KR101336268B1 - 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기 - Google Patents

Abstract

임계 오리피스 영역내에서 유량 제어가 가능하며 정밀하고 신속한 유량제어가 가능하도록, 대기중의 기체가 유입되어 이송되는 통로를 형성하는 이송관로와, 이송관로의 한쪽 끝부분으로 대기중의 기체가 유입되어 다른쪽 끝부분으로 이송되도록 설치되는 진공펌프와, 이송관로 중앙쪽 부분의 기체가 이송되는 통로에 설치되는 오리피스와, 오리피스구멍의 개구면적을 변화시키도록 형성하여 설치되는 오리피스밸브장치와, 이송관로의 오리피스 앞쪽 부분 통로와 뒤쪽 부분 통로의 기체의 압력차를 측정하는 차압센서와, 이송관로의 한쪽 끝부분에서 기체의 온도를 측정하는 온도센서와, 차압센서에 의해 측정된 기체의 압력차 및 온도센서에 의해 측정된 기체의 온도를 통해 기체의 유량을 검출하고 검출유량과 설정유량의 차이를 연산하여 유량차를 제어신호로서 오리피스밸브장치에 출력하는 유량제어부를 포함하여 이루어지는 대기 오염 측정용 차압 유량 제어기를 제공한다.

Description

대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기 {Differential Pressure Type Flow Controler for Measurement of Air Pollution }

본 발명은 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오리피스의 개구면적 조절을 통해 유량을 제어하므로 정확한 설정유량으로 대기 중의 기체를 측정장치 내로 유입시킬 수 있도록 구성한 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기에 관한 것이다.

일반적으로 공장이나 가정, 자동차 등에서 여러 가지 오염물질이 배출되어 공기 중에 확산되면서 대기오염이 유발되며 이러한 대기오염은 인간의 건강 생활과 정서 생활에 나쁜 영향을 주고, 생물의 생존에도 위협을 주며 기상 변화까지 야기시킬 수 있다.

최근 산업화가 가속화됨에 따라 대기의 오염 상태는 점점 심각해지고 있는 추세이므로 각 나라에서는 상시 대기의 오염 정도 측정을 통해 대기 오염 상태의 감시나 관리, 감독 등을 행하면서 대기 오염 방지를 위한 여러 가지 노력이 시도되고 있다.

상기 대기 오염 측정의 대상이 되는 항목에는 미세먼지의 농도를 측정하는 항목과 배출가스의 오염도를 측정하는 항목 등이 있으며, 배출가스의 오염도를 측정하는 항목에는 이산화탄소, 질소산화물, 황산화물, 염화수소, 불화수소 등이 있다.

한편, 대기 오염 측정을 위해서는 다양한 구조의 대기 오염 측정기가 사용되고 있으며, 정밀한 대기 오염 측정을 위해서는 미리 설정된 유량의 기체를 정확히 대기 오염 측정기에 유입시키는 것이 중요하다. 따라서 종래 대기 오염 측정기에는 차압식 유량 제어기를 연결하여 설치하게 된다.

종래 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기는 대기중의 기체가 유입되어 이송되는 통로를 형성하는 이송관로와, 상기 이송관로의 한쪽 끝부분으로 대기중의 기체가 유입되어 다른쪽 끝부분으로 이송되도록 설치되는 흡입펌프와, 상기 이송관로 중앙쪽 부분의 기체가 이송되는 통로에 설치되는 오리피스와, 상기 이송관로의 오리피스 앞쪽 부분 통로와 뒤쪽 부분 통로의 기체의 압력차를 측정하는 차압센서와, 상기 이송관로의 앞쪽 끝부분 통로의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 차압센서에서 측정된 기체의 압력차 및 온도센서에서 측정된 온도를 이용하여 기체의 유량을 검출하고 검출유량과 설정유량의 차이를 연산하여 유량차를 제어신호로서 상기 흡입펌프에 출력하는 유량제어부로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기는 오리피스의 개구면적이 고정되어 있는 상태에서 흡입펌프의 압력 조절을 통해 유량을 제어함에 따라 정밀하고 신속한 유량제어가 어렵고 비임계 오리피스 영역 내에서만 유량 제어가 가능함에 따라 활용성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오리피스를 직접적으로 개폐하면서 개구면적을 가변시킴에 따라 정밀하고 신속한 유량제어가 가능하고 임계 오리피스 영역내에서 유량 제어가 가능하므로 활용성이 높이는 것이 가능한 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 대기 오염 측정용 차압 유량 제어기는 대기중의 기체가 유입되어 이송되는 통로를 형성하는 이송관로와, 상기 이송관로의 한쪽 끝부분으로 대기중의 기체가 유입되어 다른쪽 끝부분으로 이송되도록 설치되는 진공펌프와, 상기 이송관로 중앙쪽 부분의 기체가 이송되는 통로에 설치되는 오리피스와, 상기 오리피스구멍의 개구면적을 변화시키도록 형성하여 설치되는 오리피스밸브장치와, 상기 이송관로의 오리피스 앞쪽 부분 통로와 뒤쪽 부분 통로의 기체의 압력차를 측정하는 차압센서와, 상기 이송관로의 한쪽 끝부분 통로에 설치되고 기체의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 차압센서에 의해 측정된 기체의 압력차 및 온도센서에 의해 측정된 기체의 온도를 통해 기체의 유량을 검출하고 검출유량과 설정유량의 차이를 연산하여 유량차를 제어신호로서 상기 오리피스밸브장치에 출력하는 유량제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 오리피스는 판형상으로 이루어지고 이송관로의 통로를 가로막고 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 형성되고 오리피스구멍을 포함하여 이루어진다.

상기 오리피스구멍은 상기 밸브의 이동방향을 따라 길게 형성하여 설치되고 양쪽 끝부분이 반원형상인 트랙형상으로 이루어진다.

상기 오리피스밸브장치는 상기 유량제어부의 제어신호에 따라 정회전 또는 역회전하는 회전축을 구비하는 스텝모터와, 판형상으로 형성되고 상기 오리피스의 몸체 한쪽면에 왕복운동가능하게 설치되며 상기 스텝모터의 정역회전시 왕복운동하면서 상기 오리피스구멍의 개구면적을 변화시키는 밸브를 포함하여 이루어진다.

상기 밸브에는 상기 오리피스구멍에 대응하는 폭으로 이동방향을 따라 길게 형성하여 설치되고 한쪽 끝부분이 개구되고 다른쪽 끝부분이 반원형상인 절개홈이 더 형성되는 것도 가능하다.

상기 오리피스밸브장치는 상기 스텝모터의 회전시 상기 밸브를 왕복운동시키는 왕복이동장치를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.

상기 왕복이동장치는 상기 스텝모터의 회전축에 연결 설치되는 스크류축과, 상기 밸브와 일체로 연결되고 상기 스크류축과 나사결합되며 스크류축이 회전함에 따라 스크류축의 길이방향을 따라 직선운동하는 이송너트를 포함하여 이루어진다.

상기 이송관로에는 상기 밸브 또는 이송너트가 관통하며 슬라이딩 가능하게 결합 설치되는 이동구멍을 더 형성하는 것도 가능하다.

그리고 본 발명에 있어서는 상기 밸브 또는 이송너트의 양측 모서리에는 제1레일부를 더 형성하고, 상기 이동구멍에는 상기 제1레일부와 슬라이딩가능하게 결합되는 제2레일부를 더 형성하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기에 의하면, 유량제어부에서 산출되는 유량차에 따라 출력되는 제어신호에 의해 오리피스밸브장치의 밸브가 직접적으로 오리피스의 개구면적을 변화시키며 유량을 조절하는 것이 가능하므로 간편하고 신속하며 유량 제어가 가능하고, 임계 오리피스 영역내에서도 오리피스의 개구면적을 변화시키면서 유량을 제어하는 것이 가능하므로 매우 유용하고 활용성이 높아진다.

또한, 본 발명에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기에 의하면, 스텝모터를 사용함에 따라 회전축의 회전각을 미세하게 제어가 가능하고 그에 따라 밸브에 의한 오리피스의 개폐면적을 미세하게 조절하는 것이 가능하므로, 정밀한 유량제어가 가능하게 되면서 대기 오염 측정장치의 정밀한 측정을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기를 나타내는 오리피스 및 오리피스밸브장치의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기를 나타내는 오리피스 및 오리피스밸브장치의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기를 나타내는 오리피스밸브장치의 작동상태도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기에 있어서 오리피스를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기에 있어서 오리피스밸브장치의 밸브를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기를 나타내는 오리피스 및 오리피스밸브장치의 횡단면도이다.
도 8은 도 7의 A-A선 단면도이다.

다음으로 본 발명에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하에서 동일한 기능을 하는 기술요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 중복 설명을 피하기 위하여 반복되는 상세한 설명은 생략한다.

이하에 설명하는 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 효과적으로 보여주기 위하여 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기는 도 1~도 3에 나타낸 바와 같이, 이송관로(10)와, 진공펌프(20)와, 오리피스(30)와, 오리피스밸브장치(40)와, 차압센서(50)와, 온도센서(60)와, 유량제어부(70)를 포함하여 이루어진다.

도면에서 점선화살표는 기체가 흐르는 방향을 나타낸다.

상기 이송관로(10)는 대기중의 기체가 유입되어 이송되는 통로를 형성한다.

상기 이송관로(10)의 한쪽 끝부분에는 기체가 유입되는 유입덕트(12)가 설치된다.

상기 진공펌프(20)는 상기 유입덕트(12)를 통해 상기 이송관로(10)의 한쪽 끝부분으로 대기중의 기체가 유입되어 다른쪽 끝부분으로 이송되도록 설치된다.

상기 오리피스(30)는 상기 이송관로(10) 중앙쪽 부분의 기체가 이송되는 통로에 설치된다.

상기 오리피스(30)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 판형상으로 이루어지고 이송관로(10)의 통로를 가로막고 설치되는 몸체(31)와, 상기 몸체(31)의 중앙에 형성되고 오리피스구멍(32)을 포함하여 이루어진다.

상기 오리피스구멍(32)은 대략 가로 또는 세로로 길쭉한 장공형상으로 이루어진다.

좀더 상세히 설명하면 상기 오리피스구멍(32)은 후술하는 밸브(42)의 이동방향을 따라 길게 형성하여 설치되고 양쪽 끝부분이 반원형상인 트랙형상으로 이루어진다.

상기 오리피스밸브장치(40)는 상기 오리피스(30)의 개구면적을 변화시키도록 형성하여 설치된다.

상기 오리피스밸브장치(40)는 도 2~도 4, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 유량제어부(70)의 제어신호에 따라 정회전 또는 역회전하는 회전축(42)을 구비하는 스텝모터(41)와, 상기 이송관로(10)에 설치되고 상기 스텝모터(41)가 장착되는 지지대(43)와, 판형상으로 이루어지고 상기 오리피스(30)의 몸체(31) 한쪽면에 왕복운동가능하게 설치되며 상기 스텝모터(41)의 정역회전시 왕복이동장치(44)에 의해 왕복운동하면서 상기 오리피스구멍(32)의 개구면적을 변화시키는 밸브(48)를 포함하여 이루어진다.

상기 스텝모터(41)는 상기 유량제어부(70)의 제어신호에 따라 회전축(42)의 회전각도를 미세하게 제어가 가능하므로 상기 밸브(48)의 이동 또한 미세하게 제어하는 것이 가능하다. 따라서 오리피스구멍(32)의 개구면적을 미세하게 변화시키면서 정밀하고 신속한 유량 제어가 가능하다.

상기 밸브(48)에는 대략 "U"형상의 절개홈(49)이 형성된다.

즉 상기 오리피스구멍(32)에 대응하는 폭으로 이동방향을 따라 길게 형성하여 설치되고 한쪽 끝부분이 개구되고 다른쪽 끝부분이 반원형상인 절개홈(49)이 형성된다.

상기 왕복이동장치(44)는 상기 스텝모터(41)의 회전축(42)에 연결 설치되는 스크류축(45)과, 상기 스크류축(45)과 나사결합되고 스크류축(45)이 회전함에 따라 스크류축(45)의 길이방향을 따라 이동하며 상기 밸브(48)와 일체로 연결되는 이송너트(46)를 포함하여 이루어진다.

상기 스크류축(45)과 이송너트(46)는 볼스크류와 마찬가지의 구성으로 실시하여 이루어지는 것이 가능하다.

상기 스크류축(45)과 이송너트(46)는 상기 이송관로(10)의 내부에서 나사결합된다.

즉 상기 스크류축(45)은 상기 이송관로(10)의 일측을 관통하고 한쪽 끝부분이 스텝모터(41)의 회전축(42)과 연결되며 다른쪽 끝부분이 이송관로(10)의 내부에 위치하도록 설치되고, 상기 이송너트(46)는 상기 이송관로(10)의 내부에 위치하고 상기 스크류축(45)의 다른쪽 끝부분에 결합 설치된다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 스크류축(45)과 이송너트(46)는 상기 이송관로(10)의 외부에서 나사결합되게 설치되는 것도 가능하다.

즉 상기 이송관로(10)의 일측에는 상기 밸브(48)의 한쪽 부분이 이송관로(10)의 외부로 노출되는 상태로 슬라이딩가능하게 조립되는 조립구멍(47)이 형성되고, 상기 밸브(48) 한쪽 끝부분에는 상기 이송너트(46)가 일체로 연결 설치된다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 상기에서 조립구멍(47)의 양측 모서리에는 한 쌍의 제1레일부(47a)가 형성되고, 상기 밸브(48)의 양측 모서리에는 상기 제1레일부(47a)와 슬라이딩가능하게 결합되는 한 쌍의 제2레일부(47b)를 더 형성하는 것도 가능하다.

상기 제1레일부(47a)는 홈 또는 돌기로 이루어지고 상기 제2레일부는(47b) 제1레일부(47a)에 대응하여 돌기 또는 홈으로 이루어진다.

상기 차압센서(50)는 상기 이송관로(10)의 오리피스(30) 앞쪽 부분 통로와 뒤쪽 부분 통로의 기체의 압력차를 측정한다.

상기 온도센서(60)는 상기 이송관로(10)의 한쪽 끝부분에서 기체의 온도를 측정한다.

상기 유량제어부(70)는 상기 차압센서(50)에서 측정된 기체의 압력차 및 온도센서(60)에서 측정된 온도를 통해 기체의 유량을 구하고 검출유량과 설정유량의 차이를 연산하여 유량차를 제어신호로서 상기 오리피스밸브장치(40)에 출력하게 된다.

상기 유량제어부(70)는 검출유량과 설정유량과의 차이에 따라 제어신호를 출력하고 이러한 제어신호에 따라 상기 스텝모터(41)의 회전축(42)의 회전방향 및 회전각이 제어되면서 상기 밸브(48)가 왕복운동하면서 오리피스구멍(32)의 개구면적을 변화시켜 유량을 제어하게 된다.

10 : 이송관로 12 : 유입덕트
20 : 진공펌프 30 : 오리피스
31 : 몸체 32 : 오리피스구멍
40 : 오리피스밸브장치 41 : 스텝모터
42 : 회전축 43 : 지지대
44 : 왕복이동장치 45 : 스크류축
46 : 이송너트 47 : 조립구멍
47a: 제1레일부 47b : 제2레일부
48 : 밸브 49 : 절개홈
50 : 차압센서 60 : 온도센서
70 : 유량제어부

Claims (6)

1. 대기중의 기체가 유입되어 이송되는 통로를 형성하는 이송관로와,
   상기 이송관로의 한쪽 끝부분으로 대기중의 기체가 유입되어 다른쪽 끝부분으로 이송되도록 설치되는 진공펌프와,
   상기 이송관로 중앙쪽 부분의 기체가 이송되는 통로에 설치되는 오리피스와,
   상기 오리피스의 개구면적을 변화시키도록 형성하여 설치되는 오리피스밸브장치와,
   상기 이송관로의 오리피스 앞쪽 부분 통로와 뒤쪽 부분 통로의 기체의 압력차를 측정하는 차압센서와,
   상기 이송관로의 한쪽 끝부분 통로에 설치되고 온도를 측정하는 온도센서와,
   상기 차압센서에 의해 측정된 기체의 압력차 및 온도센서에 의해 측정된 온도를 통해 기체의 유량을 구하고 검출유량과 설정유량의 차이를 연산하여 유량차를 제어신호로서 상기 오리피스밸브장치에 출력하는 유량제어부를 포함하고,
   상기 오리피스는 판형상으로 이루어지고 이송관로의 통로를 가로막고 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 형성되는 오리피스구멍을 포함하고,
   상기 오리피스밸브장치는 상기 유량제어부의 제어신호에 따라 정회전 또는 역회전하는 회전축을 구비하는 스텝모터와, 상기 이송관로의 외측에 고정 설치되고 상기 스텝모터가 장착되는 지지대와, 판형상으로 이루어지고 상기 오리피스의 몸체 한쪽면에 왕복운동가능하게 설치되며 상기 스텝모터의 정역회전시 왕복이동장치에 의해 왕복운동하면서 상기 오리피스구멍의 개구면적을 변화시키는 밸브를 포함하고,
   상기 왕복이동장치는 상기 스텝모터의 회전축에 연결 설치되는 스크류축과, 상기 밸브와 일체로 연결되고 상기 스크류축과 나사결합되며 스크류축이 회전함에 따라 스크류축의 길이방향을 따라 직선운동하는 이송너트를 포함하는 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스크류축은 상기 이송관로의 일측을 관통하고 한쪽 끝부분이 스텝모터의 회전축에 연결되며 다른쪽 끝부분이 이송관로의 내부에 위치하도록 설치하고,
   상기 이송너트는 상기 스크류축의 다른쪽 끝부분에 결합 설치하는 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송관로의 일측에는 상기 밸브의 한쪽 부분이 이송관로의 외부로 노출되는 상태로 슬라이딩가능하게 조립되는 조립구멍을 더 형성하고,
   상기 밸브의 한쪽 부분에는 상기 이송너트를 일체로 연결 설치하는 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 조립구멍의 양측 모서리에는 한 쌍의 제1레일부를 더 형성하고,
   상기 밸브의 양측 모서리에는 상기 제1레일부와 슬라이딩가능하게 결합되는 한 쌍의 제2레일부를 더 형성하는 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 오리피스의 오리피스구멍은 상기 밸브의 이동방향을 따라 길게 형성하여 설치되고 양쪽 끝부분이 반원형상인 트랙형상으로 이루어지고,
   상기 밸브에는 상기 오리피스구멍에 대응하는 폭으로 이동방향을 따라 길게 형성하여 설치되고 한쪽 끝부분이 개구되고 다른쪽 끝부분이 반원형상인 절개홈을 더 형성하는 대기 오염 측정용 차압식 유량 제어기.

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