KR20110009781U - 압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 관내에 잔류하는 압축 공기를 외부로 배출시켜 관내 압력이 신속하게 진공 상태에 도달할 수 있도록 한 사이펀여수로에 관한 것으로, 본 고안에 따른 사이펀여수로는, 저수조에서 제방의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부와, 상기 경사유입부에서 연장되어 제방을 타고 넘는 연장부와, 상기 연장부에서 제방의 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부를 갖는 사이펀본체와; 일단이 상기 사이펀본체에 연결되고 타단이 외부로 노출되도록 설치되는 공기배출관과; 상기 공기배출관에 설치되어 사이펀본체로부터 외부로의 공기 배출은 허용하고 외부에서부터 사이펀본체 내로의 공기 유입은 차단하는 첵크밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로{siphon spillway}

본 고안은 저수지 또는 댐의 수위가 설정 수위 이상이 되면 물을 자동으로 방류하여 수위를 조절하는 사이펀여수로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저수지 또는 댐의 수위가 설정된 수위 이상이 되었을 때 관내 압력 변화에 의해 저장되어 있던 물을 하류로 자동으로 배출시켜 수위를 조절하는 사이펀여수로에 있어서, 사이펀여수로의 관내에 잔류하는 압축 공기를 외부로 배출시켜 관내 압력이 신속하게 진공 상태에 도달할 수 있도록 한 압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로에 관한 것이다.

국내의 농업 관계용수의 안정적인 확보와 홍수의 사전 예방을 위해 다목적 댐 등의 건설이 이루어지고 있으나, 이는 엄청난 예산과 오랜 기간이 소요되는 대규모 건설공사로 중소 규모의 관계용수용 저수지나 수중보의 개선에는 그 적용이 어려운 실정이다. 또한 국내 농업 관계용 저수지의 약 70% 정도가 매우 오래된 노후시설로 태풍 및 장마의 집중호우와 같은 돌발적 자연재해에는 거의 무방비로 노출되어 자연상황에 의지하게 되는 형편이다. 더군다나 지구 온난화에 의해 태풍의 발생이 전에 비해 빈번해지고 그 위력 또한 강력해졌으며 국지성 집중호우의 발생빈도도 높아지면서 집중호우로 홍수위마저 상상을 초월하는 경우가 많아지게 되었다.

이에 따라 농업 관계용수용 소규모 댐이나 저수지 또는 지방하천의 적정한 수위 조절을 위한 경제적이고도 효율적인 여러 방안이 시도되고 있으며, 이의 한가지 방안으로 구동장치가 없어 전력이 필요하지 않게 되어 작업인력이 필요없고, 유지비용이 저렴하면서도 설치 및 작동이 간편한 사이펀 원리를 이용한 사이펀여수로가 제안되었다.

일반적인 사이펀여수로는 첨부된 도면의 도 1에 도시된 것과 같이, 저수조(W)에서부터 제방(D)을 타고 넘어와 저수조(W) 외부의 하류까지 연장되는 원형관 구조의 사이펀본체(10)와, 상기 사이펀본체(10)의 중간부분에 연결되는 바이패스관(20)과, 상기 사이펀본체(10) 내에 돌출되게 형성된 디플렉터(40)를 포함하여 구성된다. 상기 바이패스관(20)은 저수조(W)에서 제방을 관통하여 상기 사이펀본체(10)의 외부에 경사진 부분에 연결된다.

이러한 사이펀여수로는 댐이나 저수지의 수위가 상기 바이패스관(20)이 설치된 수위 이상에 도달하면, 바이패스관(20)을 통해서 저수조(W) 내의 물이 사이펀본체(10) 내로 유동하고, 상기 사이펀본체(13) 내로 유입된 물은 디플렉터(40)에 수충되어 하부로 흐르면서 폭포작용을 일으키게 되고 이러한 폭포효과에 의해 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출되어 사이펀본체(10)의 압력이 진공 상태로 된다. 이에 따라, 저수조(W) 내의 물이 사이펀본체(10)의 입구를 통해 흡입된 후 사이펀본체(10)를 유동하여 외부로 방류된다.

그런데, 상기와 같은 사이펀여수로에서 방류가 시작될 때 사이펀본체(10) 내에 일부 공기가 잔류하게 되면 사이펀본체(10)를 통하여 신속하고 원할하게 물이 유입되지 못하게 되고, 따라서 원하는 방류 효과를 얻을 수 없는 문제가 발생한다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 사이펀본체를 통한 방류가 시작될 때 사이펀본체 내에 잔존하는 공기를 외부로 배출함으로써 사이펀본체의 내부 압력이 신속하게 진공 상태에 도달하게 되어 원활하고 신속한 방류가 이루어질 수 있도록 한 사이펀여수로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 저수조에서 제방의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부와, 상기 경사유입부에서 연장되어 제방을 타고 넘는 연장부와, 상기 연장부에서 제방의 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부를 갖는 사이펀본체와; 일단이 상기 사이펀본체에 연결되고 타단이 외부로 노출되도록 설치되는 공기배출관과; 상기 공기배출관에 설치되어 상시적으로 사이펀본체로부터 외부로의 공기 배출은 허용하고 외부에서부터 사이펀본체 내로의 공기 유입은 차단하는 첵크밸브를 포함하여 구성된 압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로를 제공한다.

본 고안에 따르면, 사이펀본체 내로 물이 유입되면서 사이펀본체를 통한 방류가 시작될 때, 사이펀본체 내에 잔존하는 공기가 공기배출관 및 첵크밸브를 통하여 외부로 배출되므로 사이펀본체 내의 압력이 신속하게 진공 상태에 도달할 수 있게 된다. 따라서, 사이펀본체를 통하여 신속하고 원활한 방류를 할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 사이펀여수로의 구성의 일례를 나타낸 요부 단면도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 사이펀여수로의 구성을 나타낸 측면에서 본 요부 단면도이다.
도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 사이펀여수로의 구성을 나타낸 측면에서 본 요부 단면도이다.
도 4는 도 3의 사이펀여수로의 구성 및 작용을 설명하는 정면에서 본 요부 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 사이펀여수로의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 사이펀여수로를 나타낸 것으로, 이 실시예의 사이펀여수로는 저수조(W)에서부터 제방(D)을 타고 넘어와 저수조(W) 외부의 하류까지 연장되는 원형관 구조의 사이펀본체(10)와, 상기 사이펀본체(10)의 중간부분에 연결되는 바이패스관(20)과, 일단이 상기 사이펀본체(10)에 연결되고 타단이 외부로 노출되도록 설치되는 공기배출관(100)과, 상기 공기배출관(100)에 설치되어 상시적으로 사이펀본체(10)로부터 외부로의 공기 배출은 허용하고 외부에서부터 사이펀본체(10) 내로의 공기 유입은 차단하는 첵크밸브(110)를 포함하여 구성된다.

상기 사이펀본체(10)는 저수조(W)에서 제방(D)의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부(11)와, 상기 경사유입부(11)에서 연장되어 제방(D)을 타고 넘는 연장부(12)와, 상기 연장부(12)에서 제방(D)의 외측 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부(13)로 이루어진다. 그리고, 상기 경사유출부(13)의 내측에는 소정 간격으로 디플렉터(40)가 설치된다. 상기 디플렉터(40)는 사이펀본체(10) 내로 초기에 흐르는 물이 충돌하면서 하부로 흘러내리는 폭포작용을 발생시키고, 이 폭포효과에 의해 사이펀본체(1) 내의 공기를 배제하여 사이펀본체(1) 내부가 진공상태로 되면서 완전한 사이펀효과가 나타나게 하는 기능을 한다.

상기 바이패스관(20)은 일단이 저수조(W) 내에 위치하며, 타단이 제방(D)을 수평하게 관통하여 상기 사이펀본체(10)의 경사유입부(11)와 연통된다. 상기 바이패스관(20)은 저수조(W) 내에서 소정의 높이에 설치되어, 저수조(W) 내의 수위가 만수위에 도달하기 전에 저수조(W) 내의 물을 사전 배출하는 기능을 한다. 상기 바이패스관(20)에는 바이패스관(20)을 통해 저수조(W)의 물이 경사유입부(11)로 흘러가는 것을 제어하는 개폐밸브(21)가 설치된다.

상기 공기배출관(100)은 사이펀본체(10)의 임의의 위치에 연결될 수 있으나, 사이펀본체(10)의 연장부(12) 상에 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 공기배출관(100)은 외부로 노출된 말단부가 하측으로 연장되어, 상기 사이펀본체(10)의 연장부(12)의 최하단부로부터 일정 거리 높은 위치에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 첵크밸브(110)가 어떤 요인으로 인하여 고장났을 때 저수조(W)의 만수위에 도달한 물이 상기 공기배출관(100)의 말단부를 막음으로써 공기배출관(100)을 통한 공기 유입을 차단하여 사이펀본체(10) 내의 압력이 진공 상태로 도달하고, 방류가 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 사이펀여수로는 다음과 같이 작동한다.

상기 바이패스관(20)의 개폐밸브(21)가 개방된 상태에서 댐이나 저수지의 수위가 상기 바이패스관(20)이 설치된 수위 이상에 도달하면, 바이패스관(20)을 통해서 저수조(W) 내의 물이 사이펀본체(10) 내로 유동하고, 상기 사이펀본체(10) 내로 유입된 물은 디플렉터(40)에 수충되어 하부로 흐르면서 폭포작용을 일으키게 되고 이러한 폭포효과에 의해 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출되어 사이펀본체(10) 내의 압력이 현저히 저하된다.

이에 따라 저수조(W) 내의 물이 사이펀본체(10) 내로 흡입된 후 사이펀본체(10)를 통해 유동하여 외부로 방류되기 시작한다. 이 때, 사이펀본체(10) 내부로 물이 유입되면서 사이펀본체(10) 내부에 잔류하는 일부 공기가 상기 공기배출관(100) 및 첵크밸브(110)를 통해서 외부로 배출되므로 사이펀본체(10) 내부가 신속하게 진공상태에 도달하게 되는 것이다.

한편, 상기 바이패스관(20)의 개폐밸브(21)가 폐쇄된 상태에서는 댐이나 저수지의 수위가 상기 바이패스관(20)이 설치된 수위 이상에 도달하더라도 사이펀본체(10)를 통한 방류가 이루어지지 않고, 저수조(W)의 수위가 만수위에 도달하여 사이펀본체(10)의 연장부(12)를 통해서 물이 흘러가기 시작하면 방류가 진행된다. 즉, 저수조(W)의 수위가 만수위에 도달하면 사이펀본체(10)의 연장부(12)를 통해서 물이 흘러가기 시작하고, 사이펀본체(10) 내로 유입된 물이 전술한 것처럼 디플렉터(40)에 수충되면서 폭포작용을 일으키게 되어 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출된다. 이에 따라 사이펀본체(10) 내의 압력이 현저히 저하되면서 사이펀본체(10) 전체를 통해서 물이 흡입되어 신속한 방류가 이루어지게 된다. 물론, 이 경우에도 방류가 진행될 때 상기 사이펀본체(10) 내부에 잔류하는 일부 공기가 상기 공기배출관(100) 및 첵크밸브(110)를 통해서 외부로 배출되므로 사이펀본체(10) 내부가 신속하게 진공상태에 도달할 수 있게 된다.

다음으로 도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 사이펀여수로의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 사이펀여수로는 저수조(W)의 수위를 여러 단계로 조절이 가능하도록 하기 위하여 저수조(W)에 복수개(이 실시예에서 3개)의 사이펀본체(10)가 설치되고, 상기 각각의 사이펀본체(10)의 연장부(12)에 하단부가 서로 다른 높이를 갖는 에어벤트관(200)이 연결되며, 각각의 에어벤트관(200)에 개폐밸브(210) 및 첵크밸브(240)가 설치된 구성으로 이루어진다.

이 실시예에서 상기 사이펀본체(10)들의 에어벤트관(200) 중 첫번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부가 가장 낮은 위치에 위치하고, 두번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부가 중간 위치에 위치하며, 세번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부가 가장 높은 위치에 위치하는 것으로 가정하며, 상기 첫번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200)에는 개폐밸브(210)가 설치되어 있지 않은 것으로 예시한다.

그리고, 상기 첵크밸브(240)는 첫번째 사이펀본체(10)에는 에어벤트관(200)에 바로 연결되고, 두번째 및 세번째 사이펀본체(10)에는 양단이 상기 에어벤트관(200)의 개폐밸브(210)의 입구측 및 출구측에 연결되는 공기배출관(230)에 설치되어, 상시적으로 사이펀본체(10)로부터 외부로의 공기 배출은 허용하고 외부에서부터 사이펀본체(10) 내로의 공기 유입은 차단하도록 작용한다.

상기와 같이 구성된 두번째 실시예의 사이펀여수로는 다음과 같이 작용한다.

먼저, 저수조(W) 내의 물의 수위를 다단으로 조절하기 위하여 상기 개폐밸브(210)들을 개방 상태로 놓을 경우, 저수조(W)의 수위가 상기 연장부(12)의 하단부에 도달하게 되면, 저수조(W) 내의 물이 각각의 사이펀본체(10)의 연장부(12)를 타고 넘어가기 시작하고, 디플렉터(40)(도 2 참조)에 수충되면서 폭포작용을 일으키게 되어 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출된다. 이 때, 저수조(W) 내의 물이 첫번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부에 도달하여 에어벤트관(200) 하단부를 막게 되면, 이 에어벤트관(200)을 통한 공기 유출입이 없어지게 되고, 사이펀본체(10)의 내부 압력이 급격히 저하되면서 첫번째 사이펀본체(10) 전체를 통해서 물이 흡입되어 신속한 방류가 이루어지게 된다.

하지만, 이 때에 두번째 사이펀본체(10) 및 세번째 사이펀본체(10)의 개폐밸브(210)들은 개방 상태에 있으므로 에어벤트관(200)을 통해서 외부 공기가 유입될 수 있기 때문에 두번째 사이펀본체(10) 및 세번째 사이펀본체(10)의 내부 압력이 급격히 낮아지는 현상은 발생하지 않으므로 두번째 및 세번째 사이펀본체(10) 전체를 통한 신속한 방류는 이루어지지 않는다.

이 후, 저수조(W)의 수위가 더 상승하여 두번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부가 물에 막히게 되면, 두번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200)을 통한 공기 유입이 이루어지지 않기 때문에 두번째 사이펀본체(10) 내부의 공기는 외부로 빠져 나가기만 하게 되고, 이에 따라 두번째 사이펀본체(10)의 내부 압력도 급격히 낮아지게 되어 첫번째 사이펀본체(10)와 마찬가지로 전체를 통한 신속한 방류가 일어나게 된다. 그리고, 저수조(W) 수위가 더 상승하여 세번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부에 도달하면, 두번째 사이펀본체(10)와 마찬가지로 세번째 사이펀본체(10) 전체를 통해서도 신속한 방류가 이루어지게 된다.

이와 같이 저수조(W) 내의 수위에 따라 각각의 사이펀본체(10)를 통해 다단으로 방류가 진행될 때, 상기 첵크밸브(240)들을 통해서 사이펀본체(10) 내의 공기가 신속하게 외부로 배출되므로 각각의 사이펀본체(10)를 통해서 신속한 방류가 이루어질 수 있게 된다. 또한, 상기 개폐밸브(210)가 고장나서 막히더라도 에어벤트관(200) 하단이 물에 의해 막힐 때까지는 상기 첵크밸브(240)를 통해서 지속적으로 공기가 배출되므로 사이펀본체(10) 내부가 신속하게 진공 상태에 도달할 수 있다.

다음으로, 저수조(W) 수위에 따라 다단으로 방류를 하지 않고 저수조(W) 수위가 일정 수위에 도달했을 때 모든 사이펀본체(10) 전체를 통해 일시에 방류를 하고자 할 경우, 상기 개폐밸브(210)들을 모두 폐쇄된 상태로 놓는다. 이 경우, 저수조(W)의 수위가 사이펀본체(10)의 연장부(12)의 하단부에 도달하게 되면, 저수조(W) 내의 물이 각각의 사이펀본체(10)의 연장부(12)를 타고 넘어가기 시작한다. 상기 사이펀본체(10) 내로 유입된 물은 사이펀본체(10) 내부의 디플렉터(40)(도 2 참조)에 수충되면서 폭포작용을 일으키게 되어 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출된다. 이 때, 상기 개폐밸브(10)들은 모두 폐쇄되어 있고, 상기 첫번째 사이펀본체(10)의 에어벤트관(200) 하단부는 저수조(W)의 물에 의해 막혀 외부 공기가 사이펀본체(10)들의 내부로 유입될 수 없는 상태이며, 상기 첵크밸브(240)를 통해서는 사이펀본체(10) 내부의 공기가 외부로 빠져나가기만 하므로 각각의 사이펀본체(10)들의 내부 압력이 급격히 저하되면서 모든 사이펀본체(10) 전체를 통해서 물이 흡입되어 신속한 방류가 이루어지게 된다.

전술한 본 고안에 따른 사이펀여수로에 대한 실시예는 단지 본 고안의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제시된 것으로 본 고안은 이에 국한되지 않으며, 본 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 실용신안등록청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.

10 : 사이펀본체 11 : 경사유입부
12 : 연장부 13 : 경사유출부
20 : 바이패스관 21 : 개폐밸브
100 : 공기배출관 110 : 첵크밸브
200 : 에어벤트관 210 : 개폐밸브
230 : 공기배출관 240 : 첵크밸브

Claims (3)

1. 저수조에서 제방의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부와, 상기 경사유입부에서 연장되어 제방을 타고 넘는 연장부와, 상기 연장부에서 제방의 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부를 갖는 사이펀본체와;
   일단이 상기 사이펀본체에 연결되고 타단이 외부로 노출되도록 설치되는 공기배출관과;
   상기 공기배출관에 설치되어, 상시적으로 사이펀본체로부터 외부로의 공기 배출은 허용하고 외부에서부터 사이펀본체 내로의 공기 유입은 차단하는 첵크밸브를 포함하여 구성된 압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 공기배출관의 말단부는 사이펀본체의 상측에서 하측으로 연장되어 상기 사이펀본체의 연장부의 최하단부보다 일정 거리 높은 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로.
   
3. 제1항에 있어서, 일단이 상기 사이펀본체의 연장부에 연결되며 타단이 저수조의 일정 수위에 위치하는 에어벤트관과, 상기 에어벤트관을 통한 공기의 유동을 제어하는 개폐밸브를 더 포함하며, 상기 공기배출관은 양단부가 상기 개폐밸브의 입구측 및 출구측에서 에어벤트관에 연통되는 것을 특징으로 하는 압축공기 제거수단을 갖는 사이펀여수로.
   

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