KR101017613B1 - 배관내 온도측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 온도센서를 이용하여 소정 단면을 통과하는 유체의 온도 분포를 측정할 수 있도록 하는 배관내 온도측정장치에 관한 것으로, 파이프의 유로에 흐르는 유체의 온도를 측정하는 배관내 온도측정장치에 있어서, 상기 유로를 가로지르도록 상기 파이프에 설치되는 지지대와, 상기 유로에 위치하도록 상기 지지대에 설치되는 복수 개의 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배관내 온도측정장치{APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE IN PIPE}

본 발명은 배관내 온도측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 온도센서를 이용하여 소정 단면을 통과하는 유체의 온도 분포를 측정할 수 있도록 하는 배관내 온도측정장치에 관한 것이다.

수소나 이산화탄소와 같은 유체의 수송과정에서 파이프라인 내의 유체의 온도는 유체의 열역학적 상태를 변화시키는 중요한 요인 중 하나이므로 이를 정확하게 측정하는 것은 매우 중요하다.

종래 배관을 따라 흐르는 유체의 온도를 측정하는 방법으로는 파이프 외벽을 관통하여 온도센서를 삽입하고, 유로에 흐르는 유체의 온도를 측정하는 기술이 제시되었다.

이러한 방법에 의하면 유로의 단면상의 일지점을 통과하는 유체의 온도만이 감지되므로 유로의 단면을 통과하는 유체 전체의 온도 분포를 측정할 수 없다는 문제점이 있었다.

일반적으로 히터나 열교환기 등을 이용하여 파이프를 통과하는 유체를 가열 하거나 냉각하는 경우, 유체의 온도변화는 열원 또는 냉각원과 맞닿거나 인접한 부분으로부터 발생하여 전도 및 대류에 의하여 유체 전체로 전달되게 된다. 유체가 전체적으로 열평형을 이루게 될 만큼 충분한 시간이 흐르지 않거나, 충분히 혼합되지 못한 경우 유체는 국부적으로 서로 다른 온도를 가지므로 온도 구배를 형성할 것이며, 특히, 파이프라인에 있어서는 외부환경에 의한 파이프 외벽과 유로 중심부의 온도차이가 발생한다.

파이프를 흐르는 유체의 국부적 온도차이는 배관 시스템의 설계 및 운용에 있어 반드시 고려되어야 하므로 유로 외벽으로부터 중심부에 이르기까지 유체가 형성하는 온도 구배를 측정할 수 있어야 한다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 유체가 통과하는 일정한 단면상에서 유로의 외벽으로부터 중심부에 이르기까지 유체의 온도 분포를 측정할 수 있는 배관내 온도측정장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 배관내 온도측정장치는 파이프의 유로에 흐르는 유체의 온도를 측정하는 배관내 온도측정장치에 있어서, 상기 유로를 가로지르도록 상기 파이프에 설치되는 지지대와, 상기 유로에 위치하도록 상기 지지대에 설치되는 복수 개의 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 파이프의 외벽을 관통시키는 등의 추가적인 작업 없이, 파이프라인 형성시 온도측정을 원하는 지점에 본 발명에 따른 배관내 온도측정장치를 설치할 수 있도록 체결공이 각각 마련되어 체결구와 양측 체결공의 결속에 의해 인접한 파이프를 연결하는 양측 플랜지 사이에 설치되고, 상기 유체가 통과하는 통공이 형성된 본체부를 더 포함하고, 상기 지지대는 상기 통공을 가로지르도록 상기 본체부를 관통하여 결합하는 것이 바람직하다.

여기서, 유체가 통과하는 일정 단면상에서 파이프 외벽으로부터 유로의 중심부에 이르기까지 유체가 나타내는 1차원적인 온도 분포를 측정하기 위하여 상기 온도센서는 상기 파이프의 직경방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 유체가 통과하는 단면을 따라 형성되는 2차원적 온도 구배를 측정할 수 있도록 상기 본체부는 회전할 수 있도록 상기 양측 플랜지와 베어링 결합하는 것을 바람직하다.

또한, 추가적인 구조변화 없이 기존의 파이프용 플랜지를 그대로 이용하면서 상기 본체부가 회전가능하게 설치할 수 있도록 상기 유로와 상기 통공을 연결하는 이음공과, 상기 체결구가 결속되는 결합공을 포함하며, 상기 양측 플랜지에 각각 고정되고, 상기 본체부의 양측과 각각 베어링 결합하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 접합부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 본체부의 회전으로 인한 열전대용 케이블의 과도한 꼬임을 방지하면서도 단면상의 2차원 온도 구배를 측정할 수 있도록 상기 본체부의 회전각도는 180도인 것이 바람직하다.

또한, 온도센서 및 온도센서가 설치된 지지대에 의하여 유로상의 유체 흐름에 가해지는 저항을 최소화하기 위하여 상기 지지대의 유체 흐름 방향으로의 단면이 유선형인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 유로상에 위치하도록 설치되는 복수의 온도센서에 의하여 유체가 흐르는 단면상에서 유체가 형성하는 1차원적인 온도 구배를 측정할 수 있도록 하는 배관내 온도측정장치가 제공된다.

여기서, 상기 온도센서는 상기 파이프의 직경방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 유로 외벽으로부터 중심부까지의 온도 분포를 일정한 간격으로 측정할 수 있다.

뿐만 아니라, 온도센서가 설치되는 지지대의 유체 흐름 방향으로의 단면이 유선형이 되도록 하여 본 발명에 따른 배관내 온도측정장치의 설치로 인하여 유체 흐름에 발생하는 저항을 최소화할 수 있다.

또한, 인접한 파이프를 연결하는 플랜지 사이에 설치되는 본체부를 구비하도록 함으로써 기존의 파이프를 그대로 이용하면서 파이프라인상에 온도측정을 원하는 지점에 본 발명에 따른 배관내 온도측정장치를 설치할 수 있다.

또한, 유로의 직경을 따라 배치된 복수 개의 온도센서가 설치된 본체부를 회전할 수 있도록 함으로써 유체가 통과하는 단면상의 2차원적인 온도 분포 정보를 측정할 수 있는 배관내 온도측정장치가 제공된다. 여기서, 본체부의 회전각도는 180도로 한정하여 유체의 단면상의 온도 구배를 모두 측정하면서도 회전에 의한 열전대용 케이블의 과도한 꼬임을 방지할 수 있는 장점이 있다.

여기서, 기존의 파이프용 플랜지에 고정되고, 본체부와 베어링 결합하여 본체부의 회전이 가능케 하는 접속부를 구비함으로써 기존의 파이프 및 플랜지 연결 구조를 그대로 이용하면서 온도측정을 원하는 지점에 유로 단면상의 2차원적 온도 구배 측정이 가능한 배관내 온도측정장치를 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배관내 온도측정장치의 투시사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 배관내 온도측정장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 배관내 온도측정장치를 A-A'을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 배관내 온도측정장치를 B-B'을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 배관내 온도측정장치의 분해사시도이다.
도 6은 도 5의 배관내 온도측정장치를 C-C'을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)의 투시사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)는 파이프(10)의 유로(11)에 흐르는 유체의 온도를 측정하는 배관내 온도측정장치(100)에 있어서, 상기 유로(11)를 가로지르도록 상기 파이프(10)에 설치되는 지지대(200)와, 상기 유로(11)에 위치하도록 상기 지지대(200)에 설치되는 복수 개의 온도센서(300)를 포함한다.

상기 지지대(200)는 파이프(10)를 관통하도록 파이프(10)에 결합된다. 지지대(200)의 일부는 유로(11)를 가로지르도록 설치되며, 유로(11)의 중심부를 통과하도록 설치되는 것이 바람직하다. 파이프(10)와는 용접 결합하거나 결합부위에 실링(미도시)을 설치하여 유로(11)를 통해 흐르는 유체의 누출을 막을 수 있다. 지지대(200)는 내부공간을 갖는 원통형상으로 형성되어 내부에 온도센서(300)와 연결된 케이블(210)을 수용한다.

상기 온도센서(300)는 유로(11)상에 위치한 지지대(200)의 영역에 복수 개가 설치되어 유로(11)를 흐르는 유체와 직접 접촉하거나, 보호관(thermowell)에 수용된다. 지지대(200)가 유로(11)의 중심부를 통과하고, 온도센서(300)는 유로(11)이 직경을 따라 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 파이프(10)의 외벽으로부터 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

온도센서(300)는 유속이 빠른 경우 급격한 유체 온도 변화를 감지할 수 있어야 하고, 파이프(10) 내부에 복수개가 설치될 수 있어야 하므로 고응답성을 나타내며, 간단한 구조를 가져 구현이 용이한 장점을 갖는 열전대(thermocouple)를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)의 작동을 설명한다.

온도센서(300)는 유로(11)를 통해 흐르는 유체와 직접 접촉하며 유체의 온도를 측정하거나, 보호관에 수용된 채 간접적으로 유체의 온도를 측정한다. 측정된 정보는 지지대(200)의 내부공간에 수용된 케이블(210)을 통해 파이프(10) 외부로 전달될 수 있다.

온도센서(300)가 유로(11)의 직경을 따라 일정한 간격으로 배치되는 경우 유로(11)의 중심을 통과하는 유로(11)의 직경상에서 파이프(10) 외벽부터 유로(11)의 중심까지 유체의 1차원적인 온도 정보를 측정할 수 있다. 파이프라인의 외부환경에 의하여 파이프(10) 외벽 쪽을 흐르는 유체의 온도와 유로(11)의 중심부를 지나가는 유체의 온도가 달라질 수 있는데, 본 실시예의 배관내 온도측정장치(100)를 이용하면 유로(11)의 직경상에서 형성된 유체의 온도 구배를 측정할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 배관내 온도측정장치(100)를 A-A'을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2의 배관내 온도측정장치(100)를 B-B'을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 제2실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)는 체결공(21)이 각각 마련되어 체결구(30)와 양측 체결공(21)의 결속에 의해 인접한 파이프(10)를 연결하는 양측 플랜지(20) 사이에 설치되고, 상기 유체가 통과하는 통공(410)이 형성된 본체부(400)를 더 포함하고, 상기 지지대(200)는 상기 통공(410)을 가로지르도록 상기 본체부(400)를 관통하여 결합한다. 도 1에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지정되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지므로 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 본체부(400)는 유로(11)를 형성하는 통공(410)이 마련되어 있다. 본체부(400)가 인접한 파이프(10)를 연결하는 양측 플랜지(20) 사이에 설치되도록 하기 위하여 위하여 본 실시예에서 본체부(400)는 양측 플랜지(20)의 체결공(21)에 결합되는 체결구(20)가 삽입될 수 있는 삽입공(420)을 구비하나, 이외에도 플랜지(20)와 용접을 하거나, 별도의 체결구를 통해 결합할 수 있다.

상기 지지대(200)는 통공(410)을 가로지르도록 본체부(400)를 관통하며, 상기 온도센서(300)는 통공(410)상에 위치하도록 상기 지지대(200)에 설치된다. 본 실시예에서 지지대(200)는 유체의 흐름 방향을 따라 절단한 단면이 유선형이 되도록 하였다. 이로써 온도측정을 위해 지지대(200)의 설치됨으로써 유체 흐름에 가해질 수 있는 저항을 최소화할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)의 작동을 설명한다.

일반적으로 파이프(10)의 연장은 인접한 파이프(10)에 결합된 양측 플랜지(20)의 결합에 의해 이루어진다. 양측 플랜지(20) 사이에 본체부(400)를 위치시키고, 양측 플랜지(20)의 체결공(21)과 본체부(400)의 삽입공(410)을 정렬한 후 체결구(30)를 관통시켜 양측 플랜지(20) 사이에 본체부(400)를 고정할 수 있다. 본체부(400)와 플랜지(20) 사이에는 실링을 구비함으로써 이격이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본체부(400)의 통공(410)은 유로(11)의 단면과 동일한 크기 및 형상의 단면을 갖는 것으로 유로(11)의 역할을 하는 동시에 인접한 파이프(10)의 유로(11)를 연결시킨다. 유체가 통공(410)을 흐르면서 통공(410)에 위치한 온도센서(300)와 접촉하게 되고, 유체의 온도가 측정된다.

본 실시예에 따르면 인접한 파이프(10)를 연결하는 양측 플랜지(10) 사이에 온도센서(300)를 구비한 본체부(400)를 설치할 수 있으므로, 지지대(200)를 파이프(10)에 결합시키기 위하여 파이프(10)를 관통하는 등 추가적인 작업을 요하지 않고도 유로(11)상에 온도센서(300)를 위치시킬 수 있다. 기존의 파이프(10) 및 플랜지(20)의 연결구조를 그대로 이용하면서 본 발명에 따른 배관내 온도측정장치(100)를 설치할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)의 분해사시도이고, 도 6은 도 5의 배관내 온도측정장치(100)를 C-C'을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 제3실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)는 상기 유로(11)와 상기 통공(410)을 연결하는 이음공(510)과, 상기 체결구(30)가 결속되는 결합공(520)을 포함하며, 상기 양측 플랜지(20)에 각각 고정되고, 상기 본체부(400)의 양측과 각각 베어링 결합하는 한 쌍의 접합부(500)를 더 포함한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지정되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지므로 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 접합부(500)에는 상기 유로(11) 및 상기 통공(410)의 단면과 동일한 크기 및 형상을 갖는 단면을 갖는 이음공(510)이 형성되고, 상기 체결구(30)가 결속되는 결합공(520)이 마련된다. 이음공(510)은 유로(11)의 역할을 하는 동시에 상기 유로(11)와 상기 통공(410)을 연결시키는 역할을 한다. 결합공(520)은 체결구(30)가 삽입될 수 있도록 형성된다.

본체부(400)와 접합부(500)의 결합면은 베어링(430)을 수용할 수 있도록 형성되어 본체부(400)가 접합부(500)에 대하여 회전할 수 있도록 한다. 베어링(430)은 유로(11)에 수직인 방향을 따라 배치하여 본체부(400)가 유로(11)와 수직으로 회전할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 배관내 온도측정장치(100)의 작동을 설명한다.

본체부(400)가 회전하게 되면 본체부(400)를 관통하는 지지대(200)가 회전하므로 온도센서(300)는 유로(11)의 단면상에서 유로(11)의 중심부를 기준으로 동심원을 그리며 이동하게 된다. 일정한 회전 각도 간격으로 유체의 온도를 측정하면 유로(11)의 단면상에서 유체가 갖는 온도 분포를 측정할 수 있다. 즉, 유로(11)의 직경 방향의 1차원적인 온도 분포 뿐 아니라, 단면상의 2차원적인 온도 분포를 측정하여 파이프(20)의 소정 단면상의 각 지점을 통과하는 유체의 온도를 알아낼 수 있는 것이다. 이로써 유체의 흐름을 완전히 차단하지 않고서도, 유체가 흐르는 단면상의 온도 분포를 측정할 수 있는 장점이 있다.

여기서 본체부(400)의 회전은 롤러와 모터를 이용하여 전자제어가 가능하도록 함으로써 회전각의 조절 및 제어를 보다 용이하게 할 수 있다. 또한, 본체부(400)의 회전각도는 180도인 것이 바람직한데, 이 경우 180도의 회전으로도 단면상의 각 지점에서 유체의 온도 분포를 모두 측정할 수 있으면서도, 지지대(200)의 과도한 회전으로 인하여 외부로 연결된 케이블(210)이 꼬이거나 절단되는 것을 방지할 수 있다.

접속부(500)의 결합공(520)이 플랜지(20)의 체결공(21)과 정렬되고, 이음공(510)이 유로(11)와 정렬되도록 한 후 체결공(21) 및 결합공(520)에 체결구를 삽입하여 플랜지(20)에 접속부(500)를 고정시킬 수 있다. 플랜지(20)와 접속부(500) 사이에는 실링을 구비하여 이격의 발생으로 유체의 누출이 생기는 것을 방지할 수 있다. 양측 플랜지(20)에 결합한 한 쌍의 접속부(500)는 서로 마주보는 일측이 본체부(400)의 양측과 각각 베어링 결합함으로써 본체부(400)를 회전시킬 수 있도록 설치된다.

본체부(400)의 양측과 베어링 결합하는 한 쌍의 접속부(500)를 플랜지(20)에 결합하여 본 발명에 따른 배관내 온도측정장치(100)를 설치하는 경우 본체부(400)의 베어링 결합구조를 갖는 플랜지(20)를 별도로 제작하지 않고서도 기존의 파이프(10) 및 플랜지(20) 연결구조를 그대로 이용하면서 파이프라인 내에 본체부(400)를 회전시킬 수 있는 배관내 온도측정장치(100)를 장착할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 배관내 온도측정장치(100)에 의하면 유체가 흐르는 유로(11)의 일정한 단면상에서 1차원 및 2차원적인 유체의 온도 분포를 측정할 수 있으므로 파이프라인 내에서 유체의 나타내는 국부적인 온도 불균형을 감지할 수 있다. 유체의 가열 및 냉각, 또는 혼합공정을 수행한 후 유로(11)의 단면상에서 유체가 갖는 온도 분포를 측정하면 상기 공정이 효과적으로 수행되었는지 확인할 수 있다. 또한 보다 정확한 유체의 온도 정보를 얻음으로써 효율적이고 합리적인 파이프라인의 설계 및 운용이 가능하다.

10 : 파이프 11 : 유로
20 : 플랜지 21 : 체결공
30 : 체결구 100 : 배관내 온도측정장치
200 : 지지대 210 : 케이블
300 : 온도센서 400 : 본체부
410 : 통공 420 : 삽입공
430 : 베어링 500 : 접합부
510 : 이음공 520 : 결합공

Claims (7)

1. 삭제
2. 파이프의 유로에 흐르는 유체의 온도를 측정하는 배관내 온도측정장치에 있어서,
   체결공이 각각 마련되어 체결구와 양측 체결공의 결속에 의해 인접한 파이프를 연결하는 양측 플랜지 사이에 설치되고, 상기 유로와 연속적인 유로를 형성하며 상기 유체가 통과하는 통공이 형성된 본체부와;
   상기 통공을 가로지르도록 상기 본체부를 관통하여 결합하는 지지대와;
   상기 유로에 위치하도록 상기 지지대에 설치되는 복수 개의 온도센서를 포함하고,
   상기 본체부는 상기 양측 플랜지 사이에서 회전할 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 온도센서는 상기 파이프의 직경방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 본체부는 회전할 수 있도록 상기 양측 플랜지와 베어링 결합하는 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 유로와 상기 통공을 연결하는 이음공과, 상기 체결구가 결속되는 결합공을 포함하며, 상기 양측 플랜지에 각각 고정되고, 상기 본체부의 양측과 각각 베어링 결합하는 한 쌍의 접합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 본체부의 회전각도는 180도인 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 지지대의 유체 흐름 방향으로의 단면이 유선형인 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.

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