KR19990068023A

KR19990068023A - 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비

Info

Publication number: KR19990068023A
Application number: KR1019990001628A
Authority: KR
Inventors: 무터하인쯔
Original assignee: 후버 페.; 마쉬넨파브릭 술저-불크할트 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 1999-08-25
Also published as: AR014287A1; JPH11271127A; CA2256137A1; EP0936450A1; BR9900117A; NZ333338A; ATE359495T1; AU1130399A; CA2256137C; EP0936450B1; AU745300B2; DE59813966D1

Abstract

가스질매체의 질량 스루플로(mass through-flow)를 측정하는 설비는 가스질매체의 밀도를 측정하는 장치(2), 가스질매체의 체적 스루플로를 측정하는 장치(3), 및 이들 2개의 장치(2, 3) 사이의 연결라인(4)을 포함한다.

Description

가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비 {ARRANGEMENT FOR THE DETERMINATION OF THE MASS THROUGH-FLOW OF A GASEOUS MEDIUM}

본 발명은 가스질매체(gaseous medium)의 질량 스루플로(mass through-flow)를 측정하는 설비에 관한 것이다.

천연가스, 특히 압축 천연가스와 같은 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 것은 가스 저장설비에 있어서 특히 중요하다. 특히, 압축 천연가스는 자동차용 대체연료로서 그 중요성이 보다 증대되고 있다. 천연가스에 의해 동력이 발생되는 자동차의 종류가 확대되는 동시에 자동차의 가스 공급용기의 크기가 적당한 영역 내에 유지될 수 있도록, 이들 공급용기는 압력이 약 200바(bar)인 천연가스로 충전(充塡)되는 것이 일반적이다. 이러한 종류의 자동차에 가솔린을 충전하는 것과 비교하여 매우 간단하고 신속하게 충전할 수 있는 충전 방법 및 설비가 개발되었다. 이러한 종류의 방법 또는 이러한 종류의 설비 각각은, 예를 들어 유럽특허 EP-A- 653 585호에 상세하게 개시(開示)되어 있다.

천연가스 충전소 또는 충전펌프에서 천연가스를 자동차에 충전 및 판매하기 위하여, 충전된 가스량을 정확하게 측정하는 것이 필요하다. 일반적으로 고객에게 청구하는 양으로 인정되는 것은 가스의 체적이 아닌 질량이다. 따라서, 압축 천연가스의 질량 스루플로를 충분히 정확하게, 즉 많아야 ±1% 내지 ±2%의 오차로 측정하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 이것은 특히 가스가, 예를 들어 약 100-300바 범위의 고압일 때는 비교적 복잡하고 고가로 된다.

예를 들어, 충전펌프와 같은 가스 충전설비의 질량 스루플로를 측정하기 위하여, 코리올리 원리(Coriolis principle)에 따른 스루플로 측정장치가 종종 사용된다. 이러한 종류의 장치에는, 가스가 통과하는 하나 이상의 튜브가 진동을 시작한다. 이것을 통하여, 흐르는 가스 상에 코리올리의 힘이 작용하고, 그 결과 질량흐름에 따라 튜브 또는 튜브들의 진동이 변한다. 따라서, 코리올리 측정장치로 가스의 질량흐름을 직접 측정할 수 있다. 통과하는 가스의 질량에 비례하는 펄스가 전자수단(electronic means)에 의하여 발생되어, 예를 들면 충전펌프 카운터장치에 공급된다. 그러나, 코리올리 원리에 따른 이러한 종류의 질량 스루플로 미터는 매우 복잡하고 고가의 장치이며, 또한 외부 교란(external disturbances)에 대하여 비교적 민감하게 반응한다. 이들이 가스 충전설비에 상당한 비용이 드는 요인이다.

따라서, 본 발명의 목적은 매우 간단하고 경제적이면서, 통과하는 가스질매체의 질량을 정확하게 측정할 수 있는 가스질매체의 질량 스루플로 측정설비를 제공하는 것이다. 특히, 상기 설비는 고압가스에 또한 적합하여야 한다.

상기 목적을 충족시키는 가스질매체의 질량 스루플로 측정설비는 독립 청구항 1의 특징을 갖는다.

본 발명에 따른 설비는 가스질매체의 밀도를 측정하는 장치, 가스질매체의 체적 스루플로를 측정하는 장치 및 이들 2개의 장치 사이의 연결라인을 포함한다.

본 발명에 따른 설비에 있어서, 질량 스루플로는 직접 측정으로 측정되기 보다는, 한편으로는 가스질 유동매체의 흐름 밀도 또는 운전 밀도가 측정되고, 다른 한편으로는 체적 스루플로가 측정되는 방식의 2단계로 측정된다. 이들 2가지 양으로부터 질량 스루플로가 측정될 수 있다.

이렇게 측정함으로써, 본 발명에 따른 설비는 특히 코리올리 원리에 따른 측정장치와 비교하여 매우 간단하고 경제적이다.

가스질매체의 밀도는 가스질매체가 통과하는 정확하게 확인된 체적을 계량하여 측정하는 것이 바람직하다.

체적 스루플로는, 가스흐름 내에 배열되어 있고 복수의 블레이드(blades)를 가지며 자성을 띤 재료(magnetic material)를 포함하는 회전자(rotor)에 의하여 측정되는 것이 바람직하다. 자장(magnetic field)에 민감한 변환기(transducer), 예를 들면 홀 센서(Hall sensor)를 통하여, 블레이드의 회전운동이 전기신호로 변환되어 회전자의 회전속도, 즉 체적 스루플로가 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 설비는 가스충전소에 특히 적합하다.

더 유리한 방법 및 바람직한 실시예는 종속 청구항으로부터 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 설비의 예시적인 실시예의 개략도이고,

도 2는 체적 스루플로를 측정하는 장치의 예시적인 실시예의 단면도이다.

다음에, 본 발명을 예시적인 실시예 및 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 다음 개시에 있어서, 실제로 중요한 용도를 예를 들어 참조하고, 본 발명에 따른 설비는 전술한 유럽특허 EP-A-653 585호에 개시된 바와 같은 가스충전소의 일부이다. 본 발명에 따른 설비는, 예를 들면 유럽특허 EP-A-653 585호의 도 2a, 2b 및 2c에 참조부호(8)로 나타낸 구성요소로서 "질량 스루플로 장치"라고 한다.

도 1은 참조부호(1)로 그 전체를 나타낸 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 본 발명에 따른 설비의 예시적인 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 설비(1)는 가스질매체의 밀도를 측정하는 장치(2), 가스질매체의 체적 스루플로를 측정하는 장치(3), 및 이들 2개의 장치(2, 3) 사이의 연결라인(4)을 포함한다.

밀도를 측정하는 장치(2)는 중량계량장치(22) 및 공지된 일정한 체적을 가진 용기(21)를 포함한다. 용기(21)는 가스질매체용 입구(23) 및 출구(24)를 가지고, 운전상태에서 그 자체 즉 빈 용기 중량과 용기(21)의 내부에 충전된 가스질매체의 중량의 합을 의미하는 현재 중량이 중량계량장치(22)로 측정될 수 있도록 배열된다. 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예에 있어서, 중량계량장치(22)는 용기(21)가 놓여질 수 있는 플랫폼으로 설계되어 중량계량장치의 중량이 플랫폼에 부하가 걸리게 한다. 플랫폼(22)의 내측 또는 상측에, 예를 들면 스트레인 게이지(strain gauge) 또는 스트레인 게이지 브리지 회로(strain gauge bridge circuit)와 같은 최소한 하나의 포스 센서(force sensor)가 제공되어 용기(21)의 현재 중량을 정확하게 측정할 수 있다. 중량계량장치(22)로 측정된 측정데이터는 하나 이상의 신호라인(7)을 거쳐 평가유닛(evaluation unit)(5)으로 전송되어, 여기에서 데이터가 예를 들어 추가로 처리 및 평가된다.

용기(21)의 입구(23)는 공급라인(9)에 연결되며 출구(24)는 배출라인(4)에 연결된다. 공급라인(9)은, 예를 들면 가스질매체가 충전되어 있는 저장유닛(6)으로 통한다. 가스충전소의 실시예에 있어서, 저장유닛(6)은 자동차의 탱크에 충전하는 동안 가스가 흘러 나오는 공급조(supply vessel)를 지칭하는 것으로서, 유럽특허 EP-A-653 585호에 참조부호(3)로 나타낸 저장유닛에 대응한다. 이러한 압축가스의 용도에 있어서, 라인(4, 9) 및 용기(21)는 내압성을 갖게 제조되어야함은 자명하다. 또한, 이들 라인(4, 9)은 구부러지기 쉽게 설계 및/또는 용기(21)의 입구(23) 및 출구(24) 각각에 구부러지기 쉽게 연결되어서 용기(21)의 중량을 계량하는데 실질적인 장애를 야기하지 않는다. 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예에 있어서, 배출라인(4)은 2개의 장치(2, 3)를 연결하는 연결라인을 형성한다.

원칙적으로 그 자체로서 공지된 체적 스루플로 측정장치 모두는 체적 스루플로를 측정하는 장치(3)로서 적합하다. 다음에, 도 2를 참조하여, 자성을 띤 재료를 포함하는 복수개의 블레이드(33)를 가진 회전자(32)가 배열되어 있는 내압성, 비자성(non-magnetic), 특히 금속성의 하우징(31)이 제공된 바람직한 실시예를 설명한다. 장치(3)는 자장에 민감하고 블레이드(33)의 운동을 전기신호로 변환시켜 신호라인(10)을 거쳐 평가유닛(5)에 공급하는 변환기, 바람직하게는 홀 센서(35)를 추가로 가진다(도 1 참조). 실제로, 홀 센서(35)는 하우징(31)의 외측에 배열되는 것이 바람직하다. 도 2에 예시된 실시예에 있어서, 회전자(32)는 축터빈(axial turbine)으로 설계되어 있다. 또한, 회전자(32)는 날개가 있는 휠터빈(wheel turbine)으로 당연하게 형성할 수 있다. 회전자(32)는 축방향으로 양단부에서 샤프트(34) 내로 돌아간다. 각 경우에 샤프트(34)는 도시되지 않은 핀베어링에 의하여 지지되어 있다. 회전자(32)는 화살표 F로 나타낸 흐름방향의 가스질매체에 의하여 회전을 시작한다. 블레이드(33) 또는 회전자(32) 전체는 자력을 띠거나 또는 영구 자기특성을 가진다. 블레이드(33)를 가진 회전자(32)는, 예를 들면 입자형태의 자성을 띤 재료가 그 표면에 매립 및/또는 제공된 플라스틱으로 제조될 수 있다. 최소한 회전자(32)의 블레이드(33)는 이들이 자장을 영구적으로 발생하도록 설계되어야 한다(운전상태에서). 운전상태에서, 하우징 (31) 내의 회전자(32)는 흐르는 매체에 의하여 회전하기 시작하고, 회전자(32)의 회전속도는 통과하는 가스 체적에 실질적으로 비례한다. 회전자(32)가 회전하는 경우, 홀 센서(35)를 지나가는 블레이드(33)의 회전이 홀 센서에 의하여 측정될 수 있어서 회전자(32)의 회전속도, 즉 가스질매체의 체적 스루플로가 측정될 수 있다.

운전상태에서 가스는 도 2의 좌측 상에 있는 하우징(31)의 개구부를 통하여 하우징(31) 내로 흐른다. 이 개구부는 연결라인(4)에 의하여 용기(21)의 출구(24)에 연결되어 있다(도 1 참조). 도 2의 우측에 있는 하우징(31)의 개구부를 통하여, 가스질매체는 개구부로부터 흘러나와 압력라인(11)을 거쳐 충전될 자동차에 도달하게 된다(도 1 참조).

다음에, 압축 천연가스로 충전된 자동차 용도의 예를 참조하여 설비의 운전상태를 설명한다. 정확한 충전절차는, 예를 들어 유럽특허 EP-A-653 585호에 개시된 바와 같이 실행될 수 있다. 따라서, 단지 공급가스의 질량 측정에 필수적인 양태에 대하여서만 다음에 설명한다.

압축 천연가스는 저장유닛(6)에서 운전압력이 100바 이상, 예를 들면 200바와 300바 사이(온도 15℃에 대하여)인 것이 일반적이다. 천연가스가 통과하는 설비(1)의 구성요소, 예를 들면 용기(21) 및 라인(9, 4, 11)은 이러한 압력에 견딜 수 있도록 설계된다. 도 1에 참조부호가 없는 화살표로 나타낸 바와 같이, 압축가스는 저장유닛(6)으로부터 공급라인(9), 예를 들어 압력병(pressure bottle)으로 설계된 용기(21), 연결라인(4), 체적 스루플로를 측정하는 장치(3) 및 압력라인(11)을 통하여 충전될 자동차의 공급용기 내로 공급된다. 가스가 통과하는 용기(21)는 공지된 정확하게 일정한 체적을 가지고 있기 때문에, 충전과정 중에 동일한 체적의 가스가 용기의 내부에 항상 존재한다. 중량계량장치(22)에 의하여, 용기(21)의 현재 중량(즉, 용기 자체 중량 및 용기 내에 순간적으로 존재하는 가스의 중량)은 계속해서 측정된다. 용기 내에 존재하는 가스량의 체적은 일정하며 공지되어 있기 때문에, 마찬가지로 공지된 용기(21)의 자체 중량을 고려하여, 유동 가스의 순간 밀도 또는 운전 밀도가 매우 간단한 방식의 계량으로 측정될 수 있다. 구부러질 수 있게 설계된 공급 및 배출라인(9, 4)을 통하여, 즉 구부러질 수 있게 용기(21)와 연결됨으로써 라인(4, 9)은 계량에 실질적으로 지장을 주지는 않는다.

가스가 용기(21)를 통과한 후, 실질적으로 동일 압력 및 동일 온도로 장치(3)의 하우징(31)을 통과함으로써 회전자(32)가 회전을 시작한다. 홀 센서(35)에 의하여 회전자(32)의 회전속도가 측정되고, 이것으로부터 천연가스의 체적 스루플로가 측정될 수 있다. 다음에, 평가유닛(5)에서 천연가스의 현재 밀도 및 체적 스루플로로부터 질량 스루플로가 측정되어, 예를 들면 신호라인(8)을 거쳐 가스충전소의 표시장치(display device)에 전달된다.

밀도를 측정하는 장치(2) 및 체적 스루플로를 측정하는 장치(3) 양자 모두로부터 신호를 수신하는 평가유닛(5)은 현재 밀도에 체적 스루플로를 곱하여 질량 스루플로용 신호를 측정하는 전자수단을 포함하는 것이 바람직하다.

2개의 장치(2, 3) 및 연결라인(4)은 용기(21)의 입구와 장치(3)의 하우징(31)의 출구 사이에 실질적인 압력구배(pressure gradient) 및 실질적인 온도구배(temperature gradient)가 없도록 설계 및 서로에 대하여 배열되어 천연가스가 2개의 장치(2, 3)를 실질적으로 동일 압력 및 동일 온도로 통과한다.

용기(21)의 입구(23) 및/또는 출구(24)는 유동 가스매체로 인한 리코일효과(recoil effect)가 최소로 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 예를 들면, 도 1에 예시된 바와 같이, 입구(23)는 용기(21)의 내부로 튜브로 먼저 연장되고 2개의 입구 개구부(23a, 23b)를 가진 T자형 말단을 가진다. 2개의 입구 개구부는 하나의 입구 개구부(23a)를 통과하는 가스가 다른 하나의 입구 개구부(23b)를 통과하는 가스와 실질적으로 반대방향으로 흐르도록 배열된다. 이를 통하여, 계량의 정확성에 확실한 영향을 미치는, 유입가스로 인한 리코일효과가 최소한 현저하게 감소될 수 있다.

질량 스루플로 측정에 대한 정확성, 즉 계량의 정확성을 더 향상시키기 위하여, 용기(21)는 고유 중량 대 체적 비율이 1 kg/ℓ 미만, 특히 0.5 kg/ℓ 미만이 바람직하다. 이 조건을 충족시키며, 전술한 높은 운전압력, 예를 들면 300바에 적합한 용기(21)는 종래기술, 예를 들면 이른바 복합적 보틀(composite bottle)로 공지되어 있다. 이들은 에폭시수지에 캐스트(cast)되어 있는 고강도섬유, 예를 들면 탄소섬유로 둘러싸인 얇은 알루미늄병(이른바 라이너)을 가지는 압력병이다. 이러한 종류의 병은 호흡용 공기병(respiratory air bottle)으로 사용되는 것이 일반적이다. 적절한 중량 대 체적의 비율은, 예를 들어 0.3 kg/ℓ로 특히 낮다.

전술한 예시적인 실시예는 여러 가지로 변형가능하며, 본 명세서에서는 완전하지 않은 목록의 단지 2개만 예를 들어 설명한다.

따라서, 예를 들면 2개의 장치(2, 3)의 가스질매체의 흐름방향으로 서로에 대한 상대적인 배열이 역으로 될 수 있어서 가스질매체가 체적 스루플로를 측정하는 장치(3)를 먼저 통과한 후 밀도를 측정하는 장치(2)를 통과한다.

밀도를 측정하는 장치(2)는 용기(21)는 저울에 매달린 상태에서 벤딩 빔(bending beam) 또는 빔 밸런스(beam balance) 원리에 따라 또한 유사하게 설계될 수 있다.

계량의 정확성을 가능한 높이기 위하여, 용기(21)는 자유롭게 세우거나 또는 자유롭게 매달리게 그리고 가능한 마찰이 없이 배열하는 것이 바람직하다.

본 발명을 통하여 제안된 설비는 가스질매체, 특히 고압 가스질매체의 질량 스루플로를 매우 정확하고 간단한 방식으로 확실하게 측정할 수 있는 특히 간단하고 경제적인 설비이다. 이 설비는 가스충전소, 특히 예를 들면 압력이 200 - 300바(온도 15℃ 기준임)인 천연가스를 공급하는 가스충전소에 특히 적합하다.

Claims

가스질매체의 밀도를 측정하는 장치(2);

가스질매체의 체적 스루플로를 측정하는 장치(3); 및

상기 2개의 장치(2, 3) 사이의 연결라인(4)

을 포함하는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항에 있어서, 상기 밀도를 측정하는 장치(2)는 계량장치(22) 및 가스질매체용 입구(23)와 출구(24)를 가진 일정한 체적의 용기(21)를 포함하고, 상기 용기(21)는 그 현재 중량 - 여기서 현재 중량은 상기 용기(21)의 내부에 위치된 가스질매체를 포함함 -이 중량계량장치(22)에 의하여 측정될 수 있도록 배열되는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기(21)의 입구(23)는 공급라인(9)에 연결되며 출구(24)는 배출라인(4)에 연결되고, 상기 라인(4, 9) 양자 모두는 가요성 및 내압성을 가지도록 설계되며, 상기 2개의 라인 중 하나는 연결라인(4)을 형성하는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항, 제2항, 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기(21)는 그 자체 중량 대 체적의 비율이 1 kg/ℓ 미만, 특히 0.5 kg/ℓ 미만인 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기의 입구(23) 및/또는 출구(24)가 유동 가스질매체로 인한 리코일효과(recoil effect)가 최소로 되도록 설계되는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체적 스루플로를 측정하는 장치(3)는 자성을 띤 재료를 포함하는 복수개의 블레이드(33)를 가진 회전자(32)가 배열되어 있는 내압성, 비자성(non-magnetic), 특히 금속성의 하우징(31)을 가지며,

상기 장치(3)는 자장(magnetic field)에 민감하고 상기 블레이드(33)의 운동을 전기신호로 변환시키는 변환기(35)를 추가로 포함하는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제6항에 있어서, 상기 변환기(35)가 상기 하우징(31)의 외측에 배열되는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 변환기는 홀 센서(Hall sensor)(35)로서 실행되는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 운전압력이 100바(bar) 이상, 특히 200 ∼ 300바용으로 설계되는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀도를 측정하는 장치(2) 및 상기 체적 스루플로를 측정하는 장치(3) 양자 모두로부터 신호를 수신하는 평가유닛(5)을 포함하고, 상기 평가유닛(5)은 현재 밀도 신호에 체적 스루플로를 곱하여 질량 스루플로용 신호를 측정하는 전자수단(electronic means)을 포함하는 가스질매체의 질량 스루플로를 측정하는 설비.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 설비를 가진 가스충전소.