KR101204820B1 - CIT sensor module - Google Patents
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Abstract
본 발명에 관한 CIT 센서는, 측정하고자 하는 장치에 고정되는 헤더부와; 상기 헤더부에 결합되어 상기 장치로 노출되며 에어포일 형성을 갖는 몸체부와; 상기 몸체부의 일단부에 설치되며, 공기의 유동을 안정화시키는 키엘부와; 상기 키엘부 내부에 설치되어 상기 장치의 온도를 측정하는 열전대와; 상기 열전대의 일부를 둘러싸도록 형성됨으로써 상기 몸체부에서 상기 열전대로 전달되는 열을 차단하는 제1 온도 차단부와; 상기 몸체부 내부의 상기 열전대를 둘러싸도록 형성됨으로써, 상기 몸체부에서 상기 열전대로 전달되는 열을 차단하는 제2 온도 차단부를 포함한다.The CIT sensor according to the present invention includes a header part fixed to a device to be measured; A body portion coupled to the header portion and exposed to the device and having airfoil formation; A kiel portion installed at one end of the body portion to stabilize the flow of air; A thermocouple installed inside the kiel portion and measuring a temperature of the apparatus; A first temperature blocking unit formed to surround a portion of the thermocouple to block heat transferred from the body portion to the thermocouple; It is formed so as to surround the thermocouple inside the body portion, and includes a second temperature blocking portion for blocking the heat transferred from the body portion to the thermocouple.
CIT 센서 모듈, 가스터빈 엔진 CIT sensor module, gas turbine engine
Description
도 1은 종래의 CIT 센서 모듈을 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional CIT sensor module.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 CIT 센서 모듈을 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view showing a CIT sensor module according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 CIT 센서 모듈의 일부를 절제하여 나타내는 종단면도이다.3 is a longitudinal cross-sectional view of a portion of the CIT sensor module of FIG. 2;
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 취한 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3.
도 5는 종래의 CIT 센서 모듈과 본 발명의 일 실시예에 관한 CIT 센서 모듈의 측정 온도를 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing measured temperatures of a conventional CIT sensor module and a CIT sensor module according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: CIT 센서 모듈 110: 몸체부100: CIT sensor module 110: body
111: 키엘부 111a: 통공111: Kielbu 111a: Through Hole
112: 열전대 112a: 접합점112:
112b, 112c: 금속소선 113: 제1 온도 차단부112b and 112c: metal wire 113: 1st temperature cut-out part
114: 제2 온도 차단부 120: 연결부114: second temperature cut-out 120: connection
130: 헤더부130: header part
본 발명은 CIT 센서 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 몸체에서 전달되는 온도를 차단하여 엔진 입구의 공기 온도를 정밀하게 측정하고 전온도 회복이 향상된 CIT 센서 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a CIT sensor module, and more particularly, to a CIT sensor module that accurately measures the air temperature at the engine inlet by cutting off the temperature transmitted from the engine body and improves the overall temperature recovery.
일반적으로 가스터빈 엔진과 같은 장치는 엔진 내부의 온도 조건에 따라 제어되어야 한다. 따라서, 엔진 내부의 온도를 측정하기 위해 CIT(Compressure Inlet Temperature) 센서 모듈을 사용한다. CIT 센서 모듈은 엔진의 입구에 유동하는 공기의 흐름에 대한 온도를 측정하는 일종의 프로브(probe)이다.In general, devices such as gas turbine engines must be controlled according to the temperature conditions inside the engine. Therefore, the CIT (Compressure Inlet Temperature) sensor module is used to measure the temperature inside the engine. The CIT sensor module is a type of probe that measures the temperature of the flow of air flowing at the inlet of the engine.
도 1에는 종래의 CIT 센서 모듈의 일례가 도시되어 있다. 도 1을 참조하며, 종래의 CIT 센서 모듈(10)는 엔진의 내벽에 고정되는 연결부(12), 상기 엔진의 내부에 노출되는 몸체부(11) 및 상기 몸체부(11)의 일단부에 설치되는 온도 측정부(13)를 포함한다. 종래의 CIT 센서 모듈(10)의 몸체부(11)는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어져 있으므로 엔진의 온도가 CIT 센서 모듈(10)에 전달되어 엔진 입구의 공기 온도 측정에 있어서 왜곡이 일어난다. 또한, 종래의 CIT 센서 모듈(10)은 온도 측정부(13)에 반도체 집적회로 센서인 IC 센서를 사용하므로 측정 온도에 대한 민감도가 낮은 문제점이 있었다.1 shows an example of a conventional CIT sensor module. Referring to FIG. 1, the conventional
본 발명의 주된 목적은 측정 온도에 대한 민감도가 높으며, 전온도 회복율이 향상되고, 엔진 몸체에서 전달되는 온도를 차단하여 정확한 엔진 입구의 온도를 측정하여 제어기에 제공하는 CIT 센서 모듈을 제공하는데 있다. The main object of the present invention is to provide a CIT sensor module which has high sensitivity to the measured temperature, improves the overall temperature recovery rate, cuts off the temperature transmitted from the engine body, and accurately measures the temperature of the engine inlet to the controller.
본 발명에 관한 CIT 센서는, 측정하고자 하는 장치에 고정되는 헤더부와; 상기 헤더부에 결합되어 상기 장치로 노출되며 에어포일 형성을 갖는 몸체부와; 상기 몸체부의 일단부에 설치되며, 공기의 유동을 안정화시키는 키엘부와; 상기 키엘부 내부에 설치되어 상기 장치의 온도를 측정하는 열전대와; 상기 열전대의 일부를 둘러싸도록 형성됨으로써 상기 몸체부에서 상기 열전대로 전달되는 열을 차단하는 제1 온도 차단부와; 상기 몸체부 내부의 상기 열전대를 둘러싸도록 형성됨으로써, 상기 몸체부에서 상기 열전대로 전달되는 열을 차단하는 제2 온도 차단부를 포함한다.The CIT sensor according to the present invention includes a header part fixed to a device to be measured; A body portion coupled to the header portion and exposed to the device and having airfoil formation; A kiel portion installed at one end of the body portion to stabilize the flow of air; A thermocouple installed inside the kiel portion and measuring a temperature of the apparatus; A first temperature blocking unit formed to surround a portion of the thermocouple to block heat transferred from the body portion to the thermocouple; It is formed so as to surround the thermocouple inside the body portion, and includes a second temperature blocking portion for blocking the heat transferred from the body portion to the thermocouple.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부 중 상기 헤더부에 인접한 부분을 둘러싸도록 형성되며 엔진 몸체로부터 전달되는 온도를 차단하기 위한 연결부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the body portion is formed to surround a portion adjacent to the header portion may further include a connection for blocking the temperature transmitted from the engine body.
본 발명에 있어서, 상기 연결부는 헤미살TM 세라믹으로 이루어질 수 있다 .In the present invention, the connection portion may be made of hemisal TM ceramic.
본 발명에 있어서, 상기 제1 온도 차단부는 세라믹 인슐레이터로 이루어질 수 있다. In the present invention, the first temperature blocking unit may be made of a ceramic insulator.
본 발명에 있어서, 상기 제2 온도 차단부는 시멘트로 이루어질 수 있다. In the present invention, the second temperature blocking unit may be made of cement.
이하, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나. 본 발명은 이 밖에도 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명 확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings. But. The present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Accordingly, the shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 CIT 센서 모듈을 나타내는 사시도이다. 2 is a perspective view showing a CIT sensor module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 CIT 센서 모듈(100)은 엔진의 내벽에 장착되는 헤더부(130), 상기 헤더부(130)의 하부에 결합되어 엔진의 입구부에 노출되는 몸체부(110), 키엘부(111) 및 연결부(120)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the
상기 몸체부(110)는 도 4에 도시된 것과 같이 그 종단면이 유선형의 에어포일(airfoil) 형상을 갖는다. 상기 몸체부(110)가 에어포일 형상을 가짐으로써 엔진의 입구부의 공기 흐름에 대한 저항을 감소시켜 온도 왜곡 현상을 줄일 수 있다. 상기 몸체부(110)는 금속재질로 이루어질 수 있으며 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 4, the
상기 몸체부(110)에서 상기 헤더부(130)에 인접한 일부분에는 상기 부분을 둘러싸도록 연결부(120)가 형성될 수 있다. 상기 연결부(120)는 해밋소재의 세라믹(헤미살TM 세라믹)으로 이루어질 수 있으며, 상기 연결부(120)는 엔진 몸체로부터 몸체부(110)로 전달되는 온도를 차단하는 역할을 한다.A
상기 몸체부(110)의 일단부에는 키엘부(kiel portion)(111)가 형성된다. 상기 키엘부(111)는 환형의 형태로 상기 몸체부(110)로부터 돌출되어 있다. 또한, 상기 키엘부(111)의 측면에는 키엘부(111)의 내부로 유입된 공기를 배출할 수 있도록 적어도 하나의 통공(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 키엘부(111)는 공기의 흐름이 엔진 내부로부터 일정하지 않고 여러 방향으로 유동하게 되어 온도의 정확한 측정 이 불가능하게 되는 것을 방지하도록 상기 몸체부(111)로부터 수직하게 형성되어 공기의 흐름을 안정화시키는 역할을 한다. 이와 같이 공기의 흐름이 안정화하게 되면 공기의 유동각이 감소하여 CIT 모듈 센서(100)의 전온도에 대한 회복율이 향상된다. A
보다 상세하게는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다.More specifically, as shown in FIGS. 3 and 4.
도 3은 도 2의 본 발명의 일 실시예에 관한 CIT 센서 모듈(100)의 몸체부(110) 일부와 키엘부(111)의 종단면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 취한 횡단면도이다.3 is a longitudinal cross-sectional view of a part of the
도 3 및 도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 몸체부(110)는 그 횡단면이 유선형의 에어포일 형성을 이루고 있다. 상기 키엘부(111)는 상기 몸체부(110)에 대해 수직으로 돌출되어 환형으로 형성될 수 있다. 상기 키엘부(111)는 상기 몸체부(110)로부터 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제조되어 상기 몸체부(110)의 에어포일을 이루는 일면에 부착될 수도 있다.3 and 4, as described above, the
상기 키엘부(111)의 내부에는 엔진 입구의 공기 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple)(112)가 설치된다. 일반적으로 열전대는 금속의 전기적 특성이 온도에 따라 변화하는 특성을 이용하는 것이다. 즉, 서로 다른 전기적 특성을 갖는 두 금속이 접합하는 부분에 열이 전달되면 상이한 전기저항을 가진 금속 사이에 온도변화에 따른 기전력이 형성된다. 이렇게 형성된 기전력을 증폭하고, 이를 수치화시켜 측정하고자 하는 부위의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 본 발명의 열전대(112)는 서로 다른 전기적 특성을 가진 복수 개의 금속으로 된 소선(112b, 112c) 이 접합점(112a)을 형성한다. 하나의 금속 소선(112b)은 (+)극성을 가지고, 또 하나의 금속 소선(112c)은 (-)극성을 가질 수 있다. 상기 접합점(112a)에 엔진 내부의 온도가 전달되면 상기 두 금속 소선(112b, 112c) 사이에 발생되는 기전력이 온도에 비례하여 나타나게 되므로 이를 증폭하여 온도로 표현하여 온도제어용 신호로 사용하게 된다. 이와 같이 본 발명의 CIT 센서 모듈(100)은 IC 센서를 이용하는 종래의 CIT 센서 모듈과는 달리 열전대(112)를 온도 측정 센서로 이용함으로써 측정 온도의 민감도를 증가시킬 수 있다. The
키엘부(111)나 몸체부(110)를 통해서 상기 열전대(112)에 전도열이나 복사열이 전달되어 왜곡된 온도가 측정되는 것을 방지하기 위해 상기 열전대(112)의 일부에는 절연체로 이루어진 제1 온도 차단제(113)로 감싸게 된다. 상기 제1 온도 차단제(113)는 상기 키엘부(111)와 상기 몸체부(110)의 연결부분에서 열전대(112)의 일부분을 감싸도록 형성될 수 있다. 제1 온도 차단제(113)로는 세라믹 인슐레이터를 사용하는 것이 바람직하다. A first temperature blocker made of an insulator on a part of the
또한, 본 발명의 CIT 센서 모듈(100)에서는 상기 몸체부(110)에서 전달되는 온도를 더욱 효과적으로 차단하기 위해 몸체부(110) 내부에 제2 온도 차단제(114)를 형성한다. 일반적으로 열전대(112)는 그 일단부 즉, 접합점(112a)이 키엘부(111) 내에 노출되도록 배치되며 다른 부분은 몸체부(110) 내부로 연장될 수 있다. 이 경우 금속 재질로 이루어진 몸체부(110)와 열전대(112)가 직접 접촉하는 경우 또는 몸체부(110) 내부가 비어있는 경우에는 몸체부(110)를 통하여 온도가 열전대에 전달되어 엔진 입구의 측정 온도에 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 따라 본 발 명의 CIT 센서 모듈(100)은 상기 몸체부(110) 내부의 상기 열전대(112)를 둘러싸도록 형성되어 상기 몸체부(110)에서 전달되는 온도를 차단하는 제2 온도 차단부(114)를 포함한다. 상기 제2 온도 차단부(114)는 시멘트로 형성하는 것이 바람직하다. In addition, the
상기와 같이 제1 온도 차단제(113)과 제2 온도 차단제(114)를 사용함으로써 엔진이나 센서 모듈에서 전달되는 온도를 차단하여 엔진 입구의 공기 온도만을 정확히 측정하여 제어기에 제공할 수 있다. By using the
도 5는 종래의 CIT 센서 모듈과 본 발명의 일 실시예에 관한 CIT 센서 모듈의 엔진 입구의 측정 온도를 비교한 그래프이다. 상기 그래프는 엔진의 RPM(revolution per minute) 증가에 따른 엔진 입구의 온도를 측정한 결과이다. 주변 공기의 온도와 엔진의 온도 차이를 최소화하기 위해 엔진을 시동시킨 후 일정하게 운용되는 구간에서 엔진 입구의 공기 온도를 측정하였다. 엔진 RPM이 증가함에 따라 엔진 입구로 흡입되는 공기의 속도는 증가하게 된다. 종래의 CIT 센서 모듈은 IC 센서를 사용한 것이다. 종래의 CIT 센서 모듈의 경우에 엔진의 RPM이 증가하여 엔진이 운용되는 구간에서 대략 6℃ 이상의 온도 왜곡이 일어남을 확인할 수 있다. 이는 종래의 CIT 센서 모듈에 사용되는 IC 센서가 유동하는 공기 온도에 대한 민감도가 떨어지게 때문이다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 관한 CIT 센서 모듈의 경우에는 엔진의 운용구간 동안에 측정 온도의 밴드가 거의 일정함을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 CIT 센서 모듈에서는 온도에 대한 민감도가 좋으며 전온도 회복율이 뛰어난 열전대를 사용함으로써 빠르게 흡입되는 엔진 입구부 공기의 온도를 측정하고 전온도에 영향을 최소화하여 유입되는 공기의 온도를 측정하기 때문이다.5 is a graph comparing the measured temperature of the engine inlet of the conventional CIT sensor module and the CIT sensor module according to an embodiment of the present invention. The graph is a result of measuring the temperature of the engine inlet according to the increase in revolution per minute (RPM) of the engine. In order to minimize the difference between the ambient air temperature and the engine temperature, the air temperature at the engine inlet was measured in a constant operating section after starting the engine. As the engine RPM increases, the speed of air drawn into the engine inlet increases. The conventional CIT sensor module uses an IC sensor. In the case of the conventional CIT sensor module it can be confirmed that the temperature of the engine distortion is increased by about 6 ℃ or more in the section in which the engine is operating by increasing the RPM. This is because the IC sensor used in the conventional CIT sensor module is less sensitive to the flowing air temperature. However, in the case of the CIT sensor module according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the band of the measured temperature is almost constant during the operating period of the engine. In the CIT sensor module of the present invention, it is possible to measure the temperature of the inlet air by measuring the temperature of the inlet air which is rapidly inhaled by using a thermocouple having good sensitivity to temperature and having an excellent recovery of the entire temperature, and minimizing the influence on the entire temperature. Because.
본 발명은 몸체부의 일단부에 키엘부를 형성함으로써 CIT 센서 모듈의 전온도 회복율을 향상시키고, 제1 및 제2 온도 차단제를 사용함으로써 엔진 몸체나 센서 모듈에서 전달되는 온도를 차단하여 엔진 입구의 공기 온도를 정확히 할 수 있다. 또한, 몸체부는 에어포일 형상을 이루어 공기 흐름에 대한 저항을 감소시켜 온도의 왜곡을 방지하고, 온도 측정 센서로 열전대를 형성함으로써 온도에 대한 민감도를 증가시킨다.The present invention improves the overall temperature recovery rate of the CIT sensor module by forming a kiel portion at one end of the body portion, and cuts off the temperature transmitted from the engine body or the sensor module by using the first and second temperature blockers, thereby reducing the air temperature at the engine inlet. You can do exactly that. In addition, the body portion is formed in the airfoil to reduce the resistance to air flow to prevent the distortion of the temperature, by increasing the sensitivity to temperature by forming a thermocouple with a temperature measuring sensor.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.It is intended that the present invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the appended claims, and that various changes, substitutions, and alterations can be made hereto without departing from the spirit of the invention as defined in the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that changes may be made.
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