KR200353618Y1 - 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유량 및 평균 유속을 측정하기 위한 관로 내에 삽입되고 관로와의 결합을 위한 플렌지를 구비하며, 유동방향의 상류 쪽 선단이 40~80°범위의 예각을 이루고, 하류 쪽 선단이 100~140°범위의 둔각을 이루는 쐐기모양의 단면을 가진 센서 몸체와, 관로의 안쪽 부분은 폐쇄되고 관로의 바깥쪽 부분은 개방되도록 상기 센서 몸체의 유동방향 상류 쪽과 하류 쪽에 각각 상기 센서 몸체의 길이방향으로 뚫린 상류/하류 수직 구멍과, 상기 센서 몸체의 유동방향 상류 쪽에서 상기 상류 수직 구멍과 연통되도록 수평지게 형성된 짝수 개의 상류 수평 구멍 및 상기 센서 몸체의 유동방향 하류 쪽에서 상기 하류 수직 구멍과 연통되도록 수평지게 형성된 하나의 하류 수평 구멍이 구비되어서, 상기 상류/하류 수직 구멍에 연장된 각 밸브 사이에서의 차압을 측정하여 유량 및 평균 유속을 연산하도록 된 것이다.

본 고안에 의하면, 평균 피토 튜브 유량센서의 단면 형상을 유동형태와 유사한 형상의 쐐기모양으로 개선함으로써 유체와의 충돌로 인한 압력손실을 줄여 동압(차압) 측정의 정확도를 높이고 유량 측정의 정확도를 높일 수 있는 것이다.

Description

쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서{averaging pitot tube mass flow meter}

본 고안은 원형 또는 사각 관로(管路) 내에 흐르는 액체 및 기체의 유량을 측정하기 위한 쐐기(wedge)모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유량센서의 유동방향 상류 쪽에 위치하고 있는 짝수 개의 구멍에서의 기체 또는 액체와 같은 유체의 압력과 유량센서 유동방향 하류 쪽에 위치하고 있는 한 개의 구멍에서의 유체의 압력 사이의 압력 차이를 측정하여 유량 및 평균 유속을 측정할 수 있도록 하는 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서에 관한 것이다.

관로 내에 흐르는 유체(기체 또는 액체 등을 말한다.)의 유량을 측정하기 위하여 여러 가지 종류의 유량계, 예를 들면 차압 유량계, 전자 유량계, 초음파 유량계, 용적 유량계, 와류 유량계, 터빈 유량계, 면적 유량계 등을 사용하고 있는데, 이 중에서 차압 유량계의 하나로서 각각 특정 형상의 단면을 가진 여러 종류의 평균 피토 튜브(averaging pitot tube)를 들 수 있다.

이렇게 여러 종류의 단면 형상을 가진 평균 피토 튜브 중 유체의 유량이나 평균 유속을 측정하기 위한 유량센서에서는 유량센서의 유동방향 상류 쪽의 구멍과 하류 쪽의 구멍 사이를 유체가 흐르는 동압이라고 하는 차압이 발생한다. 이에 따라 유량센서에 의해 측정되는 동압, 즉 차압에 의한 관로를 흐르는 유체의 유량 및 평균 유속을 측정할 수 있다. 이렇게 차압을 이용하여 관로에 흐르는 유체의 유량이나 평균 유속을 측정하는데는 베르누이 법칙과 질량보존의 법칙을 이용함은 공지된 기술이다.

도 1a,1b,1c,1d는 미국(Dieterich사와 Vera사)과 독일(Intra Automation사) 및 국내의 서진 인스텍 등에서 기존에 생산된 평균 피토 튜브, 즉 유량센서를 보인 단면도로서, 이러한 유량센서는 통상적으로 철관을 인발(引拔)하여 제작하기 때문에 제작이 용이하지 않다. 그리고 관로를 흐르는 유체에 의한 압력 손실을 최소화하기 위하여 다양한 유량센서의 단면 형상을 보여주고 있으나, 여전히 많은 압력손실을 유발하고 있을 뿐만 아니라 유량센서의 강도가 낮아 작은 충격에도 쉽게 파손되는 경우가 잦다.

본 고안은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 제안된 것으로, 평균 피토 튜브 유량센서의 단면 형상을 유동형태와 유사한 형상의 쐐기모양으로 개선하여 압력손실을 줄여 동압(차압) 측정의 정확도를 높이고 유량 측정의 정확도를 높일 수 있도록 하는 쐐기 모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량 측정용 유량센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 환봉(丸棒)을 그대로 가공하여 평균 피토 튜브 유량센서를 제작함으로써 유량센서의 강도(强度)를 높게 하여 유량 측정의 효율성, 안정성 및 유량센서를 포함하는 각종 시설의 운전효율을 향상시킬 수 있도록 하는 쐐기 모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a,1b,1c,1d는 종래의 유량센서를 보인 단면도이다.

도 2는 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서의 설치상태를 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 4는 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서의 설치상태를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서를 나타낸 계단 단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 관로 2 : 유량센서

3 : 센서 몸체 4a : 상류 수직 구멍

4b : 하류 수직 구멍 5a,5b,6a,6b,10a,10b : 상류 수평 구멍

7 : 하류 수평 구멍 8a,8b : 플렌지

9a,9b : 밸브

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 쐐기 모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서는, 유량 및 평균 유속을 측정하기 위한 관로(pipe line) 내에 삽입되고 관로와의 결합을 위한 플렌지(flange)를 구비하며, 유동방향의 상류 쪽 선단이 40~80°범위의 예각을 이루고, 하류 쪽 선단이 100~140°범위의 둔각을 이루는 쐐기모양의 단면을 가진 센서 몸체(senser body)와, 관로의 안쪽 부분은 폐쇄되고 관로의 바깥쪽 부분은 개방되도록 상기 센서 몸체의 유동방향 상류 쪽과 하류 쪽에 각각 상기 센서 몸체의 길이방향으로 뚫린 상류/하류 수직 구멍과, 상기 센서 몸체의 유동방향 상류 쪽에서 상기 상류 수직 구멍과 연통되도록 수평지게 형성된 짝수 개의 상류 수평 구멍 및 상기 센서 몸체의 유동방향 하류 쪽에서 상기 하류 수직 구멍과 연통되도록 수평지게 형성된 하나의 하류 수평 구멍이 구비되어서, 상기 상류/하류 수직 구멍에 연장된 각 밸브(valve) 사이에서의 차압을 측정하여 유량 및 평균 유속을 연산하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 고안에 의한 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서에 있어서, 상기 상류 수평 구멍은 상기 유량센서가 설치되는 관로의 중심선을 중심으로 센서 몸체의 길이방향으로 양쪽에 대칭되게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 본 고안에 의한 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서에 있어서, 상기 상류 수평 구멍은 평균 유속이 측정되는 관로의 위치에 대응하는 상기 센서 몸체에 수평지게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 본 고안에 의한 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서에 있어서, 상기 하류 수평 구멍은 상기 유량센서가 설치되는 관로의 중심선과 일치하는 센서몸체에 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서의 설치상태를 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 4는 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서의 설치상태를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 고안에 의한 쐐기모양을 가진 평균 피토 튜브 유량센서를 나타낸 계단 단면도이다.

도 2는 본 고안에 의한 유량센서를 도시한 것으로, 유량센서(2)는 환봉(丸棒)에서 쐐기모양으로 가공 처리된 센서 몸체(3)를 가지며, 센서 몸체(3)의 상단에는 미도시된 관로와의 결합을 위한 플렌지(8a)가 센서 몸체(3)의 길이방향과 직교되게 형성되어 있으며, 플렌지(8a)에는 보울트 및 너트가 체결되는 다수개의 관통공이 형성되어 있다. 그리고, 센서 몸체(3)의 최상단에는 센서 몸체(3) 내의 두 개의 수직 구멍과 미도시된 차압계를 연결하여 주는 두 개의 밸브(9a)(9b)가 결합되어 있으며, 센서 몸체(3) 중 유동방향 상류 쪽과 하류 쪽에는 두 개의 수직 구멍과 연통되는 상류 수평 구멍(5a)(5b)(6a)(6b)(10a)(10b)과 하류 수평 구멍(7)이 각각의 수직 구멍과 직교되게 천공되어 있다.

이러한 유량센서(2)의 보다 구체적인 구성 및 설치방법을 도 3 내지 도 5에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 고안에 의한 유량센서(2)는 소정 길이를 갖는 환봉이 가공 처리되어 도 5와 같이 (이중)쐐기모양(단면)의 센서 몸체(3)로 만들어지고, 이 센서 몸체(3)에는 관로(1)의 안쪽 부분은 폐쇄되고 관로(1)의 바깥쪽 부분은 개방되도록 센서 몸체(3)의 유동방향 상류 쪽과 하류 쪽에 각각 센서 몸체(3)의 길이방향으로 상류 수직 구멍(4a)과 하류 수직 구멍(4b)이 형성되어 있다. 이러한 쐐기모양의 단면으로 인하여 유량센서(2), 즉 센서 몸체(3)의 강도(强度)가 높아져 관로를 흐르는 유압이나 외압으로 인한 유량센서(2)의 파손을 줄일 수 있다.

또한, 센서 몸체(3)의 유동방향 상류 쪽에서 상류 수직 구멍(4a)과 연통되도록 짝수 개의 상류 수평 구멍(5a)(5b)(6a)(6b)(10a)(10b)이 수평지게 형성되는데, 이 상류 수평 구멍(5a)(5b)(6a)(6b)(10a)(10b)은 유량센서(2)가 설치되는 관로(1)의 중심선을 중심으로 센서 몸체(3)의 길이방향으로 양쪽에 대칭되게 형성되는 특징을 갖는다. 여기서, 상류 수평 구멍(5a)(5b)(6a)(6b)(10a)(10b)은 평균 유속이 측정되는 관로(1)의 위치와 대응되는 센서 몸체(3)에 수평지게 형성되는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라, 센서 몸체(3)의 유동방향 하류 쪽에서 하류 수직 구멍(4b)과 연통되도록 하나의 하류 수평 구멍(7)이 수평지게 형성되는데, 이 하류 수평 구멍(7)은 유량센서(2)가 설치되는 관로(1)의 중심선과 일치하는 센서 몸체(3)에 형성되는 특징을 갖는다.

이렇게 소정길이를 갖는 센서 몸체(3)의 상단에는 다수개의 보울트와 너트에 의해 관로(1)의 플렌지(8b)에 결합되어 유량센서(2), 즉 센서 몸체(3)를 관로(1)에고정하기 위한 플렌지(8a)가 센서 몸체(3)의 길이방향에 수직되게 형성되어 있다. 물론, 센서 몸체(3)와 관로(1)의 플렌지(8a)(8b)에는 보울트가 관통되는 다수개의 관통공이 형성되는 것은 당연하다 할 것이다. 그리고, 관로(1)에 유량센서(2)를 결합할 때 각 플렌지(8a)(8b) 사이에 가스켓을 내설하여 밀봉함으로써 관로(1)를 흐르는 유체가 외부로 유출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

마지막으로 센서 몸체(3)의 최상단에는 두 개의 수직 구멍(4a)(4b)과 개별적으로 연통되어 있는 밸브(9a)(9b)가 결합되어 있는데, 이는 관로(1) 내에서의 유체 흐름에 따른 차압을 미도시된 차압계에 제공하는 역할을 한다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았으나 차압계에는 유체 흐름에 따른 차압을 기초로 관로(1)를 흐르는 유량과 평균 유속을 측정하는 측정수단이 연결되어 있다. 물론, 측정수단에는 유량센서(2)의 특성을 감안하여 차압으로 유량과 평균 유속을 측정하기 위한 알고리즘이 내장됨은 당연하다.

이와 같은 유량센서의 동작을 설명한다.

관로(1)를 흐르는 기체나 액체 등과 같은 유체가 쐐기모양으로 된 유량센서(2)의 양측, 즉 직각으로 된 센서 몸체(3) 부분을 지나면서 유동의 분리현상(flow separation)이 발생된다. 이렇게 유동의 분리현상이 발생하게 되면 소정의 유속 이상에서 유량센서(2)의 유동방향 하류 쪽에서 압력 분포가 일정한 값을 갖는다.

이러한 유동의 분리현상으로 인하여 유량센서(2)의 유동방향 상류 쪽에 있는 짝수 개의 상류 수평 구멍(5a)(5b)(6a)(6b)(10a)(10b)과 유량센서(2)의 유동방향하류 쪽에 있는 하나의 하류 수평 구멍(7) 사이에서는 차압(동압)이 발생되는 데, 이 차압은 관로(1)를 흐르는 유량에 따라 일정한 관계를 갖는다.

관로(1)를 흐르는 유체의 유량과 평균 유속을 정확하게 측정하기 위해서는 유동 분리현상이 잘 일어나야 하는데, 유량센서(2)의 센서 몸체(3) 중 유량센서(2)의 유동방향 상류 쪽을 향하는 부분이 예각을, 그리고 하류 쪽을 향하는 부분이 둔각을 가지며 양측 부분이 직각을 갖는 쐐기모양으로 가공 처리되어 있어 유동 분리현상이 잘 발생한다. 상기 예각은 40~80°범위이고, 상기 둔각은 100~140°범위인 것이 바람직하다.

이에 따라 상류 수평 구멍(5a)(5b)(6a)(6b)(10a)(10b)과 상류 수직 구멍(4a)을 통해 밸브(9a)에 가해지는 유압과 하류 수평 구멍(7)과 하류 수직 구멍(4b)을 통해 밸브(9b)에 가해지는 유압에 의한 차압이 차압계에 의해 정확하게 측정되어 미도시된 측정수단에 제공됨으로써 측정수단은 관로(1)를 흐르는 유체의 유량과 평균 유속을 측정할 수 있는 것이다.

본 고안에 의하면, 평균 피토 튜브 유량센서의 단면 형상을 유동형태와 유사한 형상의 쐐기모양으로 개선함으로써 유체와의 충돌로 인한 압력손실을 줄여 동압(차압) 측정의 정확도를 높이고 유량 측정의 정확도를 높일 수 있는 것이다.

또한, 본 고안은 환봉(丸棒)을 그대로 가공하여 평균 피토 튜브 유량센서를 제작함으로써 유량센서의 강도(强度)를 높게 하여 유량 측정의 효율성, 안정성 및 유량센서를 포함하는 각종 시설의 운전효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 본 고안은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 유량 및 평균 유속을 측정하기 위한 관로 내에 삽입되고 관로와의 결합을 위한 플렌지를 구비하며, 유동방향의 상류 쪽 선단이 40~80°범위의 예각을 이루고, 하류 쪽 선단이 100~140°범위의 둔각을 이루는 쐐기모양의 단면을 가진 센서 몸체;

   관로의 안쪽 부분은 폐쇄되고 관로의 바깥쪽 부분은 개방되도록 상기 센서 몸체의 유동방향 상류 쪽과 하류 쪽에 각각 상기 센서 몸체의 길이방향으로 뚫린 상류/하류 수직 구멍;

   상기 센서 몸체의 유동방향 상류 쪽에서 상기 상류 수직 구멍과 연통되도록 수평지게 형성된 짝수 개의 상류 수평 구멍; 및

   상기 센서 몸체의 유동방향 하류 쪽에서 상기 하류 수직 구멍과 연통되도록 수평지게 형성된 하나의 하류 수평 구멍;

   이 구비되어서 상기 상류/하류 수직 구멍에 연장된 각 밸브 사이에서의 차압을 측정하여 유량 및 평균 유속을 연산하는 것을 특징으로 하는 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상류 수평 구멍은, 상기 유량센서가 설치되는 관로의 중심선을 중심으로 센서 몸체의 길이방향으로 양쪽에 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 상류 수평 구멍은, 평균 유속이 측정되는 관로의 위치에 대응하는 상기 센서 몸체에 수평지게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 하류 수평 구멍은, 상기 유량센서가 설치되는 관로의 중심선과 일치하는 센서 몸체에 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 쐐기모양을 갖는 평균 피토 튜브 유량센서.