KR20210068173A - 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템 - Google Patents

지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템 Download PDF

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KR20210068173A
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Abstract

[기술분야/해결과제]
본 발명은 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템에 관한 것으로, 지하에 매설된 열배관의 점검인원이 턱없이 부족하여 제대로 점검이 이루어지지 않고 있으며, 사람의 육안으로 점검이 이루어지다보니 오류가 많고 정확한 점검이 어려우며, 점검 및 유지관리에 비용이 많이 소요되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
[해결수단]
본 발명에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은, 지중에 매설된 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 설치되며, 상기 접합부의 온도가 소정의 임계 온도를 초과했을 때 작동하여 스위칭을 제어하는 바이메탈 센서; 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 배관 둘레를 따라 병렬로 복수로 설치되며, 상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 위험 상황에서만 동작하여 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분의 온도를 감지하는 온도 센서; 상기 온도 센서가 설치된 부근의 열배관에 설치되며, 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 묶은 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하는 아두이노; 및 상기 아두이노로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 데이터 리스트를 수신받고, 상기 데이터 리스트에 포함된 상기 열배관의 감지 데이터를 분석하여 열배관의 파열 조짐을 미리 예측하고, 상기 열배관의 파열로 판단되면 사고내용과 사고위치가 포함된 긴급 재난 문자를 발송하는 시스템 서버;를 포함한다.
[기대효과]
본 발명에 따르면, 열배관 파열에 따른 누수를 실시간으로 감지할 수 있고 감시 인력과 시스템의 운영 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 열배관의 감지 데이터 분석에 의해 파열 조짐을 미리 예측할 수 있고, 파열이 발생한 열배관의 위치정보를 제공함에 따라 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달할 수 있다.

Description

지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템{SYSTEM OF ALARM AND LEAKAGE DETECTING FOR UNDERGROUND HOT WATER PIPE}
본 발명은 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하에 매설된 열배관의 온도를 감지하여 파열 조짐을 미리 예측하고, 파열 사고시 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달하고 효율적으로 대처할 수 있도록 구현한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템에 관한 것이다.
지하에 매설된 온수 배관이 터지는 원인은 싱크홀 등으로 인해 땅이 갑자기 꺼지면서 온수 배관이 파열되는 경우, 배관의 작은 틈으로 물이 새다가 틈이 점점 커지면서 파열되는 경우, 배관의 노후화로 인해 파열되는 경우 등 다양하다. 이러한 온수 배관 사고는 주위의 토양, 배관의 크기, 내부 온도, 내부 압력, 배관의 노후화에 따른 부식 정도 등과 관련이 있다.
최근의 예를 들면, 2018년 12월 4일 경기도 고양시 백석역 인근에서 지역온수배관이 파열되어 1명이 사망하고 10여 명이 화상을 입는 사고가 발생하였다. 백석역 사고는 지하에 매설된 지역온수배관이 파열되어 75 내지 110℃의 고온수가 터져나오면서 수십 명이 다칠 정도의 대형사고였다. 하지만, 사고가 발생한 후 1시간이 지난 후에야 시민들에게 온수배관 파열 사고를 긴급재난문자로 전파하는 등 늦장 대응을 함으로써, 인명사고를 증가시켰다.
현재 백석역 인근 뿐만 아니라 전국적으로 온수 배관이 노후화 되어 있고, 이를 점검하는 인력과 비용이 절대적으로 부족한 실정이다.
실예로, 한국지역난방공사가 관리하는 온수 배관의 32%가 노후한 상태이며, 하루에 2명의 점검인력이 123㎞ 구간의 배관을 점검하고 있다.
이와 같이, 종래에는 점검인력(관리원)이 걸어다니면서 열화상 카메라로 열배관의 온도를 측정하여 열배관의 안전을 점검하였다. 하지만, 사람이 직접 측정하기 때문에 실수가 발생할 수 있고 열화상 카메라 자체가 주변 환경의 영향을 많이 받기 때문에 잘못된 측정이 이루어질 수 있다.
따라서, 인력이 적게 들고 비용이 적게 들면서 안전하고 정확하게 관리할 수 있는 지하 열배관 안전관리 시스템의 개발이 절실히 요구되었다.
대한민국 등록특허 제10-1179456호(등록일자: 2012.08.29.)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 지하에 매설된 열배관의 온도를 감지하여 파열 조짐을 미리 예측하고, 파열 사고시 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달하고 효율적으로 대처할 수 있도록 구현한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 대부분 사고의 원인이 되는 열배관의 접합부분(용접부분) 또는 관 이음의 접속부분(플랜지(flange))에 온도 센서를 부착하여 열배관 파열을 감지하고 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 직접 송신하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 로라(LoRa) 통신을 통해 열배관의 감지 데이터를 수집 및 분석하여, 열배관의 파열 조짐을 구별하여 사고를 미리 예측할 수 있는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 파열이 발생한 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호를 묶은 데이터 리스트(data list)를 제공함으로써, 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달할 수 있고 효율적으로 대처할 수 있는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열배관 파열로 인한 사고를 감지하고 해당지역 주민의 휴대전화로 긴급 재난 문자를 발송하는 솔루션을 제공하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 국가와 연계하여 긴급 재난 문자를 보낼 수 있는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열배관에 설치된 센서의 온도가 제1 단계 위험 온도(사고 발생 가능하여 예의주시가 필요한 상황)에 도달하면 회로가 작동하여 감지 데이터를 전송하고, 이후 센서의 온도가 제2 단계 위험 온도(실제 사고 발생으로 판단된 상황)에 도달하면 긴급 재난 문자를 발송하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열배관이 특정 임계 온도를 초과했을 때 바이메탈 센서의 작동으로 온도 센서가 동작하여 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 전송함으로써, 건전지나 내부 배터리를 사용하여 오랜 기간동안 운영 유지할 수 있는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 주변 전봇대나 태양광패널로부터 공급된 전원에 의해 온도 센서가 항시 동작하여 열배관의 감지 데이터를 전송 및 수집하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 보도블럭에 태양광패널을 부착한 스마트 보도블록을 통해 태양광 에너지로부터 전력을 공급받아 항상 배터리의 전원을 보강하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 온도 센서를 부착하여 설치함으로써, 문제 발생시 언제든지 보수가 가능한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 복수의 온도 센서를 병렬로 설치함으로써, 하나 또는 몇개의 센서가 고장나더라도 고장이 나지 않은 센서는 정상적으로 동작하고, 고장 난 센서만 교체하여 유지 비용을 줄일 수 있는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열배관과 함께 지중에 매설되는 전기 시스템(아두이노 등)의 내부를 실리콘으로 충전하여 우수나 습기, 먼지, 흙 등의 이물질로부터 보호하고, 시스템 바깥으로 확장되는 전선의 경우 스프링 케이블을 사용하여 지진이나 기타 요인에 의한 진동 발생에도 끊어지지 않도록 한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 진동 센서, 습도 센서, 바이메탈 센서, 온도 센서 중에서 하나 이상을 열 배관의 접합부분 또는 접속부분에 설치하여 열배관 파열에 따른 누수를 감지하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은, 지중에 매설된 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 설치되며, 상기 접합부의 온도가 소정의 임계 온도를 초과했을 때 작동하여 스위칭을 제어하는 바이메탈 센서; 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 배관 둘레를 따라 병렬로 복수로 설치되며, 상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 위험 상황에서만 동작하여 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분의 온도를 감지하는 온도 센서; 상기 온도 센서가 설치된 부근의 열배관에 설치되며, 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 묶은 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하는 아두이노; 및 상기 아두이노로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 데이터 리스트를 수신받고, 상기 데이터 리스트에 포함된 상기 열배관의 감지 데이터를 분석하여 열배관의 파열 조짐을 미리 예측하고, 상기 열배관의 파열로 판단되면 사고내용과 사고위치가 포함된 긴급 재난 문자를 발송하는 시스템 서버;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은, 상기 열배관의 온도가 제1 단계 위험 온도에 도달하면 상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 상기 온도 센서와 상기 아두이노가 동작하여 상기 온도 센서의 감지 데이터를 상기 아두이노에서 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버로 전송하고, 이후 상기 온도 센서의 온도가 제2 단계 위험 온도에 도달하면 상기 시스템 서버에서 해당지역 주민의 휴대전화로 긴급 재난 문자를 발송하도록 구성될 수 있다.
상기 아두이노는, 상기 바이메탈 센서의 스위칭 동작에 의해 상기 온도 센서로부터 감지 데이터를 수신받는 센서신호 수신부; 상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 상기 온도 센서와 상기 아두이노로 전원을 공급하는 배터리; 상기 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호 및 상기 온도 센서의 감지 데이터를 저장하는 메모리; 상기 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하고 신호를 수신받는 로라(LoRa) 통신부; 상기 로라(LoRa) 통신부와 케이블로 연결되어 지상에 설치되며, 로라(LoRa) 통신으로 데이터를 송수신하는 로라(LoRa) 안테나; 및 상기 센서신호 수신부를 통해 수신된 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 메모리에 저장된 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 하나로 묶어서 상기 데이터 리스트를 생성하여 로라 통신을 통해 전송하는 MCU;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은, 태양광 에너지를 이용하여 전력을 발생하는 태양광 패널; 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 배관 둘레를 따라 병렬로 복수로 설치되며, 상기 태양광 패널의 전원으로 항시 동작하여 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분의 온도를 감지하는 온도 센서; 상기 온도 센서가 설치된 부근의 열배관에 설치되며, 상기 온도 센서의 측정 데이터와 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 묶은 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하는 아두이노; 및 상기 아두이노로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 데이터 리스트를 수신받고, 상기 데이터 리스트에 포함된 상기 열배관의 감지 데이터를 분석하여 열배관의 파열 조짐을 미리 예측하고, 상기 열배관의 파열로 판단되면 사고내용과 사고위치가 포함된 긴급 재난 문자를 발송하는 시스템 서버;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은, 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 설치된 상기 온도 센서가 항시 동작하여 상기 열배관의 온도를 측정한 감지 데이터를 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버로 전송하고, 상기 열배관의 온도가 제1 단계 위험 온도에 도달하면 상기 시스템 서버에서 열배관 파열 가능성을 예측하여 사고 전에 미리 교체하도록 지령을 내리거나 예의 관찰하고, 상기 온도 센서의 온도가 제2 단계 위험 온도에 도달하면 상기 시스템 서버에서 해당지역 주민의 휴대전화로 긴급 재난 문자를 발송하도록 구성될 수 있다.
상기 아두이노는, 상기 온도 센서로부터 감지 데이터를 수신받는 센서신호 수신부; 상기 태양광 패널로부터 전원을 공급받아 충전하며, 상기 온도 센서와 상기 아두이노로 항시 전원을 공급하는 배터리; 상기 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호 및 상기 온도 센서의 감지 데이터를 저장하는 메모리; 상기 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하고 신호를 수신받는 로라(LoRa) 통신부; 상기 로라(LoRa) 통신부와 케이블로 연결되어 지상에 설치되며, 로라(LoRa) 통신으로 데이터를 송수신하는 로라(LoRa) 안테나; 및 상기 센서신호 수신부를 통해 수신된 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 메모리에 저장된 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 하나로 묶어서 상기 데이터 리스트를 생성하여 로라 통신을 통해 전송하는 MCU;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 대부분 사고의 원인이 되는 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 온도 센서를 부착하여 열배관 파열을 감지하고 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 직접 송신함으로써, 열배관 파열에 따른 누수를 실시간으로 감지할 수 있고 감시 인력을 대폭 줄일 수 있으며 시스템의 운영 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 열배관의 접합부에 온도 센서를 설치하고 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 수집 및 분석하여, 열배관의 파열 조짐을 구별하여 사고를 미리 예측할 수 있다.
또한, 파열이 발생한 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호를 묶은 데이터 리스트(data list)를 제공함으로써, 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달할 수 있고 효율적으로 대처할 수 있다.
또한, 가격이 저렴하고 신뢰성이 높은 온도 센서를 이용하여 열배관 파열에 따른 온도를 감지함으로써 적은 비용으로 위험을 감지할 수 있고, 전력 사용을 최소화 하는 회로를 이용하여 전력 비용 또한 낮출 수 있다.
또한, 시스템 유지의 안전성과 신뢰성을 확보하고 최소한의 인력으로 안전관리 및 유지가 가능하며 시스템 운영 비용을 절감할 수 있다.
또한, 대부분 사고의 원인이 되는 열배관의 용접부에 온도 센서를 부착하기 때문에 사람이 직접 배관 안전을 테스트하는 기존의 시스템보다 신뢰성이 높다.
또한, 로라(LoRa) 통신을 이용하여 온도 정보를 직접 송신하기 때문에 열배관 파열을 즉각 인지하여 대응 조치할 수 있고, 배관 안전을 점검하는 인력을 감소할 수 있다.
또한, 바이메탈 센서를 이용하여 열배관이 특정 임계 온도를 초과했을 때만 온도 센서가 동작하여 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 전송함으로써, 건전지나 내부 배터리를 사용하여 오랜 기간동안 운영 유지할 수 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 시스템 유지의 안전성과 신뢰성을 확보하고 최소한의 인력으로 안전관리 및 유지가 가능하며 시스템 운영 비용을 절감할 수 있다.
또한, 사고가 일어날 의심이 있는 관에서 데이터를 항시 수집하고 싶거나, 사고 양상을 파악하기 위해 빅데이터를 수집하려는 경우 태양광 패널을 이용하여 항상 데이터를 수집할 수 있다.
또한, 열배관의 접합부에 복수의 감지 센서를 병렬로 설치하여 하나 또는 그 이상의 센서가 고장나더라도 고장이 나지 않은 다른 센서는 정상적으로 동작하고 고장 난 센서만 교체함으로써, 유지 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 나타낸 도면으로,
도 1은 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템의 전체 구성도이고,
도 2는 온도센서(120), 아두이노(130), 로라(LoRa) 안테나(136)의 설치 개념도이고,
도 3은 위험 상황 감지 시에만 작동하는 시스템의 동작 개념도이고,
도 4는 로라(LoRa) 통신 기능 확인 및 아두이노(130) 전송단용 프로그래밍 예를 간단하게 나타낸 도면이고,
도 5는 온도센서(120)의 감지 데이터의 전송 예를 나타낸 도면이고,
도 6은 열배관(10)의 파열시 해당 지역주민의 휴대전화로 전송한 SMS 메시지의 예를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 나타낸 도면으로,
도 7은 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템의 전체 구성도이고,
도 8은 상시 작동하는 시스템의 동작 개념도이고,
도 9는 보도블럭 형태로 구성된 태양광 패널(140)을 나타낸 예시도이고,
도 10은 지면 상에 설치된 태양광 패널(140)을 나타낸 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
제1 실시예
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 나타낸 도면으로, 도 1은 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 온도센서(120), 아두이노(130), 로라(LoRa) 안테나(136)의 설치 개념도이고, 도 3은 위험 상황 감지 시에만 작동하는 시스템의 동작 개념도이고, 도 4는 로라(LoRa) 통신 기능 확인 및 아두이노(130) 전송단용 프로그래밍 예를 간단하게 나타낸 도면이고, 도 5는 온도센서(120)의 감지 데이터의 전송 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 열배관(10)의 파열시 해당 지역주민의 휴대전화로 전송한 SMS 메시지의 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템(100)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 열배관(10), 바이메탈 센서(110), 온도 센서(120), 아두이노(Arduino; 130), 시스템 서버(150), 이동통신사 서버(160), 휴대전화(170)를 포함하고 있다.
상기 열배관(10)은 지중에 매설되어 각 세대에 난방을 공급하는 열수송배관이다. 상기 열배관(10)은 관이음의 접합부분(용접부분) 또는 접속부분(플랜지(flange))(20)을 포함하고 있으며, 대부분의 열배관 파열 사고가 여기에서 발생하고 있다.
상기 바이메탈 센서(110)는 상기 열배관(10)의 접합부분(용접부분) 또는 관이음의 접속부분(플랜지(flange))(20)에 설치될 수 있다.
상기 바이메탈(bimetal) 센서(110)는 열팽창계수가 매우 다른 두 종류의 얇은 금속판을 포개어 붙여 한 장으로 만든 막대 형태의 부품으로, 열을 가했을 때 휘는 성질을 이용해 기기를 온도에 따라 제어하는 역할을 한다.
즉, 상기 바이메탈(bimetal) 센서(110)는 상기 열배관(10) 파열 사고가 발생할 수 있는 소정의 임계 온도를 초과했을 때 작동하여 전원을 스위칭함으로써, 상기 온도 센서(120)와 상기 아두이노(Arduino; 130)로 전원을 공급하여 동작시키게 된다.
상기 온도 센서(120)는 상기 열배관(10)의 접합부분(용접부분) 또는 관 이음의 접속부분(플랜지(flange))(20)의 둘레를 따라 병렬로 복수로 설치되며, 상기 바이메탈 센서(110)의 작동에 의해 위험 상황에서만 동작하여 상기 열배관(10)의 접합부분 또는 접속부분(20)의 온도를 감지하는 역할을 한다.
상기 온도 센서(120)는 상기 열배관(10)이 특정 임계 온도(배관 파열 가능한 온도)를 초과했을 때만 상기 바이메탈 센서(110)에 의해 동작하여 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 온도 센서(120)는 상기 열배관(10)의 접합부분 또는 접속부분(20)을 따라 배관 둘레에 병렬로 복수로 설치될 수 있다(도 2 참조).
따라서, 상기 온도 센서(120)는 하나 또는 몇개의 센서가 고장나더라도 고장이 나지 않은 센서는 정상적으로 동작하며, 고장 난 센서만 교체하면 되기 때문에 유지 비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 온도 센서(120)는 높은 온도까지 측정이 가능하고 안전성과 신뢰성을 보장하며, 다른 센서에 비해 값이 저렴한 장점이 있다.
상기 아두이노(Arduino; 130)는 상기 온도 센서(120)가 설치된 부근의 상기 열배관(10)에 설치될 수 있다. 상기 아두이노(Arduino; 130)는 상기 바이메탈 센서(110)에 의해 동작하여 상기 온도 센서(120)의 감지 데이터와 상기 열배관(10)의 위치정보와 일련번호를 묶은 데이터 리스트를 생성하여 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버(150)로 전송한다.
상기 아두이노(130)는 다양한 센서나 부품을 연결할 수 있고 입출력, 중앙처리장치가 포함되어 있는 기판으로, 마이크로컨트롤러(Microcontroller) 보드를 기반으로 한 오픈 소스 컴퓨팅 플랫폼과 소프트웨어 개발 환경을 포함한다. 상기 아두이노(130)는 상기 온도 센서(120)로부터 감지 데이터를 수신하여 상기 로라(LoRa) 통신부(135)의 송수신을 제어한다.
예를 들어, 상기 아두이노(130)는 MCU(Micro Controller Unit; 131), 센서신호 수신부(132), 배터리(133), 메모리(134), 로라(LoRa) 통신부(135), 로라(LoRa) 안테나(136)를 포함하고 구성될 수 있다.
여기서, 상기 센서신호 수신부(132)는 상기 바이메탈 센서(110)의 스위칭 동작에 의해 상기 온도 센서(120)로부터 감지 데이터를 수신받아 상기 MCU(131)로 전달한다.
상기 배터리(133)는 건전지나 충전 배터리로 구성될 수 있다.
상기 배터리(133)는 상기 열배관(10)이 특정 임계 온도를 초과했을 때 상기 바이메탈 센서(110)의 작동으로 상기 온도 센서(120)가 동작하여 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터를 전송하기 때문에, 수년 또는 그 이상 오랜 기간동안 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 바이메탈 센서(110)가 50℃ 이상의 온도에서만 회로가 작동하도록 구성된 경우, 건전지 1개만으로 적어도 1년 넘게 정상 작동할 수 있음을 실험으로 확인하였다. 따라서, 내장형 배터리(133)를 사용할 경우 수년 내지 수십년을 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 상기 배터리(133)는 태양광패널 등에서 전력을 공급받아 배터리의 전원을 보강하도록 구성될 수도 있다.
만약, 사고가 발생할 의심이 가는 열배관이 있거나 데이터 수집을 목적으로 항상 작동하는 회로가 필요하다면 태양광 패널을 통해서 전력을 항시 공급받아 작동하도록 구성할 수 있다(제2 실시예 참조).
상기 메모리(134)는 상기 열배관(10)의 위치정보와 일련번호를 저장하고 있으며, 상기 온도 센서(120)의 감지 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
상기 로라(LoRa) 통신부(135)는 파열이 발생한 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호, 그리고 상기 온도 센서(120)의 감지 데이터를 묶은 상기 데이터 리스트(data list)를 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버(150)로 전송하고, 상기 시스템 서버(150)로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 신호를 수신받는다.
상기 로라(LoRa) 안테나(136)는 상기 로라(LoRa) 통신부(135)와 케이블로 연결되어 지상에 설치될 수 있다(도 2 참조). 상기 로라(LoRa) 안테나(136)는 상기 로라(LoRa) 통신부(135)에 의해 로라(LoRa) 통신으로 데이터를 송수신한다.
상기 MCU(131)는 상기 바이메탈 센서(110)의 스위칭 작동에 의해 전원을 공급받아 상기 온도센서(120) 및 상기 아두이노(130)로 전원을 공급하여 동작시키고, 그 동작을 각각 제어하는 역할을 한다.
상기 MCU(131)는 상기 센서신호 수신부(132)를 통해 수신된 상기 온도 센서(120)의 감지 데이터와 상기 메모리(134)에 저장된 상기 열배관(10)의 위치정보와 배관의 일련번호를 하나로 묶어서 데이터 리스트를 생성하고, 생성한 데이터 리스트를 로라 통신을 통해 상기 시스템 서버(150)로 전송한다.
상기 아두이노(130)는 상기 온도 센서(120)가 설치된 부근의 상기 열배관(10)에 설치될 수 있다. 이때, 상기 아두이노(130)는 내부를 실리콘으로 충전하여 우수나 습기, 먼지, 흙 등의 이물질로부터 보호하고, 시스템 바깥으로 확장되는 전선의 경우 스프링 케이블을 사용하여 지진이나 기타 요인에 의한 진동 발생에도 끊어지지 않도록 구성한다.
또한, 상기 열배관(10)의 접합부분 또는 접속부분(10)에 여러 개의 센서를 부착하기 때문에 회로가 복잡하고, 합선이 일어날 가능성이 있기 때문에 납땜 등으로 고정하여 문제를 해결할 수 있다. 그리고, 외부에 노출되는 전선 및 접점 노드는 실리콘으로 매립하여 합선이나 방전을 예방하고, 우수나 습기, 먼지, 흙 등의 이물질로부터 보호할 수 있다.
상기 시스템 서버(150)는 상기 아두이노(130)로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 데이터 리스트를 수신받고, 상기 데이터 리스트에 포함된 상기 열배관의 감지 데이터를 분석하여 열배관의 파열 조짐을 미리 예측하고, 상기 열배관의 파열로 판단되면 사고내용과 사고위치가 포함된 긴급 재난 문자를 발송하는 역할을 한다.
상기 시스템 서버(150)는 로라(LoRa) 통신부(151), 로라(LoRa) 안테나(152), 통신부(153)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 로라(LoRa) 통신부(151)는 상기 로라(LoRa) 안테나(152)를 통해 상기 아두이노(130)와 로라 통신으로 데이터를 송수신하는 역할을 한다.
상기 시스템 서버(150)는 상기 로라(LoRa) 통신부(151)를 통해 상기 아두이노(130)로부터 상기 온도 센서(120)의 감지 데이터와 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호를 묶은 데이터 리스트(data list)를 수신받는다.
이에 의해, 상기 시스템 서버(150)는 열배관의 감지 데이터를 분석하여, 열배관 파열 조짐을 구별하여 사고를 미리 예측하고, 파열 사고시 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달하고 효율적으로 대처할 수 있도록 한다.
상기 시스템 서버(150)는 열배관 파열로 인한 사고를 감지하고 해당지역 주민의 휴대전화(170)로 긴급 재난 문자를 발송하는 솔루션 또는 어플리케이션을 포함하고 있으며, 국가와 연계하여 긴급 재난 문자를 보낼 수 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 긴급 재난 문자 발송은 이동통신사 서버(160)를 통해 해당지역 주민의 휴대전화(170)로 발송하도록 구성될 수 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 제1 실시예는, 상기 열배관(10)의 온도가 제1 단계 위험 온도(사고 발생 가능하여 예의주시가 필요한 상황)에 도달하면 상기 바이메탈 센서(110)의 작동에 의해 상기 온도 센서(120)와 상기 아두이노(Arduino; 130)가 동작하여 상기 온도 센서(120)의 감지 데이터를 상기 아두이노(130)에서 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버(150)로 전송하고, 이후 상기 온도 센서(120)의 온도가 제2 단계 위험 온도(실제 사고 발생으로 판단된 상황)에 도달하면 상기 시스템 서버(150)에서 해당지역 주민의 휴대전화(170)로 긴급 재난 문자를 발송함으로써, 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달할 수 있고 효율적으로 대처할 수 있는 시스템을 제공한다.
제2 실시예
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템을 나타낸 도면으로, 도 7은 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템의 전체 구성도이고, 도 8은 상시 작동하는 시스템의 동작 개념도이고, 도 9는 보도블럭 형태로 구성된 태양광 패널(140)을 나타낸 예시도이고, 도 10은 지면 상에 설치된 태양광 패널(140)을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템(100)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 열배관(10), 태양광 패널(140), 온도 센서(120), 아두이노(Arduino; 130), 시스템 서버(150), 이동통신사 서버(160), 휴대전화(170)를 포함하고 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 제1 실시예(도 1)의 바이메탈 센서(110) 대신에 상기 태양광 패널(140)을 구성하여, 상기 온도 센서(120)와 상기 아두이노(Arduino; 130)가 항시 동작하도록 구성한 것이다.
상기 태양광 패널(140)은 태양광 에너지를 이용하여 전력을 생산하여 상기 아두이노(130)의 배터리(133)에 항상 전원을 충전시키고, 상기 배터리(133)의 전원으로 상기 온도 센서(120)와 상기 아두이노(130)가 항시 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 태양광 패널(140)은 지면 위 또는 지상의 구조물이나 건물 등에 설치될 수 있다.
예를 들어, 상기 태양광 패널(140)은 도 9에 나타낸 바와 같이, 보도블럭에 태양광 패널을 설치하여 구성될 수 있다. 이때, 상부에 태양광 패널이 설치된 스마트 보도블럭은 인도의 보도블럭과 함께 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 태양광 패널(140) 대신에 풍력 발전기를 사용할 수도 있고, 한전의 상용전원을 이용하여 동작하도록 구성될 수도 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 제2 실시예는, 상기 열배관(10)의 접합부분 또는 접속부분(20)에 설치된 상기 온도 센서(120)가 항시 동작하여 상기 열배관(10)의 온도를 측정한 감지 데이터를 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버(150)로 전송하고, 상기 열배관(10)의 온도가 제1 단계 위험 온도(사고 발생 가능하여 예의주시가 필요한 상황)에 도달하면 상기 시스템 서버(150)에서 열배관 파열 가능성을 예측하여 사고 전에 미리 교체하도록 지령을 내리거나 예의 관찰하고, 상기 온도 센서(120)의 온도가 제2 단계 위험 온도(실제 사고 발생으로 판단된 상황)에 도달하면 상기 시스템 서버(150)에서 해당지역 주민의 휴대전화(170)로 긴급 재난 문자를 발송함으로써, 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달할 수 있고 효율적으로 대처할 수 있는 시스템을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은, 열배관이 특정 임계 온도를 초과했을 때만 바이메탈 센서에 의해 온도 센서가 작동하여 로라(LoRa) 통신을 통해 감지 데이터와 파열이 발생한 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호를 묶은 데이터 리스트(data list)를 시스템 서버로 전송하여 위험상황에 대한 정확한 지령을 전달하고 효율적으로 대처할 수 있도록 구현함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 열배관
20 : 접합부분(용접부분) 또는 관 이음의 접속부분(플랜지)
100 : 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템
110 : 바이메탈 센서 120 : 온도 센서
121 : 케이블 130 : 아두이노(Arduino)
131 : MCU(Micro Controller Unit)
132 : 센서신호 수신부 133 : 배터리
134 : 메모리 135 : 로라(LoRa) 통신부
136 : 로라(LoRa) 안테나 140 : 태양광 패널
150 : 시스템 서버 151 : 로라(LoRa) 통신부
152 : 로라(LoRa) 안테나 153 : 통신부
160 : 이동통신사 서버 170 : 휴대전화

Claims (6)

  1. 지중에 매설된 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 설치되며, 상기 접합부의 온도가 소정의 임계 온도를 초과했을 때 작동하여 스위칭을 제어하는 바이메탈 센서;
    상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 배관 둘레를 따라 병렬로 복수로 설치되며, 상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 위험 상황에서만 동작하여 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분의 온도를 감지하는 온도 센서;
    상기 온도 센서가 설치된 부근의 열배관에 설치되며, 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 묶은 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하는 아두이노; 및
    상기 아두이노로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 데이터 리스트를 수신받고, 상기 데이터 리스트에 포함된 상기 열배관의 감지 데이터를 분석하여 열배관의 파열 조짐을 미리 예측하고, 상기 열배관의 파열로 판단되면 사고내용과 사고위치가 포함된 긴급 재난 문자를 발송하는 시스템 서버;
    를 포함하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은,
    상기 열배관의 온도가 제1 단계 위험 온도에 도달하면 상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 상기 온도 센서와 상기 아두이노가 동작하여 상기 온도 센서의 감지 데이터를 상기 아두이노에서 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버로 전송하고, 이후 상기 온도 센서의 온도가 제2 단계 위험 온도에 도달하면 상기 시스템 서버에서 해당지역 주민의 휴대전화로 긴급 재난 문자를 발송하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아두이노는,
    상기 바이메탈 센서의 스위칭 동작에 의해 상기 온도 센서로부터 감지 데이터를 수신받는 센서신호 수신부;
    상기 바이메탈 센서의 작동에 의해 상기 온도 센서와 상기 아두이노로 전원을 공급하는 배터리;
    상기 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호 및 상기 온도 센서의 감지 데이터를 저장하는 메모리;
    상기 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하고 신호를 수신받는 로라(LoRa) 통신부;
    상기 로라(LoRa) 통신부와 케이블로 연결되어 지상에 설치되며, 로라(LoRa) 통신으로 데이터를 송수신하는 로라(LoRa) 안테나; 및
    상기 센서신호 수신부를 통해 수신된 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 메모리에 저장된 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 하나로 묶어서 상기 데이터 리스트를 생성하여 로라 통신을 통해 전송하는 MCU;
    를 포함하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템.
  4. 태양광 에너지를 이용하여 전력을 발생하는 태양광 패널;
    열배관의 접합부분 또는 접속부분에 배관 둘레를 따라 병렬로 복수로 설치되며, 상기 태양광 패널의 전원으로 항시 동작하여 상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분의 온도를 감지하는 온도 센서;
    상기 온도 센서가 설치된 부근의 열배관에 설치되며, 상기 온도 센서의 측정 데이터와 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 묶은 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하는 아두이노; 및
    상기 아두이노로부터 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 데이터 리스트를 수신받고, 상기 데이터 리스트에 포함된 상기 열배관의 감지 데이터를 분석하여 열배관의 파열 조짐을 미리 예측하고, 상기 열배관의 파열로 판단되면 사고내용과 사고위치가 포함된 긴급 재난 문자를 발송하는 시스템 서버;
    를 포함하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템은,
    상기 열배관의 접합부분 또는 접속부분에 설치된 상기 온도 센서가 항시 동작하여 상기 열배관의 온도를 측정한 감지 데이터를 로라(LoRa) 통신을 통해 상기 시스템 서버로 전송하고, 상기 열배관의 온도가 제1 단계 위험 온도에 도달하면 상기 시스템 서버에서 열배관 파열 가능성을 예측하여 사고 전에 미리 교체하도록 지령을 내리거나 예의 관찰하고, 상기 온도 센서의 온도가 제2 단계 위험 온도에 도달하면 상기 시스템 서버에서 해당지역 주민의 휴대전화로 긴급 재난 문자를 발송하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 아두이노는,
    상기 온도 센서로부터 감지 데이터를 수신받는 센서신호 수신부;
    상기 태양광 패널로부터 전원을 공급받아 충전하며, 상기 온도 센서와 상기 아두이노로 항시 전원을 공급하는 배터리;
    상기 열배관의 위치정보와 배관의 일련번호 및 상기 온도 센서의 감지 데이터를 저장하는 메모리;
    상기 데이터 리스트를 로라(LoRa) 통신을 통해 전송하고 신호를 수신받는 로라(LoRa) 통신부;
    상기 로라(LoRa) 통신부와 케이블로 연결되어 지상에 설치되며, 로라(LoRa) 통신으로 데이터를 송수신하는 로라(LoRa) 안테나; 및
    상기 센서신호 수신부를 통해 수신된 상기 온도 센서의 감지 데이터와 상기 메모리에 저장된 상기 열배관의 위치정보와 일련번호를 하나로 묶어서 상기 데이터 리스트를 생성하여 로라 통신을 통해 전송하는 MCU;
    를 포함하는 지하 열배관 누수감지 및 경보 시스템.
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