KR101516227B1 - 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트, 유체가 흐르는 관로(管路)와 관로(管路)를 연결하는 관로(管路) 연결수단(connecting means)을 포함하고, 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 관로 연결수단이 일체형으로 제작된 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계를 제공한다.
본 발명은 상류압과 하류압의 차압을 측정하는 유량 감지 엘리먼트가 플랜지와 같은 관로 연결수단 내에 일체형으로 설계됨으로써, 유량계 제작을 단순화하고, 유량 측정의 정확성을 개선하며, 유체 밀봉 문제를 해결하여 유량계 장착의 신뢰성을 향상하는 효과를 갖는다.

Description

관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계{An averaging pitot type differential flow meter integrated with a pipe-connecting means}

본 발명은 파이프(pipe)와 같은 관로(管路) 내에 유체가 흐르고 있을 때 유량계를 설치하여 유체의 동압을 측정함으로써 유량을 계측하는 기술에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 플랜지(flange)와 같은 관로(管路) 연결수단에 일체형으로 형성된 평균 피토 타입 차압 유량계(averaging pitot type differential flow meter)에 관한 것이다.

파이프(pipe)나 덕트(duct)와 같은 관로 내에 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량계는 매우 다양하다. 그 중 많이 사용되는 유량계 중 하나가 평균 피토 타입 차압 유량계이다. 평균 피토 타입 차압 유량계는 도 1에 나타낸 것과 같이 유체가 흐르는 파이프관 내에 유량계를 설치하여 그로 인해 발생하는 평균 동적 압력을 측정하여 유량을 계산하는 장치이다. 도 1을 참조하면, 유량계를 통해 상류압(upstream pressure)과 하류압(downstream pressure)의 차이를 측정하여 유량을 계산하는 원리를 개략적으로 이해할 수 있다.

이와 관련된 종래기술로서, 아래 선행기술문헌에서 제시한 비특허문헌1은 덕트 내의 유량을 측정하는 평균 피토 타입 프로브를 개시하고 있다. 또한, 도 2는 종래의 전형적인 평균 피토 타입 차압 유량계의 엘리먼트를 나타낸 것이다.

이러한 종래의 전형적인 평균 피토 타입 차압 유량계는 도 3에 나타낸 것과 같이 평균 피토 타입 차압 유량계의 엘리먼트를 파이프 바디와 조립하여 유량을 측정하는 방식이다. 이러한 방식은 조립 또는 점검을 위한 분리 과정에서 유량계 엘리먼트가 일정 각도 회전하여 장착되면 측정 유량이 바뀔 수 있기 때문에 유량계를 다시 캘리브레이션해야 하는 문제점이 있다. 또한, 유량계 엘리먼트와 파이프가 서로 분리되어 있어 유량계 엘리먼트 탈거 후 재조립 과정에서 유체 밀봉에 문제가 생길 수 있다. 즉, 종래의 평균 피토 타입 차압 유량계는 유량을 감지하는 엘리먼트와 이 엘리먼트를 탑재하는 파이프 바디가 두 개의 부품으로 구성되기 때문에, 두 개의 부품의 결합 또는 분리 과정에서 유량계의 정확성 저하와 유체 밀봉의 문제점이 발생한다.

S N Singh, V Seshadri & A K Agrawal, "Characteristics of a self averaging Pitot type probe," Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, Vol.1, June 1994, pp.153-157.

따라서, 본 발명은 종래의 평균 피토 타입 차압 유량계가 가지고 있는 문제점들을 개선하고자 하는 것이다. 즉, 종래의 평균 피토 타입 차압 유량계의 조립 또는 점검을 위한 분리 과정에서 유량계 엘리먼트가 일정 각도 회전하여 장착되면 측정 유량이 바뀔 수 있는 문제와 유량계 엘리먼트의 탈거 후 재조립 과정에서 발생하는 유체 밀봉에 관한 문제를 극복하고자 하는 것이다. 또한, 플랜지와 같은 관로 연결수단 일체형으로 유량계 형상을 만듦으로써 제조 공정을 단순화하여 생산 비용의 절감을 이루고자 하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트, 유체가 흐르는 관로(管路)와 관로(管路)를 연결하는 관로(管路) 연결수단(connecting means)을 포함하고, 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 관로 연결수단이 일체형으로 제작된 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계를 제공한다.

또한, 본 발명은 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트, 유체가 흐르는 파이프(pipe)와 파이프를 연결하는 원형의 플랜지(flange)를 포함하고, 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 플랜지가 일체형으로 제작되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계를 제공한다.

본 발명은 상류압과 하류압의 차압을 측정하는 유량 감지 엘리먼트가 플랜지와 같은 관로 연결수단 내에 일체형으로 설계됨으로써, 유량계 제작을 단순화하고, 유량 측정의 정확성을 개선하며, 유체 밀봉 문제를 해결하여 유량계 장착의 신뢰성을 향상하는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 기술의 평균 피토 타입 차압 유량계의 유량 측정 개략도.
도 2는 종래 기술의 평균 피토 타입 차압 유량계 엘리먼트를 보인 도면.
도 3은 종래 기술의 평균 피토 타입 차압 유량계 엘리먼트가 파이프에 장착된 상태를 보인 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계의 입체도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계의 단면도.
도 6은 도 5의 B-B 상세 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계를 파이프 내의 유체 유량 측정을 위해 장착한 상태를 나타내는 도면.

본 발명에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계는 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트와 유체가 흐르는 관로(管路)와 관로(管路)를 연결하는 관로(管路) 연결수단(connecting means)을 포함하고, 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 관로 연결수단이 일체형으로 제작된다. 본 발명은 상기 관로 연결수단이 관로와 관로를 연결할 때, 상기 유량 감지 엘리먼트가 유량 측정이 가능한 부분에 위치하도록 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 관로 연결수단이 일체형으로 제작된다. 상기 관로 연결수단은 플랜지(flange)가 이용될 수 있으며, 상기 관로는 유체가 흐르는 파이프(pipe) 또는 덕트(duct) 등을 예로 들 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계의 3차원 입체도를 나타낸 것이다. 도 4에서 관로 연결수단은 원형 플랜지이며, 도 5는 원형 플랜지를 관로 연결수단으로 사용한 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계의 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 5의 B-B 섹션의 상세 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계는 관로 연결수단이 원형의 플랜지이고, 상기 플랜지는 관로 연결 조립을 위한 플랜지 구멍(1)이 형성된 플랜지 본체(7)를 포함하고, 유량 감지 엘리먼트(8)는 상기 플랜지의 중심을 지나서 플랜지 본체(7)와 연결되도록 제작된다. 플랜지 구멍(1)은 이미 시장에 나와 있는 표준 플랜지 규격으로 제작된다. 유량 감지 엘리먼트(8)는 유량 감지 엘리먼트(8)의 상류 압력을 감지하기 위한 상류 압력탭(upstream pressure tap, 5)과, 유량 감지 엘리먼트(8)의 하류 압력을 감지하기 위한 하류 압력탭(downstream pressure tap, 2)을 포함하고, 상류 압력탭(5)과 하류 압력탭(2)은 각각 관로의 반경 방향을 따라서 1개 이상 형성된다. 관로 내에 유체가 흐를 때, 상류 압력탭(5)에는 유체의 동압과 정압의 합인 전압력이 작용하고, 하류 압력탭(2)에는 정압이 작용한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계는 유량 감지 엘리먼트(8)의 내부에 관로의 반경 방향으로 형성되어 플랜지 본체(7)까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 상류 쪽의 상류 수직구멍(upstream vertical hole, 4)과, 유량 감지 엘리먼트(8)의 내부에 관로의 반경 방향으로 형성되어 플랜지 본체(7)까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 하류 쪽의 하류 수직구멍(upstream vertical hole, 3)을 더 포함하고, 상류 수직구멍(4)에는 유량 감지 엘리먼트(8)에 형성된 상류 압력탭(5)이 모두 연결되고, 하류 수직구멍(3)에는 유량 감지 엘리먼트(8)에 형성된 하류 압력탭(2)이 모두 연결된다. 위에서 기술한 바와 같이 상류 압력탭(5)과 하류 압력탭(2)을 각각 반경 방향으로 여러 개 가공함으로써, 상류 피토 평균 압력과 하류 피토 평균 압력이 상류 수직구멍(4)과 하류 수직 구멍(3)을 통해 모여지도록 한다. 상류 수직구멍(4)과 하류 수직 구멍(3)에 작용하는 압력의 차이가 평균 동압에 해당하며, 이를 차압 센서로 측정하면 유량을 측정할 수 있다. 즉, 유체가 흐르는 관로 내의 반경 방향의 상류 평균 압력을 상류 수직구멍(4)을 통해 측정하고, 유체가 흐르는 관로 내의 반경 방향의 하류 평균 압력을 하류 수직구멍(3)을 통해 측정하고, 상기 상류 평균 압력과 상기 하류 평균 압력의 차압을 이용하여 유량을 측정한다.

플랜지 본체(7)는 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 관로 내 정압을 측정하기 위한 정압 측정용 구멍(6)과, 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 온도를 측정하기 위한 온도 센서(예를 들면, 열전대)가 마운트되는 온도 센서 마운트용 구멍(6)을 포함한다. 또한, 플랜지 본체는 다른 용도에 이용하기 위해 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성된 예비용 구멍(6)을 더 포함할 수 있다.

유체가 흐르는 관로가 파이프(pipe)이고, 관로 연결수단이 원형의 플랜지(flange)인 경우, 본 발명에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계는 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트(8), 유체가 흐르는 파이프와 파이프를 연결하는 원형의 플랜지를 포함하고, 유량 감지 엘리먼트(8)와 상기 플랜지가 일체형으로 제작된다. 상기 플랜지가 파이프를 연결할 때, 유량 감지 엘리먼트(8)가 유량 측정이 가능한 부분에 위치하도록 유량 감지 엘리먼트(8)와 상기 플랜지가 일체형으로 제작된다. 상기 플랜지는 파이프 연결 조립을 위한 플랜지 구멍(1)이 형성된 플랜지 본체(7)를 포함하고, 유량 감지 엘리먼트(8)는 상기 플랜지의 중심을 지나서 플랜지 본체(7)와 연결되도록 제작된다. 유량 감지 엘리먼트(8)는 유량 감지 엘리먼트(8)의 상류 압력을 감지하기 위한 상류 압력탭(5)과, 유량 감지 엘리먼트(8)의 하류 압력을 감지하기 위한 하류 압력탭(2)을 포함하고, 상류 압력탭(5)과 하류 압력탭(2)은 각각 파이프의 반경 방향을 따라서 1개 이상 형성된다. 상류 압력탭(5)은 유량 감지 엘리먼트(8)의 상류쪽의 파이프 단면에 걸친 평균 압력(파이프 내 유동의 평균 동압)을 측정하는 압력탭이다. 파이프 내의 유동의 반경 방량 속도 분포는 파이프 중심 축에서 최대이고 파이프 벽면에서는 속도가 0으로 전체적으로 포물선 형태의 속도 분포를 갖게 되어 유동의 반경 방향의 동압이 다르게 나타나므로, 이를 반영하기 위하여 여러 개의 구멍을 뚫어 평균 압력을 측정하는 압력탭으로 이용한다. 하류 압력탭(2)에 대해서도 동일한 설명이 적용된다. 본 발명에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계는 유량 감지 엘리먼트(8)의 내부에 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 플랜지 본체(7)까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 상류 쪽의 상류 수직구멍(4)과, 유량 감지 엘리먼트(8)의 내부에 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 플랜지 본체(7)까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 하류 쪽의 하류 수직구멍(3)을 더 포함하고, 상류 수직구멍(4)에는 유량 감지 엘리먼트(8)에 형성된 상류 압력탭(5)이 모두 연결되고, 하류 수직구멍(3)에는 유량 감지 엘리먼트(8)에 형성된 하류 압력탭(2)이 모두 연결된다. 유체가 흐르는 파이프 내의 반경 방향의 상류 평균 압력을 상류 수직구멍(4)을 통해 측정하고, 유체가 흐르는 파이프 내의 반경 방향의 하류 평균 압력을 하류 수직구멍(3)을 통해 측정하고, 상기 상류 평균 압력과 상기 하류 평균 압력의 차압을 이용하여 유량을 측정한다. 또한, 플랜지 본체(7)는 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 관로 내 정압을 측정하기 위한 정압 측정용 구멍(6)과, 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 마운트되는 온도 센서 마운트용 구멍(6)을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계에 포함된 유량 감지 엘리먼트(8)의 단면은 다이아몬드 형상 또는 쐐기 형상이거나, 유량 측정에 유리한 여러 가지 다른 형상으로 구현될 수 있다.

도 7은 파이프 내를 흐르는 유체 유량을 측정하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계가 두 개의 표준 플랜지 사이에 조립된 상태를 보여 주고 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계에서 관로 연결수단인 플랜지의 플랜지 구멍(1)을 표준 플랜지 규격에 맞게 제작하고, 1개 또는 2개의 표준화된 플랜지를 사용함으로써 유량계 탑재의 편의성을 높일 수 있다.

1: 플랜지 구멍
2: 하류 압력탭(downstream pressure tap)
3: 하류 수직구멍(downstream vertical hole)
4: 상류 수직구멍(upstream vertical hole)
5: 상류 압력탭(upstream pressure tap)
6: 정압 또는 온도 측정용 구멍
7: 플랜지 본체(flange body)
8: 유량 감지 엘리먼트

Claims (15)

1. 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트;
   유체가 흐르는 관로(管路)와 관로(管路)를 연결하는 관로(管路) 연결수단(connecting means);
   을 포함하고,
   상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 관로 연결수단이 일체형으로 제작된 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 관로 연결수단이 관로와 관로를 연결할 때, 상기 유량 감지 엘리먼트가 유량 측정이 가능한 부분에 위치하도록 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 관로 연결수단이 일체형으로 제작된 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 관로 연결수단은 플랜지(flange)이고, 상기 관로는 파이프(pipe) 또는 덕트(duct)인 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
4. 제1항에 있어서,
   상기 관로 연결수단은 원형의 플랜지이고,
   상기 플랜지는 관로 연결 조립을 위한 플랜지 구멍이 형성된 플랜지 본체를 포함하고,
   상기 유량 감지 엘리먼트는 상기 플랜지의 중심을 지나서 상기 플랜지 본체와 연결되도록 제작되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
5. 제4항에 있어서,
   상기 유량 감지 엘리먼트는
   상기 유량 감지 엘리먼트의 상류 압력을 감지하기 위한 상류 압력탭(upstream pressure tap)과, 상기 유량 감지 엘리먼트의 하류 압력을 감지하기 위한 하류 압력탭(downstream pressure tap)을 포함하고,
   상기 상류 압력탭과 상기 하류 압력탭은 각각 관로의 반경 방향을 따라서 1개 이상 형성되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 유량 감지 엘리먼트의 내부에 관로의 반경 방향으로 형성되어 상기 플랜지 본체까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 상류 쪽의 상류 수직구멍(upstream vertical hole)과,
   상기 유량 감지 엘리먼트의 내부에 관로의 반경 방향으로 형성되어 상기 플랜지 본체까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 하류 쪽의 하류 수직구멍(upstream vertical hole)을 더 포함하고,
   상기 상류 수직구멍에는 상기 유량 감지 엘리먼트에 형성된 상기 상류 압력탭이 모두 연결되고, 상기 하류 수직구멍에는 상기 유량 감지 엘리먼트에 형성된 상기 하류 압력탭이 모두 연결되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
7. 제6항에 있어서,
   유체가 흐르는 관로 내의 반경 방향의 상류 평균 압력을 상기 상류 수직구멍을 통해 측정하고,
   유체가 흐르는 관로 내의 반경 방향의 하류 평균 압력을 상기 하류 수직구멍을 통해 측정하고,
   상기 상류 평균 압력과 상기 하류 평균 압력의 차압을 이용하여 유량을 측정하는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
8. 제4항에 있어서,
   상기 플랜지 본체는
   상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 관로 내 정압을 측정하기 위한 정압 측정용 구멍과,
   상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 마운트되는 온도 센서 마운트용 구멍을 더 포함하는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
9. 유량을 측정하기 위한 유량 감지 엘리먼트;
   유체가 흐르는 파이프(pipe)와 파이프를 연결하는 원형의 플랜지(flange);
   를 포함하고,
   상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 플랜지가 일체형으로 제작되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
10. 제9항에 있어서,
    상기 플랜지가 파이프를 연결할 때, 상기 유량 감지 엘리먼트가 유량 측정이 가능한 부분에 위치하도록 상기 유량 감지 엘리먼트와 상기 플랜지가 일체형으로 제작된 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
11. 제9항에 있어서,
    상기 플랜지는 파이프 연결 조립을 위한 플랜지 구멍이 형성된 플랜지 본체를 포함하고,
    상기 유량 감지 엘리먼트는 상기 플랜지의 중심을 지나서 상기 플랜지 본체와 연결되도록 제작되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
12. 제11항에 있어서,
    상기 유량 감지 엘리먼트는
    상기 유량 감지 엘리먼트의 상류 압력을 감지하기 위한 상류 압력탭과, 상기 유량 감지 엘리먼트의 하류 압력을 감지하기 위한 하류 압력탭을 포함하고,
    상기 상류 압력탭과 상기 하류 압력탭은 각각 파이프의 반경 방향을 따라서 1개 이상 형성되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
13. 제12항에 있어서,
    상기 유량 감지 엘리먼트의 내부에 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 상기 플랜지 본체까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 상류 쪽의 상류 수직구멍과,
    상기 유량 감지 엘리먼트의 내부에 상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 상기 플랜지 본체까지 하나의 구멍으로 관통하는 유동 방향 하류 쪽의 하류 수직구멍을 더 포함하고,
    상기 상류 수직구멍에는 상기 유량 감지 엘리먼트에 형성된 상기 상류 압력탭이 모두 연결되고, 상기 하류 수직구멍에는 상기 유량 감지 엘리먼트에 형성된 상기 하류 압력탭이 모두 연결되는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
14. 제13항에 있어서,
    유체가 흐르는 파이프 내의 반경 방향의 상류 평균 압력을 상기 상류 수직구멍을 통해 측정하고,
    유체가 흐르는 파이프 내의 반경 방향의 하류 평균 압력을 상기 하류 수직구멍을 통해 측정하고,
    상기 상류 평균 압력과 상기 하류 평균 압력의 차압을 이용하여 유량을 측정하는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.
15. 제11항에 있어서,
    상기 플랜지 본체는
    상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 관로 내 정압을 측정하기 위한 정압 측정용 구멍과,
    상기 플랜지의 반경 방향으로 형성되어 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 마운트되는 온도 센서 마운트용 구멍을 더 포함하는 관로 연결수단 일체형 평균 피토 타입 차압 유량계.

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