KR101761255B1 - 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템 - Google Patents

선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템 Download PDF

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KR101761255B1 KR1020170054570A KR20170054570A KR101761255B1 KR 101761255 B1 KR101761255 B1 KR 101761255B1 KR 1020170054570 A KR1020170054570 A KR 1020170054570A KR 20170054570 A KR20170054570 A KR 20170054570A KR 101761255 B1 KR101761255 B1 KR 101761255B1
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김대곤
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스칸젯매크론 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레벨 상승 혹은 하강에 따른 배압(back pressure)에 대비하여 필요한 액체의 유량을 압력센서에 저장된 정보를 토대로 계산된 모터부의 동작 신호에 의하여 모터부가 동작하여 유량을 자동 조절하는 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템에 관한 것이다.

Description

선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템{Motor flow control system with automatic control of compressed air flow for water level measurement of ship liquid tank}
본 발명은 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레벨 상승 혹은 하강에 따른 배압(back pressure)에 대비하여 필요한 액체의 유량을 압력센서에 저장된 정보를 토대로 계산된 모터부의 동작 신호에 의하여 모터부가 동작하여 유량을 자동 조절하는 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템에 관한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 유량컨트롤장치(FCU, Flow Controller Unit)는 수동으로 유량(플로우 량)을 조절하는 방식을 채택하고 있었다.
따라서, 기계 구조 방식에 의한 유량 조절을 수행하기 때문에 레벨 상승 혹도에 대한 유량 조절의 한계가 발생할 수밖에 없었다.
또한, 멤브레인(막) 손상으로 인한 신뢰성이 저하되는 심각한 문제점을 가지고 있었다.
즉, 공기를 에어레귤레이터유니트(10)에서 획득하게 되면 여기서 각각의 유량컨트롤장치에 공기를 공급하게 되는데, 각각의 유량컨트롤장치(20)에는 센서(30)가 구성될 수 있으며, 탱크(40)에 제어된 유량을 제공하는 방식을 이용하고 있었다.
상기 유량컨트롤장치들은 다수 형성되며, 이를 보관하기 위한 TLG 캐비넷을 구성하고 있다.
상기한 종래의 방식은 스캐닝 타입의 사용이 불가능하며, 제품 조립 시간이 상당히 길며, 유량의 정확성이 저하되므로 불량율이 높아 사용 상에 상당한 제약이 따르게 되었다.
따라서, 스캐닝 타입에도 적용이 가능하면서 조립시간 단축, 유량 측정의 정확성, 불량율 저하 등의 장점을 제공하는 시스템을 제안하게 된 것이다.
대한민국등록실용신안공보 제20-0239839호(2001.09.13)
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 레벨 상승 혹은 하강에 따른 배압(back pressure)에 대비하여 필요한 액체의 유량을 압력센서에 저장된 정보를 토대로 계산된 모터부의 동작 신호에 의하여 모터부가 동작하여 유량을 자동 조절하도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템은,
액체탱크(400)의 압축 공기를 일정 압력으로 유지하며, 일정 압력 이상시 모터유량컨트롤장치(300)으로 압축 공기를 제공하기 위한 공기압조정기(100)와,
일측이 상기 공기압조정기와 연결되어 있으며, 타측에 압력센서(200)와 연결되어 있어 압력센서에 의해 계산된 수위 대비 유량을 내부에 구성된 모터에 의해 조절되도록 하여 조절된 유량을 액체탱크(400)로 공급하기 위한 모터유량컨트롤장치(300)와,
상기 모터유량컨트롤장치(300)로부터 제공된 공기압을 내부에 저장된 압력 정보를 토대로 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 동작 신호를 모터부로 제공하기 위한 압력센서(200)와,
상기 모터유량컨트롤장치(300)의 유량 조절에 따라 제공되는 유량을 보관하기 위한 액체탱크(400)를 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템은,
레벨 상승 혹은 하강에 따른 배압(back pressure)에 대비하여 필요한 액체의 유량을 압력센서에 저장된 정보를 토대로 계산된 모터부의 동작 신호에 의하여 모터부가 동작하여 유량을 자동 조절하는 효과를 제공하게 된다.
또한, 스캐닝 타입에도 적용이 가능하면서 조립시간 단축, 유량 측정의 정확성, 불량율 저하 등의 장점을 제공하는 상승 효과가 있다.
도 1은 종래의 선박 액체탱크 모터유량컨트롤시스템을 개략적으로 나타낸 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템을 개략적으로 나타낸 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템의 모터유량컨트롤장치 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템의 모터유량컨트롤유니트 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템의 공기 소모량 표이며, 도 7은 공기 소모량 그래프이며, 도 8은 노즐에서의 분사 공기량 산출표이다.
본 발명의 실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템은,
액체탱크(400)의 압축 공기를 일정 압력으로 유지하며, 일정 압력 이상시 모터유량컨트롤장치(300)으로 압축 공기를 제공하기 위한 공기압조정기(100)와,
일측이 상기 공기압조정기와 연결되어 있으며, 타측에 압력센서(200)와 연결되어 있어 압력센서에 의해 계산된 수위 대비 유량을 내부에 구성된 모터에 의해 조절되도록 하여 조절된 유량을 액체탱크(400)로 공급하기 위한 모터유량컨트롤장치(300)와,
상기 모터유량컨트롤장치(300)로부터 제공된 공기압을 내부에 저장된 압력 정보를 토대로 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 동작 신호를 모터부로 제공하기 위한 압력센서(200)와,
상기 모터유량컨트롤장치(300)의 유량 조절에 따라 제공되는 유량을 보관하기 위한 액체탱크(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 공기압조정기(100)는,
선박공기컨트롤시스템으로부터 공기를 공급받기 위한 밸브(110);와
상기 밸브를 통과한 공기를 필터링하기 위한 에어필터(120);와
상기 에어필터 후단에 설치 구성되는 파이버드라이(130);와
상기 파이버드라이를 통과한 공기의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(140);와
상기 조절되는 공기의 압력을 측정하기 위한 인디케이터(150);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 모터유량컨트롤장치(300)는,
압력센서(200)와 연결된 압력센서용파이프(210)에 연결된 압력센서연결부(321);와
액체를 액체탱크(400) 내부로 제공하기 위한 액체제공부(322);와
어느 일측에 형성되어 공기압조정기(100)로부터 공급되는 공기를 공급받기 위한 공기공급부(323);와
상기 공기공급부(323)에 연결되어 있으며, 공급되는 공기를 공기보관부(327)로 제공하기 위한 공기공급밸브(326);와
상기 공기공급부(323)에 연결되어 있으며, 공기공급부로부터 공급되는 공기량을 조절하기 위한 퍼지밸브(324);와
유량을 측정하기 위한 유량측정부(325);와
상기 공기보관부(327)에 형성되어 공기압에 의해 상하 이동하는 러버멤브레인(328);을 포함하는 모터유량컨트롤유니트(320)와,
상기 압력센서(200)로부터 동작 신호를 획득하여 설정 각도로 회전하여 유량을 조절하기 위한 모터부(310)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압력센서(200)는,
압력에 따라 모터부의 회전 변위 정보를 저장하고 있는 회전변위정보저장부(210);와
상기 회전변위정보저장부에 저장된 회전 변위 정보를 참조하여 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 계산된 동작 신호를 모터부로 제공하기 위한 동작신호처리부(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템을 개략적으로 나타낸 전체 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템은 크게, 공기압조정기(100)와, 모터유량컨트롤장치(300)와, 압력센서(200) 및 액체탱크(400)를 포함하여 구성되게 된다.
이때, 부가적인 양상에 따라, 액체탱크(400)가 적어도 한 개 이상 설치 구성될 경우에, 상기 모터유량컨트롤장치(300)와 압력센서(200) 및 액체탱크(400)를 한 조로 하여 다수 설치 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명 시스템의 특징은 레벨 상승 혹은 하강에 따른 배압(back pressure)에 대비하여 필요한 액체의 유량을 압력센서에 저장된 정보를 토대로 계산된 모터부의 동작 신호에 의하여 모터부가 동작하여 유량을 자동 조절하는 효과를 제공하게 된다.
또한, 스캐닝 타입에도 적용이 가능하면서 조립시간 단축, 유량 측정의 정확성, 불량율 저하 등의 장점의 상승 효과를 제공하게 된다.
부연 설명하자면, 상기한 일반적인 스캐닝 타입의 유량컨트롤장치는 각 탱크 별 독립된 센서와 Flow control이 가능한 Unit로 구성되어 있으나, 생산원가 절감으로 8 tank에 sensor 1개를 사용하고, Flow 량을 조정하는 unit대신에 on/off 동작만 되는 Solenoid valve를 각 tank로 공기를 보내는 입구에 설치하고, Main board가 시퀀스 제어로 7 ~ 8초에 1회씩 flow를 조정되지 않는 다이렉트 공기압을 탱크로 보내어서 배압을 측정하는 방식이다.
따라서, 유량 측정값의 부정확성과 불량율을 높이는 원인이 되고 있다.
그러나, 본 발명은 flow를 모터(motor) 제어에 의해 유량을 조정하므로, 기존의 일반적인 방식과 상기한 스캐닝 방식의 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템의 전체 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 공기압조정기(100)는 액체탱크(400)의 압축 공기를 일정 압력으로 유지하며, 일정 압력 이상시 모터유량컨트롤장치(300)으로 압축 공기를 제공하기 위한 기능을 수행하게 된다.
상기와 같은 기능을 수행하기 위하여, 선박공기컨트롤시스템으로부터 공기를 공급받기 위한 밸브(110);와
상기 밸브를 통과한 공기를 필터링하기 위한 에어필터(120);와
상기 에어필터 후단에 설치 구성되는 파이버드라이(130);와
상기 파이버드라이를 통과한 공기의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(140);와
상기 조절되는 공기의 압력을 측정하기 위한 인디케이터(150);를 포함하여 구성되게 된다.
즉, 밸브(110)를 통해 선박공기컨트롤시스템으로부터 공기를 공급받게 되며, 에어필터(120)에 의해 상기 밸브를 통과한 공기를 필터링하게 된다.
이후, 에어필터 후단에 설치 구성된 파이버드라이(130)를 통과한 공기의 압력을 레귤레이터(140)에서 조절하게 되는 것이다.
이때, 인디케이터(150)에서, 상기 조절되는 공기의 압력을 측정하게 되는 것이다.
또한, 상기 모터유량컨트롤장치(300)는 일측이 상기 공기압조정기와 연결되어 있으며, 타측에 압력센서(200)와 연결되어 있어 압력센서에 의해 계산된 수위 대비 유량을 내부에 구성된 모터에 의해 조절되도록 하여 조절된 유량을 액체탱크(400)로 공급하게 되는 것이다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같은 구조를 가지게 되며, 이를 위하여 압력센서와 연결되는 에어 아웃렛과, 액체탱크와 연결되는 에어 아웃렛과, 내부에 모터부가 구성되며, 모터부의 회전에 의해 동작하는 로터리 기어와 스트레이트 기어를 모터 샤프트에 결합시키게 된다.
상기한 모터유량컨트롤장치를 도면에서는 MFCU(Motor Flow Controller Unit)으로 정의하였다.
즉, 상기 모터유량컨트롤장치는 선박의 연료유 탱크, 각종 기름 탱크, 밸러스트 탱크, 드라프트, 엔진룸에 설치 구성하여 탱크 내의 수위와 양(볼륨)의 측정과 선박의 잠김 상태 전,후,좌,우 경사도 측정에 사용할 수 있도록 모터부가 내장된 장치이다.
작동원리는 여과를 거친 공기를 고속관을 통해 연속적으로 탱크 내부 측정관에 주입하여 피측정 액체의 수두압에 상응하는 배압(back pressure)을 이용하여 수위를 측정하는 원리이다.
즉, 탱크 내부 액체의 밑바닥까지 파이프를 삽입하고 일정량의 공기를 불어넣으면 수위에 상응하는 압력보다 높게 형성된 공기는 파이프 끝단에서 기포로 방출된다.
이때, 파이프 내부 공기압은 액체의 수두압에 상당한 압력이 형성되고, 이 수두압을 액체의 비중으로 나누면 액체의 수위를 측정할 수 있게 된다.
따라서, 탱크 내의 액체의 수위와 상응하는 용량(볼륨)을 계기눈금판(인디케이터)에서 측정하여 탱크 내의 액체 높이(레벨)과 양(볼륨)을 계측할 수 있게 된다.
상기와 같은 과정을 전자동으로 실행하기 때문에 데이터로 인한 자동 조절, 점검 및 동작 사항을 자동 체크, 대기 상태가 가능한 점, 고객 신뢰도 상승 및 유지관리 불안감 해소 등의 상승 효과를 제공할 수 있게 된다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 모터유량컨트롤유니트(320)는,
압력센서(200)와 연결된 압력센서용파이프(210)에 연결된 압력센서연결부(321);와
액체를 액체탱크(400) 내부로 제공하기 위한 액체제공부(322);와
어느 일측에 형성되어 공기압조정기(100)로부터 공급되는 공기를 공급받기 위한 공기공급부(323);와
상기 공기공급부(323)에 연결되어 있으며, 공급되는 공기를 공기보관부(327)로 제공하기 위한 공기공급밸브(326);와
상기 공기공급부(323)에 연결되어 있으며, 공기공급부로부터 공급되는 공기량을 조절하기 위한 퍼지밸브(324);와
유량을 측정하기 위한 유량측정부(325);와
상기 공기보관부(327)에 형성되어 공기압에 의해 상하 이동하는 러버멤브레인(328);을 포함하게 된다.
구체적으로 설명하자면, 압력센서연결부(321)가 압력센서(200)와 연결된 압력센서용파이프(210)에 연결되게 된다.
그리고, 하측에는 액체를 액체탱크(400) 내부로 제공하기 위한 액체제공부(322)를 구성하게 된다.
그리고, 하측의 어느 일측에 공기공급부(323)를 구성하여 공기압조정기(100)로부터 공급되는 공기를 공급받게 된다.
이때, 상기 공기공급부(323)는 퍼지밸브(324)로 연결되는 파이프와 해당 파이프의 어느 일측에 분기되는 분기파이프에 공기를 공급하게 된다.
이때, 상기 공기공급밸브(326)가 공기공급부(323)에 연결되어 있는데, 구체적으로 분기파이프에 연결되게 된다.
따라서, 공급되는 공기를 공기보관부(327)로 제공하게 되는 것이다.
이때, 퍼지밸브(324)는 공기공급부(323)에 연결되어 있는데, 구체적으로 파이프에 연결되어 공기공급부로부터 공급되는 공기량을 조절하게 되는 것이다.
한편, 상기 퍼지밸브를 통과한 공기는 다시 압력센서연결부(321)와 연결되어 있는 파이프를 통해 압력센서연결부로 공기를 제공하게 되며, 상기 파이프로부터 분기된 분기파이프를 구성하고, 해당 분기파이프에 유량을 측정하기 위한 유량측정부(325)를 구성하게 된다.
한편, 공기보관부(327)에 공기압에 의해 상하 이동하는 러버멤브레인(328)를 구성하게 된다.
그리고, 추가적으로 모터유량컨트롤장치(300)는 상기 압력센서(200)로부터 동작 신호를 획득하여 설정 각도로 회전하여 유량을 조절하기 위한 모터부(310)를 구성하게 된다.
즉, 본 발명의 모터유량컨트롤장치(300)는, 크게 모터부(310)와 모터유량컨트롤유니트(320)를 포함하여 구성되게 되는 것이다.
한편, 상기 압력센서(200)는 상기 모터유량컨트롤장치(300)로부터 제공된 공기압을 내부에 저장된 압력 정보를 토대로 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 동작 신호를 모터부로 제공하게 되는 것이다.
상기와 같은 기능을 제공하기 위하여 상기 압력센서(200)는,
압력에 따라 모터부의 회전 변위 정보를 저장하고 있는 회전변위정보저장부(210);와
상기 회전변위정보저장부에 저장된 회전 변위 정보를 참조하여 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 계산된 동작 신호를 모터부로 제공하기 위한 동작신호처리부(220);를 포함하여 구성되게 된다.
동작 과정을 설명하자면, 액체탱크(400) 예를 들어, 워터탱크 혹은 연료 탱크 등의 수위가 제로(빈 탱크)일 경우에 공기압조정기(100)에서 공급되는 7 바(bar)를 4 ~ 5 바로 모터유량컨트롤장치(300)에서 강압시킨 공기압을 공기공급부(323)를 이용하여 예를 들어, 0.5L/min 의 공기량을 액체탱크 내부로 제공하게 된다.
상기 0.5L/min 의 공기량은 선박의 발라스트 탱크의 동작(operation)에 가장 적합한 flow량이라고 할 수 있다.
선박의 발라스트 펌프의 용량과 평형수를 ballast/deballasting할 때, 펌프의 용량에 따라 레벨이 상승하는 속도에 최적의 값이라고 할 수 있다.
상기한 0.5L/min 의 공기량보다 더 낮은 flow 량을 보내더라도 문제가 발생되는 것은 아니다.
하지만, 레벨 지시되는 속도가 실제로 발라스트 수를 filling하는 속도보다 늦을 수 있기 때문에 0.5L/min로 setting하는 것이다.
더 빠른 속도를 요구할 때는 이보다 높게 탱크가 비어있을 때 조정할 수도 있다.
액체탱크 내에 수위가 0(ZERO)라는 의미는 압력센서용파이프(210) 내에 측정되는 압력이 없기 때문에 러버멤브레인(rubber membrane, 328)은 초기 상태로 유지되며, 이때, 공기공급밸브(326)를 통해서 들어오는 공기량의 매우 낮다.
한편, 액체탱크의 수위가 상승함에 따라 점 점 압력센서용파이프(210) 내에 압력이 형성되고, 이때, 러버멤브레인(rubber membrane, 328)이 이 압력에 따라 공기공급밸브(326)를 서서히 밀어서, 공기량이 점 점 많아지게 된다.
한편, 유량이 액체탱크가 비어있을 때, 필요한 0.5L/min을 계속 그 위치에 유지하고 있다는 것은 그만큼 파이프내 발생되는 압력에 대비하여 공기량을 액체탱크로 많이 보내기 때문이다.
따라서, 본 발명의 메커니즘으로 동작되는 유량(flow rate) 조절 방식을 파이프 내에 발생되는 압력에 필요한 량을 회전변위정보저장부(210)에 저장해 두고, 압력센서(200)에서 받은 압력에 따라, 모터부(310)에 시그널을 보내게 된다.
이때, 상기 모터부는 초미니 모터(스테핑모터도 가능)로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 모터부에 시그널을 보내어서, 회전을 하게 되면 유량을 모터부에 의해 조정할 수 있게 되는 것이다.
예를 들어, 모터 RPM이 6000 이라면, 분당 6000번 회전 혹은 초당 100번 회전하게 되며, 10ms 당 1회전을 하게 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 모터의 축과 공기 조절 노즐과 감속비 100 : 1인 기어가 설치되어 있으며, 감속비 100 : 1로 하면 분출되는 출구의 지름이 1mm일 때, 원주는 지름 x 3.14 이므로 1회전당 0.00314mm 정도로 제어할 수 있게 된다.
이때, 분출량의 계산은 하기와 같다.
노즐에서의 공기 분출량은 공기의 분출 속도가 음속에 도달할 때, 최대로 되므로(이것을 임계 조건이라고 함) 최대질량 유동률을 구함으로서, 산출된다.
공기의 비열비 k=1.4 인 경우에 최대질량 유동률(M max)에 따른 분출량은 수식1과 같다.
Mmax = 0.686 x {(π x d2 / 4 x P°)} / {
Figure 112017041593611-pat00001
} x {60 x 1000} / 1.2 ( l/min) (수식1)
여기서, d는 NOZZLE 직경(m로 환산), PO 는 절대압력(pascal 로 환산), R은 공기기체상수(Nm/㎏°K로 환산), TO 는 공기의 절대온도 (℃ + 273) 이다.
상기 수식1을 재정리하면, 분출량 Q(m3 / min)은 수식 2와 같다.
Q = (273.15 / σ) x {(πd2 /4) x C x Pa} /
Figure 112017041593611-pat00002
(수식2)
여기서, d는 NOZZLE 직경(m로 환산), C는 유량계수(공기인 경우 1 로 기입), σ는 공기 비중량(1.2 kg m3), TO 는 공기의 절대온도 (℃ + 273), Pa는 공기의 절대 압력(게이지 압력 + 1.0332 kg/cm2)
예를 들어, 상기 수식2의 온도 20 ℃를 기준으로 노즐에서의 분사 공기량을 표로 나타내면 도 8과 같다.
따라서, 본 발명의 회전변위정보저장부(210)에는 상기한 노즐에서의 분사 공기량 정보를 저장할 수 있을 것이다.
도 6에 도시한 공기 소모량 표는 액체 탱크의 수위에 따라 공기 소모량을 나타낸 것이므로, 상기 압력센서가 상기 공기 소모량 정보를 토대로 계산된 수위 대비 유량을 모터부에 의해 조절되도록 구성한 것이다.
즉, 회전변위정보저장부(210)에는 탱크레벨, L/min 당 공기 소모량, nm3/hr 당 공기 소모량 정보를 저장하고 있으며, 이와 더불어 상기 압력에 따라 모터부의 회전 변위 정보를 저장하게 되는 것이다.
이때, 상기 동작신호처리부(220)는 상기 회전변위정보저장부에 저장된 회전 변위 정보를 참조하여 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 계산된 동작 신호를 모터부로 제공하게 되는 것이다.
한편, 도 7은 공기소모량 그래프를 나타낸 것이며, Y축은 유량(L/min)을, X축은 미터(M)를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 모터유량컨트롤장치(300)에 0.5L/min으로 세팅할 경우에, 해수(sea water) 레벨 높이가 약 10미터이면 약 1 바의 압력을 제공하게 되며, 공기압은 약 0.76L/min을 제공하게 되는 것이다.
동작 과정을 설명하자면, 회전변위정보저장부(210)에 압력에 따라 모터부의 회전 변위 정보를 저장하게 된다.
이때, 압력에 따라 모터부의 회전 변위(동작 10ms단위)를 알 수 있다.
즉, motor shaft에 연결된 액체제공부(322)를 회전시키게 된다.
이를 위하여 상기 액체제공부는 유량컨트롤스크류(Flow control screw)를 구성하게 된다.
이후, 모터부의 동작 시간을 마이크로초(micro second)로 하면 flow 량을 조절할 수 있게 된다.
이는 레벨이 상승하는 속도에 따라 동작신호처리부(220)가 얼마든지 모터부를 제어하여, 레벨 업데이트되는 속도를 실제 오퍼레이팅 상황에 따라 유량(flow량)을 조절할 수 있는 장점을 제공할 수 있게 된다.
상기와 같은 구성 및 동작을 통해, 레벨 상승 혹은 하강에 따른 배압(back pressure)에 대비하여 필요한 액체의 유량을 압력센서에 저장된 정보를 토대로 계산된 모터부의 동작 신호에 의하여 모터부가 동작하여 유량을 자동 조절하는 효과를 제공하게 된다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 공기압조정기
200 : 압력센서
300 : 모터유량컨트롤장치
400 : 액체탱크

Claims (2)

  1. 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템에 있어서,
    액체탱크(400)의 압축 공기를 일정 압력으로 유지하며, 일정 압력 이상시 모터유량컨트롤장치(300)로 압축 공기를 제공하기 위한 공기압조정기(100)와,
    일측이 상기 공기압조정기와 연결되어 있으며, 타측에 압력센서(200)가 연결되어 있어 압력센서에 의해 계산된 수위 대비 유량을 내부에 구성된 모터부(310)에 의해 조절되도록 하여 조절된 유량을 액체탱크(400)로 공급하기 위한 모터유량컨트롤장치(300)와,
    상기 모터유량컨트롤장치(300)로부터 제공된 공기압을 내부에 저장된 압력 정보를 토대로 모터부(310)의 동작 시간을 계산하여 해당 동작 신호를 모터부로 제공하기 위한 압력센서(200)와,
    상기 모터유량컨트롤장치(300)의 유량 조절에 따라 제공되는 유량을 보관하기 위한 액체탱크(400)를 포함하여 구성되되,
    상기 공기압조정기(100)는,
    선박공기컨트롤시스템으로부터 공기를 공급받기 위한 밸브(110);와
    상기 밸브를 통과한 공기를 필터링하기 위한 에어필터(120);와
    상기 에어필터 후단에 설치 구성되는 파이버드라이(130);와
    상기 파이버드라이를 통과한 공기의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(140);와
    상기 조절되는 공기의 압력을 측정하기 위한 인디케이터(150);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 압력센서(200)는,
    압력에 따라 모터부의 회전 변위 정보를 저장하고 있는 회전변위정보저장부(210);와
    상기 회전변위정보저장부에 저장된 회전 변위 정보를 참조하여 모터부의 동작 시간을 계산하여 해당 계산된 동작 신호를 모터부로 제공하기 위한 동작신호처리부(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 모터유량컨트롤장치(300)는,
    압력센서(200)와 연결되는 에어 아웃렛과, 액체탱크(400)와 연결되는 에어 아웃렛과, 내부에 모터부(310)가 구성되며, 모터부의 회전에 의해 동작하는 로터리 기어와 스트레이트 기어를 모터 샤프트에 결합하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 모터부(310)는,
    압력센서(200)로부터 동작 신호를 획득하여 설정 각도로 회전하여 유량을 조절하는 것을 특징으로 하며,
    상기 액체탱크(400)와 연결되는 에어 아웃렛의,
    공기 비열비 k=1.4 인 경우에 최대질량 유동률(M max)에 따른 분출량 계산은 하기의 수식 1을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하며,
    Mmax = 0.686 x {(π x d2 / 4 x P°)} / {
    Figure 112017065696813-pat00011
    } x {60 x 1000} / 1.2 ( l/min) (수식 1)
    (여기서, d는 에어 아웃렛의 NOZZLE 직경(m로 환산), PO 는 절대압력(pascal 로 환산), R은 공기기체상수(Nm/㎏°K로 환산), TO 는 공기의 절대온도 (℃ + 273) 임)
    분출량 Q(m3 / min) 계산은 하기의 수식 2를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하며,
    Q = (273.15 / σ) x {(πd2 /4) x C x Pa} /
    Figure 112017065696813-pat00012
    (수식 2)
    (여기서, d는 에어 아웃렛의 NOZZLE 직경(m로 환산), C는 유량계수(공기인 경우 1로 기입), σ는 공기 비중량(1.2 kg m3), TO 는 공기의 절대온도 (℃ + 273), Pa는 공기의 절대 압력(게이지 압력 + 1.0332 kg/cm2) 임)

    상기 회전변위정보저장부(210)에는 상기 액체탱크(400)와 연결되는 에어 아웃렛의 공기 분출량 정보를 저장하는 것을 특징으로 하되,
    상기 액체탱크가 적어도 두 개 이상 설치 구성될 경우에, 상기 모터유량컨트롤장치(300)와 압력센서(200) 및 액체탱크(400)를 한 조로 하여 다수 설치 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 액체탱크 수위측정용 압축공기를 이용한 유량 자동제어가 가능한 모터유량컨트롤시스템.
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KR101280832B1 (ko) * 2005-06-07 2013-07-03 사파스고교 가부시키가이샤 유량계 및 이를 사용한 유량제어시스템

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