KR101449179B1 - 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치 - Google Patents

Abstract

액체, 기체, 액주 또는 분사수의 등의 충돌(접촉) 면적이나 세기에 대응하는 전기신호를 발생시키는 센서장치 및, 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치가 제공된다.
상기 센서장치는, 적어도 일부에 비압축성 유체가 채워지는 유체공간과 센서공간을 구비하는 하우징;과, 상기 하우징 상에 압력인가물질의 인가시 유체공간의 체적변화를 형성토록 제공된 멤브레인부재;와, 상기 유체공간과 연통하도록 센서공간에 구비되어 압력인가물질의 멤브레인부재 인가시 발생하는 압력을 측정토록 제공된 센서수단; 및, 상기 유체공간과 멤브레인부재의 경계부위로 하우징에 제공되는, 실링수단과 유체 수용수단 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 특히 온도에 따른 밀도변화가 없는 (비압축성) 유체(액체)를 충진시켜 온도 영향을 받지않고 안정적이고 정량적인 평가를 가능하게 함으로써, 설비상태를 정확하게 측정하여 냉각 설비의 유지 관리는 물론, 소재의 균일냉각을 통한 품질 향상을 구현하도록 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치{Sensor Device and Apparatus for Qualitatively Estimating of Cooling Machine for Hot Plate having The Same}

본 발명은 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 액체, 기체 또는 노즐(주수관)에서 주수되거나 분사되는 액주 또는 고압수 등의 충돌(접촉) 면적이나 세기에 대응하여 전기신호를 발생시키는 센서장치를 제공하되, 특히 온도에 따른 밀도변화가 없는 (비압축성) 유체(액체)를 충진시켜 온도 영향을 받지않고 안정적이고 정량적인 평가를 가능하게 함으로써, 설비상태를 정확하게 측정하여 냉각 설비의 유지 관리는 물론, 소재의 균일냉각을 통한 품질 향상을 구현하도록 한 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치에 관한 것이다.

연속 주조 공정에 의해서 제조되고 가열로를 거친 고온의 소재(슬라브)(Slab)는 조압연(거칠기 압연기)(roughing Mill)과 마무리 압연기(finishing Mill)등의 압연단계를 거치고, 더하여 거칠기 압연기를 거쳐 1차적으로 소정의 판 두께로 압연된 후판재는 결정립 미세화나 변태조직의 제어를 위하여 가속냉각단계를 거친다.

그런데, 다음의 도 1을 참조하면, 가속냉각기의 헤더들에 제공된 노즐들은 여러 요인으로 막힘 현상이 발생하기 쉽고, 하나의 단위 헤더에는 상당한 수의 주수관(또는 노즐)들이 구비되어, 헤더의 주수관이나 노즐이 막히거나 좁아지는 경우에는 정상적인 액주 주수 또는 냉각수의 분사를 정상적으로 유지할 수 없게 된다.

그런데, 이와 같은 가속냉각기는 그 자체가 여러 개의 헤더들로 조합되고, 단위 헤더에도 많은 수의 주수관이나 노즐들이 설치되기 때문에, 전체적인 주수관이나 노즐들의 설치 수는 엄청난 것이다.

따라서, 이와 같은 주수관의 노즐구멍이나 노즐들의 주수(분사)상태를 파악하는 것에 상당한 어려움이 있게 된다. 더욱이 자동화를 기반으로 파악하는 것도 쉽지 않은 것이다.

이에, 알려진 방법은 카메라 등으로 노즐에서 주수되는 액주를 촬영하여 평가하는 정도였으나, 이와 같은 방법은 실효성이 미비하고, 실제 라인에서의 공간도 협소하기 때문에, 전반적으로 정밀한 주수상태의 판단은 어려운 것이었다.

이에, 본 발명과 동일 출원인은, 냉각설비 예컨대, 가속 냉각기의 헤더 노즐의 주수나 분사 상태를 신속하고 정량적으로 파악하기 위한 기술을 특허출원 제10-2011-0144742호에서 제안한바 있다.

그러나, 상기 특허 출원에서 제안한 센서장치의 경우, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 유체공간에 채워지는 공기(기체)가 압력 인가물질의 멤브레인 충돌시 체적변화를 형성하여 압력을 센서에 전달하는데, 상기 공기가 채워지는 공간이 냉각수나 외부 대기 온도에 따라 밀도가 변하면서, 측정 오류(에러)를 발생시키는 문제가 있었다.

이에 따라서, 본 발명의 출원인은, 상기 특허출원에서 제안한 센서장치의 개선을 통하여 냉각수나 외부 온도에도 작동유체(비압축성 유체 즉, 물 등)의 일정한 밀도 유지를 구현하여, 측정 오류를 방지토록 한 본 발명을 제안하게 되었다.

즉, 당 기술분야에서는, 액체, 기체 또는 노즐(주수관)에서 주수되거나 분사되는 액주 또는 고압수 등의 충돌(접촉) 면적이나 세기에 대응하여 전기신호를 발생시키는 센서장치를 제공하되, 특히 온도에 따른 밀도변화가 없는 (비압축성) 유체(액체)를 충진시켜 온도 영향을 받지않고 안정적이고 정량적인 평가를 가능하게 함으로써, 설비상태를 정확하게 측정하여 냉각 설비의 유지 관리는 물론, 소재의 균일냉각을 통한 품질 향상을 구현하도록 한 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치가 요구되어 왔다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 기술적인 일 측면으로서 본 발명은, 적어도 일부에 비압축성 유체가 채워지는 유체공간과 센서공간을 구비하는 하우징;과, 상기 하우징 상에 압력인가물질의 인가시 유체공간의 체적변화를 형성토록 제공된 멤브레인부재;와, 상기 센서공간에 구비되어 압력인가물질의 멤브레인부재 인가시 발생하는 압력을 측정토록 제공된 센서수단; 및, 상기 유체공간과 멤브레인부재의 경계부위로 하우징에 제공되는, 실링수단과 유체 수용수단;을 포함하여 구성되되,
상기 하우징의 상,하측으로 멤브레인 부재와 센서 측에 조립되는 상,하부 판 및, 상기 하우징에 유체공간과 센서공간 사이에 제공되는 통로를 포함하고,
상기 하우징 센서공간 측으로, 센서수단의 압력 인가부와 밀착토록 제공되는 제1 센서 실링부 및, 센서수단의 바디와 밀착토록 제공되는 제2 센서 실링부를 포함하되, 상기 제2 센서 실링부와 센서바디 사이에는 실링부재가 더 구비되며,
상기 실링수단은 상기 하우징에 형성된 장착부에 제공되는 오링으로 제공되고, 상기 유체 수용수단은 상기 유체공간에 인접하여 하우징에 제공되는 하나 이상의 유체 삽입홈으로 구성된 센서장치를 제공한다.

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더 바람직하게는, 상기 압력인가물질은, 기체, 액체, 주수되는 액주 및 분사수 중 하나로 이루어지고, 상기 센서수단은 압력센서로 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 유체공간에는 비압축성 유체가 모두 채워지거나, 또는 일부만 채워져 나머지 공간은 기체 또는 공기 공간으로 형성되는 것이다.

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이때, 상기 유체공간과 연계되어 공간 내에서의 유체 레벨을 조절 가능토록 상기 하우징에 제공되는 유체 공급과 배출 통로 또는 라인;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 비압축성 유체는 물, 오일, 수은 중 선택된 하나 또는 이들이 복합적으로 채워지는 것이다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 냉각 대상소재의 이동경로 상에 제공되고 노즐들이 구비된 냉각헤더에 제공된 센서 탑재수단; 및,

상기 센서 탑재수단에 상기 노즐에 대응하여 배열되도록 제공된 상기 복수의 센서장치;

들을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 센서장치에 제공된 하우징은 복수의 비압축성 유체공간과 센서공간 들을 구비하는 하우징블록으로 제공되고, 상기 하우징블록에는 복수의 압력센서들이 내장되고, 상기 하우징 블록에는 신장된 멤브레인부재와 신장된 상,하부 판 들이 조립되어 구성된, 하나 이상의 센서블록이 상기 센서 탑재수단에 장착되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 첫째 액체, 기체 또는 노즐(주수관)에서 주수되거나 분사되는 액주 또는 고압수 등의 충돌(접촉) 면적이나 세기에 대응하여 전기신호를 발생시키는 센서장치를 제공하는 것이다.

둘째, 본 발명은 온도에 따른 밀도변화가 없는 (비압축성) 유체(액체)를 충진시켜 온도 영향을 받지않고 안정적이고 정량적인 평가를 가능하게 하는 것이다.

셋째, 결국 냉각 설비의 상태를 정확하게 측정하여 냉각 설비의 유지 관리를 용이하게 하는 것이다.

마지막으로 본 발명은, 소재의 균일냉각을 통한 품질 향상을 구현하는 것이다.

도 1은 종래 후판제품의 생산(압연)공정을 도시한 개략 공정도
도 2는 도 1에서 가속 냉각 공정을 도시한 공정도
도 3은 본 발명에 따른 센서장치를 도 2의 냉각 설비에 적용하는 상태를 도시한 개략 구성도
도 4 및 도 5는 도 3의 본 발명 센서장치를 포함하는 센서블록 및 센서블록을 이용한 냉각 설비의 성능 평가를 도시한 구성도 및 작동 상태도
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 센서장치를 도시한 요부 구성도
도 7은 도 6의 본 발명 센서장치를 도시한 조립 상태도
도 8은 본 발명의 제2 실시예의 센서장치를 도시한 요부 구성도
도 9는 본 발명의 제3 실시예의 센서장치를 도시한 요부 구성도
도 10은 본 발명의 제4 실시예의 센서장치를 도시한 요부 구성도
도 11은 본 발명 센서장치를 통한 냉각 설비의 냉각 성능 평가의 원리를 설명하는 개략도

이하, (첨부된 도면을 참조하여) 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. (도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.)

먼저, 도 1 및 도 2에서는, 다음의 도 3 내지 11에서 도시한 본 발명의 센서장치(1)와, 이와 같은 센서장치를 기반으로 하는 냉각설비의 냉각성능 평가장치(100)가 필요한 환경에 대하여 종래 기술보다는 더 상세하게 설명한다.

예를 들어, 도 1 및 도 2와 같이, 연속주조 공정에 의해서 제조된 주편 즉, 슬라브는 가열로(310)에서 강종에 따른 목표 온도까지 가열되고, 가열로를 통과한 압연소재는, 거칠기 압연기와 마무리 압연기의 압연단계(320)를 거쳐 일정한 두께 예컨대, 최종 제품의 지시 두께까지 소재를 압연하여 후판재를 생산한다.

이때, 거칠기 압연을 거친 후판재(S)는 결정립 미세화나 변태조직의 제어를 위하여 가속냉각기(200)를 거치고, 레벨러(330)를 통한 레벨링 단계를 거치고, 최종적으로 냉각대(340)에는 최종적인 제품으로 완성된다.

그런데, 도 2에서 도시한 바와 같이, 가속 냉각기(200)는, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 4~7개의 뱅크(210a 내지 210d)들로 구성되고, 각각의 단위 뱅크들에는 각각 4~6개의 상,하부 헤더(header)(220)(230)들로 구성된다.

이때, 하나의 단위 헤더 예를 들어, 하나의 상부 헤더(220)에는 대략 1000개의 노즐들이 소정 간격과 열을 맞추어 배열되고, 이때 가속냉각기(200)의 가동은 후판재(S)의 냉각여부(수냉재와 비수냉재)에 따라 달라진다.

한편, 도 5 및 도 11과 같이 헤더들에 구비되는 노즐(240)은 해더 내부의 물이 월류하여 주수하면서 액주(W)가 냉각을 구현하는 주수관일수 있고, 이와 같은 주수관의 경우에는 하단에 노즐구멍이 형성되어 있다. 다만, 이하의 본 실시예에서는 헤더에 구비된 노즐(240)로 일괄하여 설명한다.

그런데, 이와 같은 가속냉각기(200)의 헤더들에 제공된 노즐(도 12a의 240)들은 그 구성성분의 이온화 차이, 가열과 냉각에 따른 노즐 내부와 출구부위(노즐구멍)의 막힘 현상이 발생하기 쉽다.

따라서, 하나의 단위 헤더에만 상당한 양으로 설치된 노즐 들중 일부만 막히거나, 기타 이물질이나 부식 등으로 노즐의 구멍이 좁아지는 경우, 소재의 목표 최종냉각 온도(Finish Cooling Temperature,FCT)까지 후판재(S)를 냉각하는 것을 어렵게 하거나 적어도 소재의 국부적으로 냉각불량을 초래하고, 이는 후판 제품의 냉각 변태에 의한 변태 강화 효과를 얻을 수 없게 한다.

그런데, 가속냉각기(200)는 도 2에서와 같이, 여러 개의 헤더들을 조합하여 구성된 뱅크 자체도 여러 개가 배치되기 때문에, 가속 냉각기 전체적으로 설치되는 노즐의 수는 엄청나고, 따라서 이와 같은 노즐들의 성능평가를 위한 자동화된 기술이 요구되는 실정이다.

따라서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명은 냉각헤더(220)의 노즐들의 주수상태 즉, 액주(W)가 정상적으로 주수되는 지를 자동화를 기반으로 평가 가능하게 하는 센서장치(1)와 이를 이용한 냉각설비의 냉각성능 평가장치(100)를 제공하는 것이다.

예컨대, 도 3 내지 도 5에서는 본 발명에 따른 센서장치(1)와 센서탑재수단(100)에 제공되는 단위 센서장치(1)들을 블록화한 센서블록(1')을 도시하고 있다.

먼저, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, (다음의 도 6 내지 도 10에서 다시 상세하게 설명하는) 본 발명에 따른 센서장치(1)는 기본적으로 물과 같은 비압축성 유체(F)가 적어도 일부 채워지는 유체공간(12)을 형성하고, 그 하측으로 대응하는 위치에 센서수단(50)(압력센서)이 탑재되는 센서공간(14)을 구비하는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)상에 상기 유체공간(12)을 밀폐토록 제공되되, 압력인가물질 즉, 액주(W)가 충돌하는 멤브레인부재(30) 및, 상기 유체공간(12)과 연통하도록 하우징의 센서공간(14)에 탑재되어 액주 등의 압력인가물질의 멤브레인부재 충돌이나 접촉시 발생하는 압력을 측정토록 제공된 센서수단(50)을 포함하여 제공될 수 있다.

이때, 본 실시예에서 상기 압력인가물질은, 도 3, 도 5 및, 도 11을 참조하면, 기체, 액체 또는, 냉각설비(가속 냉각기)(200)의 헤더 예컨대, 상부 냉각헤더(220)에 구비된 노즐(240)에서 주수되는 액주(W) 또는, 도시하지 않은 고압의 분사수로 제공될 수 있다.

그러나, 이와 같은 본 발명의 센서장치(1)가, 다른 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 유해한 기체(유해가스, 수증기 등) 또는 물(액체)(약품) 등이 누수 또는 누출되는 위치에 배치되어도 충분하게 기체나 액체의 누수 또는 누출을 정량적으로 감지할 수 있다.

다만, 이하의 본 실시예에서는 압력인가물질을 냉각헤더(220)의 노즐(240)에서 주수되는 액주(W)로 한정하여 설명한다. 물론, 이에 반드시 한정되는 것은 아님은 물론이다.

그리고, 센서장치의 하우징(10)에 제공되는 유체공간(12)에 채워지는 유체는 기본적으로 비압축성 유체(F)가 적어도 일부에 채워지면 되는데, 이와 같은 유체 (F)는 액주가 멤브레인부재(30)에 충돌하여 일정한 유체공간(12)에서의 체적변화를 형성하여 센서수단(50) 즉, 압력센서에 압력(체적 변화량)이 전달되는 것을 가능하게 하는 유체 즉, 물, 액체, 다른 점성을 갖는 유체 등이 가능한데, 바람직하게는 비용적인 측면에서 물일 수 있다.

따라서, 본 발명 센서장치(1)의 작동상태를 설명하면, 도 3 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 냉각기의 상부헤더(202)에서 정상적으로 액주(W)가 주수되면, 멤브레인부재(30)에 충돌하고, 이때 멤브레인부재(30)는 얇은 막이므로, 충돌 반대방향으로 오목하게 들어간다.

결국, 액주(W)가 센서장치(1)의 멤브레인부재(30)에 낙하 충돌하면서 인가되는 압력으로 멤브레인부재(30)는 중앙을 기점으로 처지게 되고, 이때 실제로는 좁은 밀폐공간의 유체공간(12)의 내부에는 체적변화가 발생되고, 따라서 유체는 센서 수단(50) 즉, 압력센서로 차압을 전달하여 감지하게 한다.

따라서, 액주(W)의 충돌력은 냉각헤더(220)의 노즐(240)에서 정상적으로 액주가 주수되고 있는지를 판단할 수 있게 한다.

예를 들어, 도 11에서는 이와 같은 액주의 비정상 상태와 정상상태를 비교하여 도시하고 있는데, 냉각헤더(220)의 노즐(240)을 통하여 주수되는 정상액주(W)와 주수 각도가 경사진 비정상 액주(W')나 노즐이 좁아져(일부가 막혀서) 길이를 갖지 않은 점선 형태의 액주(W")등을 평가할 수 있는데, 액주(W)가 정상적으로 센서장치(1)의 멤브레인부재(30)에 충돌하는 경우에만 정상적인 센서신호 값을 도출하게 설정하면, 도 5와 같이, 센서 탑재수단(100)에 본 발명 센서장치(1)들이 2열 정도로 블록화 제공된 센서블록(1')을 탑재하여 탑재수단(100)을 이동시키면 냉각헤더(220)의 하측에서 그 길이방향으로 이동하면서 노즐의 정상 주수 패턴이 디스플레이 기기(D)에 나타나고, 이를 통하여 노즐의 주수 상태를 평가할 수 있는 것이다.

따라서, 노즐의 (주수 또는 분사) 작동이 정상적이지 않으면, 해당 노즐은 디스플레이 기기(D)에 특정기호(예를 들어 빈 원형)로 화면에 나타나게 되면, 탑재수단의 한번의 이동으로 헤더의 노즐 들의 상태를 정량적으로 정밀하게 평가할 수 있는 것이다.

즉, 냉각헤더(220)에서 정상적으로 액주(W)가 주수되면, 센서장치(1)의 멤브 레인부재(30)에는 연속적으로 액주가 정상적으로 충돌하고, 따라서 센서수단(50)에서 발생시키는 전기적 신호는 직선의 출력신호를 발생시키나, 노즐(240)이 전체가 막히거나 일부가 좁아져 액주가 주수되지 않거나 불연속 액주(W')가 주수되면, 압력센서의 전압신호는 단락되거나 발생하지 않게 된다.

즉, 본 발명의 센서장치(1)는 도 11의 정상 액주(W) 또는 불량 액주(W')(W")가 멤브레인부재(30)에 충돌함에 따른 유체공간(12)의 체적벽화에 따른 신호를 연속 측정하면 냉각설비의 성능 상태 즉, 노즐의 성능 상태를 평가할 수 있는 것이다.

이때, 본 발명 센서장치(1)에서 상기 센서수단(50)은 압력센서 더 구체적으로는 차압센서일 수 있는데, 이와 같은 압력센서(차압센서)는, 가격도 저렴하고 반응시간이 빠르기 때문에, 도 3에서 도시한 바와 같은, 냉각헤더에 상당히 많이 구비된 노즐의 성능평가에 적합한 것이다.

결국, 본 발명의 센서장치(1)는 냉각헤더의 노즐에서 주수된 액주(W)가 멤브레인부재(30)에 낙하하여 충돌하는 충돌력에 비례하여 멤브레인부재(30)가 처지는 폭이 커지고, 이는 유체체공간(12)에 채워진 비압축성 유체의 유동량도 비례하여 발생시키고, 충돌압에 대응하여 압력센서에서는 더 큰 압력값을 측정(전압 신호를 발생)하게 되는 것이다.

물론, 멤브레인부재에 압력이 인가되지 않은 기준 압력값을 미리 설정하면, 차압의 측정값을 제어부에서 연속 비교하여, 정량적 데이터를 구축할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명 센서장치(1)에서 사용하는 멤브레인부재(30)는 그 재질과 두께도 적정한 것이 바람직한데, 우레탄, 실리콘 또는 스테인리스 스틸 등으로 제작할 수 있고, 그 두께는 바람직하게는 0.5 ~ 1.5mm 범위이다.

즉, 본 발명 센서장치에서 멤브레인부재(30)의 두께가 0.5mm 보다 적으면 센서 반응감도는 우수하나 내구성이 떨어지고, 반대로 1.5mm 보다 크면 내구성은 확보되지만 인가물질의 충돌시 처짐량이 적어 반응속도나 감도는 떨어지는 것이다.

또한, 멤브레인부재의 두께가 너무 얇으면, 액주 충돌후 원래 위치로의 복귀하는 복귀력이 적게 될 것이다. 따라서, 박판의 스테인리스 스틸이 액주 평가 환경의 본 발명에서는 바람직할 것이다.

다음, 이하에서는 앞에서 설명한 본 발명에 따른 센서장치(1)에 대하여 더 상세하게 살펴본다.

예를 들어, 도 6 내지 도 10에서는 본 발명에 따른 여러 실시예의 센서장치(1)들을 도시하고 있다.

먼저, 앞에서도 간략하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 센서장치(1)는, 기본적으로 적어도 일부에 앞에서 설명한 물 등의 비압축성 유체(F)가 채워지는 유체공간(12)과 센서공간(14)을 구비하는 하우징(10)과, 상기 하우징 상에 액주(W)의 인가시 즉, 충돌시 유체공간(12)의 체적변화를 형성토록 제공된 멤브레인부재(30)와, 상기 유체공간(12)과 연통하도록 상기 센서공간(14)에 구비되어 압력인가물질의 멤브레인부재 인가시 발생하는 압력을 측정토록 제공된 센서수단(50) 즉, 압력센서; 및, 상기 유체공간(12)과 멤브레인부재(30)의 경계부위로 하우징에 제공되는 실링수단(70) 또는 유체 수용수단(90)을 포함하여 제공되는 것이다.

즉, 본 발명의 센서장치(1)는 기본적으로 유체공간(12)에 비압축성 유체(F) 즉, 물 등이 채워지기 때문에, 유체의 누수 등을 차단하기 위한 실링수단(70)과 유체 수용수단(90)을 포함한다.

따라서, 본 발명의 센서장치(1)는 기체(공기) 대신에 적어도 일부는 물 등의 유체(F)를 채우기 때문에, 센서장치 외부의 온도나 액주 등의 냉각수 접촉에 따른 온도변화에 따른 유체의 밀도변화가 공기에 비하여 거의 발생하지 않게 된다.

예를 들어, 유체공간에 공기가 전부 채워진 경우에는 여름이나 겨울 등의 계절에 따라 외부 온도의 차이가 상당하므로, 동일한 공간내에서의 체적변화가 발생하여도 밀도 차이에 따른 센서수단(50)에서의 감지 압력값은 차이가 발생하게 된다. 또한, 액주가 지속적으로 충돌함에 따른 온도저하로, 초기 측정 압력값과 시간이 지난후에 측정한 압력값에 오차가 발생되는 것이다.

그러나, 본 발명의 경우에는 공기 대신에, 비압축성 유체(F)인 물 등을 유체공간에 채워넣기 때문에, 외부 온도에 따른 밀도 변화가 크지 않아 측정 오류를 방지하거나 최소화하는 것이다.

다음, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명 센서장치(1)에서 하우징(10)의 상측에는 멤브레인부재(30)로 유체공간(12)을 덮어서 밀폐 가능하게 하는 고정하는 상부판(16)이 장착되고, 이와 같은 상부판(16)에는 액주(W)가 멤브레인부재(30)에 충돌하는 통로인 개구부(16a)가 구비됨은 당연하다.

이때, 상기 상부판(16)에는 개구부(16a)의 주변으로 적정한 수나 배열로 제공된 볼트구멍(16b)들이 형성되고, 하우징에는 대응하는 위치에 볼트 체결구멍(16c)들이 형성되어, 상부판(16)은 멤브레인부재(30)를 압박하면서 하우징(10)상에 조립될 수 있다.

물론, 도 5와 같이, 상부판(16)은 개구부 주변에서 멤브레인부재(30)를 압박하기 때문에, 멤브레인부재(30)는 실제로는 하나의 신장된 부재(도 4의 30')로 제공되고, 전체적으로 균일한 작동성능을 제공한다.

그리고, 본 발명 센서장치(1)에서 하우징(10)에는, 유체공간(12)과 센서공간(14)사이에 압력센서의 반응감도를 향상토록 체적이 감소하여 제공되는 통로 (12a)가 구비되고, 그 바로 아래에 형성된 센서공간(14)에 센서수단(50)이 기판(56)상에 탑재되고, 기판은 하우징 하부에 조립되고, 기판 하측에 하부판(18)이 조립되는 것이다.

또한, 기판(56)과 하우징 일측의 컨넥터(58)사이에는 케이블(57)이 연결되고, 하부판으로 보호되는 것이다.

따라서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 냉각헤더의 노즐에서 주수되어 낙하하는 액주(W)가 멤브레인부재(30)에 충돌하면, 멤브레인부재(30)는 순간적으로 처지고, 유체공간(12)의 체적변화에 따라 비압축성 유체(F) 즉 물에 가해지는 압력이 센서수단(50)으로 전달되어 압력측정이 가능하게 되는 것이다.

이때, 도 4에서 도시한 바와 같이, 실제 성능평가 장치로 사용되는 경우에는, 도 3 및 도 6의 단위 센서장치(1)들이 조합되는 것과 마찬가지의 센서블록(1')이 사용되는데, 단지 각각 신장된 상부판(16')과 하부판(18') 및 하우징 블록(10')을 사용하는 것이고, 이와 같은 센서블록의 양측에서 볼트(B)와 너트(N)가 체결되어, 결과적으로 도 3과 같이, 냉각성능 평가장치(1)의 탑재수단(100)에 탑재되는 센서블록(1')으로 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 경우 센서 탑재수단(110)은, 냉각헤더(220)에 연계된 엘엠 가이드(112)에 안착되고, 모터(미도시) 구동되는 스크류바아(116)가 체결되는 이동블록(114)을 포함하고, 특히 상기 이동블록(114)에는 센서블록(1')이 하나 이상 탑재되는 센서 탑재블록(118)이 하부에 연결되고, 필요에 따라 수평하게 신장되면서, 적당한 센서블록(1')들이 탑재된다.

따라서, 상기 스크류바아(116)의 작동에 따라 이동블록(114)은 엘엠 가이드 (112)를 따라 이동하고, 결국 센서블록(1')들의 센서장치(1)는 냉각헤더(220)의 하부에서 노즐(240)들을 따라 이동하면서 노즐의 성능평가를 압력측정을 통하여 구현할 수 있는 것이다.

다음, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 센서장치(1)는 유체공간(12)에 비압축성 유체(F) 즉, 물이 채워지기 때문에, 물이 누수되는 것을 차단하기 위한 구조로 제공되는데, 예를 들어 하우징(10)의 센서공간(14)측에 센서수단(50)의 압력 인가부(52)와 밀착토록 경사지게 제공되는 제1 센서 실링부(13)를 포함할 수 있다.

따라서, 센서장치(1)의 조립시 센서수단(50)의 압력 인가부(52)의 경사면과 상기 제1 센서 실링부(13)는 긴밀하게 밀착되면서 유체(F) 즉, 물이 센서수단측으로 센서공간(14)에 누출되는 것을 차단한다.

그런데, 본 발명의 센서수단(50)은 사실상 습기가 매우 많은 환경에서 사용되므로, 외부에 방수를 위한 코팅을 하기 때문에, 센서공간(14)측으로 유체(F)가 미세하게 누출되어도 센서 작동에는 큰 문제는 없다.

동시에, 도 6 및 도 7과 같이, 본 발명의 센서장치(1)에서는 하우징의 센서공간(14)측에 센서수단의 바디(54)와 밀착토록 제공되는 제2 센서 실링부(15)를 더 포함할 수 있다.

특히, 상기 제2 센서 실링부(15)와 센서 바디(54) 사이에는 실링부재(15a) 즉, 패킹이 더 개재되어 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 경우 유체공간(12)의 내부 유체(F)는, 멤브레인부재(30)측으로는, 하우징(10)측에 제공되는 실링수단(70) 또는 유체 수용수단(90)을 통하여 외부 누출 등을 차단되고, 센서공간측에서는 제1,2 센서 실링부(13)(15)를 통하여 누출을 차단하는 것이다.

이때, 도 6 및 도 7에서와 같이, 상기 제2 센서 실링부(15)는, 하우징이 수지 성형물인 경우에는 하우징과 일체로 제작될 수 있고, 온도 등을 고려하여 금속 가공물로 하우징을 제작하는 경우에는 점선으로 나타낸 바와 같이 별도 링을 용접(레이져 용접 등)등으로 조립하는 구조일 수 있다.

다음, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명 센서장치(1)에서 상기 실링수단(70)은 상기 하우징(10)에 일체로 형성된 적어도 하나의 장착부(10a)에 긴밀하게 채워지거나 삽입되는 오링으로 제공될 수 있다.

또는, 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 유체 수용수단(90)은 상기 유체공간(12)에 인접하여 하우징에 순차로 하나 이상 제공되는 유체 삽입홈으로 형성될 수 있다.

물론, 도 7과 같이 상기 유체공간(12)과 센서공간(14)은 실질적으로는 평면상 원형이므로, 상기 유체 삽입홈의 유체 수용수단(90)은 환형의 링 형태로 유체공간의 외곽에 적어도 하나 이상이 하우징에 오목하게 일체로 형성될 수 있다.

한편, 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 센서장치(1)에서 상기 유체공간(12)에 전체 공간을 비압축성 유체(F) 즉, 물을 반드시 채워야 하는 것은 아니고, 일부만 물을 채우고, 나머지는 공기나 기체가 채워지는 공기공간(12') 또는 기체공간으로 제공될 수 있다.

따라서,도 8의 경우 물은 유체공간의 전체 높이의 3/4 정도만 물을 채우고 나머지는 공기를 채우면, 실제 유체공간의 공간 전체에 물을 채운 경우보다, 멤브레인부재(30)에 액주가 충돌하면 멤브레인부재의 처짐이 더 원활하기 때문에, 압력센서를 통한 신호 발생을 더 원활하게 이루어 질 수 있다.

다만, 일부만 물을 채운 경우에는 물의 수위 조절에 따라 센서장치를 통한 압력값이 조정되거나, 물이 유체공간(12)에 일정하게 수위가 유지되는 것이 센서 작동성을 일정하게 하기 때문에, 상기 유체공간(12)와 연계된 물(유체) 공급 및 배출 통로(17a)(17b)를 형성하여 물의 수위를 유체공간(12)에서는 일정하게 유지하도록 할 수 있다.

이때, 도 8과 같이, 상기 유체공간(12)의 물의 수위를 감지하는 레벨센서(S)를 배치하면, 상기 유체 공급통로(17a)와 연결된 공급라인의 밸브와 연동하는 것을 통하여, 유체공간으로의 물(유체) 공급량을 제어하고, 이를 통하여 공간 내부의 물의 수위를 일정하게 유지할 수 있다.

다음, 도 9와 같이, 본 발명의 센서장치(1)에서 상기 유체공간(12)에는, 앞에서 설명한 바와 같이, 물만 채우거나, 또는 물과 오일(O)을 같이 채우거나, 또는 물과 수은을 채워서 단일 종류 또는 2가지 종류의 유체를 복합적으로 사용하는 것도 가능하다.

예를 들어, 서로 다른 물과 오일을 채우면 물과 오일의 밀도차를 이용하여 멤브레인부재에 액주가 충돌하는 경우 압축력이 물만 채워진 경우도 크기 때문에, 센서수단 즉, 압력센서에서의 감지 정밀성은 더 높아지게 되는 것이다.

따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 센서장치(1) 및 이와 같은 센서장치(1)를 기반으로 하는 냉각기의 성능 평가 장치(100)의 경우, 종래 기술에서의 외부 온도 변화에 따른 유체공간에서의 밀도차 변하기 어려운 비압축성 유체(F) 즉, 적어도 물을 일부분을 채우기 때문에, 온도 변화에 따른 측정 오차를 최대한 억제할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1.... 센서장치 1'.... 센서블록
10.... 하우징 12.... 유체공간
14.... 센서공간 30.... 멤브레인부재
50.... 센서수단 70.... 실링수단
90.... 유체 수용수단 100.... 냉각기 성능 평가장치
110.... 센서 탑재수단

Claims (11)

1. 적어도 일부에 비압축성 유체(F)가 채워지는 유체공간(12)과 센서공간(14)을 구비하는 하우징(10);와, 상기 하우징 상에 압력인가물질의 인가시 유체공간(12)의 체적변화를 형성토록 제공된 멤브레인부재(30);와, 상기 센서공간(14)에 구비되어 압력인가물질의 멤브레인부재 인가시 발생하는 압력을 측정토록 제공된 센서수단(50); 및, 상기 유체공간(12)과 멤브레인부재(30)의 경계부위로 하우징에 제공되는 실링수단(70)과 유체 수용수단(90);을 포함하여 구성되되,
   상기 하우징(10)의 상,하측으로 멤브레인 부재와 센서 측에 조립되는 상,하부 판(16)(18) 및, 상기 하우징에 유체공간(12)과 센서공간(14)사이에 제공되는 통로(12a)를 포함하고,
   상기 하우징 센서공간(14)측으로, 센서수단의 압력 인가부(52)와 밀착토록 제공되는 제1 센서 실링부(13) 및, 센서수단의 바디(54)와 밀착토록 제공되는 제2 센서 실링부(15)를 포함하되, 상기 제2 센서 실링부(15)와 센서바디 사이에는 실링부재(15a)가 더 구비되며,
   상기 실링수단(70)은 상기 하우징에 형성된 장착부(10a)에 제공되는 오링으로 제공되고, 상기 유체 수용수단(90)은 상기 유체공간에 인접하여 하우징에 제공되는 하나 이상의 유체 삽입홈으로 구성된 센서장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력인가물질은, 기체, 액체, 주수되는 액주 및 분사수 중 하나로 이루어지고, 상기 센서수단(50)은 압력센서로 제공되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 유체공간(12)에는 비압축성 유체가 모두 채워지거나,
   또는 일부만 채워져 나머지 공간은 기체 또는 공기 공간(12')으로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 유체공간(12)과 연계되어 공간 내에서의 유체 레벨을 조절 가능토록 상기 하우징에 제공되는 유체 공급과 배출 통로(17a)(17b) 또는 라인;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 비압축성 유체는 물, 오일, 수은 중 선택된 하나 또는 이들이 복합적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
10. 냉각 대상소재의 이동경로 상에 제공되고 노즐(240)들이 구비된 냉각헤더 (220)에 제공된 센서 탑재수단(110); 및,
    상기 센서 탑재수단에 상기 노즐에 대응하여 배열되도록 제공된 상기 제1항,제2항, 및 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에서 기재된 복수의 센서장치(1);
    들을 포함하여 구성된 센서장치를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 센서장치(1)에 제공된 하우징(10)은 복수의 비압축성 유체공간(12)과 센서공간(14)들을 구비하는 하우징블록(10')으로 제공되고, 상기 하우징블록에는 복수의 압력센서(50)들이 내장되고, 상기 하우징 블록에는 신장된 멤브레인부재(30')와 신장된 상,하부 판(16')(18')들이 조립되어 구성된,
    하나 이상의 센서블록(1')이 상기 센서 탑재수단에 장착되는 것을 특징으로 하는 냉각설비의 성능 평가장치.

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