본 논문에서는 녹조성 독소 물질인 마이크로시스틴이 가정에서 검출되는 것을 완화 시키기 위한 대안으로 정수 처리 시설에서 가정으로 공급되는 상수관에 필터와 측정 장비를 포함한 오토드레인 시스템에 대한 연구를 수행하였다. 시스템의 안정성을 확립하기 위하여 지진 등의 외부 하중에 의한 시스템 안정성을 검토하고 최적 3중 필터의 최적 설계를 위한 유동 해석을 진행하였다.
구조 안정성 평가를 위하여 정적하중 해석과 모달해석을 수행하였으며 최적의 필터 모델을 도출하기 위하여 단일, 이중 그리고 삼중 필터를 순방향 흐름과 역방향 흐름으로 나누어 유동 해석을 수행하였다. 필터-배관시스템의 구조해석 결과 최대 응력은 약 97.3MPa을 나타냈으며 재질의 허용 강도와 비교하여 안전율은 약 2.6으로 측정된다. Modal 해석을 통한 모드 형상해석 결과 1~3차 진동에서는 상하 진동, 그리고 4, 5차 모드에서는 좌우 진동이 발생함을 알 수 있었으며 진동에 제일 취약했던 필터 부분은 밸로우즈 타입의 신축관 이음이 필요함을 알 수 있었다.
3중 필터의 유동 해석을 수행하기 위하여 다공성 매질 기법을 적용하였고, 원형도와 구형도를 각각 적용하여 해석한 결과 필터 내부의 압력분포가 거의 유사하고 최대 압력의 차이도 약 1% 이내로 비슷한 결과가 나왔다.
단일, 이중, 그리고 3중 필터에 대한 유동 해석 결과 필터의 개수가 많아질수록 압력강하 및 유속은 높게 나타났으며 차압율이 증가하는 경향을 보였다. 최적 3중 필터 시스템의 최대 차압율은 순방향의 경우 약 14.9%, 그리고 역 흐름의 경우 약 12.4%를 보인다. 이것은 한국물기술인증원에 제시하는 기준인 필터 시스템의 허용 차압율인 20% 이내로 안정하다고 판단할 수 있었다.
조밀도가 다른 삼중 필터의 유동 특성을 알아보기 위하여 순방향 해석을 수행하였을 때 안쪽에서 바깥쪽 필터로 갈수록 조밀도가 높은 경우에 차압율이 가장 낮게 나타났다. 역방향 유동흐름에서는 바깥쪽에서 안쪽 필터로 갈수록 조밀도가 높은 경우에 14.25%로 차압율이 가장 우수하였다. 순방향 그리고 역방향 모두 작동하는 필터 시스템 특성상 최적의 필터 배열은 중간 필터가 가장 조밀하고, 안쪽 필터의 조밀도가 낮은 것이 가장 효과적임을 알 수 있었다.
삼중 필터 시스템의 필터링 면적에 대한 필터 성능은 면적 또는 길이와 차압률은 상관이 없으나 전체 필터 시스템의 70% 이상인 필터의 길이를 적용하게 되면 시스템 내부에서 매우 높은 압력이 발생하고 유속이 상승하는 현상이 나타났다.