KR102155528B1

KR102155528B1 - 유량튜브 및 이를 포함하는 가스미터

Info

Publication number: KR102155528B1
Application number: KR1020190019854A
Authority: KR
Inventors: 고성호; 윤정중
Original assignee: 충남대학교산학협력단; 주식회사 엔박
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-09-14
Also published as: KR20200101687A

Abstract

본 발명은 유량튜브 및 이를 포함하는 가스미터에 관한 것으로, 내부에 측정공간이 형성되어 있고 상기 측정공간과 연결된 유입구 및 배출구를 갖는 하우징, 그리고 상기 측정공간에 위치하여 상기 배출구와 연결된 제1항 내지 제8항 중 선택된 어느 한 항에 정의되어 있는 유량튜브를 포함한다.
상기 유량튜브는, 입구와 출구를 갖는 유동유로가 내부를 관통한 튜브본체, 상기 유동유로에 배치되어 있고 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 원형의 유동홀이 복수 형성되어 있는 압력 강하기, 상기 튜브본체에 형성되어 있고 배치공간을 갖는 센서 배치부, 상기 센서 배치부에 형성되어 있고 상기 유동유로를 유동하는 유체의 유동을 우회시키는 우회유로 및 상기 유동유로의 입구에 배치된 필터부를 포함하며, 상기 유동유로로 유입되어 유동하는 유체 에너지 중 일부는 상기 우회유로를 통해 상기 압력 강하기를 우회하여 상기 출구에서 합류하여 배출된다.

Description

유량튜브 및 이를 포함하는 가스미터{Flow tube and gas meter comprising the same}

본 발명은 유량튜브 및 이를 포함하는 가스미터에 관한 것이다.

종래 가스미터 계량 방식은 아래와 같은 체적식으로 이루어진다. 체적식은 다음과 같다.

검침량(m³)

실사용량(m³) = 검침량(m³) Ⅹ 온압보정계수

사용 열량(MJ) = 실사용량(m³) Ⅹ 단위 열량(MJ/m³)

요금(원) = 사용 열량(MJ) Ⅹ 열량 단가(원/MJ)

위와 같은 체적식으로 온압보정기를 설치하여 보일-샤를의 법칙(Boyle-Charles' Law)을 이용한 온압보정을 실시한다. 그리고 에너지 환산계수를 적용하여 요금을 부과하는 방식이다. 계량방식이 펄스를 읽어 선형보정하는 체적유량계를 사용하므로 실제 에너지 사용 오차가 발생한다. 오차로 인해 사용자와 공급자 간의 요금 분쟁 요소가 발생한다.

이에, 체적식에서 질량식 에너지 측정용 가스미터의 개발이 요구되고 있으나, 아직도 기존의 체적식에서 벗어나지 못하고 있다.

그리고 고부가 가치 유량계의 경우, 한국무역협회의 수출입 통계자료에 의하면, 2001년 이후 무역 규모는 평균 7%의 성장세를 가지고 있으나, 최근 2014년 수출은 17,200 천 달러, 수입은 11,900 천 달러, 적자는 5,300 천 달러의 적자를 기록하고 있다. 즉, 가스미터를 포함한 기체용 유량계의 무역수지 적자는 수출액 규모와 맞먹을 정도로 매우 취약한 무역구조로 되어 있어서, 가장 보편적으로 사용하고 있는 가정용 가스미터의 유량측정 원천기술의 상용화로 국내 경제 보호 및 수출 활성화로 인한 경제 산업적 구조개선이 필요한 실정이다.

에너지 출력 가스미터의 계량 신뢰성을 확보하기 위해서는 넓은 유량 범위에서 유량의 안정성이 확보되어야 하며 이를 위해서는 유량튜브에 삽입되는 압력 강하기(pressure drop element)의 개선이 필요하다.

등록실용신안 제20-0432331호 (2006.11.24.) 등록특허 제10-1536582호 (2015.07.08.)

본 발명은 질량식 가스미터 내에 측정 정확도가 높고 재현성이 우수한 유량튜브가 적용된 가스미터를 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 유량튜브는 입구와 출구를 갖는 유동유로가 내부를 관통한 튜브본체, 상기 유동유로에 배치되어 있고 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 원형의 유동홀이 복수 형성되어 있는 압력 강하기, 상기 튜브본체에 형성되어 있고 배치공간을 갖는 센서 배치부, 상기 센서 배치부에 형성되어 있고 상기 유동유로를 유동하는 유체의 유동을 우회시키는 우회유로 및 상기 유동유로의 입구에 배치된 필터부를 포함한다.

상기 유동유로로 유입되어 유동하는 유체 에너지 중 일부는 상기 우회유로를 통해 상기 압력 강하기를 우회하여 상기 출구에서 합류하여 배출될 수 있다.

상기 우회유로는, 상기 배치공간의 바닥에 형성된 센서유로, 상기 입구와 상기 센서유로 일단을 연결하는 제1 모세관 및 상기 출구와 상기 센서유로 타단을 연결하는 제2 모세관을 포함할 수 있다.

상기 우회유로에는 코팅층이 형성될 수 있다.

상기 유량튜브는, 상기 배치공간에 배치된 센서부를 더 포함할 수 있다.

상기 센서부는 열센서를 포함할 수 있다.

상기 압력 강하기는 상기 유동유로에서 상기 제1 모세관과 상기 제2 모세관 사이에 위치하고, 상기 유동홀은 상기 압력 강하기의 가상의 중심을 기준으로 방사형으로 배열될 수 있다.

상기 유량튜브는, 상기 유동유로 입구와 연결된 흡입노즐을 더 포함할 수 있다.

상기 흡입노즐의 내부둘레 지름은 상기 튜브본체에서 멀어질수록 점진적으로 증가할 수 있다.

상기 유량튜브는, 상기 흡입노즐 내부 둘레에서 원주 방향을 따라 배열되어 있고 유입되는 유체가 균일하게 유입되도록 하는 안내 깃을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가스미터는, 내부에 측정공간이 형성되어 있고 상기 측정공간과 연결된 유입구 및 배출구를 갖는 하우징, 그리고 상기 측정공간에 위치하여 상기 배출구와 연결된 유량튜브를 포함한다.

상기 가스미터는, 상기 유입구에 배치된 필터부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유동유로의 입구에 배치된 필터부에 의해 유체 에너지 중에 포함된 불순물이 유동유로로 유입되지 않는다. 이에 불순물에 의해 미세한 우회유로가 막히지 않는다. 유체 에너지의 우회유로 유동성이 향상될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 우회유로의 코팅층에 의해 유체 에너지와 우회유로 사이에 마찰이 최소화되어 유체 에너지의 유동성이 향상될 수 있다. 더욱이 코팅층에 의해 자가 세정이 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 압력 강하기의 유동홀 단면 모양을 원형으로 형성하고 압력 강하기의 중심을 기준으로 방사형으로 배열되므로 넓은 유량 범위에서 선형 응답성이 향상되었고 이력특성도 우수하였다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가스미터를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 유량튜브를 나타낸 확대도.
도 3은 도 2의 유량튜브 분해도.
도 4는 도 3의 우회유로를 나타낸 확대도.
도 5는 도 3을 V-V선을 따라 자른 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스미터를 나타낸 개략도(나팔관)
도 7은 도 6의 유량튜브가 하우징의 내부에 위치하고 흡입노즐에서의 속도 벡터를 나타낸 유동해석 결과 도면.
도 8은 도 6의 유량튜브가 하우징의 내부에 위치하고 흡입노즐에서의 압력 분포를 나타낸 유동해석 결과 도면.
도 9는 도 3의 압력 강하기를 나타낸 정면도.
도 10 내지 도 12는 도 9의 압력 강하기의 배출부를 x평면에서 압력분포를 나타낸 개략도.
도 13 내지 도 15는 튜브본체 내에서의 z평면에서 압력분포를 나타낸 개략도.
도 16은 유량 변화에 따른 압력 강하기의 전후단 압력을 나타낸 그래프.
도 17은 부피 유량에 따른 입구에서의 질량 유량과 우회유로에서의 질량 유량의 비를 나타낸 그래프.
도 18은 센서부에서 측정되는 전자 펄스 값인 측정치와 비교 그래프.
도 19는 압력 강하기에 대하여 유량을 증가시키며 측정치를 측정하고 반대로 유량을 감소시켜 측정치를 측정한 그래프.
도 20은 종래 압력 강하기의 유동홀을 나타낸 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

본 발명의 실시예에 따른 유량튜브는 본 발명의 실시예인 가스미터에 적용될 수 있는바, 이하에서는 유량튜브가 적용된 가스미터 위주로 설명한다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 가스미터에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가스미터를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 유량튜브를 나타낸 확대도이며, 도 3은 도 2의 유량튜브 분해도이고, 도 4는 도 3의 우회유로를 나타낸 확대도이며, 도 5는 도 3을 V-V선을 따라 자른 단면도이다.

먼저, 도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 가스미터(1)는 하우징(10), 그리고 유량튜브(20)를 포함하며 유체 에너지 사용자와 공급자 간의 분쟁 요소가 발생하지 않도록 질량식으로 유체 에너지 사용을 측정하여 실제 사용 오차가 발생하지 않도록 한다. 여기서 유체 에너지는 천연가스인 메탄(methane; CH₄)일 수 있다. 유체 에너지를 천연가스로 한정하는 것은 아니다.

하우징(10)은 가스미터의 외형을 형성하여 벽체에 고정될 수 있다. 하우징(10)의 내부에는 측정공간(11)이 형성되어 있으며 상면에는 측정공간(11)과 연결된 유입구(11a) 및 배출구(11b)가 형성되어 있다. 유입구(11a)에는 유체 에너지를 공급하는 공급배관(도시하지 않음)이 연결될 수 있으며, 배출구(11b)에는 유체 에너지를 사용자에게 제공하는 사용배관(도시하지 않음)이 연결되어 있다. 유입구(11a)와 공급배관 사이에는 유체 에너지 중에 포함된 불순물을 제거하기 위한 메시(mesh) 구조의 필터부재(12)가 배치되어 있다. 이에 공급배관과 유입구(11a)를 통해 불순물이 제거된 유체 에너지는 측정공간(11)으로 유입되어 배출구(11b)와 사용배관을 통해 사용자에게 공급된다. 한편, 하우징(10)의 전면에는 사용량이 표시되는 디스플레이부(13)가 형성되어 있다.

이와 같은 하우징(10)의 좀 더 세부적인 구성은 공지된 구성의 가스미터와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

도 2 내지 도 5를 더 참고하면, 유량튜브(20)는 튜브본체(21), 필터부(22), 센서 배치부(23), 우회유로(25) 및 압력 강하기(26)를 포함하고 측정공간(11)에 위치하여 배출구(11b)와 연결되어 있으며 질량 측정방식으로서 유체 에너지 사용을 측정하여 유량 반복성 및 재현성을 확보한다.

튜브본체(21)는 측정공간(11)에서 세워진 상태에서 배출구(11b)와 연결되어 있다. 튜브본체(21) 내부에는 측정공간(11)과 배출구(11b)를 연결하는 유동유로(211)가 형성되어 있다. 측정공간(11)의 유체 에너지는 유동유로(211)를 통해 배출구(11b)로 유입될 수 있다. 튜브본체(21)의 하단에는 유동유로(211)의 입구(211a)를 이루고 배출구(11b)와 연결된 상단은 출구(211b)를 이룬다. 튜브본체(21)는 금속으로 만들어질 수 있다.

필터부(22)는 입구(211a)에 배치되어 있으며 유동유로(211)로 유입되는 유체 에너지 중에 포함된 불순물을 여과한다. 필터부재(12)와 필터부(22)를 통해 유체 에너지 중에 포함된 불순물이 2단계로 제거되므로 불순물 여과 성능이 향상될 수 있다.

필터부(22)는 메시(mesh) 구조를 갖는다. 여기서 필터구멍(도시하지 않음)의 지름은 0.5mm를 초과하지 않는다. 필터구멍의 지름은 필터부재(12)의 필터구멍(도시하지 않음) 지름보다 작을 수 있다. 필터부(22)를 메시 구조로 한정하는 것은 아니다. 유체 에너지의 유동을 방해하지 않고 불순물을 여과할 수 있는 것이라면 다양하게 적용될 수 있다.

한편, 필터부(22)는 유동유로(211)의 입구(211a)에서 분리될 수 있다. 이에 필터부(22)는 점검 및 교체 등이 가능하다. 필터부(22) 손상 시 유량튜브(20)를 전체적으로 교체하지 않고 필터부(22) 만을 교체하므로 가스미터(1)의 유지보수에 따른 비용을 절감할 수 있다.

센서 배치부(23)는 튜브본체(21)의 외부면에 형성되어 있으며 상면 중앙 부분이 함몰되어 평면의 배치공간(231)을 갖는다. 센서 배치부(23)는 튜브본체(21)의 길이 방향 중앙 부분에 형성되어 있다. 센서 배치부(23)의 형성 위치는 유량튜브(20)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

우회유로(25)는 센서유로(251), 제1 모세관(252) 및 제2 모세관(253)을 포함하며 센서 배치부(23)가 위치한 튜브본체(21) 부분에 형성되어 있다.

센서유로(251)는 배치공간(231)의 바닥이 함몰되어 형성되어 있다. 센서유로(251)는 배치공간(231)에서 튜브본체(21)의 길이 방향을 따라 기설정된 길이로 형성되어 있다.

제1 모세관(252)은 센서유로(251) 일측과 유동유로(211)를 연결한다. 제1 모세관(252)의 지름은 센서유로(251)의 지름보다 작다. 측정공간(11)에서 입구(211a)를 통해 유동유로(211)로 유입된 유체 에너지 일부는 제1 모세관(252)으로 우회하여 센서유로(251)로 유동할 수 있다.

제2 모세관(253)은 센서유로(251)의 타측과 유동유로(211)를 연결한다. 제2 모세관(253)의 지름은 센서유로(251)의 지름보다 작다. 제1 모세관(252)을 통해 우회하여 센서유로(251)를 유동한 유체 에너지는 제2 모세관(253)을 통해 유동유로(211)로 다시 유입되어 출구(211b)를 통해 배출구(11b)로 유입되어 가스미터(1) 외부로 유동할 수 있다.

우회유로(25)의 둘레에는 코팅층(254)이 형성되어 있다. 코팅층(254)은 소수성 코팅(Hydrophobic coating)으로서 테프론, 실리콘, 올레핀계 고분자 따위를 포함할 수 있다. 코팅층(254)은 유체 에너지가 우회유로(25)를 유동할 때 유동을 방해하는 마찰저항이 최소화 되도록 한다. 아울러, 코팅층(254)은 자가 세정(self-cleaning) 기능을 갖는다. 이에 우회유로(25) 상에 유체 에너지의 유동을 방해하는 불순물 따위가 발생하지 않는다.

센서부(24)는 배치공간(231)에 배치되어 센서유로(251)와 연결되어 있다. 센서부(24)는 열센서를 포함한다. 센서부(24)는 우회유로(25)로 우회하여 센서유로(251)를 유동하는 유체 에너지의 질량 유량을 측정한다. 센서부(24)는 제어부(도시하지 않음)와 연결되어 있다.

제어부는 MCU(micro controller unit), CPU(central processing unit) 따위의 중앙처리장치를 포함한다. 제어부는 메모리, 응용프로그램, 통신수단 따위를 더 포함할 수 있다. 제어부는 센서부(24)의 회로에서 유량에 따른 측정치(count) 출력값을 받아 디스플레이트부(13)에 표시한다. 아울러, 통신수단을 통해 측정치는 휴대 단말기로 전송될 수도 있다.

압력 강하기(26)는 유동유로(211)에서 제1 모세관(252)과 제2 모세관(253) 사이에 위치한다. 여기서 압력 강하기(26)의 일측은 입구(211a)와 연결되어 유입영역(도시하지 않음)을 이루며 타측은 출구(211b)와 연결되어 배출영역(도시하지 않음)을 이룬다. 유입영역은 제1 모세관(252)과 연결되어 있고 배출영역은 제2 모세관(253)과 연결되어 있다.

압력 강하기(26)에는 원형의 유동홀(261)이 복수 형성되어 있다. 유동홀(261)들은 도면 [도 9의 b)]와 같이 압력 강하기(26)의 가상 중심을 기준으로 방사형으로 배열되어 있다. 즉, 유동홀(261)을 특정 패턴을 가지고 규칙적으로 배열되어 있다. 그러나 유동홀(261)은 도면 [도 9의 a)]와 같이 방사형으로 배열되지 않고 가상의 중심을 기준으로 상하, 좌우 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다.

입구(211a)를 통해 유동유로(211)로 유입된 유체 에너지는 유동홀(261)을 통과하고 일부는 유입영역에서 제1 모세관(252)으로 유입되어 우회한다. 유동홀(261)을 통과한 유체 에너지는 제2 모세관(253)에서 배출영역으로 배출된 유체 에너지와 합류하여 출구(211b)를 통해 배출구(11b)로 유입된다.

압력 강하기(26)에 의해 유입영역과 연결된 제1 모세관(252)과 배출영역과 연결된 제2 모세관(253) 사이에 압력 차가 발생한다. 여기서 센서유로(251)를 유동하는 유체 에너지의 질량 유량을 센서부(24)로 측정함으로써 실제 유량을 측정한다.

한편, 유량튜브(20)는 도 6에서 도시한 바와 같이 흡입노즐(27) 및 안내 깃(28)을 더 포함할 수 있다.

흡입노즐(27)은 튜브본체(21)의 일측과 연결되어 있으며 튜브본체(21)에서 멀어질수록 그 내부둘레 지름이 점진적으로 증가한다. 이에 흡입노즐(27)의 단면 모양은 나팔 모양이다. 측정공간(11)의 유체 에너지는 흡입노즐(27)을 통해 튜브본체(21) 내부로 유입될 수 있다.

안내 깃(28)은 흡입노즐(27) 내부 둘레에서 가상의 중심 방향으로 돌출되어 원주 방향을 따라 배열되어 있다. 안내 깃(28)들이 이루는 가상의 지름은 튜브본체(21)의 내부둘레 지름과 같다. 안내 깃(28)은 측정공간(11)에서 흡입노즐(27) 내부로 유입되는 유체가 균일하게 유입되도록 가이드 한다.

다음은 도 7 내지 도 19를 참고하여 위에서 설명한 가스미터 수치해석에 관해 설명한다.

여기서, 수치해석에 사용된 유동 지배방정식을 x, y, z 직교좌표계에서 표현하면 다음과 같다. [식 1]은 질량 보존방정식, [식 2]는 유동의 운동량 보존방정식, [식 3]은 에너지 보존방정식을 나타낸다. 각각 식은 정상상태(steady state)를 나타내고 있다.

[식 1]

[식 2]

[식 3]

[식 1], [식 2], [식 3]에서 u, v, w는 각각 x, y, z 방향의 속도 성분이고 P는 압력, ρ는 밀도, g는 중력가속도, ν는 동점성계수, α는 온도확산계수, T는 온도이다.

위 지배방정식의 수치해법(numerical solution)은 엔시스(ANSYS)를 플랫폼으로 하는 CFX 상용프로그램을 사용하여 구하였다. [식 2]의 대류항은 퀵(QUICK) 차분법을 사용하여 이산화하였고 확산항은 전형적인 중심차분법을 사용하였다.

본 실시예에 따른 가스미터(1)는 질량식 가스미터 내의 정확도가 높고 재현성이 우수한 유량튜브(20)의 압력 강하기(26)를 제공한다.

이에, 전산유체해석을 통해 유량튜브(20)의 압력 강하기(26)의 최적 형상을 설계함으로써 질량식 가스미터의 유동 안정성 확보한다. 그리고 최적화된 압력 강하기(26)와 열센서(센서부(24))를 장착하여 모세관(우회유로(25)) 유동으로 발생하는 열센서의 온도차를 시험하여 반복성과 재현성에 대한 안정적인 데이터를 수집하고 실용화 제품으로 적용될 수 있도록 한다.

먼저, 가스미터의 유량튜브(20)는 하우징(10) 내에 설치되어 있고 하우징(10)으로 유입된 유체 에너지는 측정공간(11)을 채운 후 유량튜브(20)로 유입되고 그 중 일부는 우회유로(25)로 우회된 후 다시 압력 강하기(26)를 통과한 유량과 합쳐진 후 배출된다. 센서부(24)에 형성된 센서유로(251)를 유동하는 유체 에너지의 질량 유량을 직접 측정한다.

유량튜브(20)가 하우징(10) 내부에 위치한 상태에서 최대유량 조건으로 해석했을 때 유량튜브(20)의 흡입노즐(27)에서의 속도 벡터(도 7 참조)와, 압력 분포(도 8 참조)를 나타내었다. x평면(도 7의 a)과 y평면(도 7의 b)에서의 속도 벡터를 보면 유량튜브(20)의 유동유로(211)로 들어오는 유체 에너지 유동은 흡입노즐(27)의 안내 깃(28) 부분을 지나면서 z 방향으로 균일하게 변하는 것을 확인할 수 있다.

그리고 압력분포 또한 유체 에너지가 흡입노즐(27) 노즐 부분을 지나면서 균일하게 변하는 것을 확인할 수 있다.

본 실시예에 따른 압력 강하기(26)는 종래 압력 강하기 격자의 임의성을 없애고 균일한 크기의 작은 원형 단면의 유동홀(261)을 형성함으로써 유동의 균일성을 갖는다.

여기서, 도면 [도 9의 a)]는 유동홀(261)이 우회유로(25) 부분을 기준으로 대칭을 이루는 형태이고(Porous1), 도면 [도 9의 b)]는 유동홀(261)이 압력 강하기(26)의 중심을 기준으로 방사 형태를 이루고 있는 것을 나타낸(Porous2) 것이다.

도면 [도 10] 내지 [도 12]는 압력 강하기(26)의 배출부를 x평면에서 본 것으로, (a)는 [도 9의 (a)]를 나타낸 것이고, (b)는 [도 9의 (b)]를 나타낸 것으로 전체적으로 균일한 압력분포를 보이고 있다.

도면 [도 10의 (a)와 (b)]는 최소유량에서 압력분포를 나타낸 것으로 거의 동일한 분포를 띄고 있을 것을 확인할 수 있다. 도면 [도 11의 (a)와 (b)]는

에서의 압력분포를 나타낸 것으로 전체적으로 균일한 압력분포를 뛰고 있는 것을 확인할 수 있다. 도면 [도 12의 (a)와 (b)]는 최대유량일 때 압력분포를 나타낸 것으로 (a)는 이웃한 유동홀(261)의 간격이 넓은 부분에서 낮은 압력을 띄고, (b)는 벽 주변에서 낮은 압력을 띄고 있는 것을 확인할 수 있다.

도면 [도 13] 내지 [도 15]는 유량튜브(20) 내에서 압력분포를 z평면에서 본 것을 나타낸 것이다. 여기서 (a)는 [도 9의 (a)]를 나타낸 것이고, (b)는 [도 9의 (b)]를 나타낸 것이다.

도면 [도 13의 (a)와 (b)]는

에서의 압력분포를 나타낸 것으로 압력 강하기(26)의 배출부에서 압력이 균일하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도면 [도 14의 (a)와 (b)]는 최대유량일 때 압력분포를 나타낸 것으로 (b)가 (a)보다 압력분포가 좀 더 균일한 것을 확인할 수 있다.

그리고 도면 [도 14의 (a)와 (b)]는 최대유량일 때 속도 분포를 나타낸 것으로 균일하고 대칭을 이루는 것을 확인할 수 있다.

아울러, 압력 강하기(26)의 유동홀(261)을 도면 [도 9의 (a)와 (b)]와 같이 두 가지의 다공 형태로 형성하여 수치해석을 수행하였다.

수치해석 결과로부터 기존의 형상보다 다공 형상이 배출부에서의 유동이 균일하다는 것을 보았다. 이에, 유량 변화에 따른 압력 강하기(26)에서의 압력 강하 특성과 입구에서의 질량 유량과 우회유로(25)를 따라 흐르는 질량 유량의 비를 기준으로 결정하였다.

도면 [도 16]은 유량 변화에 따른 압력 강하기의 전, 후단의 압력 강하를 나타낸 그래프이다. Original(유동홀이 격자 형상으로 형성됨, 도 20 참조(기존)), Porous1(도 9의 a), Porous2(도 9의 b) 모두 2차 함수의 형태를 보이나 Porous2이 선형에 가까운 형태를 보인다. 선형에 가까울수록 실제 측정치(count)를 교정(calibration)함에 유리하므로 Porous2이 상대적으로 우수함을 보였다.

도면 [도 17]은 부피 유량에 따른 입구(211a)에서의 질량 유량과 우회유로(25)에서의 질량 유량의 비를 나타낸 그래프이다. 종래 모델의 경우 질량비가 매우 작은 값을 가지며 높은 유량에서 불규칙한 값을 보인 것을 알 수 있다. Porous1은 로그함수 형태를 가지고 있으며 유량이 많아질수록 선형을 띄고 있다. Porous2는 전체적으로 일정한 기울기를 가진 1차 함수 형태를 가지고 있으므로 역시 상대적으로 우수함을 보였다.

이와 같은 수치해석 결과를 통해 압력 강하기(26)의 유동홀(261)이 원형으로 형성되어 중심을 기준으로 방사형으로 배열된 것이 최적 형상인 것을 알 수 있다.

압력 강하기의 성능 실험 결과, Original(기존) 압력 강하기와 Porous2 압력 강하기(26)를 유량튜브(20)에 설치한 후 넓은 범위의 유량을 통과시키고 센서부에서 측정되는 전자 펄스 값인 측정치와 비교하였다.

도면 [도 18]의 비교 그래프에서 보듯이 기존 압력 강하기는 작은 유량 범위에서 s자 곡선을 그리며 기울기의 큰 변화를 보여준 반면 새롭게 개발된 압력 강하기는 모든 유량 범위에서 완만하고 일관된 기울기를 보여주고 있다. 측정된 측정치를 교정과정을 거쳐서 질량 유량으로 환산한다는 점을 고려하면 교정변수가 작은 압력 강하기가 훨씬 우수하다고 평가된다. 이에, 원형의 유동홀(261)이 형성된 압력 강하기(26)가 기존 압력 강하기(유동홀이 격자 형상으로 형성되어 있음)에 비해서 우수하다는 것을 알 수 있다.

그리고 도면 [도 19]는 압력 강하기(26)에 대하여 유량을 증가시키며 측정치를 측정하고 반대로 유량을 감소시켜 측정치를 측정하여 표시한 것이다. 이를 통해 압력 강하기(26)의 이력 특성(hysteresis characteristics)을 테스트하였고 이력 효과가 전혀 없다고 평가되는 매우 우수한 결과를 확인하였다.

이에, 도면 [도 20]에서 나타낸 바와 같이, Original(기존) 압력 강하기(pressure drop element)의 아래 V자 홈이 우회유로가 형성된 부분이다. 이 압력 강하기에 의해 우회유로의 입구와 출구 사이에 압력 차가 발생하고 우회유로를 통과하는 유동이 형성되게 된다. 우회유로의 질량 유량을 유량센서로 측정함으로써 실제 유량을 간접적으로 얻게 되는 것이다. 이러한 종래 압력 강하기는 대략 사각형 형상의 격자 형태를 갖고 있고 일부분이 막혀있는 상태이다. 도면 [도 20]에서 짙은 색으로 표현된 부분이 막힌 부분으로서 그 패턴이 매우 임의적임을 알 수 있다. 이러한 임의성으로 인해서 유량 측정값이 불안정하고 측정의 재현성이 나빠지는 결과를 초래하게 된 것이다.

그러나, 본 실시예의 경우 압력 강하기(26)의 유동홀(261) 단면 모양을 원형으로 형성하고 압력 강하기(26)의 중심을 기준으로 방사형으로 배열되므로 넓은 유량 범위에서 선형 응답성이 향상되었고 이력특성도 우수하였다.

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: 가스미터 10: 하우징
11: 측정공간 11a: 유입구
11b: 배출구 12: 필터부재
13: 디스플레이부 20: 유량튜브
21: 튜브본체 211: 유동유로
211a: 입구 211b: 출구
22: 필터부 23: 센서 배치부
231: 배치공간 24: 센서부
25: 우회유로 251: 센서유로
252: 제1 모세관 253: 제2 모세관
254: 코팅층 26: 압력 강하기
261: 유동홀 27: 흡입노즐
28: 안내 깃

Claims

입구와 출구를 갖는 유동유로가 내부를 관통한 튜브본체,
상기 유동유로에 배치되어 있고 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 원형의 유동홀이 복수 형성되어 있는 압력 강하기,
상기 튜브본체에 형성되어 있고 배치공간을 갖는 센서 배치부,
상기 센서 배치부에 형성되어 있고 상기 유동유로를 유동하는 유체의 유동을 우회시키는 우회유로,
상기 유동유로의 입구에 배치된 필터부,
상기 유동유로 입구와 연결되어 있고 내부둘레 지름이 상기 튜브본체에서 멀어질수록 점진적으로 증가하는 흡입노즐 및
상기 흡입노즐의 내부 둘레에서 원주 방향을 따라 배열되어 있고 유입되는 유체가 균일하게 유입되도록 하는 안내 깃
을 포함하고
상기 유동유로로 유입되어 유동하는 유체 에너지 중 일부는 상기 우회유로를 통해 상기 압력 강하기를 우회하여 상기 출구에서 합류하여 배출되는
유량튜브.
제1항에서,
상기 우회유로는
상기 배치공간의 바닥에 형성된 센서유로,
상기 입구와 상기 센서유로 일단을 연결하는 제1 모세관 및
상기 출구와 상기 센서유로 타단을 연결하는 제2 모세관
을 포함하는 유량튜브.
제2항에서,
상기 우회유로에는 코팅층이 형성되어 있는 유량튜브.
제2항에서,
상기 배치공간에 배치된 센서부를 더 포함하는 유량튜브.
제4항에서,
상기 센서부는 열센서를 포함하는 유량튜브.
제2항에서,
상기 압력 강하기는 상기 유동유로에서 상기 제1 모세관과 상기 제2 모세관 사이에 위치하고, 상기 유동홀은 상기 압력 강하기의 가상의 중심을 기준으로 방사형으로 배열되어 있는 유량튜브.
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내부에 측정공간이 형성되어 있고 상기 측정공간과 연결된 유입구 및 배출구를 갖는 하우징, 그리고
상기 측정공간에 위치하여 상기 배출구와 연결된 제1항 내지 제6항 중 선택된 어느 한 항에 정의되어 있는 유량튜브
를 포함하는 가스미터.
제9항에서,
상기 유입구에 배치된 필터부재를 더 포함하는 가스미터.