KR101805441B1 - 액체 높이 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체의 높이를 정밀하게 측정할 수 있는 액체 높이 측정 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 액체 높이 측정 장치는, 용기에 담긴 액체의 높이를 측정하는 장치로, 상기 용기의 하부에 일단이 연통되고 상기 용기의 상부에 타단이 연통되는 플렉서블 파이프; 및 상기 플렉서블 파이프에 구비되며 상기 플렉서블 파이프와 함께 상하 이동되면서 액체를 감지하는 액체 감지부를 포함한다.

Description

액체 높이 측정 장치{Liquid level detecting apparatus}
본 발명은 극저온 탱크 등의 용기에 담긴 액체 산소나 액체 질소 등의 높이를 측정할 수 있는 액체 높이 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액체는, 온도에 따라 변하는 물질의 상태 가운데 하나로, 물과 같이 상온에서 액체인 것과, 액체 산소나 액체 질소 등과 같이 극저온에서 액체인 것이 있다.
이 중, 극저온 액체의 경우, 이를 저장하는 용기는, 극저온을 유지하기 위하여 극저온 액체가 담기는 내조와, 이를 감싸는 외조와, 그리고 내조와 외조 사이에 열전달 차단용 진공층을 형성시키는 공간부를 포함한다. 따라서, 외조와 공간부가 있어서 외부에서 내조의 액체의 높이를 육안으로 측정하는 것은 불가능하다.
한편, 내조의 내부 압력을 보고 액체 높이를 간접적으로 측정하는 압력계를 이용한 측정 장치가 알려져 있긴 하나 이는 액체 높이를 정밀하게 측정할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 액체의 높이를 정밀하게 측정할 수 있는 액체 높이 측정 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치는, 용기에 담긴 액체의 높이를 측정하는 장치로, 상기 용기의 하부에 일단이 연통되고 상기 용기의 상부에 타단이 연통되는 플렉서블 파이프; 및 상기 플렉서블 파이프에 구비되며 상기 플렉서블 파이프와 함께 상하 이동되면서 액체를 감지하는 액체 감지부를 포함한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치는, 상기 용기의 일면에 구비되며 상기 액체 감지부의 상하 이동을 안내하는 상하 안내부를 더 포함할 수 있다.
상기 상하 안내부는, 상기 용기의 일면에 상하 방향으로 길게 놓이는 상하 안내 레일; 및 상기 플렉서블 파이프 중 상기 액체 감지부가 구비된 제1 부분에 구비되어 상기 상하 안내 레일을 따라 이동되는 가이드를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치는, 상기 상하 안내 레일의 길이 방향으로 따라 새겨진 측정 눈금부를 더 포함할 수 있다.
상기 액체 감지부는, 상기 액체의 경우 빛을 투과시키고 기체의 경우 빛을 반사시키는 빛 안내 부재; 상기 빛 안내 부재의 상단의 일측에 구비되어 상기 빛 안내 부재의 길이 방향으로 빛을 발산시키는 발광부; 및 상기 빛 안내 부재의 상단의 타측에 구비되어 상기 빛 안내 부재에서 반사되는 빛을 받는 수광부를 포함할 수 있다.
상기 빛 안내 부재는 쿼츠 재질로 이루어질 수 있다.
상기 빛 안내 부재의 하단부는, 상기 빛 안내 부재의 길이에 대해 45도 경사진 제1 경사면; 및 상기 빛 안내 부재의 중심축을 기준으로 제1 경사면과 좌우 대칭되는 제2 경사면을 포함할 수 있다.
상기 액체 감지부는, 상기 발광부의 빛이 상기 제1 및 제2 경사면에 각각 반사되어 상기 수광부에서 감지되면 기체인 것으로 출력하고, 상기 발광부의 빛이 상기 수광부에서 감지되지 않으면 그 지점의 높이를 측정할 수 있도록 액체인 것으로 출력할 수 있다.
상기 액체 감지부는, 상기 플렉서블 파이프의 상기 제1 부분에 보조 파이프를 통해 구비될 수 있고, 상기 보조 파이프는, 상기 액체 감지부에 의해 닫혀 그 내부 압력이 상기 용기의 내부 압력과 동일하게 유지되어 상기 용기의 내부의 액체 높이와 상기 플렉서블 파이프의 내부의 액체 높이가 같도록 유지될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 플렉서블 파이프와 액체 감지부를 포함하고, 플렉서블 파이프의 일단이 용기의 하부에 연통되고, 플렉서블 파이프의 타단이 용기의 상부에 연통되고, 액체 감지부가 플렉서블 파이프에 구비되며 플렉서블 파이프와 함께 상하 이동되면서 액체를 감지하는 기술구성을 제공하므로, 용기의 외부에서 플렉서블 파이프에 구비된 액체 감지부가 아래로 이동되는 동안 액체 감지부가 플렉서블 파이프의 내부 액체를 감지하는 순간의 지점을 액체 높이로 할 수 있어, 용기의 바닥에서 이 지점까지의 길이를 측정하는 것으로 액체의 높이를 정밀하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 액체 높이 측정 장치를 플렉서블 파이프가 있는 측에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1의 액체 높이 측정 장치 중 액체 감지부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 액체 감지부에 액체가 감지된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 액체 감지부에 기체가 감지된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 액체 높이 측정 장치를 플렉서블 파이프가 있는 측에서 바라본 도면이며, 그리고 도 3은 도 1의 액체 높이 측정 장치 중 액체 감지부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 액체 감지부에 액체가 감지된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 액체 감지부에 기체가 감지된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치(100)는, 용기에 담긴 액체의 높이를 측정하는 장치로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 플렉서블 파이프(110)와 액체 감지부(120)를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 5를 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.
플렉서블 파이프(110)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용기(10)의 액체가 유입될 수 있도록 그 하단이 용기(10)의 하부에 연통되고 그 상단이 용기(10)의 상부에 연통되는 구성요소이다. 특히, 플렉서블 파이프(110)는, 휘어질 수 있는 유연한 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 용기(10)의 외부에서 플렉서블 파이프(110) 중 액체 감지부(120)가 구비된 제1 부분이 아래로 이동되면 그 제1 부분보다 위에 위치된 부분은 휘어진 상태에서 펴질 수 있고, 그 제1 부분보다 아래에 위치된 부분은 더욱 휘어질 수 있다.
또한, 플렉서블 파이프(110)는, 액체 감지부(120)에 의해 닫혀 그 내부 압력을 용기(10)의 내부 압력과 동일하게 만들어 상기 플렉서블 파이프(110)의 내부의 액체 높이와 용기(10)의 내부의 액체 높이가 동일하게 유지될 수 있다. 나아가, 플렉서블 파이프(110)는 진공 배관으로 제작되어 외부의 열 유입을 최소화하여 용기(10)의 내부에 열 유입을 차단할 수 있다.
나아가, 용기(10)에 담기는 액체가 극저온 액체의 경우, 용기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 극저온을 유지하기 위하여 극저온 액체가 담기는 내조(11)와, 이를 감싸는 외조(12)와, 그리고 내조(11)와 외조(12) 사이에 열전달 차단용 진공층을 형성시키는 공간부(13)를 포함할 수 있다. 이 경우, 플렉서블 파이프(110)의 양단은 용기(10)의 내조(11)에 연통되고 용기(10)의 외조(12)를 관통할 수 있다. 나아가, 내조(11)의 진공도를 유지하기 위해 플렉서블 파이프(110)와 내조(11)의 연통공 사이는 밀봉처리 될 수 있고, 그리고 공간부(13)의 진공도를 유지하기 위해 플렉서블 파이프(110)와 외조(12)의 관통공 사이도 밀봉처리 될 수 있다.
액체 감지부(120)는, 플렉서블 파이프(110)와 함께 상하 이동되면서 액체를 감지하는 구성요소로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 플렉서블 파이프(110)의 제1 부분에 구비될 수 있다.
예를 들어, 액체 감지부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 빛 안내 부재(121), 발광부(122), 그리고 수광부(123)를 포함할 수 있다. 빛 안내 부재(121)는 액체의 경우 빛을 투과시키고 기체의 경우 빛을 반사시키는 구성요소이고, 발광부(122)는 빛 안내 부재(121)의 상단의 일측에 구비되어 빛 안내 부재(121)의 길이 방향으로 빛을 발산시키는 역할을 하며, 그리고 수광부(123)는 빛 안내 부재(121)의 상단의 타측에 구비되어 빛 안내 부재(121)에서 반사되는 빛을 받는 역할을 한다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 용기(10)의 외부에서 플렉서블 파이프(110)의 제1 부분에 구비된 액체 감지부가 아래로 이동되는 동안, 발광부(122)의 빛이 수광부(123)에서 감지되지 않으면 액체 감지부(120)가 플렉서블 파이프(110)의 내부 액체를 감지한 것으로 보고 그 순간의 지점을 액체 높이로 할 수 있어, 용기(10)의 바닥에서 이 지점까지의 길이를 측정하는 것으로 용기(10)의 내부의 액체 높이를 정밀하게 측정할 수 있다.
특히, 빛 안내 부재(121)는, 쿼츠(Quartz) 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 빛 안내 부재(121)의 하단부는, 빛 안내 부재(121)의 길이에 대해 45도(θ) 경사진 제1 경사면(121a)과, 빛 안내 부재(121)의 중심축을 기준으로 제1 경사면(121a)과 좌우 대칭되는 제2 경사면(121b)을 포함할 수 있다.
셀 법칙에 따르면, 임계각 이하의 각도의 빛은 통과하여 굴절이 되지만, 임계각을 넘어가는 빛은 내부로 전반사가 일어난다. 임계각은 물체 마다 각각 다른 값을 가지고 있고, 이 중 쿼츠는 빛의 통로를 만들어주는 물질의 하나이다. 쿼츠의 장점은 극저온에서 동작이 되고, 반사 인덱스(index) 값이 크기 때문에 각도 조절로 기체와 액체를 분리하기 편리한 소자이다.
액체 산소(Liquid oxygen)의 인덱스 값은 1.221, 액체 수소인 경우 1.104, 액체 질소(Liquid nitrogen)인 경우 1.195, 물(water)의 경우는 1.33이다. 기체의 경우는 거의 1.0 이다. 액체 산소 속에서 전반사가 되기 위한 쿼츠의 각도는 52.45도이고, 액체 질소 속에서 전반사가 되기 위한 쿼츠의 각도는 50.8934도이고, 물 속에서 전반사가 되기 위한 쿼츠의 각도는 57.58도이고, 공기 속에서 전반사가 되기 위한 쿼츠의 각도는 40.5도이다. 만약 쿼츠의 제1 경사면의 각도를 45도로 할 경우 쿼츠는 기체와 액체(액체 산소, 액체 질소, 물, 액체 수소 등을 포함 함)를 분별할 수 있는 소진 감지 센서가 될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 쿼츠 재질의 빛 안내 부재(121)의 제1 및 제2 경사면(121a)(121b)에 접하는 것이 액체인 경우, 45도로 경사진 제1 경사면(121a)을 향해 발광부(122)(예를 들어, LED)에서 빛(적외선 신호)을 발생하게 되면 액체의 전반사가 되기 위한 각도 보다 작아서, 빛이 쿼츠인 빛 안내 부재(121)의 제1 경사면(121a)을 그대로 통과하게 된다. 이때 수광부(123)(예를 들어 TR)에는 빛이 전달되지 않기 때문에 기체를 감지한 결과를 송출할 수 없고, 발광부(122)에서의 빛 발생 시간과 수광부(123)로의 빛의 미 도달시간을 고려하여 액체 감지 결과를 출력할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 쿼츠 재질의 빛 안내 부재(121)의 제1 및 제2 경사면(121a)(121b)에 접하는 것이 기체인 경우, 45도로 경사진 제1 경사면(121a)을 향해 발광부(122)에서 빛을 발생하게 되면 기체의 전반사 각도보다 큰 각으로 제1 경사면(121a)이 기체와 접하기 때문에 빛은 전반사가 일어나게 된다. 그리고 나서, 45도의 제1 경사면(121a)에서 전반사가 일어나면 같은 각도로 이에 대항되게 놓인 제2 경사면(121b)으로 빛이 전달되고, 45도의 제2 경사면(121b)에서 같은 각도로 반사되어 수광부(123)로 빛이 전달된다. 수광부(123)는 감도 이상의 빛을 받게 되면 수광부(123)로 동작하여 기체 감지 결과를 출력할 수 있다.
결과적으로, 액체 감지부(120)는, 발광부(122)의 빛이 제1 및 제2 경사면(121a)(121b)에 각각 반사되어 수광부(123)에서 감지되면 기체인 것으로 출력하고, 발광부(122)의 빛이 수광부(123)에서 감지되지 않으면 그 지점의 높이를 측정할 수 있도록 액체인 것으로 출력할 수 있다. 이러한 출력은, 도 2에 도시된 바와 같이 발광부(122)와 수광부(123)가 연결된 모니터 시스템(Monitor system)(150)을 통해 확인할 수 있다.
이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용기(10)의 일면에 구비되며 액체 감지부(120)의 상하 이동을 안내하는 상하 안내부(130)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상하 안내부(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 안내 레일(131)과 가이드(132)를 포함할 수 있다. 상하 안내 레일(131)은 용기(10)의 일면에 상하 방향으로 길게 놓일 수 있고, 가이드(132)는 플렉서블 파이프(110)의 제1 부분에 고정되며 상하 안내 레일(131)을 따라 이동될 수 있다.
따라서, 플렉서블 파이프(110)의 제1 부분에 구비된 액체 감지부(120)가 상하 안내부(130)를 통해 상하 이동을 안내 받을 수 있어, 액체 높이를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 높이 측정 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 안내 레일(131)의 길이 방향으로 따라 새겨진 측정 눈금부(140)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 액체가 감지되는 시점에 플렉서블 파이프(110)의 제1 부분의 이동을 정지시켜, 측정 눈금부(140) 중 그 정지 지점에 대응되는 눈금을 통해서 액체 높이를 측정할 수 있다.
이와 더불어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 감지부(120)는, 플렉서블 파이프(110)의 제1 부분에 보조 파이프(160)를 통해 구비될 수 있고, 보조 파이프(160)는 액체 감지부(120)에 의해 닫혀 그 내부 압력이 용기(10)의 내부 압력과 동일하게 유지되어 용기(10)의 내부의 액체 높이와 플렉서블 파이프(110)의 내부의 액체 높이가 같도록 유지될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 액체 10: 용기
11: 내조 12: 외조
13: 공간부 100: 액체 높이 측정 장치
110: 플렉서블 파이프 120: 액체 감지부
121: 빛 안내 부재 121a: 제1 경사면
121b: 제2 경사면 122: 발광부
123: 수광부 130: 상하 안내부
131: 상하 안내 레일 132: 가이드
140: 눈금부 160: 보조 파이프

Claims (8)

  1. 용기에 담긴 액체의 높이를 측정하는 장치로,
    상기 용기의 하부에 일단이 연통되고 상기 용기의 상부에 타단이 연통되는 플렉서블 파이프; 및
    상기 플렉서블 파이프에 구비되며 상기 플렉서블 파이프와 함께 상하 이동되면서 액체를 감지하는 액체 감지부
    를 포함하는
    액체 높이 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액체 높이 측정 장치는,
    상기 용기의 일면에 구비되며 상기 액체 감지부의 상하 이동을 안내하는 상하 안내부
    를 더 포함하는
    액체 높이 측정 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 상하 안내부는,
    상기 용기의 일면에 상하 방향으로 길게 놓이는 상하 안내 레일; 및
    상기 플렉서블 파이프 중 상기 액체 감지부가 구비된 제1 부분에 구비되며 상기 상하 안내 레일을 따라 이동되는 가이드
    를 포함하는
    액체 높이 측정 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 액체 높이 측정 장치는,
    상기 상하 안내 레일의 길이 방향으로 따라 새겨진 측정 눈금부
    를 더 포함하는
    액체 높이 측정 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 액체 감지부는,
    상기 액체의 경우 빛을 투과시키고 기체의 경우 빛을 반사시키는 빛 안내 부재;
    상기 빛 안내 부재의 상단의 일측에 구비되어 상기 빛 안내 부재의 길이 방향으로 빛을 발산시키는 발광부; 및
    상기 빛 안내 부재의 상단의 타측에 구비되어 상기 빛 안내 부재에서 반사되는 빛을 받는 수광부
    를 포함하는
    액체 높이 측정 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 빛 안내 부재는
    쿼츠 재질로 이루어지는
    액체 높이 측정 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 빛 안내 부재의 하단부는,
    상기 빛 안내 부재의 길이에 대해 45도 경사진 제1 경사면; 및
    상기 빛 안내 부재의 중심축을 기준으로 제1 경사면과 좌우 대칭되는 제2 경사면
    을 포함하는
    액체 높이 측정 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 액체 감지부는,
    상기 발광부의 빛이 상기 제1 및 제2 경사면에 각각 반사되어 상기 수광부에서 감지되면 기체인 것으로 출력하고,
    상기 발광부의 빛이 상기 수광부에서 감지되지 않으면 그 지점의 높이를 측정할 수 있도록 액체인 것으로 출력하는
    액체 높이 측정 장치.
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CN111118864A (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 无锡小天鹅电器有限公司 用于衣物处理装置的储液盒及衣物处理装置

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JP2001082995A (ja) 1999-08-31 2001-03-30 Johann Sailer 液面高さ測定装置
JP2013040831A (ja) 2011-08-14 2013-02-28 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作動油タンク内液面レベル検知装置

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