KR101902683B1

KR101902683B1 - 에어로 포일 유량계

Info

Publication number: KR101902683B1
Application number: KR1020170008840A
Authority: KR
Inventors: 남경모
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-11-07
Also published as: KR20180085299A

Abstract

본 발명은 유동 박리를 억제하여 압력 손실의 감소 및 안정적인 압력 측정이 가능한 에어로 포일 유량계에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예는, 유체가 유입되는 덕트와, 상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부와, 상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부 및 상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함하는 에어로 포일 유량계를 제공한다.

Description

에어로 포일 유량계{Aerofoil flow meter}

본 발명은 에어로 포일 유량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유동 박리를 억제하여 압력 손실의 감소 및 안정적인 압력 측정이 가능한 에어로 포일 유량계에 관한 것이다.

유량계에는 여러 종류가 있으나, 비교적 널리 사용되고 있는 것에는 날개차 유량계, 차압식(差壓式) 유량계, 면적식 유량계 등이 있다. 이 중에서 날개차 유량계가 제일 간단한 것으로 흐름에 의해 날개차를 돌려 그 회전수를 기어의 메커니즘으로 지시한다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 것으로 수도의 미터가 이것을 이용하고 있다.

차압식과 면적식은 주로 공업방면에서 사용된다. 차압식은 관 속에 벤투리관오리피스, 노즐 등의 조리개를 넣어, 그 전후 압력차를 차압계로 측정하여, 그 측정값을 기본으로 유량을 잰다. 면적식은 위쪽으로 올라갈수록 넓어진 수직관 속에 플로트(float)를 넣고, 유체를 아래에서 위로 흘려 보낸다. 유체류에 밀어올려진 플로트의 전후에 생기는 차압에 의한 부력(浮力)과 플로트의 무게를 평형시켜 플로트의 위치에서 유량을 안다. 이 밖에 일정한 부피의 용기로 직접 유체의 양을 측정하는 것도 있으며, 도시가스의 가스미터는 그 일종이다.

종래 차압식 유량계의 일 예가 한국특허등록 제0154205호에 개시되어 있다.

전술한 선행특허에 따르면, 공기의 흐름에 의해 상하로 동작하는 에어 포일이 구비되며, 에어 포일의 위치 변화를 감지해 포텐시오 미터의 전기적 신호 변화량을 공기량으로 환산함으로써 유량을 측정할 수 있다.

일반적으로 에어 포일 또는 에어로 포일(aerofoil)은 항공기 날개의 단면 형상인 익형을 의미하며, 반원형의 리딩 에지부터 뾰족한 트레일링 에지까지 유선형 또는 직선형으로 연결되는 형상이다.

하지만, 종래의 유량계에 있어서, 공기역학적인 요인으로 인해 유량계 노즐 목(유로 면적이 가장 좁은 곳)을 통과하며, 즉 유로 면적이 확대되는 구간에서 유동 박리(flow separation)가 발생하며, 유동 박리로 인한 와류(vortex)가 발생하게 된다.

도 1은 일반적인 에어로 포일 유량계에서 유동 흐름을 도시한 도면이며, 도 2a 및 2b는 도 1의 에어로 포일 유량계의 유동장을 도시한 도면이다.

특히, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유량계와 덕트 벽면에서는 발생한 와류가 유량계를 지나면서 더욱 크게 성장하여 거대한 와류 구조를 이루게 되며, 이로 인해 유량계를 통과하는 유동 흐름에 영향을 주게 되어 유량계를 통과한 유동이 덕트 가운데로 몰리는 현상이 발생하게 된다.

이에 따라, 에어로 포일 유량계는 전압과 정압의 차이로 유량을 측정하므로 안정적인 압력 측정이 필수적이나, 상기와 같이 유동박리가 발생하면 유량계 측정 압력의 불안정성을 유발하여 압력 측정의 정확도가 낮아지며 궁극적으로 정확한 유량 값을 측정할 수 없고, 특히 유동박리 현상이 일어나는 지점과 정압을 측정하는 부분의 위치가 일치함으로써 정압 측정 시 압력 맥동이 크게 발생하게 된다.

한국등록특허공보 제10-0154205호(1998.07.08)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유동 박리를 억제하여 압력 손실의 감소 및 안정적인 압력 측정이 가능한 에어로 포일 유량계를 제공하는 것에 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 유동박리에 의해 큰 와류가 발생하는 유량계 후단부에 유동 방향을 따라 다수의 플레이트를 설치함으로써 유동 박리 현상을 억제, 지연시킨다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 유체가 유입되는 덕트와, 상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부와, 상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부 및 상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함하는 에어로 포일 유량계를 제공한다.
상기 다수의 플레이트는, 각각 서로 대향하며 쌍을 이루는 복수 쌍의 플레이트로 이루어지며, 각 쌍의 플레이트마다 이격되어 배치될 수 있다.

이때, 상기 전압 측정부는 반원의 형상을 갖는 리딩 에지와, 상기 리딩 에지에 대향되며 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지를 포함하는 에어로 포일(aerofoil) 형상으로 이루어지며, 상기 정압 측정부는 상기 전압 측정부의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전압 측정부는 상기 리딩 에지에서 평평하게 연장되는 플랫부를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 플레이트는, 상기 전압 측정부의 트레일링 에지 및 상기 정압 측정부의 트레일링 에지 상에 설치될 수 있다.

또는, 상기 다수의 플레이트는, 상기 전압 측정부의 플랫부 및 상기 정압 측정부의 플랫부 상에 설치될 수 있다.

삭제

상기 다수의 플레이트는, 상기 트레일링 에지 또는 상기 플랫부 상에 수직으로 세워질 수 있다.

상기 각 쌍의 플레이트는, 상기 덕트 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L1)보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2)가 더 크도록 배치될 수 있다.

상기 각 쌍의 플레이트를 이루며 서로 대향하는 플레이트 사이의 최대 이격거리(L2)보다 상기 각 쌍의 플레이트 사이의 최소 이격거리(L3)가 더 크거나 동일하게 형성될 수 있다.

상기 각 쌍의 플레이트마다 일정한 거리로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 복수 쌍의 플레이트는 상기 덕트 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 일직선상에 배치될 수 있다.

또한, 상기 다수의 플레이트는 사각형 또는 삼각형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

삭제

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 유체가 유입되는 덕트와, 상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부와, 상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부 및 상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함하며, 상기 다수의 플레이트는, 동일하게 기울어진 상태로 배치되는 복수의 플레이트로 이루어지는 제1 플레이트부 및 상기 제1 플레이트부와 대향하도록 동일하게 기울어진 상태로 배치되는 복수의 플레이트로 이루어지는 제2 플레이트부를 포함하는 에어로 포일 유량계를 제공한다.
이때, 상기 전압 측정부는 반원의 형상을 갖는 리딩 에지와, 상기 리딩 에지에 대향되며 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지를 포함하는 에어로 포일(aerofoil) 형상으로 이루어지며, 상기 정압 측정부는 상기 전압 측정부의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전압 측정부는 상기 리딩 에지에서 평평하게 연장되는 플랫부를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 플레이트는, 상기 전압 측정부 및 정압 측정부의 트레일링 에지 또는 상기 전압 측정부 및 정압 측정부의 플랫부 상에 수직으로 설치될 수 있다.

이때, 서로 마주보는 상기 제1 플레이트부의 외측 플레이트와 상기 제2 플레이트부의 외측 플레이트는, 상기 덕트 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L4)보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L5)가 더 크도록 배치될 수 있다.

상기 제1 플레이트부와 제2 플레이트부는, 각 플레이트마다 일정한 거리로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 다수의 플레이트는 상기 덕트 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 일직선상에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 유체가 유입되는 덕트와, 상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부와, 상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부 및 상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함하며, 상기 전압 측정부는 반원의 형상을 갖는 리딩 에지와, 상기 리딩 에지에서 평평하게 연장되는 플랫부와, 상기 리딩 에지에 대향되며 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지를 포함하는 에어로 포일(aerofoil) 형상으로 이루어지고, 상기 정압 측정부는 상기 전압 측정부의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일 형상으로 이루어지며, 상기 다수의 플레이트는, 상기 전압 측정부의 플랫부 및 상기 정압 측정부의 플랫부 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 유체가 유입되는 덕트와, 상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부와, 상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부 및 상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함하며, 상기 다수의 플레이트는 사각형 또는 삼각형의 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계를 제공한다.

본 발명의 에어로 포일 유량계에 따르면, 정압 측정부와 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 덕트 내 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함함으로써 상기 다수의 플레이트에서 발생하는 와류(vortex)를 이용하여 유량계를 통과하는 유동 박리의 지연 및 유량계 후단에서 성장하는 와류의 크기를 감소시킬 수 있다.

이에 따라, 압력 손실의 감소 및 안정적인 압력 측정이 가능하며, 유량 측정 시 발생하는 압력 불안정성을 해소할 수 있음에 따라 궁극적으로 정확한 유량값을 산출하여 연소용 공기를 제어할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 일반적인 에어로 포일 유량계에서 유동 흐름을 도시한 도면.
도 2a 및 2b는 도 1의 에어로 포일 유량계의 유동장을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 단면도.
도 5는 도 3의 에어로 포일 유량계에 있어서 플레이트를 지나는 유동 흐름을 도시한 도면.
도 6은 도 3의 에어로 포일 유량계와 비교하기 위해 플레이트의 배치 방향을 변경한 에어로 포일 유량계를 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 에어로 포일 유량계에 있어서 플레이트를 지나는 유동 흐름을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 도시한 사시도.
도 9는 도 8의 단면도.
도 10은 도 8의 에어로 포일 유량계에 있어서 플레이트를 지나는 유동 흐름을 도시한 도면.
도 11은 도 8의 에어로 포일 유량계와 비교하기 위해 플레이트의 배치 방향을 변경한 에어로 포일 유량계를 도시한 사시도.
도 12는 도 11의 에어로 포일 유량계에 있어서 플레이트를 지나는 유동 흐름을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 도시한 사시도.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 도시한 사시도.
도 15는 도 14의 단면도.
도 16은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 에어로 포일 유량계에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 16을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

우선, 도 3 내지 5를 참고하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 설명하도록 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계는 덕트(100)와, 상기 덕트(100) 내부에 구비되는 복수의 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 덕트(100)의 일단에는 유량을 측정할 유체가 유입되는 유입부(120)가 구비되고, 타측에는 유입된 유체가 통과해 배출되는 배출부(140)가 구비된다.

상기 덕트(100)의 내측에는 에어로 포일(aerofoil) 형태의 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)가 구비된다. 상기 유입부(120)를 통해 유량을 측정할 공기 등의 유체가 상기 덕트(100) 내부로 유입되며, 상기 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)를 거쳐 상기 배출부(140)를 통해 배출된다.

상기 덕트(100)는 관(tube) 형상으로, 아래에서는 상기 유입부(120)가 형성된 일단을 전단, 상기 배출부(140)가 형성된 타단을 후단으로 정의하여 설명하도록 한다. 에어로 포일 유량계는 다른 차압식 유량계와는 달리 상기 덕트(100)의 전단부와 후단부 사이의 길이가 상대적으로 짧은 특징이 있기 때문에, 공간적 제약이 많은 위치에 설치해 유량을 측정할 수 있다.

상기 전압 측정부(300)는 전압(total pressure, 정압과 동압을 더한 압력)을 측정하는 부분으로, 상기 덕트(100)의 유입부(120) 쪽에 치우치도록 배치될 수 있다.

상기 전압 측정부(300)는 완전한 에어로 포일(aerofoil) 형상을 갖으며, 일반적인 에어로 포일 형상은 반원 형태의 리딩 에지(320)와 뾰족한 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지(340)가 유선형 또는 직선형으로 연결되는 형태이다. (도 4 참조)

이때, 상기 전압 측정부(300)의 리딩 에지(320) 측에서 전압이 측정되어진다.

상기 복수의 정압 측정부(200)는 정압(static pressure, 유체의 흐름과 직각 방향으로 작용하는 압력)을 측정하는 부분이며, 상기 전압 측정부(300)의 완전한 형태의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일의 형상을 갖는다.

구체적으로, 상기 복수의 정압 측정부(200)는 각각 상기 전압 측정부(300)의 리딩 에지(320)를 반으로 자른 형태에 대응하는 리딩 에지(220)와, 상기 전압 측정부(300)의 트레일링 에지(340)를 반으로 자른 형태에 대응하는 트레일링 에지(240)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 전압 측정부(300)는 상기 덕트(100)의 내부에 구비되며, 본 실시예에서는 상기 덕트(100)의 가운데에 1개의 전압 측정부(300)가 구비되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수 개 형성될 수도 있다.

상기 복수의 정압 측정부(200)는 상기 덕트(100)의 내벽면에 구비되며, 상기 전압 측정부(300)를 기준으로 양측에 상호 마주보는 형태로 구비된다.

유체는 상기 유입부(120)를 통해 덕트(100)의 내부로 유입되어 상기 정압 측정부(200)와 전압 측정부(300)의 사이를 통과하게 되는데, 이때 정압 및 전압이 측정된다. 이에 따라, 이 차이를 이용해 속도(V)를 구한 후 유체가 통과하는 부분(유로)의 단면적을 곱해 유량을 산출하게 된다.

에어로 포일 유량계에 있어서 정압 측정부와 전압 측정부의 사이를 유체가 통과하는 유로라고 볼 수 있다. 종래의 유량계는 유체가 유입부를 통과한 후 정압 측정부와 전압 측정부의 리딩 에지를 지나가게 되면, 급하게 유로의 단면적이 증가하면서 압력구배가 발생해 유체의 운동량 손실이 발생하고, 유체의 유동 흐름이 바뀌는 와류가 발생한다(유동 박리, 도 1 및 2 참조). 이와 같이 유동 박리가 발생하면 정압 측정 시 측정값이 불안정해지는데, 전압과 정압의 차이로 유량을 측정하는 차압식 유량계에 있어서 이러한 정압 측정의 불안정함은 부정확한 유량 측정의 원인이 된다. 특히, 종래의 유량계는 유동 박리가 일어나는 부분이 정압 측정부와 일치해 정압 측정이 불안정한 문제가 있다.

이에 따라, 본 발명은 상기 정압 측정부(200)와 상기 전압 측정부(300) 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서, 상기 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)에 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트를 포함하는 에어로 포일 유량계를 제공하며, 이에 따라 상기 정압 측정부(200) 쪽에 압력구배 및 와류가 급하게 발생하는 것을 방지하여 안정적인 정압 측정값을 얻을 수 있다.

구체적으로, 본 제1 실시 예에서는 상기 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)에 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트(1400)를 포함하되, 상기 다수의 플레이트(1400)는 각각 서로 대향하며 쌍을 이루는 복수 쌍의 플레이트로 이루어지며, 각 쌍의 플레이트마다 이격되어 배치될 수 있다.

본 실시 예에서 상기 다수의 플레이트(1400)는 도 4에 도시된 바와 같이 사각형의 단면을 갖도록 형성되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 다수의 플레이트(1400)가 상기 정압 측정부의 트레일링 에지(240) 및 상기 전압 측정부의 트레일링 에지(340) 상에 배치되되, 서로 대향하며 대략 V자의 형태를 이루는 한 쌍의 플레이트가 총 3쌍으로 이루어져 있으며, 3쌍의 플레이트가 각각 이격된 상태로 배치되고 있다. 이에 한정되는 것은 아니나 상기 각 쌍의 플레이트는 일정한 거리로 동일하게 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 쌍의 플레이트는, 상기 덕트(100) 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L1)보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2)가 더 크도록 배치될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 유체가 상기 유입부(120)를 통해 덕트(100) 내로 유입되어 상기 배출부(140)를 향해 흐르는 방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트 사이의 거리가 넓어지도록 배치되고 있다.

이때, 상기 다수의 플레이트(1400)는, 상기 정압 측정부의 트레일링 에지(240) 또는 상기 전압 측정부의 트레일링 에지(340) 표면 상에 수직으로 세워질 수 있다.

이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 플레이트를 지나는 유동의 흐름을 살펴보면, 바깥 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 한 쌍의 마주보는 플레이트 사이에 모멘텀(momentum)을 공급함으로써 플레이트 사이에서 발생하는 유동 박리를 감소시켜 주게 된다. 이와 같이 유량계 후단부의 유로가 확대되는 구간에서 발생하는 유동 박리가 감소됨에 따라 유동 간섭이 감소되고, 압력 손실의 감소 및 안정적인 압력 측정이 가능하며, 유량 측정 시 발생하는 압력 불안정성을 해소할 수 있음에 따라 궁극적으로 정확한 유량값을 산출하여 연소용 공기를 제어할 수 있다.

하지만, 만약 도 6에 도시된 바와 같이 각 쌍의 플레이트(2400)가, 상기 덕트(100) 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L1')보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2')가 작게 배치된다면, 즉 유체가 상기 유입부(120)를 통해 덕트(100) 내로 유입되어 상기 배출부(140)를 향해 흐르는 방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트 사이의 거리가 좁아지도록 배치된다면, 도 7에 도시된 바와 같이 내측 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트 사이에서 모멘텀(momentum)을 방출시킴으로써 플레이트 사이에서 발생하는 유동 박리를 오히려 증가시킬 위험성이 있다.

이에 따라, 상기 제1 실시 예와 같이 플레이트(1400)가 배치되는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있다.

더욱이, 상기 각 쌍의 플레이트를 이루며 서로 대향하는 플레이트 사이의 최대 이격거리(L2)보다 상기 각 쌍의 플레이트 사이의 최소 이격거리(L3)가 더 크거나 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시 예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 플레이트로부터 다른 한 쌍의 플레이트까지의 거리 중 최소 거리, 즉, 상기 각 쌍의 플레이트 사이의 최소 이격거리(L3)는 한 쌍의 플레이트를 이루며 서로 마주보는 플레이트 사이의 최대 이격거리, 즉 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2)보다 약 1.5배 정도 크게 형성되고 있다.

이는, 만약 한 쌍의 플레이트로부터 다른 한 쌍의 플레이트까지 이격된 거리가 좁으면 그 사이에서 앞에서 살펴본 바와 같이 내측 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 모멘텀을 방출시킬 수 있어, 바깥 방향으로의 흐름(와류)에 따른 모멘텀 공급 효과를 줄이게 되기 때문이다.

또한, 상기 복수 쌍의 플레이트는 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 트레일링 에지 상에 일직선상에 배치되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 8 내지 10을 참고하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 살펴보도록 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계는 전술한 제1 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계와 동일하게 덕트(100)와, 복수의 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)를 포함하며, 또한 상기 정압 측정부(200)와 상기 전압 측정부(300) 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서, 상기 정압 측정부(200)와 전압 측정부(300)에 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트(3400)를 포함한다.

상기 덕트(100)와, 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)는 전술한 제1 실시 예에서 설명한 것과 다르지 않으므로 이에대한 설명은 생략하며, 상이한 플레이트(3400)를 중심으로 설명하도록 한다.

상기 플레이트(3400)는 또한 전술한 제1 실시 예에 따른 플레이트(1400)와 단면 형상을 제외하고는 모두 동일하다.

즉, 상기 다수의 플레이트(3400)는 각각 서로 대향하며 쌍을 이루는 복수 쌍의 플레이트로 이루어지며, 각 쌍의 플레이트마다 이격되어 배치되되, 상기 각 쌍의 플레이트는 일정한 거리로 동일하게 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 쌍의 플레이트는, 상기 덕트(100) 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L1)보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2)가 더 크도록 배치될 수 있으며, 상기 다수의 플레이트(3400)는 상기 정압 측정부의 트레일링 에지(240) 또는 상기 전압 측정부의 트레일링 에지(340) 표면 상에 수직으로 세워질 수 있다.

또한, 상기 각 쌍의 플레이트를 이루며 서로 대향하는 플레이트 사이의 최대 이격거리(L2)보다 상기 각 쌍의 플레이트 사이의 최소 이격거리(L3)가 더 크거나 동일하게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 복수 쌍의 플레이트는 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 트레일링 에지 상에 일직선상에 배치되는 것이 바람직하다.

다만, 도 9에 도시된 바와 같이 전술한 제1 실시 예와 상이하게 상기 플레이트(3400)의 단면 형상이 삼각형, 구체적으로 상기 덕트(100) 내로 유체가 유입되어 배출되는 방향을 따라 높이가 커지도록 배치된 삼각형으로 형성되고 있다.

도 10을 참고하여 이에 따른 효과를 살펴보면, 전술한 제1 실시 예와 마찬가지로 각 쌍의 플레이트를 지나면서 바깥 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 한 쌍의 마주보는 플레이트 사이에 모멘텀(momentum)을 공급함으로써 플레이트 사이에서 발생하는 유동 박리를 감소시킬 수 있는 동일한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

하지만, 만약 도 11에 도시된 바와 같이 각 쌍의 플레이트(4400)가, 상기 덕트(100) 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L1')보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2')가 작게 배치된다면, 즉 유체가 상기 유입부(120)를 통해 덕트(100) 내로 유입되어 상기 배출부(140)를 향해 흐르는 방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트 사이의 거리가 좁아지도록 배치된다면, 도 12에 도시된 바와 같이 내측 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트 사이에서 모멘텀(momentum)을 방출시킴으로써 플레이트 사이에서 발생하는 유동 박리를 오히려 증가시킬 위험성이 있다.

이에 따라, 상기 제2 실시 예와 같이 플레이트(3400)가 배치되는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 13을 참고하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 살펴보도록 한다.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계는 전술한 제1 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계와 동일하게 덕트(100)와, 상기 덕트(100) 내부에 구비되는 복수의 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 제3 실시 예에서도 마찬가지로 상기 정압 측정부(200)와 상기 전압 측정부(300) 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서, 상기 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)에 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트(5400)를 포함하되, 전술한 제1 및 제2 실시 예와는 상이하게 상기 다수의 플레이트(5400)는, 동일하게 기울어진 상태로 배치되는 복수의 플레이트로 이루어지는 제1 플레이트부 및 상기 제1 플레이트부와 대향하도록 동일하게 기울어진 상태로 배치되는 복수의 플레이트로 이루어지는 제2 플레이트부를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이 본 실시 예에서 상기 다수의 플레이트(5400)는, 동일하게 기울어진 상태로 나란하게 배치되는 4개의 플레이트로 이루어지는 제1 플레이트부와 상기 제1 플레이트부와 마주보며 대칭이 되도록 나란하게 배치되는 4개의 플레이트로 이루어지는 제2 플레이트부로 형성되고 있다. 상기 제1 플레이트부와 제2 플레이트부는, 각 플레이트마다 일정한 거리로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 플레이트의 개수 및 각도 등은 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 상기 다수의 플레이트(5400)는, 상기 정압 측정부의 트레일링 에지(240) 또는 상기 전압 측정부의 트레일링 에지(340) 표면 상에 수직으로 세워질 수 있으며, 상기 다수의 플레이트(5400)는 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 일직선상에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 다수의 플레이트(5400)가 본 실시 예에서는 사각형의 단면을 갖도록 형성되고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 삼각형 등의 단면 형상으로 이루어져도 무관하다.

이에 따라, 전술한 제1 실시 예와 동일하게 플레이트를 지나면서 바깥 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 서로 마주보는 플레이트 사이에 모멘텀(momentum)을 공급함으로써 플레이트 사이에서 발생하는 유동 박리를 감소시켜 주게 되는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 유량계 후단부의 유로가 확대되는 구간에서 발생하는 유동 박리가 감소됨에 따라 유동 간섭이 감소되고, 압력 손실의 감소 및 안정적인 압력 측정이 가능하며, 유량 측정 시 발생하는 압력 불안정성을 해소할 수 있음에 따라 궁극적으로 정확한 유량값을 산출하여 연소용 공기를 제어할 수 있다.

더욱이, 전술한 제1 및 제2 실시 예와 같이 복수의 플레이트가 교대로 배치되지 않음에 따라 공간 활용도가 높아진다는 장점이 있다.

다음으로, 도 14 및 15를 참고하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 살펴보도록 한다.

본 발명의 제4 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계는 전술한 제1 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계와 동일하게 덕트(100)와, 복수의 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)를 포함하며, 또한 상기 정압 측정부(200)와 상기 전압 측정부(300) 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서, 상기 정압 측정부(200) 및 전압 측정부(300)에 상기 덕트(100) 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트(1400)를 포함한다.

상기 덕트(100)와, 정압 측정부(200)와, 전압 측정부(300) 및 다수의 플레이트(1400)는 전술한 제1 실시 예에서 설명한 것과 다르지 않으며, 다만 상기 전압 측정부(300)는 상기 전압 측정부의 리딩 에지(320)에서 평평하게 연장되는 플랫부(360)를 더 포함한다.

상기 정압 측정부(200) 또한 상기 전압 측정부의 플랫부(360)와 대향하며, 상기 정압 측정부의 리딩 에지(220)에서 평평하게 연장되는 플랫부(260)를 더 포함하게 된다. 상기 플랫부(260)에서 정압을 측정할 수 있으며, 상기 정압 측정부의 플랫부(260) 위치는 상기 전압 측정부의 플랫부(360) 위치에 대응하도록 형성되고, 또한 상기 정압 측정부의 플랫부(260)와 전압 측정부의 플랫부(360)는 동일한 길이로 형성되어 사이 간격이 일정하게 마주보는 형태로 배치된다.

구체적으로, 상기 정압 측정부 및 전압 측정부의 각 플랫부(260, 360)는 도 15에 도시된 바와 같이 폭이 상기 플랫부의 높이(C)를 기준으로 0.4~0.6C의 범위로 형성되며, 상기 리딩 에지에서 상기 플랫부의 시작점까지의 길이가 C/2로 형성되고, 상기 플랫부 이후 상기 트레일링 에지까지의 길이는 2.5C로 형성되는 것이 바람직하다.

본 제4 실시 예에서 상기 다수의 플레이트(1400)는 상기의 제1 실시 예와 마찬가지로 상기 정압 측정부의 트레일링 에지(240) 및 상기 전압 측정부의 트레일링 에지(340) 상에 배치되고 있다.

또한, 상기 다수의 플레이트(1400)는 도 15에 도시된 바와 같이 사각형의 단면을 갖도록 형성되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 삼각형 등 다양한 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있음은 물론이다.

이에 따라, 전술한 제1 실시 예와 동일하게 플레이트를 지나면서 바깥 방향으로의 흐름(와류)이 발생하여 서로 마주보는 플레이트 사이에 모멘텀(momentum)을 공급함으로써 플레이트 사이에서 발생하는 유동 박리를 감소시켜 주게 되는 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 상기와 같이 각 플랫부(260, 360)를 형성함에 따라 플랫부가 형성되지 않은 유량계와 비교하였을 때, 노즐 목 부근의 유동 박리 및 후단부 와류가 크게 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

마지막으로, 도 16을 참고하여 본 발명의 제5 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계를 살펴보도록 한다.

본 발명의 제5 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계는 전술한 제4 실시 예에 따른 에어로 포일 유량계와 동일하되, 상기 다수의 플레이트(1400)가 전술한 제4 실시 예와 같이 상기 정압 측정부의 트레일링 에지(240) 및 상기 전압 측정부의 트레일링 에지(340) 상에 배치되지 않으며, 상기 전압 측정부의 플랫부(360) 및 상기 정압 측정부의 플랫부(260) 상에 배치되고 있다. 특히, 상기 각 플랫부 상에서 각 트레일링 에지 측으로 치우쳐져 배치될 수 있다.

이에 따라, 상기의 제4 실시 예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

100: 덕트 120: 유입부
140: 배출부 200: 정압 측정부
220: 정압 측정부의 리딩 에지 240: 정압 측정부의 트레일링 에지
260: 정압 측정부의 플랫부 300: 전압 측정부
320: 전압 측정부의 리딩 에지 340: 전압 측정부의 트레일링 에지
360: 전압 측정부의 플랫부
1400, 2400, 3400, 4400, 5400: 다수의 플레이트

Claims

유체가 유입되는 덕트;
상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부;
상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부; 및
상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트;를 포함하며,
상기 다수의 플레이트는,
각각 서로 대향하며 쌍을 이루는 복수 쌍의 플레이트로 이루어지며, 각 쌍의 플레이트마다 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제1항에 있어서,
상기 전압 측정부는 반원의 형상을 갖는 리딩 에지와, 상기 리딩 에지에 대향되며 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지를 포함하는 에어로 포일(aerofoil) 형상으로 이루어지며, 상기 정압 측정부는 상기 전압 측정부의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제2항에 있어서,
상기 전압 측정부는,
상기 리딩 에지에서 평평하게 연장되는 플랫부;
를 더 포함하는 에어로 포일 유량계.
제2항에 있어서,
상기 다수의 플레이트는,
상기 전압 측정부의 트레일링 에지 및 상기 정압 측정부의 트레일링 에지 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제3항에 있어서,
상기 다수의 플레이트는,
상기 전압 측정부의 플랫부 및 상기 정압 측정부의 플랫부 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
유체가 유입되는 덕트;
상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부;
상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부; 및
상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트;를 포함하며,
상기 전압 측정부는 반원의 형상을 갖는 리딩 에지와, 상기 리딩 에지에서 평평하게 연장되는 플랫부와, 상기 리딩 에지에 대향되며 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지를 포함하는 에어로 포일(aerofoil) 형상으로 이루어지고, 상기 정압 측정부는 상기 전압 측정부의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일 형상으로 이루어지며,
상기 다수의 플레이트는,
상기 전압 측정부의 플랫부 및 상기 정압 측정부의 플랫부 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제5항에 있어서,
상기 다수의 플레이트는,
상기 트레일링 에지 또는 상기 플랫부 상에 수직으로 세워지는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제1항에 있어서,
상기 각 쌍의 플레이트는,
상기 덕트 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L1)보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L2)가 더 크도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제8항에 있어서,
상기 각 쌍의 플레이트를 이루며 서로 대향하는 플레이트 사이의 최대 이격거리(L2)보다 상기 각 쌍의 플레이트 사이의 최소 이격거리(L3)가 더 크거나 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제9항에 있어서,
상기 각 쌍의 플레이트마다 일정한 거리로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제1항에 있어서,
상기 복수 쌍의 플레이트는 상기 덕트 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 일직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
유체가 유입되는 덕트;
상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부;
상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부; 및
상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트;를 포함하며,
상기 다수의 플레이트는,
동일하게 기울어진 상태로 배치되는 복수의 플레이트로 이루어지는 제1 플레이트부; 및
상기 제1 플레이트부와 대향하도록 동일하게 기울어진 상태로 배치되는 복수의 플레이트로 이루어지는 제2 플레이트부;
를 포함하는 에어로 포일 유량계.
제12항에 있어서,
상기 전압 측정부는 반원의 형상을 갖는 리딩 에지와, 상기 리딩 에지에 대향되며 쐐기 모양의 단면 형상을 갖는 트레일링 에지를 포함하는 에어로 포일(aerofoil) 형상으로 이루어지며, 상기 정압 측정부는 상기 전압 측정부의 에어로 포일 형상을 길이 방향을 따라 반으로 나눈 반(half) 에어로 포일 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제13항에 있어서,
상기 전압 측정부는,
상기 리딩 에지에서 평평하게 연장되는 플랫부;
를 더 포함하는 에어로 포일 유량계.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 다수의 플레이트는,
상기 전압 측정부 및 정압 측정부의 트레일링 에지 또는 상기 전압 측정부 및 정압 측정부의 플랫부 상에 수직으로 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제12항에 있어서,
서로 마주보는 상기 제1 플레이트부의 외측 플레이트와 상기 제2 플레이트부의 외측 플레이트는, 상기 덕트 내로 유체가 유입되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L4)보다 유체가 배출되는 측에서의 플레이트 사이의 거리(L5)가 더 크도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제16항에 있어서,
상기 제1 플레이트부와 제2 플레이트부는, 각 플레이트마다 일정한 거리로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
제12항에 있어서,
상기 다수의 플레이트는 상기 덕트 내의 유동 방향을 가로지르는 방향을 따라 일직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.
유체가 유입되는 덕트;
상기 덕트의 내벽면에 구비되어 상기 유체의 정압(static pressure)을 측정하는 복수의 정압 측정부;
상기 덕트의 내부에 구비되되 상기 정압 측정부의 사이에 배치되어 상기 유체의 전압(total pressure)을 측정하는 전압 측정부; 및
상기 정압 측정부와 상기 전압 측정부 사이의 유로가 확대되는 구간에 있어서 상기 정압 측정부 및 전압 측정부에 상기 덕트 내의 유동 방향을 따라 설치되는 다수의 플레이트;를 포함하며,
상기 다수의 플레이트는 사각형 또는 삼각형의 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로 포일 유량계.