KR20230170882A - 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 발명의 일 실시예에 따른 월류 방지용 연결부를 가지는 맨홀 유닛은 본체, 상기 본체의 일 측면에 연결되어 유체가 유입되는 하수 유입관과 상기 본체의 타 측면에 연결되어 상기 유체가 배출되는 하수 배출관을 포함하는 하수관, 상기 하수 유입관과 상기 본체를 연결하고, 상기 본체를 향해 수직 단면적이 증가하도록 곡면으로 형성되는 제1연결부 및 상기 하수 배출관과 상기 본체를 연결하고, 상기 본체를 향해 수직 단면적이 증가하도록 곡면으로 형성되는 제2연결부를 포함하고, 상기 하수 배출관은 하수관 본체, 상기 유체의 유동 방향과 평행한 가상의 선을 기준으로 제2각도를 형성하도록 상기 하수관 본체로부터 상기 제2연결부를 향해 연장되는 제1 상류 연결부 및 상기 가상의 선을 기준으로 상기 제2각도보다 큰 각도인 제1각도를 형성하도록 상기 상기 제1 상류 연결부로부터 상기 제2연결부를 향해 연장되는 제2 상류 연결부를 포함하고, 상기 제1각도는 15도 이상 22.5도 이하의 범위로 형성될 수 있다.

Description

역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치 {Backflow prevention manhole, manhole backflow prevention sewage pipe and connection device between manhole and sewage pipe}

본 발명은 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지를 위한 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체가 하수관으로 효율적으로 배출될 수 있도록 맨홀 본체와 하수관의 연결 구조를 변형하여, 맨홀 내부의 유체가 지상으로 역류하는 것을 방지하기 위한 기술에 관한 발명이다.

맨홀(manhole)은 땅속에 묻은 수도관이나 하수관, 배선(配線) 따위를 검사하거나 수리 또는 청소하기 위하여 사람이 드나들 수 있게 만든 구멍을 의미하며, 맨홀의 구멍을 통해 지하로 유입된 하수나 도로의 빗물 등은 하수관으로 보내지도록 하여 도로에서의 배수가 안정적으로 수행될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

맨홀 하부에 배치되어 맨홀과 연결되는 콘크리트 흄관은 통상 현장에서 직접 콘크리트 타설에 의해 형성되기도 하나 최근에는 이미 일정 형상으로 성형한 콘크리트 흄관을 지면으로부터 일정 깊이로 매립시켜 하수관과 연동되도록 하는 구성에 의해서 맨홀을 시공한다.

이러한 맨홀의 일반적인 형성 구조를 보면 일정 깊이로 상향 개방되도록 하여 수평 단면이 장방형 또는 원형을 이루는 형상으로 형성되는 콘크리트 흄관과 이 콘크리트 흄관의 하부에서 일측에는 하수 유입관이 연결되고, 타측에는 하수 유출관이 연결되며, 콘크리트 흄관의 상단부에는 비교적 부피가 큰 이물질은 걸러지도록 하는 스틸그레이팅이 안착되도록 하는 구조이다.

이와 같은 맨홀은 지면으로부터 유입되는 낙수의 안정된 배출을 위해 구비하기는 하나 하수 유입관을 통해 유입되는 하수의 유입량이 지나치게 많아지게 되면 맨홀 내부로 유입된 하수가 하수 유출관을 통해 모두 배출되지 못하면서 콘크리트 흄관 내부의 수위가 계속 높아진다. 그리고 이러한 맨홀 내부의 수위가 계속 증가하게 되는 경우, 맨홀 내부에 있던 하수가 급기야 상부로 오버플로우(overflow)되면서 역류를 유발하여 도로상의 많은 문제점을 발생시킨다.

이같은 역류를 방지하기 위해 다수의 특허를 통해서 역류를 방지할 수 있도록 하는 구성이 공지되어 있으나, 종래 기술에 의한 역류 방지 기술은 개폐판을 부력체로서 구비하여 하수의 유입에 의해 맨홀 내부의 유체의 수위가 상승되면 개폐판이 회동하면서 맨홀 입구를 막는 방법으로 하수가 역류되는 것을 방지하는 기술에 불과하였을 뿐, 맨홀 내부에 유량의 수심 자체를 낮추어, 하수가 맨홀 밖으로 역류되는 것을 궁극적으로 방지하는 기술은 존재하지 않는 실정이었다.

대한민국 등록특허 제10-1361608호 - 수위감지를 통한 자동유량 조절시스템

일 실시예에 따른 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치는 앞서 설명한 문제점을 개선하기 위하여 제안된 발명으로서, 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체의 수심을 낮추어, 맨홀 내부에서 유체가 지상으로 역류하는 것을 방지할 수 있는 맨홀을 제공하는데 그 목적이 있다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류를 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치는, 맨홀 본체와 하수관의 연결 구조를 유체가 효율적으로 배출될 수 있는 구조로 변형하여, 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체의 수심을 낮추는 방법으로 유체가 지상으로 역류하는 것을 방지하며, 이로 인해 맨홀 커버가 지상으로 이탈되는 것을 방지하는 것에 목적이 있다.

일 실시예에 따른 월류 방지용 연결부를 가지는 맨홀 유닛은 본체, 상기 본체의 일 측면에 연결되어 유체가 유입되는 하수 유입관과 상기 본체의 타 측면에 연결되어 상기 유체가 배출되는 하수 배출관을 포함하는 하수관, 상기 하수 유입관과 상기 본체를 연결하고, 상기 본체를 향해 수직 단면적이 증가하도록 곡면으로 형성되는 제1연결부 및 상기 하수 배출관과 상기 본체를 연결하고, 상기 본체를 향해 수직 단면적이 증가하도록 곡면으로 형성되는 제2연결부를 포함하고, 상기 하수 배출관은 하수관 본체, 상기 유체의 유동 방향과 평행한 가상의 선을 기준으로 제2각도를 형성하도록 상기 하수관 본체로부터 상기 제2연결부를 향해 연장되는 제1 상류 연결부 및 상기 가상의 선을 기준으로 상기 제2각도보다 큰 각도인 제1각도를 형성하도록 상기 상기 제1 상류 연결부로부터 상기 제2연결부를 향해 연장되는 제2 상류 연결부를 포함하고, 상기 제1각도는 15도 이상 22.5도 이하의 범위로 형성될 수 있다.

상기 제1연결부는 상기 제2연결부보다 높은 위치에서 상기 본체에 연결될 수 있다.

상기 하수 배출관은 상기 가상의 선을 기준으로 상기 제1각도보다 작은 각도인 제4각도를 형성하도록 상기 하수관 본체로부터 외측으로 연장되는 제1 하류 연결부 및 상기 가상의 선을 기준으로 상기 제1각도와 동일한 각도인 제3각도를 형성하도록 상기 제1하류 연결부로부터 외측으로 연장되는 제2 하류 연결부를 포함할 수 있다.

상기 제1 상류 연결부와 상기 제1 하류 연결부는 상기 하수관 본체를 기준으로 대칭되는 형상으로 구성되고, 상기 제2 상류 연결부와 상기 제2 하류 연결부는 상기 하수관 본체를 기준으로 대칭되는 형상으로 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치는 맨홀에서 하수관으로 배출되는 유체의 흐름 단면적을 증가시켜, 보다 빠르게 하수관에 흐르는 유체를 외부로 배출할 수 있는 장점이 존재한다.

또한, 맨홀 본체에서 유출되는 유체의 흐름 단면적을 증가시키기 때문에, 맨홀 본체 내부에 임시적으로 저장되어 있는 유체 또한 효과적으로 하수관으로 배출시킬 수 있다. 따라서, 맨홀 본체 내부에 저장되는 유체의 수심을 낮출 수 있어 유체가 지상으로 방출되는 역류 현상을 방지할 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 맨홀 본체에서 유출되는 유체의 흐름 단면적의 확대는 유체의 손실 수두를 최소화하여 맨홀의 수심 상승을 저감하며, 유체 흐름을 다양하게 만들기 때문에 맨홀 내부의 흙이나 모래 등이 퇴사가 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 존재한다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 역류 방지를 위한 맨홀 및 맨홀 본체와 연결되어 있는 하수관의 수직 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 역류 방지를 위한 맨홀 및 맨홀 본체와 연결되어 있는 하수관의 수직 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 맨홀 구조에서 발생하는 유체의 흐름 단면 축소 현상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 맨홀 구조에서는 유체의 단면 축소 현상이 발생되지 않는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서 발생하는 압축공기의 팽창에 의한 유체의 역류 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서는 유체의 역류 현상이 발생되지 않는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는 종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서의 물 압력선(HGL, hydraulic grade line)을 도시한 도면이고, 도 7의 (b)는 본 발명에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서의 물 압력선을 도시한 도면이다.
도 8은 종래 기술에 따라 맨홀 및 하수관 구조에서 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 역류 방지를 위한 맨홀 및 맨홀 본체와 연결되어 있는 하수관의 수직 단면도를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 역류 방지 하수관을 측면에서 바라본 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따라, 수심과 유량이 변하는 결과를 종래 기술과 비교하여 나타낸 도표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A,B,C 로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐 만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐 만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 역류 방지 맨홀 및 맨홀과 하수관의 연결 장치의 수직 단면도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 역류 방지 맨홀 및 맨홀과 하수관의 연결 장치의 수직 단면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 역류 방지 맨홀(10)은 지상으로부터 우수 등이 유입될 수 있는 맨홀 커버(20) 및 하수 유입관(140)으로부터 유입된 하수 및 지상으로부터 유입된 우수 등이 임시적으로 저장될 수 있는 본체(30)를 포함할 수 있으며, 본체(30)의 양 측면에서는 하수관(140, 150)과 본체(30)를 연결시켜주는 맨홀과 하수관 연결 장치(40, 50)가 결합될 수 있으며, 맨홀과 하수관 연결 장치는 하수 유입관(140)으로부터 본체(30)로 하수가 유입될 수 있는 통로 역할을 하는 제1연결부(40) 및 본체(30)에 임시적으로 저장되어 있던 하수가 하수 배출관(150)으로 배출될 수 있는 통로 역할을 할 수 있는 제2연결부(50)를 포함할 수 있다.

도 1에서는 제1연결부(40)와 제2연결부(50)가 본체(30)와 독립된 구성 요소로서 본체와 결합되는 구조를 기준으로 설명하나, 본 발명에 따른 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고, 역류 방지 맨홀(10)은 제1연결부(40)와 제2연결부(50)가 본체(30)의 일 구성요소로 포함되어 구현될 수 있다. 제1연결부(40)와 제2연결부(50)가 본체(30)의 일 구성요소로 구현되는 경우 제1연결부(40)는 유체가 하수 유입관(140)으로부터 유입된다는 점에서 유입부, 제2연결부(50)는 유체가 하수 배출관(150)으로 배출된다는 점에서 배출부로 지칭될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 하수의 방향 즉, 맨홀 내부에서 유체가 흐르는 방향을 도면을 기준으로 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르는 방향으로 설명하기 때문에, 도 1및 도2에 도시된 바와 같이 제1연결부(40)가 제2연결부(50)보다 높은 위치에서 본체(30)의 일면에 연결되는 구조로 도시하였지만, 이와 반대로 유체가 도면을 기준으로 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르는 경우 제2연결부(50)는 제1연결부(40)보다 높은 위치에서 본체(30)의 타면에 결합될 수 있으며, 제1연결부(40)와 제2연결부(50)는 본체(30)의 바닥면을 기준으로 동일한 높이에 본체(30)의 양 측면에 각각 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 제1연결부(40)와 제2연결부(50)는 유체가 본체(30)와 하수관(140, 150)을 통과할 수 있도록 본체(30)와 하수관(140, 150)을 연결해주는 역할을 하므로, 제1연결부(40)와 제2연결부(50)가 하수관과 결합되는 부분은 하수관의 형상과 동일하도록 제작될 수 있다. 따라서, 하수관이 일반적으로 원통형으로 제작된다는 점에서 제1연결부(40)와 제2연결부(50)의 수직 단면적의 형상은 원형으로 구현될 수 있지만, 하수관이 원통형이 아닌 다른 형상일 경우 그에 맞춰 제1연결부(40)와 제2연결부(50)의 수직 단면적의 형상은 변할 수 있다.

제1연결부(40)와 제2연결부(50)의 구조 및 형상에 대해 자세히 알아보면, 본 발명에 따른 제1연결부(40)는 본체(30) 외부에서 본체(30) 내부 방향으로 갈수록 수직 단면적이 증가되는 형상일 수 있다.

구체적으로 도 1의 오른쪽에 도시된 바와 같이 제1연결부(40)의 상부 구조인 제1연결 상부(41)의 높이 h1은 제1연결부(40)의 수직 단면적이 본체(30) 내부로 향할수록 증가되는 형상일 수 있다. 도 1에서는 곡선 형상으로 제1연결 상부(41)의 높이가 증가되는 모습을 도시하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고, 제1연결 상부(41)의 높이는 직선, 포물선 등 다양한 형태로 증가하는 형상일 수 있다.

또한, 도 1에서는 제1연결부(40)의 상부 구조인 제1연결 상부(41)는 곡선 형상으로, 제1연결부(40)의 하부 구조인 제1연결 하부(42)는 직선 모형으로 본체(30)의 외주면과 수직적으로 만나는 것으로 도시하였지만, 본 발명에 따른 제1연결 하부(42)의 실시예가 직선 모형으로 한정되는 것은 아니고, 도 2에 도시된 바와 같이 제1연결 하부(42)의 모형 또한 곡선 형상으로 구현될 수 있다.

구체적으로, 제1연결 하부(42)의 형상이 곡선 형상으로 구현되는 경우, 제1연결 하부(42)의 깊이에 해당하는 d1은 본체(30) 내부 방향으로 향할수록 깊어지는 형상일 수 있다. 제1연결 상부(41)의 높이 h1과 제1연결 하부(42)의 깊이 d1이 도 2에 도시된 바와 같이 곡선 형태로 길어지는 경우 제1연결부(40)의 수직 단면적 형상은 원형으로 구현될 수 있다. 따라서, 본체(30) 외부에서 본체(30) 내부 방향으로 향할수록 제1연결부(40)의 수직 단면적 형상인 원형의 지름은 증가하므로 제1연결부(40)의 수직 단면적의 크기는 본체(30) 외부에서 본체(30) 내부 방향으로 향할수록 지속적으로 증가할 수 있다.

또한, 도 2에서는 제1연결 하부(42)의 깊이가 곡선 형태로 깊어지는 것으로 도시하였으나, 제1연결 상부(41)에서 설명하였던 것과 같이 선형적으로 깊어지는 형상으로 구현될 수도 있다.

본 발명에 따른 제2연결부(50)는 본체(30) 외부에서 본체(30) 내부 방향으로 갈수록 수직 단면적이 증가되는 형상일 수 있다. 구체적으로 도 1의 왼쪽에 도시된 바와 같이 제2연결부(50)의 상부 구조인 제2연결 상부(51)의 높이 h2는 본체(30) 내부로 향할수록 제2연결부(50)의 수직 단면적이 증가하도록 구현될 수 있다. 도 1에서는 곡선 형상으로 제2연결 상부(51)의 높이가 증가되는 모습을 도시하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고, 제2연결 상부(51)의 높이는 직선, 포물선 등 다양한 형태로 증가하는 형상일 수 있다.

또한, 도 1에서는 제2연결부(50)의 상부 구조인 제2연결 상부(51)는 곡선 형상으로, 제2연결부(50)의 하부 구조인 제2연결 하부(52)는 직선 모형으로 본체(30)의 외주면과 수직적으로 만나는 것으로 도시하였지만, 본 발명에 따른 제2연결 하부(52)의 실시예가 직선 모형으로 한정되는 것은 아니고, 도 2에 도시된 바와 같이 제2연결 하부(52)의 모형 또한 곡선 형상으로 구현될 수 있다.

구체적으로, 제2연결 하부(52)의 형상이 곡선 형상으로 구현되는 경우, 제2연결 하부(52)의 깊이에 해당하는 d2는 본체(30) 내부 방향으로 갈수록 깊어지는 형상일 수 있다. 제2연결 상부(51)의 높이 h2와 제1연결 하부(42)의 깊이 d2가 도 2에 도시된 바와 같이 곡선 형태로 길어지는 경우 제2연결부(50)의 수직 단면적 형상은 원형으로 구현될 수 있다. 따라서, 본체(30) 외부에서 본체(30) 내부 방향으로 향할수록 제2연결부(50)의 수직 단면적 형상인 원형의 지름은 증가하게 되므로 제2연결부(50)의 수직 단면적의 크기는 본체(30) 외부에서 본체(30) 내부 방향으로 향할수록 지속적으로 증가할 수 있다.

또한, 도 2에서는 제2연결 하부(52)의 깊이가 곡선 형태로 깊어지는 것으로 도시하였으나, 제2연결 상부(51)에서 설명하였던 것과 같이 선형적으로 깊어지는 형상을 취할 수도 있다.

또한, 지면의 한계상 도 1에서는 제1연결 상부(41)와 제2연결 상부(51)만 곡선으로, 도 2에서는 제1연결 상부(41), 제1연결 하부(42), 제2연결 상부(51) 및 제2연결 하부(52)가 모두 곡선인 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 제1연결 상부(41), 제1연결 하부(42), 제2연결 상부(51) 및 제2연결 하부(52) 중 적어도 하나가 곡선인 형태로 구현될 수 있다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 제1연결부(40) 및 제2연결부(50)가 종래 기술과 다르게 곡선 형태로 구현되는 경우, 본체(30)와 하수관의 연결 영역에서 흐르는 유체의 흐름 단면적이 증가하여 유체를 효율적을 배출시킬 수 있다. 따라서, 맨홀의 본체(30)에 저장되어 있는 유체의 수심이 낮아져, 맨홀의 본체(30)에 저장되어 있는 유체가 지상으로 역류하는 현상을 방지할 수 있다. 이하 도면을 통해 종래 기술과 본 발명을 비교하면서 본 발명에 따른 효과를 자세히 알아보도록 한다.

도 3은 종래 기술에 따른 맨홀 구조에서 발생하는 유체의 단면 축소 현상을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 맨홀 구조에서는 유체의 단면 축소 현상이 발생되지 않는 모습을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 맨홀의 경우 맨홀의 본체와 하수관을 연결하는 연결 영역(Y1, Y2)은 직각 형태의 형상을 취하고 있다. 따라서, 맨홀의 본체 내부에 저장되어 있는 유체가 하수관을 통과하게 되는 경우 도면에 도시된 바와 같이 유체가 하수관 내부로 유입되면서 관성 때문에 실제 하수관의 높이(H2) 보다 더 작은 높이(H1)의 단면으로 수축해서 유체가 유출되는 베나 콘트랙터(vena contracta, 축류) 현상이 발생하게 된다.

베나 콘트랙터 현상이 발생한 경우 하수관의 입구의 상부와 하부에는 도 3에 도시된 바와 같이 2차 와류(A1, A2)가 산발적으로 여러 개 발생하기 때문에 유체의 흐름 단면적이 작아지고, 유체의 흐름 단면적이 작아지게 되면 동일한 유량을 통과시키기 위해 유체의 유속이 빨라져야 한다. 이때, 유체의 유속을 빠르게 하기 위해 유체의 수위가 상승하게 된다. 따라서, 이로 인해 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체의 수심이 증가하여 지상으로 유체가 배출되는 역류 현상이 발생할 수 있다.

그러나 본 발명에 따른 역류 방지 맨홀(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 유체가 유입되는 부분의 형상이, 맨홀의 본체 외부에서 본체 내부 방향으로 진행될수록 수직 단면적이 증가되는 곡선 구조를 취하고 있기 때문에, 유체가 관성에 따라 자연스럽게 하수관 입구로 유입될 수 있어, 도 3에서 발생하였던 유체의 단면 수축 현상이 발생하지 않게 된다. 따라서, 하수관 입구에서 흐르는 유체의 흐름 단면적이 하수관 설계시 의도하였던 만큼 발생하게 되므로 종래 기술에 따른 하수관보다 유체의 흐름 단면적을 증가시킬 수 있고 이로 인해 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체의 수심이 증가하지 않기 때문에, 종래 기술과 달리 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체가 외부로 역류 하는 문제를 방지할 수 있는 효과가 존재한다.

도 5는 종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서 압축공기 형성에 의해 발생할 수 있는 유체의 역류 현상을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서는 압축공기 형성에 의한 유체의 역류 현상이 발생되지 않는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 유체가 상부 맨홀(1)에서 배수관(3)을 거쳐 하부 맨홀 (2)로 흐르는 경우, 제1맨홀(11)의 수면을 통해 공기가 유입되어 상부 맨홀(1) 에 저장되어 있는 유체 내부에 공기(bubble)가 발생할 수 있다.

상부 맨홀(1) 내부에 저장되어 있는 유체 내에서 공기가 형성된 경우 이러한 공기는 유체의 흐름에 따라 배수관(3)을 통과하면서 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 비교적 크기가 큰 압축 공기괴를 복수 개 형성하게 되고, 이러한 압축 공기는 하부 맨홀(2)에 도달하는 경우 하부 맨홀(2)의 상부로 이동하게 된다. 맨홀에 도달한 압축 공기는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 압력이 약해지면서 순간적으로 팽창하게 되고, 이러한 팽창으로 인해 하부 맨홀(2) 내부에 저장되어 있던 유체가 지상으로 배출되는 역류 현상이 발생하며, 역류 현상으로 인해 맨홀의 뚜껑(4) 또한 지상으로 이탈되어 도로상의 여러 사고를 일으키는 문제점을 발생시킨다.

그러나 본 발명에 따르면, 맨홀(10)과 하수관을 연결하는 연결부의 상부 연결부들(51a, 41b, 41b)의 형상이 곡선 구조를 취하고 있기 때문에, 제1맨홀(10a) 내부에 저장되어 있는 유체가 압축 공기괴가 형성되어 도 5와 같은 현상이 동일하게 발생하여도, 맨홀 내부에 저장되어 있는 유체가 외부로 빠르게 배출될 수 있다. 따라서, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이 제2맨홀(10b)에 저장되어 있는 유체의 수심이 낮게 형성되므로, 제2맨홀(10b) 내부에 저장되어 있는 유체의 표면에서 공기가 배출되어도 지상과 수심의 거리가 멀어 유체가 지상으로 누출되는 역류 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 7의 (a)는 종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서의 물 압력선 (HGL, hydraulic grade line)을 도시한 도면이고, 도 7의 (b)는 본 발명에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서의 물 압력선을 도시한 도면이며, 도 8은 종래 기술에 따라 맨홀 및 하수관 구조에서 발생될 수 있는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서는, 맨홀과 하수관이 만나는 영역이 직각 형상으로 되어 있기 때문에, 도 8의 (a)에서와 같이 공기로 채워져 있는 빈 공간이 많은 상태에서, 비가 많이 내려 맨홀 내부의 수심이 급격히 증가하게 되는 경우, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 하수관 내부에 공기가 갇히게 되는 공간(E)이 발생하게 된다. 그리고 이러한 상태가 지속되면, 공기가 갇혀 있는 공간(E)에서의 공기 일부가 유체에 스며들어 유체 내부에 공기가 형성되고, 이러한 공기는 하부 맨홀(2)의 상부로 이동하게 되어 앞선 도면에서 설명하였던 바와 같이 역류를 발생시키는 문제점이 존재한다.

또한, 종래 기술에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서는, 공기가 갇혀 있는 공간(E)에서는 점점 공기가 줄어들게 되므로 관 내부의 압력이 약해져 큰 부압이 발생하게 된다. 따라서, 하수관의 균열이나 흠이 있는 경우 하수관 주변의 물 또는 토사를 흡수하여 관로 주변에 큰 동공을 만드는 등 구조적인 면에서 많은 문제점이 발생할 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 맨홀 및 하수관 구조에서는 맨홀 내부에서의 유체가 효율적으로 하수관으로 배출되므로 하부 맨홀(2)에 대응되는 제2맨홀(10b)의 내부에 저장되어 있는 유체의 수심이 하부 맨홀(2) 보다 낮게 형성된다. 따라서, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 물 압력선이 하부 맨홀(2)의 내부에 형성되므로 종래 기술과 다르게 역류 현상이 발생하지 않게 되며, 종래 기술과 다르게 공기가 배수관 내부에서 갇히지 않으므로 부압 현상도 발생하지 않으면서, 맨홀 및 하수관 내부에 흐르는 유체의 표면은 대기압을 유지할 수 있어 구조적인 면에서도 안정적인 장점이 존재한다.

도 9는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 역류 방지를 위한 맨홀 및 맨홀 본체와 연결되어 있는 하수관의 수직 단면도를 도시한 도면이다.

도 9에 따른 역류 방지 맨홀(10)의 경우, 기본적인 형상은 도 1과 도 2에서 설명한 맨홀과 동일한 형상을 가지나, 도 9에 도시된 바와 같이 역류 방지 맨홀(10)의 바닥면의 높이와 제2연결부(50)의 바닥면의 높이는 서로 일치하는 형상으로 구현될 수 있다. 이러한 경우 역류 방지 맨홀(10)의 바닥면과 제2연결부(50)의 바닥면은 서로 단차가 없는 평평하게 이어지는 면이 될 수 있다. 도 9에서는 제2연결부(50)의 바닥면의 높이와 역류 방지 맨홀(10)의 바닥면의 높이가 일치하는 것으로 도시하였으나, 이와 반대로 제1연결부(40)가 제2연결부(50) 보다 낮은 위치에 형성되어 있어, 역류 방지 맨홀(10)의 바닥면의 높이와 제1연결부(40)의 바닥면의 높이가 서로 일치되는 형상으로 구현될 수 있다.

도 9에 따른 역류 방지 맨홀(10)에서도 제1연결 상부(41)와 제2연결 상부(42)가 직각 구조가 아닌 곡선 형상으로 되어 있기 때문에 유체가 하수관에서 맨홀 또는 맨홀에서 하수관으로 이동할 때 유체의 흐름 단면적이 작아지지 않아, 맨홀 내부의 수심을 낮출 수 있는 효과가 존재한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 역류 방지 하수관을 측면에서 바라본 사시도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 맨홀 역류 방지 하수관(100)은, 상류 연결부(120), 본체(110) 및 하류 연결부(130)를 포함할 수 있으며, 상류 연결부(120)는 제1 상류 연결부(121) 및 제2 상류 연결부(122)를 포함하고, 하류 연결부(130)는 제1하류 연결부(131), 제2하류 연결부(132)를 포함할 수 있다.

도 10에서는 상류 연결부(120)가 유체의 유동 방향을 기준으로 서로 다른 각도를 가지는(a, b)를 제1상류 연결부(121) 및 제2하류 연결부(122)로 나누어서 표현하였고, 하류 연결부(130)는 유체의 유동 방향을 기준으로 서로 다른 각도를 가지는(c, d)를 제1하류 연결부(131) 및 제2하류 연결부(132)로 나누어서 표현하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정 되는 것은 아니고 제2상류 연결부(122)와 제2 하류 연결부(132)가 포함되지 않는 구성으로 구현될 수 도 있다.

또한, 맨홀 역류 방지 하수관(100)의 연결부는 테이퍼부로 지칭될 수 있다. 연결부가 테이퍼부로 지칭되는 경우 상류 연결부(120)는 제1테이퍼부로, 하류 연결부(130)는 제2테이퍼부로 지칭될 수 있다. 따라서, 제1상류 연결부(121)는 제1-1 테이퍼부, 제2상류 연결부(122)는 제1-2테이퍼부로, 제1하류 연결부(131)는 제2-1 테이퍼부, 제2하류 연결부(122)는 제2-2테이퍼부로 지칭될 수 있다.

도 10을 참조하면, 상류 연결부(120)와 하류 연결부(130)는 본체의 양 측면에 각각 결합되어 유체가 유입/배출되는 통로 역할을 할 수 있다.

구체적으로 상류 연결부(120)는 본체(110)에서 상류 연결부(120) 방향으로 갈수록 수직 단면적이 커지는 형상으로 구현될 수 있으며, 하류 연결부(130) 또한 본체(110)에서 하류 연결부(130) 방향으로 갈수록 수직 단면적이 커지는 형상으로 구현될 수 있다.

일 예로, 상류 연결부(120) 및 하류 연결부(130)에서 본체(110)와 결합되는 일단의 단면적을 각각 A라 하고 상류 연결부(120)와 하류 연결부(130) 타단의 단면적을 각각 B라 하면, 상류 연결부(120)와 하류 연결부(130)는 A와 B의 관계가 A:B=1:4를 만족하도록 상류 연결부(120) 및 하류 연결부(130)의 구조를 설계할 수 있다. 제 1연결부(120)와 하류 연결부(130)의 가로 길이는 0.1m 내지 3m의 범위를 포함할 수 있다.

제2상류 연결부(122)는 유체의 유동 방향에 평행인 방향으로 정의되는 가상의 선을 기준으로, 가상의 선과 제1각도(a)를 형성할 수 있다. 상기 가상의 선은 맨홀 역류 방지 하수관(100)의 길이 방향에도 평행할 수 있으며, 제1각도(a)는 예각일 수 있다. 일 예로, 제1각도(a)는 15.0 ~ 22.5도의 범위를 가질 수 있다.

제1상류 연결부(121) 또한, 유체의 유동 방향에 평행인 방향으로 정의되는 가상의 선을 기준으로 가상의 선과 제2각도(b)를 형성할 수 있다. 제2각도(b)는 예각일 수 있으며, 일 예로 제2각도(b)는 제1각도(a) 와 동일한 각도를 가지거나 더 작은 각도를 가지도록 형성될 수 있다.

제2하류 연결부(132)는 유체의 유동 방향에 평행인 방향으로 정의되는 가상의 선을 기준으로, 가상의 선과 제3각도(c)를 형성할 수 있다. 가상의 선은 맨홀 역류 방지 하수관(100)의 길이 방향에도 평행할 수 있으며, 제3각도(c)는 예각일 수 있다. 일 예로, 제3각도(c)는 15.0 ~ 22.5도의 범위를 가질 수 있다.

제1하류 연결부(131) 또한, 유체의 유동 방향에 평행인 방향으로 정의되는 가상의 선을 기준으로 가상의 선과 제4각도(d)를 형성할 수 있다. 제4각도(d)는 예각일 수 있으며, 일 예로 제4각도(d)는 제3각도(c) 와 동일한 각도를 가지거나 더 작은 각도를 가지도록 형성될 수 있다.

유체가 하수관에서 맨홀로 유동하는 경우와 같이 급하게 좁고 작은 영역을 통과해야 하는 경우, 유체는 관성 때문에 실제 하수관의 높이에 면적보다, 더 작은 높이의 단면으로 수축해서 유출되는 단면 축소 현상이 발생하게 되며, 이러한 축류 현상은 유체의 전반적인 배출 능력을 감소시켜, 흐르는 유체의 수심을 증가시키는 문제점이 존재한다.

그러나 하수관이 도 10에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 경우, 상류 연결부(120)가 하수관의 높이에 따른 단면적보다 큰 면적을 가지고 있어 유체가 자연스럽게 하수관 내부로 유입될 수 있어, 유체의 흐름단면 축소 현상이 발생하지 않는 장점이 존재한다. 즉, 상류 연결부(120) 및 하류 연결부(130)의 구조로 인해 유체의 유입 및 배출 영역의 단면적이 증가하게 되므로, 맨홀에 임시적으로 저장되어 있는 유체의 수심을 낮출 수 있다.

도 11은 본 발명에 따라, 수심과 유량이 변하는 결과를 종래 기술과 비교하여 나타낸 도표이다.

도 11의 (a)는 하수관을 통과하는 유량이 일정할 때, 하수관의 입구 모형에 따른 상류 수심을 비교 도시한 실험 결과 데이터이며, 도 11의 (b)는 상류 수심이 일정할 때, 하수관의 입구 모형에 따른 하수관을 통과하는 유량을 비교 도시한 실험 결과 데이터이다.

도 11의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따라 입구 모형이 곡선형으로서, 입구의 단면적이 증가하는 모형으로 형성된 하수관을 적용한 맨홀은, 종래 기술에 따른 입구 모형이 직사각형 모형인 하수관보다 하수관에 흐르는 유랑이 일정할 때, 맨홀 내부 수심의 깊이가 약 30프로 감소하는 것을 알 수 있다.

도 11의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따라 입구 모형이 곡선형으로서, 입구의 단면적이 증가하는 모형으로 형성된 하수관은, 종래 기술에 따른 입구 모형이 직사각형 모형의 하수관보다, 상류 수심이 일정할 때, 하수관을 통과하는 유량이 약 30프로 증가하는 것을 알 수 있다. 하수관의 유량이 증가한다는 것은 그 만큼 맨홀에 저장되어 있는 유체가 하수관으로 빠르게 많이 배출된다는 것을 의미하므로, 이를 통해 동일 유량이 흐를 때 본 기술에 따른 맨홀의 경우 내부에 저장되는 유체의 수심 또한 같이 낮아진다는 것을 알 수 있다.

즉, 도 11의 실험 결과에 의해 증명이 되었듯이, 맨홀과 연결되어 있는 하수관이 본 발명과 같은 구조를 가지는 경우 하수관 입구에서 유체의 흐름 단면적을 확대할 수 있기 때문에 맨홀에 저장되어 있는 유체의 수심을 낮출 수 있어 유체가 지상으로 누출되는 역류 현상을 방지할 수 있는 장점이 존재한다.

지금까지 도면을 통해 본 발명에 따른 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치에 대해 알아보았다.

일 실시예에 따른 역류 방지 맨홀, 맨홀 역류 방지 하수관 및 맨홀과 하수관의 연결 장치는 맨홀들을 연결하는 하수관 입구에 흐르는 유체의 흐름 단면적을 증가시켜, 유체를 효과적으로 하수관으로 배출시킬 수 있다. 따라서, 맨홀 본체 내부에 저장되는 유체의 수심을 낮출 수 있어 유체가 지상으로 방출되는 역류 현상을 방지할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적인 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 역류 방지 맨홀 20: 맨홀 커버
30: 본체 40: 제1연결부
41: 제1연결 상부 42: 제1연결 하부
50: 제2연결부 51: 제2연결 상부
52: 제2연결 하부 100: 맨홀 역류 방지 하수관
120: 상류 연결부 130: 하류 연결부

Claims (4)

1. 본체;
   상기 본체의 일 측면에 연결되어 유체가 유입되는 하수 유입관과 상기 본체의 타 측면에 연결되어 상기 유체가 배출되는 하수 배출관을 포함하는 하수관;
   상기 하수 유입관과 상기 본체를 연결하고, 상기 본체를 향해 수직 단면적이 증가하도록 곡면으로 형성되는 제1연결부; 및
   상기 하수 배출관과 상기 본체를 연결하고, 상기 본체를 향해 수직 단면적이 증가하도록 곡면으로 형성되는 제2연결부;를 포함하고,
   상기 하수 배출관은
   하수관 본체;
   상기 유체의 유동 방향과 평행한 가상의 선을 기준으로 제2각도를 형성하도록 상기 하수관 본체로부터 상기 제2연결부를 향해 연장되는 제1 상류 연결부; 및
   상기 가상의 선을 기준으로 상기 제2각도보다 큰 각도인 제1각도를 형성하도록 상기 상기 제1 상류 연결부로부터 상기 제2연결부를 향해 연장되는 제2 상류 연결부;를 포함하고,
   상기 제1각도는 15도 이상 22.5도 이하의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   월류 방지용 연결부를 가지는 맨홀 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1연결부는 상기 제2연결부보다 높은 위치에서 상기 본체에 연결되는 것을 특징으로 하는,
   월류 방지용 연결부를 가지는 맨홀 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하수 배출관은
   상기 가상의 선을 기준으로 상기 제1각도보다 작은 각도인 제4각도를 형성하도록 상기 하수관 본체로부터 외측으로 연장되는 제1 하류 연결부; 및
   상기 가상의 선을 기준으로 상기 제1각도와 동일한 각도인 제3각도를 형성하도록 상기 제1하류 연결부로부터 외측으로 연장되는 제2 하류 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   월류 방지용 연결부를 가지는 맨홀 유닛.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 상류 연결부와 상기 제1 하류 연결부는 상기 하수관 본체를 기준으로 대칭되는 형상으로 구성되고,
   상기 제2 상류 연결부와 상기 제2 하류 연결부는 상기 하수관 본체를 기준으로 대칭되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
   월류 방지용 연결부를 가지는 맨홀 유닛.