KR102629898B1 - 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류식 유량계에 관한 것으로, 표면에 딤플이 형성된 수직의 와류발생부재를 유로내에 설치함으로써 난류성(turbulent flow) 와류에 의해 유체의 흐름에 대한 저항을 줄이면서 와류발생부재의 표면에서 발생하는 불안정한 와류를 개선시켜 안정적인 와류를 발생시킴은 물론 유량의 정밀한 측정이 가능하도록 한 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 유체가 흐르는 유관 형태로 된 유량계 몸체 내부의 상류에 와류발생부재가 설치되고, 상기 유량계 몸체 내부에서 상기 와류발생부재로부터 하류의 와류 작용범위내에 설치되어 와류에 의한 물리적변화량을 측정하는 압전센서를 구비한 유량센서부로 구성된 와류식 유량계로서,
상기 와류발생부재는 막대형상을 가지며, 상기 유관을 가로질러 수직방향으로 설치됨과 아울러 표면에는 다수의 딤플이 형성된다.

Description

와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치{Vortex generation and detection apparatus for vortex type flow meter}

본 발명은 와류식 유량계에 관한 것으로, 표면에 딤플이 형성된 수직의 와류발생부재를 유로내에 설치함으로써 난류성(turbulent flow) 와류에 의해 유체의 흐름에 대한 저항을 줄이면서 와류발생부재의 표면에서 발생하는 불안정한 와류를 개선시켜 안정적인 와류를 발생시킴은 물론 유량의 정밀한 측정이 가능하도록 한 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치에 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, 유럽특허 공개번호 제0046649호(1982년 03월 03일 공개, Vortex-shedding flowmeter with torsional sensor mounted on torque tube)에서는 도1에 도시된 바와같이, 카르만 와류를 발생시키기 위하여 파이프의 중앙부위에서는 내경을 수직하게 가로지르는 막대 형상의 셰더(11)가 구비되고, 상기 셰더(11)의 후방부위에는 센서(12)가 구비된 구조를 갖는다.

상기 셰더(11)의 양측으로 흐르는 유체는 셰더(11)에 의해 와류가 발생하게 되고, 발생된 와류는 후방의 센서(12)에 의해 그 물리적 변화량이 측정됨으로써 그 측정된 변화량을 유량으로 계산하게 되는 것이다.

그런데, 종래기술에 의하면, 셰더(11)의 양측방향부위에서만 와류가 발생하게 되고, 표면이 비교적 매끄럽게 형성되어 있으므로, 안정적인 와류를 발생시키지 못하게 되는 단점이 있다.

<선행기술문헌>

- 유럽특허 공개번호 제0046649호(1982년 03월 03일 공개)

(Vortex-shedding flowmeter with torsional sensor mounted on torque tube)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 수직의 와류발생부재를 유관내에 설치하고, 와류발생부재의 표면에 딤플을 헝성함으로써 유체의 흐름을 방해하는 저항을 줄이면서도 안정적인 와류를 발생시키게 되어 유량센서부의 센싱감도를 증가시킬 수 있도록 한 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치는,

유체가 흐르는 유관 형태로 된 유량계 몸체 내부의 상류에 와류발생부재가 설치되고, 상기 유량계 몸체 내부에서 상기 와류발생부재로부터 하류의 와류 작용범위내에 설치되어 와류에 의한 물리적변화량을 측정하는 압전센서를 구비한 유량센서부로 구성된 와류식 유량계로서,

상기 와류발생부재는

막대형상을 가지며, 상기 유관을 가로질러 수직방향으로 설치됨과 아울러 표면에는 다수의 딤플이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와류발생부재의 중앙부 후단부위로부터 원뿔 형태로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량계 몸체에는 외측으로부터 내측으로 압력 및 온도센서가 관통되어 체결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와류발생부재가 설치된 유량계 몸체 내부의 상류에는 오리피스가 구비된 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명은, 표면에 다수의 딤플이 형성된 와류발생부재에 의해 유관내 흐르는 유체의 흐름을 방해하는 저항을 줄이면서도 안정적이고 풍부한 와류를 발생시키게 됨으로써 유량센서부의 센싱감도를 증가시킬 수 있도록 한 장점이 있다.

또한, 오리피스에 의해 유속을 증가시킴으로써 풍부하고 명확한 와류를 발생시킴으로써 정밀한 유량의 측정이 가능하게 됨은 물론 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.

도1은 종래기술에 의한 와류식 유량계의 구조를 보인 도.
도2는 본 발명에 의한 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치의 구조를 보인 도.
도3은 와류발생부재의 수직부에 의해 와류가 발생하는 상태를 보인 측단면도.
도4는 오리피스의 다른 예를 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 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치(100)는 도2 및 도3에 도시한 바와같이, 크게 체결판(110), 와류발생부재(120), 유량센서부(140)로 구성된다.

상기 체결판(110)은 유관 형태의 유량계 몸체(200)에 형성된 삽입공(210)의 외측으로 안착되어 볼트 등에 의해 기밀하게 조립되는 구조를 가지게 되는데, 이를 위하여 저면 둘레로는 오링 등의 기밀부재가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 와류발생부재(120)는 수직한 바 형태로 되어 유량계 몸체(200)의 내측에서 유체가 흐르는 방향의 상류부위에 설치되는 것으로서, 상기 체결판(110)의 저면부위에 상단부위가 고정될 수 있다.

상기 와류발생부재(120)는 막대형상으로 되어 체결판(110)의 저면부위로부터 수직방향 즉, 종방향으로 길게 위치하며, 그 상단부위는 체결판(110)에 고정되고, 하단부위는 유랑계 몸체(200)의 내측 저면부위에 맞닿도록 하는 길이를 가지게 된다.

여기서, 상기 와류발생부재(120)의 단면은 삼각, 사각, 원형, 타원형, 마름모 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있을 것이다.

이러한 와류발생부재(120)에 의해 유량계 몸체(200)의 유관내를 흐르는 유체가 와류를 형성하면서 흐르게 되는 것이다.

즉, 와류발생부재(120)에 의해 도3에서와 같이 횡방향의 와류가 발생하게 되는 것이다.

상기 와류발생부재(120)의 외측표면에는 다수의 딤플(121)이 형성되는데, 이러한 딤플(121)은 난류성 와류를 발생시킴으로써 유체가 와류발생부재(120)에 의해 발생되는 흐름 저항을 최소화함은 물론 와류발생부재(120)의 경계면에서 발생하는 와류의 불안정성을 해소하여 안정적인 와류를 발생시키도록 한다.

즉, 와류발생부재(120)에 딤플이 형성되지 않은 상태에서 유체가 와류발생부재(120)에 접촉하면, 그 유체의 점성에 의해 와류발생부재(120)의 전방부위에서 경계층이 형성되고, 또한 이로 인해 박리점이 전방으로 이동함으로써 이러한 박리점에 의해 유체의 흐름에 대한 저항이 커짐은 물론 불안정한 와류가 발생하게 된다.

이러한 불안정한 와류는 유량센서부(140)에서 자칫 유량에 대한 잘못된 센싱이 이루어질 수 있으므로, 불안정성을 해소하여야 한다.

따라서, 본 발명에서는 와류발생부재(120)에 딤플(121)을 형성함으로써 유체가 와류발생부재(120)를 만나게 되면, 와류발생부재(120)의 외측면을 따라 유체와의 경계층이 형성되고, 딤플(121)에 의해 경계층의 시작 위치가 후방으로 이동하게 됨으로써 유체의 흐름에 대한 저항을 줄일 수 있게 된다.

또한, 후방으로 이동한 경계층으로부터 난류가 발생하게 되고, 경계층의 후방 이동에 의해 난류가 박리되는 박리점도 후방으로 이동하게 됨으로써 와류발생부재(120)의 후방부위에서 안정적이고 풍부한 난류성 와류가 발생하게 됨은 물론 와류의 도달거리가 유량센서부(140)에 정확히 도달하도록 하여 물리적변화량의 센싱이 정확히 이루어지도록 하는 것이다.

상기 딤플(121)은 와류발생부재(120)의 양측면부위에 형성될 수 있고, 또 다르게는 외측표면 모두에 형성될 수도 있을 것이다.

상기 와류발생부재(120)의 상하길이방향의 중앙부 후단면에는 발생된 와류를 유량센서부(140)로 정확하게 유도하기 위한 원뿔 형태의 돌출부(122)가 형성되어 있으며, 이러한 돌출부(122)에도 딤플이 형성됨으로써 유체의 흐름 저항을 줄이면서 와류를 정확하게 유량센서부(140)의 위치로 유도할 수 있게 된다.

이때 와류발생부재(120)와 유량센서부(140)의 이격된 거리에 따라 돌출부(122)의 길이도 조절될 수 있을 것이며, 돌출부(122)의 전방에는 볼트가 구비되고, 와류발생부재(120)의 후단부위에는 체결공이 형성됨으로써 길이가 선택된 돌출부(122)가 탈부착이 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 유량센서부(140)는 유량계 몸체(200)의 내부에서 상기 와류발생부재(120)로부터 형성된 와류가 작용되는 범위내에서 와류발생부재(120)의 후방부위에 위치하는데, 그 상측부위는 상기 체결판(110)에 고정되어 체결되고, 내부에는 압전센서가 구비되어 있다.

상기 유량센서부(140)는 유량계 몸체(200)의 길이방향으로 세워지도록 형성되어 상기 와류발생부재(120)에 의해 형성된 와류가 작용하여 물리적변화량 즉, 변위를 발생시키게 되고, 그 물리적변화량을 측정함으로써 제어부는 그 물리적변화량에 의해 유량을 계산하게 되는 것이다.

한편, 유량계 몸체(200)의 하류 즉 유량센서부(140)의 후방에는 압력 및 온도센서(300)가 추가로 장착되는데, 유량계 몸체(200)를 관통하여 체결공(220)이 형성되고, 상기 체결공(220)에 압력 및 온도센서(300)가 삽입되어 장착됨으로써 그 센싱부위가 유로의 내측에 위치하게 된다.

이러한 압력 및 온도센서(300)에 의해 유량계 몸체(200)의 유로를 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 측정된 유량값을 보정함으로써 정확한 유량 계산이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 상기 유량계 몸체(200)의 상류 즉 와류발생부재(120)의 상류측에는 오리피스(400)가 설치되는데, 이러한 오리피스(400)에 의해 와류발생부재(120)에 도달하는 유체의 유속을 증가시킴으로써 좀 더 정확하고 풍부한 와류의 발생이 가능하도록 함은 물론 작은 수량에서도 와류의 발생을 증진시키게 되어 유량센서부(140)에서 정확한 유량의 감지가 가능하게 되는 것이다.

이러한 오리피스(400)는 링 형태로 되어 유량계 몸체(200)의 유로에 장착되거나 일체로 형성될 수 있을 것이다.

또 다른 방식으로서, 도4에서와 같이 슬라이딩 방식 또는 볼트 체결방식으로 설치가 가능하게 된다.

즉 도4(a)와 같이 유량계 몸체(200)의 대향되는 양측 외부으로부터 내측으로 삽입되되, 슬라이딩 방식으로 그 삽입된 깊이를 조절할 수 있게 됨으로써 유속을 조절할 수 있게 된다.

또 다르게는 도4(b)와 같이 오리피스(400)의 외측에 나사산(410)이 형성되어 유량계 몸체(200)를 관통하여 볼트 체결방식됨으로써 그 체결된 정도에 따라 유속을 조절할 수 있을 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 : 유량 발생 및 감지부
110 : 체결판
120 : 유량발생부재
121 : 딤플
122 : 돌출부
140 : 유량센서부
200 : 유량계 몸체
210 : 삽입공
300 : 압력 및 온도센서
400 : 오리피스

Claims (4)

1. 유체가 흐르는 유관 형태로 된 유량계 몸체 내부의 상류에 와류발생부재가 설치되고, 상기 유량계 몸체 내부에서 상기 와류발생부재로부터 하류의 와류 작용범위내에 설치되어 와류에 의한 물리적변화량을 측정하는 유량센서부로 구성된 와류식 유량계로서,
   상기 와류발생부재가 설치된 유량계 몸체 내부의 상류에는 오리피스가 구비되고,
   상기 오리피스는
   유량계 몸체의 대향되는 양측 외부로부터 내측으로 볼트 체결방식으로 체결되어 삽입되거나 또는 슬라이딩 방식으로 삽입된 깊이를 조절할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 와류발생부재는
   막대형상을 가지며, 상기 유관을 가로질러 수직방향으로 설치됨과 아울러 표면에는 다수의 딤플이 형성되며, 상기 와류발생부재의 중앙부 후단부위로부터 원뿔 형태로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 유량계 몸체에는 외측으로부터 내측으로 압력 및 온도센서가 관통되어 체결된 것을 특징으로 하는 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치.
   
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