KR101969329B1 - 수위 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수위 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 주변의 온도, 압력 또는 용기의 크기나 내부 구조와 같은 설치 조건과 무관하게 정밀한 수위 측정이 가능한 수위 측정 장치에 관한 것이다. 이를 위해 용기 내에 수용된 유체의 수위를 측정하는 수위 측정 장치로서, 일부가 유체에 잠기도록 구비된 표시 막대와, 상기 표시 막대에 구비된 수위측정부를 포함하는 수위 측정 장치를 제공한다.

Description

수위 측정 장치{Level measuring device}

본 발명은 수위 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 주변의 온도, 압력 또는 용기의 크기나 내부 구조와 같은 설치 조건과 무관하게 정밀한 수위 측정이 가능한 수위 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전 관련 시설, 저장 시설, 처분 시설과 같은 다양한 시설에서는 물과 같은 유체를 이용하고 있다.

일 예로 고온, 고압의 원자로 용기 및 여러 압력용기와 원자력발전관련 용기 및 배관의 수위는 운전 중에는 안전하고 경제적인 운전을 위하여 정확한 수위 측정이 요구되고, 만약의 경우 발생한 사고 중에도 용기 및 배관 내의 수위를 정확하게 확인하는 것은 사고의 진행을 적절하게 제어하기 위하여 매우 중요하다.

이러한 경우 유체의 수위가 적절하게 유지될 수 있도록 관리하는 것이 중요한데, 이를 위해 유체의 수위를 주기적으로 측정하게 된다.

다만, 종래의 도압관과 트랜스미터를 사용한 수위 측정 장치의 경우 충수와 교정에 의한 오차 및 도압관 누수에 의한 오작동과 같은 한계가 있고, 초음파를 이용한 수위 측정 장치의 경우 고온, 고압의 용기의 경우에 온도 및 용기의 크기에 따른 한계가 있으며, 단일 열전대를 사용할 경우 고온, 고압의 임계 온도와 압력 조건에서 온도 차이를 구별하기가 어려운 한계가 있다.

따라서 온도, 압력 또는 용기의 크기나 내부 구조와 같은 설치 조건과 무관하게 정밀한 수위 측정이 가능한 장치의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 유체에 잠긴 표시 막대의 온도를 측정하는 방식으로 수위를 측정하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 수위 측정 시 열전달율이 상이한 전달 부재의 표면 온도 차이를 이용하는 방식으로 수위를 측정하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 표면 온도 차이가 작은 경우에도 수위 측정이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수위 측정 장치는, 용기 내에 수용된 유체의 수위를 측정하는 수위 측정 장치로서, 일부가 유체에 잠기도록 구비된 표시 막대와, 상기 표시 막대에 구비된 수위측정부를 포함한다.

이때, 상기 수위측정부는 상기 표시 막대의 길이 방향을 따라 복수 개 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수위측정부에는 상기 표시 막대의 표면 온도를 측정하는 온도 측정 부재가 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수위측정부에는 적어도 둘 이상의 전달 부재가 구비되며, 상기 온도 측정 부재는 복수의 상기 전달 부재의 표면 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

이때, 복수의 상기 전달 부재는 열전달율이 상이한 것을 특징으로 한다.

이때, 복수의 상기 전달 부재의 표면 온도 차이를 이용해서 수위를 판단하는 판단부가 더 포함되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 온도 측정 부재는 서모 파일(Thermopile)인 것을 특징으로 한다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 수위 측정 장치에 따르면, 유체에 잠긴 표시 막대의 온도를 측정하는 방식으로 수위를 측정하므로 용기의 크기나 구조와 무관하게 수위 측정이 가능하게 된다.

또한, 수위 측정 시 열전달율이 상이한 전달 부재의 표면 온도 차이를 이용하므로 고온, 고압의 상태에서도 측정 부분이 유체에 잠겨 있는지 여부를 정확하게 판단할 수 있게 된다.

아울러, 서모 파일을 이용하므로 표면 온도 차이가 작은 경우에도 정확한 수위 측정이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 수위 측정 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수위 측정 장치의 A 부분은 확대한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수위 측정 장치의 작동 원리를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 수위 측정 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수위 측정 장치의 A 부분은 확대한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수위 측정 장치의 작동 원리를 도시한 도면이다.

본 발명은 RVLIS(Reactor Vessel Level Indication System)에 사용될 수 있으며, 이를 위해 본 발명의 용기(10)는 기밀이 유지되는 고압의 압력용기가 사용된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치는 용기(10) 내에 수용된 물과 같은 유체의 수위를 측정하기 위해 사용된다. 이때, 용기(10) 내부에는 측정의 대상이 되는 물과 같은 유체(이하, ‘유체’라 함) 뿐만 아니라 공기(이하, ‘공기’라 함)도 함께 수용된다.

용기(10) 내에 수용된 유체의 수위를 측정하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수위 측정의 대상이 되는 유체에 일부가 잠기도록 구비된 표시 막대(100)와, 이러한 표시 막대(100)에 구비된 수위측정부(200)를 포함한다.

즉, 유체의 수위를 직접 측정하지 않고, 표시 막대(100)의 일부가 유체에 잠기게 한 상태에서 수위측정부(200)를 통해 이러한 표시 막대(100)의 변화를 감지하도록 구성하여 수위를 측정하는 것이다.

이러한 수위측정부(200)는 표시 막대(100)의 길이 방향(X)을 따라 복수 개 구비된다. 즉, 수위측정부(200)를 눈금자의 눈금과 같이 복수 개 구비할 경우 측정하고자 하는 부분이 유체에 잠겨 있는지 뿐만 아니라 표시 막대(100)가 어느 정도 잠겨 있는지 등의 여부를 확인할 수 있게 되는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수위측정부(200)에는 표시 막대(100)의 표면 온도를 측정하는 온도 측정 부재(220)가 구비된다.

즉, 표시 막대(100)에 별도의 열원이 연결되어 표시 막대(100)가 가열되는 상태에서 유체와의 열 교환을 통해 표시 막대(100)의 온도가 변화하는 것을 온도 측정 부재(220)로 측정하는 방식으로 측정하고자 하는 부분이 유체에 잠겨 있는지 여부를 판단하는 것이다.

또는, 별도의 열원 없이, 표시 막대(100)의 일부가 유체에 잠겨 있는 상태에서 유체와 열 교환함으로써 표시 막대(100)의 자체의 온도가 변화되는 것을 온도 측정 부재(220)로 측정하는 방식으로 측정하고자 하는 부분이 유체에 잠겨 있는지 여부를 판단하는 것도 가능하다.

표시 막대(100)에 별도의 열원이 연결되어 표시 막대(100)가 가열되는 상태에서 표시 막대(100)가 유체에 잠기게 되면 표시 막대(100)로 공급되는 열량은 대류 방식을 통해 유체로 열 전달된다. 즉, 표시 막대(100) 중 유체에 잠겨 있는 부분에 공급되는 열량은 유체를 통해 열 전달되지만, 유체에 잠겨 있지 않은 부분으로 공급되는 열량은 공기를 통해 열 전달되며, 이와 같이 열 전달되는 대상이 상이하므로 동일한 열량을 공급하더라도 표시 막대(100)의 표면 온도가 상이하게 되고, 온도 측정 부재(220)를 통해 이러한 온도 변화를 측정해서 해당 부분이 유체에 잠겨 있는지 여부를 판단하게 되는 것이다.

용기(10) 내부의 유체와 공기의 온도가 표시 막대(100)의 온도와 크게 차이가 나는 경우에는 전술한 방식으로도 용이하게 측정이 가능하나, 용기(10) 내부가 고온, 고압의 임계 온도와 압력 조건이 되면 측정하고자 하는 부분이 유체에 잠겨 있는지, 아니면 공기에 노출되어 있는지 여부를 판단하기 어려울 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 이와 같은 경우를 대비하여 수위측정부(200)에 둘 이상의 전달 부재(210)를 구비하고, 온도 측정 부재(220)가 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도를 측정하도록 구성한다.

이때, 복수의 전달 부재(210)는 상이한 물성을 갖는 제1 전달 부재(211)와 제2 전달 부재(212)를 포함할 수 있고, 도 3을 참조하여 이에 대해 설명하면, 표시 막대(100)로 공급되는 열량(Q)은 열 전도 방식으로 제1 전달 부재(211)와 제2 전달 부재(212)로 전달되는데, 제1 전달 부재(211)와 제2 전달 부재(212)의 물성에 따라 전달되는 열량이 달라지게 된다.

아울러 제1 전달 부재(211)와 제2 전달 부재(212)로 전달된 열량은 수위측정부(200)가 위치하고 있는 유체 또는 공기 중으로 각각 열 전달(q1, q2)되는데, 이러한 과정에서 제1 전달 부재(211)와 제2 전달 부재(212)의 표면 온도가 달라지게 되며, 온도 측정 부재(220)는 이러한 제1 전달 부재(211)와 제2 전달 부재(212)의 표면 온도 차이를 측정하게 되며, 이를 통해 측정하고자 하는 부분이 유체에 잠겨 있는지, 또는 공기 중에 노출되어 있는지 판단하게 되는 것이다.

즉, 물성이 상이한 전달 부재(210)를 이용해서 전달되는 열량으로 인한 표면 온도 차이를 극대화하고, 이러한 표면 온도 차이를 온도 측정 부재(220)로 측정함으로써 고온, 고압의 임계 온도와 압력에서도 정확한 측정이 가능하게 되는 것이다.

이러한 표면 온도 차이가 극대화될 수 있도록 복수의 전달 부재(210)는 열전달율이 상이한 전달 부재(210)를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 전달 부재(211)는 열전달율이 큰 금속을 사용하고, 제2 전달 부재(212)는 열전달율이 작은 금속을 사용하는 것이다.

아울러 이러한 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도 차이를 이용해서 측정하고자 하는 부분이 유체에 잠겨 있는지, 또는 공기 중에 노출되어 있는지를 판단하는 판단부(300)가 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 판단부(300)에는 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도에 따라 유체에 잠겨 있는지 여부를 확인할 수 있는 데이터가 저장되어 있으며, 온도 측정 부재(220)가 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도를 측정하면 이러한 데이터와 측정된 온도를 비교하여 판단하게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에서는 온도 측정 부재(220)로서 서모 파일(Thermopile)을 사용할 수 있다.

복수의 전달 부재(210)의 표면 온도를 통상적인 열전대(Thermocouple)를 이용해서 측정할 수도 있으나, 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도 차이가 작은 경우, 특히, 고온, 고압의 임계 온도와 압력 조건 하에서는 열전대를 이용한 측정 방법은 한계가 있으며, 이를 위해 본 발명의 일 실시예에서는 온도 측정 부재(220)로서 서모 파일을 사용한다.

서모 파일은 복수의 열전대가 직렬로 연결되므로 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도 차이가 작은 경우나, 고온, 고압의 임계 온도와 압력 조건 하에서도 복수의 전달 부재(210)의 표면 온도 차이를 효과적으로 측정할 수 있게 된다.

전술한 표시 막대(100)는 막대나 원통과 같은 형상으로 구성할 수도 있으나, 용기(10)의 형상에 맞게 변형이 가능하다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 용기 100 : 표시 막대
200 : 수위측정부 210 : 전달 부재
211 : 제1 전달 부재 220 : 제2 전달 부재
300 : 판단부

Claims (7)

1. 용기 내에 수용된 유체의 수위를 측정하는 수위 측정 장치로서,
   일부가 유체에 잠기도록 구비된 표시 막대; 및
   상기 표시 막대에 구비된 수위측정부;
   를 포함하며,
   상기 수위측정부에는 적어도 둘 이상의 전달 부재와, 복수의 상기 전달 부재의 표면 온도를 측정하는 온도 측정 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수위측정부는 상기 표시 막대의 길이 방향을 따라 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   복수의 상기 전달 부재는 열전달율이 상이한 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,
   복수의 상기 전달 부재의 표면 온도 차이를 이용해서 수위를 판단하는 판단부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 온도 측정 부재는 서모 파일(Thermopile)인 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
   

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