KR102128430B1 - 질량유량계 및 질량유량계의 바이패스유량조절방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 질량유량계에는, 유량을 측정하는 유량측정센서; 바이패스 유로와 상기 유량측정센서로 유로를 분기하는 바이패싱 밸브; 및 통과하는 유량을 조절하는 유량조절밸브가 포함된다. 이에 따르면, 바이패싱 되는 유량을 조절할 수 있다.

Description

질량유량계 및 질량유량계의 바이패스유량조절방법{Mass flow meter and bypass flow controlling method for the mass flow meter}

본 발명은 질량유량계 및 질량유량계의 바이패스유량조절방법에 관한 것이다.

질량유량계는 가스를 포함하는 유체의 유량을 측정하는 장치이다.

상기 질량유량계는, 도관과, 상기 내의 질량유량을 측정하는 유량측정센서와, 상기 유량측정센서가 설치되는 도관을 통과하는 유량에 비례하여 대부분의 유체가 흐르도록 구성되는 바이패스 유로를 포함한다.

상기 도관과 상기 바이패스 유로는 병렬구조로 제공된다. 상기 병렬 구조는, 상기 도관과 상기 바이패스 유로 양단의, 입구 및 출구를 공유한다는 것을 의미한다.

상기 유량측정센서는 유동이 선형적인 특성을 유지하는 저유속 층류유동에 대하여 작동하도록 설계된다. 센서를 흐르는 유량이 커지면 유속이 증가하여 난류로 천이된다. 이 경우 유동은 비선형 특성을 나타내어 정확한 유량계측을 하려면 비선형 특성에 대한 다양한 상관계수를 알아야 하기 때문에, 계측기로서 비합리적이다. 그러므로 센서 유동을 층류로 유지하려면 계측유량의 범위는 제한적일 수밖에 없다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 상기 바이패스 유로가 사용된다.

상기 바이패스 유로는, 계측하고자 하는 전체유량 중, 센서를 통과하는 소량의 유량을 제외한 대부분의 유체가 이를 통과하도록 유로를 설계한다. 이때, 바이패스를 흐르는 유량은 센서를 흐르는 유량과 비례하도록 설계한다. 즉, 센서를 흐르는 유량을 측정하면, 이에 비례하는 바이패스의 유량이 결정되므로 총 유량을 알 수 있다.

상기 바이패스 유로의 내부에는, 유동을 안정화시켜 층류를 만들어내는 기술이 다양하게 소개되어 있다. 예를 들어, 기술 센서 도관과 비슷한 직경의 채널을 여러 개 사용하는 다관형 채널이 널리 알려져있다. 그러나 상기 다관형 채널을 가지는 바이패스의 경우, 작은 유량차압비와 층류 유동 조건에 의하여 유량이 제한적이다. 또한, 유량차압비를 조절하기 위해서는, 유량이 통과할 수 있는 상기 채널의 직경 및 수를 조절할 수 있는데, 제작이 번거롭고, 사용조건에 따라서 다양한 부품을 재고로 사용하여야 하는 문제점이 있다.

상기 바이패스의 내부에서 층류를 만들어 내는 다른 기술로서, 미국특허 5,332,005에는 메쉬를 사용하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술 또한 상기 바이패스의 전후단의 유량차압비를 조절하기 위해서는, 통과매쉬를 다르게 사용하여야 하기 때문에, 제작이 번거롭고, 사용조건에 따라서 다양한 부품을 재고로 사용하여야 하는 문제점이 있다.

상기 바이패스의 내부에서 층류를 만들어 내는 다른 기술로는, 등록특허 10-0760065에서 동심원의 채널을 사용하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술 또한 상기 바이패스의 전후단의 유량차압비를 조절하기 위해서, 동심원의 크기 및 채널 간격을 다르게 사용하여야 하기 때문에, 제작이 번거롭고, 사용조건에 따라서 다양한 부품을 재고로 사용하여야 하는 문제점이 있다.

미국등록특허 5,332,005, Laminar flow element and method for metering fluid flow 대한민국등록특허 10-0760065, 대용량 질량 유량 계측 장치

본 발명은, 바이패스의 유량차압비를 편리하게 조절할 수 있는 질량유량계 및 질량유량계의 바이패스유량조절방법을 제안한다.

본 발명은, 단일의 부품을 사용하여 바이패스의 유량차압비를 조절하여, 단일의 부품으로도 다양한 유량범위에 사용할 수 있는 질량유량계 및 질량유량계의 바이패스유량조절방법을 제안한다.

본 발명은 제작이 편리한 질량유량계 및 질량유량계의 바이패스유량조절방법을 제안한다.

본 발명에 따른 질량유량계에는, 유량을 측정하는 유량측정센서; 및 바이패스 유로와 상기 유량측정센서로 유로를 분기하는 바이패싱 밸브가 포함된다. 이에 따르면, 바이패싱 되는 유량을 조절할 수 있다.

상기 바이패싱 밸브에는, 제 1 개구를 가지는 하우징, 상기 하우징의 제 1 개구와 정렬되는 제 1 개구를 가지는 조절로드; 및 상기 조절로드의 제 1 개구와 상기 하우징의 제 1 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 2 메쉬가 포함된다. 이에 따르면, 두 개소의 서로 이격되는 개구를 이용하여 다양한 형태로 바이패싱 유량을 조절할 수 있다.

상기 조절로드와 상기 하우징의 상대적인 위치가 변경되어, 상기 하우징의 제 1 개구와 상기 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태가 변경이 가능하다. 이에 따르면, 상기 제 1 개구를 통과하는 유량이 변경되어 유량을 조절할 수 있다.

상기 하우징은 원통형으로 제공되고, 상기 유체가 유입되는 쪽의 제 1 단부; 상기 제 1 단부의 반대쪽의 제 2 단부; 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 사이에 놓이고, 상기 하우징의 제 1 개구가 제공되는 하우징 몸체가 포함되고, 상기 조절로드는 원통형으로 제공되고, 상기 유체가 유입되는 쪽의 제 1 단부; 상기 제 1 단부의 반대쪽의 제 2 단부; 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 사이에 놓이고, 상기 조절로드의 제 1 개구가 제공되는 로드 몸체가 포함되고, 상기 하우징 및 상기 조절로드가 상대적으로 회전되어, 상기 하우징의 제 1 개구와 상기 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태가 변경될 수 있다. 이에 따르면, 작업자가 편리하게 바이패싱 유량을 조절할 수 있다.

상기 로드 몸체와 상기 제 1 단부의 사이, 및 상기 로드 몸체와 상기 제 2 단부의 사이 중의 적어도 하나에는, 상기 제 2 메쉬의 위치가 고정되도록 하는 단차가 제공된다. 이에 따르면, 상기 제 2 메쉬의 위치가 편리하고, 안정적으로 고정될 수 있다.

상기 하우징의 제 2 단부에 제공되는 제 2 개구; 상기 조절로드의 제 2 단부에 제공되는 제 2 개구; 및 상기 하우징의 제 2 개구 및 상기 조절로드의 제 2 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 1 메쉬가 더 포함되고, 상기 하우징의 제 2 개구와 상기 조절로드의 제 2 개구는 정렬상태가 고정된다. 이에 따르면, 질량유량계는 항상 일정량의 바이패싱 유량이 제공되도록 할 수 있고, 결국, 질량유량계는 신뢰성이 만족되는 범위 내에서 동작되도록 할 수 있다.

상기 하우징에 제공되고, 상기 하우징의 제 1 개구와 이격되는 제 2 개구; 상기 조절로드에 제공되고, 상기 조절로드의 제 1 개구와 이격되는 제 2 개구; 및 상기 하우징의 제 2 개구 및 상기 조절로드의 제 2 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 1 메쉬가 더 포함되고, 상기 하우징의 제 2 개구 및 상기 조절로드의 제 2 개구는, 서로 정렬상태가 고정된다. 이에 따르면, 바이패싱 유량을 안정적으로 조절할 수 있다.

상기 제 1 메쉬와 상기 제 2 메쉬는 서로 통공의 크기가 서로 다르게 제공됨으로써, 바이패싱 유량을 다양하게 조절할 수 있다.

상기 하우징에 제공되는 적어도 두 개의 하우징 리세스; 상기 조절로드에 제공되는 로드 리세스; 및 상기 하우징 리세스와 상기 로드 리세스에 함께 끼워지는 고정핀이 포함된다. 이에 따르면, 동일한 부품을 사용하여 다양한 바이패싱 유량을 조절할 수 있다. 나아가서, 동일한 제품을 이용해서 다양한 질량유량의 측정범위의 질량유량계를 사용할 수 있다.

상기 하우징의 제 1 개구 및 상기 조절로드의 제 1 개구는 각각 한 쌍이 마련되어, 만족할 수 있는 정도의 유량을 확보할 수 있다.

상기 조절로드가 상기 하우징의 안으로 삽입되고, 상기 조절로드의 제 1 개구, 제 2 메쉬, 및 상기 하우징의 제 1 개구의 순서로 안쪽에서 바깥쪽으로 정렬되어, 내외로 중첩되는 구조물을 제공하여 유체가 통과하는 개구의 면적을 안정적으로 구현할 수 있다.

상기 유량측정센서 및 바이패싱 밸브의 하류에 놓여서, 통과하는 유량을 조절하는 유량조절밸브가 더 포함될 수 있다. 이에 따르면, 설정된 상태에서 질량유량계를 통과하는 유체의 질량을 조절하여 사용할 수 있다.

다른 측면에 따른 본 발명의 질량유량계의 바이패스유량조절방법에는, 유량을 측정하는 유량측정센서; 바이패스 유로와 상기 유량측정센서로 유로를 분기하는 바이패싱 밸브; 및 통과하는 유량을 조절하는 유량조절밸브가 포함되고, 상기 바이패싱 밸브에는, 제 1 개구를 가지는 하우징, 상기 하우징의 제 1 개구와 정렬되는 제 1 개구를 가지는 조절로드; 및 상기 조절로드의 제 1 개구와 상기 하우징의 제 1 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 2 메쉬가 포함되는 질량유량계의 바이패스 유량을 조절하기 위하여, 질량유량계의 적정한 유량측정범위에 대응하는 바이패싱 유량비율에 맞도록, 상기 하우징의 제 1 개구와 상기 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태를 조절하여 상기 조절로드와 상기 하우징을 정렬하는 것; 및 상기 조절로드와 상기 하우징을 체결하는 것이 포함된다.

본 발명에 따르면, 다양한 측정범위의 질량유량을 단일의 부품을 이용하여 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다양한 유량조절범위를 단일의 부품으로 대응하여 질량유량계를 제작할 수 있다. 이에 따라서, 부품의 규격화가 쉽고, 단일 부품이 동일하게 사용됨으로써 재고비가 줄어드는 장점이 있다.

본 발명에 따르면, 제작 및 조립이 간편해지는 장점이 있다.

본 발명에 따르면, 손쉽게 현장에서 질량유량계의 유량측정범위를 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 실시예에 따른 질량유량계의 정면도.
도 2는 바이패싱 밸브의 사시도.
도 3은 바이패싱 밸브의 분해 사시도.
도 4는 조절로드의 동작을 보이는 도면.
도 5는 도 2의 A-A'의 단면도.
도 6은 유량측정센서의 작용을 설명하는 도면.
도 7은 실시예에 따른 질량유량계의 바이패스유량조절방법을 설명하는 흐름도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 실시예에 따른 질량유량계의 정면도이다. 도 1에서 배관 들은 단면으로 표시하여 이해의 편의를 도모하였다.

도 1을 참조하면, 실시예의 질량유량계에는, 질량유량계의 동작에 필요한 다수의 전자소자가 장착되는 메인보드(1), 상기 메인보드와 일체화되어 측정대상이 되는 유체가 흐르는 배관블럭(2), 상기 배관블럭(2)에 장착되어 유체의 유량을 측정하는 유량측정센서(20), 상기 배관블럭(2)에 장착되어 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브(30), 상기 메인보드(1)에 장착되어 질량유량계의 제어를 수행하는 제어부(3), 및 상기 제어부(3)와 외부의 신호입력과 신호출력을 수행하는 신호입출력부(4)가 포함된다.

상기 배관블럭(2)에는 바이패스 유로를 제공하고, 바이패싱 밸브(bypassing valve)(도 2의 40참조)가 놓이는 바이패싱 밸브 안착부(10)가 형성된다.

상기 바이패싱 밸브(40)는, 상기 바이패스 유로를 흐르는 유량(Q1)과 상기 유량측정센서(20)로 흐르는 유량(Q2)의 비율을 조절할 수 있다.

상세하게 설명하면, 상기 바이패싱 밸브의 유량차압비를 조절함으로써, 바이패스 유로로 흐르는 유량(Q1)과 유량측정센서(20)로 흐르는 유량(Q2)의 유량비율(Q1/Q2)을 조절할 수 있다. 상기 바이패싱 밸브(40)의 상기 유량차압비가 커질수록, 바이패싱 유량비율(Q1/Q2)이 커질 수 있다.

상기 유량차압비는, 밸브에 제공되는 유로의 단면적의 변화에 따른 유량과 차압(밸브의 전후단의 압력차)의 비(유량/차압)를 의미한다. 예를 들어, 상기 바이패싱 밸브의 유로의 단면적인 증가할수록, 상기 바이패싱 밸브의 상기 유량차압비는 증가한다. 상기 유량차압비가 증가할수록, 상기 유량비율(Q1/Q2)이 증가하고, 상기 유량측정센서(20)보다 상기 바이패싱 밸브(40) 쪽으로 더 많은 유량이 흐를 수 있다.

예를 들어, 상기 유량비율(Q1/Q2)이 작아질수록. 유량측정센서(20)로 더 많은 유량이 공급되고, 대부분의 유체가 흐르는 바이패스 유로는 더 적은 유량이 공급된다. 이 경우에는 질량유량계가 적용될 수 있는 유량의 계측량이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 이 경우에 질량유량계가 계측할 수 있는 질량의 범위는 10~100cc/min이 될 수 있다. 반대의 경우로, 상기 바이패싱 유량비율(Q1/Q2)이 커질수록. 유량측정센서(20)로 더 적은 유량이 공급되고, 대부분의 유체가 흐르는 바이패스 유로는 더 많은 유량이 공급된다. 이 경우에는 질량유량계가 적용될 수 있는 유량의 계측량이 커질 수 있다. 예를 들어, 이 경우에 질량유량계가 계측할 수 있는 질량의 범위는 30~180cc/min이 될 수 있다.

질량의 계측범위의 변동을 설명하기 위한 것으로서, 위 수치는 일 예에 지나지 않는다. 또한, 크기 변경, 다른 부품의 변경, 및 메인입구(5)에 걸리는 압력 등에 따라서 달라질 수 있는 것도 물론이다.

본 발명은 상기 바이패싱 유량비율을 편리하게 조절할 수 있는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 상기 바이패싱 유량비율을 단일의 부품을 이용하여 조절할 수 있는 것을 일 특징으로 한다. 예를 들어, 단일의 부품의 설치각을 변경함으로써, 바이패싱 유량비율을 조절할 수 있기 때문에, 다양한 사양, 크기, 직경, 및 형상의 다수의 부품을 구비할 필요가 없어 편리하다. 나아가서, 부품의 규격화가 이루어져서 재고비용을 줄일 수 있다.

상기 질량유량계의 작용을 설명한다.

메인입구(5)로 공급되는 유체는, 바이패싱 밸브(40)를 바로 통과하는 유체, 및 유량측정센서(20)를 통과하는 유체로 분기된다. 이때 분기되는 비율, 즉 상기 바이패싱 유량비율(Q1/Q2)은 상기 바이패싱 밸브(10)에 의해서 조절될 수 있는 것은 이미 설명된 바와 같다.

상기 유량측정센서(20)는, 센서입구(6)부터 센서출구(7)까지 좁은 채널로 제공되기 때문에, 채널 내부를 흐르는 유동은 안정화될 수 있다. 상기 유량측정센서(20)에서 측정한 유량과 상기 바이패싱 유량비율을 이용하여 질량유량계를 통과하는 전체 유체의 질량을 알아낼 수 있다.

분기된 후에 합류된 유체는 유량조절밸브(30)에 의해서 유량이 조절된 다음에, 메인출구(8)로 토출된다.

상기 유량조절밸브(30)에 의한 유량조절작용을 설명한다.

상기 바이패싱 유량비율(Q1/Q2)이 작아서 질량유량계가 계측할 수 있는 질량의 범위는 10~100cc/min인 경우를 예로 든다. 이 경우에, 상기 유량조절밸브(30)를 닫을 수록 10~100cc/min의 범위안에서 유량이 작아지고, 상기 유량조절밸브(30)를 열수록 10~100cc/min의 범위안에서 유량이 커지는 방향으로 움직일 수 있다.

반대의 경우로, 상기 바이패싱 유량비율(Q1/Q2)이 커서 질량유량계가 계측할 수 있는 질량의 범위는 30~180cc/min인 경우를 예로 든다. 이 경우에, 상기 유량조절밸브(30)를 닫을 수록 30~180cc/min의 범위안에서 유량이 작아지고, 상기 유량조절밸브(30)를 열수록 30~180cc/min의 범위안에서 유량이 커지는 방향으로 움직일 수 있다.

이하에서는 상기 바이패싱 밸브의 구성을 상세하게 설명한다.

도 2는 상기 바이패싱 밸브의 사시도이고, 도 3은 바이패싱 밸브의 분해 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 바이패싱 밸브(40)에는, 상기 바이패싱 밸브(40)의 외관을 이루는 하우징(50), 상기 하우징(50)에 적어도 일부분이 내외측으로 정렬되고 정렬되는 범위가 조절되는 조절로드(60), 상기 조절로드(60)와 상기 하우징의 사이에 개입되는 메쉬(80)(81)가 포함된다.

상기 조절로드(60)는 상기 하우징(50)에 대하여 회전이 가능하고, 이를 통하여 상기 하우징의 개구와 상기 조절로드의 개구가 서로 정렬되는 부분의 크기가 달라질 수 있다. 상기 하우징의 개구와 상기 조절로드의 개구가 서로 정렬되는 부분을 통하여 유체가 통과할 수 있다. 상기 하우징의 개구와 상기 조절로드의 개구가 서로 정렬되는 부분에는 메쉬가 제공되어 압력차를 제공할 수 있다. 상기 압력차가 조절됨으로써 상기 바이패싱 유량비율을 조절할 수 있다.

상기 하우징(50)에는, 유체의 입구측에 놓이는 제 1 단부(51), 상기 제 1 단부(51)의 반대쪽 끝단의 제 2 단부(53), 및 상기 제 1 단부(51)와 제 2 단부(53) 사이의 하우징 몸체(55)가 포함된다. 상기 하우징은 대략 원통형으로 제공되어, 상기 하우징(50)의 안쪽에 놓이는 조절로드(60)가 회전될 수 있도록 할 수 있다. 상기 하우징(50)과 상기 조절로드(60)가 상대적으로 회전하여, 두 부재의 정렬상태가 조절될 수 있다.

상기 제 1 단부(51)에는 고정핀(90)이 끼워질 수 있는 하우징 리세스(52)가 제공된다. 상기 하우징 리세스(52)는 조절로드(60)에 제공되는 로드 리세스(63)와 정렬될 수 있다. 상기 리세스(52)(63)에 고정핀(90)이 끼워지면, 조절로드(60)는 하우징(50)에 대하여 고정될 수 있다. 고정핀(90)은 상기 리세스(52)(63)에 억지끼움되어 외부 충격에도 빠지지 않도록 할 수 있다. 상기 고정핀(90)이 끼워지기 전에, 조절로드(60)를 회전시켜서 상기 하우징(50)에 대한 놓임상태, 특히 상대적인 회전각도가 조절될 수 있다. 상기 하우징과 상기 조절로드의 고정은 고정핀에 의한 체결 외에, 용접에 의해서 고정될 수도 있고, 상기 고정핀(90)이 방사방향의 내측으로 끼워지는 것 외에, 로드의 길이 방향으로 키가 끼워지는 것에 의해서 고정될 수도 있다.

상기 하우징 몸체(55)에는 두 개의 서로 이격되는 제 1 개구(56)가 제공될 수 있다. 상기 제 1 개구(56)를 통해서는 유체가 통과할 수 있다. 유체는 하우징의 안쪽에서 바깥쪽으로, 즉 방사방향으로 통과할 수 있다. 두 개의 상기 제 1 개구(56)는 같은 크기로 마련될 수 있다.

상기 제 2 단부(53)에는 제 2 개구(54)가 제공될 수 있다. 상기 제 2 개구(54)를 통해서는 유체가 통과할 수 있다. 유체는 상기 하우징의 안쪽에서 바깥쪽으로, 즉 지면을 기준으로 왼쪽에서 오른쪽으로 통과할 수 있다.

상기 조절로드(60)에는, 유체가 유입되는 입구측의 제 1 단부(62), 상기 제 1 단부(62)의 반대쪽 끝단의 제 2 단부(64), 및 상기 제 1 단부(62)와 제 2 단부(64) 사이의 로드 몸체(61)가 포함된다. 상기 조절로드(60)는 대략 원통형으로 제공되어, 상기 하우징(50)의 안쪽에 놓인 상태에서 회전될 수 있다.

상기 제 1 단부(62)에는 로드 리세스(63)가 제공된다. 상기 로드 리스세(63)는, 상기 조절로드(60)가 회전되는 상태에서 다수의 하우징 리세스(62) 중의 어느 하나와 정렬될 수 있다. 정렬이 완료된 상태에서 고정핀(90)이 끼워져서 조절로드와 하우징이 서로 고정되는 것은 이미 살펴본 바와 같다.

상기 로드 리세스(63)는 적어도 두 개가 제공되어 외부충격이나 진동이 있더라도, 상기 조절로드와 상기 하우징이 견고하게 고정되도록 할 수 있다.

상기 로드 몸체(61)는, 상기 제 1 단부(62) 및 상기 제 2 단부(64)에 대하여 안쪽으로 단차져서 제 1 단차(66) 및 제 2 단차(67)가 제공된다. 상기 단차(66)(67)를 이어주는 연장부분은 메쉬 놓임부(70)를 제공한다. 상기 메쉬 놓임부(70)에 의해서 제 2 메쉬(80)가 빠지지 않고 지지될 수 있다.

상기 로드 몸체(61)에는 두 개의 서로 이격되는 제 1 개구(68)가 제공될 수 있다. 상기 제 1 개구(68)를 통해서는 유체가 통과할 수 있다. 유체는 조절 로드의 안쪽에서 바깥쪽으로, 즉 방사방향으로 통과할 수 있다. 두 개의 상기 제 1 개구(68)는 같은 크기로 마련될 수 있다. 상기 제 1 개구(68)에는 리브(69)가 길이방향으로 제공되어 제 2 메쉬(80)의 위치가 잘 유지되도록 할 수 있다.

상기 제 2 메쉬(80)는 원통형으로 말리기는 하지만, 그 양단은 연결되지 않을 수 있다. 상기 제 2 메쉬(80)의 양단 사이에는 메쉬개구(86)가 제공될 수 있다.

상세하게, 상기 제 2 메쉬(80)는, 사각형의 부재가 감겨서 로드몸체(61)에 체결되고, 축방향 제 1 단부(82) 및 축방향 제 2 단부(83)가 각각 단차(66)(67)에 지지될 수 있다. 상기 제 2 메쉬(80)는 원주방향의 양 끝단에 원주방향 제 1 단부(84) 및 원주방향 제 2 단부(85)를 가질 수 있다. 상기 원주방향 단부(84)(85)는 서로 접하지 않을 수 있다. 상기 원주방향 단부(84)(85)는 상기 제 1 개구(68)를 피해서 설치될 수 있다. 상기 원주방향 단부(84)(85)는 로드 몸체(61)의 표면에 용접 등의 방법으로 체결될 수 있다.

이에 따르면, 상기 제 2 메쉬(80)는 공용화된 부품으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 조절로드의 직경이 커지거나 작아지더라도 사각형의 메쉬가 단일부품이 공용부재로서 사용될 수 있다. 따라서 제조비가 줄어드는 이점이 있다.

상기 제 2 단부(64)에는 제 2 개구(65)가 제공될 수 있다. 상기 제 2 개구(65)를 통해서는 유체가 통과할 수 있다. 유체는 상기 하우징의 안쪽에서 바깥쪽으로, 즉 지면을 기준으로 왼쪽에서 오른쪽으로 통과할 수 있다.

상기 제 1 메쉬(81)는 상기 제 2 개구(65)를 덮고 고정될 수 있다. 상기 제 2 메쉬(80)는 상기 제 1 개구(68)를 덮고 고정될 수 있다. 상기 메쉬는 다수의 작은 통공을 가지는 망으로 제공될 수 있다.

상기 하우징의 제 1 개구(56)와 상기 조절로드의 제 1 개구(68)는 서로 정렬될 수 있다. 상기 제 1 개구(56)(68)의 정렬상태는 상기 조절로드를 회전하는 것에 의해서 달라질 수 있다. 상기 제 1 개구(56)(68)가, 모두 정렬되어 제 1 개구의 전체 면적을 통하여 유체가 흐를 수도 있고, 완전히 정렬되지 않아서 제 1 개구를 통해서는 유체가 흐르지 않도록 할 수도 있다.

이와 같이, 제 1 개구(56)(68)가 서로 정렬되는 면적을 조절하는 것에 의해서 유체의 유로면적은 조절될 수 있다. 또한, 유체는 제 2 메쉬(80)를 통과하여 유동하므로, 유로면적이 다시 한번 조절되고, 제 2 메쉬(80)의 통과 전과 통과 후의 차압을 제공할 수 있다.

상기 제 1 개구(56)(68)의 정렬상태조절에 따라서 상기 유량차압비를 조절함으로써, 상기 바이패싱 유량비율이 조절될 수 있다.

상기 하우징의 제 2 개구(54)와 상기 조절로드의 제 2 개구(65)는 서로 정렬될 수 있다. 상기 제 2 개구(54)(65)는 일정하게 정렬되는 것으로서, 조절로드를 회전시키더라도 정렬상태가 변경되지 않는다. 상기 제 1 개구(56)(68)가 완전히 막히더라도 제 2 개구(54)(65)를 통해서는 유체가 흐를 수 있다. 물론, 유체는 제 1 메쉬(81)를 통과하여 유동하므로, 제 1 메쉬(81)에 의해서 유로면적이 조절될 수 있다.

상기 제 2 개구(54)(65)에 따라서 일정량의 유체는 흐르도록 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제 1 개구(56)(68)가 완전히 닫히더라도 바이패싱 밸브(40)를 통하여 일정량의 유체는 흐를 수 있다. 이에 따라서 실시예에 따른 질량유량계의 바이패싱 유량비율은 무한소가 되지 않고 일정한 유량비율, 즉 제 2 개구(54)(65) 및 제 1 메쉬(81)를 이용하여 통과하는 바이패싱 유량비율부터 측정할 수 있다. 이에 따르면, 실시예의 질량유량계의 신뢰 가능하고, 동작이 허용되는 바이패싱 유량비율의 범위 내에서만 질량유량을 측정하도록 할 수 있다.

상기 바이패싱 유량비율을 조절하여 질량유량계의 측정가능범위가 더 신뢰가능한 범위에서 동작이 가능한 장점이 있다.

상기 메쉬(81)(80)는 통공의 크기, 갯수, 및 간격이 서로 달라지도록 할 수 있다. 이에 따라서, 메쉬를 통과하는 유체의 유로면적을 조절할 수 있고, 결국, 상기 유량차압비 및 상기 바이패싱 유량비율을 더욱 다양한 경우로 확장하여 조절할 수 있다.

이하에서는 상기 바이패싱 유량비율을 조절하는 작용을 더 상세하게 설명한다.

도 4는 상기 조절로드의 동작을 보이는 도면이고, 도 5는 도 2의 A-A'의 단면도로서 상기 제 1 개구의 조절을 보이는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 길이방향의 축을 기준으로 조절로드(60)는 상기 하우징(50)에 대하여 회전이 가능하다. 상기 조절로드가 하우징에 끼워지기 전이나 끼워진 후에 조절로드를 회전하여, 상기 바이패싱 유량비율에 따라서 결정된 상대각도로 맞출 수 있다. 예를 들어, 상기 바이패싱 유량비율을 작게하는 경우에는, 제 1 개구(56)(68)가 졉쳐지는 면적이 작아지도록 조절로드의 각도를 조절할 수 있다.

결정된 바이패싱 유량비율에 따라서 조절로드가 하우징에 놓인 다음에는, 고징핀을 체결하는 것에 의해서 조절로드와 하우징을 체결할 수 있다.

상기 조절로드와 상기 하우징이 체결되면, 안쪽에서 바깥쪽으로 유체가 이동할 수 있고, 이때, 제 2 메쉬(80)를 거치는 것에 의해서 유로면적이 조절될 수 있다.

도 6은 상기 유량측정센서의 작용을 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 유체가 유동하는 모세관(21)의 외면에 제 1 온도센서(22) 제 2 온도센서(24)가 설치된다. 상기 제 1 온도센서와 제 2 온도센서의 온도차를 이용하여 유체의 유량을 측정할 수 있다.

상기 유량측정센서의 측정작용은 유체의 유량이 많아질수록 제 2 온도센서가 제 1 온도센서에 비하여 더 온도가 뜨거워지는 성질을 이용할 수 있다. 상기 온도센서의 사이에는 히터(23)를 설치하여 온도분포가 더 달라지게 할 수도 있다.

조립이 완료된 실시예에 따른 질량유량계는 캘리브레이션을 실시할 수 있다. 예를 들어, 참값으로서 표준이 되는 단위시간 당 유량을 흘리고, 그에 대응하는 상태의 유량조절밸브(30) 및 온도센서(22)(24)의 측정값을 메칭시키고, 해당하는 값을 상기 제어부(3)에 저장할 수 있다. 상기 캘리브레이션이 완료되면, 질량유량기는 사용할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 질량유량계의 바이패스유량조절방법을 설명하는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 질량유량계의 유량측정범위에 대응하여, 바이패싱 유량비율을 결정하고(S1), 결정된 유량비율에 맞도록 제 1 개구(56)(68)가 서로 정렬되도록 조절로드를 하우징에 삽입한다(S2). 이후에는 고정핀(90)을 이용하여 조절로드와 하우징을 서로 체결할 수 있다(S3).

상기 고정핀(90)는 영구적인 체결수단이 아닌 것으로서, 추후에 뽑아낼 수도 있다.

상기 질량유량계의 바이패스유량조절방법은, 같은 부재인 조절로드를 이용하여, 하우징과 조절로드의 상대적인 설치각만을 조절한다. 이에 따르면, 부품의 재고비가 줄어들 수 있고, 관리해야 하는 부품의 수가 줄어들 수 있고, 같은 부품으로 다양한 측정범위에 대응하는 질량유량계를 제공할 수 있다.

뿐만 아니라, 이미 설치된 질량유량계의 측정범위를 변경하고자 하는 경우에는, 전체로서 질량유량계를 교체할 필요가 없다. 상세하게는, 첫째, 고정핀(90)을 뺀 다음에, 둘째, 조절로드와 하우징의 회전각을 변경한 후 고정핀을 다시 체결하고, 셋째, 온도센서와 대응하는 질량에 대한 정보를 캘리브레이션을 수행함으로써, 질량유량계의 측정범위를 변경할 수 있다.

본 발명에 포함될 수 있는 다른 실시예를 제시한다.

상기 개구는 각 부재 마다 두개가 제공되는 것으로 제시되지만, 한 개, 또는 세 개, 또는 그 이상이 수가 제공될 수 있을 것이다. 상기 개구의 개수가 많아지면, 상기 조절로드의 회전각이 작아지더라도 상기 바이패싱 유량비율은 크게 조절될 수 있다. 다만, 난류발생을 줄이면서 바이패싱 유량비율의 조절편의성을 증진하기 위하여 두 개의 개구가 서로 이격되는 형태가 더욱 바람직하다.

상기 조절로드가 상기 하우징의 안쪽에 삽입되는 형태로 제공되지만, 이에 제한되지 않고, 조절로드가 하우징의 바깥쪽에 놓일 수도 있을 것이다. 다만, 그 정렬상태가 변경되는 것에 따라서 유체가 통과하는 개구의 면적이 변경될 수 있는 것은 마찬가지이다.

상기 제 2 개구(54)(65)가 제공되지 않을 수 있다. 이 경우에는 제 1 개구를 완전히 닫는 것에 의해서 유체가 흐르지 않을 수도 있다. 다만, 질량유량계의 적정한 동작성능의 활용을 위해서는 제 1 개구가 제공되는 것이 바람직하다.

실시예에서는 조절로드가 회전하여 하우징과 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태가 서로 변경되는 것으로 설명하였다. 그러나 이에 그치지 않고, 상기 조절로드가 하우징에 인입되는 삽입깊이를 조절하여, 상기 제 1 개구의 정렬상태를 변경할 수도 있을 것이다. 다만, 상대적인 회전각도를 조절하는 것이 두 부재의 고정을 편리하게 하는데 있어서 바라직할 것이다.

실시예에서는, 통과하는 유량을 조절하는 유량조절밸브가 당연히 포함되는 것으로 설명이 되어 있으나, 이에 제한되지 않고, 상기 유량조절밸브는 별도의 설비로서 마련되고, 유량측정센서와 바이패싱 밸브만이 함께 제공될 수도 있다. 이 경우에도 질량유량계를 통과하는 유체의 질량을 측정하여 제어정보로서 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다양한 질량유량 측정범위에 대응할 수 있는 질량유량계를 제공할 수 있기 때문에, 산업적인 적용이 기대된다.

50: 하우징
54: 제 2 개구
56: 제 1 개구
60: 조절로드
65: 제 2 개구
68: 제 1 개구

Claims (11)

1. 유량을 측정하는 유량측정센서; 및
   바이패스 유로와 상기 유량측정센서로 유로를 분기하는 바이패싱 밸브가 포함되고,
   상기 바이패싱 밸브에는,
   제 1 개구를 가지는 하우징,
   상기 하우징의 제 1 개구와 정렬되는 제 1 개구를 가지는 조절로드; 및
   상기 조절로드의 제 1 개구와 상기 하우징의 제 1 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 2 메쉬가 포함되고,
   상기 조절로드와 상기 하우징의 상대적인 위치가 변경되어, 상기 하우징의 제 1 개구와 상기 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태가 변경이 가능한,
   질량유량계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은 원통형으로 제공되고,
   상기 유체가 유입되는 쪽의 제 1 단부;
   상기 제 1 단부의 반대쪽의 제 2 단부; 및
   상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 사이에 놓이고, 상기 하우징의 제 1 개구가 제공되는 하우징 몸체가 포함되고,
   상기 조절로드는 원통형으로 제공되고,
   상기 유체가 유입되는 쪽의 제 1 단부;
   상기 제 1 단부의 반대쪽의 제 2 단부; 및
   상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 사이에 놓이고, 상기 조절로드의 제 1 개구가 제공되는 로드 몸체가 포함되고,
   상기 하우징 및 상기 조절로드가 상대적으로 회전되어, 상기 하우징의 제 1 개구와 상기 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태가 변경되는, 질량유량계.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 로드 몸체와 상기 제 1 단부의 사이, 및 상기 로드 몸체와 상기 제 2 단부의 사이 중의 적어도 하나에는, 상기 제 2 메쉬의 위치가 고정되도록 하는 단차가 제공되는 질량유량계.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 하우징의 제 2 단부에 제공되는 제 2 개구;
   상기 조절로드의 제 2 단부에 제공되는 제 2 개구; 및
   상기 하우징의 제 2 개구 및 상기 조절로드의 제 2 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 1 메쉬가 더 포함되고,
   상기 하우징의 제 2 개구와 상기 조절로드의 제 2 개구는 정렬상태가 고정되는 질량유량계.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징에 제공되고, 상기 하우징의 제 1 개구와 이격되는 제 2 개구;
   상기 조절로드에 제공되고, 상기 조절로드의 제 1 개구와 이격되는 제 2 개구; 및
   상기 하우징의 제 2 개구 및 상기 조절로드의 제 2 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 1 메쉬가 더 포함되고,
   상기 하우징의 제 2 개구 및 상기 조절로드의 제 2 개구는, 서로 정렬상태가 고정되는 질량유량계.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 메쉬와 상기 제 2 메쉬는 서로 통공의 크기가 서로 다른 질량유량계.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징에 제공되는 적어도 두 개의 하우징 리세스;
   상기 조절로드에 제공되는 로드 리세스; 및
   상기 하우징 리세스와 상기 로드 리세스에 함께 끼워지는 고정핀이 포함되는 질량유량계.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징의 제 1 개구 및 상기 조절로드의 제 1 개구는 각각 한 쌍이 마련되는 질량유량계.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 조절로드가 상기 하우징의 안으로 삽입되고,
   상기 조절로드의 제 1 개구, 제 2 메쉬, 및 상기 하우징의 제 1 개구의 순서로 안쪽에서 바깥쪽으로 정렬되는 질량유량계.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량측정센서 및 바이패싱 밸브의 하류에 놓여서 통과하는 유량을 조절하는 유량조절밸브가 더 포함되는 질량유량계.
11. 유량을 측정하는 유량측정센서; 및 바이패스 유로와 상기 유량측정센서로 유로를 분기하는 바이패싱 밸브가 포함되고, 상기 바이패싱 밸브에는, 제 1 개구를 가지는 하우징, 상기 하우징의 제 1 개구와 정렬되는 제 1 개구를 가지는 조절로드; 및 상기 조절로드의 제 1 개구와 상기 하우징의 제 1 개구를 통과하는 유체의 유로면적을 조절하는 제 2 메쉬가 포함되는 질량유량계의 바이패스 유량을 조절하기 위하여,
    유량측정범위에 대응하는 바이패싱 유량비율에 맞도록, 상기 하우징의 제 1 개구와 상기 조절로드의 제 1 개구의 정렬상태를 조절하여 상기 조절로드와 상기 하우징을 정렬하는 것; 및
    상기 조절로드와 상기 하우징을 체결하는 것이 포함되는 질량유량계의 바이패스유량조절방법.

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