KR102229149B1 - 열적 보정을 이용한 밸브들에서의 유동 측정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열적 보정을 이용한 밸브들에서의 유동 측정에 관한 것이다. 밸브(12)를 통과하는 미리 결정된 유체의 유량의 측정이 개시된다. 밸브(12) 내에서의 국부적인 유체 속도가 제1 센서(18)를 이용하여 측정된다. 다음 단계에서, 밸브(12) 내의 미리 결정된 유체의 온도가 측정되거나, 또는 밸브(12) 내의 유체의 온도가, 밸브(12)의 밸브 포지션과 함께 측정된다. 밸브(12)를 통과하는 유량의 결정은, 측정된 국부적인 유체 속도뿐만 아니라 후속적으로 측정된 파라미터들을 수반한다. 본 개시내용은 또한, 유량 결정을 수행하기 위한 제1 센서(18) 및 제2 센서(20)를 포함하는 밸브 디바이스(10)를 제공한다. 더 정밀한 유량 결정을 수행할 수 있는 컴팩트한 밸브 디바이스(10)가 제공될 수 있다.

Description

열적 보정을 이용한 밸브들에서의 유동 측정{Flow measurement in valves with thermal correction}
본 특허 출원은, 밸브(valve)를 통과하는 미리 결정된 유체의 유량(flow rate)을 측정하기 위한 방법을 설명한다. 게다가, 본 명세서는 파이프 시스템(pipe system)에 연결가능한 밸브를 갖는 밸브 디바이스(valve device)를 설명한다.
파이프 시스템 내의 파이프를 통과하는 질량 유량(mass flow rate) 또는 체적 유량(volumetric flow rate)이 측정되어야 한다면, 대부분의 경우들에서, 센서(sensor)가 적용된다. 이러한 센서는 종종, 유체 유동(fluid flow)의 소정의 부분만을 측정할 수 있다. 이는, 센서가, 파이프 또는 밸브를 통과하는 전체 유량을 측정하지 않는다는 것을 의미한다. 센서는, 파이프 내의 유체 유동의 국부적인 양만을 측정한다.
센서의 측정된 양에 영향을 미치는 몇몇 양상들이 존재한다. 따라서, 센서의 측정된 양은 일반적으로, 파이프를 통과하는 전체 유량을 나타내지 않는다. 예컨대, 다음의 양상들은, 센서의 측정된 양, 및 전체 유량으로의 측정된 양의 변환에 각각 영향을 미친다. 센서의 측정된 양은, 밸브 포지션(valve position) 또는 밸브를 통과하는 유량에 영향을 미치는 수단의 형상에 의존한다. 센서의 포지션에서의 유체 유동의 유동 패턴(flow pattern)은 또한, 그 측정된 양에 영향을 미친다.
센서의 측정은 또한, 유체의 유형 또는 유체의 변이(mutation) 정도에 의존한다. 밸브의 상류(upstreaming)의 파이프 기하학적 구조는 또한, 센서의 측정에 영향을 미친다. 예컨대, 90° 파이프 굴곡(pipe bend)은 유체 유동의 유동 패턴을 변화시킬 수 있다. 게다가, 유체의 온도가 또한, 센서의 측정에 영향을 미친다.
특허 KR 101 702 960 B1은 2017년 2월 9일자로 허여되었다. 이 특허에 대한 출원은 2015년 11월 3일자로 제출되었다. 특허 KR 101 702 960 B1은 압력 제어 디바이스 및 그 디바이스를 사용한 압력 제어 방법을 교시하고 있다.
문헌 DE 103 05 889 B4는 밸브를 기술하고 있다. 특히, 이 밸브는 밸브 내의 유체의 유량을 측정하기 위해 하나의 단일 센서를 포함한다.
문헌 EP 0 946 910 B2는 유동 조절 피팅(flow regulation fitting)을 기술하고 있다. 이러한 유동 조절 피팅은 파이프 시스템을 통과하는 유량을 조절할 수 있다. 유동 조절 피팅 디바이스는, 밸브를 통과하는 유체 유량을 나타내는 양을 측정하는 센서를 포함한다. 특히, 이러한 센서는 밸브 내의 유체 유동 채널(fluid flow channel) 상에 평평하게(flatly) 배열된다.
본 개시내용의 과제(task)는, 적어도 하나의 센서의 측정에 영향을 미치는 적어도 하나의 열적 양상(thermal aspect)을 고려함으로써, 밸브를 통과하는 유량을 측정할 수 있는 방법 및 밸브 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립항들에 따른 개시내용에 의해 해결될 수 있다. 본 개시내용의 유리한 실시예들은 종속항들에 의해 설명된다.
본 개시내용은, 다음의 단계들을 수행함으로써, 밸브를 통과하는 미리 결정된 유체의 유량을 측정하기 위한 방법을 설명한다. 단계 a)에서, 밸브 내에서 적어도 국부적인 유체 속도(fluid velocity)가 측정된다. 바람직하게, 이러한 측정은 제1 센서를 이용하여 수행된다. 다음 단계에 대해 2개의 옵션(option)들, b1) 또는 b2)가 존재한다. 옵션 b1)에서, 밸브 내의 미리 결정된 유체의 온도가 제2 센서를 이용하여 측정된다. 대안적으로, 옵션 b2)에서, 밸브 내의 미리 결정된 유체의 온도가 측정되고, 밸브의 밸브 포지션이 또한 측정된다. 이는, 옵션 b1) 또는 옵션 b2) 둘 모두에서, 미리 결정된 유체의 온도가 측정된다는 것을 의미한다. 게다가, 옵션 b2)에서 또한, 밸브의 밸브 포지션이 추가로 측정된다. 미리 결정된 유체의 온도는 본 개시내용의 모든 옵션들에서 측정되며, 바람직하게, 절대 온도가 켈빈(Kelvin) 단위로 측정된다.
예컨대, 유체가 20℃의 온도를 갖는 경우, 제1 센서는 293.15 켈빈 온도를 측정한다. 제2 센서는 옵션 b2)에서 밸브의 밸브 포지션을 측정할 수 있다. 특히, 밸브의 밸브 포지션은 밸브의 개방 정도(opening degree)를 설명한다. 예컨대, 밸브가, 밸브를 통과하는 유량에 영향을 미칠 수 있는 허브(hub)를 포함하는 경우, 밸브 포지션은 밸브 리프트(valve lift)일 수 있다. 밸브가 볼 밸브(ball valve)로서 실현되는 경우, 밸브 포지션은, 밸브 내에서, 자신의 중공(hollow)을 갖는 볼의 배향에 의해 설명될 수 있다. 일반적으로, 밸브는 밸브 내의 유량을 조정하는 것을 가능하게 한다. 매우 간단한 밸브는 차단 밸브(shut-off valve)일 것이다. 그러한 밸브는 완전히 개방하거나 또는 차단하는 것만을 가능하게 할 수 있다. 이러한 경우, 밸브 포지션은 0 % 또는 100 %일 것이다. 0 %의 개방 정도는, 밸브가 유체 유동을 차단하므로, 유량이 0 m3/s라는 것을 의미할 것이다. 100 %의 개방 정도는, 밸브가 유체 유량을 추가로 감소시키지 않는다는 것을 의미한다.
대부분의 밸브들은 0 %의 개방 정도와 100 %의 개방 정도 사이의 추가의 밸브 포지션들을 가능하게 한다. 예컨대, 볼 밸브는 유체의 유량을 적응시키는 것을 가능하게 한다. 예컨대, 액체상태 물(liquid water)의 유량을 30 l/s로부터 10 l/s로 감소시키는 것이 가능하다. 이는, 본 개시내용이 특히, 0 % 및 100 %의 극단적 밸브 포지션들 외에 상이한 밸브 포지션들을 조정하는 것을 가능하게 하는 그러한 밸브들을 다루고 있다는 것을 의미한다. 이러한 방법은 특히, 0 %와 100 % 사이의 적어도 하나의 밸브 포지션을 가능하게 하는 그러한 밸브들을 다룬다.
단계 c)에서, 밸브를 통과하는 유량은, 단계 a)에서 측정된 국부적인 유체 속도, 및 단계 b1) 또는 단계 b2)에서 측정된 파라미터(parameter)들을 고려함으로써 결정된다. 이는, 밸브를 통과하는 전체 유체 유량이, 한편으로는 국부적인 유체 속도를, 그리고 미리 결정된 유체의 적어도 하나의 측정된 온도를 고려함으로써 결정된다는 것을 의미한다. 다시 말해, 제1 센서의 포지션에서의 유량의 부분을 나타내는 국부적인 유체 속도는, 밸브를 통과하는 유량인 전체 양으로 변환된다. 이는, 예컨대 특성 다이어그램(characteristic diagram)에 의해 달성될 수 있다. 그러한 특성 다이어그램을 이용하면, 밸브 내의 유동 채널의 단면에 걸친 유체 속도 프로파일(fluid velocity profile)이 결정될 수 있다. 그러한 유체 속도 프로파일은 특히 온도-종속적이며, 따라서, 유체의 온도를 측정함으로써, 유체 유동에 관한 추가의 정보가 수집될 수 있다. 이러한 정보는 밸브를 통과하는 유동 패턴을 식별하는 데 도움이 될 수 있다.
미리 결정된 유체의 온도는 특히, 유체 유동의 유동 패턴에 영향을 미친다. 예컨대, 밸브를 통과하는 유체 유동을 난류 유동(turbulent flow) 또는 층류 유동(laminar flow) 카테고리(category)들로 분류하는 것은 매우 중요하다. 따라서, 밸브 내의 유체의 온도가 추가로 필요하다. 이는, 이러한 방법이, 밸브 내의 국부적인 유체 속도를 측정함으로써, 밸브를 통과하는 전체 유량이 결정될 수 있는 방법을 설명한다는 것을 의미한다. 옵션 b1) 또는 옵션 b2) 중 하나의 측정들과 함께, 이러한 국부적인 유체 속도는 밸브를 통과하는 전체 유량으로 변환되거나 계산될 수 있다. 다시 말해, 미리 결정된 유체의 온도를 사용함으로써, 국부적인 유체 속도는, 밸브를 통과하는 전체 유량으로 외삽될(extrapolated) 수 있다. 밸브를 통과하는 유량을 계산하기 위해, 시간 기간 내에 밸브를 지나가는 물의 양을 측정할 필요가 없다. 본 개시내용의 원리는, 밸브를 통과하는 유체 유동의 효과적이고 정확한 유량 측정을 가능하게 한다.
본 개시내용의 다른 변형은, 밸브를 통과하는 유량을 결정하기 위해 유동 채널 속성(flow channel property), 상세하게는 밸브 벽의 기하학적 구조 또는 조도(roughness)가 단계 c)에서 추가로 고려되는, 방법을 설명한다. 유동 채널 속성, 상세하게는 밸브 벽의 기하학적 구조 또는 조도는 미리 결정되거나, 또는 이러한 파라미터들은 제1 또는 제2 센서에 의해 측정될 수 있다. 이러한 파라미터들은, 적절한 방정식, 방정식에서의 추가의 계수, 또는 이러한 파라미터들의 영향들을 포함하는 특성 다이어그램에 의해 고려될 수 있다. 예컨대, 밸브 벽의 증가된 조도는, 밸브에 의해 유도되는 증가된 마찰을 초래한다. 이는 압력 강하를 야기하는데, 이는 밸브를 통과하는 유체의 유량에 추가로 영향을 미칠 수 있다. 밸브에 의해 유도되는 압력 강하는, 밸브의 밸브 포지션, 예컨대 밸브의 허브의 밸브 리프트에 의해 가장 먼저 영향을 받는다. 그럼에도 불구하고, 밸브 벽의 조도는 밸브를 통과하는 유체의 유량에 약간의 영향을 미친다. 본 개시내용의 이러한 변형에서, 이러한 영향 파라미터가 추가로 고려된다. 이러한 논증은 유동 채널 속성, 상세하게는 그 기하학적 구조에 대해서도 유사하게 해당한다. 이러한 추가의 파라미터들을 고려함으로써, 밸브를 통과하는 유량의 결정이 더 정밀해질 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형에서, 밸브를 통과하는 유량을 결정하기 위해, 미리 결정된 유체의 온도를 통해, 유체의 밀도 및/또는 점도가 결정되고 그리고 밀도 및/또는 점도에 따라, 유체 속도 프로파일이 결정되는, 방법이 설명된다. 유체 유동의 밀도 및/또는 점도는, 밸브를 통과하는 유체 유동의 유동 특성 또는 유동 패턴에 영향을 미치는 중요한 파라미터들이다. 유체의 밀도의 변화는 유체 유량의 변화된 체적 또는 질량을 직접적으로 초래한다. 수정된 점도는 레이놀즈수(Reynolds number)에 직접적으로 영향을 미친다. 레이놀즈수는, 상이한 유동 패턴들을 분류하기 위해 유체 역학에서 널리 사용되는 무차원수(dimensionless number)이다. 레이놀즈수는 파라미터들로서, 대부분의 경우들에서 중요한 직경인 기하학적 양, 유체 속도에 대한 평균 값, 및 점도를 포함한다. 많은 경우들에서, 유동 채널의 속성들과 함께 레이놀즈수를 사용함으로써, 특정 유동 패턴이 결정될 수 있다. 상이한 유동 패턴들은, 제1 센서의 포지션에서, 상이한 측정된 유체 속도들을 초래할 수 있다.
예컨대, 레이놀즈수가 2300 미만인 경우, 원형 파이프 내의 유체 유동은 종종 층류로 간주된다. 레이놀즈수가 2300을 초과하는 경우, 원형 파이프 내의 유체 유동은 종종 난류로 간주된다. 이러한 상이한 유동 패턴들은 파이프 단면에 걸쳐 상이한 유체 속도 분포들을 가질 수 있다. 따라서, 파이프 내의 단일 포지션에서만 국부적인 유체 속도를 측정하는 것으로는 일반적으로 충분하지 않다. 밸브를 통과하는 유량을 정밀하게 결정하기 위해서는, 밸브를 통과하는 유량 패턴에 관한 충분히 더 많은 정보가 필요하다.
본 개시내용의 이러한 변형에서, 밸브 내의 유체의 밀도 및/또는 점도가 결정되고, 이러한 추가의 정보는 특정 유동 패턴을 분류하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 점도를 측정하는 것은, 밸브 내의 유동 채널의 단면을 따라 유체 속도 프로파일을 캡처(capture) 또는 결정하는 것을 도울 수 있다. 밸브 내의 이러한 유체 속도 프로파일의 지식을 가지면, 국부적인 유체 속도로부터 비롯되는, 밸브를 통과하는 전체 유량이 더 정확하게 계산될 수 있다. 온도 및 이러한 변형에서의 밀도 및/또는 점도와 조합하여, 국부적인 유체 속도는 밸브의 유량으로 변환될 수 있다. 이를 위해, 적절한 특성 다이어그램 및/또는 적응된 방정식이 유량 결정을 위해 사용될 수 있다. 상이한 유동 패턴들이 적절한 유량들에 매칭될(matched) 수 있는 것이 또한 가능하다. 예컨대, 룩업 테이블(look-up table)에서, 국부적인 유체 속도들 및 그들의 대응하는 전체 유량들과 함께 특정 기하학적 구조의 몇몇 유동 패턴들이 저장될 수 있다. 이러한 경우, 측정된 국부적인 유체 속도, 및 유체의 점도 및/또는 밀도를 통해 결정된 유동 패턴은 밸브를 통과하는 전체 유량을 직접적으로 초래한다. 밀도 및/또는 점도를 추가로 고려함으로써, 밸브를 통과하는 유량의 결정이 더 정밀해질 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 온도를 통해 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량이 결정되고, 열 용량 및/또는 열 전도도에 따라, 단계 c)에서 유량을 결정하기 위해 유체의 변이가 등록되는, 방법을 설명한다. 유체는 변이를 겪을 수 있다. 유체의 변이는 노화 과정(ageing process)들, 화학적 반응들, 누설들 등을 통해 발생할 수 있다. 이는, 유체 그 자체가 시간의 경과에 따라 변화될 수 있다는 것을 의미한다. 예컨대, 유체가 올리브 오일(olive oil)인 경우, 올리브 오일은 소정의 시간 후에 산패될(rancid) 수 있다. 이는 유동 채널 내의 올리브 오일이 응집(flocculate)되는 것일 수 있다. 이러한 변형의 목적은 밸브에 존재하는 유체의 정확한 유형을 결정하는 것이 아니다. 이는 단지, 유체의 속도 또는 유량 외에 유체의 변화를 검출하는 것을 목적으로 한다.
예컨대, 유체가 2개의 상이한 성분들을 포함하고, 이러한 2개의 상이한 성분들이 서로 화학적으로 반응하는 경우, 유체는 또한 변이를 겪을 수 있다. 이러한 경우, 유체의 화학적 및 물리적 속성들이 변화될 것이다. 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량을 결정함으로써, 유체의 그러한 변이들 또는 변화들이 검출될 수 있다. 특히, 상이한 유량들 또는 유동 패턴들로부터 발생하지 않는 그러한 변이들이 등록될 수 있다. 특히, 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량은 밸브 내의 몇몇 포지션들에서 결정될 수 있다. 예컨대, 유체가, 파이프 시스템 내에서 가열되는 액체상태 물인 경우, 상 변화(phase change)는 유체 속성들에 크게 영향을 미치며, 따라서, 제2 센서의 측정에 크게 영향을 미친다. 이러한 예에서, 밸브의 하나의 포지션에서 0.6 W/(mK)의 열 전도도가 측정되고 밸브의 다른 포지션에서 단지 0.025 W/(mK)의 열 전도도가 등록되는 경우, 이는 물의 상 변화에 대한 중요한 힌트(hint)가 될 수 있다. 이러한 상황에서, 더 낮은 열 전도도가 측정된 포지션에서, 가스상 물(gaseous water) 또는 적어도 비-응결 가스(non-condensable gas)들이 존재할 가능성이 있다. 비-응결 가스는 액체상태 물로부터 탈기된(degassed) 공기일 수 있다. 이러한 상황에서, 열 전도도에 대한 이러한 2개의 크게 상이한 값들은, 2-상(two-phase) 유동 상황이 밸브의 유동 채널 내에 존재한다는 것을 표시할 수 있다. 따라서, 특히, 단일-상(single-phase) 유동 특성 대신에 2-상 유동들에 대한 유동 특성이 적용되어야 한다. 2-상 유동의 경우에서 유량 결정이 정확하게 가능하지 않은 경우, 적어도, 결정된 유량이 부정확할 수 있다는 정보가 추출될 수 있다. 많은 파이프 시스템들에서, 상 변화가 발생하지 않으므로, 열 전도도 및/또는 열 용량의 측정은 유체 속성들의 변화의 표시자로서 사용될 수 있다.
다른 예에서, 유체가 가솔린(gasoline)이고 일부 물이 누설들로 인해 파이프 시스템 내에 들어간 경우, 가솔린-물의 혼합물이 파이프 시스템 내에 존재하므로, 밸브 내에 또한 존재한다. 이는, 가솔린이 일부 불순물들을 함유함을 의미한다. 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량의 변화는 유체의 불순물들을 표시할 수 있다. 이러한 예의 경우, 물은 불순물을 나타낸다. 상당한 양의 물이 가솔린을 오염시키는 경우, 가솔린의 열 전도도 및/또는 열 용량의 변화가 측정가능하다. 본 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량을 측정하고 이러한 값들을 불순물들이 없는 유체의 표준 값들과 비교함으로써, 유체의 변화가 인지가능할 수 있다. 이는, 동일한 유체가 파이프 시스템 또는 밸브 내에 여전히 존재하는지 여부를 감독하는 데 도움이 된다. 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량을 고려함으로써, 유체가 인식되지 않은 채 급격하게 변화되는 것이 회피될 수 있다. 이는, 본 개시내용의 이러한 변형이, 밸브 내의 유체의 정확한 유형을 식별하는 것을 청구하는 것은 아니며, 변화된 유량 또는 변화된 유동 패턴에 의해서는 유도되지 않는, 유체의 현저한 변화들을 인지하는 것만을 목적으로 한다는 것을 의미한다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 단계 a)에서의 유체 속도가, 제1 센서로서 열식 유량계(thermal flow meter)를 사용함으로써 측정되는, 방법을 제공한다. 이러한 경우에서, 제1 센서는 국부적인 유체 속도를 결정하기 위해 온도 측정들을 수행한다. 특히, 국부적인 유체 속도는 열식 유량계에서의 열 손실로부터 유도된다. 열식 유량계에서의 열 손실은 국부적인 유체 속도에 의존한다. 이는, 열식 유량계의 포지션에서의 열 손실이 결정되고, 이러한 열 손실을 통해, 국부적인 유체 속도가 결정될 수 있다는 것을 의미한다. 열식 질량 유량계(thermal mass flow meter)들은 산업 응용들에서 대중적이다. 일반적으로, 이들은 어떤 움직이는 부품들도 포함하지 않으므로, 그러한 유량계들은 종종 매력적이다. 많은 경우들에서, 그러한 열식 유량계들은 온도 또는 압력 보정들을 필요로 하지 않으며, 이들은 광범위한 유량들을 커버(cover)할 수 있다. 열식 유량계는 일반적으로, 큰 압력 강하를 유도하지 않는다. 게다가, 열식 유량계는 매우 컴팩트(compact)한 방식으로 설계될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 적어도 하나의 추가의 국부적인 유체 속도를 측정하기 위해 적어도 하나의 추가의 제1 센서가 단계 a)에서 적용되고, 밸브를 통과하는 유량을 결정하기 위해, 국부적인 유체 속도 및 적어도 하나의 추가의 국부적인 유체 속도로부터 유효 유체 속도가 계산되는, 방법을 설명한다. 이러한 경우, 국부적인 유체 속도들의 측정들에서 평균 편차들일 수 있는 몇몇 국부적인 유체 속도들이 측정된다. 특히, 유효 유체 속도를 획득하기 위해, 몇몇 국부적인 유체 속도들의 평균 값이 결정될 수 있다. 몇몇 유체 속도들은 적절한 가중 팩터(weighting factor)들에 의해 적응될 수 있다. 이러한 가중 팩터들은 밸브의 형상, 유동 채널의 기하학적 구조 등과 같은, 밸브들의 속성들을 포함할 수 있다. 몇몇 국부적인 유체 속도들은 또한, 밸브의 유동 채널의 상이한 체적 부분들을 다룰 수 있다. 이는, 몇몇 제1 센서들 각각이 유동 채널의 소정의 체적 부분에 매칭될 수 있다는 것을 의미한다. 가중 팩터들은 이러한 상이한 체적 분율(volumetric fraction)들을 고려할 수 있다. 몇몇 국부적인 유체 속도들을 고려하고 이러한 몇몇 국부적인 유체 속도들로부터 유효 유체 속도를 결정함으로써, 유량 결정의 정확성과 안정성이 개선되거나 향상될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 제2 센서가 유체 압력을 측정하고, 밸브를 통과하는 유량은 유체 압력에 따라 결정되는, 방법을 설명한다. 특히, 수평 파이프 시스템들에서, 유체 압력은 유량의 구동력이다. 특히, 유체 압력이 증가됨에 따라, 밸브를 통과하는 유량이 증가된다. 제2 센서는 멤브레인 센서(membrane sensor) 또는 압전 센서(piezo sensor)로서 형성될 수 있다. 제2 센서가 멤브레인 센서로서 형성되는 경우, 제2 센서는 차동 유체 압력(differential fluid pressure)을 측정할 수 있다. 대부분의 경우들에서, 제2 센서가 압력 센서로서 형성되는 경우, 제2 센서는 국부적인 유체 속도를 나타내는 신호를 제공한다. 일반적으로, 이러한 신호는 볼트 신호(Volt signal)로서 형성된다. 적절한 방정식 및/또는 보정 팩터(correction factor)를 이용하면, 이러한 신호는 국부적인 유체 속도로 변환될 수 있다. 이러한 방정식 및/또는 보정 팩터는, 밸브를 통과하는 전체 유량으로의 변환을 더 포함할 수 있다. 이는, 제2 센서로부터의 신호가 국부적인 유체 속도로 변환될 수 있거나 또는 제2 센서로부터의 이러한 신호가 밸브를 통과하는 전체 유량으로 직접적으로 변환될 수 있다는 것을 의미한다. 이는, 적절한 특성 다이어그램 또는 적절한 방정식에 의해 달성될 수 있다. 방정식 및/또는 특성 다이어그램은 제2 센서의 디지털 메모리(digital memory) 또는 제2 센서의 외부 제어 유닛(external control unit)에 저장될 수 있다.
이러한 원리는 또한, 제2 센서가 유체의 온도를 측정하는 경우에도 유효하다. 제2 센서에 의해 유체 압력을 측정함으로써, 밸브 내의 압력 분포에 관한 정보가 수집될 수 있다. 이러한 추가의 압력 정보는 밸브 내에 존재하는 실제 유동 패턴을 분류하는 데 유용할 수 있다. 따라서, 제2 센서에 의한 압력의 측정은, 밸브의 유동 채널 내의 유체 속도 분포를 식별하는 데 도움이 될 수 있다. 이는, 본 개시내용의 이러한 변형이, 밸브 내의 유체 속도 분포 또는 유동 프로파일을 결정하기 위한 추가의 방법을 설명한다는 것을 의미한다. 밸브 내의 유체 속도 프로파일의 지식에 의해, 전체 유량의 더 정확한 결정이 가능하다. 대부분의 경우들에서, 밸브의 단면에 걸친 2차원 유체 속도 프로파일은 밸브를 통과하는 유량을 결정하기에 충분하다. 복잡한 상황들에서, 3차원 유체 속도 분포를 결정할 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우, 몇몇 제2 센서들이 필요하며 적용될 수 있다. 유리하게, 제2 센서는, 2차원 유체 속도 프로파일의 결정이 충분한, 밸브 내의 그러한 포지션에 로케이팅된다(located).
본 개시내용은 또한, 파이프에 연결가능한 밸브를 갖는 밸브 디바이스를 포함한다. 이러한 밸브 디바이스는, 밸브 내의 유동 채널, 및 유동 채널 내의 국부적인 유체 속도를 측정하도록 구성된 제1 센서를 포함한다. 게다가, 밸브 디바이스는 제2 센서를 포함하며, 제2 센서는 유동 채널 내의 유체의 온도를 측정하도록 구성되거나, 또는 제2 센서는 밸브 포지션 및 유동 채널 내의 유체의 온도를 측정하도록 구성된다. 이는, 센서에 대한 2개의 측정 옵션들이 있다는 것을 의미한다. 제1 옵션 i)에서, 제2 센서는 유동 채널 내의 유체의 온도만을 측정하며, 제2 옵션 ii)에서, 제2 센서는 유동 채널 내의 유체의 온도에 추가하여, 밸브의 밸브 포지션을 또한 측정한다. 게다가, 밸브 디바이스는, 단계들 i) 또는 ii)에서 측정된 국부적인 유체 속도 및 측정된 파라미터들을 고려함으로써, 밸브를 통과하는 유량을 결정하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 밸브 디바이스가 파이프 시스템을 포함하지 않는다는 사실이 언급될 수 있다. 밸브 디바이스는 실제로는 파이프 시스템에 연결될 수 있다. 이는, 제1 및 제2 센서의 측정들이 밸브 디바이스에서 또는 밸브 디바이스 내에서 수행된다는 것을 의미한다. 제어 유닛은 제1 센서 또는 제2 센서 내에 구현될 수 있다. 제어 유닛이 밸브에 또는 밸브 내에 로케이팅되지 않는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우, 제어 유닛은 바람직하게, 제1 센서 및 제2 센서에 대한 연결을 갖는다. 예컨대, 제1 센서 및 제2 센서는, 제1 센서 및 제2 센서로부터 신호들을 수신하는 컴퓨터 단말(computer terminal)에 연결될 수 있다. 제어 유닛에 대한 제1 센서 또는 제2 센서의 연결은 유선 또는 무선일 수 있다. 본 개시내용의 상이한 변형들에서 설명되는 장점들은 밸브 디바이스에 또한 적용된다.
본 개시내용의 또 다른 변형에서, 제2 센서가 온도 센서로서 구성되고 온도 센서가 밸브의 유동 채널 내로 돌출되는, 밸브 디바이스가 설명된다. 바람직하게, 본 개시내용은 유량에 대한 온도 영향들을 고려하는 것을 목적으로 한다. 밸브 내의 상이한 유체 온도는, 점도 및 그에 따른 유체 유동의 레이놀즈수에 영향을 미친다. 이는, 온도가 유동 채널의 유동 패턴에 또한 영향을 미친다는 것을 의미한다. 따라서, 밸브 내의 유체의 온도를 측정하는 것이 유리하다. 일반적으로, 이는 또한, 제1 센서에 의해 달성될 수 있다.
제1 센서는 국부적인 유체 속도를 측정하기 위해 최적화된다는 것이 고려되어야 한다. 이는, 국부적인 유체 속도가 효과적으로 측정될 수 있는 방식으로, 제1 센서의 유형, 및 밸브 내에서의 제1 센서의 포지션이 선택된다는 것을 의미한다. 밸브 내의 유동 패턴에 관한 정보를 획득하기 위해, 제1 센서의 포지션과는 다른 포지션에서 유체의 온도를 측정할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 제2 센서를 온도 센서로서 구성하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 경우, 제2 센서는 온도 측정들과 관련하여 최적화될 수 있다. 온도 센서가 유동 채널 내로 돌출되는 경우, 밸브의 벽의 온도보다는 유체 온도가 측정된다. 이는, 온도 측정들의 에러(error)들을 감소시킬 수 있다. 제2 센서의 측정된 온도는 유체의 온도를 더 대표할 수 있다. 이는, 밸브의 유동 채널 내의 유동 패턴의 결정을 개선시킬 수 있다. 마지막으로, 유동 채널 내의 유체 속도 프로파일의 결정 및 그에 따른 밸브를 통과하는 전체 유량의 결정이, 개선된 유체 온도 측정으로 인해, 더 정확할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 제2 센서가 밸브의 유동 채널 내로 그러한 돌출을 갖는데, 이는 미리 결정된 유동 패턴들 중 각각의 유동 패턴에 대해 동일한 유량을 갖는 2개의 상이한 미리 결정된 유동 패턴들에 대하여, 밸브에 대해 동일한 유량이 결정되는, 밸브 디바이스를 설명한다. 2개의 상이한 미리 결정된 유동 패턴들 중 하나는 층류 유동으로서 정의되고 다른 하나는 난류 유동으로서 정의될 수 있다. 이러한 상이한 유동 패턴들은 2개의 상이한 레이놀즈수들에 의해 분류될 수 있다. 두 경우 모두에서, 제2 센서는 밸브의 유동 채널 내로 동일한 돌출을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 이러한 상황에서 c)의 최종 결과는 동일하다. 제1 유동 패턴(예컨대, 층류 유동)의 경우에서, 제1 유체 속도 값 및 제1 온도 값이 측정된다. 동일한 유량을 갖는 제2 유동 패턴(예컨대, 이 경우, 난류 유동)의 경우에서, 제2 국부적인 유체 속도 및 제2 온도가 측정된다.
온도가 밸브 내에서 균질하지 않을 수 있기 때문에, 제1 온도는 제2 온도와 상이할 수 있다. 이는, 두 경우들 모두에서, 제1 센서는 밸브의 유동 채널 내에서 제1 및 제2 국부적인 유체 속도를 측정한다는 것을 의미한다. 제2 센서인 온도 센서는, 두 경우들 모두에서, 밸브의 유동 채널 내로 돌출된다. 두 경우들 모두에서, 돌출 정도는 동일하다. 제1 유동 패턴의 경우, 제1 유체 속도 및 제1 온도가 측정된다. 제2 유동 패턴의 경우, 제2 온도 및 제2 국부적인 유체 속도가 측정된다. 유동 패턴들 둘 모두에 대해 동일한 전체 유량의 경우에서 본 개시내용의 단계 c)에 따라, 동일한 유량이 결정되는 방식으로, 유동 채널 내로의 제2 센서의 돌출 정도가 설정된다. 밸브의 유동 채널 내로의 온도 센서의 이러한 돌출 정도는 유체 역학 물리학을 고려함으로써 결정될 수 있다. 이는, 밸브 디바이스가 유량의 변화들에 민감하다는 것을 의미한다. 이는, 밸브를 통과하는 유량의 변화가 없는 유동 패턴의 변화들에는 덜 민감하다. 이는, 유량 결정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 제2 센서가 밸브의 유동 채널 내에서 이동가능하게 배열되는, 밸브 디바이스를 설명한다. 유리하게, 이러한 옵션은, 밸브의 유동 채널 내에 몇몇 상이한 유동 패턴들이 나타날 수 있는 경우에 선택된다. 이는, 2개의 상이한 유동 패턴들이 동시에 존재한다는 것을 의미하지는 않는다. 밸브의 유동 채널 내로의 제2 센서의 소정의 돌출 정도는 소정의 유동 패턴에 대해 최적일 수 있다. 유동 채널 내로의 제2 센서의 이러한 돌출 정도는 추가로, 다른 상이한 유동 패턴들에 관해서는 최적이 아닐 수 있다. 따라서, 제2 센서는 유동 채널 내에서 이동가능하게 배열되는 것이 유리하다. 이는, 유동 채널 내로의 제2 센서의 돌출이 적응될 수 있다는 것을 의미한다.
예컨대, 제2 센서가 제1 유동 패턴에 대해 제1 돌출 정도를 갖는 경우, 제2 유동 패턴이 밸브의 유동 채널 내에서 발생한다면 이러한 제1 돌출 정도는 최적이 아닐 수 있다. 이러한 제2 유동 패턴은 유량의 변화들 또는 온도의 변화들에 의해 유도될 수 있다. 이러한 변화들은 일반적으로, 밸브의 유동 채널 내에 다른 유동 패턴을 초래한다. 이러한 상황에서, 밸브의 유동 채널 내로의 제2 센서의 제1 돌출 정도는 더 이상 최적이 아닐 가능성이 있다. 따라서, 제2 센서는 바람직하게 이동가능하게 배열되고, 유동 채널 내로의 제2 센서의 돌출은 유동 채널 내로의 제2 돌출 정도로 변화될 수 있다. 게다가, 유동 채널 내로의 돌출이 변화될 수 있을 뿐만 아니라, 밸브 내에서의 제2 센서의 포지션이 변화될 수 있는 것이 또한 가능하다. 이는, 밸브의 유동 채널 내로의 제2 센서의 돌출 및/또는 포지션이, 유동 패턴과 관련하여 변화되고 적응될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 현재 유동 패턴에 관한 더 상세한 정보가 수집될 수 있다. 이는, 밸브를 통과하는 유량의 결정을 개선시킬 수 있는데, 왜냐하면, 밸브의 유동 채널 내의 유동 패턴에 관한 더 정확한 또는 더 상세한 정보가 수집될 수 있기 때문이다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 층류 유동의 국부적인 유체 속도의 값이 난류 유동의 국부적인 유체 속도의 값과 동일한, 유동 채널 내의 포지션에 제1 센서가 로케이팅되는, 밸브 디바이스를 설명한다. 이러한 변형에서, 제1 센서는 층류 유동 및 난류 유동에 대해 동일한 국부적인 유체 속도를 측정한다. 제2 센서의 측정에 의해, 상이한 유동 패턴들이 고려될 수 있다. 이는, 제2 센서의 측정이 2개의 상이한 유동 패턴들을 초래할 수 있다는 것을 의미한다. 전체 유량은 제2 센서의 측정된 양들에 따라 결정된다. 이러한 경우, 제1 센서에 의한 국부적인 유체 속도의 측정은, 층류 유동으로부터 난류 유동으로의 또는 난류 유동으로부터 층류 유동으로의 유동 패턴 변화를 겪지 않는다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 밸브가, 밸브를 통과하는 유량을 조정하기 위한 수단을 포함하는, 밸브 디바이스를 설명한다. 특히, 이러한 수단은 밸브를 통과하는 유체 유동에 대한 마찰을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 이는, 밸브를 통과하는 유량을 직접적으로 변화시킬 수 있다. 특히, 레버(lever) 또는 핸드 기어(hand gear)가 밸브 리프트를 변화시킬 수 있다. 변화된 밸브 리프트는 밸브의 개방 정도를 직접적으로 변화시킬 수 있다. 밸브 리프트를 수정함으로써, 밸브를 통과하는 유량이 변화될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형에서, 밸브 디바이스가 설명되는데, 이 밸브 디바이스는 볼 밸브, 니들 밸브(needle valve) 또는 버터플라이 밸브(butterfly valve)로서 형성된다. 특히, 버터플라이 밸브는, 회전될 수 있는 디스크(disc)를 포함한다. 밸브의 벽에 대한 밸브의 디스크의 포지션에 따라, 상이한 개방 정도들이 적응될 수 있다. 니들 밸브는 종종, 비교적 낮은 유량들에 적용된다. 특히, 니들 밸브는 작은 팟(pot) 및 니들-형상 플런저(needle-shaped plunger)를 포함한다. 볼 밸브는 특히, 밸브를 통과하는 유량 및 밸브 리프트를 제어하기 위해 피벗팅될(pivoted) 수 있는 보어(bore)를 갖는 볼을 사용하는 1/4-회전 밸브(quarter-turn valve)의 형태이다. 볼 밸브는, 볼의 보어가 유동 채널과 일직선을 이룰 때(in line), 개방된다. 볼의 보어가 90°만큼 피벗팅되면, 이는 완전히 폐쇄된다. 볼의 보어의 포지션에 따라, 볼 밸브의 상이한 개방 정도들이 실현될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 제1 센서가 온도 센서 및 히터(heater)를 포함하고, 온도 센서가 히터에 의해 가열되는 유동 채널 내의 유체의 온도를 측정하고 열량 측정 원리(calorimetric measuring principle)를 제1 센서에 적용함으로써 제1 센서가 국부적인 유체 속도를 측정하도록 구성되는, 밸브 디바이스를 설명한다. 특히, 제1 센서는 유체 유동의 유량에 의해 유도되는 열 손실을 측정하도록 구성된다. 상이한 유량들은, 제1 센서에서 상이한 열 손실들을 초래한다. 이는 왜냐하면, 상이한 유량들은 상이한 양들의 열 전달을 유도하기 때문이다. 특히, 더 큰 유량은 더 큰 열 전달을 유도한다. 열 손실 또는 열 전달은, 적절한 방정식들 및/또는 특성 다이어그램들을 고려함으로써 유량으로 변환될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 변형은, 밸브 디바이스를 설명하는데, 이 밸브 디바이스는 밸브의 유동 채널 내의 유체 유동의 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재(member)를 포함한다. 제1 센서 또는 제2 센서, 또는 제1 센서 및 제2 센서 둘 모두가 소정의 유동 패턴들에서 최적으로 동작하는 것이 가능하다. 따라서, 유동 패턴이, 제1 및/또는 제2 센서에 의해 수행되는 측정들이 최적화되는 효과에 영향을 미치는 것이 유용할 수 있다. 따라서, 밸브 디바이스는 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재를 포함한다. 퍼넬(funnel)이 그러한 부재일 수 있다. 퍼넬은 밸브의 유동 채널 내의 유체 속도 분포를 변화시킬 수 있다. 퍼넬이 유동 패턴을 더 직접적인 유동 패턴으로 변화시킬 수 있는 것이 가능할 수 있다. 당업자는, 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재가 다른 오브젝트(object)들에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해한다. 이러한 오브젝트들은 밸브의 유동 채널 내의 그리드(grid) 및/또는 볼일 수 있다. 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재를 적용함으로써, 제1 및 제2 센서의 측정들이 추가로 최적화될 수 있다. 이는, 유량에 영향을 미칠 수 있고 밸브를 통과하는 유량을 추가로 측정할 수 있는 매우 컴팩트하고 효과적인 밸브 디바이스를 초래할 수 있다.
또 다른 변형은, 유체가 비압축성인, 밸브 디바이스를 설명한다. 유체 유동은 예컨대, 액체상태 물 유동일 수 있다. 유체가 액체상태 물과 같이 비압축성인 경우, 가스 압축 등과 같은 복잡한 현상들은 나타나지 않는다. 이는 유량 결정을 단순화할 수 있거나, 또는 고비용이 아닐 수 있는 더 기본적인 센서들이 사용될 수 있다.
본 개시내용은 다음의 도면들에 의해 추가로 설명된다. 이러한 도면들에서, 다양한 예들이 예시된다. 이러한 예들은 본 개시내용의 개념을 제한하지 않는다는 것이 주목되어야 한다. 이들은 단지, 실제적인 예들을 제공하기 위해, 본 개시내용을 추가로 설명한다.
이러한 도면들은 다음을 도시한다:
도 1은 본 개시내용의 기본 단계들을 도시하는 흐름도이고;
도 2는 액추에이터(actuator) 및 유동 채널을 갖는 밸브의 개략적인 원리의 단면도이고;
도 3은 열식 유량계 및 밸브를 갖는 유동 채널의 개략도이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 절차는 제1 단계 a)로 시작된다. 제1 단계 a)에서, 밸브 내의 적어도 국부적인 유체 속도가 측정된다. 이는 바람직하게, 제1 센서(18)를 사용함으로써 수행된다. 제2 단계는 2개의 옵션들로 분할될 수 있다. 제2 단계의 제1 옵션(b1)은, 밸브 내의 미리-결정된 유체의 온도를 측정하는 제2 센서(20)를 사용한다. 제2 단계의 제2 옵션인 옵션(b2)에서, 제3 센서(31)는, 유체의 온도에 추가하여, 밸브(12)의 밸브 포지션을 측정한다. 제3 단계(c)에서, 밸브(12)를 통과하는 유량은, 단계 a)에서 측정된 국부적인 유체 속도, 및 단계 b1) 또는 단계 b2)에서 측정된 파라미터들에 따라 결정된다. 밸브(12)를 통과하는 유량은 또한, 적절한 특성 다이어그램 및/또는 적절한 방정식을 적용함으로써 계산될 수 있다. 이러한 방정식은 추가로, 현재 파이프 시스템 또는 사용되는 밸브(12)의 상황들을 고려하는 하나 이상의 보정 팩터들을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 하나의 장점은, 유량을 조정하고 유량을 측정하는 것이, 파이프 시스템 없이 밸브 디바이스(10) 내에서 실현될 수 있다는 사실이다. 일반적으로, 유량은 밸브 디바이스(10) 또는 밸브(12)의 포지션에서 측정되지 않는다. 대표적인 결과들을 얻기 위해, 유량의 측정은 종종, 밸브(12) 전의 또는 밸브(12) 후의 파이프 섹션(pipe section)에서 수행된다. 그러한 파이프 섹션은, 밸브(12)에 의해 유도된 난류 영향들이 존재하지 않고 유량의 측정에 영향을 미치지 않는 진정 섹션(calming section)으로 지칭될 수 있다. 본 개시내용의 개념은 그러한 진정 섹션의 필요성을 극복하는 것이다. 진정 섹션은 종종, 유량에 대한 대표적인 양을 얻기 위해 적용된다. 다른 가능성은, 부하 난류 유체 유동(load turbulent fluid flow)을 얻기 위해, 유입구 퍼넬(inlet funnel) 또는 유동 정류기(flow rectifier)를 진정 섹션에 구현하는 것이다. 추가로, 제1 센서(18)와 추가의 센서들(20, 31)의 조합, 특히 유량 결정에 대한 제1 센서(18)와 추가의 센서들(20, 31)의 시너지 효과(synergetic effect) 덕분에, 유량의 정밀한 결정이 여전히 가능하다. 유량의 측정 및 조정은 하나의 단일 디바이스에 의해 실현될 수 있다. 제시된 밸브 디바이스(10)는, 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정하기 위한 대표적인 양들을 얻기 위해, 밸브(12) 전에 또는 밸브(12) 후에 진정 섹션을 필요로 하지 않는다. 따라서, 추가의 비용들이 감소될 수 있다. 이는, 밸브(12)를 통과하는 유량을 측정하고 유량을 변화시키는 것이 하나의 단일 밸브 디바이스(10)에 의해 실현될 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는, 밸브(12)를 통과하는 유량을 조정하기 위해, 유동 채널(16), 제1 센서(18), 제2 센서(20), 및 플러그(plug)의 형태의 액추에이터를 포함하는 밸브 디바이스(10)를 도시한다. 밸브(12)는 도 2의 중간에서 점선으로 표시된다. 유체 유동 방향(14)은 도 2에서 작은 점선 화살표로 표시된다. 제1 센서(18)는 밸브 디바이스(10)의 유동 채널(16) 내의 적어도 국부적인 유체 속도를 측정할 수 있다. 이러한 경우, 유동 채널(16)은 밸브 디바이스(10) 내에서 좁아진다(narrow). 제2 센서(20)는 밸브 디바이스(10) 내의 상이한 위치들에 포지셔닝될(positioned) 수 있다. 이러한 경우, 제2 센서(20)는 유동 채널(16)의 최하부에 로케이팅된다. 특히, 제2 센서는 유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 측정한다. 게다가, 제2 센서는 추가의 양들을 측정할 수 있다. 이러한 추가의 양들은, 밸브(12) 내의 액추에이터(22)의 포지션, 밸브 디바이스(10) 내의 유동 채널(16)의 국부적인 기하학적 구조, 유동 채널(16) 내의 유체의 열 용량 또는 열 전도도를 지칭할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 센서(20)는 또한, 밸브(12)의 유형, 액추에이터(22)의 형상, 밸브(12)의 작동 시간(run time), 또는 몇몇 성분들로 구성될 수 있는 유체의 혼합비를 측정할 수 있다. 일반적으로, 밸브(12)의 유형 및 유체의 유형은 미리 결정된다. 많은 경우들에서, 제2 센서(20)는 온도 측정들에 집중된다. 따라서, 제2 센서(20)는 종종 온도 센서로서 형성된다. 도 2에서, 제3 센서(31)는 액추에이터(22)의 최하부에 도시된다. 도 2의 액추에이터(22)에서의 이러한 제3 센서(31)는 온도 센서로서 형성되지 않는다. 액추에이터(22)에서의 제3 센서(31)는 액추에이터(22)의 포지션을 측정한다. 이는, 이러한 제3 센서(31)가 밸브(12)의 개방 정도 또는 밸브 리프트를 측정할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 센서들(20, 31)은 밸브 디바이스(10)의 유동 채널(16) 내로 돌출된다. 바람직하게, 제2 센서(20)는 이동가능하게 배열되고, 그리고 센서 방향(19)을 따라 시프팅될(shifted) 수 있다. 따라서, 단일 온도 값을 측정하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 유동 채널(16)의 단면을 따라 온도 프로파일을 측정하는 것이 가능하다. 이는 밸브 디바이스(10) 내에 존재하는 유동 패턴을 분류하는 데 도움이 될 수 있다.
일반적으로, 제1 센서(18) 또는 몇몇 제1 센서들(18)은 하나 이상의 국부적인 유체 속도들을 측정한다. 이러한 국부적인 유체 속도는 일반적으로, 밸브를 통과하는 유량을 대표하지 않는다. 이는, 밸브를 통과하는 단면을 따르는 유체 속도 프로파일이 균질하지 않다는 사실로 인한 것이다. 몇몇 포지션들에서 국부적인 유체 속도를 측정하는 대신에, 국부적인 유체 속도는 센서들(20, 31)에 의해 수집되는 정보를 사용함으로써 적응될 수 있다. 센서(들)(20, 31)의 정보를 고려함으로써, 밸브 디바이스(10)를 통과하는 전체 유량이 결정될 수 있다. 특히, 제2 센서(20)의 온도 측정들은 밸브 디바이스(10) 내에 존재하는 특별한 유동 패턴을 유도하는 것을 가능하게 한다.
예컨대, 제2 센서(20)에 의해 측정된 정보를 고려함으로써, 현재 유동 패턴이 층류 유동으로 분류될 수 있다. 다른 상황에서, 제2 센서(20)에 의해 난류 유동 상황이 결정될 수 있다. 층류 유동 및 난류 유동의 유체 속도 프로파일들은 일반적으로 상이하다. 층류 유동의 유체 속도 프로파일은 종종, 패러블(parable)처럼 보인다. 이는 종종, 원형 파이프를 통과하는 층류 유동에 대해서도 해당한다. 유동 상황이 난류인 경우, 그에 따른 유체 속도 프로파일은 상당히 상이하게 보일 수 있다. 이러한 정보는, 제2 센서(20)를 사용함으로써 그리고 제2 센서(20)의 측정된 정보를 고려함으로써 수집될 수 있다. 바람직하게, 제1 센서(18)는, 층류 유동에 대한 유체 속도가 난류 유동의 유체 속도와 동일한 위치에 포지셔닝된다. 직선 원형 파이프의 경우, 이러한 포지션은 파이프의 직경의 0.7배가 될 수 있다. 밸브 디바이스(10)에 대한 더 복잡한 상황들에서, 분석은 제1 센서(18)에 대한 최상의 포지션을 결정하기 위해 미리 수행될 수 있다. 그러한 분석은 또한, 제2 센서(20)의 최상의 포지션 및 밸브 디바이스(10)의 유동 채널(16) 내로의 제2 센서(20)의 돌출 정도를 결정하기 위해 미리 수행될 수 있다.
제1 센서(18) 및 제2 센서(20)는 바람직하게, 제어 유닛(25)에 대한 무선 연결을 갖는다. 제어 유닛(25) 내에서, 제1 및 제2 센서에 의해 측정된 정보가 수집되고 평가될 수 있다. 밸브(12), 밸브 디바이스(10), 밸브(12) 및 밸브 디바이스(10)의 기하학적 구조뿐만 아니라, 사용되는 유체가 일반적으로 미리 결정되기 때문에, 이러한 정보들은 제어 유닛(25)에서 이미 이용가능할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(25)은 밸브(12)의 유형, 및 밸브 디바이스(10) 내의 유동 채널(16)의 형상 또는 조도와 같은 다른 기하학적 파라미터들을 고려할 수 있다. 바람직하게, 제어 유닛(25)은 본 개시내용의 단계(c)를 수행한다. 이는, 제1 센서(18) 및 제2 센서(20)가 자신들의 측정된 정보를 제어 유닛(25)에 송신할 수 있다는 것을 의미한다. 제어 유닛(25)은 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정 또는 계산한다. 최상의 경우에서, 단지 하나의 단일 제1 센서(18) 및 하나의 단일 제2 센서(20)만이 필요하다. 유량 측정 또는 유량 결정의 신뢰성 및 안정성을 개선하기 위해, 몇몇 제1 센서들(18) 또는 몇몇 제2 센서들(20)이 밸브 디바이스(10) 내에 설치될 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 3은 열식 유량계(30)의 개략도이다. 이러한 경우, 밸브 디바이스(10)는 밸브(12), 및 이러한 밸브(12)의 상류의 열식 유량계(30)를 포함한다. 열식 유량계(30)의 상류의, 밸브 디바이스(10)의 유동 채널(16) 내에는 제2 센서(20)가 로케이팅된다. 유동 방향(14)은 유동 채널(16) 내에 디스플레이된(displayed) 화살표들로 표시된다. 열식 유량계(30)에 연결된 온도 유닛(21)은 열식 유량계(30)의 포지션에서 국부적인 유체 속도를 측정할 수 있다. 일반적으로, 이는, 열식 유량계의 가열 섹션(heating section)에서 유도되는 열 손실을 측정함으로써 수행된다. 더 높은 열 손실은, 더 높은 국부적인 유체 속도를 표시한다. 제2 센서(20) 및/또는 열식 유량계(30)는 밸브(12) 내에 포함될 수 있다. 명확성의 이유들로, 이러한 컴포넌트(component)들은 도 3에서 개별적으로 도시된다. 제2 센서(20) 및 온도 유닛(18)의 정보는 제어 유닛(25)에 의해 수집된다. 밸브 유형 또는 파이프 시스템의 기하학적 구조와 같은 정적 정보와 함께, 제어 유닛(25)은 밸브(12) 또는 밸브 디바이스(10)를 통과하는 유량을 결정할 수 있다. 유체가 비압축성인 경우, 밸브(12)를 통과하는 유량은 밸브 디바이스(10)로의 유량과 동일하다.
제어 유닛(25)은 또한, 밸브 디바이스(10)의 유입구에서의 유동 프로파일을 고려할 수 있다. 이는 또한, 밸브 디바이스(10)의 유입구와 배출구 사이의 차동 압력(differential pressure)을 고려할 수 있다. 밸브 디바이스(10)의 유입구에서의 유동 프로파일 또는 밸브(12)에 걸친 차동 압력에 의해 유도되는 영향들이, 밸브(12)를 통과하는 유량의 결정과 관련하여 고려될 수 있다. 이는 바람직하게 제어 유닛(25)에 의해 수행되며, 제어 유닛(25)은 바람직하게, 적절한 특성 다이어그램 및/또는 특성 방정식(characteristic equation)을 고려한다.
게다가, 제2 센서(20)는 또한, 밸브(12)의 포지션, 특히, 밸브(12)의 개방 정도에 관한 정보를 수집할 수 있다. 이는, 제2 센서(20)가 밸브 디바이스(10)의 유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 센서(20)가 밸브(12)의 밸브 포지션을 측정할 수 있는 것이 또한 가능하다는 것을 의미한다. 이는, 제2 센서(20)와 밸브(12)를 연결하는, 도 3의 점선으로 표시된다. 제2 센서(20)가 추가로, 유체의 열 전도도 및/또는 열 용량을 측정할 수 있는 경우, 유체 상태(fluid condition)에 관한 추가의 정보가 수집될 수 있다. 예컨대, 유체가 노화 과정들을 겪는지가 결정될 수 있다. 이는, 예컨대 산패될(rancid) 수 있는 올리브 오일의 경우에 중요할 수 있다. 바람직하게, 제2 센서(20)는 이러한 정보를 수집하여, 이를 제어 유닛(25)에 송신할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(25)은 더 많은 정보들을 획득하고, 밸브(12)를 통과하는 유량을 더 정밀하게 결정할 수 있다. 바람직하게, 제2 센서(20)는, 밸브(12)를 통과하는 유량에 영향을 미치는 국부적인 유체 속도 외에 모든 파라미터들을 측정할 수 있다. 예컨대, 온도, 열 용량, 열 전도도, 밸브 포지션, 및 액추에이터(22)의 형상 또는 밸브 디바이스(10) 내의 유동 채널(16)의 형태 및 형상과 같은 기하학적 파라미터들이 이러한 파라미터들에 속한다. 이는, 제2 센서(20)가, 밸브(12)를 통과하는 유량의 정밀한 결정을 가능하게 하는 추가의 정보를 수집한다는 것을 의미한다. 유량을 결정하는 정확도가 개선될 수 있다.
밸브 디바이스(10)는 또한, 상이한 파이프 시스템들에 구현될 수 있다. 따라서, 제어 유닛(25)의 수정이 충분할 수 있다. 이는, 파이프 기하학적 구조 또는 유체의 사용된 유형과 같은 정적 파라미터들이 정적 정보로서 제어 유닛(25)에 입력될 수 있다는 것을 의미한다. 예컨대, 이는, 적절한 데이터 입력(data input)을 제어 유닛(25)에 제공 및 송신함으로써 달성될 수 있다.
본 개시내용의 주요 장점은, 한편으로는, 밸브(12)를 통과하는 유량의 더 정확하거나 더 정밀한 측정 또는 결정이 가능하다는 것이다. 다른 한편으로는, 이러한 측정 원리는 단일 유닛인 밸브 디바이스(10) 내에서 실현될 수 있다. 유량 측정의 구역에서 진정되어 있는 유동(calm flow)을 제공하기 위해 종종 사용되는 진정 섹션들이 더 이상 필요하지 않다. 밸브 디바이스(10)는 밸브 디바이스(10) 내의 복잡한 유동 상황을 핸들링(handle)할 수 있다. 그러나, 밸브 디바이스(10) 내의 유동 상황은, 예컨대 밸브 디바이스(10)가 긴 직선 원형 파이프 내에 있는 것보다 더 복잡하며, 밸브 디바이스(10)를 통과하는 유량은 밸브 디바이스(10)를 사용하는 것만으로도 더 정밀하게 결정될 수 있다. 이는, 더 정밀한 유량 결정 또는 유량 측정을 부가적으로 가능하게 하는 컴팩트한 밸브 디바이스(10)가 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
밸브(12)는 파이프 시스템에 연결가능하다는 것이 고려된다. 밸브(12)는 파이프 시스템에 연결된다는 것이 또한 고려된다. 양상에 따르면, 밸브(12)는 플랜지(flange)를 통해 파이프 시스템에 연결되거나 또는 연결가능하다.
양상에 따르면, 밸브를 통과하는 유량은 체적 유량이다. 다른 양상에 따르면, 밸브를 통과하는 유량은 질량 유량이다. 또 다른 양상에 따르면, 밸브를 통과하는 유량은 열량측정 유량(calorimetric flow rate)이다.
실시예에서, 밸브(12)는 유동 채널을 포함한다.
특정 실시예에서, 밸브(12)는 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는, 유동 채널(16)을 통과하는 유체 유동을 가능하게 하는 개방 포지션 및 유동 채널(16)을 통과하는 유체 유동을 막는(obturate) 폐쇄 포지션에서 선택적으로 이동가능하다. 제2 센서(20)는, 밸브 부재의 포지션 및 유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 표시하는 적어도 하나의 제2 신호를 기록하도록 구성된다.
제어 유닛은 유동 채널(16)을 통과하는 유량을 결정하도록 구성된다는 것이 고려된다.
유체 유동의 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재는 유리하게,
- 구체 바디(spherical body);
- 퍼넬;
- 수축부(constriction);
- 스크린 부재(screen member);
- 오리피스(orifice); 또는
- 애퍼처(aperture)로부터 선택된다.
실시예에서, 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재는 유동 채널(16) 내부에 배열된다. 다른 실시예에서, 유동 채널(16)은 포트(port)를 포함하며, 포트는 유입구 또는 배출구로부터 선택된다. 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재는 유동 채널(16)의 포트에 또는 유동 채널(16)의 포트 근처에 배열된다.
본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 개시내용은 밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는,
밸브(12) 내의 유동 채널(16);
유동 채널(16) 내의 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호를 기록하도록 구성된 제1 센서(18);
유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 표시하는 적어도 하나의 제2 신호를 기록하도록 구성된 제2 센서(20);
국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호에 기반하여 그리고 제2 센서(20)에 의해 기록된 적어도 하나의 제2 신호에 기반하여, 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정하도록 구성된 제어 유닛을 포함하며,
제2 센서(20)는 유동 채널(16) 내에서 이동가능하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 개시내용은 또한, 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는 밸브(12), 및
밸브(12) 내의 유동 채널(16);
유동 채널(16) 내의 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호를 기록하도록 구성된 제1 센서(18);
유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 표시하는 적어도 하나의 제2 신호를 기록하도록 구성된 제2 센서(20);
국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호에 기반하여 그리고 제2 센서(20)에 의해 기록된 적어도 하나의 제2 신호에 기반하여, 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정하도록 구성된 제어 유닛을 포함하며,
제2 센서(20)는 (밸브(12) 내의/밸브(12)의) 유동 채널(16) 내에서 이동가능하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 개시내용은 또한, 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는 밸브(12), 및
밸브(12) 내에 배치된 유동 채널(16);
유동 채널(16) 내의 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호를 기록하도록 구성된 제1 센서(18);
유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 표시하는 적어도 하나의 제2 신호를 기록하도록 구성된 제2 센서(20);
국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호에 기반하여 그리고 제2 센서(20)에 의해 기록된 적어도 하나의 제2 신호에 기반하여, 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정하도록 구성된 제어 유닛을 포함하며,
제2 센서(20)는 (밸브(12) 내의/밸브(12)의) 유동 채널(16) 내에서 이동가능하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
제어 유닛은 제1 센서(18) 및 제2 센서(20)와 동작가능하게 통신한다. 제어 유닛은 유리하게 또한, 제3 센서(31)와 동작가능하게 통신한다.
제2 센서(20)는 바람직하게, 센서 방향(19)을 따라 시프팅되도록 구성 및/또는 배열된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10) 및/또는 밸브(12)는 추가로, 밸브 포지션을 표시하는 적어도 하나의 제3 신호를 기록하도록 구성된 제3 센서(31)를 포함하고; 그리고
제어 유닛은, 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호에 기반하여 그리고 제2 센서(20)에 의해 기록된 적어도 하나의 제2 신호에 기반하여 그리고 제3 센서(31)에 의해 기록된 적어도 하나의 제3 신호에 기반하여, 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정하도록 구성된다.
밸브(12)는 바람직하게 액추에이터(22)를 포함하고, 제3 센서(31)는 액추에이터(22)의 포지션을 표시하는 적어도 하나의 제3 신호를 기록하도록 구성된다.
실시예에서, 제3 센서(31)는 액추에이터(22)에 장착되고 그리고/또는 액추에이터(22)에 대해 고정된다.
액추에이터(22)는 밸브 포지션을 정의한다는 것이 고려된다.
본 개시내용의 양상에 따르면, 제3 센서(31)는 밸브(12)의 밸브 포지션을 표시하는 적어도 하나의 신호를 기록하도록 구성된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 제3 센서(31)는 (밸브(12) 내의/밸브(12)의) 유동 채널(16) 내에서 이동가능하게 배열된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 제2 센서(20)는 온도 센서를 포함하고 그리고/또는 온도 센서로서 형성되고, 온도 센서는 유동 채널(16) 내로 돌출된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브(12)는 밸브(12)를 통과하는 그리고/또는 유동 채널(16)을 통과하는 유량을 조정하기 위한 수단을 포함한다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브(12)는 밸브(12)를 통과하는 그리고/또는 유동 채널(16)을 통과하는 유량을 조정하기 위한 액추에이터(22)를 포함한다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는 볼 밸브, 니들 밸브 또는 버터플라이 밸브를 포함하고 그리고/또는 볼 밸브, 니들 밸브 또는 버터플라이 밸브로서 형성된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는 볼 밸브 및/또는 니들 밸브 및/또는 버터플라이 밸브를 포함한다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브(12)는 볼 밸브, 니들 밸브 또는 버터플라이 밸브를 포함하고 그리고/또는 볼 밸브, 니들 밸브 또는 버터플라이 밸브로서 형성된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 제1 센서(18)는 온도 센서 및 히터를 포함하고; 그리고
제1 센서(18)는 열량 측정 원리를 적용함으로써 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호를 기록하도록 구성된다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는 밸브(12)의 유동 채널(16) 내의 유체 유동의 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재를 포함한다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브 디바이스(10)는 유동 채널(16) 내의 유체 유동의 유동 패턴을 형상화하기 위한 퍼넬 및/또는 그리드 및/또는 볼 및/또는 오리피스를 포함한다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브(12)는 유동 채널(16) 내의 유체 유동의 유동 패턴을 형상화하기 위한 부재를 포함한다.
본 개시내용은 또한, 위에서 언급된 밸브 디바이스들(10) 중 임의의 밸브 디바이스(10)를 교시하며, 밸브(12)는 유동 채널(16) 내의 유체 유동의 유동 패턴을 형상화하기 위한 퍼넬 및/또는 그리드 및/또는 볼 및/또는 오리피스를 포함한다.
본 개시내용에 따른 밸브 디바이스(10)의 부분들 또는 방법의 부분들은, 하드웨어(hardware)로, 프로세서(processor)에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈(software module)로, 오퍼레이팅-시스템-가상화(operating-system-virtualization)를 사용하는 프로세서에 의해 또는 클라우드 컴퓨터(cloud computer)에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어는, 펌웨어(firmware), 오퍼레이팅 시스템에서 실행되는 하드웨어 드라이버(hardware driver), 또는 애플리케이션 프로그램(application program)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 또한, 본원에서 제시된 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 관한 것이다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 설명되는 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체(computer-readable medium) 상에 하나 이상의 명령들로서 저장될 수 있다. 사용될 수 있는 저장 매체들의 일부 예들은, 랜덤 액세스 메모리(RAM; random access memory), 자기 RAM, 판독 전용 메모리(ROM; read only memory), 플래시 메모리(flash memory), EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터(register)들, 하드 디스크(hard disk), 제거가능 디스크, 다른 광 디스크들, millipede® 디바이스, 또는 컴퓨터 또는 임의의 다른 IT 장비 또는 기기에 의해 액세스될(accessed) 수 있는 임의의 이용가능한 매체들을 포함한다.
전술한 내용은 단지 본 개시내용의 소정의 실시예들에 관한 것이며, 다음의 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 변경들이 본 개시내용 내에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용은 예시된 실시예들로 제한되지 않으며, 다음의 청구항들의 범위 내에서 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
a 제1 단계
b1 제2 단계의 제1 옵션
b2 제2 단계의 제2 옵션
c 제3 단계
10 밸브 디바이스
12 밸브
14 유동 방향
16 유동 채널
18 제1 센서
19 방향
20 제2 센서
21 온도 유닛
22 액추에이터
25 제어 유닛
30 열식 유량계
31 제3 센서

Claims (8)

  1. 밸브(valve)(12)를 갖는 밸브 디바이스(valve device)(10)로서,
    상기 밸브(12) 내의 유동 채널(flow channel)(16);
    상기 유동 채널(16) 내의 압력을 측정하지 않으면서 상기 유동 채널(16) 내의 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호를 기록하도록 구성된 제1 센서(sensor)(18);
    상기 유동 채널(16) 내의 유체의 온도를 표시하는 적어도 하나의 제2 신호를 기록하도록 구성된 제2 센서(20);
    상기 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호에 기반하여 그리고 상기 제2 센서(20)에 의해 기록된 적어도 하나의 제2 신호에 기반하여, 상기 밸브(12)를 통과하는 유량(flow rate)을 결정하도록 구성된 제어 유닛(control unit)을 포함하며,
    상기 제2 센서(20)는 상기 유동 채널(16) 내에서 이동가능하게 배열되고,
    상기 제1 센서(18)는 온도 센서 및 히터(heater)를 포함하고, 그리고
    상기 온도 센서가 상기 히터에 의해 가열되는 유동 채널 내의 유체의 온도를 측정하고 열량 측정 원리(calorimetric measuring principle)를 상기 제1 센서(18)에 적용함으로써, 상기 제1 센서(18)는 상기 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호를 기록하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브 디바이스(10)는 추가로, 밸브 포지션(valve position)을 표시하는 적어도 하나의 제3 신호를 기록하도록 구성된 제3 센서(31)를 포함하고, 그리고
    상기 제어 유닛은, 상기 국부적인 유체 속도를 표시하는 적어도 하나의 제1 신호에 기반하여 그리고 상기 제2 센서(20)에 의해 기록된 적어도 하나의 제2 신호에 기반하여 그리고 상기 제3 센서(31)에 의해 기록된 적어도 하나의 제3 신호에 기반하여, 상기 밸브(12)를 통과하는 유량을 결정하도록 구성되는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제3 센서(31)는 상기 유동 채널(16) 내에서 이동가능하게 배열되는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 센서(20)는 온도 센서를 포함하고, 그리고 상기 온도 센서는 상기 유동 채널(16) 내로 돌출되는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브(12)는 상기 밸브(12)를 통과하는 유량을 조정하기 위한 수단을 포함하는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 디바이스(10)는 볼 밸브(ball valve), 니들 밸브(needle valve) 또는 버터플라이 밸브(butterfly valve)를 포함하는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
  7. 삭제
  8. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 디바이스(10)는 상기 유동 채널(16) 내의 유체 유동(fluid flow)의 유동 패턴(flow pattern)을 형상화하기 위한 부재를 포함하는,
    밸브(12)를 갖는 밸브 디바이스(10).
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