KR100306214B1 - 유량 측정장치 - Google Patents

Abstract

물, 유류, 액화가스 또는 그와 같은 종류의 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있도록 된 유량 측정장치에 관한 것이다.

이러한 유량 측정장치는 유입구와 배출구가 형성된 케이스와; 이 케이스 내부에 장착되어 상기한 유입구로 유입된 유체가 유입되고 유입된 유체를 배출시키는 하우징과; 상기 하우징 내부에 회전 가능하게 설치되고 일측단부는 유량 연산수단 측으로 회전력을 전달하는 임펠러와; 상기 임펠러를 무동력으로 회전시키기 위하여 상기 유입구로 유입된 유체를 임펠러의 날개에 부딪치도록 하는 수단과; 상기 수단에 의해 회전하는 임펠러에 의해 배출구 측으로 유체를 배출하는 수단을 포함하는 유량 측정장치를 제공한다.

상기한 하우징의 일측면에는 유입구를 통하여 유입된 유체를 유입구멍쪽으로 안내하는 다수의 돌기가 형성되고, 유입구멍과 배출구멍은 소정의 경사각을 이루도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유량 측정장치{Device for measuring quantity of flow}

본 발명은 유량 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물, 유류, 액화가스 또는 그와 같은 종류의 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있도록 된 유량 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업용이나 일반 가정에서 사용되는 유량계는 여러 가지가 알려져 있으며, 유체가 이동하면서 발생하는 에너지를 직접 이용하여 유량을 측정하는 방식과, 유체가 이동하는 속도를 외부에서 측정하여 유량을 계산하는 방식이 대표적으로 많이 사용되고 있다.

유체의 에너지를 이용하여 유량을 측정하는 유량계는 용적, 면적, 차압, 터빈 유량계 등이 있고, 유체의 속도를 측정하여 유량을 산출하는 것으로는 초음파 및 질량 유량계 등이 있다.

이중에서 유체의 통로에 터어빈 또는 임펠러를 설치하고, 터어빈이나 임펠러의 회전수로써 통과한 유량을 측정하도록 이루어진 터빈형 유량계가 여러 분야에서 이용되고 있다.

이 터빈 유량계는 유입구를 통하여 유체가 유입되면서 터어빈 또는 임펠러와 같은 회전체를 회전시킨 후 배출구를 통하여 유체를 배출시킨다.

이때 회전체가 1회전할 동안 통과한 유량을 미리 계산하고, 회전체의 회전수를 계수하여 어떤 단위 시간에 흐르는 유체의 양을 일컫는 유량을 측정단위인 리터나 갤론 등으로 표시장치에 표시하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 유량 측정장치는 유체의 흐름에 따라서 회전하는 회전체를 유체의 흐름방향으로 설치하고, 회전체의 회전수를 검출함으로서 유체의 유량을 표시하는데, 유체의 흐름중에 설치된 회전체는 유속이 안정되어 있어도 유체가 흐르면서 존재하는 와류나 난류 또는 유체의 흐름에 저항을 주는 유입구나 배출구의 등에 의하여 유체의 정확한 회전속도를 측정할 수 없게되어 정확한 유량을 측정하기 어렵게 된다.

또한 상기한 회전체는 지지부에 지지되어 회전하는데, 이 지지부의 선단에서유체가 유입 및 배출될 때 발생되는 유체의 저항이 회전체에 전달되어 회전체의 회전속도가 감소됨으로서 유량을 정확하게 측정하지 못하게 되는 문제점이 발생된다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 물, 유류, 액화가스 또는 그와 같은 종류의 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량 측정장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 유입구와 배출구가 형성된 케이스와; 이 케이스 내부에 장착되어 상기한 유입구로 유입된 유체가 유입되고 유입된 유체를 배출시키는 하우징과; 상기 하우징 내부에 회전 가능하게 설치되고 일측단부는 유량 연산수단 측으로 회전력을 전달하는 임펠러와; 상기 임펠러를 무동력으로 회전시키기 위하여 상기 유입구로 유입된 유체를 임펠러의 날개에 부딪치도록 하는 수단과; 상기 수단에 의해 회전하는 임펠러에 의해 배출구 측으로 유체를 배출하는 수단을 포함하는 유량 측정장치를 제공한다.

상기한 하우징의 일측면에는 유입구를 통하여 유입된 유체를 유입구멍쪽으로 안내하는 다수의 돌기가 형성되고, 유입구멍과 배출구멍은 소정의 경사각을 이루도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 임펠러에 형성된 날개는 유체의 저항을 적게 받을 수 있고, 하우징으로 유입된 유체를 원활하게 배출할 수 있도록 끝단부가 경사면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 유량 측정장치의 분해사시도.

도 2는 본 발명에 따른 유량 측정장치를 다른 방향에서 바라본 분해사시도.

도 3a는 본 발명에 따른 유량 측정장치의 임펠러 하우징 확대사시도.

도 3b는 도 3a의 유입구멍을 나타낸 평단면도.

도 3c는 도 3a의 배출구멍을 나타낸 평단면도.

도 4는 본 발명에 따른 유량 측정장치의 임펠러 정면도.

도 5는 본 발명에 따른 유량 측정장치의 결합단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 의한 유량 측정장치의 분해사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 유량 측정장치에 제공된 임펠러 하우징과 임펠러를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 유량 측정장치를 결합한 상태의 단면도로서, 부호 2는 유량 측정장치가 내장되는 케이스를 나타낸다.

이 케이스(2)는 내부공간(4)을 갖추고 있으며 한쪽면이 개방된 원통형의 형상으로 이루어지고, 개방부의 반대편에는 유체가 유입되는 유입구(6)가 마련되며, 상기 케이스(2)에는 내부공간(4)과 연통하는 배출구(8)가 형성되어 유량이 측정된 후 이 케이스(2)로부터 유체가 빠져나갈 수 있도록 구성된다.

상기한 유입구(6)로 유입되는 유체(물, 유류, 액화가스등)는 전처리 과정으로 유체에 포함된 이물질을 제거하고 기포를 일정한 크기로 만들어준 상태에서 유입시키는 것이 바람직하며 그러한 것은 보다 정확한 유량을 측정할 수 있는 여건을 마련하여 준다.

상기한 케이스(2) 내측면에는 원주방향으로 형성되는 걸림턱(10) 구비되고, 이 걸림턱(10)에 접촉되며 상기한 유입구(6)와 소정의 거리를 유지한 상태에서 케이스(2) 내부공간(4)으로 임펠러 하우징(12)이 위치한다.

상기한 하우징(12)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 내부공간(14)을 갖는 본체(16)와, 이 본체(16)의 외주연부에 형성되는 플랜지(18)로 이루어지며, 이 플랜지(18)가 케이스(2)의 걸림턱(10)에 면 접촉하면서 하우징(12)이 위치하도록 이루어진다.

상기한 플랜지(18)를 사이에 두고 하우징(12)의 본체(16) 외주연부 양측으로는 일정한 간격을 유지하며 형성되는 다수의 유입구멍(20)과, 이 유입구멍(20)과 소정이 거리를 유지하며 서로 어긋나게 형성되는 배출구멍(22)이 뚫려지며, 상기한 유입구(6)로 유입된 유체가 다수개의 유입구멍(20)으로 분산 유입될 수 있도록 유입구(6)와 대응하는 면에는 다수의 돌기(24)가 제공된다.

상기한 유입구멍(20)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 본체(16) 내부공간(14)(도 1,2 참조)으로 유체의 유입이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여 내부공간(14)쪽으로 경사지게 형성된 경사면(26)을 이루며, 또한 내부공간(14)으로 가면서 그 단면적이 점차적으로 좁아지도록 되어있다.

상기한 배출구멍(22)은 도 3a 및 도 3c에 도시된 것과 같이 내부공간(14)(도 1,2 참조)으로 유입된 유체가 배출되는 곳으로서 유입구멍(20)에 형성된 경사면(26)과 동일한 방향으로 형성된 경사면(28)을 갖추며, 본체(16) 내부공간(14)쪽에 위치한 유입구멍(20)의 단면적보다 그 넓이가 더 넓게 형성되어 유입된 유체가 용이하게 배출될 수 있도록 되어 있다.

그리고 상기한 본체(16)의 일측면에 형성된 돌기(24)들은 유입구(6)를 통하여 유입된 유체를 유입구멍(20) 방향으로 분산 유입되도록 안내하여주는 것으로서 본체(16) 일면으로부터 일정한 간격을 두고서 방사 방향으로 각각 연장되는 형태를 취한다.

상기한 돌기(24)들은 유입구멍(20)의 경사면(26)으로 원활하게 유체가 유입될 수 있도록 상기한 경사면(26)의 방향과 동일한 방향을 갖는 원호형의 구조로 형성되고 외측면으로 가면서 그 높이가 점차적으로 낮아지도록 이루어진다.

따라서 유체가 유입되면서 돌기(24)에 부딪쳐 맴돌이 현상을 일으키면서 유입구멍(20)으로 유입되는데, 이 유입구멍(20)은 유체의 맴돌이 방향과 동일한 방향의 경사면(26)으로 형성됨으로 내부공간(14)으로 유체가 용이하게 유입될 수 있게 된다.

이러한 구조를 갖는 하우징(12) 내부 일측면 중앙부에는 지지체(30)가 고정 설치되고, 이 지지체(30) 내부의 피고정체(도시생략) 사이에 지지되는 임펠러(32)가 설치된다.

이 임펠러(32)는 일측단에 기어(34)가 형성된 회전축(36)과, 이 회전축(36)의 타측 외주면 원주방향으로 일정한 간격으로 형성되는 다수의 날개(38)를 갖는다.

상기한 날개(38)는 하우징(12)의 유입구멍(20)을 통하여 유입되는 유체의 힘으로 회전하면서 유입된 유체를 배출구멍(22)을 통하여 배출하도록 하여 주는데, 상기한 유입구멍(20)과 배출구멍(22)은 서로 어긋나게 형성되고 동일한 방향으로 형성된 경사면(26)(28)을 갖추므로 유체의 유입과 배출이 용이하게 이루어진다.

유입된 유량의 계산은 임펠러 하우징(12)의 체적을 구하고 임펠러(32)가 1회전할 때 통과하는 유량을 산출하여 임펠러의 회전수를 누적 연산하여 숫자 등으로 나타낼 수 있도록 형성된다.

그리고 상기한 하우징(12) 내부공간으로 유입된 유체가 더욱 수월하게 배출되도록 도 4에 도시한 바와 같이 임펠러(32)의 날개(38) 외측면은 경사면(40)을 갖도록 제작된다.

상기한 경사면(40)은 임펠러(32)가 회전하는 방향쪽으로 형성되어 임펠러(32)의 회전시 유체의 저항을 적게 받을 수 있고, 하우징(12) 내부로 유입된 유체와의 접촉면적이 증대되어 배출구멍(22)을 통하여 더욱 원활하게 유체가 배출되도록 하여준다.

이러한 임펠러(32)가 회전할 때 마찰력을 최소화할 수 있도록 하기 위하여 하우징(12)에 고정 설치된 지지체(30)의 끝단부에는 볼(42)이 삽입되고, 이 볼(42)과 점접촉되며 회전축(36)의 홈(44)에 삽입 고정되는 스핀들(46)에는 곡면홈(48)이 형성된다.

상기한 볼(42)은 내구성이 좋은 세라믹으로 제작할 수 있으며, 스핀들(46)은 내마모성이 높으며 저항계수가 작은 인조사파이어 등을 사용할 수 있다.

그러한 재질로 이루어진 볼(42)과 스핀들(46)은 임펠러(32)가 회전할 때 저항계수를 최소화 하여준다.

이러한 임펠러(32)의 회전축(36) 일측에는 지지봉(50)이 장착되고, 이 지지봉(50)은 도시되지 않은 피고정체에 회전 가능하게 설치된다.

상기한 임펠러(32)가 삽입된 하우징(12)의 일측은 지지판(54)이 고정 설치되고, 이 지지판(54)에 형성된 구멍(56)을 관통하여 임펠러(32)의 회전축(36)이 돌출된다.

이렇게 돌출된 회전축(36)에 형성된 기어(34)는 유량연산수단(52)과 연결되어 유량을 나타내도록 구성된다.

이 유량연산수단(52)은 도시되지 않은 연산기어들이 치합되어 임펠러(32)가 회전하면서 연산기어들도 같이 회전하여 임펠러(32)의 회전수를 유량으로 변환하는 기어비에 의한 연산을 마이크로 프로세서(미도시)가 수행한다.

이러한 연산은 예를 들어 0.1리터의 유체가 유입될 때 임펠러(32)가 1회전한다고 가정하면, 임펠러(32)가 10회전을 하게되면 유량 연산수단(52)에 의하여 1리터가 숫자로 표시되어 유량을 확인할 수 있.

이때 연산기어에는 숫자판이 연결되어 숫자를 곧바로 나타내게 하거나, 아니면 기어들의 회전수를 감지하여 전기적으로 연결된 변환수단에 의하여 측정되어지는 유량을 지시하게 된다.

상기한 것과 동일한 방법으로 갤런이나 그 밖의 유량 측정단위로서 측정량을 나타낼 수도 있다.

그리고 본 실시예에서는 임펠러와 치합된 연산기어의 회전에 의하여 유량을 표시되도록 이루어지지만 이에 한정되는 것은 아니며, 임펠러 또는 임펠러의 주변에 감지센서를 부착하고, 이 감지센서가 임펠러의 회전을 연산하여 유량 연산수단(52)을 통하여 표시하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 유량 측정장치는 도 5에 도시한 바와 같이 조립된 상태에서 케이스(2)를 아래쪽에 위치시켜 길이방향으로 설치되는데, 여과장치 등을 통하여 불순물을 제거하고 일정한 크기의 기포로 형성된 유체가 유입구(6)로 유입되면 수압에 의하여 하우징(12)의 일측면 중앙부분에 유체가 부딪치게 된다.

그러면 상기한 유체는 원호형으로 형성된 돌기(24)들로 인하여 돌기(24)가형성된 방향에서 보아 반시계 방향으로 회전하게 되고, 회전하는 유체의 방향과 동일한 방향의 경사면을 갖는 다수의 유입구멍(20)을 통하여 하우징(12)의 내부공간(14)으로 유체가 분산 유입되면서 유체의 힘으로 임펠러(32)가 회전하고 이와 함께 내부공간(14)의 유체가 다수의 배출구멍(22)을 통하여 배출된다.

이때 유입구멍(20)들과 배출구멍(22)들은 유체의 흐름이 자연스럽게 이루어질 수 있도록 경사지게 형성되고, 또 유체의 출입이 용이하게 이루어지도록 상기한 유입구멍(20)과 배출구멍(22)의 입,출구쪽 단면적이 각각 다르게 형성되어 임펠러(32)가 회전할 때 유체의 저항을 극소화할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 유량 측정장치는 유입구멍과 배출구멍이 임펠러가 회전하는 방향으로 형성되어 임펠러의 회전시 유체의 저항을 최소화 할 수 있고, 이러한 임펠러가 회전할 때 마찰력을 최소화할 수 있도록 하여 정확한 유량을 측정할 수 있다.

Claims (16)

1. 유입구와 배출구가 형성된 케이스와; 이 케이스 내부에 장착되어 상기한 유입구로 유입된 유체가 유입되고 유입된 유체를 배출시키는 하우징과; 상기 하우징 내부에 회전 가능하게 설치되고 일측단부는 유량 연산수단 측으로 회전력을 전달하는 임펠러와; 상기 임펠러를 무동력으로 회전시키기 위하여 상기 유입구로 유입된 유체를 임펠러의 날개에 부딪치도록 하는 수단과; 상기 수단에 의해 회전하는 임펠러에 의해 배출구 측으로 유체를 배출하는 수단을 포함하는 유량 측정장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기한 하우징의 일측면에는 유입구를 통하여 유입된 유체가 유입구로 분산 공급될 수 있도록 하는 분산수단이 제공된 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기한 분산 수단은 돌기인 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기한 돌기는 방사형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
5. 청구항 3 또는 4에 있어서, 상기한 돌기는 외측면으로 가면서 높이가 점차적으로 낮아지는 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기한 하우징에는 일정한 간격을 유지하며 원주방향으로 형성되는 다수의 유입구멍과 배출구멍이 형성되고, 이들 유입구멍과 유출구멍 사이에는 케이스 내부의 걸림턱에 면 접촉하여 하우징의 위치를 유지하면서 유입구멍과 유출구멍의 경계를 이루는 플랜지가 마련된 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기한 유입구멍과 배출구멍은 소정의 경사각을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기한 유입구멍은 하우징의 내부공간으로 가면서 단면적이 점차적으로 좁아지고, 배출구멍은 하우징의 내부공간으로 가면서 단면적이 점차적으로 넓어지도록 마련되는 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
9. 청구항 1에 있어서, 상기한 유량 연산수단은 임펠러의 회전축에 치합된 연산기어의 회전에 연산되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
10. 청구항 1에 있어서, 상기한 유량 연산수단은 임펠러 또는 그 주변에 센서를 부착하고, 이 센서가 임펠러의 회전수를 감지하여 유량을 측정할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
11. 청구항 1에 있어서, 상기한 임펠러는 회전축과 이 회전축의 일측단 원주방향으로 형성되는 다수의 날개로 이루어지고, 이들 날개는 끝단부 일측면이 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
12. 청구항 11에 있어서, 상기한 회전축에는 곡면홈을 갖는 스핀들이 삽입되고, 이 스핀들은 하우징에 고정 설치된 지지체의 볼과 점접촉되어 회전 마찰력을 최소화할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
13. 청구항 12에 있어서, 상기한 스핀들은 내마모성이 강한 인조사파이어로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
14. 청구항 12에 있어서, 상기한 지지체에 형성된 볼은 내마모성이 강한 세라믹재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
15. 청구항 1에 있어서, 유체를 임펠러의 날개에 부딪치도록 하는 수단은, 케이스의 유입구로부터 유입된 유체가 하우징 본체의 원주방향으로 일정한 간격을 유지하며 형성되고 임펠러의 날개쪽으로 경사지게 형성된 유입구멍을 통하여 임펠러 날개에 부딪치도록 구성된 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.
16. 청구항 1에 있어서, 유체를 배출하는 수단은 하우징의 유입구멍을 통하여 유입된 유체가 임펠러를 회전시키면서 상기한 하우징에 형성된 배출구멍을 통하여 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유량 측정장치.