KR102478319B1 - 유량관용 슬롯부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량측정기기의 유량관 입구에 마련되는 슬롯부재에 관한 것으로서, 내부에 유로가 형성된 유량관의 유입구 측에 마련되며, 유체가 통과할 수 있도록 슬롯을 가지고, 유입구의 둘레를 따라 유량관의 길이 방향 외측으로 돌출부가 돌출 형성된다.

Description

유량관용 슬롯부재{Flow slot member}

본 발명은 유량관용 슬롯부재에 관한 것으로, 상세하게는 유량측정기기의 유량관 입구에 마련되는 슬롯부재에 관한 것이다.

종래에는 가정용 가스, 수도, 난방 등의 가스 측정용으로 사용되고 있는 계량기로 저가형 기계식(다이어프램식) 계량기가 널리 사용되고 있다.

이러한 기계식 계량기는 부피 단위로 사용량을 계량하는 방식으로, 이미 도입된지 30년 이상 지난 기술로 더 이상의 성능 개선이 이루어지지 않아, 정확도 개선 및 첨단 IoT 융합기술 적용이 어렵다는 한계점이 존재한다.

또한, 다이어프램 기계식 계량기의 경우, 구조적 한계로 인한 측정 정밀도 및 시간이 지남에 따라 계량오차가 증가하는 내구성의 문제점이 있다.

반면, 초음파 기반의 전자식 계량기는 정밀 유량측정, 순간 유량측정을 통한 효율적 관리나 검침 데이터 분석 활용이 가능하다.

이 경우, 한 쌍의 초음파 센서를 유량관의 양측에 각각 장착하고, 이를 이용하여 초음파의 송수신 시간을 측정하는데, 초음파의 경로에 유체의 속도가 추가될 경우 초음파 도달 시간이 달라진다. 즉, 유속의 흐름이 초음파 경로의 방향과 같으면 초음파의 속도가 빨라지고 반대 방향이면 느려지는데, 이를 이용하여 유체의 속도를 산출한 후, 유량관의 단면적을 곱하여 유체의 유량을 구하게 되는 것이다.

이때, 유량관 내의 유체 흐름이 안정적이지 못하면, 불안정한 유체 흐름에 의해 초음파의 도달 시간이 왜곡되어 유체의 유량 계측이 부정확해질 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 유량의 정밀 계측을 위해서는, 유량관 내부의 유체 흐름을 안정적으로 유지함으로써 초음파 센서의 측정 오류를 최소화할 필요가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유량관 내부의 유체 흐름이 안정적으로 유지됨으로써 유량 계측 정밀도가 향상되는 유량관용 슬롯부재를 제공함에 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 유로가 형성된 유량관의 유입구 측에 마련되며, 유체가 통과할 수 있도록 슬롯을 가지고, 상기 유입구의 둘레를 따라 상기 유량관의 길이 방향 외측으로 돌출부가 돌출 형성되는 유량관용 슬롯부재를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 돌출부는 하단에서 상단으로 갈수록 돌출길이가 점점 더 길어지도록 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 돌출부의 경사 부분은 직선 형태를 이룰 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유입구와 연통하도록 제1 관통홀이 형성되는 지지부와, 상기 지지부의 외측면에 상기 제1 관통홀의 둘레를 따라 돌출되는 상기 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명이 또 다른 특징에 의하면, 상기 지지부는 상기 유입구와 상기 제1 관통홀이 연통하도록 상기 유량관의 일측에 상기 지지부가 결합되거나 일체로 형성될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 목적은 일측에 유입구가 형성되고 타측에 유출구가 형성되고 상기 유입구와 상기 유출구를 연통하는 유로가 내부에 형성되는 유량관; 상기 유량관의 상기 유입구에 마련되는 유량관용 슬롯부재; 및 상기 유량관의 상기 유출구에 마련되는 아웃렛 파이프를 포함하는 유량관 모듈을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 유량관용 슬롯부재에 의하면, 유량관 내부의 유로를 흐르는 유체 흐름이 안정적으로 유지되며, 이에 따라 유량 측정값의 정확도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도.
도 2는 유량측정기기의 유량관을 통과하는 유체 흐름을 도시한 개략도.
도 3은 유량관용 슬롯부재가 없는 경우 유체의 유동을 경로선으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유량관용 슬롯부재를 갖는 경우 유체의 유동을 경로선으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유량관용 슬롯부재의 사시도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

아울러, 아래의 실시예에서 '유량관용 슬롯부재'라 함은, 유량관의 유입구 측에 마련되며 유체가 통과하여 유량관의 유입구로 흘러갈 수 있도록 슬롯(slot)을 갖는 부재를 가리킨다.

실시예

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도이며, 도 2는 유량측정기기의 유량관을 통과하는 유체 흐름을 도시한 개략도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량관용 슬롯부재(100)와 유량관(200)은, 예컨대 초음파식 가스미터(gas meter) 등 유량측정기기의 본체(10)에 내장되는 것으로, 유량관(200)의 내부에는 가스 등 유체의 흐름을 안내하도록 유로(201)가 형성되며, 유량관용 슬롯부재(100)는 유량관(200)의 유입구 측에 마련된다.

여기서, 유량관(200)은 예컨대 도면에 도시된 바와 같이 직육면체 형상으로서 상단이 개방된 몸체(210)와, 몸체(210)의 상단에 폭 방향 양측으로 확장 형성되는 안착부(220)를 포함한다.

몸체(210)의 길이 방향 일측(도면상 오른쪽)에는 유체가 유입되는 유입구(미도시)가 형성되며, 타측(도면상 왼쪽)에는 유체가 유출되는 유출구(미도시)가 형성된다. 또한, 몸체(210)의 내부에는 유입구와 유출구를 연통하여 사각형 단면 형상의 유로(201)가 형성된다. 아울러, 도면에 도시되지는 않았으나, 후술하는 아웃렛 파이프(400)와의 결합을 위해, 유출구의 둘레를 따라 제1 결합부가 몸체(210)의 외측으로 돌출 형성될 수 있다.

몸체(210)의 유입구 외측에 슬롯(slot)으로 제1 관통홀(111)을 갖는 유량관용 슬롯부재(100)가 마련된다. 이 유량관용 슬롯부재(100)는 유입구를 통해 유량관(200)의 몸체(210)로 유입되는 유체가 유로(201)를 따라 안정적으로 흐르게끔 하는 역할을 한다.

유량관용 슬롯부재(100)는 유량관(200)의 일측에 결합될 수 있는데, 몸체(210)의 유입구와 유량관용 슬롯부재(100)의 제1 관통홀(111)이 연통한다는 조건하에서, 유량관(200)과 유량관용 슬롯부재(100)의 결합은 접착이나 융착, 끼움 결합 또는 홈 - 돌기 결합 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

유량관용 슬롯부재(100)는, 유량관(200) 몸체(210)의 유입구와 연통하도록 제1 관통홀(111)이 형성되는 지지부(110)와, 지지부(110)의 외측면에 제1 관통홀(111)의 둘레를 따라 돌출 형성되는 돌출부(120)를 포함한다. 이 돌출부(120)는 지지부(110)의 하단에서 상단으로 갈수록 돌출길이가 점점 더 길어지도록 상향 경사지게 형성되는데, 제1 관통홀(111)의 상단부에서 제1 관통홀(111)의 상측과 양측 둘레를 따라 소정 길이로 돌출 형성되는 상단 돌출부(121)와, 상단 돌출부(121)의 하단에서 제1 관통홀(111)의 하단으로 갈수록 돌출길이가 점점 짧아져 지지부(110)를 향해 낮게 경사지는 하단 돌출부(122)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 상단 돌출부(121)와 하단 돌출부(122)를 연결하는 경사면은, 측방에서 바라보았을 때 직선 또는 곡선 형태로 이루어질 수 있고, 직선 형태로 이루어져서 전체적으로 사다리꼴 형태를 이루는 것이 보다 바람직하다. 돌출부(120)의 경사면이 직선 형태를 이루게 되면 상측에서 하측으로 갈수록 더욱 개방된 형태이므로 유체가 더 많이 유입될 수 있는데, 돌출부(120)의 상측은 유입부(20)를 통해 유체가 유입되므로, 어느 정도 상하 균형을 이룰 수 있게 되는 것이다.

한편, 유량관(200)의 몸체(210) 상단에는 유로(201)와 연통하여 개구부(미도시)가 형성되며, 이 개구부를 덮도록 유량관(200)의 상측에 커버(300)가 결합된다.

이때, 커버(300)는, 유량관(200)의 몸체(210) 상측 안착부(220)에 결합되는 커버 플레이트(310)와, 커버 플레이트(310)의 상측면에 커버 플레이트(310)의 길이 방향을 따라 소정 간격 상호 이격하여 관통 형성되는 한 쌍의 센서홀(320)과, 센서홀(320)의 둘레를 따라 커버 플레이트(310)의 길이 방향 외측으로 상향 경사지게 돌출 형성되는 한 쌍의 센서장착부(330)를 포함한다. 한 쌍의 센서장착부(330)는 유속 측정을 위해 내부에 장착된 초음파 센서(40) 간 신호 송, 수신 반사각을 고려하여, 예컨대 각각의 센서장착부(330)의 중심선이 상호 90°각도를 이루도록 형성될 수 있다.

센서장착부(330)의 끝단에는 초음파 센서(40)의 위치 이탈 방지 및 센서장착부(330) 밀폐를 위한 밀폐커버(340)가 결합될 수 있으며, 유량관(200)과 커버(300)의 결합은 접착이나 융착, 끼움 결합 또는 홈 - 돌기 결합 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

아울러, 유량관(200)을 사이에 두고 유량관용 슬롯부재(100)의 반대편, 즉 유량관(200)의 유출구 쪽에 아웃렛 파이프(400)가 수직하게 결합된다. 이 아웃렛 파이프(400)는 유량관(200)의 유출구를 통해 유출된 유체를 본체(10) 외부로 안내하는 역할을 한다.

이때, 아웃렛 파이프(400)는, 상단이 개방되고 내부에 중공을 갖는 파이프 몸체(410)와, 파이프 몸체(410)의 하단부 일측에 중공과 연통하도록 관통 형성되는 제2 관통홀(420)과, 제2 관통홀(420)의 둘레를 따라 외측으로 돌출 형성되는 제2 결합부(430)를 포함할 수 있다.

유량관(200)과 아웃렛 파이프(400)의 결합은, 예컨대 유량관(200)의 제1 결합부가 아웃렛 파이프(400)의 제2 결합부(430)에 삽입, 결합됨으로써 이루어질 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐이며, 유량관(200)의 유출구와 아웃렛 파이프(400)의 제2 관통홀(420)이 연통한다는 조건하에서, 유량관(200)과 아웃렛 파이프(400)의 결합은 접착이나 융착, 끼움 결합 또는 홈 - 돌기 결합 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

도 2를 참조하면, 유량측정기기의 본체(10) 상측에는 유체가 유입되는 경로인 유입부(20)와, 유량관(200)을 거쳐 유체가 배출되는 배출부(30)가 형성되며, 아웃렛 파이프(400)의 상단이 배출부(30)의 하단에 결합된다.

본체(10) 내부에는 유량관 모듈이 장착되는데, 이 유량관 모듈은 유량관(200)과, 유량관(200)의 일측에 마련되는 유량관용 슬롯부재(100)와, 유량관(200)의 타측에 마련되는 아웃렛 파이프(400)를 포함한다.

본체(10)의 유입부(20)를 통해 유체가 본체(10) 내부로 유입되며, 유량관용 슬롯부재(100)를 거쳐 유량관(200) 내부로 유입된 유체는 유로(201)를 따라 흐르는 과정에서 초음파 센서(40)에 의해 유속이 산출되고 이를 이용하여 유체의 유량이 계측된다. 이후, 유량관(200)의 유출구를 통해 아웃렛 파이프(400)로 유입된 유체는 아웃렛 파이프(400)의 중공을 따라 흘러 본체(10)의 배출부(30)를 통해 배출된다.

도 3은 유량관용 슬롯부재가 없는 경우 유체의 유동을 경로선으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유량관용 슬롯부재를 갖는 경우 유체의 유동을 경로선으로 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유량관(200)의 유입구 측에 본 발명에 따른 유량관용 슬롯부재(100)가 없는 경우, 본체(10) 내부로 유입된 유체가 급격하게 유량관(200)으로 유입되면서, 유입구의 외측(실선 사각형 표시 부분)에 유량의 흐름 꼬임 현상이 발생한다.

이처럼 유입구에서 발생한 유량의 흐름 꼬임 현상으로 인해 초음파 센서 측정 구간(점선 사각형 표시 부분)에는 유체의 불안정한 흐름이 나타나며, 아웃렛 파이프(400)의 내부에도 불안정한 소용돌이 형태의 유량 흐름 패턴이 발생하는데, 특히 초음파 센서 측정 구간에서 유체의 불안정한 흐름은 측정시 초음파 신호에 방해, 간섭 영향을 주며, 이는 측정값 에러율(오차범위)을 높여 측정 정확도가 저하되는 문제를 발생시킨다.

반면에, 도 4에 도시된 바와 같이 유량관(200)의 유입구 측에 유량관용 슬롯부재(100)가 마련되는 경우, 본체(10) 내부로 유입된 유체가 유량관(200)의 상측 내부로 바로 유입되는 것이 유입부(20) 하부에 배치된 유량관용 슬롯부재(100)의 상단 돌출부(121)에 의해 차단되면서 도 3의 종래 유량관과 달리 유체가 급격하게 유량관으로 유입되지 않아 유량의 흐름 꼬임 현상이 방지된다.

즉, 도 3과는 달리 유체는 유량관용 슬롯부재(100)의 상단 돌출부(121) 하측으로 직접 유입되는 것에 더하여, 본체(10) 내부를 채우고 크게 돌면서 유량관용 슬롯부재(100)를 통해 유량관(200)으로 진입하게 되며, 충분한 반경값을 가지고 돌아옴에 따라 종래 유입구에서 서로 충돌하여 꼬임이 발생하였던 현상이 해소되는 효과가 있다.

이는 유량관용 슬롯부재(100)의 돌출부(120)가 경사지게 형성됨에 따른 효과로서, 유량관용 슬롯부재(100)의 상단부로 진입하는 유량과, 본체(10) 내부를 채우고 아래쪽으로 돌아 유량관용 슬롯부재(100)의 하단부로 진입하는 유량이 유량관(200)의 유입구를 통과할 때 균형을 이룸으로써 유량관(200) 내 유체의 흐름이 균일해지는 효과도 있다.

이에 따르면, 초음파 센서 측정 구간과 유출구에서의 흐름 패턴도 동일한 패턴으로 안정적인 흐름 현상을 유지하여 측정 에러율이 감소되며, 유량의 변동에도 일정한 유속, 흐름을 유지하여 측정값의 정확도를 보장하게 된다.

아울러, 도 4의 확대도는 유량관의 단면상 유속 분포를 나타낸 것으로, 유량관(200)의 중심부로 갈수록 유속이 빨라지고, 초음파 센서 측정 구간에서 유량/유속이 안정화됨을 볼 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 유량관용 슬롯부재(100) 장착시, 유입되는 유량에 변동이 발생하는 경우(저유량에서 고유량으로 변동, 또는 고유량에서 저유량으로 변동), 유속 또한 유사한 비율로 변화하며, 본체(10)와 유량관(200) 내 유체의 전반적인 흐름을 안정적으로 유지하게 된다.

즉, 유량과 유속은 유량의 N배 증가(또는 감소)시, 유속도 약 N배 증가(또는 감소)하는 비례관계를 갖는다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도이다.

전술한 실시예의 경우, 별도의 부재로 형성된 유량관용 슬롯부재(100)가 유량관(200)의 일측에 결합되는 예를 설명하였으나, 본 발명의 다른 예로서, 유량관(200)과 유량관용 슬롯부재(100)가 일체로 형성되는 것도 가능함은 물론이다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이 유량관용 슬롯부재(100)의 지지부(110)가 유량관(200)의 유입구를 둘러싸는 측벽으로 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유량관용 슬롯부재의 사시도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 유량관용 슬롯부재(100a)는 제1 관통홀(111a)이 형성되는 지지부(110a)와, 지지부(110a)의 외측면에 제1 관통홀(111a)의 둘레를 따라 돌출부(120a)가 형성되며, 돌출부(120a)의 상단에서 하단으로 갈수록 돌출길이가 점점 짧아져 지지부(110a)를 향해 낮게 경사지는 형태를 이룬다는 점에서 전술한 제1 실시예의 유량관용 슬롯부재(100)와 전체적으로 유사하다.

다만, 전술한 제1,제2 실시예의 유량관용 슬롯부재(100)는 돌출부(120)의 외관이 사각형으로 형성되는 반면에, 제3 실시예의 유량관용 슬롯부재(100a)는 돌출부(120a)의 상단과 하단이 둥글게 라운드진 장방 타원형으로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 이때, 유량관(200)의 유입구와 유로(201) 및 유출구 역시 장방 타원형으로 형성될 수 있으며, 제3 실시예의 유량관용 슬롯부재(100a)가 유량관(200)과 일체로 형성되는 것도 가능하다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도이다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 유량관(200a)의 몸체(210a)가 종래의 유량 기구에 통상적으로 사용되는 원통 파이프 형태로 형성되고, 몸체(210a)의 상단에는 사각 형태의 안착부(220a)가 확장 형성되며, 유량관용 슬롯부재(100b)는 접착이나 융착, 끼움 결합 또는 홈 - 돌기 결합 등 다양한 방식에 의해 유량관(200a)의 입구 측에 결합될 수 있다.

이때, 유량관(200a) 내의 유로(201a)는 원형 단면 형상으로 이루어지며, 이에 대응하여 유량관용 슬롯부재(100b)의 제1 관통홀(111b)도 원형을 이룬다. 유량관용 슬롯부재(100b)의 지지부(110b) 역시 원형으로 이루어질 수 있으며, 제1 관통홀(111b)의 둘레를 따라 돌출 형성되는 돌출부(120b)는 하단에서 상단으로 갈수록 돌출길이가 점점 더 길어져서 하단을 향해 낮게 경사진 형태를 이루게 된다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유량관과 유량관용 슬롯부재의 사시도로서, 전술한 제4 실시예의 유량관용 슬롯부재(100b)가 유량관(200a)과 일체로 형성된 예를 도시하고 있다. 본 발명의 제4, 제5 실시예처럼 유량관(200a)이 원통 파이프 형태로 형성되는 경우에도, 유량관(200a)의 유입구 측에 마련되는 유량관용 슬롯부재(100b)에 의해, 전술한 제1 내지 제3 실시예처럼 유량관(200a)의 유로를 통과하는 유체의 흐름은 안정적인 효과를 보이게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

100,100a,100b : 유량관용 슬롯부재
110,110a,100b : 지지부
111,111a,111b : 제1 관통홀
120,120a,120b : 돌출부
200,200a : 유량관
201,201a : 유로
210,210a : 몸체
220,220a : 안착부
300 : 커버
400 : 아웃렛 파이프

Claims (6)

1. 내부에 유로가 형성된 유량관의 유입구 측에 마련되며, 유체가 통과할 수 있도록 슬롯을 가지고, 상기 유입구의 둘레를 따라 상기 유량관의 길이 방향 외측으로 돌출부가 돌출 형성되되,
   상기 돌출부는 하단에서 상단으로 갈수록 돌출길이가 점점 더 길어지도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 유량관용 슬롯부재.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌출부의 경사 부분은 직선 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 유량관용 슬롯부재.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유입구와 연통하도록 제1 관통홀이 형성되는 지지부를 더 포함하되,
   상기 돌출부는, 상기 제1 관통홀의 상단부에서 상기 제1 관통홀의 상측과 양측 둘레를 따라 소정 길이로 돌출 형성되는 상단 돌출부와, 상기 상단 돌출부의 하단에서 상기 제1 관통홀의 하단으로 갈수록 돌출길이가 점점 짧아져 상기 지지부를 향해 낮게 경사지는 하단 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량관용 슬롯부재.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 지지부는 상기 유입구와 상기 제1 관통홀이 연통하도록 상기 유량관의 일측에 결합되거나 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 유량관용 슬롯부재.
6. 일측에 유입구가 형성되고 타측에 유출구가 형성되고 상기 유입구와 상기 유출구를 연통하는 유로가 내부에 형성되는 유량관;
   상기 유량관의 상기 유입구에 마련되는 청구항 1, 3, 4, 5 중 어느 한 항의 유량관용 슬롯부재; 및
   상기 유량관의 상기 유출구에 마련되는 아웃렛 파이프를 포함하는 유량관 모듈.

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