소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치{Apparatus for controlling water level at Water Supply of small scale}
본 발명은 소수 인구 단위의 작은 마을에서 운영되는 소규모 상수도 시설에서 각 가정으로 공급되는 물의 유속, 유량 및 유압(이하, '수위'라 통칭함)을 조절하여 누수를 예방하고 친환경적인 전원을 사용하는 친환경적인 물 절약 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 위치에 설치된 물탱크에서 위치에너지를 이용한 수압으로 상대적으로 낮은 위치의 각 가정에 물을 공급하는 소규모 상수도 시설에서 각 가정으로 공급되는 물의 수위를 조절하여 높은 수압으로 인한 누수를 방지하고 친환경적인 방식의 전원을 사용하는, 소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광역 상수도를 통하여 물이 공급되지 않는 작은 시골 마을에서는 대략 100~2,500명의 급수 인구에게 정수를 공급하는 일반 수도로서 소규모 상수도 시설이 설치되어 있다. 이러한 소규모 상수도 시설에서는 마을의 상수원으로 예를 들면 저수지의 물, 계곡 물, 지하수 등을 마을에서 높은 지대에 설치한 배수지의 물탱크로 펌프에 의하여 올려놓고, 마을의 각 수용가에 수도관을 통하여 물을 공급하게 된다. 이러한 종래 소규모 상수도 시설은, 도 1에 도시한 바와 같이, 저수지, 계곡, 지하수 등의 상수원(10)에서 수중모터(12)에 의하여 송수관로(18)와 배수구(18A)를 통해서 배수지의 물탱크(30)로 물을 공급하게 된다. 상수원(10)과 배수지의 물탱크(30)는 대략 100m~1Km 정도 떨어져 있다. 수중모터(12)는 수중모터 제어함(14)에 의하여 제어되며, 송수관로(18)에는 압력계(20), 역류방지용 체크밸브(22), 유량계(24), 전동밸브(26)가 설치되고, 배수지의 물탱크(30)에는 수위를 감지하기 위한 수위센서(28)가 설치되어 있다. 또한, 수중모터 제어함(14), 압력계(20), 역류방지용 체크밸브(22), 유량계(24), 전동밸브(26)는 상수원(10) 근처에 있는 기계실 내에 위치하게 되며, 이 기계실에는 이 소규모 수도 시설의 전체적인 제어를 담당하는 제어장치(16)가 설치되어 있다. 상기 제어장치(16)는 수중모터 제어함(14)과 압력계(20), 유량계(24) 및 수위센서(28)로부터의 신호를 입력받아 수중모터 제어함(14)과 전동밸브(26)를 제어한다. 그러나, 전술한 바와 같이 작은 마을에서는 각 마을마다 지하 관정의 모터를 가동하여 산 위와 같은 높은 위치에 있는 물탱크로 지하수를 끌어올리고 그 물탱크의 위치에너지로 각 가정에 고압의 물을 공급하므로 고압으로 인하여 대단히 많은 양의 물이 누수로 손실되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 높은 위치에 설치된 물탱크의 위치에너지를 이용하여 상대적으로 낮은 위치의 각 가정에 물을 공급하는 소규모 상수도 시설에서 각 가정으로 공급되는 물의 수위를 조절하여 높은 수압으로 인한 누수를 예방하고 친환경적인 방식의 전원을 사용하도록 된, 소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치는, 높은 위치에 설치된 물탱크의 위치에너지를 이용하여 상대적으로 낮은 위치의 각 수용가(가정)에 물을 공급하는 소규모 상수도 시설에서, 상기 물탱크에 연결된 적어도 하나의 상부 공급관, 상기 상부 공급관을 통해 흐르는 단일 물줄기를 다수의 물줄기로 분기하도록 상기 상부 공급관으로부터 분기된 다수의 수위 조절관, 상기 다수의 수위 조절관을 통해 흐르는 다수의 물줄기를 단일 물줄기로 통합하도록 상기 다수의 수위 조절관과 연결된 단일의 하부 공급관, 및 상기 하부 공급관과 상기 각 수용가를 연결하는 급수관을 포함하는 급수관망; 상기 상부 공급관상에 설치되어 그 상부 공급관내의 적어도 유속, 유량 및 유압을 감지하는 감지부; 상기 다수의 수위 조절관내 각각에 설치되어 개폐되는 다수의 수위조절밸브; 및 상기 감지부로부터 감지된 적어도 유속, 유량 및 유압에 대한 데이터에 근거하여 상기 각 수위조절밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 다수의 수위조절밸브 중 적어도 하나는 수동 밸브로 구성될 수 있다. 상기 제어부는 일 예로 상기 데이터를 설정된 일정 기간 동안 수집하여 시간대별 통계치를 구하고, 그 통계치에 따른 상기 각 수위조절밸부에 대한 개폐율을 구하며, 그 시간대별 개폐율에 따라 상기 각 수위조절밸브의 개폐를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 다른 예로 상기 데이터를 실시간 수집하고 그 실시간 수집된 데이터와 상기 대응하는 통계치를 비교하여 상기 각 수위조절밸브의 개폐를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 또 다른 예로 상기 실시간 수집된 데이터가 상기 대응하는 통계치의 일정 범위를 초과할 경우 누수로 판단하고, 상기 각 수위조절밸브를 모두 닫도록 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 소수 인구 단위의 작은 마을에서 운영되는 소규모 상수도 시설 즉, 높은 위치에 설치된 물탱크에서 위치에너지를 이용한 수압으로 상대적으로 낮은 위치의 각 가정에 물을 공급하는 소규모 상수도 시설에서, 급수관망내의 유속, 유량 및 유압과 같은 물의 수위를 물의 사용량이 서로 다른 시간대별로 조절하고 친환경적인 방식의 전원을 사용함으로써, 높은 수압으로 인한 누수를 예방하고 환경 친화적인 물 절약 기술을 제공하는 효과가 창출된다.
도 1은 종래의 소규모 상수도 시설을 예시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치의 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하였고, 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치의 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 물탱크(30), 급수관망(210~230), 감지부(240), 수위조절밸부(250), 제어부(260), 및 전원공급부(270)를 포함할 수 있으며, 물탱크(30)를 매개로 도 1의 장치와 연결될 수 있다. 본 실시예에 따른 물탱크(30)는 산과 같이 높은 지대에 설치되고 도 1에 도시된 바와 같이 지하 등의 상수원(10)으로부터 수중모터(12)에 의하여 송수관로(18)와 배수구(18A)를 통해서 공급된 물을 저장하고, 그 저장된 물을 위치에너지를 이용한 수압으로 급수관망(210~230)을 통해 상대적으로 낮은 위치의 각 수용가(300)로 제공하기 위한 것이다. 본 실시예에 따른 급수관망(210~230)은 물탱크(30)의 하부에 일단이 연결된 단일의 상부 공급관(210)과, 상부 공급관(210)을 통해 흐르는 단일 물줄기를 다수의 물줄기로 분기하도록 상부 공급관(210)의 타단으로부터 다수개로 분기되어 서로 병렬 연결된 제1 내지 제4 수위 조절관(211~214)과, 제1 내지 제4 수위 조절관(211~214)을 통해 흐르는 다수의 물줄기를 단일 물줄기로 통합하도록 제1 내지 제4 조절관(211~214)의 단부와 일단이 연결된 단일의 하부 공급관(220)과, 하부 공급관(220)의 타단과 물탱크(30)보다 상대적으로 낮은 위치에 있는 마을의 각 수용가(300)의 사이를 연결하는 급수관(230)을 포함하여 구성된다. 본 실시예에서 제1 내지 제4 수위 조절관(211~214)은 제1 수위 조절관(211)으로부터 제4 수위 조절관(214)으로 갈수록 상대적으로 높은 위치에 설치될 수 있다. 본 실시예에 따른 감지부(240)는 상부 공급관(210)상에 물탱크(30)와 인접하게 설치되어 그 상부 공급관(210)내의 적어도 유속, 유량 및 유압을 감지하는 것으로, 유속을 감지하는 유속센서, 유량을 감지하는 유량계와 같은 유량센서, 및 유압을 감지하는 유압계와 같은 유압센서를 포함할 있다. 본 실시예에 따른 수위조절밸브(250)는 제1 수위 조절관(211)내에 설치되어 개폐되는 제1 수위조절밸브(251)와, 제2 수위 조절관(212)내에 설치되어 개폐되는 제2 수위조절밸브(252)와, 제3 수위 조절관(213)내에 설치되어 개폐되는 제3 수위조절밸브(253)와, 제4 수위 조절관(214)내에 설치되어 개폐되는 제4 수위조절밸브(254)를 포함한다. 본 실시예에서 제1 수위조절밸브(251)는 수동 조작할 수 있는 수동 밸브로 구성되고, 제2 내지 제4 수위조절밸브(252~254)는 제어부(260)의 제어에 따라 개폐되는 전자 자동 밸브로 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 제어부(260)는 감지부(240)로부터 감지된 유속, 유량 및 유압 중 적어도 하나 이상에 대한 데이터에 근거하여 제1 내지 제4 수위조절밸브(251~254)의 개폐를 제어한다. 본 실시예에 따른 전원공급부(270)는 본 실시예에 따른 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치에서 전력을 필요로 하는 감지부(240), 자동 수위조절밸브(252~254), 및 제어부(260) 등에 전원을 공급하는 것으로, 예를 들어 배터리 전원을 이용하고 작동 시간 이외에는 절정모드로 전환되어서 소모 전력을 최소화하며, 태양열을 이용하여 배터리 전원을 충전하는 환경 친화적 전원 장치로 구성할 수 있다. 이어, 도 2를 참조로 전술된 본 발명의 일 실시예에 따른 소규모 상수도 시설의 누수 절감형 친환경 수위 조절 장치의 동작에 대해 설명한다. 본 실시예에서 제어부(260)는 일 예로 감지부(240)를 통해 감지된 상부 공급관(210)내의 유속, 유량 및 유압에 대한 데이터를 설정된 일정 기간 동안 수집하고, 그 수집된 데이터에 대한 시간대별 통계치를 구하며, 그 시간대별 통계치에 대응하는 각 수위조절밸부(252~254)에 대한 시간대별 개폐율을 구하고, 그 시간대별 개폐율에 따라 각 수위조절밸브(252~254)의 개폐를 제어하도록 할 수 있다. 예를 들어, 식사 준비 시간대인 오전 6시~9시, 오후 12~3시, 오후 6~9시 등에는 유속, 유량 및 유압에 대한 통계치가 상대적으로 가장 높을 것이므로 수동 수위조절밸브(251)를 포함한 모든 수위조절밸부(252~254)를 열어 충분한 물을 공급함과 아울러 상부 공급관(210)을 통한 단일 물줄기가 제1 내지 제4 수위조절밸브(251~254)를 통해 4개의 물줄기로 분산하여 평균 수압을 줄이도록 함으로써 높은 수압으로 인한 누수를 줄일 수 있다. 상대적으로 물 사용량이 적어 통계치가 낮은 시간대에서는 자동 수위조절밸브(252~254) 중 1~2개의 밸브를 자동으로 제어하여 잠그도록 할 수 있고, 자동 수위조절밸브(251~254) 각각의 개폐 정도를 보다 정밀하게 제어할 수도 있다. 또한, 상대적으로 물 사용량이 거의 없어 통계치가 가장 낮은 야간 등의 시간대에서는 모든 자동 수위조절밸브(252~254)를 잠그도록 제어하고 수동 수위조절밸브(251)만 열어 공급관망(210~230)내에 에어(air)가 차는 것을 방지하면서 변기 등의 사용을 위한 최소한의 물만 공급하도록 하여, 급수관망(210~230)내의 수압을 최소화함으로써 높은 수압으로 인한 누수를 예방할 수 있다. 본 실시예에서 제어부(260)는 다른 예로 감지부(240)를 통해 감지된 상부 공급관(210)내의 유속, 유량 및 유압에 대한 데이터를 실시간 수집하고, 그 실시간 수집된 데이터와 해당 시간에 대응하는 시간대별 통계치를 비교하여 각 수위조절밸브(252~254)의 개폐를 제어할 수 있다. 예를 들어, 실시간 데이터 값이 해당 시간대별 통계치의 최소값과 최대값 범위내에 속하는지의 여부를 판단하고, 해당 범위내라고 판단되면 그 해당 범위 전체를 100%로 환산하여 그 중 실시간 데이터 값이 몇%에 속하는지를 판단하고, 그 판단 결과를 반영하여 각 수위조절밸브(252~254)의 개폐 정도를 보다 정밀하게 제어할 수 있을 것이다. 또한, 본 실시예에서 제어부(260)는 실시간 수집된 데이터가 대응하는 통계치의 일정 범위(예를 들어 기 설정된 임계치)를 초과할 경우 누수로 판단하도록 할 수 있고, 만일 누수라고 판단될 경우에는 자동 수위조절밸브(252~254) 모두를 잠그도록 제어하고 수동 수위조절밸브(251)만 열어 공급관망(210~230)내에 에어가 차는 것을 방지하면서 변기 등의 사용을 위한 최소한의 물만 공급하도록 한 후 누수 보수 등의 조치를 함으로써 누수로 인한 물의 손실을 최소화 할 수 있고 보수 기간 동안의 단수로 인한 불편함을 줄일 수 있다. 본 실시예에서 누수 판단은 전술한 방식에 한정되지 않고, 다양한 방식을 적용하여 누수 여부를 판단할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 제어부(260)와 도 1의 제어장치(16)간의 통신으로 제어부(260)는 도 1의 제어장치(16)로부터 물탱크(30)의 수위센서(28)의 수위정보, 유량계(24)의 유량정보, 압력계(20)의 압력정보, 수동모터(12)의 구동정보 등을 실시간 수신하고, 그 수신된 각종 정보, 상기 시간대별 통계치 및 상기 감지부(240)로부터 실시간 수집된 데이터와의 관계를 조합하여 급수관망(210~230)의 누수 여부를 판단할 수 있을 것이다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
30: 물탱크
210~230: 급수관망
210: 상부 공급관
211~214: 수위조절관
220: 하부 공급관
230: 급수관
240: 감지부
250, 251~254: 수위조절밸부
260: 제어부
270: 전원공급부
300: 수용가 |
