KR102281997B1 - 광학적 유량측정용 튜브인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 유동공간(11)을 갖는 유체튜브(10)를 구비하고 광학적 유량측정을 하며, 광학측정을 위한 적어도 하나의 투명한 윈도우요소(12)가 유체튜브(10)에 형성되어 있는 튜브인서트(100)에 관한 것으로, 유체튜브(10)의 윈도우요소(12) 구역이 내압 하우징(13)으로 둘러싸이고, 윈도우요소(12)는 하우징 내부(14)에 위치하며, 내부 유동공간(11)과 하우징 내부(14) 사이에 직간접적인 유체 연결이 있다.

Description

광학적 유량측정용 튜브인서트{Flow-through tube insert for optical flow measurement}

본 발명은 내부 유동공간을 갖는 유체튜브(10)를 구비하고 광학적 유량측정을 하며, 광학측정을 위한 적어도 하나의 투명한 윈도우요소가 유체튜브에 형성되어 있는 튜브인서트에 관한 것이다.

CA 2 439 242 A1은 내부 유동공간을 갖는 유체튜브를 구비하고 광학적 유량측정을 하며, 광학측정을 위한 적어도 하나의 투명한 윈도우요소가 유체튜브에 형성되어 있는 튜브인서트를 소개한다. 이 윈도우요소는 광원에 대한 투명창을 이루고, 유체튜브에만 한정되어 사용된다. 이 경우, 윈도우가 곡률을 갖고, 유체튜브는 벽면에 유동방해요소도 없고 불연속부도 없이 삽입된다. 광학 유량측정을 위해 윈도우를 통한 관측이 이루어지고, 광원으로 레이저를 사용하므로, 윈도우는 레이저 파장에 투과되는 재료로 이루어진다. 이 튜브인서트의 유체튜브에서는 정반대쪽에 위치한 윈도우 각각을 통해 레이저선을 조사한다.

DE 10 2009 005 800 A1에 소개된 튜브인서트도 광학적 유량측정용으로서, 유체튜브에 측정튜브가 수직으로 돌출해있고, 유체튜브와 측정튜브 사이의 천이구역에 삽입 윈도우가 있다. 삽입 윈도우는 구조적 부위로 사용되고, 유체튜브의 내부 형상에 있어서 불연속 부위를 형성한다. 에어튜브의 유체압력이 큰 곳의 일반 윈도우는 유체압력 전체를 받아야만 하므로 아주 고가이다. 튜브인서트를 장기간 사용할 경우, 이때문에 누설의 위험이 있는데, 이런 누설은 반드시 피해야만 하는 것이다.

본 발명의 목적은 윈도우요소가 사용된 유체튜브를 갖추고 광학적 유량측정용 튜브인서트를 제공하는데 있는데, 이 튜브인서트는 간단하게 사용할 수 있으며 유체튜브를 통해 높은 유체 압력이 통과할 수 있도록 한다.

본 발명의 이런 목적은 특허청구범위의 청구항 1에 따른 튜브인서트에 의해 달성된다.

본 발명에 있어서, 유체튜브의 윈도우요소 구역이 내압 하우징으로 둘러싸이고, 윈도우요소는 하우징 내부에 위치하며, 유체튜브의 내부 유동공간과 하우징 내부 사이에 직간접적으로 유체 연결이 있을 수 있다.

유체튜브의 내부 유동공간과 하우징 내부 사이의 간접적인 유체연결로 인해, 내부 유동공간과 하우징 내부의 유체 압력이 같아진다. 그 결과 윈도우 요소에 아무런 유체 압력이 가해지지 않고, 이때문에 윈도우 요소를 아주 간단하게 구성할 수 있다. 특히, 윈도우요소를 유체튜브의 원통형 표면에서 크게 벗어나지 않도록 설계할 수 있어 유체 흐름을 가능한한 방해하지 않도록 할 수 있다.

이 윈도우 요소의 장점은 투명 재료로 이루어진 원통형 파이프 구간으로 구현할 수 있다는 것이다. 원통형 파이프구간은 내경과 외경이 유체튜브와 같고, 유체튜브의 길이방향으로 간단히 연결된다. 이런 원통형 파이프구간은 전체를 투명하게 할 수 있고, 특별한 강도를 요하지도 않는다. 예컨대, 원통형 파이프구간의 재료를 유리나 세라믹유리로 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 원통형 파이프구간이 유체튜브의 축방향 불연속 가간에 도입되어 원통형 내부공간을 형성함으로써, 유체튜브의 내부공간과 동일한 직경으로 장애물 없이 연결된다. 특히, 2개의 유체튜브가 원통형 파이프의 단부에 연결되고, 이때 2개의 유체튜브와 원통형 파이프구간은 동일한 내부 형상을 갖고 내경도 동일하다.

원통형 파이프구간은 적어도 일단부에서 연결요소에 의해 유체튜브에 연결되고, 이 연결요소는 유체투과성이다. 이런 연결요소는 다공성 재료 및/또는 소결재료로 이루어지고, 연결요소를 통해 유체가 통과할 수 있다. 그 결과, 하우징 내부와 내부 유동공간 사이에 적어도 간접적인 유체연결이 이루어진다. 이때문에, 내부 유동공간과 하우징 내부 사이에 압력평형이 일어난다.

또, 내부 유동공간과 하우징 내부 사이에 탄성 격막이 형성되면, 탄성 격막의 변형에 의해 내부 유동공간과 하우징 내부 사이에 압력평형을 이룰 수도 있다. 그 결과, 하우징 내부와 내부 유동공간에 불필요하게 유체교환을 하지 않고도, 양쪽 공간 사이에 격막을 통해 유체적 상호작용이 일어난다. 유리하게도, 탄성 격막은 연결요소 전체나 일부로 이루어질 수 있다. 격막은 플라스틱, 고무 또는 다른 탄성재로 이루어지거나, 적어도 이들 재료를 함유할 수 있다. 그 결과, 내부 유동공간과 하우징 내부 사이의 상호작용이 격막 양쪽의 압력차에 의해 생기고, 이때문에 양쪽 공간들의 유체들이 서로 상호작용한다.

광학적 유량측정을 위해, 유리나 세라믹유리와 같은 투명 재료로 된 윈도우요소를 적어도 하나 하우징에 배치할 수 있다. 이 경우, 하우징의 윈도우요소를 하우징 내부의 유체 압력에 쉽게 견딜 수 있도록 설계할 수 있어, 윈도우요소를 하우징의 내부 형상이나 유체튜브의 내부 형상에 일치시킬 필요가 없다. 예컨대, 이런 윈도우요소는 평평한 몸체로 형성되고 하우징 안에 위치할 수 있다. 일반적인 ㅇ우윈도우요소들은 멀티-볼트 플랜지 안에 수용되고, 원형이며 2개의 플랜지링들 사이에 기밀 상태로 유지된다. 예컨대 원통형이나 큐브형 하우징과 유체튜브의 측방 ㅍ평탄면들 사이의 연결이 용접에 의하고, 유체튜브가 하우징에 나사결합될 수도 있다.

또, 하우징이 금속으로 이루어지고, 유체튜브는 하우징의 양단부를 통해 하우징 내부로 안내될 수 있다.

또, 하우징 내부가 내부 유동공간에 흐르는 유체와 동일한 유체로 채워질 수 있다. 그 결과, 유체튜브와 하우징 내부에 한종류의 유체만 있어도 된다. 또, 하우징 내부를 튜브인서트를 통과할 유체로 미리 채울 수도 있다.

도 1은 튜브인서트의 단면도;
도 2는 튜브인서트를 종축선을 중심으로 90도 회전시킨 상태의 부분단면도.

도 1은 튜브인서트(100)의 단면도이고, 도 2는 튜브인서트(100)를 종축선을 중심으로 90도 회전시킨 상태의 부분단면도이다.

튜브인서트(100)에 유체튜브(10)가 삽입되어 있고, 유체가 흐르는데, 유체는 유체튜브(10)에 의해 튜브인서트로 들어갔다가 다시 유체튜브에 의해 튜브인서트를 나간다.

방사선의 조사와 감지에 의거해 광학적 유량 측정을 한다. 이를 위해, 방사선을 유체에 투과시키기 위한 윈도우가 튜브인서트(100)에 형성되어야 한다. 감지를 위해 튜브인서트(100) 앞에 렌즈(20)와 센서(21)를 도시된 것처럼 배치한다.

유체튜브(10)는 불연속적이고, 불연속부에 윈도우 요소(12)가 사용되며, 이런 불연속부는 원통형 파이프(15)로 설계된다. 분할된 유체튜브(10)와 원통형 파이프(15)는 공통의 종축선(22)을 갖는다.

원통형 파이프(15)의 직경, 특히 내경은, 유체튜브(10)의 내부 유동공간(11)이 원통형 파이프(15)를 통해 연속되도록 하는 크기를 갖는다. 그 결과, 내부 유동공간(11)에서의 유동과 파이프(15)에서의 유동이 원통형 내부공간(16)을 통해 연속적으로 이루어진다.

파이프(15)에 설계된 윈도우 요소(12)는 연결요소(17)에 의해 유체튜브(10)의 양단부 사이에 수용된다. 연결요소(17)는 유체튜브(10)와 파이프(15)의 외면을 완전히 감쌀 수 있다.

연결요소(17)는 유체가 어느정도 투과되는 다공성 물질로 형성되고, 특히 소결금속을 포함한 소결재료로 형성될 수 있다.

또, 윈도우 요소(12)와 연결요소(17)는 하우징(13)으로 완전히 둘러싸이고, 하우징(13)은 연결점(23)에서 용접이나 나사결합 등의 방법으로 유체튜브(10)에 기밀 연결된다.

연결요소(17)의 투과성 때문에, 유체튜브(10)의 내부 유동공간(11)이나 파이프(15)의 내부공간(16)으로부터 연결요소(17)를 통해 하우징 내부(14)로 유체가 흐를 수 있다. 튜브인서트(100)를 고압이나 초고압에 사용할 경우, 유체튜브(10) 및 파이프(15)와 같은 압력이 하우징 내부(14)에 형성된다. 하우징 내부(14)가 파이프(15)를 둘러싸서, 파이프(15)의 내부와 외부의 유체 압력이 동일하기 때문에, 파이프(15) 내부의 유체의 압력이 파이프(15)에 아무런 기계적 부하를 가하지 않는다.

광학적 유량측정을 위해, 파이프(15)의 윈도우요소(12)를 투명하게 하면, 파이프(15)를 통과하는 측정파장으로 유체를 볼 수 있다. 하우징(13)에는 유체튜브(10)의 윈도우요소(12)보다 간단한 윈도우요소(18)가 있고, 이런 윈도우요소들은 유체압력을 견디기만 하면 된다. 예컨대, 하우징(13)의 윈도우요소(18)는 평평하게 디자인되고, 하우징(13)의 내부형상이 윈도우요소(18)에서 원활하게 이어지지 않도록 할 수도 있다. 원통형 파이프(15) 때문에, 유체튜브(10)의 원형 단면과 직경을 벗어나는 유동은 없다. 하우징(13)의 윈도우요소(18)로 인해 하우징내부(14)의 형상이 불연속적이어도 유체튜브(10)의 유체의 흐름에는 관련이 없는데, 이는 하우징내부(14)가 결함이 있는 것이 아니고 같은 압력을 갖기 때문이다.

Claims (12)

1. 내부 유동공간(11)을 갖는 유체튜브(10)를 구비하고 광학적 유량측정을 하며, 광학측정을 위한 적어도 하나의 투명한 윈도우요소(12)가 유체튜브(10)에 형성되어 있는 튜브인서트(100)에 있어서:
   상기 유체튜브(10)의 윈도우요소(12) 구역이 내압 하우징(13)으로 둘러싸이고, 윈도우요소(12)는 하우징 내부(14)에 위치하며, 내부 유동공간(11)과 하우징 내부(14) 사이에 직간접적인 유체 연결이 있으며;
   상기 윈도우요소(12)가 투명한 재료로 된 원통형 파이프(15)로 형성되고;
   상기 원통형 파이프(15)가 적어도 일단부에서 연결요소(17)에 의해 유체튜브(10)에 연결되고, 상기 연결요소(17)는 유체를 투과시키는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
2. 제1항에 있어서, 상기 원통형 파이프(15)가 유리나 세라믹유리로 형성된 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통형 파이프(15)가 유체튜브(10)의 축방향 불연속부에 배치되고, 유체튜브(10)와 동일한 직경으로 유체튜브에 연결되어 불연속이 없는 원통형 내부공간(16)을 형성하는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
4. 제1항에 있어서, 상기 연결요소(17)가 다공성 재료 및/또는 소결재료로 이루어지고, 연결요소를 통해 유체가 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
5. 제1항에 있어서, 상기 내부 유동공간(11)과 하우징 내부(14) 사이에 탄성 격막이 위치하고, 이런 격막의 변형에 의해 내부 유동공간(11)과 하우징 내부(14) 사이에 압력평형이 일어나는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
6. 제5항에 있어서, 상기 탄성 격막이 연결요소(17)의 전체나 일부로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
7. 제1항에 있어서, 상기 하우징(13)이 투명 재료로 된 적어도 하나의 윈도우요소(18)를 갖는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
8. 제6항에 있어서, 상기 윈도우요소(12)가 평평한 몸체로 형성되고 하우징(13) 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
9. 제1항에 있어서, 상기 하우징(13)이 금속으로 이루어지고, 상기 유체튜브(10)는 하우징(13)의 양단부를 통해 하우징 내부(14)로 안내되는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
10. 제1항에 있어서, 상기 하우징 내부(14)가 내부 유동공간(11)에 흐르는 유체와 동일한 유체로 채워지는 것을 특징으로 하는 튜브인서트.
11. 삭제
12. 삭제

Images