KR102566193B1 - 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템 - Google Patents

관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 상수도관에 바이패스관을 설치하고, 그 바이패스관에 발전기를 설치하여 상수도관을 이동하는 유체를 이용하여 전기를 생산하며, 생산된 전기를 전원으로 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 관로가 설치되는 맨홀내 수위 및 유해가스를 상시 측정하여 효율적으로 관리할 수 있도록 한 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템을 제공한다.
이러한 본 발명은, 맨홀의 내부에 위치되는 메인관로; 상기 메인관로를 따라 이송되는 물을 바이패스시키는 바이패스관로; 상기 바이패스관로 상에 설치되어 바이패스관로를 따라 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부; 상기 발전부에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하는 압력제어밸브; 상기 바이패스관로 상에 설치되어 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템{A power generation device using a fluid in a pipeline and a non-powered IoT-based remote water pressure and harmful gas continuous measurement system in a manhole using the same}
본 발명은 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수도관을 이동하는 유체를 이용하여 전기를 생산하고, 생산된 전기를 전원으로 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 관로가 설치되는 맨홀내 수위 및 유해가스를 상시 측정하여 효율적으로 관리할 수 있도록 한 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 관한 것이다.
상수도는 필수적인 도시 기반 시설로서 식수나 공업용수 따위를 관을 통하여 보내 주는 설비이다.
이러한 상수도는 통상 지중에 매설되고, 상수도를 형성시키는 상수도 배관에는 일정 압력의 물이 연속적으로 유동되도록 구성된다.
또한, 상수도 배관은 상수도 배관 일부 구간의 손상 또는 유지, 관리를 위하여 일정의 거리마다 맨홀을 설치하고, 맨홀의 내부공간에는 상수도 배관을 서로 연결시키는 연결부 또는 상수도 배관을 통하여 유동되는 물을 차단시키기 위한 개폐밸브가 설치된다.
한편, 상수도 배관을 통하여 유동되는 물은 상수도 사용 지점에서 요구되는 수압을 만족시키기 위하여 항상 일정의 수압을 가지며 유동되는데, 최근에는 상수도 배관을 통하여 유동되는 물의 수압을 이용하여 발전을 하고, 발전된 전기를 이용하는 다양한 기술들이 제시되어 있다.
그러나, 종래에는 단순히 상수도관에 수차를 설치하여 전기를 생산하고자 할 뿐, 정수장으로부터 보내지는 수압으로부터 각 가정으로 분기되어 각 가정에서 요구하는 물의 요구압력을 전혀 고려하지 않기 때문에 실제로 적용할 수 없는 것이 현실이다. 왜냐하면, 수차를 통과한 물의 압력은 급하강하게 되어 각 가정에서 요구하는 요구 압력을 맞출 수 없기 때문이다.
국내 특허 공개번호 10-1995-0008966호, 관로수차 동력발생기. 국내 특허 공개번호 10-2001-0000350호, 수도관의 유수의 흐름을 이용한 전기생산시스템. 국내 특허 공개번호 10-2009-0065502호, 대형 상수도관(수돗물의 급수압력)을 이용한 무한수력발전장치.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수차를 통과하는 물의 압력이 급하강되지 않게 하면서 발전할 수 있도록 상수도관에 바이패스관을 설치하고 그 바이패스관에 발전기를 설치하여 상수도관을 이동하는 유체를 이용하여 전기를 생산하며, 생산된 전기를 전원으로 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 관로가 설치되는 맨홀내 수위 및 유해가스를 상시 측정하여 효율적으로 관리할 수 있도록 한 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 관로내 유체를 이용한 발전장치로서, 맨홀의 내부에 위치되는 제수밸브가 구비된 메인관로; 상기 메인관로의 직경보다는 작은 직경으로 이루어지며, 양단이 메인관로 상에 연결되게 설치되어 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 바이패스되는 바이패스관로; 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 바이패스되도록 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부; 상기 발전부에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하는 압력제어밸브; 상기 바이패스관로 상에 설치되어 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 바이패스관로는: 상기 메인관로와 발전부의 유입구에 양단이 연결되게 설치되어 상기 메인관로로부터 상기 발전부로 물이 유입되도록 물을 바이패스시켜 이송하는 유입관로; 상기 발전부의 배출구와 메인관로에 양단이 연결되게 설치되어 상기 발전부로부터 상기 메인관로로 물이 배출되도록 물을 이송하는 배출관로; 상기 메인관로에 연결되는 유입관로의 단부에 설치되어 상기 메인관로의 내부로 위치되며, 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 상기 유입관로를 통해 발전부로 유입되도록 물의 흐름을 유도하는 유체흐름 유도용 유입소켓부; 및 상기 메인관로에 연결되는 배출관로의 단부에 설치되어 상기 메인관로의 내부로 위치되며, 상기 발전부로부터 배출되는 물이 메인관로를 따라 이송되는 물과 함께 이송되도록 물의 흐름을 유도하는 유체흐름 유도용 배출소켓부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유체흐름 유도용 유입소켓부와 유체흐름 유도용 배출소켓부는: 상기 유입관로와 배출관로의 단부에서 반구(半球) 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 메인관로의 내부에 위치되게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 유입관로는: 상기 메인관로와 발전부의 유입구에 양단이 연결되게 설치되되, 중간부에서 직각을 이루게 절곡 형성된 절곡부를 갖는 제1유입관로; 및 상기 제1유입관로의 절곡부를 이동하는 물이 분기되어 이동하도록 상기 절곡부에 인접하여 경사를 이루게 형성된 제2유입관로;를 포함하고, 상기 경사를 이루는 제2유입관로를 이동하는 물과 상기 절곡부를 이루는 제1유입관로를 이동하는 물의 유속차에 의해 상기 발전부로 이동되는 물의 유속을 증가시키는 것이 바람직하다.
상기 유입관로와 배출관로는: 상기 메인관로로부터 직각을 이루는 형태로 평행하게 설치되어 그 단부에 발전부가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 유입관로와 배출관로는: 상기 메인관로로부터 경사를 이루게 형성되되, 상기 메인관로와 유입관로 및 배출관로가 삼각형상을 이루게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 발전부는: 상기 유입관로가 연결되는 유입구와 상기 배출관로가 연결되는 배출구를 갖는 몸체; 상기 몸체의 내부에 구비되어 상기 몸체의 내부를 이동하는 물에 의해 회전하는 임펠러; 상기 임펠러에 포함되는 회전축에 연결되어 전기를 생성하는 발전기; 및 상기 발전기와 연결되어 발전기에서 발전된 전기를 저장하는 축전지;를 포함하고, 상기 축전지에 저장되는 전기를 압력제어밸브와 압력센서 및 제어부에 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 관로내 유체를 이용한 발전장치로서, 맨홀의 내부에 위치되는 제수밸브가 구비된 메인관로; 및 상기 메인관로 상에 설치되어 상기 메인관로를 따라 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부;를 포함하고, 상기 발전부는: 상기 메인관로의 내부를 이동하는 물에 의해 회전하는 임펠러; 상기 임펠러에 포함되는 회전축에 연결되어 전기를 생성하는 발전기; 및 상기 발전기와 연결되어 발전기에서 발전된 전기를 저장하는 축전지;를 포함하되, 상기 임펠러는, 상기 메인관로의 내주면에 인접하도록 원주방향을 따라 일정 간격을 이루게 복수개 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 IoT 기반 맨홀내부의 수위 및 유해가스 상시 측정 시스템으로서, 맨홀의 내부에 위치되는 제수밸브가 구비된 메인관로; 상기 메인관로 상의 수압, 유량 계측정보 및 맨홀내의 수위, 유해가스를 측정할 수 있는 측정부; 상기 측정부와 신호전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 테이터를 수집 저장할 수 있는 저장부; 상기 저장부에 저장되는 데이터를 송수신할 수 있는 송수신부; 상기 메인관로의 직경보다는 작은 직경으로 이루어지며, 양단이 메인관로 상에 연결되게 설치되어 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 바이패스되는 바이패스관로; 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 바이패스되도록 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부; 상기 발전부에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하는 압력제어밸브; 상기 압력제어밸브를 제어할 수 있도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 이송되는 물의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하고, 상기 측정부와 저장부 및 송수신부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 바이패스관로는: 상기 메인관로와 발전부의 유입구에 양단이 연결되게 설치되어 상기 메인관로로부터 상기 발전부로 물이 유입되도록 물을 바이패스시켜 이송하는 유입관로; 상기 발전부의 배출구와 메인관로에 양단이 연결되게 설치되어 상기 발전부로부터 상기 메인관로로 물이 배출되도록 물을 이송하는 배출관로; 상기 메인관로에 연결되는 유입관로의 단부에 설치되어 상기 메인관로의 내부로 위치되며, 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 상기 유입관로를 통해 발전부로 유입되도록 물의 흐름을 유도하는 유체흐름 유도용 유입소켓부; 및 상기 메인관로에 연결되는 배출관로의 단부에 설치되어 상기 메인관로의 내부로 위치되며, 상기 발전부로부터 배출되는 물이 메인관로를 따라 이송되는 물과 함께 이송되도록 물의 흐름을 유도하는 유체흐름 유도용 배출소켓부;를 포함하되, 상기 유체흐름 유도용 유입소켓부와 유체흐름 유도용 배출소켓부는, 상기 유입관로와 배출관로의 단부에서 반구(半球) 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 메인관로의 내부에 위치되게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 측정부는; 상기 메인관로 상의 수압을 측정할 수 있는 제1센서; 및 상기 맨홀 내의 수위를 측정할 수 있는 제2센서;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2센서에서 측정된 맨홀 내의 수위에 따라 맨홀내 집수정이 자동 드레인되도록 발전부에서 발전되는 전원으로 가동되도록 맨홀내에 배수펌프가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 송수신부는; 맨홀 커버에 내장되며, IoT 모뎀의 송수신 성능을 위한 안테나를 포함하고, 상기 맨홀 커버에는 측정된 유해가스의 위험도에 따라 자동 환기 구조를 갖는 배기파이프가 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 의하면, 상수도관에 바이패스관을 설치하고 그 바이패스관에 발전기를 설치하여 바이패스관을 이동하는 물을 이용하여 발전함으로서 상수도관을 이동하는 물의 압력이 급하강되지 않게 하면서 전기를 생산하며, 생산된 전기를 전원으로 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 관로가 설치되는 맨홀내 수위 및 유해가스를 상시 측정하여 효율적으로 관리할 수 있고, 맨홀 내부의 전원공급 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 구비되는 바이패스관로 및 발전부를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 메인관로로부터 바이패스관로로 물이 이동되는 상태를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 구비되는 바이패스관로 중에서 유입관로의 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 메인관로에 바이패스관로가 설치되는 다른 예를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 메인관로에 바이패스관로가 설치되는 또 다른 예를 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 대한 실시예로서, 발전부의 임펠러가 메인관로의 내부에 설치되는 예를 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7표시와 같이 메인관로의 내부에 설치되는 임펠레가 메인관로의 내주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 예를 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 송수신부의 안테나 확장부에 대한 설치예를 보인 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 구성들은 직접적인 접촉이나 연결뿐만 아니라 구성과 구성 사이에 다른 구성을 통해 접촉이나 연결된 것도 같은 범위로 해석하도록 한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 구비되는 바이패스관로 및 발전부를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 메인관로로부터 바이패스관로로 물이 이동되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 구비되는 바이패스관로 중에서 유입관로의 실시예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 메인관로에 바이패스관로가 설치되는 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 메인관로에 바이패스관로가 설치되는 또 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에 대한 실시예로서, 발전부의 임펠러가 메인관로의 내부에 설치되는 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7표시와 같이 메인관로의 내부에 설치되는 임펠레가 메인관로의 내주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치와 이를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템에서 송수신부의 안테나 확장부에 대한 설치예를 보인 도면이다.
이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치의 실시예는 메인관로(100)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 메인관로(100)에는 맨홀(10)의 내부에 위치되는 제수밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 바이패스관로(200)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 바이패스관로(200)는 메인관로(100)의 직경보다는 작은 직경으로 이루어지며, 양단이 메인관로(100) 상에 연결되게 설치되어 상기 메인관로(100)를 따라 이송되는 물이 바이패스되게 하는 역할을 한다.
이때, 상기 바이패스관로(200)는 상기 메인관로(100)에 일측으로 수평을 이루게 설치되어 메인관로(100)를 따라 이동하는 물의 일부가 바이패스관로(200)로 바이패스되게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 첨부된 도면들에서는 상기 바이패스관로(200)를 메인관로(100)의 상부로 배치되게 설치한 예가 도시되어 있으며, 이 경우 메인관로를 이동하는 물이 관로내에 꽉찬 상태로 이동하는 경우에만 물이 바이패스되기 때문에 상기 바이패스관로를 메인관로의 상측 보다는 일측으로 위치되게 설치하여 관로를 이동하는 물이 관로내에 꽉차지 않은 상태로 이동하는 경우에도 바이패스되게 하는 것이 바람직하다.
이러한 바이패스관로(200)는 유입관로(210)와 배출관로(220)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유입관로(210)는 메인관로(100)와 발전부(300)의 유입구에 양단이 연결되게 설치되어 상기 메인관로(100)로부터 상기 발전부(300)로 물이 유입되도록 물을 바이패스시켜 이송하는 관로이고, 상기 배출관로(220)는 발전부(300)의 배출구와 메인관로(100)에 양단이 연결되게 설치되어 상기 발전부(300)로부터 상기 메인관로(100)로 물이 배출되도록 물을 이송하는 관로이다.
또한, 상기 메인관로(100)에 연결되는 유입관로(210)의 단부에는 유체흐름 유도용 유입소켓부(212)가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 유체흐름 유도용 유입소켓부(212)는 메인관로(100)의 내부로 위치되어 상기 메인관로(100)를 따라 이송되는 물이 상기 유입관로(210)를 통해 발전부(300)로 유입되도록 물의 흐름을 유도하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인관로(100)에 연결되는 배출관로(220)의 단부에는 유체흐름 유도용 배출소켓부(222)가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 유체흐름 유도용 배출소켓부(222)는 메인관로(100)의 내부로 위치되어 상기 발전부(300)로부터 배출되는 물이 메인관로(100)를 따라 이송되는 물과 함께 이송되도록 물의 흐름을 유도하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유체흐름 유도용 유입소켓부(212)와 유체흐름 유도용 배출소켓부(222)는 상기 유입관로(210)와 배출관로(220)의 단부에서 반구(半球) 형상으로 돌출되도록 형성되어 상기 메인관로(100)의 내부에 위치되게 설치되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 메인관로(100)를 따라 이동되는 물의 일부가 상기 유체흐름 유도용 유입소켓부(212)에 의해 상기 유입관로(210)로 바이패스되면서 발전기(330)의 내부로 유입되어 발전하게 되고, 상기 발전부(300)로부터 배출되는 물이 상기 유체흐름 유도용 배출소켓부(222)에 의해 메인관로(100)를 따라 이동되는 물과 함께 메인관로를 통해 이동되게 할 수 있다.
도 4표시와 같이, 상기 유입관로(210)는 상기 메인관로(100)와 발전부(300)의 유입구에 양단이 연결되게 설치되되, 중간부에서 직각을 이루게 절곡 형성된 절곡부를 갖는 제1유입관로(210a)와, 상기 제1유입관로(210a)의 절곡부를 이동하는 물이 분기되어 이동하도록 상기 절곡부에 인접하여 경사를 이루게 형성된 제2유입관로(210b)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
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도 5표시와 같이, 상기 유입관로(210)와 배출관로(220)는 상기 메인관로(100)로부터 경사를 이루게 설치될 수 있다, 즉, 상기 메인관로(100)와 유입관로(210) 및 배출관로(220)가 삼각형상을 이루게 설치될 수 있다.
도 6표시와 같이, 상기 유입관로(210)와 배출관로(220)는 상기 메인관로(100)로부터 직각을 이루는 형태로 설치되는 관체의 내부에 평행하게 설치되어 그 단부에 발전부(300)가 설치될 수 있다.
이와 같이 여러 구조를 갖는 상기 바이패스관로는, 최적 발전 성능을 위한 원수 도출용 파이프 구조를 갖도록 하고, 시공 단순화 및 유체 역학적 발전 효율 향상시킬 수 있다. 특히, 유체흐름 유도용 유입소켓부와 배출소켓부의 구조에 의해 유체 흐름을 바이패스관로로 용이하게 유도할 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 발전부(300)가 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 발전부(300)는 하이드로 제네레이터(Hydro generator)로 구성되는 것이 바람직하고, 0 ~ 1 또는 0 ~ 20 bar 수압에 적용 가능한 내구성을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 상기 발전부(300)는 KCs(상수도 안전인증) 기준에 적합한 소재를 적용하는 것이 바람직하다.
상기 발전부(300)는 바이패스관로(200) 상에 설치되어 상기 바이패스관로(200)를 따라 바이패스되도록 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 발전부(300)는 유입관로(210)가 연결되는 유입구와 상기 배출관로(220)가 연결되는 배출구를 갖는 몸체(310)가 구비되고, 상기 몸체(310)의 내부에 구비되어 상기 몸체(310)의 내부를 이동하는 물에 의해 회전하도록 임펠러(320)가 설치되며, 상기 임펠러(320)에 포함되는 회전축에 연결되어 전기를 생성하는 발전기(330)가 구비되고, 상기 발전기(330)와 연결되어 발전기(330)에서 발전된 전기를 저장하는 축전지(400)를 포함하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 축전지(400)에 저장되는 전기를 후술하는 압력제어밸브(400)와 압력센서(500) 및 제어부(600)에 공급할 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 압력제어밸브(400)와 압력센서(500) 및 제어부(600)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압력제어밸브(400)는 발전부(300)에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로(200) 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하는 역할을 한다.
상기 압력센서(500)는 바이패스관로(200) 상에 설치되어 바이패스관로(200)를 따라 이송되는 물의 압력을 측정하는 역할을 한다.
상기 제어부(600)는 압력센서(500)에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브(400)의 작동을 제어하는 역할을 한다.
따라서, 상기 바이패스관로(200)를 따라 이동되는 물의 압력을 압력센서(500)에서 측정하여 상기 제어부(600)를 통해 상기 압력제어밸브(400)를 작동시킴으로서, 상기 바이패스되는 물을 이용하여 발전부에서 발전이 가능한 수압을 유지할 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치의 다른 실시예는, 맨홀(10)의 내부에 위치되는 제수밸브가 구비된 메인관로(100)와, 상기 메인관로(100) 상에 설치되어 상기 메인관로(100)를 따라 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부(300)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 발전부(300)는 메인관로(100)의 내부를 이동하는 물에 의해 회전하는 임펠러(320)와, 상기 임펠러(320)에 포함되는 회전축에 연결되어 전기를 생성하는 발전기(330) 및 상기 발전기(330)와 연결되어 발전기(330)에서 발전된 전기를 저장하는 축전지(400)를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 임펠러(320)는 메인관로(100)의 내주면에 인접하도록 원주방향을 따라 일정 간격을 이루게 복수개 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 메인관로(100)의 내주면에 인접하도록 복수개의 임펠러(320)가 설치됨에 의해 상기 메인관로(100)를 따라 이동되는 물이 메인관로(100)의 내부 전체를 체우지 않고 이동되어도 복수개의 임펠러 중 어느 하나의 임펠러가 물이 이동하는 수압에 의해 회전되어 전기를 생산할 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 IoT 기반 맨홀내부의 수위 및 유해가스 상시 측정 시스템의 실시예는, 맨홀(10)의 내부에 위치되는 제수밸브가 구비된 메인관로(100)와, 상기 메인관로(100) 상의 수압, 유량 계측정보 및 맨홀내의 수위, 유해가스를 측정할 수 있도록 측정부(700)가 설치되고, 상기 측정부(700)와 신호전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 테이터를 수집 저장할 수 있는 저장부(800) 및 상기 저장부(800)에 저장되는 데이터를 송수신할 수 있는 송수신부(900)를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 측정부(700)는 메인관로(100) 상의 수압을 측정할 수 있는 제1센서(702)와, 상기 맨홀(10) 내의 수위를 측정할 수 있는 제2센서(704)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2센서(704)에서 측정된 맨홀 내의 수위에 따라 맨홀내 집수정이 자동 드레인되도록 발전부에서 발전되는 전원으로 가동되도록 맨홀내에 배수펌프(16)가 설치되는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 맨홀 내부로는 외부에서 우수(雨水)가 유입되지 않도록 설치되어야 하는데, 시공상의 문제점등으로 인해 맨홀 커버를 통해 맨홀 내부로 우수가 유입되는 경우가 종종 발생되며, 이때 상기 제2센서(704)에서 이를 감지하여 배수펌프(16)를 작동시킴으로서 맨홀내 우수를 자동 배수할 수 있다.
또한, 상기 메인관로(100) 상에는 바이패스관로(200)의 양단이 연결되게 설치되어 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 바이패스관로(200)를 통해 바이패스되게 하고, 상기 바이패스관로(200) 상에는 발전부(300)가 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 바이패스되도록 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 바이패스관로(200)는 위에서 실시예와 동일한 구성을 갖도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발전부(300)에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로(200) 상에는 압력제어밸브(400)가 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하고, 상기 압력제어밸브(400)를 제어할 수 있도록 상기 바이패스관로(200) 상에는 압력센서(500)가 설치되어 이송되는 물의 압력을 측정하며, 상기 압력센서(500)에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브(400)의 작동을 제어하고, 상기 측정부(700)와 저장부(800) 및 송수신부(900)를 제어하도록 제어부(600)가 구비되는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 상기 송수신부(900)는 맨홀 커버(12)에 내장되며, IoT 모뎀의 송수신 성능을 위한 안테나(902)를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 맨홀 커버(12)에는 측정된 유해가스의 위험도에 따라 자동 환기 구조를 갖는 배기파이프(14)가 설치되는 것이 바람직하며. 상기 자동 환기 구조를 갖는 배기파이프는 통상의 구조를 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상수도관에 바이패스관을 설치하고 그 바이패스관에 발전기를 설치하여 바이패스관을 이동하는 물을 이용하여 발전함으로서 상수도관을 이동하는 물의 압력이 급하강되지 않게 하면서 전기를 생산할 수 있고, 생산된 전기를 전원으로 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 관로가 설치되는 맨홀내 수위 및 유해가스를 상시 측정하여 효율적으로 관리할 수 있고, 맨홀 내부의 전원공급 문제를 해결할 수 있다.
이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.
10 - 맨홀 100 - 메인관로
200 - 바이패스관로 210 - 유입관로
212 - 유체흐름 유도용 유입소켓부 220 - 배출관로
222 - 유체흐름 유도용 배출소켓부 300 - 발전부
310 - 몸체 320 - 임펠러
330 - 발전기 340 - 축전지
400 - 압력제어밸브 500 - 압력센서
600 - 제어부 700 - 측정부
800 - 저장부 900 - 송수신부

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  11. 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 IoT 기반 맨홀내부의 수위 및 유해가스 상시 측정 시스템에 있어서,
    맨홀의 내부에 위치되는 메인관로;
    상기 메인관로 상의 수압, 유량 계측정보 및 맨홀내의 수위, 유해가스를 측정할 수 있는 측정부;
    상기 측정부와 신호전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 테이터를 수집 저장할 수 있는 저장부;
    상기 저장부에 저장되는 데이터를 송수신할 수 있는 송수신부;
    상기 메인관로의 직경보다는 작은 직경으로 이루어지며, 양단이 메인관로 상에 연결되게 설치되어 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 바이패스되는 바이패스관로;
    상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 바이패스되도록 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부;
    상기 발전부에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하는 압력제어밸브;
    상기 압력제어밸브를 제어할 수 있도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 이송되는 물의 압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 압력센서에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하고, 상기 측정부와 저장부 및 송수신부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 측정부는;
    상기 메인관로 상의 수압을 측정할 수 있는 제1센서; 및
    상기 맨홀 내의 수위를 측정할 수 있는 제2센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2센서에서 측정된 맨홀 내의 수위에 따라 맨홀내 집수정이 자동 드레인되도록 발전부에서 발전되는 전원으로 가동되도록 맨홀내에 배수펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템.
  13. 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 IoT 기반 맨홀내부의 수위 및 유해가스 상시 측정 시스템에 있어서,
    맨홀의 내부에 위치되는 메인관로;
    상기 메인관로 상의 수압, 유량 계측정보 및 맨홀내의 수위, 유해가스를 측정할 수 있는 측정부;
    상기 측정부와 신호전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 테이터를 수집 저장할 수 있는 저장부;
    상기 저장부에 저장되는 데이터를 송수신할 수 있는 송수신부;
    상기 메인관로의 직경보다는 작은 직경으로 이루어지며, 양단이 메인관로 상에 연결되게 설치되어 상기 메인관로를 따라 이송되는 물이 바이패스되는 바이패스관로;
    상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 바이패스되도록 이송되는 물에 의해 전력을 생산할 수 있는 발전부;
    상기 발전부에서 발전이 가능한 압력을 유지하면서 바이패스되는 물이 이송되도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 상기 바이패스관로를 따라 이송되는 물의 압력을 조절하는 압력제어밸브;
    상기 압력제어밸브를 제어할 수 있도록 상기 바이패스관로 상에 설치되어 이송되는 물의 압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 압력센서에서 측정된 신호를 전송받아 상기 압력제어밸브의 작동을 제어하고, 상기 측정부와 저장부 및 송수신부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 송수신부는;
    맨홀 커버에 내장되며, IoT 모뎀의 송수신 성능을 위한 안테나를 포함하고,
    상기 맨홀 커버에는 측정된 유해가스의 위험도에 따라 자동 환기 구조를 갖는 배기파이프가 설치되는 것을 특징으로 하는 관로내 유체를 이용한 발전장치를 이용한 무전원 IoT 기반 원격 수압 및 맨홀내 유해가스 상시 측정 시스템.
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