KR20170094572A - 누수음 감지 장치 및 이를 이용한 누수 위치 감지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 간단하고 설치 및 해제가 용이한 누수음 감지 장치 및 이를 이용한 누수 위치 감지 방법에 관한 것으로서, 상수도관의 외경을 도우넛 형태로 감싼 하우징 내부에 수중 청음기를 구비하여 수 분 간격으로 음량을 누적하여 누수 여부를 판단하며, 상수도관에 넓은 면적이 접촉하여 광대역의 주파수에 해당하는 누수음을 정확하고 크게 감지할 수 있다.

Description

누수음 감지 장치 및 이를 이용한 누수 위치 감지 방법 {leak sound detecting device and leaking location detecting method using the same}

본 발명은 누수음 감지 장치 및 누수 위치 감지 방법에 관한 것으로서, 상수도관의 외경을 도우넛 형태로 감싼 하우징 내부에 수중청음기를 구비한 누수음 감지 장치 및 누수 위치 감지 방법에 관한 것이다.

상수도 관련 민원을 살펴보면, 전체 민원 신고 중 약 14.8%의 민원이 누수와 관련된 민원이다. 이로 인한 사용자의 불편과 함께 경제적 손실이 매우 크다. 따라서, 상수도관의 누수 문제에 대한 해결이 안정적 급수 운영을 위한 유지관리 방안 중 하나로 대두되고 있다.

일반 가정 주택, 상가 건물 밀집 지역 등은 도로 아래 매설된 큰 관에서 작은 관으로 연결하여 최종 사용처로 수돗물을 공급하도록 되어 있다. 이때, 작은 관을 '지선'이라고 할 때, 대부분의 누수는 지선에서 발생하게 된다. 즉, 지선은 관이 가늘기 때문에 압력을 크게 받고, 주택 밀집 지역에서는 조인트 등으로 연결하여 길게 연결하기 때문에, 접합 및 연결부분에서 누수가 쉽게 발생 된다.

이와 같이 각 지선에서 발생하는 누수량을 집계하게 되면, 전체적으로는 수돗물의 대략 20% 이상이 누수로 인하여 낭비되고 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 많은 양의 수돗물이 누수됨으로써, 비용의 낭비는 물론, 누수 위치에서의 압력변화에 의해 이물질, 세균, 중금속 등이 상수도관으로 유입되어 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.

따라서 누수위치를 정확하게 파악하여 노후되거나 파손된 상수도관을 교체 및 수리하여야 하는데, 종래의 누수 탐지 기술로는 소량의 누수를 탐지하는데 한계가 있으며, 정확하게 가정마다 연결된 지선을 감지하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술로서 대한민국 특허등록번호 10-1250955호(2013. 3.29) "상수도 누수 감지장치"가 개시되어 있다. 그 구성을 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(110)과, 소리 전달부재(120)와, 떨림판(130)과, 소리 수집부(140) 및 체결부(150)를 구비한다. 상기 하우징(110)은 그 내부에 일정 공간이 형성되며, 외부와 완전히 차단된 구성을 가진다. 상기 하우징(110) 내부에 통신부(200)와, 제어유닛(300) 및 전원공급부(400)가 설치된다. 상기 떨림판(130)은 얇은 금속판으로서, 그 중앙부분이 떨림판 지지돌기(115)의 단부에 나사 등에 의해 연결되어 지지된다. 이러한 떨림판(130)은 원판 형상을 이룬다. 떨림판(130)의 크기는 상기 제1하우징(111)의 개방 단부의 내경에 대응되는 지름으로 형성된다. 상기 소리 전달부재(120)와 제1하우징(111) 및 떨림판 지지돌기(115)를 통해 떨림판(130)으로 소리가 전달된다. 떨림판(130)은 전달된 소리 즉, 음파에 의해 진동한다. 이 진동에 의해 소리가 증폭되어 상기 소리 수집부(140)가 소리를 보다 효과적으로 수집할 수 있게 된다.

이러한 종래 기술은 누수음을 감지하기 위한 구성이 복잡하다. 즉, 소리 전달부재, 떨림판, 떨림판 지지돌기 및 소리 수집부를 포함하여 이루어진다. 또한 소리 전달부재(120)는 금속 소재로 이루어져 주변 온도에 따른 팽창 및 수축으로 인해 센싱값에 오차가 발생할 수 있다.

다른 종래 기술로서 대한민국 특허등록 10-1193546호(2012. 10. 26.)에 "누수 검지 장치 및 시스템"이 개시되어 있다. 그 구성을 살펴보면, 도 2a에서와 같이 누수 검지 장치(100)는 센서부(110) 및 검지부(120)를 포함한다. 센서부(110)는 수도관로(10)에 접촉하며, 수도관로(10)에서 발생하는 진동음을 미리 설정된 측정 조건에 따라 측정한다. 센서부(110)는 도 2b에서와 같이 진동음 감지부(112) 및 신호 생성부(114)를 포함하여 이루어진다.

수도관로(10)에서 상하로 미세한 진동음이 발생할 경우, 진동음 감지부(112)에서 일정한 탄성계수를 갖는 스프링(116) 위에 놓인 질량체(113)가 수도관로(10)의 미세한 진동음에 작용하여 상하로 운동한다. 질량체의 상하 운동은 도 2B에서와 같이 위치하는 신호 생성부(114)의 PCB기판에 압력변화를 일으키고, PCB기판 위에 부착된 압전소자는 압력 변화량을 전기 신호로 변환하여 수도관로(10)의 진동음의 크기를 측정할 수 있다. 검지부(120)는 측정 조건을 설정하고, 센서부(110)에서 측정된 진동음의 크기 중 최소 진동음의 크기를 검지하고, 이를 외부로 전송할 수 있다.

이러한 종래 기술은 그 구성이 복잡하고 상수도관에 접촉하는 면이 작아 누수음의 측정이 정확하지 않은 문제점이 있다.

대한민국 특허등록번호 10-1250955호 (2013. 3.29)

대한민국 특허등록번호 10-1193546호 (2012. 10. 26.)

본 발명은 상수도관의 누수로 인해 발생하는 음을 정확하게 감지할 수 있는 누수음 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상수도관 주변의 온도 변화에 영향을 받지 않는 누수음 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조가 간단한 누수음 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상수도관과의 접촉 면적을 넓혀 누수음을 크게 인식할 수 있는 누수음 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내식성이 강한 누수음 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 누수의 위치를 정확히 판단할 수 있는 누수 위치 감지 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 누수음 감지 장치는 수도관의 외경을 감싸도록 일부가 개방된 도우넛(donut) 형상을 이루며, 내부에 부동액이 충진된 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 수도관으로부터 전달되는 음(音)의 진동압력을 전기적 신호로 바꾸는 수중 청음기(hydrophone); 상기 하우징 외부를 전체적으로 감싸며 하우징의 이동을 방지하는 고정밴드; 상기 수중 청음기로부터 전달되는 음향 신호를 외부로 전달하는 신호선을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 누수음 감지 장치에서의 상기 부동액은 염화칼슘, 염화마그네슘, 에틸렌글리콜, 에틸알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나가 될 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 누수음 감지 장치는 상기 하우징이 실리콘 재질로 이루어진다.

본 발명에 따른 바람직한 누수음 감지 장치는 상기 고정밴드가 플라스틱 재질로 이루어진다.

본 발명에 따른 누수음 감지 방법은 누수음 감지 장치로부터 누수음 감지 신호를 수신하는 과정; 댁내 상수도관에 설치된 원격 검침 장치로부터 제공되는 누수량 감지 신호가 함께 수신되는지 판단하는 과정; 누수음 감지 신호와 누수량 감지 신호가 동시에 수신되면 댁내 누수로 판단하는 과정; 누수음 감지 신호만 감지되고 누수량 감지 신호가 감지되지 않은 경우 댁외 누수로 판단하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 누수음 감지 장치 및 누수 위치 감지 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 상수도관에 넓은 면적에서 접촉하여 작은 누수음까지 정확하게 인식하여 감지할 수 있다.

둘째, 플라스틱 재료를 사용함으로써 내식성을 가진다.

셋째, 구조가 간단하며 적은 비용으로 제조할 수 있다.

넷째, 넓은 범위의 주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있다.

다섯째, 원격 검침 시스템과 누수음 감지 장치를 이용하여 누수 위치를 정확히 판단할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 누수 감지 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2a 및 도 2b는 다른 종래 기술에 따른 누수 감지 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 누수음 감지 장치의 구성을 나타낸 단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 누수음 감지 장치에서의 누수음 전달 상태를 나타내는 예시도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 누수음 감지 장치의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 누수 위치 감지 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 상에 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는 "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.

이하, 본원의 구현 예 및 도면을 상세히 설명하나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 누수음 감지 장치의 구성을 나타낸 예시도이다. 그 구성을 살펴보면 내부에 수중 청음기(hydrophone)(13)를 구비하고 액체(17)로 충진되어 상수도관(11)의 일부를 감싸는 하우징(12)과, 그 하우징(12)을 감싸는 고정밴드(15)를 포함하여 이루어진다.

하우징(12)은 상수도관(11)의 외경을 감싸도록 일부가 개방된 도우넛(donut) 형상을 이루며, 내부에는 부동액(17)이 충진되어 있다. 수중 청음기(13)는 상기 수도관(11)으로부터 전달되는 음(音)의 진동압력을 전기적 신호로 바꾸는 기능을 수행한다.

상기 하우징(12)이 이동하는 것을 방지하기 위해 고정밴드(15)가 하우징(12)의 외부를 전체적으로 감싸는 형태로 구성된다. 고정밴드(15)의 양단에는 볼트와 너트와 같은 고정밴드 체결수단(16)이 구비되어 고정밴드(15)의 결합 및 해체가 용이하도록 이루어진다. 상기 수중 청음기(13)로부터 전달되는 음향 신호는 신호케이블(14)에 의해 외부 장치로 전달된다.

상기 하우징(12) 내에 충진되는 부동액은 염화칼슘, 염화마그네슘, 에틸렌글리콜, 에틸알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 하우징(12)은 변형이 용이한 재질을 사용하여 만들어지며 바람직하게는 실리콘으로 제조된다.

상기 고정밴드(15)는 플라스틱 재질을 이용하여 제조하는 것이 바람직한데, 이는 금속에 비해 열에 의한 변형이나 부식 가능성이 적기 때문이다.

지하에 매설되어 있는 상수도관에서 누수가 발생하면 광대역의 주파수에 걸치는 누수신호(Leak signal)가 발생한다. 누수신호는 압력이 높은 관 내부에서 압력이 낮은 관 외부로 물이 강하게 새어 나오면서 압력 강하와 함께 발생하는 신호로 상수도관에 발생한 누수를 탐지하는데 이용된다. 이러한 누수신호는 일시적으로 생기는 잡음과 달리 누수가 발생하면 지속적으로 누수신호를 발생시키기 때문에 확연히 구분할 수 있다. 누수지점에서의 갑작스런 압력강하의 크기, 누수 구멍의 형태 및 크기에 따라 누수신호의 크기는 다르게 나타날 수 있다.

상수도관 내에서 수압이 유지된 상태에서의 물의 흐름은 저주파수 범위에서 소리를 방출하며, 누수에 의해 생성되는 주파수의 범위는 일반적으로 낮은 주파수 대역 내의 소리(100~250Hz)를 방출한다. 가속도계 센서를 이용한 누수탐지에서는 누수신호의 주파수 영역대는 보통 5,000Hz의 비교적 저주파수 영역대에서 나타난다.

상수도관에서 누수가 발생하면 관 내부에서 흐르던 물이 수압의 강하에 따라 물이 뿜어져 나오면서 불규칙한 진동에 의한 지속적인 누수신호를 발생시킨다. 누수신호는 누수부위로부터 상수도관의 벽을 통하여 양방향으로 전파되어 나간다.

상수도관(11)을 통해 전달되는 누수음은 하우징(12)의 표면에 전달되어 하우징(12) 내부에 충진된 부동액에 전달된다. 그러나, 도 1에 도시된 종래 기술에 의한 누수 탐지 장치에서는 누수된 위치로부터 상수도관을 통해 전달되는 누수 음향이 상수도관의 일부분에만 접촉된 소리 전달부재(120)에 의해 감지된다. 즉, 누수 음향은 소리 전달부재(120)에 의해 진동으로 변환되고, 이러한 진동에 떨림판(130)이 떨리면서 다시 소리로 변환되어 소리 수집부(140)를 통해 감지된다. 한편, 도 2에 도시된 다른 종래 기술에서는 수도관로(10)의 미세한 진동음에 의해 스프링 위의 질량체가 상하로 운동하고, 이 운동에 의해 PCB기판 위의 압전소자에 의해 전기 신호로 변환된다.

다시 말해, 종래 기술에 따른 누수 감지 장치들은 누수음을 진동으로 변환되었다가 그 진동을 다시 소리로 변환하는 과정을 통해 누수음을 감지하는 기술이다. 따라서, 이러한 동작을 구현하기 위한 구성이 복잡하다. 그러나 구조가 복잡함에도 불구하고 상수도관의 일부분에만 접촉하여 누수에 의한 음향을 진동으로 변환하기 때문에 누수음 감지의 정확성이 떨어진다. 또한, 주파수 특성에 따라 공진하는 부분에서는 누수음이 크게 들리고, 그렇지 않은 부분에서는 누수음이 작게 들린다. 즉, 일정한 대역에서는 누수 감지 장치의 기능을 기대할 수 있다.

반면, 본 발명에 따른 누수음 감지 장치는 하우징이 상수도관의 거의 대부분을 감싸는 형태로 이루어져 있으므로, 상수도관을 통해 전달되는 누수음은 도 4에 도시된 바와 같이 넓은 면적을 통해 하우징에 전달될 수 있다. 또한, 상수도관을 통해 전달되는 진동음을 소리로 변환하기 위한 과정없이 바로 하우징 내부의 부동액으로 전달되므로 강한 누수음을 감지할 수 있으며, 광대역의 영역에서 누수음을 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 누수음 감지 장치는 종래 기술에 비해 누수음 탐지 기능이 우수하다고 할 수 있다.

부동액에 전달된 누수음의 진동 압력은 수중 청음기(13)에 의해 전기적 신호로 전환된다. 신호케이블(14)은 외부 장치에 연결되어 전기적 신호로 전환된 음향 신호를 전달한다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 누수음 감지 장치의 외관을 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 상수도관(11)의 외부를 일부가 개방된 도넛 형상의 하우징(12)이 감싸고, 하우징(12)은 고정밴드(15)를 이용하여 이동하는 것을 방지할 수 있다. 고정밴드(15)의 양단부에는 설치 및 해제를 용이하게 수행하기 위한 고정밴드 체결수단(16)이 구성된다. 즉, 종래 기술에 비하여 구성이 간단하여 설치도 간단하고 저렴한 비용으로 설치할 수 있다.

한편, 누수에 의한 수중(수도물) 감지는 연속된 어느 일정 크기의 음량을 갖는 특성을 감지하되, 단위 시간 예를 들어 수 분(minutes)동안의 음량을 누적하여 누수 여부를 판단한다. 지속적인 음량을 판단하는 종래 기술에 비하여 더욱 정밀한 누수 감지가 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 누수 위치 감지 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다. 본 발명에 따른 누수 감지 장치로부터 누수음 감지 신호를 수신하면 (S601), 댁내 상수도관에 설치된 원격 검침 장치로부터 제공되는 누수량 감지 신호가 함께수신되는지 판단한다 (S602).

만일, 누수음 감지 신호와 누수량 감지 신호가 동시에 수신되면 댁내 누수로 판단하고 (S603), 누수음 감지 신호만 감지되고 누수량 감지 신호가 감지되지 않은 경우 댁외 누수로 판단한다 (S604).

누수 지점의 추정은 센서 간의 거리, 누수 신호의 전파속도, 각 센서로의 누수신호의 전파시간 차를 알면 추정이 가능하다.

11: 상수도관 12: 하우징
13: 수중청음기 14: 신호선
15: 고정밴드 16: 고정밴드 체결수단

Claims (5)

1. 수도관(11)의 외경을 감싸도록 일부가 개방된 도우넛(donut) 형상을 이루며, 내부에 부동액이 충진된 하우징(12);
   상기 하우징(12)의 내부에 구비되어 상기 수도관으로부터 전달되는 음(音)의 진동압력을 전기적 신호로 바꾸는 수중 청음기(hydrophone)(13);
   상기 하우징(12) 외부를 전체적으로 감싸며 하우징(12)의 이동을 방지하는 고정밴드(15);
   상기 수중 청음기(13)로부터 전달되는 음향 신호를 외부로 전달하는 신호선(14)을 포함하여 이루어지는 누수음 감지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 부동액은 염화칼슘, 염화마그네슘, 에틸렌글리콜, 에틸알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 누수음 감지 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징(12)은 실리콘 재질인 것을 특징으로 하는 누수음 감지 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 고정밴드(15)는 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 누수음 감지 장치.
5. 제1항 내지 제4항에 개시된 누수음 감지 장치로부터 누수음 감지 신호를 수신하는 과정;
   댁내 상수도관에 설치된 원격 검침 장치로부터 제공되는 누수량 감지 신호가 함께 수신되는지 판단하는 과정;
   누수음 감지 신호와 누수량 감지 신호가 동시에 수신되면 댁내 누수로 판단하는 과정;
   누수음 감지 신호만 감지되고 누수량 감지 신호가 감지되지 않은 경우 댁외 누수로 판단하는 과정을 포함하여 이루어지는 누수 위치 감지 방법.
   
   

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