KR20040085161A

KR20040085161A - 공압 파이프라인에서 질량 유량을 감지하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040085161A
Application number: KR10-2004-7011275A
Authority: KR
Inventors: 이반 크뢰머; 에밀 브레덴
Original assignee: 풀 부르스 에스.에이.
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-10-07
Also published as: US20050084340A1; JP2005515462A; EP1468255B1; RU2004125879A; US6988857B2; LU90883B1; DE60321131D1; KR100863109B1; EP1468255A1; ATE396383T1; UA77056C2; JP4113129B2; WO2003062757A1; RU2280843C2

Abstract

공압 파이프라인(pneumatic pipeline)(10, 12)에서 미립자 고체들(particulate solids)의 질량 유량(mass flow)을 감지하는 장치는 측정 챔버(16)와 충돌 몸체(34, 34')로 구성된다. 상기 미립자 고체들의 흐름은 인렛 연결부(18)를 통해 실제적으로 전체 단면적를 가진 충돌 몸체로 충돌하도록 상기 충돌 몸체(34, 34')로 응집된 고체/가스 분출구(compact solid/gas jet)에 의해 불어 넣는다. 음향 변환기(52)는 상기 충돌 몸체(34, 34')로 충돌되어 상기 응집된 고체/가스 분출구에 의해 발생된 구조적으로 생성된 음파를 감지하기 위한 충돌 몸체(34, 34')에 결합되고, 상기 구조적으로 생성된 음파를 출력신호로 변환한다. 신호처리수단(60)은 상기 미립자 고체들의 흐름의 질량 유속(mass flow rate)을 대표하는 값을 추출하기 위해 출력 신호를 처리한다.

Description

공압 파이프라인에서 질량 유량을 감지하는 방법 및 장치{Method and device for monitoring a mass flow in a pneumatic pipeline}

공압 파이프라인은 미립자 고체들 즉, 운반 매개체로써 통상적으로 공기 또는 비활성 가스(inert gas)인 가스 상태의 유체(gaseous fluid)를 사용하는 분쇄된 또는 낟알의 물질(pulverized or granular materials)을 전송한다. 공압 파이프라인이 산업의 많은 분야에 폭넓게 이용되면서, 공압 파이프라인에서 미립자 고체들의 흐름을 감지하는, 특히 그것으로부터 질량 유속(mass flow rate)을 감지하기 위한 간단하고 신뢰성 있는 방법과 장치의 긴급한 필요성이 요구되고 있다. 공압 파이프라인에서 질량 유속을 지속적으로 감지할 수 있도록 예를 들면: (i) 미립자 고체들의 정확한 전송을 보증하기 위해, 그로 인해 프로세스를 최적화하고 더 좋은 제품 품질에 도달하게 하기 위해; (ⅱ) 최적의 전송 조건을 맞추기 위해, 그로 인해 최적의 에너지 소비와 공압 전송 시스템(pneumatic conveying system)을 확보하기 위해; 및 (ⅲ) 복합 공압 전송 시스템(complex pneumatic conveying system)에서 다수의 파이프라인들 사이에 유속(flow rate)을 유지하기 위해 허가한다.

지난 30년 이상 많은 다양한 방법과 장치가 기계적인, 정전기의, 마이크로웨이브, 광학적이고 음향적인 방법을 포함하는 2 단계의 고체/가스 흐름의 질량 유속(mass flow rate)을 지속적으로 감지하기 위해 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 방법들은 공압 파이프라인에서 미립자 고체들의 흐름을 감지하기 위한 만족스러운 솔류션은 없다.

기계적인 방법들은 충돌 판(impact plate), 다중 날개 로터(multi-bladed rotors), 코리올리스 휠(Coriolis wheels), 압력 강하 측정 장치와 같은 즉, 오리피스 판(orifice plate)과 벤츄리 관(Venturi tubes)으로 기계적인 유량계들을 사용한다. 그러나, 이러한 기계적인 유량계들은 너무 민감하여 마모가 될 수 없고, 파이프라인 차단물의 위험이 존재하기 때문에 일반적으로 공압 파이프라인에서 유속(flow rate)을 감지하기에는 부적합하다.

정전기 유량계들은 공압 파이프라인에서 미립자들의 이동에 의해 운반된 정전기 전하를 감지한다. 물리적이고 화학적인 특성, 고체/가스 흐름의 습도와 속도 뿐만아니라 형상, 상기 파이프라인의 벽 거칠기(wall roughness)와 같이 여러 종류의 요소들이 그 측정에 영항을 줄 수 있다. 이러한 시도들은 외부 전원을 통해 전송된 고체의 전하를 높임(charging up)으로서 정확도를 개선하도록 만들게 된다. 그러나, 이러한 접근은 미립자의 폭발 위험에 의해 많은 경우 부적합하게 여겨진다.

마이크로웨이브 유량계들은 GHz 주파수 범위에 있는 전자기파를 생성하고, 이러한 전자기파들이 공압 파이프라인에 있는 미립자 고체들의 흐름에 의해 영향을 주는 방법을 측정한다. 마이크로웨이브 유량계들이 가진 문제점은 전자기 필드(electromagnetic field)가 일반적으로 상기 파이프라인의 전체 단면적에 균일하지 않는(not homogeneous) 것이다. 이 측정은 로핑(roping)과 같은 불균등 흐름 상황(inhomogeneous flow regimes)에 의해 왜곡된다. 더욱이, 마이크로웨이브 유량계는 전송된 고체들의 물리적이고 화학적인 특성에 매우 민감하고, 그러한 측정은 고체들의 작은 침전에 의해 쉽게 왜곡된다(falsified).

광학적 방법들이 미립자 고체들의 흐름에 의한 빛의 감쇄(light attenuation) 또는 스캐터링(scattering)에 근거한다. 그들은 고체의 농도가 매우 낮고 일반적으로 공압 파이프라인에 부적합한 장소에 가스/고체들의 흐름들에만 이용될 수 있다.

음향적인 방법들(acoustic methods)은 능동 및 수동 음향 방법들로 분리될 수 있다. 능동 음향 방법들(Active acoustic methods)은 상기 파이프라인에서 전송된 고체 미립자들에 의해 입사된 초음파 빔(incident ultrasonic beam)의 감쇄(attenuation)를 측정한다. 상기 능동 음향 방법들이 가진 문제점은 상기 파이프라인의 전체 단면적의 균일한 범위를 제공하지 않고, 그러한 측정이 로핑(roping)과 같은 비균등 흐름 상황(inhomogeneous flow regimes)에 의해 왜곡되는 것이다. 수동 음향 방법들(Passive acoustic methods)은 충돌된 미립자들의 이동(moving)과, 파이프 벽(pipe walls)을 따라 슬라이딩에 의해 발생되는 구조적으로 생성된 음파(structure-borne acoustic wave)를 모니터한다. 상기 구조적으로 생성된 음파는 마이크로폰 또는 압전기 센서들(piezoelectric sensors)에 의해 검출되고, 상기 파이프라인 외부 표면으로 감지한다(strapped). 만약에 음향 센서들(acoustic sensors)이 상기 파이프라인의 굴곡의 외호면(extrados surface)에 탑재되면, 최선의 결과를 얻을 수 있다. 통상적으로 고주파수 범위는 상기 파이프를 따라 전달된 기계적인 노이즈의 효과를 방해하는 것을 모니터된다. 이러한 수동 음향 방법들은 불균등한 흐름 상황(inhomogeneous flow regimes) 및 공압 파이프라인을 따라 발생되는 구조적으로 생성된 음향 노이즈에 의해 왜곡된다(falsified).

"SENSORS AND ACTUATORS, A" vol. 86, N^o3, pages 220-225, (publisher ELSEVIER SEQUOIA), P. BENES and K. ZEHNULA에 2000년 게재된 "2 단계 유량계의 새로운 디자인(New design of the two-phase flow meters)"에서는 고체 미립자가 운송되는 가스(공기)의 운송되는 장소에 2 단계 매체의 작은 흐름의 측정 방법을 기술한다. 상기 방법은 적당히 형성된 장애물(obstacle)에 고체 미립자들이 충돌할 때 흐르는 공기(flowing air)에 의해 운송되는 고체 미립자들이 음향 압력파를 생성하는 원칙에 근거한다. 저자는 음향 방출의 크기가 일정한 속도(constant velocity)를 가지는 미립자들(particles)의 (평균) 질량에 비례한다는 것을 가르친다. 그들은 2개의 어플리케이션 영역의 방법을 사용하는 것을 제안한다: (1) 질량 유량(mass flow) 또는 다른 제조 영역 내 유속 측정, 및 (2) 공기 먼지 측정. 첫 번째 경우에, 흐름(flow) 방향의 수직인 흐름 채널(flow channel) 내 삽입되는 막대(rod)를 사용하고, 상기 막대에 센서를 부착함으로써 상기 막대가 광도파로(wave guide)로써 사용된다. 상기 측정 방법은 공압 파이프라인에서 불균등한 흐름 상황(inhomogeneous flow regimes)의 경우 매우 신뢰성이 떨어지는것을 알게 될 것이다. 두 번째 경우에, 공기 먼지 측정은 압전기 센서(piezoelectric sensor)에 직접적으로 공기 흐름을 집중한다. 그러한 솔류션은 물론 공압 파이프라인에 있는 미립자 고체들의 흐름이 확실히 아니라, 매우 낮은 고체 미립자 농도(solid particles concentrations)에만 응용가능하다.

본 발명은 공압 파이프라인(pneumatic pipeline)에서 미립자 고체들의 흐름(a particulate solids flow)의 질량 유량(mass flow)을 감지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다:

도 1은 본 발명에 따른 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량(mass flow)을 감지하는 장치의 개념도; 및

도 2는 도 1의 장치의 충돌 몸체(impact body)의 선택적인 실시예.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 12: 공압 파이프라인(pneumatic pipeline)

16: 측정 챔버(measuring chamber)

18: 인렛 연결부(inlet connection)

18': 중심축(central axis)

20, 20': 아웃렛 연결부(outlet connection)

22: 인렛 챔버(inlet chamber)

24: 원통모양의 챔버(cylindrical chamber)

26: 측면 아웃렛 개구(lateral outlet opening)

28: 주변의 벽(peripheral wall)

34, 34': 충돌 몸체(impact body)

36, 36': 장착 플레이트(mounting plate)

38, 38': 지지대(support stem)

40: 충돌 헤드(impact head)

42: 플렌지(flange)

44: 보조 플렌지(auxiliary flange)

46, 48: 감쇄 링(damping rings)

50, 50': 충돌 표면(impact surface)

52: 음향 변환기(acoustic transducer)

54: 외부 표면(outer surface)

56: 출력 신호(output signal)

60: 신호처리수단(signal processing means)

80: 데드 엔드(dead end)

82: 점선으로 된 표면(dotted surface)

본 발명의 목적은 간단하고 신뢰성 있는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들의 흐름의 질량 유량을 감지하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 일반적으로 수동 음향 방법으로써 자격지어질 수 있다. 알려진 수동 음향 방법들과 반대로, 상기 방법은 미립자 고체들의 흐름에 의해 직접적으로 발생된 구조적으로 생성된 음파(structure-born acoustic waves)를 감지하지 않는다. 본 발명에 따라서, 상기 미립자 고체들의 흐름은 첫 번째로 자유롭고 응집된 고체/가스 분출구(a free and compact solid/gas jet)로 변환한다. 상기 자유롭고 응집된 고체/가스 분출구는 상기 응집된 고체/가스 분출구에 축으로 배치된 스템라이크 충돌 몸체(stemlike impact body)로 차단되고, 상기 응집된 고체/가스 분출구는 실제적으로 전체 단면적을 가진 충돌 몸체의 전방 충돌 표면(50, 50')으로 충돌한다. 상기 스템라이크 충돌 몸체로 충돌되는 상기 응집된 고체/가스 분출구는 상기 미립자 고체들의 흐름의 질량 유량을 감지하는 상기 충돌 몸체내 상기 구조적으로 생성된 음파를 발생한다. 본 발명에 의한 방법은 공압 파이프라인(pneumatic pipeline)에서 불균등한 흐름 상황(inhomogeneous flow regimes) 및 알려진 수동 음향 방법들 보다 상기 공압 파이프라인을 따라서 발생된 구조적으로 생성된 음향 노이즈에 의해 상당히 덜 왜곡되어 진가를 인정받게 될 것이다. 더우기, 본 발명에 의한 방법은 높은 온도, 매우 조밀한 그리고/또는 불균등한 흐름 상황 그리고/또는 매우 마찰을 일으키기 쉬운 미립자 고체들과 같은 상당히 반대의 조건하에서 상기 공압 파이프라인 내에 미립자 고체들의 흐름을 감지하는 것이 특별히 인정받게 될 것이다.

상기 구조적으로 생성된 음파는 일반적으로 0-1000 kHz 주파수 범위를 가진 하나 이상의 특수한 주파수 범위를 감지하고, 미립자 고체들의 흐름의 질량 유속을 나타내는 값을 그곳으로부터 추출하기 위해 주파수 의존 분석을 필요로 한다.

상기 스템라이크 충돌 몸체는 상기 구조적으로 생성된 음향 노이즈(structure-born acoustic noise)에 관하여 상기 공압 파이프라인으로부터 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 상기 충돌 몸체(impact body)에서 감지되는 상기 구조적으로 생성된 음파는 상기 파이프라인에서 상기 구조적으로 생성된 음향 노이즈를 통해 왜곡될 수 없다.

상기 스템라이크 충돌 몸체는 공압 파이프라인의 상류 부(upstream section)와 하류 부(downstream section) 사이에 연결된 측정 챔버(measuring chamber)에 편리하게 배치된다. 상기 측정 챔버의 인렛에서, 노즐은 상기 상류 부로부터 자유롭고 응집된 고체/가스 분출구(a free, compact solid/gas jet)로 실제적으로 전체 단면적을 가진 상기 스템라이크 충돌 몸체로 충돌하는 미립자 고체들의 흐름을 변환한다.

상기 충돌 몸체에 의해 편향되는(deflrcted) 상기 미립자 고체들(particulate solids) 및 운반 가스(carrier gas)는 상기 공압 파이프라인의 하류 부의 미립자로된 고체들의 흐름을 재설정하기 위해 측정챔버를 지나간다.

마멸을 방지하기 위해, 상기 측정 챔버는 미립자 고체들을 채우는 데드 엔드(dead end)를 가진다. 발명의 일 실시예에서, 상기 충돌 몸체는 상기 데드 엔드 내 상기 미립자 고체들이 불쑥 나오도록(to protrude out) 스템(stem)에 의해 지지되는 충돌 헤드(impact head)를 가진다.

공압 파이프라인에서 미립자 고체들의 흐름(particulate solids flow)의 질량 유량(mass flow)을 감지하는 상기 장치는 인렛 연결부를 가진 측정 챔버, 상기 측정 챔버에 위치된 충돌 몸체(impact body), 및 상기 충돌 몸체와 결합된 음향 변환기(acoustic transducer)를 포함한다. 상기 인렛 연결부는 상기 충돌 몸체 위로 응집된 고체/가스 분출구(compact solid/gas jet)로써 상기 미립자 고체들의 흐름을 불어넣기 위해 디지인 되었고, 상기 응집된 고체/가스 분출구가 실제적으로 전체 단면적을 가진 상기 충돌 몸체 위로 충돌한다. 본 발명의 중요한 관점에 따라서, 상기 충돌 몸체는 상기 인렛 연결부의 중심축의 연장선에 있는 상기 측정 챔버로 축으로 스며드는 스템라이크 몸체(stemlike body)이며, 상기 응집된 고체/가스 분출구(compact solid/gas jet)는 실제적으로 전체 단면적을 가진 스템라이크 충돌 몸체의 전방 충돌 표면으로 충돌한다; 그리고 음향 변환기는 상기 충돌 몸체로 충돌시키는 상기 응집된 고체/가스 분출구에 의해 발생된 구조적으로 생성된 음파를 감지하고, 출력신호로 감지된 신호를 변환하기 위한 상기 측정 챔버의 충돌 몸체 외부와 결합된다. 본 발명의 장치는 높은 온도, 매우 조밀한 그리고/또는 불균등한 흐름 상황 그리고/또는 마찰을 일으키기 쉬운 고체들(very dense and/or inhomogeneous flow regimes and/or very abrasive particulate solids) 등과 같이 매우 반대의 조건하에 공압 파이프라인에서 미립자 고체들의 흐름을신뢰성있게 감지하는 것이 특별히 진가를 인정받게 될 것이다.

신호 처리 수단은 미립자 고체들의 흐름(particulate solids flow)의 질량 유속(mass flow rate)의 측정을 그로부터 추출하기 위하여, 일반적으로 출력 신호를 처리하기 위한 상기 음향 변환기(acoustic transducer)에 연결된다.

상기 충돌 몸체의 바람직한 실시예는 상기 측정 챔버로 상기 충돌 몸체를 탑재하기 위한 장착 플레이트(mounting plate), 상기 장착 플레이트 상에 중심을 지지하는 지지 대(support stem), 상기 지지 대에 의해 지지되는 충돌 헤드를 포함한다. 상기 충돌 헤드는 상기 인렛 연결부의 중심축에 대한 축의 연장선에 충돌 표면(impact surface)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 충돌 헤드는 실제적으로 평평하며 상기 인렛 연결부에 수직인 충돌 표면을 형성한다. 바람직한 실시예에서, 상기 인렛 연결부에 중심축에 대해 같은 축에 있는 볼록한, 원뿔형의 충돌 표면(convex, conical impact surface)을 형성한다. 상기 장착 플레이트는 상기 인렛 연결부의 반대 축으로 상기 측정 챔버를 폐쇄하고, 상기 측정 챔버는 상기 충돌 몸체의 측면으로 아웃렛 개구를 가진다. 편리한 상기 인렛 연결부는 상기 응집된 고체/가스 분출구를 생성하는 노즐을 포함한다.

도 1에서, 참조부호 10은 공압 파이프라인의 상류 부(upstream section)를 의미하고, 참조부호 12는 상기 공압 파이프라인의 하류 부(downstream section)를 의미한다. 이러한 공압 파이프라인은 미립자로 된 물질(particulate materials), 즉 운반 매개체로써 통상적으로 공기 또는 비활성 가스(inert gas)인 가스 상태의 유체(gaseous fluid)를 사용하는 분쇄된 또는 낟알의 물질(pulverized or granular materials)을 운반하는 데 사용된다. 이러한 미립자 고체들의 흐름은 도식적으로 각각 화살표 10'과 12'로 표시된다.

참조부호 14는 상기 공압 파이프라인(10', 12')에서 미립자 고체들의 흐름(particulate solids flow)의 질량 유량(mass flow)을 감지하는 장치를 의미한다. 상기 장치(14)는 파이프라인 벤드를 대체하는 상기 공압 파이프라인의 상류 부(10) 및 하류 부(12)를 연결한다. 상기 장치는 인렛 연결부(18)와 아웃렛 연결부(20)와 함께 측정 챔버(16)를 포함한다. 상기 인렛 연결부(18)와 상기 아웃렛 연결부(20)의 중심축(18', 20')은 서로 수직이다. 상기 공압 파이프라인의 상류 부(10)는 상기 인렛 연결부(18)로축으로 연결되고, 상기 공압 파이프라인의 하류부(12)는 상기 측정 챔버(16)의 상기 아웃렛 연결부(20)로 축으로 연결된다. 상기 인렛 연결부(18)는 상기 측정 챔버(16)의 원통모양의 챔버(a cylindrical chamber)(24)로 전이(transition)를 형성하는 원뿔형으로 분기하는 인렛 챔버(a conically diverging inlet chamber)(22)로 축으로 개방한다. 상기 원통모양의 챔버는 상기 인렛 연결부의 중심축(18')과 같은 축에 있고, 상기 인렛 연결부 보다 더 큰 더 크고 자유로운 단면적을 가진다. 상기 아웃렛 연결부(20)는 상기 원통모양의 챔버(cylindrical chamber)(24)의 주변 벽(peripheral wall)(28)에 있는 아웃렛 개구(outlet opening)(26)를 가진다.

참조부호 34는 전체적으로 충돌 몸체를 의미하고, 디스크가 형성된 장착 플레이트(36), 상기 장착 플레이트(36) 상에 중심을 지지하는 지지 대(support stem)(38), 및 상기 지지 대(38)에 의해 지지되는 충돌 헤드(40)를 포함한다. 디스크가 형성된 장착 플레이트(36)는 상기 측정 챔버(16)의 플렌지(flange)(42) 상에 보조 플렌지(auxiliary flange)(44)의 도움으로 플렌지를 붙이고, 상기 인렛 연결부(18)의 반대 축으로 플렌지를 닫는다. 구조적으로 생성된 음파(structure-born acoustic waves)에 대한 좋은 감쇄 효율(damping efficiency)을 가지는 재료를 만드는 2개의 감쇄 링들(46, 48)은 구조적으로 생성된 음향 노이즈(structure-born acoustic noise)의 전송에 대하여 상기 측정 챔버(16)(및 결론적으로 상기 공압 파이프라인부(10, 12))로부터 상기 장착 플레이트(36)(및 결론적으로 상기 충돌 몸체 34)를 분리한다.

상기 지지 대(support stem)(38)는 상기 인렛 연결부(18)의 중심축(18')의 축의 연장선에 있는 상기 원통모양의 챔버(24)의 인렛에서 상기 충돌 헤드(40)를 지지하기위해 상기 측정 챔버(16)를 통하여 축으로 확장한다. 도 1에서, 상기 충돌 헤드(40)는 실제적으로 평평하고 상기 인렛 연결부(18)의 중심축에 수직인 충돌 표면(50)을 형성한다.

집중시키는 노즐(converging nozzle)은 상기 충돌 표면(impact surface)(50) 상에 상기 측정 챔버(16)로 축으로 불어 넣는 응집된 고체/가스 분출구(미도시)에 있는 상기 공압 파이프라인의 상기 상류 부(10) 내에 상기 미립자 고체들의 흐름(10')을 변환하기 위해 상기 인렛 연결부(18) 안에 포함된다. 상기 충돌 표면(50)이 상기 응집된 고체/ 가스 분출구(compact solid/gas jet)가 전체 단면적(whole cross-section)을 가진 충돌 표면(50) 상에 충돌하는 것을 보증하기에 너무 큰 것을 알게 될 것이다.

상기 충돌 표면(impact surface) 상에 충돌되는 상기 고체 미립자는 음향 변환기(52)에 의해 측정된 상기 충돌 몸체(34)에서 구조적으로 생성된 음파를 생성한다. 상기 음향 변환기는 상기 지지 대(38)와 축으로 정렬되어 상기 충돌 몸체(34)의 상기 장착 플레이트(36)의 외부 표면(54)에 직접적으로 접촉된다. 상기 충돌 몸체(34)가 구조적으로 생성된 음향 노이즈에 대해 모든 다른 장비로부터 분리되어, 상기 음향 변환기(52)만 상기 충돌 표면(50)으로 전체 단면적에 충돌하는 상기 응집된 고체/가스 분출구에 의해 발생되는 구조적으로 생성된 음파를 감지한다. 상기 구조적으로 생성된 음파는 더 처리되고 모니터되도록 출력 신호(56)로 변환한다. 모니터되어질 미립자 고체들의 흐름(10')의 특성에 의존하여, 상기 음향 변환기(52)는 1000 kHz까지의 주파수 범위에 있는 상기 구조적으로 생성된 음파의 주파수 분석을 할 수 있다. 일부 응용에서는 음향 변환기들이 각각 특별한 주파수 범위로 최적화 된 여러 개의 음향 변환기들을 가진 상기 충돌 몸체(34)를 장착하여 것에 관심사가 될 수 있을 것이다.

참조번호 60은 상기 음향 변환기(52)에 연결되는 도식적으로 표현된 신호 처리 장비를 의미한다. 상기 신호 처리 장비(60)는 실시간으로 상기 음향 변환기(52)의 상기 출력 신호(56)를 처리하는 컴퓨터를 포함한다. 특수한 소프트웨어는 그로부터 상기 미립자 고체들의 흐름의 질량 유속의 측정을 그곳으로부터 추출하기 위해 상기 음향 변환기(52)의 디지털화된 출력 신호를 필터링하고 변환한다. 상기 음향 변환기(52)에 의해 감지된 구조적으로 생성된 음파의 주파수와 크기는 단위 시간 동안 충돌의 횟수를 나타내고, 이러한 미립자들의 질량(mass), 즉 다른 단어로 상기 미립자 고체들의 흐름(particulate solids flow)의 질량 유속(mass flow rate)을 나타낸다.

다시 상기 측정 챔버(16)를 참조하면, 상기 충돌 표면(50) 상에 충돌되는 미립자들은 상기 측정 챔버로 편향되게 됨을 알게 될 것이다. 상기 공압 파이프라인의 하류 부(12)에 있는 상기 미립자 고체들의 흐름(12')을 형성하기 위하여 상기 아웃렛 연결부(20)를 통해 상기 측정 챔버(16)를 지나가게 될 것이다.

상기 측정 챔버(16)는 상기 아웃렛 연결부(20)의 아웃렛 개구(26)의 하류에 데드 엔드(80)를 가진다. 상기 데드 엔드(80)는 점선으로 된 표면(82)에 의해 도식적으로 표시됨에 의해 미립자 물질과 함께 채워질 것이다. 상기 데드 엔드(80)에 축적된 물질은 마멸에 대해 상기 측정 챔버(16)를 보호하기 위해 도움이 되는 것을 인정하게 될 것이다.

도 2는 충돌 몸체의 선택적 실시예를 나타낸다. 도 2의 충돌 몸체(34')는 도 1의 상기 충돌 몸체(34)와는 구별되고, 주로 상기 충돌 헤드(40')는 상기 인렛 연결부(18)의 상기 중심축(18')에 같은 축을 가진 볼록하고, 원뿔형의 충돌 표면(a convex, conical impact surface)(50)을 형성한다. 이 원뿔형의 충돌 표면(50')은 상기 충돌 몸체(34') 상에 충돌되는 고체 미립자들을 방사상으로 편향시킨다(radially deflects). 이러한 방사적인 편향(radial deflection)은 편향된 미립자들(deflected particles)이 상기 충돌 표면(50') 상에 충돌되기 전에 고체/가스 분출구와 함께 더욱 작은 간섭을 받게 되는 장점을 가진다. 다른 말로, 상기 응집된 고체/가스 분출구는 상기 충돌 헤드(34)를 사용하는 것보다 더 응집되고 균등하게(more compact and homogeneous) 되고, 더 작은 고체 미립자들이 상기 충돌 표면(50') 상에 충돌하지 못하도록 한다.

Claims

자유롭고 응집된 고체/가스 분출구(a free and compact solid/gas jet)로 미립자로된 고체들(particulate solids) 흐름을 변환하는 단계;

실제적으로 전체 단면적을 가진 충돌 몸체(34, 34')의 전방 충돌 표면(50, 50') 상으로 충돌하도록, 상기 응집된 고체/가스 분출구에 축으로 배열된 스템라이크 충돌 몸체(34, 34')와 함께 상기 응집된 고체/가스 분출구를 차단하는 단계; 및

공압 파이프라인에서 상기 미립자로된 고체들의 질량 유량을 감지하기 위해 상기 응집된 고체/가스 분출구에 의해 상기 충돌 몸체(34, 34')에서 생성된 구조적으로 생성된 음파를 감지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조적으로 생성된 음파를 감지를 포함하고, 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름(a particulate solids flow)의 질량유량(mass flow)을 감지하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 구조적으로 생성된 음파는 0 - 1000 kHz 주파수 범위내에 하나 이상의 특수한 주파수 범위내에서 감지되고, 상기 미립자 고체들 흐름의 질량 유속을 대표하는 값을 추출하기 위해 주파수 의존 분석을 필요로 하는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스템라이크 충돌 몸체(34, 34')는 구조적으로 생성된 음향 노이즈와 함께 상기 공압 파이프라인으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 스템라이크 충돌 몸체(34, 34')는 상기 공압 파이프라인의 상류 부(10)와 하류 부(12) 사이에 연결된 측정 챔버(16) 내에 배치되고;

노즐(nozzle)은 상기 상류 부(10)로부터 실제적으로 전체 단면적을 가진 상기 충돌 몸체(34, 34')로 축으로 충돌하는 자유롭고 응집된 고체/가스 분출구(a free, compact solid/gas jet) 안으로 상기 미립자 고체 흐름을 변환하고; 및

상기 충돌 몸체(34, 34')에 의해 편향시킨(deflected) 상기 미립자 고체들 및 운반 가스는 상기 공압 파이프라인의 상기 하류 부(12) 내 미립자 고체들의 흐름을 재설정하기 위해 상기 측정 챔버(16)를 지나가는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 충돌 몸체(34, 34')에 의해 편향된 상기 미립자 고체들 및 운반 가스는 상기 충돌 몸체(34, 34')의 측면으로 최소한 하나 이상의 측면 아웃렛 개구(lateral outlet opening)(26)를 통하여 상기 측정 챔버(16)를 지나가는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 스템라이크 충돌 몸체(34, 34')는 하나의 충돌 헤드(40)를 가지고;

상기 최소한 하나 이상의 측면 아웃렛 개구(26)는 상기 충돌 헤드(40, 40')의 측면으로 배치되고;

상기 측정 챔버(16)는 상기 측면 아웃렛 개구(26)의 미립자 고체들의 하류을 채우는 데드 엔드(80)를 가지고; 및

상기 충돌 헤드(40, 40')는 상기 데드 엔드(80) 내 상기 미립자 고체들을 튀어나오게 하기 위해 스템에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 방법.
측정 챔버(16);

상기 측정 챔버(16) 내에 있는 충돌 몸체(34, 34'); 및

상기 응집된 고체/가스 분출구(a compact solid/gas jet)가 실제적으로 전체 단면적을 가진 충돌 몸체(34, 34')와, 중심축을 가진 상기 인렛 연결부(18)와 함께상기 충돌 몸체(34, 34') 상으로 충돌하기 위해, 상기 측정 챔버(16) 내에 있는 상기 충돌 몸체(34, 34')로 응집된 고체/가스 분출구에 의해 상기 미립자 고체들의 흐름을 불어 넣기 위해 디지인된 인렛 연결부(18)로 구성되고,

상기 응집된 고체/가스 분출구가 실제적으로 전체 단면적을 가진 상기 충돌 몸체(34, 34')의 전방 충돌 표면(50, 50')으로 충돌하기 위해 상기 인렛 연결부(18)의 상기 중심축에 축의 연장선에 있는 상기 측정 챔버(16)로 관통되는 스템라이크 몸체(stemlike body)인 상기 충돌 몸체(34, 34'); 및

상기 충돌 몸체(34, 34')로 충돌되어 상기 응집된 고체/가스 분출구에 의해 발생된 구조적으로 생성된 음파를 감지하기 위해 상기 측정 챔버(16) 외부에 상기 충돌 몸체(34, 34')에 결합되고, 상기 구조적으로 생성된 음파를 출력신호로 변환하기 위한 음향 변환기(52)로 구성되는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제7항에 있어서,

상기 미립자 고체들의 흐름(particulate solids flow)의 질량 유속(mass flow rate)을 나타내는 값을 추출하기 위해 상기 출력 신호를 처리하기 위한 신호처리수단(60)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 스템라이크 충돌 몸체(34, 34')는 구조적으로 생성된 음파에 따라 상기 측정 챔버(16)를 분리하는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제7항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서,

상기 스템라이크 충돌 몸체(34, 34')는

상기 측정 챔버(16) 안에 상기 충돌 몸체(34, 34')를 탑재하기 위한 장착 플레이트(36, 36');

상기 장착 플레이트(36) 상에 중심을 지지하는 지지 대(38, 38'); 및

상기 지지 대(38, 38')에 의해 지지되는 충돌 헤드(40, 40'), 상기 충돌 헤드(40, 40')는 상기 인렛 연결부(18)의 중심축의 축의 연장선에 있는 상기 충돌 표면(50, 50')을 형성하는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제10항에 있어서,

상기 충돌 표면(50, 50')은 실제상으로는 평평하고, 상기 인렛 연결부(18)의 중심축에 수직인 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제10항에 있어서,

상기 충돌 표면(50, 50')은 상기 인렛 연결부(18)의 중심축에 같은 축에 있는(coaxial) 원뿔형 표면(conical surface)인 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제10항 내지 제12항의 어느 한 항에 있어서,

상기 장착 플레이트(36)는 상기 인렛 연결부(18)와 반대 축으로 상기 측정 챔버(16)를 폐쇄하고; 및

상기 측정 챔버(16)는 상기 충돌 헤드(34, 34')의 측면으로 측면 아웃렛 개구(26)를 가지는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 측정 챔버(16)는 상기 측면 아웃렛 개구(26)의 다운스트림 축으로 확장한 데드 엔드(80)를 가지는 것을 특징으로 하는 공압 파이프라인에서 미립자 고체들 흐름의 질량 유량을 감지하는 장치.