KR101032658B1 - 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 온도센서를 이용하여 소정 단면을 통과하는 유체의 온도 분포를 측정할 수 있도록 하는 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치에 관한 것으로서, 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치에 있어서, 인접한 파이프를 연결하는 양측 플랜지 사이에 설치되고, 상기 유체가 통과하는 통공이 형성되는 본체부와, 상기 유로를 가로지르도록 상기 본체부를 관통하여 설치되고, 복수 개의 온도센서가 수용될 수 있는 내부공간을 포함하며, 상기 파이프 배관을 흐르는 유체의 흐름을 마주보는 일측이 유선형 단면의 전단을 형성하며 복수 개의 관통공을 포함하는 곡면으로 이루어지고, 타측은 개방되어 상기 내부공간을 노출시키는 제1지지대와, 일측이 상기 제1지지대의 개방된 타측에 결합할 수 있도록 마련되고, 타측으로 갈수록 두께가 얇아져 유선형의 단면의 후단을 형성하는 제2지지대와, 상기 제1지지대의 상기 관통공에 결합하여 상기 유체에 노출되는 복수 개의 온도센서를 포함한다.

Description

파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치{APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE OF FLUID FLOWING THROUGH PIPE}
본 발명은 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 온도센서를 이용하여 소정 단면을 통과하는 유체의 온도 분포를 측정할 수 있도록 하는 파이프 배관을 흐르는 유체의 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 정밀하게 측정할 수 있어야 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치는 유체가 통과하는 일정한 단면상에서 유로의 외벽으로부터 중심부에 이르기까지 유체의 온도 분포를 측정할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치는, 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치에 있어서, 인접한 파이프를 연결하는 양측 플랜지 사이에 설치되고, 상기 유체가 통과하는 통공이 형성되는 본체부와, 상기 유로를 가로지르도록 상기 본체부를 관통하여 설치되고, 복수 개의 온도센서가 수용될 수 있는 내부공간을 포함하며, 상기 파이프 배관을 흐르는 유체의 흐름을 마주보는 일측이 유선형 단면의 전단을 형성하며 복수 개의 관통공을 포함하는 곡면으로 이루어지고, 타측은 개방되어 상기 내부공간을 노출시키는 제1지지대와, 일측이 상기 제1지지대의 개방된 타측에 결합할 수 있도록 마련되고, 타측으로 갈수록 두께가 얇아져 유선형의 단면의 후단을 형성하는 제2지지대와, 상기 제1지지대의 상기 관통공에 결합하여 상기 유체에 노출되는 복수 개의 온도센서를 포함한다.
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 오링을 이용하여 압착 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 유로상에 위치하도록 설치되는 복수의 온도센서에 의하여 유체가 흐르는 단면상에서 유체가 형성하는 1차원적인 온도 구배를 측정할 수 있도록 하는 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치가 제공된다.
여기서 온도센서가 설치되는 제1지지대와 제2지지대의 결합에 의해 유로 내에 위치하는 부분의 유체 흐름 방향으로의 단면이 유선형이 되므로 본 발명에 따른 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치의 설치로 인하여 유체 흐름에 발생하는 저항을 최소화할 수 있다.
아울러, 온도센서가 장착되어 유로 내에 위치하는 부분을 일측이 유선형 단면의 전단을 형성하고 타측이 개방된 제1지지대와, 제1지지대의 타측을 마감하며 유선형 단면의 후단을 형성하는 제2지지대로 나누어 제작함으로써, 본 발명에 따른 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치의 제작시 온도센서 등의 장착을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 상기 온도센서는 상기 파이프의 직경방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 유로 외벽으로부터 중심부까지의 온도 분포를 일정한 간격으로 측정할 수 있다.
그리고 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치의 분해도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치의 제1지지대의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치의 제2지지대의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치의 제1지지대와 제2지지대의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치를 유체의 흐름 방향에 수직인 방향으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치를 유체의 흐름 방향으로 절단한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치(100)를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치(100)의 분해도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치(100)의 제1지지대(300)의 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치(100)의 제2지지대(400)의 단면을 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치(100)의 제1지지대(300)와 제2지지대(400)의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 온도측정장치(100)는 인접한 파이프(10)를 연결하는 양측 플랜지(20) 사이에 설치되는 본체부(200)와, 상기 본체부(200)를 관통하도록 설치되는 제1지지대(300) 및 제2지지대(400)와, 상기 지지대(200)에 설치되어 파이프(10)의 유로(11)를 흐르는 유체의 온도를 측정하는 복수 개의 온도센서(500)를 포함한다.
상기 본체부(200)는 파이프(10)의 유로(11)를 연장형성하는 통공(210)을 구비한다. 또한 양측에 플랜지(20)가 인입될 수 있도록 양측이 플랜지(20)의 외형과 같은 형상을 가지며 플랜지(20)가 결합하면서 맞닿게 되는 면에는 홈이 형성되어 오링(240)이 삽입된다. 플랜지(20)가 본체부(200)의 양측에 인입되는 경우 오링(240)에 의하여 플랜지(20)가 압착되므로, 본체부(200)를 양측 플랜지(20) 사이에 고정할 수 있고, 파이프(10)의 유로(11)와 본체부(200)의 통공(210)으로 형성되는 유로(11)를 외부와 격리시킬 수 있다.
아울러, 본체부(200)의 외벽에는 후술할 제1지지대(300) 및 제2지지대(400)가 본체부(200)를 관통하여 결합할 수 있도록 하는 삽입공(230)이 마련된다.
상기 제1지지대(300)는 후술할 제2지지대(400)와 함께 본체부(200)의 삽입공(230)에 삽입되어 본체부(200)의 통공(210)을 가로지르도록 결합한다. 제1지지대(300)와 제2지지대(400)는 결합에 의하여 파이프(10)의 유로(11)를 흐르는 유체의 흐름 방향으로의 단면이 전단 완만한 곡선을 나타내고, 후단으로 갈수록 폭이 좁아지는 유선형 형상을 나타내게 된다.
제1지지대(300)에는 후술할 복수 개의 온도센서(500)가 수용될 수 있는 내부공간(310)이 마련되어 있다. 제1지지대(300)의 배관을 흐르는 유체의 흐름을 마주보는 일측(301)은 유선형 단면의 전단을 형성하며, 복수 개의 관통공(320)을 포함하는 곡면으로 이루어진다. 타측(302)은 개방되어 상기 내부공간(310)을 노출시킨다.
제2지지대(400)는 일측(401)이 상기 제1지지대(210)의 개방된 타측(302)에 결합할 수 있도록 마련되며, 타측(402)은 단부로 갈수록 폭이 얇아져서 제1지지대(300)와 제2지지대(400)의 결합으로 이루어지는 유선형 단면의 후단을 형성한다.
상기 온도센서(500)는 유로(11)상에 위치한 제1지지대(300)의 관통공(320)에 복수 개가 설치되며, 유로(11)를 흐르는 유체와 직접 접촉하거나, 보호관(thermowell)에 수용된 상태로 유체와 접촉한다. 여기서 제1지지대(300)가 유로(11)의 중심부를 통과하고, 온도센서(500)는 유로(11)의 직경을 따라, 파이프(10)의 외벽으로부터 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
온도센서(500)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 실시예에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 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(200)를 위치시키고, 본체부(200)의 양단으로 플랜지(20)를 인입시키면 오링(240)에 의하여 본체부(200)와 양측 플랜지(20)가 압착고정된다.
본체부(200)의 통공(210)은 유로(11)의 단면과 동일한 크기 및 형상의 단면을 갖는 것으로 파이프(10)의 유로(11)를 연장하며, 양측 파이프(10)의 유로(11)를 연결시킨다. 파이프(10)의 유로(11)를 따라 흐르던 유체가 통공(210)을 흐르면서 통공(210)에 위치한 온도센서(500)와 접촉하게 되고, 유체의 온도가 측정된다.
온도센서(500)는 유로(11)를 통해 흐르는 유체와 직접 접촉하며 유체의 온도를 측정하거나, 보호관에 수용된 채 간접적으로 유체의 온도를 측정한다. 측정된 정보는 제1지지대(300)의 내부공간에 수용된 온도센서(500)에 연결된 케이블을 통해 파이프(10) 외부로 전달된다.
본 실시예에서와 같이, 온도센서(500)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.
또한, 본 실시예에 따르면 인접한 파이프(10)를 연결하는 양측 플랜지(10) 사이에 온도센서(500)를 구비한 본체부(400)를 설치할 수 있으므로, 제1지지대(300)에 수용된 온도센서(500)가 파이프(10)의 유로(11)에 위치하도록 하기 위하여 파이프(10)를 관통하는 등 추가적인 작업을 필요로 하지 않는다. 따라서 기존의 파이프(10) 및 플랜지(20)의 연결구조를 그대로 이용하면서 본 발명에 따른 배관내 온도측정장치(100)를 설치할 수 있는 장점이 있다.
상기 오링(240)에 의한 압착고정에 의하여 본체부(200)는 양측 플랜지(20) 사이에서 회전할 수 있다. 온도센서(500)가 유로(11)의 직경을 따라 배치되고, 본체부(200)가 회전하는 경우 일렬 배치된 복수 개의 온도센서(500)를 이용하여 유로(11)상의 소정 단면을 통과하는 유체의 2차원적인 온도구배를 측정할 수 있다. 이를 통해 유로(11)를 통과하는 유체의 파이프(10) 외벽으로부터 중심에 이르는 온도구배를 정확하게 측정할 수 있어 보다 정확한 정보를 활용하여 배관 설계 및 운용에 이용할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 본체부(200)의 회전은 롤러와 모터를 이용하여 전자제어가 가능하도록 함으로써 회전각의 조절 및 제어를 보다 용이하게 할 수 있다.
또한, 본체부(200)의 회전각도는 180도인 것이 바람직한데, 이 경우 180도의 회전으로도 단면상의 각 지점에서 유체의 온도 분포를 모두 측정할 수 있으면서도, 과도한 회전으로 인하여 제1지지대(300)로부터 외부로 연결된 케이블이 꼬이거나 절단되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치(100)의 제작시에는 다음과 같은 순서를 따른다. 제1지지대(300)의 타측(302)이 개방되어 있으므로 개방된 타측(302)을 통해 복수 개의 온도센서(500)를 관통공(320)에 배치한다. 이어서 제1지지대(300)의 개방된 타측(302)에 제2지지대(400)를 결합하여 타측(302)을 마무리하며, 제1지지대(300)와 제2지지대(400)의 결합체를 본체부(200)의 삽입공(230)에 삽입하여 온도센서(500)가 유로(11)상에 위치할 수 있도록 한다.
본체부(200)를 관통하는 온도센서(500)의 설치 부분을 제1지지대(300)와 제2지지대(400)로 나누어 제작함으로써 온도센서(500)를 수용하며 유로(11)에 장착되는 부분을 수월하게 조립 및 해체할 수 있게 된다. 복수 개의 온도센서(500) 배치시 제1지지대(300)의 개방된 타측(302)을 이용하고, 제2지지대(400)를 이용하여 개방된 타측(302)을 마감하면 되므로 온도센서(500)의 설치 및 온도센서(500) 일부나 전부의 고장 등으로 인한 교체 시에도 수월하게 작업을 진행할 수 있는 장점이 있다.
10 : 파이프 11 : 유로
20 : 플랜지
100 : 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치
200 : 본체부 210 : 통공
230 : 삽입공 240 : 오링
300 : 제1지지대 301 : 일측
302 : 타측 310 : 내부공간
320 : 관통공 400 : 제2지지대
401 : 일측 402 : 타측
500 : 온도센서

Claims (4)

  1. 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치에 있어서,
    인접한 파이프를 연결하는 양측 플랜지 사이에 설치되고, 상기 유체가 통과하는 통공이 형성되는 본체부와;
    상기 유로를 가로지르도록 상기 본체부를 관통하여 설치되고, 복수 개의 온도센서가 수용될 수 있는 내부공간을 포함하며, 상기 파이프 배관을 흐르는 유체의 흐름을 마주보는 일측이 유선형 단면의 전단을 형성하며 복수 개의 관통공을 포함하는 곡면으로 이루어지고, 타측은 개방되어 상기 내부공간을 노출시키는 제1지지대와;
    일측이 상기 제1지지대의 개방된 타측에 결합할 수 있도록 마련되고, 타측으로 갈수록 두께가 얇아져 유선형의 단면의 후단을 형성하는 제2지지대와;
    상기 제1지지대의 상기 관통공에 결합하여 상기 유체에 노출되는 복수 개의 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 배관의 유로를 흐르는 유체의 온도측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서는 상기 파이프의 직경방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 회전할 수 있도록 상기 양측 플랜지와 오링을 이용하여 압착 고정되는 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 본체부의 회전각도는 180도인 것을 특징으로 하는 배관내 온도측정장치.

KR1020100133258A 2010-12-23 2010-12-23 파이프 배관을 흐르는 유체의 온도측정장치 KR101032658B1 (ko)

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