KR102629897B1 - 유체저항을 최소화한 터빈 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 유량계에 관한 것으로, 유로에 설치된 터빈에 유체 저항이 발생하지 않도록 함으로써 회전로터에서 유량의 정밀한 측정이 가능하도록 함은 물론 수동밸브 또는 온도/압력센서를 구비한 터빈 유량계에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 유체가 통과할 수 있는 유로가 형성되고, 유량을 감지하기 위한 센서가 장착되는 센서장착부가 형성된 하우징; 측면 둘레부위가 상기 하우징의 유로의 내경부위에 고정되고, 전면 중앙부위에는 전방을 향하여 원뿔 형태의 가이드가 돌출되어 형성되며, 상기 가이드의 외측 둘레방향에는 전면부위로부터 후면부위까지 일정간격과 각도를 가지면서 복수의 경사유로가 관통되어 형성됨과 아울러 후면 중앙부위에는 축삽입홈이 형성된 고정터빈; 상기 고정터빈의 후방에 위치하며, 전면으로부터 전방으로 돌출된 전방축과 후면으로부터 후방으로 돌출된 후방축이 형성되고, 상기 전방축은 상기 고정터빈의 축삽입홈에 삽입되어 축설되어 유체의 흐름에 의해 회전하는 회전로터;를 포함하여 구성된다.

Description

유체저항을 최소화한 터빈 유량계{Turbine flowmeter}

본 발명은 터빈 유량계에 관한 것으로, 유로에 설치된 터빈에 유체 저항이 최소화되도록 함으로써 유체의 흐름을 원활하게 하고, 이로 인하여 유속저하 및 압력손실을 줄여 유체의 천이 흐름 및 정류가 되도록 함은 물론 회전로터에서 유량의 정밀한 측정이 가능하도록 함은 물론 수동밸브 또는 온도/압력센서를 구비한 터빈 유량계에 관한 것이다.

반도체 제조라인 또는 반도체 장비 자체 및 기타 유체(물, 오일 등)의 흐름의 제어를 필요로 하는 시스템 또는 유체의 공급 장치 및 부속 시설을 포함하는 유틸리티를 사용하는 분야에 있어 다양한 종류의 유량계가 사용되고 있다.

이러한 유량계는 사용되는 공정이 요구하는 정밀도에 따라 사양이 정해지게 된다. 현재 일반적으로 사용되는 유량계는 유체의 종류에 따라 세분화된다.

종래기술에 따른 유량계의 일예로서 등록실용신안 제20-0411377호(터빈 유량계)에서는 도1 및 도2에 도시된 바와같이,

유량계 몸체(1)의 내부 중앙에 장착되어 물의 유량을 측정하기 위해 다수의 날개(23)마다 편심이원각(21)을 주어 경사면을 형성한 회전터빈(2)과,

상기 회전터빈(2)의 양측면에 형성된 지지돌기(22)를 지지함과 동시에 출구(32)측의 직경보다 입구(31)측의 직경을 크게 천공하여 경사지게 형성한 입구측의 고정터빈(3) 및 장공(41)을 형성한 출구측의 고정터빈(4)과,

상기 고정터빈(3)(4)을 고정시키기 위해 유량계 몸체(1)에 나사식으로 삽입된 고정구(5)로 이루어져 있다.

또한, 고정터빈(3)은 도2에 도시된 바와같이, 유체가 고정터빈(3)의 표면과 접촉할 때 접촉 표면적을 적게 하여 부력을 줄일 수 있도록 하기 위해 유체가 지나가는 입구(31)측의 직경이 유체가 빠져나가는 출구(32)측의 직경보다 크게 형성됨으로써 유체가 흐르는 통로를 직선으로 형성하는 것이 아니라 유량에 의해 회전할 수 있도록 테이퍼진 경사각(33)을 이루어서 형성한다.

그리고, 고정터빈(3)을 통과한 유량은 회전터빈(2)를 회전시키게 되고, 그 회전터빈(2)의 회전수를 감지함으로써 유량이 측정되는 것이다.

그런데, 이러한 종래기술에 따르면, 고정터빈(3)은 원기둥체 형태로 되어 그 전면부위, 즉 유체가 흐르는 방향을 마주보는 전면부위가 유체가 흐르는 방향에 대해 수직한 면을 가지게 되므로, 유로를 흐르는 유체는 그 수직한 면에 부딪히게 되어 유체 저항이 발생하게 된다.

이러한 유체 저항은 고정터빈(3)으로 유입되는 유체에 대해서 저항으로 작용하게 되므로, 유속저하 및 압력손실이 발생하게 되고, 이로 인하여 회전터빈(2)의 회전이 불균일하거나 또는 유체량이 적은 경우에는 회전터빈(2)의 회전이 충분하지 못하게 되므로 정확한 유량 측정이 이루어지지 못하는 단점이 있다.

<선행기술문헌>

- 대한민국 등록실용신안 제20-0411377호

(터빈 유량계)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 고정터빈의 전면부 중앙부위에 유체를 유로쪽으로 안내하는 원뿔형 구조를 형성함으로써 유체 저항이 발생하지 않도록 하거나 최소화하여 더욱 정밀한 유량 측정이 가능하도록 한 터빈 유량계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터빈 유량계는,

유체가 통과할 수 있는 유로가 형성되고, 유량을 감지하기 위한 센서가 장착되는 센서장착부가 형성된 하우징;

측면 둘레부위가 상기 하우징의 유로의 내경부위에 고정되고, 전면 중앙부위에는 전방을 향하여 원뿔 형태의 가이드가 돌출되어 형성되며, 상기 가이드의 외측 둘레방향에는 전면부위로부터 후면부위까지 일정간격과 각도를 가지면서 복수의 경사유로가 관통되어 형성됨과 아울러 후면 중앙부위에는 축삽입홈이 형성된 고정터빈;

상기 고정터빈의 후방에 위치하며, 전면으로부터 전방으로 돌출된 전방축과 후면으로부터 후방으로 돌출된 후방축이 형성되고, 상기 전방축은 상기 고정터빈의 축삽입홈에 삽입되어 축설되어 유체의 흐름에 의해 회전하는 회전로터;

상기 회전로터의 후방에 위치하여 측면 둘레부위가 상기 하우징의 유로의 내경부위에 고정되고, 전면부위로부터 후면부위까지 복수의 유로가 관통되어 형성되며 전면 중앙부위에는 상기 회전로터의 후방축이 삽입되어 축설되도록 축삽입홈이 형성된 고정터빈;을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 가이드의 외측 표면에는 그 첨단부위로부터 후단부위까지 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈은 둘레를 따라 복수개가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드홈은 유체의 흐르는 방향과 나란하게 직선형태로 형성되고, 상기 고정터빈의 경사유로와 대응되는 갯수로 형성되며, 각 가이드홈의 후단부위는 대응되는 경사유로에 근접하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징에는 수동밸브가 일체로 구비되고, 외측으로부터 내측으로 압력 및 온도센서가 관통되어 체결된 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명은, 원뿔 형태의 가이드에 의해 유체가 고정터빈의 전면부위에 부딪히는 경우를 최소화하여 유체 저항을 크게 낮출 수 있게 되므로, 유속저하 및 압력손실을 최대한 감소시킴으로써 유체의 천이흐름을 개선하고 정류를 시켜 더욱 정확한 유량 측정이 가능한 장점이 있다.

또한, 수동밸브에 의해 전자밸브에 고장이 발생하여 유체 흐름을 긴급 차단하거나 또는 전자밸브 보수를 위하여 유체의 흐름을 차단하고자 하는 경우에 작업자가 수동으로 흐름을 중지시킬 수 있도록 함으로써 유지보수작업이 매우 용이한 장점이 있다.

아울러, 온도 및 압력센서에 의해 온도와 압력에 의해 달라지는 유속 및 부피의 변화를 반영하여 유량 측정이 가능하게 됨으로써 더욱 정밀한 유량계를 제공할 수 있는 장점이 있다.

도1 및 도2는 종래기술에 의한 터빈 유량계의 구조를 보인 도.
도3은 본 발명에 의한 터빈 유량계의 단면 구조도.
도4는 고정터빈, 회전로터, 보조터빈의 구조를 보인 도.
도5는 본 발명에 수동밸브가 결합된 구조를 보인 도.
도6은 본 발명에 압력 및 온도센서가 구비된 구조를 보인 도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

본 발명에 의한 터빈 유량계는 도3에 도시한 바와같이, 크게 하우징(100), 고정터빈(200), 회전로터(300), 그리고 보조터빈(400)으로 구성된다.

상기 하우징(100)은 양측이 개방되면서 유체가 통과할 수 있도록 직선의 유로(110)를 갖는 관체 형태로서, 그 전방부위의 외측 둘레로는 관로를 접속시키기 위한 나사산 형태의 전방결합부(130)가 형성되고, 후방부위의 외측 둘레에도 마찬가지로 관로를 접속시키기 위한 나사산 형태의 후방결합부(140)가 형성되어 있다.

또한 하우징(100)의 상측부위에는 유량을 감지하기 위한 센서가 장착되는 센서장착부(120)가 일체로 형성된 구조를 갖는다.

상기 고정터빈(200)은 상기 하우징(100) 내부의 유로(110)에 설치되는 것으로서, 도4에서와 같이 원기둥체 형태로 형성되어 그 측면 둘레부위가 상기 하우징(100)의 유로(110)의 내경부위에 맞닿도록 고정되어 유로(110)를 가로막는 형태로 설치되고, 전면부위에는 그 중앙부위로부터 전방을 향하여 원뿔 형태를 갖는 가이드(220)가 돌출되어 형성된다.

또한, 상기 가이드(220)의 외측으로는 그 둘레방향으로 고정터빈(200)의 전면부위로부터 후면부위까지 일정간격과 각도를 가지면서 복수의 경사유로(210)가 관통되어 형성됨으로써 유로(110)를 흐르는 유체가 경사유로(210)를 통과하여 흐르면서 가속되도록 하는 구조를 갖는다.

그리고, 상기 가이드(220)의 후단 외주면부위는 상기 경사유로(210)와 접하거나 또는 근접하도록 형성되고, 부가적으로 상기 가이드(220)의 외측 표면에는 그 첨단부위로부터 후단부위까지 가이드홈(221)이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 가이드홈(221)은 가이드(221)의 외표면 둘레를 따라 일정한 간격을 가지면서 유체의 흐르는 방향과 나란하게 직선형태로 복수개가 형성될 수 있다.

이때, 상기 가이드홈(221)은 상기 고정터빈(200)의 유로와 대응되도록 복수의 갯수로 형성되고, 각 가이드홈(221)의 후단부위는 대응되는 유로에 근접하도록 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 고정터빈(200)의 전면부에 수직하게 흐르는 유체를 원뿔 형태의 가이드(220)가 경사유로(210) 쪽으로 유도하여 유체저항을 감소시키게 됨은 물론 가이드홈(221)에 의해 유체를 더욱 원활히 유도함으로써 경사유로(210)에 압력을 가지고 통과하면서 가속되어 통과되도록 한다.

이러한 구조는 유체의 흐름을 원할하게 하여 유속저하 및 압력손실을 최대한 줄여줌으로써 유체의 천이 흐름을 개선시키고 유체가 안정적으로 흐르도록 정류시키는 구조인 것이다.

상기 회전로터(300)는 상기 고정터빈(200)의 후방에 위치하고, 그 전면부위로부터 전방으로 돌출된 전방축(310)이 형성되며, 그 전방축(310)은 고정터빈(200)의 후방에 삽입되어 축설된다.

또한, 후면부위에는 후방으로 돌출된 후방축(320)이 형성되어 보조터빈(400)의 축삽입홈(420)에 삽입되어 축설되는 구조를 갖는다.

이때, 상기 회전로터(300)에는 그 회전하는 날개부위의 외측에 자석이 삽입되어 회전시 발생하는 자기장의 변화를 센서장착부(120)에 장착된 홀센서(Hall Sensor)에서 비접촉식으로 감지하도록 한다.

상기 보조터빈(400)의 고정터빈(200)과 유사한 구조를 가지면서 상기 회전로터(300)의 후방부위에 위치하는데, 원기둥체 형태로 형성되어 그 측면 둘레부위가 상기 하우징(100)의 유로(110)의 내경부위에 맞닿도록 고정되어 유로(110)를 가로막는 형태로 설치되고, 전면 중앙부위에는 축삽입홈(420)이 형성되어 상기 회전로터(300)의 후방축(320)이 삽입되어 축설되며, 상기 고정터빈(200)과 마찬가지로 축삽입홈(420)의 둘레부위로는 전면부위로부터 후면부위까지 관통된 복수의 유로(410)가 일정간격으로 형성되는 구조를 갖는다.

즉, 보조터빈(400)은 유량의 흐름을 고르게 하면서도 회전로터(300)를 지지하는 구조물인 것이다.

이러한 구조를 갖는 본 발명의 동작을 설명한다.

전방으로부터 유로(110)로 유입된 유체되는 유체는 고정터빈(200)의 경사유로(210)로 유입되는데, 이때 가이드(220)에 의해 경사유로(210) 쪽으로 유도되면서 고정터빈(200)의 수직한 면에 부딪혀서 유체저항이 발생하는 것이 최소화되거나 방지된다.

이때 가이드홈(221)에 의해 유체는 경사유로(210) 쪽으로 곧바로 안내되면서 일부 가속이 발생하게 되고, 경사유로(210) 쪽으로 안내된 유체는 경사유로(210)의 경사면에 압력을 가지고 부딪히면서 통과하여 더욱 가속됨으로써 회전로터(300) 쪽으로 유입된다.

따라서, 회전로터(300)는 유체의 접촉압력에 의해 회전하게 되고, 그 회전에 의해 발생하는 자기장의 변화를 센서장착부(120)에 장착된 센싱부(150) 즉 홀센서가 비접촉식으로 감지함으로써 유량을 감지할 수 있게 된다.

상기 회전로터(300)를 통과한 유체는 보조터빈(400)의 유로(410)를 통하여 후방부위로 배출되는 것이며, 이러한 보조터빈(400)은 하우징(100)의 유로(110)에서 회전로터(300)의 후방축(320)을 지지할 수 있는 구조물이 구비된다면 삭제가 가능할 수 있다.

한편, 상기 후방결합부(140)에는 도5에서와 같이 수동밸브(500)가 일체로 구비된 구조를 가질 수 있는데, 이러한 수동밸브(500)는 볼 타입 구조 등 다양한 구조를 가질 수 있게 되며, 전방결합부(130)에도 수동밸브가 일체로 구비될 수 있을 것이다.

수동밸브(500)를 갖는 이유는 관로 상의 유체 흐름을 차단하기 위한 전자밸브에 고장이 발생하여 유체 흐름을 긴급 차단하거나 또는 전자밸브 보수를 위하여 유체의 흐름을 차단하고자 하는 경우에 작업자가 수동밸브(500)에 의해 유체의 흐름을 중지시킬 수 있도록 하며, 아울러 본 발명의 터빈 유량계를 교체하거나 유지보수하는 경우에도 작업자가 수동밸브(500)에 의해 유체의 흐름을 차단함으로써 작업이 용이하도록 하기 위함이다.

도6은 본 발명에 압력 및 온도센서(600)가 추가로 장착된 상태를 보인 도로서, 하우징(100)을 관통하여 체결공(160)이 형성되고, 상기 체결공(160)에 압력 및 온도센서(600)가 삽입되어 장착됨으로써 그 센싱부위가 유로(110)의 내측에 위치하게 된다.

이러한 압력 및 온도센서(600)에 의해 하우징(100)의 유로(110)를 통과하는 유체의 온도 및 압력을 반영하여 더욱 정확한 유량을 계산할 수 있게 되는데, 이는 유체의 온도와 압력에 의해 유속 및 부피가 달라질 수 있으므로, 측정된 온도와 압력값으로 센싱부(150)인 홀센서에 의해 측정된 유량값을 보정함으로써 정확한 유량 계산이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 : 하우징
110 : 유로
120 : 센서장착부
130 : 전방결합부
140 : 후방결합부
150 : 센싱부
160 : 체결공
200 : 고정터빈
210 : 경사유로
220 : 가이드
221 : 가이드홈
300 : 회전로터
310 : 전방축
320 : 후방축
400 : 보조터빈
410 : 유로
420 : 축삽입홈
500 : 수동밸브
600 : 압력 및 온도센서

Claims (7)

1. 유체가 통과할 수 있는 유로가 형성되고, 유량을 감지하기 위한 센서가 장착되는 센서장착부가 형성된 하우징;
   측면 둘레부위가 상기 하우징의 유로의 내경부위에 고정되고, 전면 중앙부위에는 전방을 향하여 원뿔 형태의 가이드가 돌출되어 형성되며, 상기 가이드의 외측 둘레방향에는 전면부위로부터 후면부위까지 일정간격과 각도를 가지면서 복수의 경사유로가 관통되어 형성됨과 아울러 후면 중앙부위에는 축삽입홈이 형성된 고정터빈;
   상기 고정터빈의 후방에 위치하며, 전면으로부터 전방으로 돌출된 전방축과 후면으로부터 후방으로 돌출된 후방축이 형성되고, 상기 전방축은 상기 고정터빈의 축삽입홈에 삽입되어 축설되어 유체의 흐름에 의해 회전하는 회전로터;를 포함하여 구성되고,
   상기 고정터빈에 형성된 상기 가이드의 외측 표면에는 그 첨단부위로부터 후단부위까지 직선 형태의 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈은 상기 가이드의 외표면 둘레를 따라 일정한 간격을 가지면서 유체의 흐르는 방향과 나란하게 복수개가 형성되되, 상기 고정터빈의 경사유로와 대응되도록 복수개가 형성되며, 각 가이드홈의 후단부위는 대응되는 상기 경사유로에 근접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 유량계.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 회전로터의 후방에 위치하여 측면 둘레부위가 상기 하우징의 유로의 내경부위에 고정되고, 전면부위로부터 후면부위까지 복수의 유로가 관통되어 형성되며 전면 중앙부위에는 상기 회전로터의 후방축이 삽입되어 축설되도록 축삽입홈이 형성된 고정터빈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 유량계.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 하우징에는 수동밸브가 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 터빈 유량계.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 하우징에는 외측으로부터 내측으로 압력 및 온도센서가 관통되어 체결된 것을 특징으로 하는 터빈 유량계.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 센서장착부에는 홀센서가 장착된 것을 특징으로 하는 터빈 유량계.