KR101379934B1

KR101379934B1 - 배관 내 스케일 측정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101379934B1
Application number: KR1020130131644A
Authority: KR
Inventors: 윤동원; 박희창; 함상용
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-04-10

Abstract

내부 표면의 상태에 관계없이 배관 내부의 스케일 두께를 안전하고 정확하며 신뢰성 있게 측정할 수 배관 내 스케일 측정 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 내 스케일 측정 장치는 유체의 속도를 검출하는 유속계, 배관에 설치되어 유체의 유량을 검출하는 유량계, 상기 유속계 및 상기 유량계로부터 검출된 신호를 수신하는 신호 수신부, 상기 신호 수신부에 전기적으로 연결되어, 수신부에 입력된 유체의 속도와 유량으로부터 배관 내 스케일의 두께를 산출하는 신호 처리부, 상기 신호 처리부에 전기적으로 연결되어, 신호 처리부에서 산출된 스케일의 두께를 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

배관 내 스케일 측정 장치 및 그 방법{Apparatus and method for measuring the thickness of the scale in a pipe}

본 발명은 배관 내 스케일 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 배관 내 유체의 유량과 유속을 측정함으로써, 배관 내에 부착된 스케일의 두께를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주거용 건물이나 고층빌딩, 병원, 공공기관 등 수많은 건물 내부에는 상하수도 및 냉난방용 배관이 건축 시에 건물 속에 함께 설치되어 있다. 건물 이외의 공장, 발전소 등 산업분야에도 열교환기, 공업용수, 냉난방용으로도 수많은 배관들이 사용되고 있는 실정이다.

이러한 배관은 15년 정도의 시간이 흐르면 내부가 부식되거나, 스케일이라고 하는 침전물들이 배관의 내부에 부착되어, 물의 유동을 방해함으로써 물수송을 위한 펌프의 에너지 부하를 증가시키고, 냉난방 파이프의 경우 냉난방 효율을 떨어뜨리기도 한다. 따라서, 배관 내의 스케일 상태를 모니터링하여 스케일이 고착된 경우, 스케일을 제거함으로써 냉각수 등 관로 유체의 원활한 유동을 확보할 필요가 있다.

이렇게 스케일을 탐지하기 위한 기술로 대한민국 공개특허공보 10-2010-0129637에서는 배관 내부로 초음파를 입사시켜, 배관 내부의 매질상태에 따라 시간차를 두고 반사되어 나오는 복수의 신호를 감지하고, 감지된 복수의 신호가 수신되는 시간차를 이용하여 배관 내부에 형성된 스케일의 두께를 측정하는 기술이 제공된다.

그러나 초음파를 이용한 두께 측정방법은 표면이 거칠고 불순물이 있는 경우 정확한 탐상이 불가능하며 일부 노출된 부분에서만 탐상이 가능한 문제점이 있다.

또한, 비파괴 탐상법 중 가장 널리 사용되는 방사선 투과시험 방법은 구조물의 내부상태를 볼 수 있는 장점이 있지만, 급수관의 경우, 방사선 투과시험 방법으로 탐상하기에는 방사능 유출의 위험 및 고 비용의 문제점이 있었다.

대한민국공개특허공보 10-2010-0129637(2010년12월09일 공개)

본 발명은 상기 기술한 문제점을 보완하여 위하여 안출된 것으로서, 내부 표면의 상태에 관계없이 배관 내부의 스케일 두께를 안전하고 정확하게 측정할 수 있는 배관 내 스케일 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 관을 훼손시키지 않으면서 배관 내의 스케일 두께를 측정하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관 내 스케일 측정 장치는, 유체의 속도를 검출하는 유속계와 배관에 설치되어 유체의 유량을 검출하는 유량계, 유속계 및 유량계로부터 검출된 신호를 수신하는 신호 수신부, 신호 수신부에 전기적으로 연결되어, 수신부에 입력된 유체의 속도와 유량으로부터 배관 내 스케일의 두께를 산출하는 신호 처리부, 신호 처리부에 전기적으로 연결되어, 신호 처리부에서 산출된 스케일의 두께를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 유량계는 실측식 용적 유량계이며, 상기 유속계는 초음파 유속계이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배관 내 스케일 측정 방법에서는 먼저 배관 내 유체의 속도를 검출하고 배관 내 유체의 유량을 검출한다.

그리고, 검출된 유체의 속도와 유량으로부터 배관 내 스케일의 두께를 산출한 후 산출된 배관 내 스케일의 두께를 표시한다.

본 발명에 따르면, 내부 표면의 상태에 관계없이 배관 내부의 스케일 두께를 안전하고 정확하며, 신뢰성 있게 측정할 수 있다.

또한, 배관을 훼손하지 않고도 배관 내의 스케일 두께를 간편하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 내 스케일 측정 장치의 구성도.
도 2은 도 1의 배관 내 스케일 측정 장치의 블록도.
도 3는 본 발명에 따른 스케일 측정 방법의 흐름도.
도 4은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유속계의 동작원리를 나타낸 그림.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관(200) 내 스케일(210) 측정 장치의 구성도를 도시한 것이며 도 2은 도 1의 배관(200) 내 스케일(210) 측정 장치의 블록도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배관(200) 내 스케일(210) 측정 장치는 유속계(10), 유량계(20), 신호 수신부(30), 신호 처리부(40), 표시부(50)를 포함한다.

유속계(10)는 배관(200) 내 유체의 속도를 검출하며, 유속계(10)는 배관 내에 설치되어 유속을 측정하는 피토관일 수도 있고, 배관 외부에서 배관 내의 유속을 측정하는 초음파 유속계일 수도 있다.

설치가 용이하고 원하는 부위의 유속을 자유롭게 측정할 수 있다는 측면에서 초음파 유속계가 바람직하다.

도 4에는 배관 외부에서 배관 내의 유속을 측정하는 초음파 도플러 유속계가 도시되어 있으며, 초음파 도플러 유속계는 초음파에 의한 도플러 효과를 사용하여 유속을 측정하는 센서이다.

음원(11)에서 송신한 초음파의 유체로 인한 반사파를 관측점(12)에서 검출하면, 수학식 1로부터 유속 V를 구할 수 있다.

F _d 는 도플러 주파수, V는 유속, θ는 음원과 유체의 방향이 이루는 각, f _t 는 관측점에서의 주파수, C는 정지매체 속의 음속이다.

이 센서의 특징은 이동물체에 직접 접촉함이 없이 측정할 수 있고, 날카로운 지향성을 갖게 할 수 있으며, 측정 대상이 커도 측정할 수 있으며, 속도의 변화에 대한 감도가 좋으며, 초음파는 액체나 고체의 매체에 대하여 뛰어난 투과성을 갖는다.

유량계(20)는 배관(200)에 설치되어 유체의 유량을 검출하는 것으로서, 측정원리에 따라 크게 용적유량계와 질량유량계로 나뉘며, 용적 유량계는 다시 용적을 실측하는 실측식 용적 유량계와 유속을 측정한 후 이로부터 유량을 산출해내는 유속식 유량계, 압력 등을 측정하여 유량을 추출해내는 추측식 유량계로 나뉜다.

본 발명과 같이 유속과 유량으로부터 배관(200) 내 스케일(210)의 두께를 산출하기 위해서는 유량은 유속으로부터 산출되는 값이 아니어야 하므로, 용적을 실측하는 실측식 용적 유량계가 바람직하다.

실측식 용적 유량계로는 오벌 기어식, 로터리 피스톤식, 왕복 피스톤식 등이 있는데 이 중 어느 하나가 적용될 수 있다.

신호 수신부(30)는 유속계(10) 및 유량계(20)로부터 검출된 신호를 수신하는 것으로서, 마이크로컨트롤러나 컴퓨터 등에 있어서, 유속계 및 유량계 등과 유무선으로 통신하기 위한 유무선 랜카드나 통신포트, 유속계 및 유량계로부터 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 AD컨버터(Analog??digital converter, 아날로그디지탈 변환기) 등으로 이루어질 수 있다.

신호 처리부(40)는 신호 수신부(30)와 전기적으로 연결되며, 신호 수신부(30)에 입력된 배관(200) 내 유체의 속도와 유량으로부터 스케일의 두께를 산출한다.

또한, 신호 처리부(40)는 배관(200) 내 유체의 속도와 유량 그리고 산출된 스케일(210)의 두께값을 저장하는 기능을 수행할 수도 있다.

그러므로, 신호 처리부(40)는 마이크로프로세서를 포함한 마이크로컨트롤러나 컴퓨터 등이 될 수 있다.

배관(200) 내 스케일(210)의 두께는 수학식 2 내지 4에 의해 산출될 수 있다. 여기서 Q는 배관 내 유체의 유량, V는 유속, D는 배관의 내경, d는 스케일에 의해 변화된 배관의 내경, t _s 는 스케일의 두께이다.

표시부(50)는 신호 처리부(40)와 전기적으로 연결되어 신호 처리부(40)에서 산출된 스케일(210)의 두께를 표시하며, 마이크로컨트롤러나 컴퓨터의 외부 출력 장치인 모니터나 프린터 등이 될 수 있다.

이와 같이 유속계(10), 유량계(20), 신호 수신부(30), 신호 처리부(40), 표시부(50)로 구성된 배관 내 스케일(210) 측정 장치를 이용하여 배관 내의 스케일(210)의 두께를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 배관 내 스케일(210) 측정 장치는 내부 표면의 상태에 관계없이 배관(200) 내부의 스케일 두께를 안전하고 정확하며, 신뢰성 있게 측정할 수 있을 뿐아니라, 배관(200)을 훼손하지 않고도 배관(200) 내의 스케일(210) 두께를 간편하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 내 스케일 측정 방법의 흐름도이며, 이를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 내 스케일 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 배관 내 유체의 속도를 검출한다(S10).

배관 내 속도를 측정하는 부위는 배관 내 스케일의 두께를 측정하고자 하는 부위와 동일하여야 하며, 배관 내 유체의 속도는 유속계를 통하여 검출된다.

이러한, 유속계는 배관 내에 설치되어 유속을 측정하는 피토관일 수도 있고, 배관 외부에서 배관 내의 유속을 측정하는 초음파 유속계일 수도 있으나, 설치가 용이하고 원하는 부위의 유속을 자유롭게 측정할 수 있다는 측면에서 초음파 유속계가 바람직하다.

다음, 배관 내 유체의 유량을 유량계로 검출한다(S20).

배관 내 유체의 유량은 질량보존의 법칙에 의해 어느 지점에서나 동일하므로, 배관 내 유체의 유량 측정 부위는 유속 측정 부위와 동일할 필요가 없으며 어느 지점이라도 관계가 없다.

다음, 검출된 유체의 속도와 유량으로부터 배관 내 스케일의 두께를 산출한다(S30). 이때, 배관 내 스케일의 두께는 수학식 2 내지 4에 의해 계산될 수 있다.

다음, 산출된 배관 내 스케일의 두께를 표시한다(S40). 산출된 배관 내 스케일의 두께를 표시하기 위해 마이크로컨트롤러나 컴퓨터의 외부 출력 장치인 모니터나 프린터 등이 이용될 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.

10 : 유속계 20 : 유량계
30 : 신호 수신부 40 : 신호 처리부
50 : 표시부 200 : 배관
210 : 스케일

Claims

유체의 속도를 검출하는 유속계;
유체의 유량을 검출하는 유량계;
상기 유속계 및 상기 유량계로부터 검출된 신호를 수신하는 신호 수신부; 및,
상기 신호 수신부에 전기적으로 연결되어, 수신부에 입력된 유체의 속도와 유량으로부터 배관 내 스케일의 두께를 산출하는 신호 처리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 배관 내 스케일 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부에 전기적으로 연결되어, 신호 처리부에서 산출된 스케일의 두께를 표시하는 표시부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 배관 내 스케일 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 유량계는 실측식 용적 유량계인 것을 특징으로 하는 배관 내 스케일 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 유속계는 초음파 유속계인 것을 특징으로 하는 배관 내 스케일 측정 장치.
제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서,
상기 유속계는 상기 유량계 보다 먼저 설치됨을 특징으로 배관 내 스케일 측정 장치.
배관 내 유체의 속도를 검출하는 단계;
배관 내 유체의 유량을 검출하는 단계;
상기 검출된 유체의 속도와 유량으로부터 배관 내 스케일의 두께를 산출하는 단계 로 이루어진 배관 내 스케일 측정 방법.
제 6항에 있어서,
상기 산출된 배관 내 스케일의 두께를 표시하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 배관 내 스케일 측정 방법.