KR101274163B1

KR101274163B1 - 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브

Info

Publication number: KR101274163B1
Application number: KR1020110139857A
Authority: KR
Inventors: 전세종; 윤세원; 이광복; 윤병로
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-11

Abstract

본 발명은 폐회로 배관 상에서 유체의 중량식 질량유량 측정에 소요되는 다이버터 밸브에 있어서: 상측의 입구유로(31)와 하측의 출구유로(32)(33)를 지니는 원통형의 외부몸체(30); 및 상기 외부몸체(30) 상에 실링(46)을 개재하여 회전 가능하게 수용되고, 입구유로(31)와 출구유로(32)(33)에 연통되는 분기유로(41)(42)를 구비하는 내부몸체(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 비교적 소형의 규격을 지닌 배관 상에서 간단한 구성으로 측정의 신뢰성을 유지하면서 배관연결에 따른 누수가 없어 내구성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

Description

중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브{A diverter valve for measuring gravimetric mass flow rate}

본 발명은 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비교적 소형의 규격을 지닌 배관 상에서 간단한 구성으로 측정의 신뢰성을 유지하면서 배관연결에 따른 누수가 없어 내구성을 향상할 수 있는 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브에 관한 것이다.

통상적으로 단위 시간당 흐르는 유량은 체적유량[m3/h], 질량유량[kg/s], 적산량([m3] 또는 [kg])의 3가지 방법으로 나타낼 수 있다. 상기한 방법은 유체의 종류나 측정의 목적에 따라 선택될 수 있으나, 어느 방법에 있어서나 측정의 간편성과 정확성이 요구된다.

일예로, 한국 공개특허공보 제2008-0089000호의 "중량센서를 구비한 유량측정장치"는 내부에 공간부가 형성된 캐비넷, 상기 캐비넷의 외측에 양단부가 위치되도록 상기 캐비넷의 내부에 수평방향과 일정경사로 설치되며, 유류가 이동ㆍ저장되어 상기 유류에 포함된 기체를 제외한 중량을 측정하는 측정부를 포함하여 이루어지고, 유류에 포함된 공기를 제외한 순수 유류만의 중량을 측정할 수 있는 것으로, 종래 리터법에 의해 측정된 값보다 정확하게 유류의 량을 측정할 수 있어 유류 구입시 발생되는 비용을 절감하는 효과를 기대한다.

다른 예로, 한국 등록실용신안공보 제0282987호의 "질량유량계의 유량측정센서"는 메인관의 외주면에 유량측정센서라인을 지지하기 위한 지지대가 구비되고, 유량측정센서라인은 외부관과 그 외부관의 내부에 내설되는 내부관으로 구성되어 상기 가스가 내부관과 외부관 사이의 간극을 통하여 흐르며, 상기 내부관의 내부에는 발열히터가 설치되고 외부관에는 발열/온도감지코일이 일정간격만큼 이격되어 상,하류에 각각 설치되어, 측정범위를 증대시킴과 아울러 저유량 영역에서의 정밀도 및 응답성을 향상시키는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 어느 정도 정확성을 확보할 수 있기는 하지만 일정치 이하(예컨대 20A)의 배관에 간편하게 적용하기 곤란하고 배관연결에 따른 누수의 우려도 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 비교적 소형의 규격을 지닌 배관 상에서 간단한 구성으로 측정의 신뢰성을 유지하면서 배관연결에 따른 누수가 없어 내구성을 향상할 수 있는 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐회로 배관 상에서 유체의 질량유량 측정에 소요되는 다이버터 밸브에 있어서: 상측의 입구유로와 하측의 출구유로를 지니는 원통형의 외부몸체; 및 상기 외부몸체 상에 실링을 개재하여 회전 가능하게 수용되고, 입구유로와 출구유로에 연통되는 분기유로를 구비하는 내부몸체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 내부몸체는 외주면에 테이퍼를 지닌 상태로 외부몸체에 긴밀하게 수용되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 내부몸체의 분기유로는 각형 또는 원형의 유로단면을 지니는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 내부몸체의 분기유로는 5~15˚ 범위의 웨지각으로 분기되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 분기유로는 상단에서 웨지폭을 지니도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 내부몸체는 제1분기유로와 제2분기유로 간에 유체의 유로를 신속하게 변경하도록 회전축 상에 구동기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 비교적 소형의 규격을 지닌 배관 상에서 간단한 구성으로 측정의 신뢰성을 유지하면서 배관연결에 따른 누수가 없어 내구성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 다이버터 밸브의 다양한 예를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 다이버터 밸브의 제1실시예를 나타내는 구성도
도 3은 도 2의 내부몸체를 평면상으로 드러내어 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 다이버터 밸브의 제2실시예를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 내부몸체를 드러내어 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폐회로 배관 상에서 유체의 중량식 질량유량 측정에 소요되는 다이버터 밸브에 관련된다. 도 1a 및 도 1b에 나타내는 것처럼 ISO 4185 표준은 폐회로 배관 상에서 중량식 질량유량측정 방법을 규정한다. 공급조(11), 측정조(12), 회수조(13)가 폐회로를 이루고 공급조(11)에서 다이버터 밸브(20)를 거쳐 측정조(12)와 회수조(13)로 유로가 형성된다. 이에 따라, 알려진 시간 간격으로 측정조(12)에 운반된 유체(액체)의 질량을 측정하여 밀폐된 관로 내에서의 질량유량[kg/s]을 연산할 수 있다.

ISO 4185 표준에 의하면 분할핀(25)을 지니고 피봇(24)에 의하여 회전하면서 노즐(23)의 유체를 일측의 출구(21)(22)로 연결하는 하나의 구성(도 1a)이 개시되고, 원통형의 회전체(26)에 분할편(27)을 지니고 노즐(23)의 유체를 일측의 출구(21)(22)로 연결하는 다른 하나의 구성(도 1b)이 개시된다. 어느 구성에 있어서나 측정조(12)에 운반된 유체(액체)의 질량을 계량하여 유량을 연산하는 점은 동일하다. 그러나 이러한 방식에 의하면 20A 이하의 상대적으로 소형 배관에 적용하기 곤란하고 배관 연결에 따른 누수 문제가 초래될 우려가 크다.

본 발명에 따르면 상측의 입구유로(31)와 하측의 출구유로(32)(33)를 지니는 원통형의 외부몸체(30)가 구비된다. 외부몸체(30)외 외주면 원통형으로 형성하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 외부몸체(30)의 내주면은 후술하는 내부몸체(40)를 회전 가능하게 수용하도록 원통형으로 형성해야 한다. 입구유로(31)는 외부몸체(30)의 상단에서 수직으로 연장되도록 형성되고, 출구유로(32)(33)는 하측에 상호 이격되면서 경사각을 이루도록 형성된다. 입구유로(31)와 출구유로(32)(33)는 외단부에 배관 연결을 위한 나선 또는 피팅을 구비할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 입구유로(31)와 출구유로(32)(33)에 연통되는 분기유로(41)(42)를 구비하는 내부몸체(40)가 상기 외부몸체(30) 상에 실링(46)을 개재하여 회전 가능하게 수용되는 구조이다. 내부몸체(40)는 회전시 외부몸체(30)에서 이탈되지 않도록 스토퍼(도시 생략)를 개재하여 수용한다. 내부몸체(40)의 중앙에 형성되는 분기유로(41)(42)를 기준으로 전후방으로 각각 실링(46)을 장착하여 수밀성을 확보한다. 실링(46)은 O-링을 사용할 수 있다.

이때, 각각의 분기유로(41)(42)는 가공의 용이성을 감안하여 중간이 꺾어진 형태로 할 수도 있으나 전반적으로 꺾임이 없는 매끄러운 곡면을 이루도록 형성할 수도 있다. 각각의 분기유로(41)(42)의 유로 단면적은 입구유로(31)의 유로 단면적보다 다소 크게 형성하는 것이 좋다.

본 발명에 의하면 상기 내부몸체(40)는 외주면에 테이퍼(T)를 지닌 상태로 외부몸체(30)에 긴밀하게 수용되는 것이 좋다. 내부몸체(40)에 테이퍼(T)가 형성되면 평면이나 측면에서 볼 때 사다리꼴을 이룬다. 내부몸체(40)를 수용하는 외부몸체(30)의 내주면에도 동일한 치수의 테이퍼(T)를 형성한다. 내부몸체(40)에 구배를 형성하는 것은 누수를 방지하는 측면에서 다소 유리하다. 내부몸체(40)의 테이퍼(T)의 각도는 10~20˚의 범위에서 설정하는데, 배관의 규격(크기)이 소형화될수록 테이퍼(T)의 각도를 크게 유지한다.

본 발명에 의하면 상기 내부몸체(40)의 분기유로(41)(42)는 각형 또는 원형의 유로단면을 지니도록 구성한다. 도 3처럼 분기유로(41)(42)를 각형으로 하는 것이 누수를 방지하는 측면에서 다소 유리한 반면에 도 5처럼 원형으로 하는 것에 비하여 가공성이 다소 저하되어 제조원가가 높아진다. 배관의 규격(크기)이 소형화될수록 분기유로(41)(42)는 가공성이 용이한 원형 단면으로 형성한다. 어느 경우에나 분기유로(41)(42)는 입구유로(31)보다 유로 단면적을 다소 크게 한다.

본 발명에 의하면 상기 내부몸체(40)의 분기유로(41)(42)는 5~15˚ 범위의 웨지각(A)으로 분기되는 것이 좋다. 내부몸체(40)의 상단에서 인접된 일측의 제1분기유로(41)와 타측의 제2분기유로(42)는 일정 높이에 걸쳐 5~15˚의 웨지각(A)을 이루면서 하향하여 각각의 출구유로(32)(33) 측으로 연통된다. 웨지각(A)이 너무 작으면 분기유로(41)(42)가 밀집되어 내구성이 약화되고, 웨지각(A)이 너무 크면 작동 신뢰성의 저하와 함께 누수 가능성의 증대가 우려된다.

이때, 상기 분기유로(41)(42)는 상단에서 웨지폭(W)을 지니도록 연결되는 구성도 가능하다. 도 2는 분기유로(41)(42)에 웨지폭(W)을 설정하지 않은 제1실시예이고, 도 4는 분기유로(41)(42)의 상단에 웨지폭(W)을 설정한 제2실시예이다. 배관의 규격(크기)이 20A에 이를수록 웨지폭(W)을 설정하여 측정의 정확성을 향상하면서 누수의 우려를 경감하는 것이 좋다. 웨지폭(W)은 양측의 분기유로(41)(42)를 합친 유로 단면적의 5~15% 범위로 설정한다.

본 발명에 의하면 상기 내부몸체(40)는 제1분기유로(41)와 제2분기유로(42) 간에 유체의 유로를 신속하게 변경하도록 회전축(44) 상에 구동기(50)를 구비한다. 구동기(50)는 스테핑 모터를 사용하는 것이 구성의 간편성과 작동의 정확성에서 유리하다. 내부몸체(40)의 중앙에 회전축(44)을 개재하여 구동기(50)를 연결하고 제어기(도시 생략)와 결선한다. 이와 같이 외부몸체(30), 내부몸체(40), 구동기(50)로 이루어지는 다이버터 밸브를 이용하여 중량식 질량유량을 측정하는 방법은 전술한 ISO 4185 표준을 적용할 수 있다.

이때, 구동기(50)를 이용하여 외부몸체(30)의 입구유로(31)를 내부몸체(40)의 제1분기유로(41)와 제2분기유로(42) 간에 스위칭하는 시간은 0.01~0.1초의 범위로 설정한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

11: 공급조 12: 측정조
20: 다이버터 밸브 23: 노즐
24: 피봇 25: 분할판
26: 회전체 27: 분할편
30: 외부몸체 31: 입구유로
32, 33: 출구유로 40: 내부몸체
41: 제1분기유로 42: 제2분기유로
44: 회전축 46: 실링
50: 구동기 A: 웨지각
W: 웨지폭 T: 테이퍼

Claims

폐회로 배관 상에서 유체의 중량식 질량유량 측정에 소요되는 다이버터 밸브에 있어서:
상측의 입구유로(31)와 하측의 출구유로(32)(33)를 지니는 원통형의 외부몸체(30); 및
상기 외부몸체(30) 상에 실링(46)을 개재하여 회전 가능하게 수용되고, 입구유로(31)와 출구유로(32)(33)에 연통되는 분기유로(41)(42)를 구비하는 내부몸체(40);를 포함하여 이루어지되,
상기 내부몸체(40)의 분기유로(41)(42)는 5~15˚ 범위의 웨지각(A)으로 분기되고,
상기 분기유로(41)(42)는 상단에서 웨지폭(W)을 지니도록 연결되는 것을 특징으로 하는 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브.
제1항에 있어서,
상기 내부몸체(40)는 외주면에 테이퍼(T)를 지닌 상태로 외부몸체(30)에 긴밀하게 수용되는 것을 특징으로 하는 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브.
제1항에 있어서,
상기 내부몸체(40)의 분기유로(41)(42)는 각형 또는 원형의 유로단면을 지니는 것을 특징으로 하는 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 내부몸체(40)는 제1분기유로(41)와 제2분기유로(42) 간에 유체의 유로를 신속하게 변경하도록 회전축(44) 상에 구동기(50)를 구비하는 것을 특징으로 하는 중량식 질량유량 측정용 다이버터 밸브.