KR101361470B1 - 초음파 유량계 및 열량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 유량계에 관한 것으로서, 특히 소구경, 저유속에 적합한 초음파 유량계에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초음파 유량계는, 중공형으로 형성되며, 유체가 흐르는 관로에 끼워져 설치되는 측정관과, 측정관의 일측에 설치되어 초음파를 발신 및 수신할 수 있는 제1초음파진동자와, 유체의 흐름 방향을 따라 제1초음파진동자와 이격되게 설치되어 제1초음파진동자와의 사이에서 초음파를 발신 및 수신하는 제2초음파진동자로 이루어지는 초음파 측정회선과, 제1초음파진동자 및 제2초음파진동자와 전기적으로 연결되어 제1초음파진동자 및 제2초음파진동자로부터 전송된 신호를 이용하여 관로를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 컨트롤러를 포함하며, 유체가 흐르게 되는 측정관 내부의 유로는 다각 형상으로 이루어지며, 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 각각 발신된 초음파는 측정관의 내벽면에서 반사된 후 각각 제2초음파진동자 및 제1초음파진동자로 수신되는 것에 특징이 있다.

Description

초음파 유량계 및 열량계{Ultrasonic flowmeter and calorimeter}

본 발명은 유로를 따라 흐르는 유체의 유속 및 유량을 측정하기 위한 유량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체를 통해 전달되는 초음파를 이용하여 유체의 유속 및 유량을 측정하는 초음파 유량계 및 유체의 온도와 유량을 이용하여 유체의 열량과 에너지를 산출하는 열량계에 관한 것이다.

상수도관, 하수도관, 온수공급관을 비롯하여 가스공급관 및 송유관 등 유체가 흐르는 관로에는 초음파를 수발신하여 유속 및 유량을 측정하는 초음파 유량계가 널리 사용되고 있다. 종래의 초음파 유량계가 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래의 초음파 유량계와 유속측정원리를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 초음파 유량계(9)는 내측을 통해 유체가 흐를 수 있도록 중공형으로 이루어진 측정관(1)을 구비한다. 이 측정관(1)의 양단에는 상하수도관(p) 등 관로와의 연결을 위한 플랜지부(1a,1b)가 형성되어 있다. 또한, 측정관에는 새들(5,6)이 마련된다. 이 새들(5,6)은 측정관(1)의 축방향에 대하여 경사지게 배치된다. 각 새들(5,6)에는 초음파 진동자(3,4)가 삽입되어 설치되며, 두 개의 초음파 진동자(3,4)는 상호 마주하게 된다. 초음파 진동자(3,4)는 미도시된 컨트롤러(미도시)와 전기적으로 연결되어 컨트롤러에 의하여 제어된다.

위와 같은 구성으로 이루어진 초음파 유량계(9)에서 유량을 측정하는 원리를 간단히 설명하면 다음의 공식으로 나타낼 수 있다.

Q=A×V

이때, Q : 유체의 유량

A : 측정유로의 단면적

V : 유체의 평균속도

즉, 측정유로에서 유체의 단면적과 유체의 유속을 아는 경우 그 유량을 계산할 수 있는 것이다. 유체가 측정유로를 모두 채우고 있다는 전제하에 유체의 단면적은 그 측정유로의 단면적과 동일하다.

한편, 초음파 유량계에서 유체의 유속측정은 일반적으로 전파시간차 방법에 의하여 얻어진다. 즉, 유체의 진행방향(측정관의 축방향)에 대하여 일정 각도(θ)로 한 쌍의 초음파 진동자(4,5)를 각기 측정유로의 A지점과, 유체의 유동방향상 상기 A지점의 하류측에 위치하는 B지점에 서로 대면하도록 설치한다. 유체가 움직이지 않는 조건에서 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 유체를 통해 전파되는 음속을 C라하고, 유체의 평균속도를 V라고 하며, 초음파 진동자들 사이의 거리를 L이라 하면, A지점에서 발사된 초음파가 B지점까지 도달하는 시간t_AB 와 B지점에서 발사된 초음파가 A지점까지 도달하는 시간t_BA 는 각기 다음과 같다.

,

초음파가 유체의 진행방향에 대해 순방향(A지점에서 B지점)으로 발사되는 경우의 전파시간은 초음파가 유체의 진행방향에 대해 역방향(B지점에서 A지점)으로 발사된 경우의 전파시간에 비해서 짧으므로 시간의 차이가 발생한다.

위 시간차를 이용하여 유체의 속도를 다음의 식과 같이 구할 수 있으며, 유체의 속도에 측정유로의 단면적을 곱해 유량을 산출할 수 있다.

상기한 바와 같이 초음파의 전파시간차를 이용한 초음파 유량계에서는 상류에서 하류쪽으로 초음파가 전파된 시간과 역방향으로 초음파가 전파된 시간의 차이가 클수록 측정의 정확성이 향상된다. 전파시간차가 많이 발생하기 위해서는 유체의 속도가 빠르거나 초음파의 진행 경로가 길어야 한다.

즉, 초음파 전파시간의 시간차의 측정능력에 한계가 있는데, 유속이 느릴수록 그리고 초음파의 경로가 짧을수록(초음파진동자 사이의 간격이 짧은수록) 유체 흐름에서 순방향과 역방향에서 발생하는 초음파 전파시간의 차이가 작게 나타나기 때문이다.

따라서, 소구경의 측정관에서 유체의 속도가 느린 경우 초음파 유량계는 대구경의 측정관에서 유체의 속도가 빠른 경우에 비하여 같은 측정 회로를 사용하는 경우 유량 측정의 정확성이 상대적으로 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법이 시도되었다.

종래의 저속의 유체가 흐르는 원형의 소구경 측정관에서는 초음파진동자 사이의 간격을 길게 하기 위하여 초음파진동자를 유체의 유속방향에 대하여 약간만 경사지도록 설치하였으나, 이 경우 유체에서 사선 성분(사선방향으로 흐르는 유체의 유속, cosine effect)의 영향을 많이 받아 유량측정의 정확성이 떨어진다.

또한, 초음파진동자의 경사진 정도가 커지는 경우 초음파진동자가 관로에 설치될 때 관로와 초음파진동자와의 사이에 함몰되는 공간(r)도 커지게 되므로 이 공간(r)에서의 압력변화로 인하여 초음파 신호가 왜곡되어 유량 측정의 정확성이 저하된다. 뿐만 아니라 이 함몰된 공간(r)이 커지면 이 영역에서 유체에 와류가 발생하여 유량측정의 정확성이 저하된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 다른 방법으로 초음파를 반사시키는 반사법을 사용하여 저유속, 소구경 측정관에서의 문제를 해결하기 위한 시도가 있었다. 그러나 원형의 측정관에서는 서로 대응하는 두 개의 초음파진동자 사이에 상호 대칭적인 초음파 반사경로를 형성하기 용이하지 않아, 반사를 위한 별도의 구조물이 설치되는 등 설치상의 어려움이 있었다. 또한 원형 관로에서는 중심선에서 유일하게 반사면을 형성할 수 있지만, 구경에 따라 반사 신호의 왜곡이 발생하는 문제점도 있었다.

그리고 상기한 여러 가지 시도들에도 불구하고 소구경의 측정관에서 저속으로 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정하기에는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저속으로 흐르는 소구경의 관로에서도 유체의 유속, 유량 및 열량을 정확하게 측정할 수 있도록 구조가 개선된 초음파 유량계 및 열량계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 초음파 유량계는, 중공형으로 형성되며, 유체가 흐르는 관로에 끼워져 설치되는 측정관과, 상기 측정관의 일측에 설치되어 초음파를 발신 및 수신할 수 있는 제1초음파진동자와, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 제1초음파진동자와 이격되게 설치되어 상기 제1초음파진동자와의 사이에서 초음파를 발신 및 수신하는 제2초음파진동자로 이루어지는 초음파 측정회선과, 상기 제1초음파진동자 및 제2초음파진동자와 전기적으로 연결되어 상기 제1초음파진동자 및 제2초음파진동자로부터 전송된 신호를 이용하여 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 유체가 흐르는 상기 측정관 내부의 유로는 다각 형상으로 이루어지며, 상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 각각 발신된 초음파는 상기 측정관의 내벽면에서 반사된 후 각각 상기 제2초음파진동자 및 제1초음파진동자로 수신되는 것에 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 관로로부터 측정관으로 유입된 유체의 유속이 증가하도록 상기 측정관 내부의 유로의 단면적은 상기 관로 내부의 유로의 단면적에 비하여 작은 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1초음파진동자와 제2초음파 진동자는 다각 형상의 상기 측정관의 일면에 배치되고, 상기 측정관은 상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자가 설치되는 장착면과, 상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 발사된 초음파가 반사되도록 상기 장착면과 평행하게 배치되어 상기 장착면과 대면하는 반사면을 구비한다.

상기 측정관 내부의 유로의 단면은 사각형, 특히 직사각형인 것이 바람직하며, 상기 초음파진동자들이 설치되는 장착면과 초음파가 반사되는 반사면은 상기 직사각형에서 단변을 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 측정관 내부의 유로의 단면 형상은 육각형, 팔각형과 같이 짝수 개의 면이 마련되며, 대칭 구조로 형성된다.

또한, 상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 각각 발사된 초음파는 상기 측정관 내벽면에 1회 반사된 후 각각 상기 제2초음파진동자와 제1초음파진동자로 수신된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 초음파 측정회선은 복수 개 마련되어 상기 유로의 복수의 영역에서 상기 유체의 유속을 측정하여 상기 유체의 유량을 산출하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 열량계는, 상기한 구성의 초음파 유량계를 구비하며, 초음파 유량계의 콘트롤러에는 유체의 온도 정보를 이용하여 유체의 열량을 산출할 수 있는 연산부가 더 포함되는 것에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열량계에서는 초음파 유량계에 온도 센서를 설치하여 유체의 온도 정보를 상기 연산부에 제공할 수 있다.

본 발명에서는 관로를 지나는 유체가 저유속인 경우에도 일시적으로 유체의 유속을 증가시켜 초음파를 이용한 유량 및 열량 측정의 정확성이 향상된다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 초음파가 반사되어 전파 경로를 길게함으로써 소구경의 관로에서도 유량 및 열량 측정의 정확성이 향상된다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 초음파가 유체의 여러 단면을 통해 전파되게 함으로써 회전 성분이 있는 경우에도 유속 및 열량 측정의 정확성이 향상된다는 이점이 있다.

또한, 경로의 길이를 길게 하므로 입사각을 작게 하여 코싸인 성분을 줄여 전체적으로는 측정단면을 줄이는 효과를 얻어서 결국 유속, 유량 및 열량계 몸체의 길이를 줄이는 효과를 갖는다.

또한, 상대편 관로와 연결하는 유입과 유출부는 자연스럽게 각형에서 원형으로 확장되고 이때 유입되는 유체는 정류되어 유속분포가 보다 더 균일해지는 특성을 갖고 이를 통해 측정의 선형성이 향상되는 부대효과를 갖는다.

또한, 상기의 축소효과는 관로 내부에 이물질의 침전과 스케일의 성장을 억제하고 청소효과를 증대하는 기능을 한다.

도 1은 초음파 유량계에서 유량 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 개략적 사시도이다.
도 3은 도 2의 a-a선 개략적 단면도이다.
도 4는 도 2의 b-b선 개략적 단면도이다.
도 5는 도 2의 c-c선 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 채용되는 측정관의 개략적 종단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 채용되는 측정관의 개략적 종단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 개략적 사시도이며, 도 3은 도 2의 a-a선 개략적 단면도이고, 도 4는 도 2의 b-b선 개략적 단면도이며, 도 5는 도 2의 c-c선 개략적 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 유량계(100)는 유체가 흐르는 관로에 설치되어, 관로 내의 유체의 유속 및 유량을 측정하기 위한 것으로서, 측정관(10), 적어도 하나의 초음파 측정회선 및 컨트롤러(미도시)를 포함한다.

관로는 상수관, 가스관, 온수공급관, 송유관 등 매우 다양한데, 본 실시예에서 관로는 상수관(p)으로 예를 들어 설명하기로 한다.

측정관(10)은 상수관(p)에 설치된다. 측정관(10)은 중공형으로 형성되어 내부에 유체가 흐를 수 있는 유로(w)가 형성된다. 이 유로(w)는 상수관(p) 내부의 유로와 연결되어 유체는 상수관(p)으로부터 측정관(10)을 통과하게 된다.

본 실시예에서 측정관(10)은 측정부(13), 연결부(14) 및 플랜지부(15)로 이루어진다. 플랜지부(15)는 상수관(p)의 단부에 마련된 플랜지(f)와 결합되는 부분으로서, 상수관(p)의 플랜지(f)에 대응되도록 원형으로 형성되며 둘레방향을 따라 복수의 관통공(15a)이 형성된다. 볼트(b)와 너트(n)에 의하여 상수관(p)의 플랜지(f)와 측정관(10)의 플랜지부(15)가 상호 견고하게 결합된다. 플랜지부(15) 내측에 유체가 흐르는 영역은 그 형상 및 면적이 상수관(p) 내부의 유로와 완전히 일치하게 이루어진다. 물론 실시예에 따라서는 플랜지부가 없이 상수관 등과 직접 연결될 수도 있다.

측정부(13)는 후술할 제1초음파진동자(21) 및 제2초음파진동자(22)가 설치되어 유체의 유속을 측정하는 영역으로, 본 발명에서 이 측정부(13)는 종단면 형상이이 다각형으로 이루어진다. 보다 자세하게는, 측정부(13)의 내측면의 종단면, 즉 유체가 흐르는 영역(유로의 단면)이 다각형이며, 특히 측정부(13)는 서로 평행하게 대면하는 장착면(11)과 반사면(12)을 구비한다. 측정부(13)가 짝수 개의 면으로 이루어져 모든 면이 각각 쌍을 이루어 평행하게 대면하게 이루어질 수도 있지만, 적어도 2개의 면이 서로 평행하게 대면하고 있어도 된다. 본 실시예에서 유로의 단면이 정사각형으로 이루어진다.

본 실시예에서 정사각형의 일면이 후술할 제1초음파진동자(21) 및 제2초음파진동자(22)가 설치되는 장착면(11)을 형성하며, 장착면(11)과 평행하게 마주하는 면이 반사면(12)을 형성한다. 반사면(12)은 제1초음파진동자(21)로부터 발사된 초음파를 제2초음파진동자(22)쪽으로 반사시키며, 역으로 제2초음파진동자(22)로부터 발사된 초음파는 제1초음파진동자(21)쪽으로 반사시킨다. 반사면은 평평하게 형성되므로 반사되는 초음파 신호의 형상을 안정되게 형성할 수 있다.

그리고 다각 형상의 유로(w)의 단면의 넓이는 상수관(p) 내부의 유로의 단면적에 비하여 좁게 형성된다. 이에 따라, 유체가 상수관(p)으로부터 측정관(10)의 측정부(13)로 유입되면 유로의 단면적이 작아지면서 속도가 증가하는 현상이 발생한다.

즉, 상수관(p)을 지나는 유체의 유속이 느린 경우 초음파를 이용한 유체의 유속 측정에 어려움이 있으므로, 측정부(13)의 단면적을 좁게 하여 일시적으로 유체의 속도를 증가시킴으로써 유량 측정의 정확성을 향상시킨 것이다.

그리고 연결부(14)는 플랜지부(15)와 측정부(13)를 연결하는 부분으로서, 면적이 점차 좁아지도록 형성된다. 즉, 앞에서 설명한 바와 같이, 플랜지부(15)의 내측 유로에 비하여 측정부(13)의 유로(w)는 좁게 형성되므로, 연결부(14)는 넓이가 점차 감소되어야 한다. 무엇보다도, 유로의 넓이가 서서히 감소하는 것이 아니라 계단식으로 급격하게 감소하게 되면 유체의 흐름에 영향을 미치므로 연결부(14)는 단면적이 서서히 감소되는 것이 바람직하다.

한편, 측정관(10)의 측정부(13), 보다 상세하게는 장착면(11)에는 복수의 새들(16,17)이 부착된다. 새들(16,17)은 후술할 제1초음파진동자(21)와 제2초음파진동자(22)가 끼워져 고정되는 부분으로서 측정관(10)의 축방향에 대하여 경사지게 배치된다. 새들(16,17)은 중공형으로 형성되며, 새들(16,17)이 부착된 지점의 측정관(10)은 천공되므로 새들(16,17)의 내측은 측정관(10)의 내측과 연통된다. 후술하겠지만, 본 실시예에 따른 초음파 유량계(100)는 3회선 유량계(1회선 이상)이므로 제1초음파 진동자(21)와 제2초음파진동자(22)가 쌍을 이루어 구성되는 초음파 측정회선이 3회선 마련되며, 이에 따라 새들(16,17)도 세 쌍 부착된다.

각 새들(16,17)에는 제1초음파진동자(21)와 제2초음파진동자(22)가 끼워져 설치된다. 제1초음파진동자(21) 및 제2초음파진동자(22)는 각각 쌍을 이루며, 초음파 진동자쌍은 서로 대응하여 초음파를 발신 및 수신한다. 즉, 유체의 진행방향에 있어서 상류측에 배치된 제1초음파진동자(21)로부터 발사된 초음파는 유체를 통해 하류측에 배치된 제2초음파진동자(22)에 수신되며, 역으로 하류측에 배치된 제2초음파진동자(22)로부터 발사된 초음파는 유체를 통해 전파되어 상류측에 배치된 제1초음파진동자(21)로 수신된다.

본 발명에서는 초음파가 유체를 통해 전파되는 경로를 길게 하여 유체의 속도를 보다 정확하게 반영할 수 있도록 기존의 초음파 유량계와 달리 초음파가 반사되는 구성을 채택하였다. 소구경의 유량계에서 유체의 유속이 빠른 경우라면 초음파의 전달 경로가 길지 않은 경우에도 유속이 어느 정도 정확하게 측정될 수 있지만, 소구경 유량계에서 유속이 느린 경우 초음파의 전달 경로마저 짧으면 초음파의 시간차가 너무 작아서 유속 측정의 정확성이 보장되지 않으므로 본 발명에서는 초음파가 반사되도록 하였으며, 이를 위하여 측정부(13)에서 장착면(11)과 반사면(12)이 서로 대면하여 평행하게 배치되도록 하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 측정부(13)의 단면적을 감소시켜 유체의 유속을 증가시키면서, 초음파가 유체에서 전파되는 경로를 길게 하여 초음파를 이용한 유량 측정의 정확성을 보장하였다. 이러한 구성은 특히 저유속, 소구경의 관로에서도 초음파 전파시간차를 이용한 유량 측정의 정확성을 향상시키는 효과를 발휘한다.

컨트롤러(미도시)는 각각의 제1초음파진동자(21) 및 제2초음파진동자(22)와 전기적으로 연결되어 이들의 작동을 제어한다. 즉, 컨트롤러는 초음파 발사신호를 전송하여 상류측 또는 하류측에 있는 초음파진동자로부터 초음파가 발사되게 한다. 이렇게 발사된 초음파가 유체를 통해 반대측에 있는 초음파 진동자에 수신되면, 수신신호는 다시 컨트롤러에 전송되고, 컨트롤러는 초음파 발사신호를 전송한 시점부터 초음파 수신신호가 도달한 시점까지의 시간을 측정한다. 또한, 역으로 초음파를 수신했던 초음파 진동자가 초음파를 발사하게 하고 초음파를 발사했던 초음파 진동자가 초음파를 수신하게 하여 시간을 측정한다. 위 두 개의 과정에서 측정된 초음파 전파시간은 위 종래기술에서 설명한 바와 같이 상호 차이가 발생하며, 이 시간 차이를 이용하여 유체의 유속을 연산한다.

다만, 유체의 유속은 측정관(10)의 전 영역에서 일정한 것은 아니며 측정관(10)의 중심부에서는 빠르고 주변부에서는 측정관(10) 내벽면과의 마찰로 인하여 느리다. 따라서, 상기한 바와 같이, 관의 직경방향을 따라 복수 쌍의 초음파 진동자를 설치하여, 각 쌍의 초음파 진동자들 사이의 영역을 지나는 유체의 속도를 개별적으로 구한다. 각각 구해진 속도는 예컨대 가중계수들을 곱하여 평균유속으로 환산될 수도 있으며, 가중계수를 이용하지 않고 유속함수를 설정하여 유속을 구할 수도 있다. 이렇게 유속을 구한 후 측정관(10)의 측정부(13)의 단면적을 곱해 유량을 산출하게 된다.

한편, 지금까지 측정관이 정사각 형상으로 이루어진 것으로 설명 및 도시하였으나, 후술할 실시예에서와 같이 다양한 형상의 다각형 구조로 이루어질 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 채용되는 측정관의 개략적 종단면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 채용되는 측정관의 개략적 종단면도이다.

도 6에 도시된 실시예에에 따른 초음파 유량계(110)에서는 측정관(50)이 직사각 형상으로 이루어진다. 직사각 형상에서 양측에 마련되는 단변이 각각 장착면(11)과 반사면(12)을 형성한다. 도 6에 도시된 직사각 형태의 측정관에서는 정사각 형태의 측정관에 비하여 초음파진동자로부터 발사된 초음파가 유체를 지나는 영역이 길어지므로(초음파에 의하여 유속이 측정되는 유체의 영역이 많아지므로) 유체의 유속을 보다 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

도 7에 도시된 실시예에 따른 초음파 유량계(120)에서는 정육각형 형상의 측정관(60)이 마련되며, 2개의 면에 각각 2쌍의 초음파 진동자가 설치된다. 이러한 경우 유체의 다양한 단면을 통해 유속을 측정하므로 유속에서 회전성분 등이 있는 경우에도 유속 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 8에 도시된 실시예에 따른 초음파 유량계(130)에서는 정팔각형 형상의 측정관(70)이 마련되며, 3개의 면에 각각 한 쌍의 초음파진동자가 설치된다. 도 7에 도시된 경우와 마찬가지로 유체의 다양한 단면에서 유속을 측정하므로, 유속에서 회전성분이 있는 경우에도 유속 측정의 정확성이 향상될 수 있다. 또한, 원형의 상수관(p)과 단면 형상이 유사해지므로, 단면적이 감소함에도 불구하고 유체의 흐름에 최소한의 영향을 미친다는 이점이 있다.

도 6 내지 도 8에 도시된 실시예에서 도 1 내지 도 5를 참조한 실시예에서와 참조번호가 동일하게 부여된 구성요소는 도 1 내지 도 5를 참조한 실시예에서와 그 구성 및 작용효과가 동일한 것이므로 설명은 앞의 설명에서 대체하기로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 측정관에서 장착면과 반사면을 제외한 면(사각형에서는 서로 대향하는 나머지 2개의 면)의 내측면에 요철부(미도시)를 형성할 수 있다. 즉, 구경이 작은 측정관에서 초음파 진동자를 복수 개 설치하는 경우, 장착면과 반사면 이외의 나머지 면에 근접하게 배치되는 초음파에서 발사된 신호는 상기한 나머지 2개의 면에 의하여 영향을 받을 수 있으므로 이 부분에 요철부를 형성하여 초음파 신호가 안정적으로 전달될 수 있도록 하였다. 요철부는 측정부의 길이방향 또는 폭방향을 따라 길게 형성된 홈부(측정부의 내면을 향해 홈을 형성)가 상호 나란하게 배치되어 형성될 수도 있으며, 측정부의 내면에 점 형상으로 오목하게 복수의 홈을 형성(예컨대, 매트릭스 형으로)할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 측정부(13)의 단면적을 감소시켜 유체의 유속을 증가시키면서, 초음파가 유체에서 전파되는 경로를 길게 하여 초음파를 이용한 유량 측정의 정확성을 보장하였다. 이러한 구성은 특히 저유속, 소구경의 관로에서도 초음파 전파시간차를 이용한 유량 측정의 정확성을 향상시키는 효과를 발휘한다.

한편, 본 발명에 따른 열량계는 상기한 구성의 초음파 유량계에 의하여 유체의 유속 및 유량을 산출하며, 콘트롤러에서는 유체의 열량을 계산할 수 있는 연산부를 더 구비한다. 즉, 열병합발전소 등에서 열교환기를 통과하기 전의 유체의 온도와 열교환기를 통과한 후의 유체의 온도와의 차이를 구하여 유체의 전체 열량을 계산하는데, 연산부에서는 열교환기 양단의 온도차이에 대한 정보를 입력받아 유체의 열량을 산출한다. 열교환기 전단은 별도의 온도센서에 의하여 측정될 수 있고 이 온도 정보는 연산부에 유무선 통신을 통해 공급되며, 열교환기 후단의 온도는 상기한 구성의 초음파 유량계에 온도센서(미도시)를 장착하여 측정되어 연산부로 공급될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100,110,120,130 ... 초음파 유량계(열량계)
10 ... 측정관 11 ... 장착면
12 ... 반사면 13 ... 측정부
14 ... 연결부 15 ... 플랜지부
21 ... 제1초음파진동자 22 ... 제2초음파진동자
w ... 유로

Claims (13)

1. 중공형으로 형성되며, 유체가 흐르는 관로에 끼워져 설치되는 측정관과,
   상기 측정관의 일측에 설치되어 초음파를 발신 및 수신할 수 있는 제1초음파진동자와, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 제1초음파진동자와 이격되게 설치되어 상기 제1초음파진동자와의 사이에서 초음파를 발신 및 수신하는 제2초음파진동자로 이루어지는 초음파 측정회선과,
   상기 제1초음파진동자 및 제2초음파진동자와 전기적으로 연결되어 상기 제1초음파진동자 및 제2초음파진동자로부터 전송된 신호를 이용하여 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 컨트롤러를 포함하며,
   상기 유체가 흐르게 되는 상기 측정관 내부의 유로는 다각 형상으로 이루어지며,
   상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 각각 발신된 초음파는 상기 측정관의 내벽면에서 반사된 후 각각 상기 제2초음파진동자 및 제1초음파진동자로 수신되고,
   상기 측정관은 상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자가 설치되는 장착면과, 상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 발사된 초음파가 반사되도록 상기 장착면과 평행하게 배치되어 상기 장착면과 대면하는 반사면을 구비하며,
   상기 장착면과 반사면 이외의 나머지 면에는 올록복록하게 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정관 내부의 유로의 단면적은 상기 관로 내부의 유로의 단면적에 비하여 작은 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 측정관 내부의 유로의 단면은 사각 형상인 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
5. 제4항에 있어서,
   상기 측정관 내부의 유로의 단면은 직사각형이며,
   상기 장착면과 반사면은 상기 직사각 형상 유로의 단변을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
6. 제1항에 있어서,
   상기 측정관 내부의 유로 단면의 다각 형상은 짝수 개의 면이 마련되며, 대칭 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1초음파진동자와 제2초음파진동자로부터 각각 발사된 초음파는 상기 측정관 반사면에 1회 반사된 후 각각 상기 제2초음파진동자와 제1초음파진동자로 수신되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
8. 제1항에 있어서,
   상기 측정관은,
   상기 초음파 측정회선이 설치되며, 다각 형상으로 이루어지며, 내부의 단면적이 상기 관로 내부의 단면적보다 작은 측정부와,
   상기 측정부의 양측에 배치되어 상기 관로에 결합되는 한 쌍의 플랜지부와,
   상기 플랜지부와 상기 측정부 사이를 연결하며, 내부의 단면적이 점차 좁아지도록 경사지게 배치되는 연결부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 요철부는, 측정관의 내면에 일방향으로 길게 형성된 복수의 홈부가 나란하게 배치되어 형성되거나, 또는 측정관의 내면에 점 형상으로 오목하게 형성된 복수의 홈부로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
11. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 측정회선은 복수 개 마련되어 상기 측정관 내부 유로의 복수의 영역에서 상기 유체의 유속을 측정하여 상기 유체의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
12. 유체의 유속 및 유량을 측정하기 위한 초음파 유량계와,
    상기 초음파 유량계에서 산출된 유량 및 상기 초음파 유량계를 지나는 유체의 온도에 대한 정보를 공급받아 유체의 열량을 계산하는 연산부를 포함하는 열량계에 있어서,
    상기 초음파 유량계는 상기 청구항 1 내지 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 8 및 청구항 10 내지 청구항 11 중 어느 하나에 기재된 구성으로 이루어진 초음파 유량계이며,
    상기 연산부는 상기 초음파 유량계에 포함된 콘트롤러에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열량계.
13. 제12항에 있어서,
    상기 초음파 유량계에 설치되어 유체의 온도를 측정하는 온도센서를 더 구비하며,
    상기 온도센서는 상기 콘트롤러에 마련된 상기 연산부에 유체의 온도 정보를 공급하는 것을 특징으로 하는 열량계.
    
    

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