KR20050007256A - 배수수조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수장과 연결되어 물이 공급저장되는 배수지에 관련되는 것으로서, 유출관을 통한 물의 배수압을 적당한 수준으로 감압 및 유지할 수 있도록 하여 누설이나 관련장비의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 배수수조에 관한 것이며, 이를 위해 유입관을 통해 물이 공급되고 배수를 위한 유출관이 구비되며, 유입관과 유출관에는 유량계가 설치되며 수위계를 갖추고 있는 주수조(10)와; 상기 주수조의 내부에 형성되고 격벽에 의해 주수조와 분리되며 유출관과 연결되는 보조수조(20)와; 상기 보조수조의 일측에 형성되어 개폐가 이루어지는 밸브(26)와; 상기 보조수조 내부에 위치되어 보조수조의 수위를 감지하는 보조수위계(23);로 구성되어 상기 보조수조의 수위를 규제하여 보조수조의 수압으로 물이 유출관으로 배수됨을 기술적 요지로 하는 배수수조에 관한 것이며 또한 상기 보조수조가 주수조의 외부에 형성되는 것임을 특징으로 하는 배수수조에 관한 것이기도 하다.

Description

배수수조{drainage water tank}

본 발명은 고지에 설치되어 물이 공급저장되며 저지로 물을 배수하는 배수지에 관련되는 것이며, 특히 유출관을 통해 배수되는 물의 수압을 적당히 감압 유지할 수 있도록 하여 배수시에 발생되는 누설등의 문제점을 해결할 수 있는 배수수조에 관한 것이다.

종래에는 배수지에서 유출되는 물의 수압을 제어하는 방법이 없어서 배수지의 수위에 따라 급수지역으로 공급되는 수압이 변하여 공급수압의 변동이 크고 과다한 수압으로 공급되는 경우가 많았다.

이와 같이 배수되는 물의 수압이 높으면 배관망에 작용하는 충격이 증가하여 배관망에서의 누수발생이 많아지고 누수가 발생되어 있는 배관에서는 누수량이 증가하여 유수율이 낮아지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점이 있었으나 현재까지는 배수지 수위조절을 통해 배수시의 수압이 조절되도록 하고 있다. 하지만, 배수지 수위조절방법은 적정수량 확보 및 펌프유지관리상(펌프운전횟수 증가)의 문제점이 있고 그 효과가 제한적이며, 배수지의 최저수위를 낮출 경우에는 비상시 안정적인 급수를 위한 배수지 본래 기능을 달성할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같은 배수지 수위조절방법을 적용하므로 정수사업소와 수도사업소 사이의 업무상 갈등을 야기하게 되는 폐단도 있었다. 즉, 정수장에서는 전력비 절감을 위해 야간시간에 배수지로의 송수량을 증가시키려 노력하나 수도사업소측의 입장에서는 심야시간대의 배수지 수위가 높게되어 누수량이 증가되므로 가능한 배수지 수위를 낮게 유지하기를 원하게 되는 쌍방의 이해관계가 상충되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 배수지 내의 주수조의 수위와 관계없이 주수조에는 최고수위까지 항상 저장할 수 있도록 하며, 별도의 보조수조를 설치하여 보조수조내의 수위를 제어하므로서 유출관을 통한 배수시 배수압을 적절히 제어할 수 있도록 하는 배수수조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 - 본 발명의 일 실시예에 따른 배수수조의 형태를 보여주는 개략적인 단면도.

도 2 - 유량제어장치에 의한 배수수조내의 수위조절이 이루어지는 블록선도.

도 3 - 수압감소에 의한 누수량 감소를 이해하는데 도움을 주는 설명도.

도 4 - 또 다른 형태의 본 발명에 따른 배수수조의 실시예를 보여주는 단면도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

10 : 주수조　 12 : 유입관

13 : 수위계 14 : 유량계

15 : 유출관 20 : 보조수조

23 : 보조수위계 25 : 격벽

26 : 밸브 30 : 밸브개폐조절장치

40 : 유량제어장치

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 유입관을 통해 물이 공급되고 배수를 위한 유출관이 구비되며, 유입관과 유출관에는 유량계가 설치되며 수위계를 갖추고 있는 주수조와; 상기 주수조의 내부에 형성되고 격벽에 의해 주수조와 분리되며 유출관과 연결되는 보조수조와; 상기 보조수조의 일측에 형성되어 개폐가 이루어지는 밸브와; 상기 보조수조 내부에 위치되어 보조수조의 수위를 감지하는 보조수위계;로 구성되어 상기 보조수조의 수위를 규제하여 보조수조의 수압으로 물이 유출관으로 배수됨을 기술적 요지로 하는 배수수조에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 유입관을 통해 물이 공급되고 상기 유입관에는 유량계가 설치되고 수위계를 갖추고 있는 주수조와; 상기 주수조의 외측면에 형성되어 유량계가 구비되는 유출관과 연결되는 보조수조와; 상기 주수조와 보조수조의 경계벽에 설치되어 개폐가 이루어지는 밸브와; 상기 보조수조 내부에 위치되어 보조수조의 수위를 감지하는 보조수위계;로 구성되어 상기 보조수조의 수위를 규제하여 보조수조의 수압으로 물이 유출관으로 배수됨을 요지로 하는 배수수조에 관한 것이다.

그리고 상기 배수수조는 유량계, 수위계, 보조수위계의 데이타를 받아 밸브를 PID 제어하여 상기 보조수조의 수위를 일정수준으로 유지하도록 하는 유량제어장치를 구비함을 요지로 하는 배수수조에 관한 것이다.

또한, 상기 주수조는 물의 흐름을 유도하는 도류벽이 다수개 형성됨을 특징으로 하는 배수수조에 관한 것이다.

본 발명의 배수수조는 통상의 주수조 내부 혹은 외부에 별도의 분리된 보조수조를 두고 상기 보조수조 내의 수위를 조정하므로 주수조의 수위변화에 상관없이 항상 일정한 수압이 작용되어 유출관으로 배수될 수 있음을 특징으로 하는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상기 배수수조에 대해 상세히 설명한다.

첨부되는 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배수수조의 형태를 보여주는 개략적인 단면도에 해당된다.

사각형 형태의 콘크리트 구조물로 제작되며 내부는 물을 담수할 수 있도록 빈 공간부가 형성되고 다수개의 도류벽(11)이 갖추어진다. 이와 같은 주수조(10)의 내부 일측에 보조수조(20)가 구비된다. 상기 주수조(10)는 본 예와 같이 콘크리트 구조물로 제작될 수 있지만 이 외에도 플라스틱등과 같은 재질로 제작이 가능하다.

그리고 상기 도류벽(11)은 주수조(10)로 유입된 물의 흐름을 유도하는 기능을 하며 도시된 바와 같이 물이 지그재그 방향으로 흐를수 있도록 하기위해 엇갈리도록 배치토록 한다. 이렇게 함으로서 특정부위의 물이 잘 흐르지 않게되는 문제점을 해결할 수 있다.

상기 보조수조(20)는 주수조(10)와는 격벽(25)에 의해 분리되어 있으며 주수조의 물이 밸브(26)를 통해 보조수조 내부로 유입되는 구조를 가진다.

보다 구체적인 구조를 보면 상기 주수조(10)의 상부에 정수장과 연결되는 배관인 유입관(12)이 연결되며 수위를 감지할 수 있는 수위계(13)가 설치되어져 있다. 그리고 상기 유입관(12)에는 주수조(10)로 유입되는 유량을 체크할 수 있는 유량계(14)가 부착되어있다.

배수지의 형태를 이루는 주수조(10)의 일측 하부에 물이 배수되는 유출관(15)이 형성되며 그 위로 보조수조(20)가 위치된다. 즉, 보조수조(20)에 의해 유출관(15)은 주수조(10)와는 완전히 분리되며 상기 유출관에는 배수되는 유량을 체크하는 유량계(14)가 역시 구비된다.

상기 보조수조(20) 내에는 수위조절을 위한 보조수위계(23)가 역시 구비되며 보조수조를 형성하는 격벽(25)의 일측에 밸브(26)가 설치된다. 상기 밸브(26)의 개폐동작에 따라 주수조(10)에 저장된 물은 필요한 양만큼 보조수조로 유입된다. 한편, 상기 밸브의 설치위치는 본 예와 같이 격벽(25)에 위치될 수도 있지만 보조수조의 한 벽을 이루는 도류벽(11)에도 설치할 수가 있다.

상기 밸브(26)의 개폐는 수조 외부에 구비되는 밸브개폐조절장치(30)에 의해 개폐가 이루어지며 이것은 전기적 신호에 따라 작동되어 상기 밸브의 개폐를 제어하게 된다.

보다 바람직하게는 상기 보조수조의 수위뿐만 아니라 주수조의 수위도 적정수준으로 유지토록 함이 적합하며, 이를 위해 배수수조 전체를 제어할 수 있는 유량제어장치(40)를 구비토록 한다.

첨부되는 도2는 유량제어장치에 의한 배수수조내의 수위조절이 이루어지는 블록선도에 해당된다.

상기 유량제어장치(40)는 유량계(14), 수위계(13), 보조수위계(23) 및 밸브제어장치(30)와 연결되며 각각으로 부터 제공되는 데이터는 유량제어장치에서 취합되어 프로그램되어 있는 내용에 따라 PID제어되며 필요 테이터는 저장된다. PID제어를 통해 보조수조에 구비되는 밸브의 개폐가 제어되어 보조수조로 유입되는 물의 양이 조절되고 상기 밸브의 개도율은 포텐셔메타를 통하여 유압제어장치로 전송되어 반복적인 PID제어가 이루어진다.

언급한 PID 제어란 자동제어 방식 가운데서 흔히 이용되는 제어방식으로 P는 Proportional(비례), I는 Integral(적분), D는 Differential(미분)을 뜻하며 이러한 3가지 조합으로 제어하는 것으로 유연한 제어가 가능하다.

즉, 단순한 ON/OFF 제어의 경우 제어 조작량이 0%와 100% 사이를 왕래하므로 조작량의 변화가 너무 크고 실제 목표값 부근에서 심한 요철을 이루는 제어가 됨에 비해 PID 제어를 하면 목표값에 대해 신속히 추종하게 되는 특성을 나타낸다.

따라서, 상기 유량제어장치에서 각종 데이타를 입력받아 보조수조 내의 수위가 목표치를 유지하도록 밸브의 개폐를 PID 제어해　유량의　변화에　신속히　반응하는　선행제어를　적용함으로서 안정적인 수압을 형성하여　유지할 수 있는 것이다.

이러한 PID 제어방법은 산업계 전반에서 널리 사용되는 공지의 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략키로 하며 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 것이다.

상기 유량제어장치에 의해 주수조의 수위도 조절되는데, 일정 수위 이하로 떨어질 경우에는 주수조의 최고수위까지 물이 채워질 수 있도록 한다. 유량제어장치에서 보내어지는 신호에 따라 펌프가 가동되며 정수장의 물이 공급된다.

본 발명에서 유량계, 수위계의 작동이나 및 각종 밸브의 제어는 공지의 기술로 달성할 수 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략토록 한다.

보조수조 내의 밸브 제어는 오전, 오후 및 심야시간으로 나누어 제어되도록 함이 좋으며 특정한 제어명령이 없는 한 상기 유량제어장치는 수위에 따라 오전, 오후, 심야시간 별로 밸브의 개도율이 바뀌게되며 이것은 보조수조의 물의 양 즉 수위에 따라 밸브가 동작되어 효율적인 제어가 이루어질 수 있다.

다음으로 또 다른 형태로서의 본 발명에 따른 배수수조에 대해 설명하기로 하며 도4를 참조토록 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에서와 같이 주수조(10), 보조수조(20)를 갖추고 있으며, 특히 여기에서는 상기 보조수조가 주수조의 외부에 위치되어 주수조와 연결된 구조를 가진다.

주수조(10)의 상측에는 유입관(12)이 형성되고 상기 유입관에는 유량계(14)가 설치되고 주수조의 내부에 수위계(13)가 구비된다. 또한 상기 주수조 내부에는 물의 흐름을 유도하기 위한 도류벽(11)이 다수개 배치되어져 있다.

도시된 것처럼, 상기 주수조(10)의 외부 우측면 하단부에 별도의 보조수조(20)가 연결된다. 상기 보조수조의 내부는 물이 채워질 수 있게 빈 공간을 이루며 수위를 감지하는 보조수위계(13)가 설치된다. 그리고 상기 주수조와 보조수조와의 경계벽（２５ａ）에 밸브(26)가 설치된다. 또한 상기 보조수조(20)의 하면에는 급수지역으로 물을 공급시키는 유출관(15)이 연결되며 상기 유출관에도 유량계(14)가 구비된다.

상기 밸브(26)는 밸브개폐제어장치(30)에 의해 개폐가 이루어지며 그 개폐정도에 따라 주수조로부터 보조수조로 유입되는 물의 량이 결정된다. 또한, 일 실시예의 경우와 같이 유량제어장치가 구비되며 이것은 주수조와 보조수조에 설치되는 유량계나 수위계등과 연결되어 PID제어를 수행하여 상기 밸브의 개폐를 적당히 조절하게 된다.

PID제어에 의한 밸브의 개폐로 보조수조의 수위는 목표치 범위를 크게 벗어나지 않으며 이로 인해 보조수조에 의해 형성되는 수압은 거의 일정하게 된다.

상술한 바와 같은 배수수조의 수위조절방법에 의하면, 다음과 같은 누수량감소 효과가 있다.

즉, 수위가 1m 감소시 수압은 0.1Kg/㎠ 감소하며 기존 배수수조에 의할 때 급수지역의 수압은 약 3.0 Kg/㎠ 이나, 본 발명의 배수수조에 의하면 급수지역의 수압은 2.7Kg/㎠ 으로 약 0.3 Kg/㎠ 의 감압효과가 있다.

첨부되는 도3은 이와 같은 수압감소에 의한 누수량 감소를 이해하는데 도움을 주는 설명도에 해당된다.

일반적으로 누수량 감소율은 다음과 같이 계산된다.

누수량 계산공식

(1) Q = cㆍa ㆍ P^0.5: 이론식

여기에서, Q 는 누수량, c는 누수공의 형상계수 등에 의한 계수, a는 누수공의 면적이고, P는 수압을 뜻한다.

(2) Q = cㆍa ㆍ P^1.15: 실험식 (1997. 일본수도협회)

(3) Q = cㆍa ㆍ P^1.18: 영국

(1)번 식에서 지수 0.5승은 누수지점의 형상이 원형임을 가정하여 구한 이론식이고, (2)번 식에서 지수 1.15승은 대부분의 누수가 관의 균열이거나 변류개폐장치의 이음부 틈에서 유출되어 주변 토사층으로 유입되는 것으로 생각하여 현장실험엣 구한 것이다. (3)번 식에서 지수 1.18승은 영국에서 구한 실험식이다.

실제 누수량과 수압과의 정확한 관계를 도출하는 것은 불가능한 실정이므로 본 예에서는 (2)번 공식을 적용하여 계산토록 한다.

(2)번 공식에 따라 수압이 3.0 Kg/㎠ 에서 2.7 Kg/㎠ 로 감소했을 때의 누수량은 11.4 % 감소한다.

누수량 감소율 계산은 아래와 같다.

따라서 누수량 감소율은,

(3.0^1.15- 2.7^1.15) / 3.0^1.15= (3.537 - 3.134) / 3.537 = 11.4% 가 된다.

아울러 유수율 증가는, 유수율이 80% 누수량이 공급량의 15% 평균수압이 3.0 Kg/㎠인 지역의 수압을 2.7 Kg/㎠ 으로 낮출 경우 유수율은 1.4% 증가한다.

유수율 증가율 계산식은 다음과 같다.

유수율 = 유수량(요금수입량) / 공급량 * 100(%)

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배수수조에 의하면 종래의 달리 많은 장점과 효과가 있다.

첫째, 급수지역으로 향하는 배관에 수압이 감소함으로서 기존의 누수량을 10% 이상 줄일 수 있으며 신규누수 발생도 감소시킬 수 있다.

둘째, 기존의 높은 수압을 적정수압으로 낮추면 수도시설물의 고장 감소 및 내구 년한 증가효과가 있다. 즉 배수관 내에서 1 Kg/㎠ 미만의 수압증가에도 관의 파손빈도는 급격히 증가하며 약간의 수압저감에 의해서도 장기적인 관의 파손빈도는 줄어든다는 실례가 많다.(1993, 압력조절에 의한 누수저감방안 연구, 한국수자원공사)

셋째, 배수지의 수조높이를 높여 저수량증가에 따른 부지면적이 감소하고 최고수위를 기존보다 50% 증가시(예 : 5m → 7m) 수조의 부지면적을 약 30% 정도 감소시킬 수 있다.

넷째, 배수지로 올려 보내는 송수량 감소에 의한 전력비 절감과 배수지 송수펌프운전변경회수 감소 및 심야전력 사용증가에 의한 전력비 절감의 효과도 있다.

이외에도 수압이 높으면 물 사용량이 증대되어 공급관경의 확대 등 수도시설물 증대에 따른 공공부문의 예산 투입이 증가되고, 수용가에서는 필요이상의 물을 사용하게 되므로 이러한 불필요한 손실도 감소시킬 수 있다는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 유입관을 통해 물이 공급되고 배수를 위한 유출관이 구비되며, 유입관과 유출관에는 유량계가 설치되고 수위계를 갖추고 있는 주수조와;

   상기 주수조의 내부에 형성되고 격벽에 의해 주수조와 분리되며 유출관과 연결되는 보조수조와;

   상기 보조수조의 일측에 형성되어 개폐가 이루어지는 밸브와;

   상기 보조수조 내부에 위치되어 보조수조의 수위를 감지하는 보조수위계;로 구성되어 상기 보조수조의 수위를 규제하여 보조수조의 수압으로 물이 유출관으로 배수됨을 특징으로 하는 배수수조.
2. 유입관을 통해 물이 공급되고 상기 유입관에는 유량계가 설치되고 수위계를 갖추고 있는 주수조와;

   상기 주수조의 외측면에 형성되어 유량계가 구비되는 유출관과 연결되는 보조수조와;

   상기 주수조와 보조수조의 경계벽에 설치되어 개폐가 이루어지는 밸브와;

   상기 보조수조 내부에 위치되어 보조수조의 수위를 감지하는 보조수위계;로 구성되어 상기 보조수조의 수위를 규제하여 보조수조의 수압으로 물이 유출관으로 배수됨을 특징으로 하는 배수수조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배수수조는,

   유량계, 수위계, 보조수위계의 데이타를 받아 밸브를 PID 제어하여 상기 보조수조의 수위를 일정수준으로 유지하도록 하는 유량제어장치를 구비함을 특징으로 하는 배수수조.
4. 제3항에 있어서, 상기 주수조는,

   물의 흐름을 유도하는 도류벽이 다수개 형성됨을 특징으로 하는 배수수조.