KR200323901Y1 - 유체 운동에너지와 차아염소산 칼슘을 이용한 살균 저장물탱크 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지하수 및 지표수를 음용수로 이용하기 위하여 유입수를 일시 저장하고 이를 다시 용수로 공급하는 물탱크에서 자동으로 소독이 되게 하여 물탱크의 청결을 유지하고 저장수에 일반세균 및 박테리아 번식을 억제하여 가정에 신선하고 안전한 물을 공급하기 위한 것이다. 일반적으로 광역 또는 지방 상수에서 수도관을 통해 직접 상수가 가정으로 공급되는 경우 이외에는 대부분 모든 물이 음용수로 이용되기 위해서는 높은 위치의 물탱크에 송수하여 저장한 후 이를 자연 수압을 이용하여 공급 받고 있다. 따라서 음용수로 이용되기 위해서는 수도법에 정한 잔류염소가 유지되어야 하는바 별도의 소독장치를 장착하는 이중 비용과 설치작업의 불편함이 있고 배관 및 물탱크를 훼손하는 구조상의 문제점을 야기하게 된다. 이런 문제를 해소하기 위해 물탱크에서 물이 유입시 전원의 공급없이 유체의 운동에너지만을 이용하여 무동력으로 탱크상단의 별도 공간에서 음용수 소독약인 차아염소산칼슘을 용해하는 하여 투입되어 저장되는 물이 자동으로 소독되게 하는 것이다. 적층된 약품은 희석조의 일정한 수위와 약품저장조의 상하 이동으로 접촉량 증감을 이용해 용해되며 유입송수와 동시에 투입하므로 소독과 저장이 동시에 이루어지는 편리성이 있으며 물탱크 바닥을 15°경사를 구성하므로써 소제구를 통하여 제거할 수 있도록 구성했다. 상기한 구성에 의해서 물탱크를 시공하고 별도의 소독기를 다시 설치하는 번거로움과 문제점을 제거하였으며 송수 시 살균과 저장이 동시에 이루어지며 수용가 공급시에는 잔류염소를 정확히 유지하므로 안전한 음용수를 공급받을 수 있다.

Description

유체 운동에너지와 차아염소산칼슘을 이용한 살균저장 물탱크{The use of kinetic energy and calcium hypo chlorite can do sterization and store water tank}

본 고안은 음용수로 사용하고자 하는 물탱크에서 물저장 방법에 관한 것이다. 일반적으로 물탱크에 송수 유입시 이를 그대로 담아 배수관에 연결된 각 가정에서 물 사용시 소모되고 저장된 물이 저수위에 이르면 설치된 수위레벨에 의해 펌프가 구동하여 다시 송수하게 하여 물이 저장되고 있다. 그러나 물 사용량이 적은 경우 물탱크에서 체류시간이 길고 송수거리가 길 경우 소독된 물이라 하더라도 염소가 증발하여 미생물의 번식우려가 있고 특히 지하수나 지표수와 같은 물을 물탱크에 저장 시 잔류염소가 없어 위생상 매우 위험한 결과를 초래하게 된다. 이에 기존의 방법으로 펌프 송수시 송수관에 정량 펌프로 액체염소를 주입하거나 물탱크에 소독기를 별도로 설치해야 하는데 소독기종에 따라 전기를 가설하거나 배관작업을 다시 해야 하는 이중의 부담과 구조상 문제가 나타날 수 있다. 즉 전기 시공과 배관작업 그리고 제품안착에 따른 시공 후 하자 등 여러 문제가 실제 나타나고 있는 바 이를 해소하기 위해서 소독과 저장이 한번에 이루어지는 일체형 탱크가 필요하게 되었다. 따라서 전기를 사용하지 않는 무동력 구조로 송수관을 물탱크 내부로 하여 제1유량조정조(9)에서 잠수 오리피스의 원리를 이용하여 물탱크(16) 상단에서 일정한 수두를 형성시키고 형성된 수두에 의한 압력은 다시 제2유량조정조(12)에서 잠수 오리피스 원리를 이용하여 일정한 유량이 용해에 참가할 수 있도록 구성했다. 이는 약품 용해시 일정하게 하는 역할을 한다. 이로써 송수의 형태를 다른 물리적인 힘을 이용하여 방향을 전환시키고 운동 에너지의 필요량만을 추출하여 약품 용해에 이용하는 무동력 살균 소독 저장탱크를 개발하게 된 것이다.

이렇게 되면 물탱크에 소독기를 설치하고자 전기를 가설하거나 태양열 장치를 설치할 필요가 없이 간단하게 배수 탱크에서 소독을 할 수 있으며 물탱크(16) 외부에 노출된 배관의 누수 및 동파 위험도 없어지게 된다. 또한 소독약은 차아염소산칼슘을 사용하여 안전하면서도 경제성을 확보했으며 오존이나 UV와 달리 잔류성을 가짐으로써 완전한 소독탱크로써 완전한 음용수 공급에 기여하게 된다.

본 고안은 종전의 물탱크가 단순히 저장만 하는 기능에서 살균 소독 기능을 추가 병행함으로써 기능성 물탱크의 역할을 갖는 것으로써 음용수 저장에 있어 탱크 자체가 일반세균 및 미생물의 번식을 억제하여 신선하고 안전한 물을 공급하기 위해서는 다음과 같은 기술적 과제가 필요하게 된다. 첫째, 물탱크 제작시 물탱크내부에 유입 송수관(2)을 설치하여 외부 송수관과 연결할 수 있는 구조여야 한다. 또한 송수관(2)의 토출부는 제1유량조정조(9) 하부까지 올라오는 구조로 되어서 용해부에서 차아염소산칼슘이 용해되어 유입송수와 같이 저장탱크에 담겨지는 구조로 만들어져야 한다. 둘째, 물탱크 규격은 10 ~ 100톤이 적합하고 재질은 스테인레스 및 스틸로 제작하되 PE재질로 성형할 수 있으며, 용해부에 직접 약품과 접촉하는 부위는 내산성 재질을 사용하는 구조여야 한다. 또한 차아염소산칼슘을 저장하는 약품 저장조는 아크릴이나 투명한 내산성 재질로 하여 약품의 소모 상태를 관찰할 수 있는 구조여야 한다. 셋째, 송수량에 비례한 용해량을 만들기 위해 약품 저장조에 접촉면을 조절할 수 있는 농도조절기(8)를 구성하여야 한다. 넷째, 물탱크의 바닥면은 중심으로부터 15°이상의 경사를 이루도록 구성해야 한다. 이유는 유입수내의 모래 등 이물질의 침전 분리 및 제거를 위해서이다. 이를 위하여는 물탱크의 설치위치의 콘크리트 타설 기초공사시 선행되어야 한다. 다섯째로 물탱크의 기초공사시 제관의 위치를 미리 선정해야한다. 가령 송수관 위치, 오버플로우관 위치, 소제구 위치, 배수관 위치등을 미리 선정하여야 한다. 이로써 송수 유입시 살균소독과 저장이 동시에 이루어지는 효과를 이룰 수 있게 된다. 또한 제관을 모두 탱크 내부에 구성하므로써 동절기 관의 동파 및 보온을 위하여 특별히 조처할 필요가 없으며 소독과 저장을 함께하는 기능성 물탱크를 만드는데 있다.

제1도는 본 고안에 따른 개략적인 사시도이다.

제2도는 본 고안에 따른 구체적인 입면도이다.

제3도는 본 고안에 따른 약품 투입부 평면도이다.

제4도는 본 고안에 따른 약품 투입부의 평면 세부도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

(1)약품 투입부 외함 (2)송수관 (3)오버 드레인 관 (4)물탱크 맨홀 (6)약품 투입부 커버 (7)약품 저장조 커버 (8)농도 조절기 (9)제1유량조정조 (10)제2분리조 (11)제1분리조 (12)제2유량조정조 (13)용해공급조 (14)약품 투입관 (15)혼합주입관 (16)물탱크 (17)소제관 (18)약품 저장조 (19)급수관 (20)콘크리트 기초 (21)원수 유입관 (22)노즐.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 따른 구성 및 작용에 대하여 설명한다.

송수관(2)은 물탱크(16)의 중앙으로부터 구성한다. 물탱크(16)의 중앙에서 외부송수관과 조립이 쉽도록 테이퍼형의 나사를 구성한다. 이는 또한 물탱크(16) 상부의 제1유량조정조(9)로 연결되고 제1유량조정조(9)에서는 상부로 분출되는 것을 방지하기 위해 L -bow를 사용하여 유향을 변경시켜 준다. 제1유량조정조(9)에서는 오버플로우 되도록 구성하므로써 제1수두차를 형성한다. 오버되는 유량은 제1분리조(11)로 이송된 후 φ75의 혼합주입관(15)으로 연결되어 송수관(2) 압력 해소용으로 사용된다. 또한 용해에 필요한 목표 유량이 φ15의 관을 통하여 제2유량조정조(12)로 이송된다. 제2유량조정조(12) 역시 오버되는 유량은 제2분리조(10)로 이송되어 φ25의 약품 투입관(14)으로 이송되며 용해에 참가하는 일부의 유량이 φ8의 노즐을 통하여 용해공급조(13)로 이송하면서 약품 저장조(18)에 적층된 약품과 접촉하도록 구성했다. 또한 유입유량에 비례하여 접촉되는 양을 달리하여 목표하는 농도를 조절하도록 구성했다. 농도의 조절은 농도 조절기(8)로 약품 저장조(18)를 상하로 이동시켜 접촉되는 양을 달리하면서 농도를 조절할 수 있도록 구성했다.

다음으로 물탱크(16)의 송수시점은 기존의 방법과 마찬가지로 고수위에서 멈추며 저수위에서 가동되도록 구성했으며 물탱크(16)의 오버플로우 되는 양을 조절하는 오버 드레인 관(3)도 또한 내부에 구성하므로써 동절기 동파에 대비했으며 물탱크의 외관을 깔끔하게 하는 효과도 있다. 또한 일부 비중이 무거운 모래나 진흙정도는 물탱크(16)의 하부 밑면을 15° 호퍼를 구성하므로써 소제구(17)로 모이게 하여 물탱크(16) 청소시 밸브를 열어서 제거해 주도록 구성했다. 빗물이나 일부 오염된 물질의 물탱크(16)내 유입을 막기 위하여 600 × 600의 맨홀과 탱크 상부를 5°경사를 주었으며 약품 투입부 상부도 5°경사를 구성했다. 약품 저장 및 내부 감시를 위하여 외부 커버를 구성했고 약품 용해액과 송수의 균일한 혼합을 위하여 송수 토출관의 직경을 φ75로하였으며 토출관보다 짧게 φ25의 약품 용해액 투입관을 송수 토출관 속에 구성했다. 용해공급조(13)의 유체의 운동은 자유선회운동(free-vortex motion)을 구성하기 위하여 용해공급조(13) 중앙에 φ5의 약품 용해액 토출캡을 구성함으로써 전향력을 발생시켰고 φ8의 노즐을 반시계 측면방향으로 천공하여 반시계 방향으로 유체가 회전되도록 구성함으로써 전향력에 윈심력을 더하여 회전력을 더 세게 발생하도록 구성했다. 이는 용해공급조내에 free vortex motion을 이용한 것으로 약품 저장조라는 저항체가 들어와도 회전력을 잃지 않도록 하기 위함이다. 또한 유량에 있어서 일정량 유입을 위하여 제1유량조정조(9)와 제2유량조정조(12)에서는 잠수 오리피스(submerged orifice)의 원리를 응용하여 일정한 유량만이 용해공급조로 유입되어 회전 수류는 일정하고 따라서 약품 저장조 농도 확산 속도가 일정하게 빠져 나간다.

실제로 30가구가 음용하는 지역에서 소독 효과를 알아보기 위해 송수량이 200 L/min 이고 농도조절기 6 point에서 하루동안의 잔류염소 변화량과 한 달 동안의 잔류염소 변화량을 실험하였다. 이에 결과를 보면 다음과 같다.

먼저 하루의 시간대별로 소독력의 저하가 있는지의 여부를 위하여 조사한 결과는 아래 그래프와 같다.

위의 결과에서 보듯이 농도의 변화는 거의 없는 것으로 조사되었다. 이로써 하루동안의 잔류염소량의 변화는 소독력에 아무런 지장이 없음이 들어났다. 농도의 변위는 0.3 ~ 0.5 mg/L에서 유지되었다. 다음으로 한달동안의 농도를 측정한 결과는 다음과 같다.

위의 실험은 투입장소에서 거리에 따른 농도 변화율을 보기 위하여 실험하였고 또한 한달동안 투입해논 약품에 의하여 소독력이 저하되는지의 여부를 보기위하여 실시하였다. 그 결과 원하는 기준치인 1.0 ∼ 0.2ppm을 유지하였다. 이로써 소독력의 변화는 없는 것으로 나타났고 거리에 따른 농도 변화도 거의 없는 것으로 나타났다. 거리에 따른 농도 변화 오차는 같은 시간대에 ± 0.05ppm이었다.

상기한 내용에 의하면 지금까지의 저장따로, 소독따로인 물탱크에 있어서 비효율적인 형태를 바꿀 수가 있는 효과가 있으며 상기한 고안에 의하여 여러 장치를 따로따로 설치할 때 소모되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 더구나 소독은 필수인 시점에서 소독장치를 설치 할 때 따르는 제관의 수정문제 및 이미 설치된 물탱크의 훼손 및 그 훼손에 의한 빗물 등의 오염물질이 저장된 음용수내로 유입되어 제 2차 오염의 발생을 막을 수 있으며 모든 배관이 탱크내로 들어가게 함으로써 겨울철 동파에서 안전할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 유입송수를 잠수 오리피스의 원리를 이용하여 송수량 및 송수압을 조절하고 용해공급조에 반시계방향으로 노즐을 통해 유향을 변형시켜 자유선회운동을 발생하고 이 운동에 의하여 차아염소산칼슘과 접촉된 용해액이 회전 수류에 의해 다른 곳으로 섞이지 않고 탕내로 투입되며 미세 농도의 잔류염소를 조절할 수 있는 소독, 저장을 송수 유입시에 실시할 수 있는 유체 운동에너지와 차아염소산칼슘을 이용한 살균 저장 기능성 물탱크.
2. 제1항에 있어서 물탱크의 재질은 스테인레스 또는 스틸로 하되 녹방지 도장 및 코팅처리하거나 모래등 침전물은 바닥 경사면을 주어 제거할 수 있는 유체 운동에너지와 차아염소산칼슘을 이용한 살균 저장 기능성 물탱크.
3. 제1항에 있어서, 잠수 오리피스의 원리와 free vortex motion 원리가 결합된 용해장치를 기존의 설치된 다른 물탱크에도 접목하여 살균 저장이 동시에 이루어 질 수 있는 유체 운동에너지와 차아염소산칼슘을 이용한 살균 저장 기능성 물탱크.
4. 제1항에 있어서 PE, FRP 및 기타 재질로 성형하거나 제작할 수 있는 유체 운동에너지와 차아염소산칼슘을 이용한 살균 저장 기능성 물탱크.