KR20040064437A - 개량형 우수토실 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 개량형 우수토실은,

하우징과; 상기 하우징 내에 하수를 유입하는 하나 이상의 유입관과; 상기 하우징 내의 하수를 차집관으로 배출하는 유출관과; 상기 하우징 내의 하수를 하천으로 배출하는 배출관; 및 상기 하우징 내에 설치된 위어를 포함하는데,

상기 유출관의 입구부에는 볼텍스 밸브(vortex valve)가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 개량형 우수토실은, 수문과 같은 구동부가 없어서 고장의 위험이 없고, 유출되는 유량을 요망하는 유량 이하로 볼텍스밸브(vortex valve)의 수리특성곡선에 따라 자동으로 정확하게 제어하며, 월류수에 포함된 오일과 부유물이 하천으로 배출되는 것을 방지하는 장점이 있다.

Description

개량형 우수토실{ADVANCED STORM OVERFLOW CHAMBER}

본 발명은 우수토실에 관한 것으로, 특히 일정한 유량이 차집되어 하수처리장으로 배출되고 오일과 부유물이 하천으로 방류되는 것을 방지하는 구조의 우수토실에 관한 것이다.

일반적으로 하수도의 관거에는, 우수와 오수를 동일 관거계통으로 배제하는 합류식과, 오수관과 우수관을 분리하여 별개의 관거계통으로 배제하는 분류식이 있다.

우수토실은 상기의 관거시스템 중 합류식에 사용되는 설비로서, 우천시 일정량의 하수를 하수처리장으로 보내고, 그 이상의 하수는 하천에 방류하는 기능을 수행하게 된다.

도1은 우수토실이 설치된 것을 도시한 모식도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 오수와 우수는 동일관거계통으로 유입하여 우수토실로 유입된다.

이 때, 보슬비가 온다거나 강우초기에는 유입되는 우수의 양이 작아 우수토실에 유입된 우수와 오수는 유출관(O)을 통하여 차집관으로 전량 보내게 되고, 상기 차집관으로 보내진 우수와 오수는 하수처리장에서 정화된 후에 하천 등에 방류되게 된다.

그런데, 강우량이 점차 증가하게 되면 유입된 우수와 오수를 전부 하수처리장으로 보내는 것은 하수처리장의 처리용량을 초과하여 하수처리장의 고장을 일으키게 되며, 우수와 오수의 정화처리를 위하여 하수처리장의 대용량화가 필요로 되는 등 비효율적인 처리방식이다. 따라서, 이때에는, 유입된 유량 중 하수처리장의 처리용량을 고려하여 우수토실에서 일정량은 하수처리장으로 보내고 나머지는 하천으로 방류하게 된다.

상기 우수토실이 차집관으로 보내는 유량의 최대값은 건기시 시간당 최대유량(Q)의 3배(3Q) 정도로 설계하는 것이 일반적이다.

도2(a)는 종래의 우수토실의 평면도이고, 도2(b)는 도2(a)의 A방향에서 바라본 측면도이다.

도2(a)에 도시한 바와 같이, 종래의 우수토실은, 우수와 오수가 유입되는 하우징(H)과, 상기 하우징(H)에 우수와 오수를 유입하는 유입관(I)과, 상기 하우징(H) 내에 유입된 우수와 오수를 차집관(미도시)으로 배출하는 유출관(0)과, 하천으로 배출하는 배출관(D), 및 상기 하우징(H) 내에 가로방향으로 설치된 위어(weir,W)를 포함한다.

상기 유출관(O)의 입구부에는 상하로 승강되어 유출관(O)의 단면적을 조절하는 수문(G)이 설치되어(도2(b)참조), 강우시에 상기 유출관(O)으로 배출되는 유량을 위에서 설명한 일정한 유량이 되도록 조정하는 기능을 수행한다.

상기와 같은 종래의 우수토실의 작동을 설명한다.

보슬비가 내리거나 강우초기에는 유입되는 유량이 적으므로, 유입된 전체 우수와 오수는 유출관(O)를 통하여 차집관(미도시)으로 보내져, 하수처리장(미도시)에서 정화처리된다.

그런데 강우량이 점차 증가하여 유입된 우수와 오수가 상기 위어(W)를 넘치는 경우에, 월류수(combined sewer overflows)는 배출관(D)를 통하여 하천에 방류되는 한편, 상기 유출관(O)을 통하여 3Q 이하의 유량의 우수와 오수가 배출되게 되는데, 이때 월류수에 포함된 고형물(grit)은 위어(W)의 아래쪽에 쌓이게 된다. 여기에서 상기 수문(G)의 높낮이를 조절하여 3Q 이하의 유량이 배출되도록 유출관(O)의 단면적을 조절하게 된다.

이 경우에, 유출관(O)의 단면적을 조절하기 위하여, 수문(G)의 위치조정이 적절하지 못한 경우에는 3Q 보다 많은 과도한 유량이 차집관으로 배출되어 하수처리장의 과부하를 초래하는 경우가 발생할 수 있었다. 또한, 강우량에 따라 수문(G)의 위치를 조절하여야 하므로 인력이나 전기, 계장 시스템이 필요하게 되고, 수문(G)의 작동을 위해 필요한 구동부는 장시간 사용시 고장날 위험이 있었다.

또한, 상기 월류수에 포함된 기름 등의 부유물은 우수토실에서 걸러지지 않고 그대로 하천에 방류되므로 하천의 오염을 초래할 위험이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수문과 같은 구동부가 없어서 고장의 위험이 없고, 유출되는 유량을 요망하는 유량 이하로 볼텍스밸브의 수리특성곡선에 따라 자동으로 정확하게 제어하며, 월류수에 포함된 오일과 부유물이 하천으로 방류되는 것을 방지하는 구조의 우수토실을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은, 우수토실이 설치된 것을 도시한 모식도이다.

도2(a)는 종래의 우수토실의 평면도이고, 도2(b)는 도2(a)의 A방향에서 바라본 측면도이다.

도3(a)는 본 발명에 따른 우수토실의 실시예의 평면도이고, 도3(b)는 도3(a)의 A-A 단면도이고, 도3(c)는 도3(a)의 B-B 단면도이다.

도4는, 본 발명에 따른 우수토실의 작동을 나타내는 측면도이다.

도5는, 본 발명에 따른 우수토실에 설치되는 볼텍스밸브의 예이다.

도6은, 볼텍스밸브의 작동을 나타내는 작동도이다.

도7은, 볼텍스밸브의 수리학적 특성을 나타내는 수리특성곡선이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

I... 유입관, 0... 유출관,

D... 배출관, H... 하우징,

G... 수문, W... 위어(weir),

B... 오일배플(oil baffle), V... 볼텍스밸브(vortex valve),

M... 거름망.

본 발명에 따른 개량형 우수토실은,

하우징과; 상기 하우징 내에 우수와 오수를 유입하는 하나 이상의 유입관과; 상기 하우징 내의 우수와 오수를 차집관으로 배출하는 유출관과; 상기 하우징 내의 우수와 오수를 하천으로 배출하는 배출관; 및 상기 하우징 내에 설치된 위어를 포함하는데,

상기 유출관의 입구부에는 볼텍스밸브(vortex valve)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징의 상부에는 오일배플(oil baffle)이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일배플은, 그 하단부가 상기 위어의 상단부보다 낮은 지점에 위치하며, 그 상단부는 하우징의 상면으로부터 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배출관의 입구부에는, 거름망이 추가적으로 설치되는데, 상기 거름망의 폭은, 상기 위어의 폭과 동일한 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 개량형 우수토실의 실시예를 상세하게 설명한다.

도3(a)는 본 발명에 따른 개량형 우수토실의 실시예의 평면도이고, 도3(b)는 도3(a)의 A-A 단면도이고, 도3(c)는 도3(a)의 B-B 단면도이다.

도3(a)에 도시한 바와 같이, 본 실시예는 하우징(H)과, 상기 하우징(H)에 우수와 오수를 유입하는 유입관(I)과, 상기 하우징(H) 내의 우수와 오수를 하천으로 배출하는 배출관(D)와, 상기 상기 하우징(H) 내의 우수와 오수를 차집관(미도시)으로 배출하는 유출관(O)을 포함한다.

상기 하우징(H)은, 유입된 우수와 오수를 일시적으로 저장하는 기능을 수행하는데, 도시한 바와 같이 사각형 하우징 뿐만 아니라 원형 하우징 등 그 형상은 다양하게 설계할 수 있다.

상기 하우징의 저면에는 위어(W)가 배출관(D)의 입구부를 가로막도록 가로방향으로 설치된다. 상기 위어(W)는 유입된 우수와 오수 중의 오일과 부유물이 하천에 배출되는 것을 방지하며, 후술하는 볼텍스밸브(V)와 함께 배출되는 유량을 조절하는 기능을 수행한다.

또한, 도4(a)에 도시한 바와 같이, 본 개량형 우수토실에의 배출관(D)의 입구부에는 거름망(M)이 추가적으로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 거름망(W)은 메시(mesh)가 형성된 부재로 배출관(O)을 통해 하천에 방류되는 월류수 중의 이물질을 거르는 기능을 수행한다. 상기 거름망(M)의 폭은 위어(W)의 폭과 동일하게 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 위어(W)를 통과한 전체의 월류수가 거름망(M)을 통과하여 이물질이 걸러지도록 하기 위함이다. 상기 거름망(M)은, 도시한 바와 같이, 1개로 형성될 수도 있으며, 유지관리를 고려하여 1개 이상으로 분할되도록 형성하여도 무방하다.

상기 유입관(I)은, 도면에서는 2개로 도시하였지만, 설계조건에 따라서는 1개나 2개 이상으로 설치하더라도 무방하다.

상기 유출관(O)의 입구부에는, 도시한 바와 같이, 볼텍스밸브(vortex valve,V)가 설치되어 배출되는 유량을 조절하는 기능을 수행하게 된다.

상기 볼텍스밸브(V)는 다양한 형상으로 설계될 수 있는데, 그 중 주요 형상을 도5에 도시하였다,

볼텍스밸브(V)의 작동을 도6 및 도7을 참조하여 설명한다. 도6은 볼텍스밸브(V)의 작동을 나타내는 작동도이고, 도7은 볼텍스밸브(V)의 수리학적 특성을 나타내는 수리특성곡선이다.

하우징에 유입된 우수와 오수는 볼텍스밸브(V)의 유입구를 통하여 볼텍스챔버의 내부로 유입되어 유출구를 통하여 유출관(O)으로 배출된다.

도6(a)에 도시한 바와 같이, 유입되는 유량에 의해 우수토실의 수위가 일정수위를 초과하지 않는 경우, 볼텍스는 발생하지 않으며, 유입구로 유입되는 유량과 유출구로 배출되는 유량은 동일하다.

그런데, 유입되는 유량이 증가함에따라 수위가 증가하여 유체의 압력도 증가하게 되고, 유입되는 유체는 볼텍스챔버에 접선방향으로 유입되므로, 유입되는 유체는 볼텍스챔버의 내부에서 원운동을 하는 볼텍스가 발생하기 시작한다.

이때, 유입되는 유량이 더욱 증가하여 임계값을 넘어서면, 도6(b)에 도시한 바와 같이 볼텍스가 형성되며, 상기 형성된 볼텍스의 중심에는 원심력의 작용으로 공기기둥(air core)이 형성된다. 상기 공기기둥은 유출구의 단면적을 줄이므로(도6(c)참조), 유출되는 유체는 유출구에 꽉차서 배출되는 것이 아니라,상기 공기기둥이 차지하는 단면적만큼 제한되어서 배출되므로, 유출 유량은 제어되는 것이다. 즉, 도7에 도시한 바와 같이, 볼텍스밸브(V)의 수리학적 특성은 유입되는 유량이 증가하여 수심(H)이 임계값을 초과하게 되면, 볼텍스밸브(V)를 통과하는 유출유량은, 수직점선으로 도시한 바와 같이 거의 일정하게 유지되므로 볼텍스밸브(V)가 유출유량을 제어하게 되는 것이다.

이러한 볼텍스밸브(V)의 작동에 의하여 강우량이 많은 경우에도 유출관(O)으로 배출되는 유량을 일정하게 유지할 수 있게 되어 하수처리장에 과부하가 걸리는 것이 방지되고, 구동부와 인력의 필요없이 자동적으로 작동하므로 고장의 염려가 없으며 노동력이나 전기료가 절감된다.

상기 하우징(H)의 상부에는 우수와 오수 중에 함유된 기름등의 부유물이 유출되는 것을 차단하는 오일배플(oil baffle,B)이 설치되어 있는데, 상기 오일배플(B)의 상단부는, 도3(c)에 도시한 바와 같이 하우징(H)의 천정부와 일정한 간격만큼 이격되도록 설치되어, 하우징(H)으로 유입되는 유량이 과도하거나 유출통로가 막힌 경우에 유입된 우수와 오수가 상기 간격을 통하여 유출되도록 하여 우수토실이 폐색되는 것을 방지한다.

또한, 상기 오일배플(B)의 하단부는 상기 위어(W)의 상단부의 높이보다 낮게 위치되도록 설치되는 것이 바람직하다(도3(b), 도3(c) 참조). 그 이유는 유입된 우수와 오수는 오일배플(B)과 하우징(H) 사이의 공간에 일시적으로 저장되고, 상기 우수와 오수 중의 부유물은 수면에 떠오르게 되는데, 상기 오일배플(B)의 하단부가 위어(W)의 상단부보다 낮게 위치됨으로써 부유물이 배출관(D)으로 유출되는 것이차단되기 때문이다(도4참조).

이하에는 상기 실시예의 작동을 도4를 참조하여 설명한다.

강우량이 적은 경우에는 하우징(H)으로 유입되는 전체 유량은 유출관(O)을 통해 하수처리장(미도시)으로 배출된다.

강우량이 점차 증가하게 되면 유입되는 우수와 오수의 압력으로 볼텍스밸브(V) 내부에 볼텍스가 발생하게 되고, 유입유량이 소정의 값을 넘어서게 되면 볼텍스가 형성되어 일정한 유량만을 유출관(O)으로 배출하게 된다.

이 때, 나머지 유량은 상기 오일배플(B)과 위어(W) 사이의 공간을 통하여 배출관(D)으로 배출되며, 침전되는 고형물은 유출관(O)을 통하여 하수처리장으로 보내지고, 부유물은 상기 오일배플(B)에 의해 배출되는 것이 차단되게 된다.

본 발명에 따른 개량형 우수토실은, 수문과 같은 구동부가 없어서 고장의 위험이 없고, 유출되는 유량을 요망하는 유량 이하로 볼텍스밸브의 수리특성곡선에 따라 자동으로 정확하게 제어하며, 월류수에 포함된 오일과 부유물이 하천으로 배출되는 것을 방지하는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 하우징(H)과; 상기 하우징(H) 내에 우수와 오수를 유입하는 하나 이상의 유입관(I)과; 상기 하우징(H) 내의 우수와 오수를 차집관으로 배출하는 유출관(O)과; 상기 하우징(H) 내의 우수와 오수를 하천으로 배출하는 배출관(D); 및 상기 하우징(H) 내에 설치된 위어(W)를 포함하는 개량형 우수토실에 있어서,

   상기 유출관(O)의 입구부에는 볼텍스밸브(vortex valve,V))가 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 우수토실.
2. 제1항에 잇어서,

   상기 하우징(H)의 상부에는 오일배플(oil baffle,B)이 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 우수토실.
3. 제2항에 있어서,

   상기 오일배플(B)은, 그 하단부가 상기 위어(W)의 상단부보다 낮은 지점에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 우수토실.
4. 제2항에 있어서,

   상기 오일배플(B)은, 그 상단부가 하우징(H)의 상면으로부터 이격되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 우수토실.
5. 제1항에 있어서,

   상기 배출관(D)의 입구부에는, 거름망(M)이 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 우수토실.
6. 제5항에 있어서,

   상기 거름망(M)의 전체 폭은, 상기 위어(W)의 폭과 동일하고, 상기 거름망(M)은 1개 이상으로 분할되어 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 우수토실.