 모터(764)가 설치된다. 리프트 승강 모터(764)는 수직으로 입설된 가이드레일을 따라 유속 가속기(100)를 들어올리거나 하강시킨다.
관로(10)에 조금 떨어진 위치에는 유속 가속기(100) 및 리프트 장치(600)의 동작을 현장에서 제어하는 현장 제어장치(700)가 설치된다.
현장 제어장치(700)는 앵커 등에 의해 지면에 견고하게 고정된 상태에서 수직으로 입설되는 폴의 상단부에서 유속 가속기(100)가 설치된 곳으로 수평 연장되는 현가장치(790)를 구비한다. 현장 제어장치(700)의 폴 상단부에는 유량을 측정하기 위한 유량계(720)가 설치된다. 현가장치(790)의 선단부에는 수위 센서(710)와, 유속 센서(730)와, 포말 감지 센서(740)가 설치될 수 있다.
현장 제어장치(700)의 소정 높이에는 현장 제어반(780)이 설치되며, 이 현장 제어반(780) 내에는 리프트 장치(600)와 유속 가속기(100)의 동작을 현장에서 제어하기 위한 제어장치가 설치된다. 예를 들어, 제어장치는 평상시에는 리프트 장치(600)가 유속 가속기(100)를 들어올린 상태로 유지하도록 제어한다. 이와 같이 유속 가속기(100)가 동작하지 않는 휴지기에서 유속 가속기(100)를 관로(10)로부터 들어올린 상태로 유지함으로써, 유속 가속기(100)가 자연적인 배수의 흐름을 저해하지 않도록 한다.
제어장치는 수위 센서(710) 및 강우량계(720)로부터 수신한 데이터가 소정 이벤트의 발생을 알릴 경우, 리프트 장치(600)를 제어하여 유속 가속기(100)를 하강시켜 수중으로 담수시킨다. 그리고 유속 가속기(100)를 동작시켜 배수가 흐르는 속도를 증가시킨다.
여기서, 이벤트라 함은 관로(10) 내 수위가 만수위(관로 내의 수위가 관로(10)를 범람할 위험성이 높은 수위)를 초과하는 동시에 강우량계(720)로 측정된 강우량이 미리 정해진 기준치를 초과하는 경우를 의미한다. 비가 오지 않지만 관로(10) 내의 수위가 단순히 만수위를 가르키는 경우에는 농지에 물을 대기 위한 용수로 사용되는 경우일 수 있으므로, 이 경우에는 이벤트를 발생시키지 않는다.
한편, 강우가 발생하지 않지만 댐을 방류하는 등으로 인해 배수로의 수위가 급격하게 증가하는 경우가 있다. 이 경우에도 배수로의 범람이 일어날 수 있으므로, 현장 제어장치(700)는 수위 센서에서 검출되는 수위 데이터를 미분하여 얻어진 수위 변화율이 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우에도 이벤트를 발생시킬 수 있다.
유속 센서(730)는 유속 가속기(100)에서 배출되는 물의 속도를 검출한다. 예를 들어 유속 센서(730)는 광학 센서로 구성되며, 유속 가속기(100)의 유입단 수두와 유출단 수두의 수두차를 연산하는 것으로서 유속을 검출할 수 있다. 포말 감지 센서(740)는 유속 가속기(100)의 배출단에서 포말이 형성되는지 여부를 검출하는 광학 센서일 수 있다. 현장 제어장치(700)는 유속 센서(730)에서 검출한 유속 값에 따라, 또한, 포말 감지 센서(740)에서 감지한 포말의 크기 값에 따라 유속 가속기(100)의 회전 속도를 증감하여 제어할 수 있다.
도 2를 참조하면, 원격지에 위치한 원격 감시 제어장치(800)는 복수의 현장 제어장치(700)로부터 각각의 현장 제어장치(700)가 관리하는 리프트 장치(600) 및 유속 가속기(100)의 동작과 관련된 데이터를 수집하여 원격 감시하며, 유사시에는 이벤트를 발생시켜 리프트 장치(600) 및 유속 가속기(100)의 동작을 원격에서 제어하기 위한 장치이다.
원격 감시 제어장치(800)는 지면에 대하여 지지되어 입설되는 폴 형태를 가질 수 있다. 원격 감시 제어장치(800)의 폴 상단부에는 강우량의 측정을 위한 유량계(810)와, 낙뢰 등의 피해를 방지하기 위한 피뢰침(820)이 설치될 수 있다. 또한, 원격 감시 제어장치(800)의 폴 상에는 풍력 발전을 위한 풍차(830)와, 태양광 발전을 위한 태양광 모듈(840)이 설치될 수 있다. 풍차(830)를 포함하는 풍력 발전 모듈과, 태양광을 수신하여 전기적 에너지로 변환하는 태양광 모듈(840)은 원격 감시 제어장치(800)의 원격 배전반(850) 내에 설치되는 전기 동작 구성품에 전력을 공급한다.
도 3은 본 발명에서 유속 가속기의 배수관 구조를 예시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에서 유속 가속기의 배수관 구조를 예시한 정면도이고, 도 5는 본 발명에서 유속 가속기의 내부 구성을 예시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에서 유속 가속기의 전체 구성을 예시한 단면도이다. 도 3 내지 6을 참조하여 본 발명의 구성 중 하나인 유속 가속기의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 6의 단면도를 참조하면, 본 발명의 유속 가속기는 배수관(110)과, 가속 선단 내통체(150)와, 외통체(310)와, 가속 선단 외통체(350)와, 복수의 블레이드(200)와, 복수의 가속 블레이드(160)를 포함하여 구성된다. 도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 구성품 중 배수관(110)의 구조를 먼저 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 유속 가속기(100)는 양단부가 개방되며 구동수단(예컨대, 유속 가속기 구동 모터)에 의해 회전 가능하게 동작하는 원통형의 배수관(110)을 포함한다. 배수관(110)의 일측에는 배수관(110)을 회전 동작하기 위한 유속 가속기 구동부(500)가 설치된다.
유속 가속기 구동부(500)는 그 내부에 후술하는 링기어(450)와 맞물려 구동력을 전달하기 위한 구동기어와, 구동기어를 회전시키기 위한 유속 가속기 구동 모터를 구비한다. 예컨대, 유속 가속기 구동 모터는 수중에서 동작 가능한 심정 모터이다.
배수관(110)의 내주면에는 원주 방향을 따라 복수의 블레이드(200)가 설치된다. 블레이드(200) 각각은 배수관(110)의 내주면에 지지되며, 배수관(110)의 길이방향에 대하여 소정 각도 경사지도록 설치되는 지지부(212)와, 이 지지부(212)에서 배수관(110)의 중심부를 향해 돌출되는 돌출부(214)로 구성된다. 돌출부(214)는 배수관(110)의 내경의 반경보다 작은 높이로 돌출된다.
바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 블레이드(200) 각각은 배수관(110)의 어느 하나의 개방부에서 바라볼 때 이웃하는 블레이드에 의해 소정 영역이 가려지도록 촘촘한 간격으로 설치된다. 보다 바람직하게는, 블레이드(200) 각각은 배수관(110)의 개방부에서 바라볼 때 이웃하는 블레이드에 의해 절반 이상의 영역이 가려지도록 촘촘한 간격으로 설치된다.
이와 같은 블레이드 구조에 따르면, 배수관(110)의 유입구를 통해 유입된 물이 블레이드(200)의 돌출부(214)에 부딪치면서 회전하려는 성질이 발생되고, 배수관(110)을 통과하는 과정에서 소용돌이 수류를 발생시킨다. 이때, 블레이드(200)와 블레이드(200) 사이에서 단절된 구간이 없어 종래의 배수 펌프 장치와 달리 소용돌이 수류를 방해하는 역방향의 물의 흐름이 발생하지 않는다. 따라서 호우 시에 배수 관로를 통과하는 물의 유속을 크게 상승시키며, 유속 가속기(100)의 배출단에서 물의 전진력을 향상시킬 수 있다.
도 3 및 4를 참조하면, 블레이드(200) 각각은 돌출부(214)의 양단 에지부가 부분적으로 절개되어 수류 막힘 방지 절개부(220)를 형성한다. 수류 막힘 방지 절개부(220)는 소용돌이 친 물이 블레이드(200)의 내측(물의 전진 방향을 기준으로 내측을 의미함)에 머물면서 맴돌지 않고 빠져나가도록 함으로써, 수류가 전진하지 못하고 갇혀 있는 것을 방지함으로써 수류의 전진력을 더욱 향상시킨다.
도 5 및 6을 참조하여 유속 가속기(100)의 다른 구성품들을 구체적으로 설명한다.
도 5와 6을 참조하면, 외통체(310)는 배수관(110)에 비해 더 큰 외경을 가지며, 배수관(110)이 회전 가능하게 설치되는 것과 달리 고정된 상태를 유지하도록 설치된다. 외통체(310)의 선단부에는 전방으로 갈수록 내경이 좁아지는 가속 선단 외통체(350)가 결합된다.
도 5의 사시도에서 도시된 바와 같이, 배수관(110)의 선단부에는 역시 전방으로 갈수록 내경이 좁아지는 가속 선단 내통체(150)가 결합된다. 그리고 가속 선단 내통체(150)의 외주면에는 원주 방향을 따라 복수의 가속 블레이드(160)가 설치된다. 한편, 배수관(110)의 내주면에 설치되는 블레이드(200)의 돌출부(214) 면적은 가속 선단 내통체(150)의 외주면에 설치되는 가속 블레이드(160)의 돌출판(164) 면적에 비해 3배 이상의 면적을 가질 수 있다. 또한, 가속 블레이드(160)의 개수는 블레이드(200)의 개수에 비해 2배 이상일 수 있다.
가속 블레이드(160)는 가속 선단 내통체(150)의 외주면에 지지되며 가속 선단 내통체(150)의 길이방향에 대하여 소정 각도 경사지도록 설치되는 지지판(162)과, 이 지지판(162) 상에서 가속 선단 내통체(150)의 방사방향 외측을 향해 돌출되는 돌출판(164)으로 구성된다. 돌출판(164)은 가속 선단 내통체(150)와 가속 선단 외통체(160) 사이의 이격 거리의 절반에 해당하는 길이를 초과하지 않는 높이로 돌출된다.
도 5의 사시도를 참조하면, 배수관(110)의 둘레에는 방사방향 외측으로 돌출된 4개의 가이드 리브(410, 420, 430, 440)가 설치된다. 제1 가이드 리브(410)와 제2 가이드 리브(420) 사이에는 복수의 제1 가이드 연결봉(415)이 설치된다. 제2 가이드 리브(420)와 제3 가이드 리브(430) 사이에는 복수의 제2 가이드 연결봉(425)이 설치된다. 제3 가이드 리브(430)와 제4 가이드 리브(440) 사이에는 복수의 제3 가이드 연결봉(435)이 설치된다. 가이드 리브(410, 420, 430, 440) 및 가이드 연결봉(415, 425, 435)들은 상당한 하중을 갖는 배수관이 중력의 영향에 의해 변형되거나 뒤틀리는 것을 방지하도록 기능한다.
또한, 도 5의 사시도를 참조하면, 배수관(110)의 중심 원주면 상에는 링기어(450)가 설치된다. 이 링기어(450)는 상술한 유속 가속기 구동부(500) 내의 구동기어와 맞물려 배수관(110)을 회전 구동하기 위한 기어이다.
다시 도 6의 단면도를 참조하면, 배수관(110)의 내부로 유입된 물은 배수관 내주면의 블레이드(200)들에 부딪치면서 배수관(110)과 함께 회전하게 되며, 내부 소용돌이 수류로 변환된다. 이때 배수관(110) 선단부의 가속 선단 내통체(150)가 전방으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성됨에 따라, 내부 소용돌이 수류의 전진 가속력을 증가시킨다. 또한, 배수관(110)과 외통체(310) 사이의 공간으로 유입된 물은 가속 선단 내통체(150)의 외주면에 설치된 가속 블레이드(160)들에 부딪치면서 큰 회전 수류, 즉, 외부 소용돌이 수류로 변환된다. 이때 외통체(310) 선단부의 가속 선단 외통체(350) 역시 전방으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성됨에 따라, 외부 소용돌이 수류의 전진 가속력 역시 증가된다.
여기서, 가속 선단 외통체(350)의 최전방 내경은 가속 선단 내통체(150)의 최전방 내경에 비해 크다. 또한, 가속 선단 외통체(350)의 최전방이 가속 선단 내통체(150)의 최전방에 비해 전방으로 더욱 돌출된다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 가속 선단 내통체(150)의 전방부와 가속 선단 외통체(350)의 전방부 사이에서 소용돌이 수류 만남 공간부(380)가 형성된다.
즉, 가속 선단 내통체(150)를 통과한 내부 소용돌이 수류가 유속 가속기(100) 외부의 물과 직접 접촉되지 않고, 소용돌이 수류 만남 공간부(380)에서 가속 선단 외통체(350)의 내주면을 따라 형성되는 외부 소용돌이 수류와 만나게 된다. 따라서, 내부 소용돌이 수류가 외부 소용돌이 수류에 의해 보호된 상태에서 유속 가속기(100)의 최전방을 통해 배출된다. 또한, 이에 따라 유속 가속기의 배출단에서 물의 전진 거리 및 힘을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 유속 가속기 제어 시스템을 예시한 블록도이고, 도 8은 본 발명에서 유속 가속기의 동작 제어 일예를 도시한 흐름도이고, 도 9는 본 발명에서 유속 가속기의 동작 제어 다른 예를 도시한 흐름도이고, 도 10은 본 발명에 따른 유속 가속기 원격 모니터링 및 대응 운전 제어 시스템을 예시한 블록도이다. 도 7 내지 10을 참조하여, 본 발명에 따른 유속 가속기 제어 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 유속 가속기 제어 시스템은, 수위 센서(710)와, 강우량계(720)와, 유속 센서(730)와, 포말 감지 센서(740)와, 제어부(750)와, 유속 가속기 구동 모터(762)와, 리프트 승강 모터(764)와, 저장부(772)와, 통신 모듈(774)을 포함하여 구성된다.
제어부(750)는 센서들로부터 수집된 데이터를 기초로 판단하여 이벤트 발생 여부를 확인하고, 이벤트 발생에 따라 도 8 및 9와 같이 리프트 승강 모터(764) 및 유속 가속기 구동 모터(762)의 동작을 제어한다. 유속 가속기(100)의 동작 정지 조건이 만족되어, 유속 가속기 구동 모터(762)를 정지시키는 경우 리프트 승강 모터(764)를 동작시켜 유속 가속기(100)를 상승시킴으로써 휴지기를 부여한다. 이 휴지기 상태에서 다시 이벤트 발생 여부를 판단한다.
도 8을 참조하면, 제어부(750)는 수위 센서(710)에서 검출된 수위가 만수위를 초과하는지 판단한다(ST110). 여기서, 만수위라 함은 관로(10) 내의 수위가 관로를 범람할 위험성이 높은 수위로서, 미리 지정된 수위 값을 의미한다.
만약, 단계 ST110의 조건이 만족되면 다음으로 강우량계(720)로부터 측정된 강우량이 미리 정해진 기준치(RGth)를 초과하는지 여부를 판단한다(ST120). 관로(10) 내의 수위가 만수위를 초과하면서 어느 정도의 강우량이 발생되는 경우 이벤트 발생으로 판단한다.
제어부(750)는 이벤트의 발생을 판단하는 경우, 리프트 승강 모터(764)를 동작시켜 유속 가속기(100)를 리프트 장치(600)의 하부로 하강시킨다(ST130). 유속 가속기(100)가 완전히 하강한 후에, 유속 가속기 구동 모터(762)를 동작시켜 유속 가속기(100)의 배수 가속 동작을 개시한다(ST140).
앞서 설명한 바와 같이, 배수관(110)이 유속 가속기 구동 모터(762)에 의해 회전하면서 배수관(110)의 내부에서 내부 소용돌이 수류가 생성되며, 가속 선단 내통체(150)와 가속 선단 외통체(350)의 사이에서 외부 소용돌이 수류가 생성된다. 외부 소용돌이 수류에 의해 보호된 상태에서 내부 소용돌이 수류에 의한 전진력이 향상되어, 원활한 배수 동작이 이루어진다.
이때, 제어부(750)는 유속 센서(730)에서 검출한 유속 값에 따라, 또한, 포말 감지 센서(740)에서 감지한 포말의 크기 값에 따라 유속 가속기(100)의 회전 속도를 증감하여 제어할 수 있다.
다음으로, 제어부(750)는 수위 센서(710)에서 검출한 수위 값이 중수위 미만으로 떨어지는지 여부를 판단한다(ST150). 여기서, 중수위라 함은 만수위보다는 작은 수위 값으로 미리 정해진 값이다.
단계 ST150의 조건이 만족되면, 제어부(750)는 유속 가속기(100)의 가속 동작을 정지시킨다. 먼저 유속 가속기 구동 모터(762)의 동작을 정지시킨 후, 유속 가속기(100)가 완전히 멈출 때까지 소정 시간의 지연(delay) 이후, 리프트 승강 모터(764)를 동작시켜 유속 가속기(100)를 리프트 장치(600)의 상단으로 승강시킨다. 이에 따라 유속 가속기(100)는 관로(10)로부터 이탈하여 상승된 상태로 휴지기를 갖는다.
도 9를 참조하면, 제어부(750)는 강우량계(720)에서 측정된 강우량과는 무관하게 수위 변화율을 기초로 하여 이벤트 발생을 판단할 수 있다. 제어부(750)는 유속 가속기(100)의 휴지기 상태에서, 검출된 수위를 미분하여 얻어진 수위 변화율이 미리 정해진 제1 임계치(LWth1)를 초과하는지 여부를 판단한다(ST210).
만약, ST210의 조건을 만족한다면, 수위가 급격하게 상승하고 있다는 것을 의미하며, 제어부(750)는 이벤트 발생으로 판단하고, 리프트 승강 모터(764)를 동작시켜 유속 가속기(100)를 리프트 장치(600)의 하부로 하강시킨다(ST220). 유속 가속기(100)가 완전히 하강한 후에, 유속 가속기 구동 모터(762)를 동작시켜 유속 가속기(100)의 배수 가속 동작을 개시한다(S230).
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 제어부(750)는 이후 유속 가속기(100)의 정지 조건이 도래했는지를 판단한다. 제어부(750)는 수위 변화율이 제1 임계치(LWth1)보다 작은 제2 임계치(LWth2) 미만으로 떨어지는지를 판단한다(ST240).
단계 ST240의 조건이 만족되면, 제어부(750)는 유속 가속기(100)의 가속 동작을 정지시킨다. 가속 동작의 정지는 앞서 설명한 바와 같이, 유속 가속기 구동 모터(762)의 동작을 정지시킨 후, 소정 시간의 지연(delay) 이후, 리프트 승강 모터(764)를 동작시켜 유속 가속기(100)를 리프트 장치(600)의 상단으로 승강시켜 휴지기를 부여하는 것이다.
도 7에 도시된 저장부(772)는 제어부(750)의 프로세서에 의해 호출되어 도 8 및 9의 프로세스를 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 명령(instruction)을 저장하는 수단이다. 또한, 저장부(772)는 열거한 센서들로부터 수집된 센싱 정보와, 유속 가속기 구동 모터(762) 및 리프트 승강 모터(764)의 상태 정보, 즉 유속 가속기의 동작과 관련된 동작 정보를 저장하는 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory)를 포함할 수 있다.
통신 모듈(774)은 센싱 정보 및 동작 정보를 정해진 통신 규약에 따라 외부기기나 원격지의 클라우드 서버 시스템(900)으로 전송하는 수단이다. 예를 들어, 통신 모듈(774)은 Wi-Fi나 Bluetooth 등과 같은 근거리 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 근거리 무선 통신 모듈은 현장 제어장치(700)에 근접한 사용자 단말로 센싱 정보 및 동작 정보를 전송한다. 다른 예로서, 통신 모듈(774)은 유선 통신 모듈이나 광대역 이동 통신 모듈을 포함할 수 있다. 유선 통신 모듈은 유선 네트워크를 통해, 광대역 이동 통신 모듈은 광대역 이동 통신망을 통해, 원격지의 서버인 클라우드 서버 시스템(900)으로 센싱 정보 및 동작 정보를 전송한다.
도 10은 본 발명에 따른 유속 가속기 원격 모니터링 및 대응 운전 제어 시스템을 예시한 블록도이다. 도 10을 참조하면, 원격 감시 제어장치(800)는 클라우드 서버 시스템(900)을 포함할 수 있다. 클라우드 서버 시스템(900)은 데이터 처리 서버(910)와, 데이터 관리 서버(920)와, 감시 이력 저장 서버(930)를 포함한다.
데이터 처리 서버(910)는 현장 제어장치(700)로부터 수집한 센싱 정보 및 동작 정보를 기초로 하여 데이터의 처리를 위한 서버이다. 데이터 처리 서버(910)는 수집된 데이터에 포함된 송신자 정보로부터 유속 가속기(100)의 식별 정보를 판단하고, 감시 이력 저장 서버(930)에 유속 가속기(100)별로 센싱 정보 및 동작 정보를 저장한다. 예를 들어, 식별 정보는 유속 가속기(100)를 식별하기 위한 고유의 컴퓨터 판독 기호로서, 유속 가속기(100)의 설치 장소, 모델 번호, 제조일자, 사용연한 등의 정보를 포함할 수 있다. 데이터 관리 서버(920)는 수집된 데이터의 시간 정보, 데이터 저장 연한, 데이터의 업데이트 및 삭제 등을 관리하는 서버이다.
본 발명에서 현장 제어장치(700)에서의 리프트 장치(600) 제어 및 유속 가속기(100) 제어는 클라우드 서버 시스템(900)에서 전송되는 제어 신호에 의해 수행될 수도 있다. 데이터 처리 서버(910)는 수집된 센싱 정보로부터 도 8에 도시된 바와 같이 수위가 만수위를 초과한 상태에서 강우량이 미리 정해진 기준치를 초과하는지 여부를 판단한다. 조건이 만족되면 이벤트를 발생시키고, 현장 제어장치(700)로 단계 ST130 및 ST140을 수행하기 위한 제어 신호를 원격 전송한다. 그리고, 데이터 처리 서버(910)는 수집된 센싱 정보로부터 수위가 중수위 미만으로 떨어졌는지 여부를 판단하여 단계 ST160의 프로세스를 수행하기 위한 제어 신호를 현장 제어장치(700)로 원격 전송한다.
또한, 데이터 처리 서버(910)는 수집된 센싱 정보로부터 도 9에 도시된 바와 같이 수위 변화율이 제1 임계치를 초과하는지를 판단한다. 조건이 만족되면 이벤트를 발생시키고, 현장 제어장치(700)로 단계 ST220 및 ST230을 수행하기 위한 제어 신호를 원격 전송한다. 그리고 수위 변화율이 제2 임계치 미만으로 떨어지면, 단계 ST250의 프로세스를 수행하기 위한 제어 신호를 현장 제어장치(700)로 원격 전송한다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 관로 100 : 유속 가속기
110 : 배수관 200 : 블레이드
212 : 지지부 214 : 돌출부
220 : 수류 막힘 방지 절개부 150 : 가속 선단 내통체
160 : 가속 블레이드 162 : 지지판
164 : 돌출판 310 : 외통체
350 : 가속 선단 외통체 380 : 소용돌이 수류 만남 공간부
410 : 제1 가이드 리브 415 : 제1 가이드 연결봉
420 : 제2 가이드 리브 425 : 제2 가이드 연결봉
430 : 제3 가이드 리브 435 : 제3 가이드 연결봉
440 : 제4 가이드 리브 450 : 링기어
500 : 유속 가속기 구동부 550 : 스크린 장치
600 : 리프트 장치 700 : 현장 제어장치
710 : 수위 센서 720 : 강우량계
730 : 유속 센서 740 : 포말 감지 센서
750 : 제어부 762 : 유속 가속기 구동 모터
764 : 리프트 승강 모터 772 : 저장부
774 : 통신 모듈 780 : 현장 배전반
790 : 현가장치 800 : 원격 감시 제어장치
810 : 강우량계 820 : 피뢰침
830 : 풍차 840 : 태양광 모듈
850 : 원격 배전반 900 : 클라우드 서버 시스템
910 : 데이터 처리 서버 920 : 데이터 관리 서버
930 : 감시 이력 저장 서버

Claims (10)

  1. 물이 지나가는 관로 내에 설치되어 상기 관로를 지나는 물의 속도를 상승시키는 유속 가속기의 동작을 제어하는 유속 가속기 제어 시스템에 있어서,
    양단부가 개방되며 유속 가속기 구동 모터에 의해 회전 가능하게 동작하는 원통형의 배수관과, 상기 배수관의 내주면에 원주 방향을 따라 설치되어 상기 배수관을 지나는 물에 소용돌이 수류를 형성시키는 복수의 블레이드를 포함하며, 상기 블레이드는 상기 배수관의 내주면에 지지되는 지지부와, 상기 지지부에서 상기 배수관의 중심부를 향해 돌출되는 돌출부로 구성되며, 상기 지지부는 상기 배수관의 길이방향에 대하여 소정 각도 경사지도록 설치되고, 상기 돌출부는 상기 배수관 내경의 반경보다 작은 높이로 돌출되며, 상기 블레이드 각각은 상기 배수관의 어느 하나의 개방부에서 바라볼 때 이웃하는 블레이드에 의해 절반 이상의 영역이 가려지도록 촘촘한 간격으로 설치되고 상기 돌출부의 양단 에지부가 부분적으로 절개되어 수류 막힘 방지 절개부를 형성하는 유속 가속기;
    상기 관로의 일측에 직립 설치되며 리프트 승강 모터에 의해 상기 유속 가속기를 승강 구동시키는 리프트 장치;
    상기 관로 내 수위를 검출하는 수위 센서;
    강우량을 검출하는 강우량계; 및
    상기 리프트 장치를 제어하여 평상시에는 상기 유속 가속기를 상승시킨 상태로 유지하며, 상기 수위 센서에서 검출된 수위가 미리 정해진 만수위를 초과한 상태에서 상기 강우량계에 의해 검출된 강우량이 미리 정해진 기준치를 초과할 때, 상기 리프트 승강 모터를 제어하여 상기 유속 가속기를 하강시키고 하강 동작의 완료 후에 상기 유속 가속기 구동 모터의 동작을 개시하도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 유속 가속기 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수위 센서에서 검출되는 수위 데이터를 미분하여 얻어진 수위 변화율이 미리 정해진 임계치를 초과할 때, 만수위 여부 및 강우량에 관계없이 상기 리프트 승강 모터를 제어하여 상기 유속 가속기를 하강시키고 하강 동작의 완료 후에 상기 유속 가속기 구동 모터의 동작을 개시하도록 제어하는 유속 가속기 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유속 가속기에서 배출되는 수류의 유속을 검출하는 유속 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 유속 센서에서 검출된 유속에 따라 상기 유속 가속기의 회전 속도를 제어하는 유속 가속기 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유속 가속기의 배출구 측에서 포말이 발생되는지 여부를 광학적으로 검출하는 포말 감지 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 포말 감지 센서에 의해 검출된 단위 면적당 포말의 크기에 따라 상기 유속 가속기의 회전 속도를 제어하는 유속 가속기 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유속 가속기는,
    상기 배수관의 외부에 고정 설치되며 상기 배수관에 비해 더 큰 내경을 갖도록 양단부가 개방되어 형성되는 원통형의 외통체;
    상기 외통체의 선단부에 결합되며 전방으로 갈수록 내경이 좁아지는 가속 선단 외통체; 및
    상기 배수관의 선단부에 결합되어 상기 배수관과 같이 회전하고, 전방으로 갈수록 내경이 좁아지며, 그 외주면에는 원주 방향을 따라 복수의 가속 블레이드가 외향 돌출되도록 설치되는 가속 선단 내통체
    를 더 포함하는 유속 가속기 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가속 선단 외통체의 최전방 내경은 상기 가속 선단 내통체의 최전방 내경에 비해 큰 유속 가속기 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가속 선단 외통체의 최전방이 상기 가속 선단 내통체의 최전방에 비해 전방으로 더 돌출되는 유속 가속기 제어 시스템.
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Citations (7)

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