KR200450997Y1 - 장애물 양쪽의 수위 차를 이용한 대용량 액체의 이송장치 - Google Patents

Abstract

장애물 양쪽의 수위 차(낙차)를 이용한 대용량 액체의 이송장치로서, 사이펀 형식 액체이송관(1)의 위쪽 액체저장부(A)의 수중에 위치하는 흡입구(1a)에 대해 펌프 상하이동장치(3)에 의해 상하로 승강할 수 있도록 구성된 액체이송펌프(2)를 구비한다. 액체이송관(1)을 통해 액체(W)의 이송을 시작하려면, 액체이송펌프(2)를 상승시켜 상기 흡입구(1a)에 접속되도록 하고서 구동하도록 한다. 액체(W)가 액체 이송관(1)을 채워 액체이송관(1)의 내부가 진공상태로 되면, 액체(W)의 연속적인 이송상태가 이루지는 한편, 연속적인 이송상태가 이루어지면 액체이송펌프(2)를 아래로 내려 하강위치(2')에 위치하도록 함과 더불어, 액체이송펌프(2)의 구동을 정지시킨다.

Description

장애물 양쪽의 수위 차를 이용한 대용량 액체의 이송장치{Apparatus for carrying mass liquid by the difference in elevation between two obstacles}

본 고안은, 장애물 양쪽의 수위 차(낙차)를 이용한 대용량 액체(용수)의 이송장치에 관한 것으로, 특히 저수지의 제방이나 강의 둑과 같이, 중간에 위쪽 액체저장부의 수면보다 높은 장애물이 존재할 때, 사이펀 원리를 이용해서 쉽게 대용량의 액체를 이송할 수 있도록 한 장치에서, 액체이송관의 내부를 쉽게 진공상태로 만들어 사이펀 관의 통수(通水)가 이루어지도록 하는 장치에 관한 것이다.

종래에는, 규모가 작은 댐이나 수량이 경사도가 크지 않은 강의 보(洑)를 이용한 소수력발전소(小水力發電所) 등에서는, 댐이나 보의 제방 내를 관통하는 통수관이나 또는 우회하는 터널과 같은 통수로를 만들어 이를 통해 통수가 이루어지도록 함으로써, 양쪽 액체의 낙차에 의한 대용량의 액체의 이송으로 소수력발전을 하거나 농용수로 이용하고 있다.

그러나, 이러한 통수로는 대체로 지하에 매설되는 콘크리트 구조물로 되어 있어서, 시일이 예컨대 10년 이상이 지나면 콘크리트의 부식 등으로 말미암아 이를 보수하는 데에 많은 시간과 비용이 소요되고, 또 콘크리트의 부식을 방지하기 위해 구조물 내를 특수한 소재(예컨대 스테인리스 스틸 관 등)로 보강을 하게 되는 경우에는 설치비용에서 많은 부담이 있게 된다.

또, 이와 같은 단점을 해소하기 위해, 종래에도 이른바 사이펀 원리를 이용해서 액체를 이송하도록 하고 있기도 하다. 특히 사이펀 형식의 액체이송관을 소수력발전설비에 이용하는 경우에는, 발전설비를 시동할 때에, 발전용 수차를 흡입펌프로 작동시켜 진공펌프의 역할을 하도록 해서, 위쪽 액체저정부의 액체를 사이펀 형식 액체이송관 내부로 흡입하여 액체이송관 내부 전체가 진공상태가 되도록 함으로써, 위쪽 액체저장부에 해당하는 저수지나 보 등에 저류되어 있는 용수(用水)가 사이펀 원리에 따라 계속 끌어 올려져 액체이송관을 통해 하부 쪽으로 이송되어 발전용수나 농용수로 이용하도록 하고 있다.

그러나, 이러한 발전용 수차를 이용해서 액체이송관이 진공상태를 이루도록 하는 방법에서는, 발전용 수차를 진공펌프의 용도로 사용하게 됨으로써, 발전의 시작에 이르기까지 많은 동력이 필요할 뿐만 아니라, 발전기 자체의 설계도 복잡해져, 제작에 비용이 많이 들게 된다고 하는 등의 문제가 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 고안한 것으로, 특히 소수력발전소 등에서 이용되는 경우, 중간에 장애물이 존재하고 있는 곳의 양쪽 수위 차를 이용한 대용량 액체의 이송에서 문제로 되고 있던 것을, 사이펀 형식의 액체이송관의 흡입부에, 상하로 위치가 이동해서 착탈될 수 있는 수중펌프를 설치한 구조로 되어 있다. 한편, 액체이송관의 상단부에는 외기의 출입을 차단 또는 개방할 수 있는 개폐밸브를 가진 진공상태 해제용 관을 구비하게 된다.

즉, 위쪽 액체저장부의 수중에 설치된 수중펌프를 사이펀 액체이송관 흡입구에 접속시킨 상태에서 수중펌프를 구동시켜(이 경우 상기 진공해제용 관의 개폐밸브는 닫혀 있음) 액체이송 내부가 물로 채워져 통수되도록 함으로써, 사이펀 형식 액체이송관 내부가 액체로 채워져 통수가 되므로 말미암아 진공상태를 이루어, 수위가 높은 쪽의 액체가 낮은 쪽의 수면 내로 이어지면 액체의 연속적인 이송(통수)이 이루어지게 된다. 이렇게 액체의 이송이 이루어지게 된 후에는, 흡입구에 접속된 수중펌프를 액체이송관의 흡입구로부터 아래로 하강시키고 나서, 펌프의 구동을 정지시키더라도 액체의 이송이 계속되는 간단한 구조로 되어 있다. 한편, 액체의 이송을 중단시키기 위해서는, 상기 액체이송관의 상단부에 설치된 진공상태 해제용 관에 갖춰진 개폐밸브를 개방시켜 외기가 액체이송관 내로 침입하도록 하면, 액체 이송관 내의 진공상태가 해제되어 액체의 이송이 중단되게 된다.

본 고안에 따른 장애물 양쪽의 수위 차를 이용한 대용량 액체의 이송장치는, 이상과 같이 간단한 구조를 가지고서도 종래의 장치에 비해 효율적인 대용량의 액체를 이송할 수 있게 됨으로써, 설치의 간략화와 시동시의 간편성을 확보할 수 있는 이점이 있게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.

본 고안은, 예컨대 저수지나 강에 설치된 보에 의해 저장된 상대적으로 수위가 높은 위쪽의 액체저장부(A)의 저장된 액체(W)를, 저수지나 강을 막고 있는 제방이나 바위와 같은 장애물(G)을 넘어 액체이송관(1)을 통해 상대적으로 수위가 낮은 아래쪽의 액체저장부(B) 위치로

이송하는 장치로서, 이 액체 이송장치는 기본적으로 낙차(h)를 가진 양쪽의 액체(W)를 사이펀 식으로 이송하는 장치이다.

사이펀 형식으로 액체를 이송함에 있어서는, 기본적으로 액체이송관(1)의 내부에 공기가 유입되어 있거나 유입되지 않아야 하는바, 그러기 위해서는 액체이송관(1)의 내부를 진공상태가 되도록 해야 할 수단이 필요하게 된다.

이에 대해 본 고안에서는, 상기 종래의 예와는 달리, 사이펀 형식 액체이송관(1)의 흡입구(1a)가 위치하는 수중에 액체반송펌프(2)를 설치하되, 이 액체반송펌프(2)가 액체이송관(1)의 흡입구(1a)에 대해 상하로 이동해서 접속 및 이탈할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 도 1에 도시되어 있듯이, 액체반송펌프(2)를 다음에 설명되는 펌프 상하이송장치(3)를 이용해서 위쪽으로 상승시켜 액체이송관(1)의 흡입구(1a)에 접속되도록 한 상태에서 액체반송펌프(2)를 구동시키면, 액체(W)가 액체이송관(1)의 내부로 밀어 올려져, 낙차(h)를 가진 양쪽 액체저장부(A, B)의 수중에 각각 위치한 액체이송관(1)의 흡입구(1a) 및 배출구(1b) 사이가 모두 액체(W)로 채워져 양쪽 액체저장부(A, B)의 액체가 연결되게 된다. 이에 따라 액체이송관(1)의 내부가 공기가 없는 진공상태를 유지하게 됨으로써, 위쪽 액체저장부(A) 쪽의 액체가 아래쪽 액체저장부(B) 쪽으로 연속해서 이송되는 통수상태를 이루게 된다. 이렇게 해서 일단 통수상태가 이루어지고 나면, 도 2에 도시된 것과 같이, 펌프 상하이동장치(3)를 이용해서 액체반송펌프(2)를 아래로 하강시켜 액체이소완(1)의 흡입구(1a)에서 이탈하도록 하는바, 이렇게 액체반송펌프(2)가 하강한 후에도 액체이송관(1)의 흡입구(1a)로는 사이펀 작용에 의해 액체(W)의 흡입이 계속되게 된다. 이와 같이 일단 통수상태가 이루어지고 난 후에는, 액체반송펌프(2)의 구동을 중지시키더라도, 도 2에 도시된 것과 같이, 사이펀 작용으로 흡입구(1a)를 통해 계속 액체(W)가 흡입되어 액체이송관(1)을 통한 통수상태가 유지될 수 있게 된다.
여기서, 상기 액체반송펌프(2)를 액체이송관(1)의 흡입구(1a)로부터 하강시켜 이탈하도록 하기 위해서는, 도 2에 도시된 것과 같이, 액체이송관(1)의 외주에 수직방향으로 설치되어 액체반송펌프(2)를 상하로 이동시키는 펌프 상하이동장치(3)를 이용하게 되는바, 이는 액체(W)가 일단 액체이송관(1)을 통한 통수상태로 되면, 펌프 상하이동장치(3)를 이용해서 액체반송펌프(2)가 수중에서 액체이송관(1)의 흡입구(1a)로부터 하강하도록 조작하게 된다.

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상기 액체반송펌프(2)를 상기 액체이송관(1)의 흡입구(1a)에 대해 착탈되도록 상하로 이동시키는 펌프 상하이동장치(3)로는, 종래에 저수지나 수로에서 수문을 상하로 이동시켜 개폐하는 수문개폐장치에 널리 쓰이고 있는 공지된 상하이동수단을 채용하게 된다. 그 일례로는 도 1 ~ 도 3에 참조번호 3으로 지시된 부분으로서 도 1에 점선으로 나타낸 부분을 분해 및 확대해서 도시한 도 4 및 도 5에서 볼 수 있듯이, 액체이송관(1)의 외주면에 고정된 프레임(3c)에 상하 직선상으로만 이동할 수 있게 설치되고서 그 하단부에 액체반송펌프(2)가 고정되게 결합되어 설치되는 한편 그 일면에는 기어형 요철부(3d)가 형성된 수직이동부재(3a)와, 이 수직이동부재(3a)를 상하로 이동시키기 위해 상기 기어형 요철부(3d)에 물려져 작용하는 기어(6a)가 형성된 축부를 가진 핸들(6)로 구성되어 있다. 참조부호 3b는, 상기 핸들(6)이 상기 프레임(3c)에 회전할 수 있게 설치되도록 하기 위한 회전중심용 축이다. 이러한 구성에 의해, 통수가 중단된 상태인 도 3에 도시된 상태에서 핸들(6)을 한쪽 방향으로 회전시키면, 이 핸들(6)의 회전축부에 형성된 기어 날(6a)이 상기 수직이동부재(3a)의 측면에 형성된 기어형 요철부(3d)에 작용하여 수직이동부재(3a)를 위쪽으로 밀어 올리게 된다. 그렇게 되면, 수직이동부재(3a)의 하단부에 일체로 결합되어 설치된 액체반송펌프(2)가 수직이동부재(3a)의 상승에 따라 함께 상승하여 액체이송관(1)의 흡입구(1a)에 닿아 접속이 이루어지게 된다. 이러한 상태에서 액체반송펌프(2)를 구동시키면 액체(W)가 액체이송관을 통해 밀어 올려져 액체이송관(1)의 내부를 진공상태가 되도록 하면서 반송되어 통수상태로 된다(도 1). 물론, 액체이송관(1)의 흡입구(1a)와 액체반송펌프(2)의 접속은, 양자 사이의 접속부인 가장자리로부터는 액체가 유입되지 않도록 구성한다. 이렇게 일단 액체이송관(1)을 통해 통수가 이루어지진 상태가 되면, 핸들(6)을 반대쪽으로 회전시켜, 상기와는 반대로 수직이동부재(3a)가 하강하도록 해서, 액체반송펌프(2)가 액체이송관(1)의 흡입구(1a)로부터 이탈시켜 수직이동부재(3a)와 함께 하강하도록 한다(도 2). 이렇게 액체반송펌프(2)가 액체이송관(1)의 흡입구에서 이탈해서 하강하더라도, 액체이송관(1)의 내부는 액체가 채워진 진공상태가 유지되게 됨으로써, 사이펀 작용에 의해 액체이송관(1)을 통한 통수상태가 계속 이루어지게 된다. 여기서, 상기 상하이동장치(3)를 구성하는 수직이동부재(3a)가 고정되는 액체이송관(1)의 일부와, 기어형 요철부(6a)가 형성된 축부를 가진 핸들(6) 등은, 모두 취수탑과 같은 별도의 시설 내에서 설치 프레임(도시되지 않음)에 지지되는 상태로 설치된다.

그 외에, 상기 펌프 상하이동장치(3)로는, 수직이동부재(3a)에 형성되는 기어형 요철부를 수평에 대해 약간 경사지게 형성되고서, 이 수직이동부재(3a)의 기어형 요철부를 모터의 회전축에 설치되어 회전하게 되는 원반체의 가장자리에 형성된 나선형상의 기어 날에 물려지도록 구성되어, 모터의 회전력이 수직이동부재(3a)의 상하이동으로 변환되어 수직이동부재(3a)의 이동에 따라 액체반송펌프(2)가 상하로 이동할 수 있도록 구성하여도 좋다. 이와 같이 모터의 동력을 이용하는 경우에는, 복수의 기어로 구성되어 모터의 1방향 회전을 원반형 회전체의 정역방향 회전의 전환 및 감속 등을 위한 기어박스가 갖춰진 모터를 사용하게 된다. 또는 수직이동부재(3a)와 프레임(3c) 사이에 유압실린더를 설치해서 수직이동부재(3a)를 상하로 이동시키도록 구성하여도 좋은바, 이상과 같은 상하이동장치는 모두 여러 분야에서 널리 쓰이고 있는 공지의 구동수단이기도 하다.

한편, 액체이송관(1)을 통해 액체(W)가 통수되는 것을 중단시키기 위한 수단으로서, 액체이송관(1)의 상단부 적당한 위치에 개폐밸브(5)를 가진 진공상태 해제용 관(4)이 설치되어 있다. 액체이송관(1) 내부로 통수가 이루어지고 있는 상태에서 개폐밸브(5)를 개방하면, 도 3에 도시된 것과 같이, 진공상태 해제용 관(4)을 통해 액체이송관(1) 내로 외부의 공기가 유입되어 액체이송관(1)의 내부의 진공상태가 해제됨으로써, 액체이송관(1)의 사이펀 형식 액체의 이송이 중단되게 된다.

이렇게 진공상태가 해제되어 액체의 이송이 중단된 도 3의 상태로부터, 다시 액체이송관(1)을 통해 액체를 이송하려면, 액체이송관(1)의 흡입구(1a)로부터 이탈해서 아래로 하강해서 하강위치(2')에 있는 액체반송펌프(2)를 펌프 상하이동장치(3)를 이용해서 상승시켜 액체이송관(1)의 흡입구(1a)에 접속되도록 함과 더불어, 진공상태 해제용 관(4)의 개폐밸브(5)를 잠근 다음, 액체반송펌프(2)를 구동시키면, 액체반송펌프(2)에 의해 액체(W)가 위로 밀어 올려져 낙차(h)를 가진 액체이송관(1)의 배출구(1b)와 수중에서 액체 흐름이 연결되어, 액체이송관(1) 내부가 진공상태를 이룸으로써, 이른바 사이펀 형식의 액체이송이 이루어져 도 1의 상태로 되고, 이 상태로 되고 나면 핸들(6)을 회전조작해서 도 2의 상태가 되도록 한다.

도 1은, 액체반송펌프가 액체이송관의 흡입구에 접속된 상태에서 구동되어 통수가 이루어지고 있는 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1의 상태로부터 액체이송관의 흡입구로부터 액체반송펌프를 이탈시킨 후 액체반송펌프의 구동을 정지시켜도 계속 통수가 이루어지고 있는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2의 통수가 이루어지고 있는 상태에서 진공관 해제용 관에 설치된 개폐밸브를 열어 액체이송관의 통수를 중단시킨 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는, 펌프 상하이동장치의 수직이동부재의 일면에 기어형 요철부가 형성된 것을 확대해서 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 4에 도시된 수직이동부재의 기어형 요철부에 핸들의 회전력이 핸들의 축부에 형성된 기어를 매개로 작용해서 수직이동부재가 상하로 이동하는 관계를 나타낸 도면이다.

Claims (2)

1. 상대적으로 수위 차(h)를 가지면서 양자 사이에 강둑이나 바위와 같은 장애물(G)이 위치하는 지형의 위쪽 액체저장부(A)의 액체를 아래쪽 액체저장부(B)로 이송하기 위한, 장애물 양쪽의 수위 차를 이용한 대용량 액체의 이송장치에 있어서,

   위쪽 액체저장부(A) 및 아래쪽 액체저장부(B)의 수중에 각각 위치하는 흡입구(1a) 및 배출구(1b)를 가진 사이펀 형식의 액체이송관(1)과,

   상기 액체이송관(1)의 흡입구(1a)에 대해 접속 및 이탈할 수 있게 설치되고서, 접속시에 상기 액체이송관(1)의 흡입구(1)를 통해 위쪽 액체저장부(A)의 액체를 밀어 올려 액체이송관(1)의 배출구(1b)까지 액체이송관(1) 내부가 채워지도록 해서 아래쪽 액체저장부(B)로 액체를 공급하는 액체반송펌프(2)와,

   상기 액체이송관(1)의 흡입 측 부분의 외주에 고정되게 설치된 프레임(3c)을 매개로 수직방향으로 배치되고서 그의 일면에는 기어형 요철부(3d)가 형성되는 한편 그 하단부에서 상기 액체반송펌프(2)를 고정되게 지지하는 수직이동부재(3a)와, 상기 수직이동부재(3a)의 일면에 형성된 기어형 요철부(3d)에 그의 축부에 형성된 기어 날(6a)이 물려져 작용하도록 구성된 핸들(6)로 이루어진 펌프 상하이동장치(3)와,

   상기 액체이송관(1)의 상단부에 설치되어, 액체이송관(1) 내로 외기가 유입되는 것을 개폐하는 개폐밸브(5)를 구비한 진공상태 해제용 관(4)을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는, 장애물 양쪽의 수위 차를 이용한 대용량 액체의 이송장치.
2. 삭제

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