KR200201276Y1 - 수위 자동 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수위 자동 조절장치에 관한 것으로, 인가되는 전원으로 구동되어 원수를 펌핑하여 송수관을 통해 원수를 공급하는 펌핑수단(22)이 포함된 취수정(20); 외부로부터 입력된 교류전원을 출력하거나 직류전원으로 변환하여 출력하는 전원공급부(15)와, 전원공급부(15)로부터 인가된 전원을 온 또는 오프시키는 스위칭부(16)와, 입출력되는 신호를 연산 및 제어하는 제어부(14)와, 수신용 안테나(11)로부터 공중의 무선신호를 수신하는 수신부(12)와, 수신부(12)로부터 수신된 신호를 복조 및 변환하여 제어부(14)로 출력하는 변환부(13)가 포함된 콘트롤러(10); 송수관(25)으로부터 공급된 원수를 저장하는 소정 용량의 저장수단(50); 저장수단(50)내에 소정의 부력으로 수위에 따라 승하강하는 부구(35)와, 부구(35)에 연결되어 부구(35)의 승하강에 따라 소정의 장력을 갖는 와이어(32)와, 와이어(32)를 지지하기 위한 하나 이상의 지지부재(33, 34)와, 와이어(32)의 장력을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 스트레인 게이지(31)가 포함된 감지수단(30); 스트레인 게이지(31)로부터 입력된 신호를 변조 및 변환하는 변환부(41)와, 변환부(41)로부터 입력된 변환신호를 증폭하여 송신용 안테나(43)를 통해 공중으로 송출하는 송신부(42)가 포함된 송신기(40)로 구비되어 취수정의 펌핑수단에서 원수(原水)를 취수하여 송수관을 통해 저장수단으로 공급하고, 저장수단에 취수된 원수의 양 또는 수위를 감지수단에서 감지한 후에 무선신호로 송출 및 수신하여 저장수단의 수위를 자동으로 조절할 수 있도록 한 것이다.

Description

수위 자동 조절장치{Water Level Automatic Control Apparatus}

본 고안은 수위 자동 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수(地下水)를 포함한 상수(上水)나 침출수(浸出水) 또는 오폐수(汚廢水) 등(이하, 원수(原水)라고 약칭함)이 존재하는 지점으로부터 소정의 위치에 설치된 저장수단까지 송수관을 통해 이송시키기 위한 거리가 원거리(예로, 수십m에서 수km)일 경우에 감지수단이 저장수단에 저장된 수위를 감지하여 무선 또는 유선으로 송출함으로써, 자동으로 원수의 저장량을 결정 및 제어하여 효율적인 수위 조절이 가능하도록 한 수위 자동 조절장치에 관한 것이다.

종래에 원격에서 수위를 조절하는 장치는 도 1의 개략도에서, 펌핑수단(1)으로 원수를 펌핑하는 취수정(2)과, 취수된 원수를 소정의 거리까지 공급하는 송수관(3)과, 송수관(3)으로부터 공급된 원수를 저장하는 소정 용량의 저장수단(4)과, 저장수단(4)에 저수된 원수의 양 또는 수위를 감지하는 감지수단(5)과, 감지수단(5)에서 감지된 원수에 관한 정보를 전기적인 신호로 전달하기 위한 전선(6)과, 전선(6)을 통해 감지수단(5)에서 감지된 신호를 판단하여 펌핑수단(1)의 구동을 제어하기 위한 콘트롤러(7)로 이루어진다.

이와 같이 종래의 수위 조절장치는 모터펌프와 같은 펌핑수단(1)으로 취수정(집수지, 저수지 또는 지하 등)(2)으로부터 원수를 취수한 후에 소정 거리에 설치된 저장수단(4)으로 송수관(3)을 통해 공급하고, 저장수단(4)에는 저수된 원수의 양 또는 수위를 감지수단(5)에서 감지하여 배선된 전선(6)을 통해 콘트롤러(7)로 출력하고, 콘트롤러(7)는 수신된 감지신호를 판단하여 펌핑수단(1)의 구동을 제어할 수 있도록 되어 있다.

그러나 종래에 취수정으로부터 펌핑되어 취수된 원수가 송수관을 통해 저장수단에 공급될 때에 저장수단에 취수된 원수가 설정된 양만큼 저수되도록 감지수단에서 감지하여 이를 콘트롤러로 전송하지만, 감지수단이 수위를 정확하게 감지하지 못하는 경우에 펌핑수단이 무단으로 작동되어 열화되는 문제가 있었고, 또한, 저장수단에 저수되는 원수를 정확하게 감지하지 못하거나 유선을 통해 전송할 경우에 배선의 단락이나 단선으로 인하여 저수되는 원수의 수위에 대한 감지된 신호를 콘트롤러로 전송하지 못하게 되면 콘트롤러에서 펌핑수단을 정상적으로 제어하지 못하게 되므로 저장수단에 저수되는 원수가 범람하는 문제가 있었다.

따라서, 펌핑수단을 항상 가동상태로 운전시키게 되면, 펌핑수단의 내구성이 저하되어 수명을 단축시키는 단점도 있었고, 별도의 전선을 배선하게 되므로 수위 조절장치의 설치비용 및 유지보수에 필요한 비용도 상승되는 요인이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 저장수단에 저수된 원수의 수위를 정확하게 감지하고, 감지된 신호를 무선 또는 유선으로 변환 및 송출하며, 수신된 수위에 관한 정보를 판단하여 펌핑수단의 구동을 제어할 수 있도록 한 수위 자동 조절장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 고안은 저장수단에 저수된 원수의 수위를 스트레인 게이지 및 부구를 이용하고, 소정 주파수의 무선신호를 송수신할 수 있도록 한 것이 다른 목적이다.

도 1은 종래의 기술로 취수된 원수를 원격의 저장수단으로 공급하고, 그 수위를 자동으로 조절할 수 있는 장치를 나타낸 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 수위 자동 조절장치의 블록도,

도 3은 본 고안에 따른 수위 자동 조절장치의 구성도,

도 4는 본 고안에 따른 수위 자동 조절장치의 다른 실시예로 나타낸 구성도.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 콘트롤러 11: 수신용 안테나

12: 수신부 13, 41: 변환부

14: 제어부 15: 전원공급부

16: 스위칭부 20: 취수정

22: 펌핑수단 25: 송수관

30: 감지수단 31: 스트레인 게이지

32: 와이어 33, 34: 지지부재

35: 부구 37: 수압센서

40: 송신기 42: 송신부

45: 신호라인 50: 저장수단

본 고안은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 인가되는 전원으로 구동되어 원수를 펌핑하여 송수관을 통해 원수를 공급하는 펌핑수단이 포함된 취수정; 외부로부터 입력된 교류전원을 출력하거나 직류전원으로 변환하여 출력하는 전원공급부와, 전원공급부로부터 인가된 전원을 온 또는 오프시키는 스위칭부와, 입출력되는 신호를 연산 및 제어하는 제어부와, 수신용 안테나로부터 공중의 무선신호를 수신하는 수신부와, 수신부로부터 수신된 신호를 복조 및 변환하여 제어부로 출력하는 변환부가 포함된 콘트롤러; 송수관으로부터 공급된 원수를 저장하는 소정 용량의 저장수단; 저장수단내에 소정의 부력으로 수위에 따라 승하강하는 부구와, 부구에 연결되어 부구의 승하강에 따라 소정의 장력을 갖는 와이어와, 와이어를 지지하기 위한 하나 이상의 지지부재와, 와이어의 장력을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 스트레인 게이지가 포함된 감지수단; 스트레인 게이지로부터 입력된 신호를 변조 및 변환하는 변환부와, 변환부로부터 입력된 변환신호를 증폭하여 송신용 안테나를 통해 공중으로 송출하는 송신부가 포함된 송신기가 포함되어 이루어진 것이 특징이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 수위 자동 조절장치의 블록도이고, 도 3은 구성도이다.

취수정(20)은 인가되는 전원으로 구동되어 원수를 펌핑하여 송수관을 통해 원수를 공급하는 펌핑수단(22)이 포함된 것으로, 취수정(20)은 원수를 취수할 수 있는 위치나 지점, 즉 저수지나 집수지에 설치되어 취수를 하거나 소정 깊이로 굴착된 지하로부터 취수를 하는 것이다.

이러한 취수정(20)의 펌핑수단(22)을 제어하기 위한 콘트롤러(10)가 구성되고, 콘트롤러(10)는 제어를 위한 전기 또는 전자회로가 포함되어 있다.

즉 콘트롤러(10)의 구성요소로 포함된 전원공급부(15)는 외부로부터 입력된 교류전원(AC220V)을 출력하거나 직류전원(DC)으로 변환하여 출력하는 것으로, 전원공급부(15)는 입력된 교류전원의 서지전압이나 노이즈를 차단한 후에 스위칭부(16)를 통해 펌핑수단(22)으로 직접 연결시켜 주거나 콘트롤러(10)내에 구성된 전자회로를 구동시키기 위한 소정 레벨의 직류전원으로 강압, 정류 및 평활시켜 출력시키는 것이다.

스위칭부(16)는 상기 전원공급부(15)로부터 인가된 전원을 온 또는 오프시키는 것으로, 릴레이 또는 전자개폐기가 적용되는 것이 바람직하다.

제어부(14)는 입출력되는 신호를 연산 및 제어하는 것으로, 소정의 제어용 프로그램이 포함되어 있는 마이크로프로세서(또는 마이콤)가 포함되어 있는 것이 바람직하다.

수신부(12)는 수신용 안테나(11)로부터 공중의 무선신호를 수신하는 것으로, 수신부(12)에는 수신된 무선주파수를 증폭하는 기능이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 상기 수신용 안테나(11)는 VHF, FM 또는 AM을 수신하는 것이 바람직하다.

변환부(13)는 수신부(12)로부터 수신된 신호를 복조 및 변환하여 제어부(14)로 출력하는 것으로, 수신된 무선신호를 복조하고, 제어부(14)에서 인식할 수 있는 신호로 변환시키는 것이다.

또한, 저장수단(50)은 송수관(25)으로부터 공급된 원수를 저장하는 소정 용량을 갖는 것으로, 저장된 원수를 공급하기 위한 물탱크 등과 같은 저장이 용이한 것이 적용된다.

또한, 저장수단(50)에 저장된 원수의 수위 또는 양을 감지하기 위한 감지수단(30)은 부구(35), 와이어(32), 지지부재(33, 34) 및 스트레인 게이지(31)가 포함된다.

부구(35)는 저장수단(50)내에 소정 크기의 부력으로 수위에 따라 승하강하는 것으로, 소정의 부력을 갖는 재질의 것이나 내부가 진공상태인 것이 바람직하고, 부구의 크기에 따라 부력을 설정할 수 있다.

와이어(32)는 부구(35)에 연결되어 부구(35)의 승하강에 따라 소정의 장력을 갖는 것으로, 부구(35)의 승하강을 충분히 지지할 수 있는 것이어야 하고, 지지부재(33, 34)는 상기 와이어(32)를 지지하기 위한 하나 이상의 것으로, 도르래 등이 적용된다.

스트레인 게이지(Strain Gage)(31)는 와이어(32)의 장력을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 것으로, 와이어의 장력에 따라 저항값이 변화되므로, 저항값에 따라 출력되는 전기적인 신호의 크기가 달라지는 것이다. 스트레인 게이지(31)는 측정하고자 하는 변형되는 대상물에 장착하도록 만들어진 변형 예감요소로, 저항선 스트레인 게이지는 잘 알려진 바와 같이, 왜곡 감응소자를 휘트스톤 브리지의 한 변 또는 복수 변에 사용하여 왜곡에 의한 저항변화에 따라 브리지의 불평형에 의한 전압을 직접 또는 증폭하여 측정하는 것이다.

또한, 감지수단(30)으로부터 입력된 감지신호는 송신기(40)를 통해 콘트롤러(10)로 송신되는 데, 송신기(40)의 변환부(41)는 스트레인 게이지(31)로부터 입력된 신호를 변조 및 변환하는 것이고, 송신부(42)는 변환부(41)로부터 입력된 변환신호를 증폭하여 송신용 안테나(43)를 통해 공중으로 송출하는 것이다. 송신부(42)에서 송신을 위하여 전력증폭되는 무선신호는 송신거리나 주파수의 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, 본 고안에서는 저장수단(50)에서 감지된 신호를 콘트롤러(10)로 무선으로 송출하는 것이 바람직하지만, 취수정(20)과 저장수단(50)이 근거리에 위치하거나 사용자의 필요에 따라 유선, 즉 신호라인(45)으로 송수신할 수도 있다.

이와 같은 수위 자동 조절장치는 콘트롤러(10)의 제어부(14)에 설정된 프로그램에 의하여 취수정(20)의 펌핑수단(22)을 제어할 수 있도록 하고, 콘트롤러(10)에는 무선신호를 수신할 수 있는 회로 또는 장치가 내장되어 있다.

즉 콘트롤러(10)에서 취수정(20)의 펌핑수단(22)을 구동시키기 위하여 제어부(14)의 제어신호가 스위칭부(16)로 입력되고, 스위칭부(16)는 오프상태에서 온상태로 스위칭되어 전원공급부(15)에서 공급되는 전원을 펌핑수단(22)으로 인가시킨다. 펌핑수단(22)은 스위칭부(16)를 거쳐 인가된 전원, 이때, 펌핑수단(22)은 교류전원으로 구동되는 교류전동기이거나 직류전원으로 구동되는 직류전동기일 수 있으므로, 펌핑수단(22)의 종류에 따라 인가되는 전원도 달라질 것이다.

인가된 전원에 의하여 펌핑수단(22)이 구동되면 취수정(20)의 원수는 펌핑되어 송수관(25)을 통해 저장수단(50)으로 공급되고, 저장수단(50)은 유입되는 원수를 저장한다. 저장수단(50)에 구성된 감지수단(30)의 부구(35)는 원수가 저장수단(50)에 저수되면서 부력에 의하여 상승하게 되고, 부구(35)의 상승은 와이어(32)를 당기게 된다. 이때, 와이어(32)는 복수의 지지부재(33, 34)를 따라 스트레인 게이지(31)에 와이어(32)의 장력이 걸리게 된다. 따라서, 스트레인 게이지(31)는 부구(35)의 상승에 따른 와이어(32)의 장력에 의하여 변형값이 발생되고, 변형값은 저항값에 의하여 소정 크기의 전기적인 신호를 출력하게 된다.

이는 저장수단(50)에 저수되는 원수가 점점 상승하게 되면 부구(35)에 걸리는 부력이 커지므로 스트레인 게이지(31)에서 출력되는 저항값은 설정에 따라 초기의 값보다 커지거나 작아진다. 그러므로 스트레인 게이지(31)에서 출력된 감지신호는 송신기(40)로 입력된다.

송신기(40)에서는 스트레인 게이지(31)에서 입력된 감지신호를 변환부(41)에서 증폭 및 변조한 후에 송신부(42)로 입력시키고, 송신부(42)는 입력된 신호를 증폭하여 송신용 안테나(43)로 변조된 무선신호를 송출하게 된다.

송출된 무선신호는 소정의 거리 내에 위치한 콘트롤러(10)의 수신부(12)의 수신용 안테나(11)에 유기되어 수신되고, 수신부(12)는 수신된 신호를 증폭한 후에 변환부(13)로 출력하게 된다. 변환부(13)는 수신된 신호를 복조하여 원래의 감지신호로 변환한 후에 변환된 값은 제어부(14)로 출력하게 된다.

제어부(14)는 입력된 신호를 내장된 프로그램 또는 데이터 값과 비교 및 연산하여 저장수단(50)에 저수된 원수의 양 또는 수위를 판단하게 된다.

이때, 수신된 신호가 설정된 값 이상, 즉 저장수단(50)에 설정된 고수위일 경우에 제어부(14)는 스위칭부(16)로 제어신호를 출력하여 스위칭부(16)를 온상태에서 오프상태로 상태를 절환시킨다. 따라서, 전원공급부(15)에서 펌핑수단(22)으로 인가되던 전원이 차단상태가 되어 펌핑수단(22)은 원수의 취수를 정지한다. 그러므로 송수관(25)을 통해 저장수단(50)으로 공급되는 원수는 차단되어 더 이상 저장수단(50)으로 원수를 배출하지 않게 되는 것이다.

한편, 저장수단(50)에 저수된 원수가 저장수단(50)으로부터 배출관이나 공급관 등을 통해 배출되어 수위가 낮아지게 되고, 낮아진 수위에 의하여 부구(35)에 형성되는 부력은 점점 작아진다. 이는 부구(35)의 부력이 작아지면서 지지부재(33, 34)에 지지되어 있던 와이어(32)에 걸리는 장력도 작아져 스트레인 게이지(31)의 변형도 달라지게 된다.

상기 스트레인 게이지(31)에서 감지된 신호가 송신기(40)를 통해 무선신호의 형태로 콘트롤러(10)로 지속적으로 송출하는 것이 바람직하지만, 소정의 시간 간격으로 무선신호를 송출하도록 하는 것이 더욱 바람직할 것이다.

따라서, 콘트롤러(10)의 제어부(14)에서 송신기(40)로부터 수신된 신호가 저장수단(50)에 저수된 원수가 설정된 저수위라고 판단되면, 스위칭부(16)로 제어신호를 출력하여 펌핑수단(22)으로 전원이 인가되도록 스위칭부(16)의 상태를 절환시켜 펌핑수단(22)이 구동되도록 함으로써 취수정(20)의 원가 취수되어 송수관(25)을 통해 저장수단(50)으로 공급되게 하는 것이다.

상기 스트레인 게이지(31)에서 감지되어 출력되는 신호의 크기는 수위 자동 조절장치를 설치할 당시에 고수위 및 저수위에 대한 부구(35)의 부력에 의한 스트레인 게이지(31)의 변형값을 초기값으로 설정하여 두는 것이 바람직하고, 사용자의 요구에 의하여 고수위 및 저수위를 재설정할 수도 있다.

한편, 도 4는 감지수단(30)으로 수압센서(37)를 적용한 다른 실시예로, 부구(35), 와이어(32), 지지부재(33, 34) 및 스트레인 게이지(31)를 대신하여 수압센서(37)가 저장수단(50)의 하단에 장착된 것이다.

수압센서(37)는 저장수단(50)에 저수된 원수의 수압을 전기적인 신호로 변환하여 송신기(40)로 출력하는 것으로, 수압센서(37)에서 감지된 신호를 송신기(40)에서 변조 및 증폭된 후에 콘트롤러(10)로 송출됨으로써, 콘트롤러(10)는 펌핑수단(22)의 구동을 제어할 수 있는 것이다.

또한, 콘트롤러(10)의 제어부(14)에는 수압센서(37)에서 감지되는 신호의 크기, 즉 저장수단(50)의 고수위 및 저수위에 대한 값을 미리 설정 및 저장시켜 둠으로써, 저장수단(50)에 취수된 원수가 고수위일 때에 펌핑수단(22)의 구동을 정지시키고, 저수위일 때는 펌핑수단(22)을 구동시켜 원수가 취수 및 공급될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 저장수단(50)의 수위변화에 관한 데이터를 송신기(40) 및 송신용 안테나(43)와 수신용 안테나(11) 등으로 무선으로 송수신하였으나, 이러한 경우에는 취수정(20)과 저장수단(50)의 소정 거리 이상의 원격(예로, 1Km 이상)일 경우이지만, 소정 거리 이하의 거리, 예로, 1Km 이하일 경우에는 유선의 형태로 송신기(40)와 콘트롤러(10) 사이에 신호라인(45)을 연결하여 신호를 송수신할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 고안의 수위 자동 조절장치는 원격에서 취수된 원수의 저장 및 수위를 제어를 위하여, 별도의 배선을 설치하지 않고 무선신호로 수위를 조절할 수 있도록 한 것으로, 상기 기술한 실시예 및 범위에만 한정되지 않고 당업자에 의해 용이하게 변형, 치환 및 변경될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안의 수위 자동 조절장치는 저장수단에 저장된 원수의 양 또는 수위를 감지수단, 부구의 부력 및 스트레인 게이지의 변형값으로 감지하거나 수압을 감지한 후에 무선신호로 변환하여 소정 거리로 무선신호를 송출하고, 송출된 무선신호는 취수정의 펌핑수단을 제어하기 위한 콘트롤러에서 수신하여 수신된 값에 따라 원수를 취수하여 공급하거나 차단시키는 것으로, 취수정으로부터 소정 거리에 위치한 저장수단에 저수되는 원수의 양 또는 수위를 제어함으로써, 펌핑수단을 무선으로 제어하여 설치 및 유지관리에 소요되는 비용을 현저하게 절감시킬 수 있고, 가정용, 산업용 및 농업용 등 적용분야가 광범위한 특징 및 효과가 있다.

Claims (3)

1. 인가되는 전원으로 구동되어 원수를 펌핑하여 송수관을 통해 원수를 공급하는 펌핑수단(22)이 포함된 취수정(20);

   외부로부터 입력된 교류전원을 출력하거나 직류전원으로 변환하여 출력하는 전원공급부(15)와,

   전원공급부(15)로부터 인가된 전원을 온 또는 오프시키는 스위칭부(16)와,

   입출력되는 신호를 연산 및 제어하는 제어부(14)와,

   수신용 안테나(11)로부터 공중의 무선신호를 수신하는 수신부(12)와,

   수신부(12)로부터 수신된 신호를 복조 및 변환하여 제어부(14)로 출력하는 변환부(13)가 포함된 콘트롤러(10);

   송수관(25)으로부터 공급된 원수를 저장하는 소정 용량의 저장수단(50);

   저장수단(50)내에 소정의 부력으로 수위에 따라 승하강하는 부구(35)와,

   부구(35)에 연결되어 부구(35)의 승하강에 따라 소정의 장력을 갖는 와이어(32)와,

   와이어(32)를 지지하기 위한 하나 이상의 지지부재(33, 34)와,

   와이어(32)의 장력을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 스트레인 게이지(31)가 포함된 감지수단(30);

   스트레인 게이지(31)로부터 입력된 신호를 변조 및 변환하는 변환부(41)와,

   변환부(41)로부터 입력된 변환신호를 증폭하여 송신용 안테나(43)를 통해 공중으로 송출하는 송신부(42)가 포함된 송신기(40)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 수위 자동 조절장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스트레인 게이지(31)는 와이어(32)의 장력에 의해 저항선의 변형으로 변위값을 측정하는 것을 특징으로 하는 수위 자동 조절장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 감지수단(30)은 저장수단(50)의 하단에 장착되어 저수된 원수의 수압을 감지하여 전기적인 신호로 출력하는 수압센서(37)인 것을 특징으로 하는 수위 자동 조절장치.