KR100466317B1

KR100466317B1 - 액체계량장치

Info

Publication number: KR100466317B1
Application number: KR1020040024931A
Authority: KR
Inventors: 장도영
Original assignee: 장도영
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-01-13

Abstract

본 발명은 액체계량장치 더 상세하게는 휘발유, 경유 및 등유와 같은 연료유를 저장탱크에 입고시킬 때 입고량을 정확하게 계량하기 위한 연료유 입고계량장치에 관한 것으로서 유입구를 가지는 유입부; 상기 유입부에 연결되어 공기와 액체의 중량차에 의하여 공기를 보유하는 공기 리저버; 상기 공기 리저버의 하부 쪽에 연결되어 회전신호를 검출하는 터빈 유량계유니트; 상기 터빈 유량계유니트에 통합되거나 인근에 설치되어 액체의 온도신호를 검출하기 위한 온도센서; 상기 터빈 유량계유니트에 연결되는 콘트롤밸브; 상기 콘트롤밸브에 연결되고 타단에 유출구를 가지는 유출부; 상기 공기 리저버 상부에 연결되어 제거된 공기성분을 상기 유출부에 바이패스로 보내는 기액분리기; 상기 온도신호와 상기 회전신호를 받아 유량을 계산하고 밸브 등을 제어하는 컴퓨터 수단; 상기 계산된 유량과 작동상태를 보여주는 디스플레이; 및 상기 유입구와 상기 유출구가 노출된 하우징으로 구성되고 상기 유입구에서 상기 유출구에 이르는 주배관은 전체적으로 유입구에서부터 경사를 이루어 계량을 개시하기 전에 배관에 잔류된 공기를 제거하고 최저유속 이하의 유량에는 흐름을 차단하여 액체의 유량을 실시간으로 정밀하게 측량 가능한 액체계량장치를 제공한다. 이러한 액체계량장치에 의하여 탱크로리 등에 의하여 운반되어온 대량의 액체를 저장탱크에 입고 할 때 쌍방간에 신뢰할 수 있는 정밀한 표준부피 측정이 가능하다.

Description

액체계량장치{Liquid measuring equipment}

본 발명은 액체계량장치 더 상세하게는 휘발유, 경유 및 등유와 같은 연료유를 저장탱크에 입고시킬 때 입고량을 정확하게 계량하기 위한 연료유 입고계량장치에 관한 것이다.

일반적으로 탱크로리에서 저장탱크에 액체를 입고시킬 때는 탱크로리에 설치된 눈금에 의하여 액체의 입고량을 대략적으로 파악하고 있을 뿐 표준온도에서 환산한 정확한 대량의 액체의 입고량을 측정하는 장치가 없었다.

종래 기술로서 유체인 석유류제품을 온도에 따른 부피의 편차를 보정하기 위하여 주로 최종소비자에게 사용하는 주유기에 온도 보정장치를 장착하는 기술들이 개시되어 있다. 미국특허 4,101,056호에서는 온도편차를 전자 하드웨어적으로 보정하는 주유기에 대하여 개시하고 있다. 한국특허 1989-1595에는 온도센서와 유량계유니트(유량펄스발신기)와 컴퓨터(제어유닛)로 이루어진 유량측정장치에 대하여 개시하고 있다. 이와 같이 온도 차이에 따른 용적환산계수를 연산하여 표준온도에서 정확한 액체의 유량을 산정하는 유량계유니트는 알려져 있다. 그러나 탱크로리 등에 의하여 운반되어온 대량의 액체를 저장탱크에 입고 할 때는 탱크로리에 새겨진 눈금이나 저장탱크의 눈금을 이용하여 목측으로 액체의 부피를 대략적으로 측정할 수 있을 뿐 쌍방간에 신뢰할 수 있는 마땅한 표준부피 측정장치가 없었다.

종래의 알려진 유량계유니트의 구조를 온도보정을 포함한 대량의 액체를 계량하기 위한 장치에 적용하기 위하여 적어도 다음 사항이 고려되어야 한다.

1) 유량계유니트에 의한 계량을 개시하기 전에 배관 속에 존재하는 공기를 완전히 제거하여야 한다.

2) 유량계유니트에 의한 계량이 개시되는 순간 최저 유속이 보장되어야 한다.

3) 유속이 계량 가능한 최저속도 이하로 떨어질 때는 유량계유니트의 작동을멈춘다.

이러한 사항들을 고려하여 본 발명의 목적은 대량의 액체를 출고하거나 입고 시에 표준온도로 환산한 액체의 부피를 측정하는 액체계량장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 탱크로리에 의하여 운반되어온 액체상태의 석유류제품을 저장탱크에 입고할 때 공급자와 수납자가 서로 신뢰할 수 있는 연료유 입고계량장치를 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명의 연료유 입고계량장치의 정면도

도2는 본 발명의 연료유 입고계량장치의 개방 사시도

도3은 본 발명의 연료유 입고계량장치의 내부 배관연결상태를 보여주는 사시도

도4는 본 발명의 연료유 입고계량장치의 내부 배관연결상태와 공압연결상태를 보여주는 평면도

도5는 본 발명의 연료유 입고계량장치의 작동부위에 대한 제어동작을 보여주는 블록다이야그람

본 발명에 의하여 유입구를 가지는 유입부; 상기 유입부에 연결되어 공기와 액체의 중량차에 의하여 공기를 보유하는 공기 리저버; 상기 공기 리저버의 하부 쪽에 연결되어 회전신호를 검출하는 터빈 유량계유니트; 상기 터빈 유량계유니트에 통합되거나 인근에 설치되어 액체의 온도신호를 검출하기 위한 온도센서; 상기 터빈 유량계유니트에 연결되는 콘트롤밸브; 상기 콘트롤밸브에 연결되고 타단에 유출구를 가지는 유출부; 상기 공기 리저버 상부에 연결되어 제거된 공기가 많은 성분을 상기 콘트롤밸브 하류에 바이패스로 보내는 기액분리기; 상기 온도신호와 상기 회전신호를 받아 유량을 계산하고 밸브 등을 제어하는 컴퓨터 수단; 상기 계산된 유량과 작동상태를 보여주는 디스플레이; 및 상기 유출구와 상기 유입구가 노출된 하우징으로 구성되고 상기 유입구에서 상기 유출구에 이르는 주배관은 전체적으로 유입구에서부터 경사를 이루어 계량을 개시하기전에 배관에 잔류된 공기를 제거하고 설정된 최저유속을 기준으로 상기 콘트롤 밸브를 개폐하여 액체의 유량을 실시간으로 정밀하게 측량 가능한 액체계량장치가 제공된다.

상기 터빈 유량계유니트에 상기 콘트롤밸브와 상기 콘트롤밸브보다 낮은 위치로 병열연결되는 드레인 밸브가 더 포함될 수 있다. 상기 밸브들은 공압으로 작동되는 것이 바람직하다. 상기 공기 리저버는 별도로 형성될 수 있으나 상기 유입부의 일부로서 바람직하게는"ㄱ"형의 배관으로 형성될 수 있다. 상기 액체계량장치 내의 배관은 전체적으로 측정액체가 배관 내에 고이지 않도록 유입구로부터 유출구에 이르는 전체적인 주배관이 유출구가 낮게 약간의 경사, 바람직하게는 약 3∼7도의 경사를 이루도록 연결되고 터빈 유량계유니트 앞에 위치하는 상기 공기 리저버의 상부에는 위상차에 의하여 액체와 같이 혼입된 공기가 상부에 모여지도록 한다. 상기 유입구의 높이는 탱크로리의 차단밸브보다 낮게 그리고 유출구의 높이는 연료유 저장탱크의 호스 연결구보다 높게 배치되어야 한다. 드레인 밸브는 액체계량장치 내에서 유출구 쪽으로 경사지면서 낮은 곳으로 위치하여야 한다. 상기 터빈 유량계유니트는 액시얼 터빈 유량계유니트, 프로펠러 유량계유니트, 스파이로 유량계유니트, 싱글 또는 듀얼로터 터빈 유량계유니트 등이 있으나 바람직하게는 트윈로터 방식의 터빈 유량계유니트이다. 상기 공기 리저버와 상기 기액분리기 사이에는 메인 튜브 외에 압력평형을 맞추기 위한 별도의 튜브가 연결되는 것이 바람직하다. 상기 기액분리기는 바람직하게는 부유구 형태의 체크밸브 방식으로 액체와 기체 상태인 공기의 비중차를 이용하여 공기가 유입될 때에는 부유구가 열린 상태가 되고 액체가 유입될 때에는 부유구가 닫힌 상태가 되도록 함으로써 공기를 제거할 수 있다. 상기 콘트롤 밸브는 유량의 측정을 시작 또는 종료시키는 순간 계량에 필요한 최저유속 이상의 유속에서 계량을 확보하기 위하여 바람직하게는 1.5초 이내에 개폐가 완료되어야 한다. 계량이 마무리되는 시점에서 콘트롤 밸브는 폐쇄되고 드레인 밸브는 개방된다. 드레인 밸브가 없는 경우는 상기 콘트롤 밸브가 드레인 밸브 역활을 함께 한다. 주배관이 전체적으로 경사져 있으므로 계량이 끝나면 상기 콘트롤 밸브를 개방하여 배관에 잔류되는 액체를 전부 제거한다. 상기 콘트롤 밸브와 드레인 밸브는 바람직하게는 공압에 의하여 작동된다. 공압원은 바람직하게는 공기압축봄베가 사용된다.

본 발명에서 사용되는 터빈 유량계유니트는 측정 대상이 되는 액체가 흐르는 형태에 매우 민감하기 때문에 유입부의 액체흐름을 최대한 소용돌이가 있는 흐름이 되지 않도록 이른바 "라미나 플로우"(laminar flow)에 가깝도록 만들어 주어야 한다. 터빈 유량계의 로터 전후에 플로우 스트레이터너(flow straightener)를 설치해 줄 필요가 있고 일반적으로 배관 내면에 직선 날개(straightening vane)을 설치하여 라미나 플로우를 획득한다. 싱글로터 터빈 유량계유니트의 경우는 유량계유니트의 측정 날개 전 후에 상당한 길이의 플로우 스트레이터너를 사용해야 하기 때문에 입고계량장치의 크기를 컴팩트하게 설계하기 위해서는 듀얼로터 터빈 유량계유니트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 온도센서는 바람직하게는 상기 터빈 유량계유니트에 통합되어진다. 온도신호와 로터의 회전신호는 픽업센서에 의해 상기 컴퓨터수단에 송신된다.

상기 컴퓨터수단은 장치내의 작동부를 제어한다. 예를 들면 측정 개시전에배관 내의 공기를 제거하기 위하여 설정된 시간 동안 콘트롤밸브를 폐쇄하여 측정을 지연시키고 또한 측정 개시점이나 측정 종료 시점에 로터회전수가 최저유속 수준에 이르면 오차를 방지하기 위하여 콘트롤밸브를 폐쇄하도록 제어한다. 상기 컴퓨터 수단은 유량을 측정하기 위한 연산수단 과 각종 작동 밸브를 구동하기 위한 제어수단과 필요한 경우에는 공급유량을 종합적으로 관리하기 위한 관리수단을 통합하여 처리하거나 필요에 따라 분산하여 처리할 수 있다. 예를 들면 유량 연산은 별도로 수행하고 제어와 관리는 메인 컴퓨터에서 수행할 수 있다. 상기 컴퓨터수단에서 유량의 연산은 온도센서로 부터의 온도신호와 로터회전신호를 가지고 실험식에 의해 유량을 연산한다. 로터의 회전 수(meter frequency)와 상관관계가 있는 다음 2가지 함수를 가지고 유량을 산출해낼 수 있다(D. Wadlow, Chapter 28.4 Turbine and vane flowmeters, In J.G. Webster (ed.)참고).

로슈코(Roshko)넘버= 회전속도 / 고유점도×( 1 + 2α( T_동작― T_기준))

스트루할(Strouhal)넘버= 회전속도 /유량×( 1 + 3α( T_동작― T_기준)))

여기서 α는 하우징 재료의 선팽창계수, 즉, 300 계열 SS(스텐레스 스틸)에 대하여 9.6 ×10^-6in/in ˚F 이다.

컴퓨터 수단에는 위 2가지 함수의 실험 데이터베이스가 입력되어 있어서 실제 터빈 유량계유니트의 픽업센서에 의해 측정되는 온도와 로터의의 회전 수에 의해 유량이 연산 되어진다. 유량측정범위는로슈코(Roshko)넘버와스트루할(Strouhal)넘버의 상관관계에서 직선성이 보장되는 범위까지 측정이 가능하므로 최대유속과 최저유속의 비가 500:1 즉 최대유속이 2,000ℓ/min라면 최저유속이 4ℓ/min되는 범위까지가 유효한 유량측정범위가 된다. 정밀한 유량측정에 필수 요소는 i) 액체 상태인 측정액체에 혼입되는 기체 즉 공기가 있을 경우에는 공기량까지 측정하게 되므로 혼입되는 공기가 없어야 하고 ii) 액체가 최저유속이상이어야 함(액체가 최저유속이하로 흐를 경우에는 직선성이 보장될 수 없음)이다.

이하 도면에 의하여 본 발명을 간략하게 설명한다. 이러한 도면은 본 발명에 대하여 예시한 것일 뿐 본 발명을 한정하지 않으며 본 발명의 정신에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.

도1과 도2에 예시된 바와 같이 본 발명의 입고계량장치(10)에는 유입구(8')가 유출구(9')보다 약간 높게 노출되어 있다. 도1, 2, 3에 예시된 바와 같이 주 배관은 전체적으로 약 5°정도 유출구 쪽으로 경사져 있다. 디스플레이(11)에는 유량과 장치의 작동상태가 표시된다. 상기 디스플레이(11)에는 유종 선택 스위치(26)와 계량 "on" "off" 스위치(27)가 노출되어 있는 컴퓨터 수단(30, 31)이 통합되어 있다. 공기 리저버(7)은 유입부(8)의 일부로서 "ㄱ"자형으로 형성되어 액체와 함께 유입된 공기가 모인다. 주 배관의 액체는 듀얼로터 터빈 유량계유니트(1)를 통과한다. 듀얼로터(12)의 전후에는 직선날개(straightening lane)(13)이 형성되어 있고 액체의 온도 정보와 로터의 회전속도 신호는 픽업센서(11)에 의하여 컴퓨터수단(30. 31)으로 이송된다. 기액분리기(3)는 플로터(34)와 레버(35)에 의하여 공기가 유입될 때는 통로(33)을 통하여 바이패스 라인으로 통과되고 액체가 유입될 때는 플로터(34)의 부상에 의하여 디스크(36)로 통로(33)를 차단한다. 드레인 밸브(4) 주배관 라인의 아래 쪽으로 위치하여 드레인 시는 배관 내에 잔류 액체가 남지 않도록 하고 계량 시에는 잠겨 있다. 콘트롤 밸브(2)는 상기 유량계유니트(1)에 상기 드레인 밸브(4)와 병렬로 연결되어 있다. 도4에 예시된 바와 같이 상기 콘트롤 밸브(2)와 상기 드레인 밸브(4)는 고압봄베(28)를 공압원으로 하여 공압제어밸브(29)에 의하여 왕복동실리더 또는 단동실린더에 의하여 동작한다. 기액분리기(3)에서 제거된 공기는 콘트롤밸브(2) 하류 쪽으로 바이패스 연결된다. 도5는 본 발명의 입고계량장치에서 제어계통을 개략적으로 보여준다. 여기서는 유량연산수단(31)이 메인컴퓨터(30)에서 분리되어 분산처리하는 경우를 보여준다. 메인컴퓨터는 콘트롤 밸브(2)와 상기 드레인 밸브(4)를 제어 한다.

본 발명의 작용을 순서대로 간략하게 설명하면

1) 탱크로리 측(도시 안됨)과 본 발명의 연료유 입고계량장치의 유입구(8)를 호스로 연결하고,

2) 탱크로리 측의 밸브를 열고,

3)연료유 입고계량장치의 시작(START)단추를 누른다. 듀얼로터 터빈 유량계유니트(1)의 하류에 위치하는 콘트롤 밸브(2)는 설정된 시간 동안 닫힌 상태를 유지하고 입고계량장치의 유입구(8')와 터빈 유량계유니트(1) 사이에 존재하는 공기를 제거하도록 대기한다.

4)대기시간이 종료되면 메인컴퓨터(30)가 RESET/ENABLE 명령을 터빈 유량계유니트(1)측으로 보내고 터빈 유량계유니트(1)를 "0"으로 RESET한다.

5) 설정된 시간이 경과하면 메인컴퓨터(30)는 콘트롤 밸브(2)를 열도록 신호를 보내고, 콘트롤밸브(2)는 풀 "오픈"된다.

6) 터빈 유량계유니트(1) 측은 회전속도 신호와 온도 신호를 유량연산컴퓨터(31)에 송신하고 유량연산컴퓨터(31)는 누적유량을 연산한다.

7)유량연산컴퓨터(31)가 사전에 설정된 최저유속을 감지하게 되면 메인컴퓨터(30)가 콘트롤밸브(2)를 닫도록 신호를 보내고 콘트롤밸브(2)는 풀 "클로즈드"된다.

8)메인컴퓨터(30)는 이어 드레인 밸브(4)를 열도록 신호를 보낸다. 사전에 설정된 시간동안 대기한 다음 입고 드레인 밸브(4)를 닫도록 신호를 보낸다.

9)드레인 밸브(4)는 닫힌다.

10)유량연산컴퓨터(31)는 온도 신호와 로터회전속도 신호로부터 저장된 실험데이타 베이스에 의하여 표준온도에서 환산된 누적유량을 계산한다.

11) 누적유량을 히우징 전면에 부착된 디스플레이(11)에 표시한다.

12) 탱크로리측의 밸브를 닫고 호스를 제거한다.

상기 컴퓨터수단이 유량 연산은 별도로 수행하고 제어와 관리는 메인 컴퓨터에서 수행하는 경우에 제어명령과 관리가 디스플레이와 밸브간에 이루어지는 것을자세하게 그림으로 표시하면 다음과 같다.

본 발명의 액체계량장치에 의하여 탱크로리 등에 의하여 운반되어온 대량의액체를 저장탱크에 입고 할 때 정밀한 표준부피 측정이 실시간으로 가능하여 쌍방간에 신뢰할 수 있다.

Claims

삭제
유입구(8')를 가지는 유입부(8); 상기 유입부(8)에 연결되어 공기와 액체의 중량차에 의하여 공기를 보유하는 공기 리저버(7); 상기 공기 리저버(7)의 하부 쪽에 연결되어 회전신호를 검출하는 터빈 유량계유니트(1); 상기 터빈 유량계유니트(1)에 통합되거나 인근에 설치되어 액체의 온도신호를 검출하기 위한 온도센서; 상기 터빈 유량계유니트(1)에 연결되는 콘트롤밸브(2); 상기 콘트롤 밸브에 연결되고 타단에 유출구(9')를 가지는 유출부(9); 상기 공기 리저버 상부에 연결되어 제거된 공기성분을 상기 콘트롤 밸브(2) 하류에 바이패스로 보내는 기액분리기(3); 상기 온도신호와 상기 회전신호를 받아 유량을 계산하고 밸브 등을 제어하는 컴퓨터 수단(30, 31); 상기 계산된 유량과 작동상태를 보여주는 디스플레이(11); 및 상기 유입구(8')와 상기 유출구(9')가 노출된 하우징으로 구성되고 상기 유입구에서 상기 유출구에 이르는 주배관은 전체적으로 유입구에서 부터 경사를 이루고, 상기 터빈 유량계유니트(1)에 상기 콘트롤밸브(2)와 병열연결되는 드레인 밸브(4)를 더 포함하고 상기 공기 리저버(7)는 상기 유입부(8)의 일부로서 "ㄱ"형의 배관으로 형성되고 상기 공기 리저버(7)와 상기 기액분리기(3) 사이에는 메인 튜브 외에 압력평형을 맞추기 위한 별도의 튜브가 연결되며 상기 유입구(8')에서 상기 유출구(9')에 이르는 주배관은 전체적으로 유출구가 낮게 약 3∼7도의 경사를 이루고 상기 유입구(8')의 높이는 탱크로리의 차단밸브보다 낮게 그리고 유출구(9')의 높이는 액체 저장탱크의 호스 연결구보다 높게 배치되어 상기 밸브(2)를 개폐하여 최저유속 이하의 유량에는 흐름을 차단할 수 있도록 함으로써 액체의 유량을 실시간으로 정밀하게 측량 가능한 액체계량장치(10).
삭제
유입구(8')를 가지는 유입부(8); 상기 유입부(8)에 연결되어 공기와 액체의 중량차에 의하여 공기를 보유하는 공기 리저버(7); 상기 공기 리저버(7)의 하부 쪽에 연결되어 회전신호를 검출하는 터빈 유량계유니트(1); 상기 터빈 유량계유니트(1)에 통합되거나 인근에 설치되어 액체의 온도신호를 검출하기 위한 온도센서; 상기 터빈 유량계유니트(1)에 연결되는 콘트롤밸브(2); 상기 콘트롤 밸브에 연결되고 타단에 유출구(9')를 가지는 유출부(9); 상기 공기 리저버 상부에 연결되어 제거된 공기성분을 상기 콘트롤 밸브(2) 하류에 바이패스로 보내는 기액분리기(3); 상기 온도신호와 상기 회전신호를 받아 유량을 계산하고 밸브 등을 제어하는 컴퓨터 수단(30, 31); 상기 계산된 유량과 작동상태를 보여주는 디스플레이(11); 및 상기 유입구(8')와 상기 유출구(9')가 노출된 하우징으로 구성되고 상기 유입구에서 상기 유출구에 이르는 주배관은 전체적으로 유입구에서 부터 경사를 이루고, 상기 터빈 유량계유니트(1)에는 로터(12) 전후에 직선날개(13)가 통합되어 있고 상기 콘트롤 밸브(2)를 개폐하여 최저유속 이하의 유량에는 흐름을 차단할 수 있도록 함으로써 액체의 유량을 실시간으로 정밀하게 측량 가능한 액체계량장치(10).
제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 액체계량장치가 액체 상태의 석유류 제품을 탱크로리로부터 저장탱크에 입고 시에 사용되는 연료유 입고계량장치(10).
제5항에 있어서, 계량을 개시하기 전에 배관내 공기를 제거하기 위하여 설정된 시간 동안 상기 콘트롤밸브(2)를 폐쇄하고 또한 설정된 최저유속을 기준으로 상기 콘트롤 밸브(2)를 개폐하는 연료유 입고계량장치(10).
제6항에 있어서, 상기 컴퓨터 수단(30, 31)은 유량연산수단(31)과 메인컴퓨터(30)로 분산되어 있는 연료유 입고계량장치(10).