KR101592146B1 - 일체형 압력 유량계 - Google Patents

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KR101592146B1
KR101592146B1 KR1020150102585A KR20150102585A KR101592146B1 KR 101592146 B1 KR101592146 B1 KR 101592146B1 KR 1020150102585 A KR1020150102585 A KR 1020150102585A KR 20150102585 A KR20150102585 A KR 20150102585A KR 101592146 B1 KR101592146 B1 KR 101592146B1
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Abstract

본 발명에 따르면, 가압 유체가 유동하는 도관(9); 상기 도관(9) 내에 설치된 오리피스(19); 상기 오리피스(19)의 상류측에 유체 소통 가능하게 연결된 제 1 단부 및 상기 오리피스(19)의 하류측에 유체 소통 가능하게 설치된 제 2 단부를 구비하는 U 자형 투명관(13); 상기 U 자형 투명관(13)내의 수위 변화에 따라 승강하도록 상기 U 자형 투명관(13)내에 배치된 플로트(14); 상기 U 자형 투명관(13)의 상기 제 1 단부로부터 유입되는 유체가 유동 가능하도록 연결된 유입관(1); 상기 유입관(1)에 유체 소통 가능하게 연결된 브루돈관(3); 상기 브루돈관(3)의 폐쇄 단부와 연결됨으로써 상기 브루돈관(3)의 변형에 따라서 상기 오리피스(19)의 상류측에 해당하는 도관(9)의 압력(P1)을 표시하는 가동 지침(5); 상기 U 자형 투명관(13)의 제 1 측 단부로부터 상기 도관(9)의 내부로 연장된 인입관(22); 및, 상기 인입관(22)의 입구에 설치되고 유동을 안정화시키는 안정화 챔버(2);를 포함하는, 일체형 압력 유량계가 제공된다.

Description

일체형 압력 유량계{Integrated Metering Device For Pressure And Flow Rate}
본 발명은 일체형 압력 유량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력 및 유량을 동일 위치에서 확인할 수 있는 일체형 압력 유량계에 관한 것이다.
통상적으로 가압 펌프와 같은 가압 유체 송출 장치를 운전하는 동안 유량 및 유압을 측정하기 위한 측정 장치들은 유체 시스템의 상이한 위치에 배치된다. 따라서 가압 유체 송출 장치의 성능을 시험 또는 검증하려면 각각의 측정 장치가 설치된 상이한 위치를 작업자 또는 시험관이 이동하면서 측정을 수행하여야 한다.
예를 들어, 소방 기술 기준에 관한 규칙에 따르면, 소방용 가압 송수 장치(소방펌프)는 정격유량의 150%에서 정격압력의 65%이상의 성능이 유지되어 한다는 규정을 충족시켜야 하며, 이와 같은 규정을 충족시키는지의 여부는 가압 송수 장치의 상이한 위치에 각각 설치된 유량계와 압력계를 통하여 확인된다. 즉, 소방 펌프 토출측에는 유수의 압력이 표시되는 압력계가 설치되고, 소방 펌프의 다른 위치에 유수의 유량을 표시되는 유량계가 설치되어야 한다. 이와 같이 상이한 위치에 별도로 설치되는 유량계 및 압력계를 통해 관내의 유량 및 압력을 측정하면 측정시의 불편함이 증가할 뿐만 아니라, 측정 장치를 구비하고 설치하는데 따른 비용 증가의 문제점이 있다.
한편, 종래 기술에 따른 유량계 및 압력계에서는 유체가 유량계 또는 압력계로 유입되는 과정에서 와류가 발생하고, 상기 와류에 의하여 유량 및 압력의 왜곡이 발생될 수 있다. 즉, 와류의 발생은 순간 과도 압력으로 이어지고, 그에 따라서 유량 및 압력을 나타내는 지침이 떨리는 진동 현상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결한 일체형 압력 유량계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유량 및 압력의 측정시에 발생되는 지침의 진동 현상이 방지될 수 있는 일체형 압력 유량계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용상의 편의성과 측정시의 안정성이 향상된 일체형 압력 유량계를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,
가압 유체가 유동하는 도관;
상기 도관 내에 설치된 오리피스;
상기 오리피스의 상류측에 유체 소통 가능하게 연결된 제 1 단부 및 상기 오리피스의 하류측에 유체 소통 가능하게 설치된 제 2 단부를 구비하는 U 자형 투명관;
상기 U 자형 투명관내의 수위 변화에 따라 승강하도록 상기 U 자형 투명관 내에 배치된 플로트;
상기 U 자형 투명관의 상기 제 1 단부로부터 유입되는 유체가 유동 가능하도록 연결된 유입관;
상기 유입관에 유체 소통 가능하게 연결된 브루돈관;
상기 브루돈관의 폐쇄 단부와 연결됨으로써 상기 브루돈관의 변형에 따라서 상기 오리피스의 상류측에 해당하는 도관의 압력을 표시하는 가동 지침;
상기 U 자형 투명관의 제 1 측 단부로부터 상기 도관의 내부로 연장된 인입관; 및,
상기 인입관의 입구에 설치되고 유동을 안정화시키는 안정화 챔버;를 포함하는, 일체형 압력 유량계가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 U 자형 투명관에는 상기 도관을 통해 유동하는 유체의 유량을 나타내는 눈금이 표시되고, 상기 플로트가 지시하는 눈금을 읽음으로써 유량을 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 안정화 챔버는 상기 도관과 평행하게 배치되고, 상기 도관의 길이 방향 중심축과 동일한 길이 방향 중심축을 가진다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 안정화 챔버에는 필터가 구비된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 도관내에서 상기 가압 유체의 최대 유량이 유동할 때 상기 플로트가 지시하는 위치와 상기 도관을 통한 유량이 제로일 때 상기 플로트가 지시하는 위치 사이를 균등 분할함으로써 표시된 눈금으로 유량이 표시된다.
본 발명에 따른 일체형 압력 유량계는 도관을 통해 유동하는 유체의 압력 및 유량을 동일한 위치에서 동시에 측정할 수 있다는 장점을 가진다. 즉, 본원 발명에서는 유량을 표시하기 위한 U 자형 투명관 및 유압을 표시하기 위한 브루돈관이 일체형으로 구성되므로, 유량 및 유압의 측정을 위하여 동일한 작업자가 상이한 위치로 이동하거나 또는 상이한 작업자가 상이한 위치에 동시에 존재할 필요가 없다. 또한 본 발명에 따른 일체형 압력 유량계에서는 유량 및 압력을 각각 나타내는 U 자형 투명관과 브루돈관으로 유체가 유입될 때 유체 유동을 안정화시킬 수 있는 안정화 챔버가 구비됨으로써 유량을 나타내는 플로트 및 압력을 나타내는 가동 지침의 떨림 현상이 방지될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 일체형 압력 유량계의 개략적인 구성도이다.
도 1 은 본 발명에 따른 일체형 압력 유량계의 개략적인 구성도로서, 상기 일체형 압력 유량계는 펌프(미도시)와 같은 가압 유체 송출 장치에 연결될 수 있다.
도면을 참조하면, 일체형 압력 유량계는, 가압 유체가 유동하는 도관(9); 상기 도관(9) 내에 설치된 오리피스(19); 상기 오리피스(19)의 상류측에 유체 소통 가능하게 연결된 제 1 단부 및 상기 오리피스(19)의 하류측에 유체 소통 가능하게 설치된 제 2 단부를 구비하는 U 자형 투명관(13); 상기 U 자형 투명관(13)내의 수위 변화에 따라 승강하도록 상기 U 자형 투명관(13)내에 배치된 플로트(14); 상기 U 자형 투명관(13)의 상기 제 1 단부로부터 유입되는 유체가 유동 가능하도록 연결된 유입관(1); 상기 유입관(1)에 유체 소통 가능하게 연결된 브루돈관(3); 상기 브루돈관(3)의 폐쇄 단부와 연결됨으로써 상기 브루돈관(3)의 변형에 따라서 상기 오리피스(19)의 상류측에 해당하는 도관(9)의 압력(P1)을 표시하는 가동 지침(5); 상기 U 자형 투명관(13)의 제 1 측 단부로부터 상기 도관(9)의 내부로 연장된 인입관(22); 및, 상기 인입관(22)의 입구에 설치되고 유동을 안정화시키는 안정화 챔버(2);를 포함한다.
도관(9)의 일측에는 밸브(16)가 설치된다. 상기 밸브(16)는 도관(9)을 개방하거나 폐쇄할 수 있으며, 또한 도관(9)을 부분적으로 개방하거나 부분적으로 폐쇄할 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 상기 도관(9)의 상류측에는 펌프가 설치된다. 펌프에 의해 가압된 유체는 밸브(16)의 개방 정도에 따라서 변화되는 유량으로 도관(9)을 통해 유동한다. 유체의 압력은 오리피스(19)의 상류측에서 P1 이고, 오리피스(19)의 하류측에서 P2 이며, P1 > P2 이다. 또한 유체의 유량은 오리피스(19)의 상류측에서 Q1 이고, 오리피스(19)의 하류측에서 Q2 이고, Q1=Q2 이다.
상기 U 자형 투명관(13)은 도관(9)의 외측에 배치된 지지체(23)에 의해 도관(9)과 결합된다. 지지체(23)는 U 자형 투명관(13)과 도관(9)을 서로 안정되게 결합시킬 뿐만 아니라 유체의 누설을 방지할 수 있도록 밀봉하는 역할을 한다.
위에 설명된 바와 같이 U 자형 투명관(13)의 제 1 단부는 오리피스(19)의 상류측에 유체 소통 가능하게 연결되는 반면에, U 자형 투명관(13)의 제 2 단부는 오리피스(19)의 하류측에 유체 소통 가능하게 연결된다. 따라서 U 자형 투명관(13)의 제 1 단부로부터 유입된 유체는 오리피스(19)의 상류측 압력(P1)에 따라서 U 자형 투명관(13) 내부에서 유체의 수위가 변화되고, U 자형 투명관(13)의 제 2 단부로부터 유입된 유체는 오리피스(19)의 하류측 압력(P2)에 따라서 U 자형 투명관(13) 내부에서 유체의 수위가 변화된다.
밸브(16)가 완전 폐쇄되어 있다면 유체 유동이 없고 유량이 제로이므로 P1=P2 이다. 이에 반하여 밸브(16)를 개방하여 펌프(미도시)로 가압된 유체가 유동하는 경우에는 P1 > P2 이므로, U 자형 투명관(13)의 제 1 단부 및 제 2 단부로부터 유입된 유체의 수위가 U 자형 투명관(13)의 내부에서 상이하게 된다. 예를 들어, 밸브(16)를 임의의 정도로 개방했을 때 U 자형 투명관(13)의 내부에서 제 1 단부를 통해 유입된 유체가 H1 의 수위를 가지고, 제 2 단부를 통해 유입된 유체가 H2 의 수위를 가질 수 있다.
U 자형 투명관(13)에는 제 1 단부로부터 유입되는 유체의 부력에 의해 승강될 수 있는 플로트(float, 14)가 구비된다. 또한 상기 플로트(14)가 승강되는 높이를 표시할 수 있는 눈금(15)이 U 자형 투명관(13)에 구비되어 있다.
도면에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 상기 U 자형 투명관(13)은 상단부가 폐쇄되고 하단부가 오리피스(19)의 상류측에 연결된 1 자형 투명관으로 대체될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 1 자형 투명관의 내부에 구비된 플로트(14)는 1 자형 투명관내로 유입된 유체 수위에 따라서 승강된다. 플로트(14)의 위치를 통하여 유량의 변화를 측정할 수 있다. 이와 관련하여, 이후에 설명되는 U 자형 투명관(13)에서의 플로트(14)의 위치를 통하여 유량의 변화를 측정할 수 있는 원리가 1 차형 투명관을 채용한 경우에도 동일하게 적용될 수 있다는 점을 당업자는 이해할 것이다.
U 자형 투명관(13)으로부터 연장된 유입관(1)의 단부에는 브루돈관(3)이 연결된다. 브루돈관(3)은 도면에 도시된 바와 같이 고정체(21)에 의해 유입관(1)과 안정되고 유체 누설 없이 연결될 수 있다. 공지된 바와 같이 브루돈관(3)은 브루돈관(3)의 내부 압력에 따라서 변형되며, 그에 따라서 브루돈관(3)의 폐쇄된 단부는 압력에 비례하여 변위된다. 즉, 브루돈관(3)은 도면에 도시된 바와 같이 압력의 증감에 따라서 우측으로 팽창하거나 좌측으로 수축되는 변형을 일으키며, 그에 의해 폐쇄 단부의 위치가 변위된다. 브루돈관(3)의 폐쇄된 단부 및 가동 지침(5)의 제 1 단부에는 연결 고리(7)가 구비되며, 상기 연결 고리(7)들이 링크로 연결된다. 가동 지침(5)은 회전축(6)을 중심으로 회전하도록 설치된다.
가동 지침(5)의 제 2 단부는 가동 지침(5)의 회전에 따라서 압력 표시 눈금(4)을 지시함으로써 압력을 표시할 수 있다. 상기 가동 지침(5)이 지시하는 압력 표시 눈금(4)을 읽음으로써 오리피스(19)의 상류측 압력(P1)을 측정할 수 있다.
인입관(22)은 U 자형 투명관(13)으로부터 도관(9)의 내부로 연장되며, 인입관(22)의 단부에는 필터(18)를 구비한 안정화 챔버(2)가 고정된다. 안정화 챔버(2)는 도면에 도시된 바와 같이 전체적으로 원통 형상을 가지도록 구성되고, 상기 도관(9)과 평행하게 배치되며, 상기 도관(9)의 길이 방향 중심축과 동일한 길이 방향 중심축을 가지도록 설치되는 것이 바람직스럽다.
도관(9)을 통해 유동하는 유체는 상기 안정화 챔버(2) 및 인입관(22)을 통해 U 자형 투명관(13)으로 유입됨으로써 유동이 안정화될 수 있다. 유체가 상기 안정화 챔버(2)를 통과하는 동안 와류 현상이 억제될 수 있으며, 따라서 와류에 의한 순간적인 과도 압력의 발생이 방지될 수 있다. 안정화 챔버(2)를 통하여 U 자형 투명관(13)으로 유입된 유체는 U 자형 투명관(13) 내부에서 안정되므로, 플로트(14)와 가동 지침(5)에서는 떨림 현상이 발생되지 않는다.
안정화 챔버(2)의 내부에는 필터(18)가 구비될 수 있으며, 상기 필터(18)는 유체에 포함된 이물질이 U 자형 투명관(13)의 내부로 유입되거나 U 자형 투명관(13)을 폐쇄시키는 것을 방지한다. 필터(18)는 예를 들어 금속 필터인 것이 바람직스럽다.
위와 같이 구성된 본 발명의 일체형 압력 유량계에서, 특정 유량을 가진 펌프를 이용하여 플로트(14)가 지시하는 U 자형 투명 유리관(13)상의 눈금(15)으로써 유량을 나타내도록 할 수 있다.
예를 들어, 1000 LPM(liter/min)의 유량을 가진 펌프의 가동시에 밸브(16)를 완전 개방하면 플로트(14)는 최고 위치까지 상승하고, 플로트(14)가 지시하는 U 자형 투명관(13)상의 눈금(15)은 1000 LPM 의 유량을 나타낸다. 즉, 플로트(14)가 상승될 수 있는 최고 위치는 1000 LPM 의 유량을 나타낸다.
이에 반하여, 밸브(16)를 완전 폐쇄하면 도관(9)의 내부에는 유체 유동이 이루어지지 않고 유량이 제로이므로, 이때 플로트(14)가 지시하는 U 자형 투명관(13)상의 눈금(15)은 0 LPM 의 유량을 나타낸다.
실제에 있어서, 도관(9)의 배출구를 개방한 상태에서 밸브(16)를 폐쇄하면 유체가 모두 배출되며, 도관(9) 내부에는 유체가 존재하지 않을 것이다. 그러한 경우에 플로트(14)는 U 자형 투명관(13)의 제 1 단부 아래로 하강하여 사용자의 시야에서 사라지고, 따라서 O LPM 의 플로트 위치를 판단할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도관(9)의 배출구를 폐쇄시킨 상태에서 밸브(16)를 개방하고 유체를 도관(9)의 내부로 가압 유동시켜서 U 자형 투명관(13)내의 유체 수위를 어느 정도 상승시킨다. 이후에 U 자형 투명관(13) 내부에서 플로트(14)의 최저 위치를 사용자가 판단할 수 있을 때 밸브(16)를 폐쇄시킨다. 이때, 도관(9) 내부에는 유체 유동이 없는 상태이므로, 플로트(14)의 해당 위치는 O LPM 의 유량을 나타낸다.
다음에 U 자형 투명관(13)에서 플로트(14)의 최고 상승 위치에 해당하는 1000 LPM 의 위치와 밸브(16)가 폐쇄됨으로써 유량이 제로인 상태를 나타내는 O LPM 의 위치를 균등한 간격으로 분할하여 표시한다. 즉, U 자형 투명관(13)에서 1000 LPM 과 0 LPM 을 나타내는 눈금의 중간 위치는 500 LPM 에 대응하고, 1000 LPM 과 500 LPM 사이의 중간 위치는 750 LPM 에 대응하고 0 LPM 과 500 LPM 사이의 중간 위치는 250 LPM 에 대응한다.
다른 예에서, 2000 LPM(liter/min)의 유량을 가진 펌프의 가동시에 밸브(16)를 완전 개방하면 플로트(14)는 최고 위치까지 상승하고, 플로트(14)가 지시하는 U 자형 투명관(13)상의 눈금(15)은 2000 LPM 의 유량을 나타낸다. 또한 위에서 설명한 바와 같이 도관내의 유량이 제로일 경우에, 플로트(14)가 하강되는 최저 위치는 0 LPM 의 유량을 나타낸다. 따라서 2000 LPM 을 나타내는 눈금과 0 LPM 을 나타내는 눈금 사이를 균등 분할함으로써 1000 LPM, 500 LPM, 1500 LPM 등을 나타내는 눈금을 투명관(13)상에 구비할 수 있다.
U 자형 투명관(13)내에서 승강하는 플로트(14)의 위치 판단을 통한 도관(9) 내부의 유량 측정은 베르누이의 정리를 이용한 것이라는 점이 이해되어야 한다. 즉, 관유동의 유량은 도관의 단면적과 유속의 곱으로 정의되므로 유속을 구함으로써 유량을 측정할 수 있다. 도관(9) 내에서 오리피스(19)의 상류측의 유량(Q1)과 하류측의 유량(Q2)은 동일하고, 오리피스(19) 상류측에서의 압력(P1)은 오리피스(19)의 교축 작용에 의해 오리피스(19)의 하류측에서 압력(P2)으로 낮아진다 (P1 > P2).
이때 유속은 압력에 반비례하므로, 오리피스(19)의 상류측의 유속(V1)은 하류측의 유속(V2) 으로 빨라진다 (V1 < V2). 따라서 압력(P1,P2)의 차이에 따른 U 자형 투명관(13) 내부의 플로트(14)의 위치를 판단함으로써, 유속(V1,V2)의 변화 정도를 판단할 수 있으며, 그에 의하여 유량의 변화를 판단할 수 있다. 즉, 최대 유량에서의 플로트(14)의 위치와 제로 유량에서의 플로트(14)의 위치를 균등 분할함으로써 플로트(14)의 위치에 따라서 유량을 측정할 수 있다.
1. 유입관 3. 브루돈관
5. 가동 지침 6. 회전축
13. 투명 유리관 14. 플로트

Claims (5)

  1. 가압 유체가 유동하는 도관(9);
    상기 도관(9) 내에 설치된 오리피스(19);
    상기 오리피스(19)의 상류측에 유체 소통 가능하게 연결된 제 1 단부 및 상기 오리피스(19)의 하류측에 유체 소통 가능하게 설치된 제 2 단부를 구비하는 U 자형 투명관(13);
    상기 U 자형 투명관(13)내의 수위 변화에 따라 승강하도록 상기 U 자형 투명관(13)내에 배치된 플로트(14);
    상기 U 자형 투명관(13)의 상기 제 1 단부로부터 유입되는 유체가 유동 가능하도록 연결된 유입관(1);
    상기 유입관(1)에 유체 소통 가능하게 연결된 브루돈관(3);
    상기 브루돈관(3)의 폐쇄 단부와 연결됨으로써 상기 브루돈관(3)의 변형에 따라서 상기 오리피스(19)의 상류측에 해당하는 도관(9)의 압력(P1)을 표시하는 가동 지침(5);
    상기 U 자형 투명관(13)의 제 1 측 단부로부터 상기 도관(9)의 내부로 연장된 인입관(22); 및,
    상기 인입관(22)의 입구에 설치되고 유동을 안정화시키는 안정화 챔버(2)로서, 상기 안정화 챔버(2)는 상기 도관(9)과 평행하게 배치되고, 상기 도관(9)의 길이 방향 중심축과 동일한 길이 방향 중심축을 가지고, 필터를 구비하는, 안정화 챔버(2);를 포함하는, 일체형 압력 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 U 자형 투명관(13)에는 상기 도관(9)을 통해 유동하는 유체의 유량을 나타내는 눈금이 표시되고, 상기 플로트(14)가 지시하는 눈금(15)을 읽음으로써 유량을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 일체형 압력 유량계.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관내에서 상기 가압 유체의 최대 유량이 유동할 때 상기 플로트가 지시하는 위치와 상기 도관을 통한 유량이 제로일 때 상기 플로트가 지시하는 위치 사이를 균등 분할함으로써 표시된 눈금으로 유량을 표시하는 것을 특징으로 하는, 일체형 압력 유량계.
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