KR20060051665A - 회전식 유량계 - Google Patents

Abstract

유량계는 챔버 (chamber, 13)를 향하여 있는 입구 (11)및 출구 (12)의 단부들을 포함하고 있으며, 유체로 작동되어지는 자성을 띤 회전자(17)는 관으로 된 틀 (casing, 10)의 한부분인 공동(cavity, 15)내에 수용된 자성을 띤 감지 장치 (16)를 순환하도록 작동시키기 위하여 헛되이 (idly) 회전을 한다. 회전자 (17)는 후방에 추가된 긴 몸체는 유체의 출구를 향하여 갈라지며, 원통형의 자석 (18)은 교대 극성들 (N, S)로 방사상으로 편극 되며; 중심 챔버 (13)의 입구 측부에 있는 흐름 전환 장치 (23)는, 출구 측부에 있는 회전자 샤프트 (shaft, 21)는 유량계의 관으로 된 본체 (10) 안에 방사상으로 펼쳐진 지지 다리 (shank, 27)에 의해 지지되는 동안, 흐름을 회전을 야기하고 회전자 (17)의 단부 샤프트 (20)를 지지하도록 제공되어진다.

Description

회전식 유량계 {ROTARY FLOWMETER DEVICE}

본 발명에서 상기 및 추가적인 특징들 및 유량계의 이점들은, 첨부된 도면들로부터, 우선의 실시 예들의 하나인 도시에 따라, 좀더 명확히 밝혀질 것이다.

도. 1 관모양의 몸체를 제거한 부분인 유량계의 투시도

도. 2 종축 방향의 단면도

도. 3 도. 2에서 3-3 선을 따라 자른 단면도

도. 4 회전자의 도면

도. 5 유량 분산계의 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

13... 챔버 14... 회전자

15... 공동 16... 자성을 띤 감지 장치

18... 고리모양의 자석 22... 평한 날들

23,24... 흐름 전환 장치 27... 지지 다리

본 발명은 회전식 유량계에 관한 것으로, 특히 유체의 흐름 양 및 흐름 비율을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 자성을 띤 회전자가 전기의 신호들을 제공하는 것이 가능하게 유도하기 위하여 유체에 의한 아이들리 회전 (idly rotation)을 만드는 자성을 띤 회전자를 위한 챔버 (chamber)가 장착된 관모양의 몸체를 포함하고, 회전자의 자성을 띤 극성들의 개수에 비례하는 빈도 및 회전자의 속도에 비례하는 빈도수를 포함하며, 통로를 따라 흐르는 유체의 흐름 율에 따라 유량계의 관모양의 몸체에서 상기 챔버를 포함한다.

회전식 유량계들은 예를 들어 가열 기계장치들 또는 다른 수압의 이용들의 용도로, 벽에 부착된 작은 가스 연료의 보일러들을 위해, 유체 회전의 유동 신호 표시 또는 신호들의 제어장치를 제공하기 위하여 사용되고 널리 알려져 있다.

본 발명과 가장 밀접한 종래기술을 구성하는 유량계의 대표적인 예들은GA-A-1 008508, US-A-3 878 711, EP-A-1 308 702, GB 2234 824 및 DE-1-10-111-993f를 기초로 한다.

일반적으로, 알려진 유량계의 형태는 다소 복합적인 구조를 갖고 있으며, 몇 몇의 독립적으로 제작된 부분들로 구성되어 있으며, 그 뒤 유체를 위한 입구 및 출구 사이에 흐름의 통로로 정의된 관 모양의 몸체 내부에 조립되어 진다.

자성을 띤 회전자 또는 임펠러 (impeller)는 관 모양으로 된 장치의 몸체 내부에서 자유롭게 회전하도록, 배열되어 지며; 자성을 띤 회전자는 유량계의 관으로 된 몸체를 통하여 흐르는 유체의 흐름에 따라 회전하도록 만들어진 날들로 만들어진 허브 (hub)를 포함한다.

회전자는 대개 자성을 띤 재료로 된 복수의 날들로 구성되며, 회전을 위해 필요한 추력은 (thrust), 유량계를 통하여 유체의 흐름의 축 방향으로부터 수용하기 위하여, 회전자의 종축에 따라 비스듬히 기울어진다.

회전자는 계측 장치의 관 모양의 몸체 안에서 배치된 언급된 지지물들에 의해, 입구 쪽 및 출구 쪽에서 직접 또는 간접적으로 지지 된다.

자성의 날들을 갖는 회전자의 대안 책으로, EP 1 308 702는 적당한 하나 또는 그 이상의 축 방향으로 편극 된 영구적인 자석들, 방사상으로 배열된 T자 형태의 주요부 (head), 유체의 입구에 접하는 회전자의 단부를 제시한다.

이러한 해결책들은 구조적으로 복잡하여 결과적으로 비용이 많이 들뿐만 아 니라 특별한 구조 및 임펠러의 기능적인 특징들 및 스포크드 (spoked)지지 시스템들을 지나친 억제와 장애를 포함하고, 필라멘트들의 및/또는 불순물들을 보유하는 경향을 가진 바람직하지 않은 교란을 초래하는 것의 전환점은 유체에 의해 방출될 것이며, 임펠러의 회전 및 유량계의 바람직하지 못한 작용은 부정적인 효과를 끼치거나 또는 시간 내내 위태롭게 할 것이다.

DE-A- 10 111 993은, 유체의 흐름 방향을 따라 회전자의 축 방향에서 알맞게 고안된 편평한 형태의 자성을 띤 날들을 갖는 회전자가 사용된, 이러한 관점에서 개선점으로 구성된 해결책을 보여주며; 흐름 전환 장치는 유체의 입구 측부에 배치된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 해결책은 또한 언급된 많은 결점 들의 부분들은 존재하고; 특히, 회전자의 중심 허브의 원통형 형상은, 이전과 같이, 양 측부 들에 스포크된 (spoked) 지지구조의 존재, 유체에 극단적으로 흐름을 막고 난류를 생성하는 경향이 있다.

마지막으로, 자성을 띤 물질의 날들로 구성된 회전자들에 있어서, 만약 좀 더 거추장스럽고 큰 직경의 비싼 회전자들로 사용되지 않는다면, 자성 극성들의 제한 및 각각의 회전자의 회전으로 유발된 전기적 신호들의 결과로 인하여, 일반적으로 4개의 방사상의 날들이 사용되어 진다.

회전 당 펄스 (pulse) 신호들의 낮은 횟수는, 시간의 단위로써, 신호들의 펄 스들의 필요한 개수를, 더 높은 속도에서 발생시키기 위한 회전자의 회전을 만드는 요구를 의미한다.

현재의 경향을 고려하면 회전자 또는 임펠러 (impeller) 및 각각의 지지대들의 플라스틱 물질의 사용은 더욱 커질 것이며, 이러한 모든 것들은 출구 측 부분에서 후방의 지지수단을 더 많이 마모시키는 원인이 되며, 그리고 결과적으로 유량계를 고장 내는 추가적인 원인이 되며; 게다가, 낮은 흐름 양에서 신호들의 불충분한 횟수, 또는 전자 신호들의 불충분한 진동수 및 회전 속도의 낮은 값들을 이끈다.

본 발명의 주요한 목적은 구조적으로 간단하고, 극단적으로 한정된 비용의, 회전식 유량계를 제공하는 데 있으며, 예를 들면 지금까지 알려진 유량계에 존재하는 결점들을 예방하는 데있다.

특히, 본 발명의 첫 번째 목적은 유체의 많은 흐름의 이동이 가능한, 상기된 종류의 유량계를 제공하는 데 있으며, 그 때문에 난류 (turbulence)의 가능한 원인 및 ,유체에 의해 동반된 필라멘트들 (filaments)과 같은, 이물질의 축적을 제거하고, 또는 마찬가지로 균형이 깨진, 회전자의 날들 위에 방치된 상태로 쌓인, 철의 박편은 관으로부터 제거하는 데 있다.

상기 발명의 추가적인 목적은 작업 시 더 높은 신뢰성, 마모 또는 기능 장애 를 야기할 수 있는 원인을 최소한으로 감소시키는 것이다.

상기 발명의 추가적인 목적은 적합한 전자 제어 신호들의 제공하는 데 있으며, 낮은 유량 값들 및/또는 회전자의 회전 수, 간편성 및 값이 싼 해결책에 의하여, 유량계를 제공하는 데 있다.

상기 발명에서 언급된 종류의 유량계는 특히 회전자의 형태 및 두드러진 특징 및 자석들의 배열 및 전자 제어 신호들의 발생으로 구성되고, 흐름의 난류를 최소한으로 감소시키며, 자석 자체에 대해 유체의 지속적인 흐름 하에서, 불순물의 증착에 대해 자석의 만족할만한 보호를 보장한다.

게다가, 회전자는 특별한 지지 시스템을 채택함으로써, 특히 회전자의 후방 지지 측부와 일치하여 한정된 흐름 안에서 더욱 효과적인 제거 작용을 이룩하는 것이 가능하며, 수평위치뿐만 아니라 또는 수직한 위치에 유량계가 설치되는 것도 가능하다.

청구항 1항에 따라 상기 상술은 회전식 유량계에 의해 성취될 수 있다.

특히, 상기 발명에서, 회전식 유량계는 상기 형태의 구성으로 이루어져 있다:

중심 챔버 (chamber)를 통하여, 입구로부터 출구 측부까지, 유체를 위한 축을 이루는 통로를 정하는 관 모양 본체;

중심 챔버 내에서 아이들 회전 (idle rotating)을 하는 자성을 띤 회전자로서, 상기 회전자의 종축을 따라 평행하게 펼쳐져 있는 복수의 편평한 날들을 포함하는 자성을 띤 회전자 (rotor);

중심 챔버의 입구의 측부에서 흐름 전환 장치 (flow diverting device); 및

유량계의 관으로 된 본체의 한 측부에서 공동 (cavity)내에 있는 자성을 띤 감지 장치를 포함하는 회전식 유량계 있어서,

상기 회전자는 중심 챔버내에 축 방향으로 펼쳐진 긴-코어 부재(elongated-core member)로서, 유체의 출구를 향하여 뒤쪽으로 갈라지는 상기 코어 부재;

코어 부재의 후면에 제공되는 고리모양의 자석 (annular magnet)으로서, 복수의 방사상으로 향하여진 교대 극성들의 극 표면을 갖는 상기 고리모양의 자석; 및

유체 출구에서 중심 챔버내에서 방사상으로 뻗는 회전자를 위한 지지 다리 (support shank)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.

도 1-3에서 도시된 바와 같이, 유량계는 유체의 입구 말단 (11) 및 유체의 입구 말단 (11)과 축을 이루는 방향으로 일렬로 정렬되고 맞은편의 유체의 출구 말 단 (12)을 갖는, 성형된 플라스틱 물질의 관으로 된 본체 (10)로 구성되어 있다.

관으로 된 본체 (10)는 관으로 된 본체 (10)의 챔버 (13) 안에서, 아이들리 회전 (idly rotating)이 지지된 자성을 띤 회전자 (14)를 위한 중심 챔버 (13)로 정의된다. 다양한 그림들에서 참조 (15)는 예를 들어 “홀” 탐지 와 같이, 전자-자기 감지 장치 (16)를 수용하기 위한 정공 (cavity)의 측면을 나타내며, 예를 들면 “홀” 탐침은, 자성을 띤 회전자 (14)의 회전에 의하여 발생되는 자성 범위를 나타내고; 감지 장치를 수용하기 위한 공동 (15)은 고리 모양의 자석 (annular magnet, 18)의 너비보다 더 크며, 회전자 (14)의 회전축의 종축 방향의 한 부분에 펼쳐져 있으며, 본체 (10)에 접하게 배치되어 진다.

회전자 (14), 는 도 4에서 더욱 상세하게 보여 지며, 긴-코어 부재 (elongated-core member, 17), 및 방사상의 복수의 날들 (22)을 포함 하며; 상기 코어 부재 (17)는 대체로 고리 모양의 자석 (18)을 향하여, 유체의 출구 방향으로 갈라지는 원뿔 형의 형태이며; 상기 자석 (18)은, 선택적으로 상반된 극성들 N 및 S 포함하고, 예를 들면 6개의 극 표면으로 된, 복수의 자기 극들의 주변 표면에 나타낼 수 있도록 방사상으로 분극 되어 있다.

도 (4)의 예에서, 회전자의 코어 부재 (17)는 유체의 흐름 방향을 고려한, 상대적으로 작은 직경인, 앞에 위치한 원통형의 부분 (17A)을 포함하고, 차차 허브 부분 (hub portion ,19)으로 갈라져 나오는 중간의 원뿔형부분 (17B)을 포함하고, 상기 원뿔형 부분 (17B)의 말단 직경은 고리 모양의 자석 (18)의 외부 직경과 대체로 동등하다. 상기와 같은 방식으로 코어 부재 (17)의 후면 단부에 의해 보호 된, 자석 (18)의 앞면 부는, 동일한 자석의 외부 표면이 유효하게 싸여지고 (lapped), 유체의 흐름으로 의하여 지속적으로 분출되어지는 동안, 유체로 노출되진 않고, 자석에 의하여 보유된 필라멘트들의 찌꺼기들 및 이물질들을 제거하는데 도움을 주며, 청결한 상태로 유지된다.

상기 발명에 따른 유량계는 수직 또는 수평의 위치뿐만 아니라 장치되어지는 것이 가능 하며; 게다가 회전자 (14)의 무게는, 작은 직경인, 자성의 날들과 다른 형태들인, 원통형의 자석 (18)에 의해 기인되고; 따라서 회전자 (14)의 전체는, 개작물 (adaptation) 및 유체의 흐름 율에 있어서 변화들에 민감한 이점으로, 더 작은 원심력을 받는다.

코어 부재 (17)의 양 끝단은 각각의 회전자 샤프트 (shaft, 20) 및 회전자 샤프트 (21)로 장치되어 진다.

회전자 (14)는 자석 (18)의 N 및 S 극의 개수와는 별개의 개수인, 복수의 편평한 날들 (22)을 포함하며, 예를 들면 그림에서 4개의 극들은, 상기 극성들은 종축을 따라 펼쳐져 있으며 방사상의 면들에서 회전자의 회전축을 통하여 통과한다. 날들 (22)은 코어 부재 (17)의 앞에 위치한 단부에 밀접한 부분으로부터 새로운 중심 부분 끝에 걸쳐 펼쳐져 있으며, 비스듬한 변부로 마무리되어 있으며, 관으로 된 본체 (10)의 안쪽 형태는 일치한다.

유체 출구 방향에 장착된, 챔버 (13)의 앞에 위치한 단부는, 순수한 유체 흐름의 유입을 바깥쪽으로 방향 짓게 하기 위하여 고안된 유량 분산 장치 (flow diverter device)이며, 그래서 회전을 야기하고, 회전자의 날들 (22)과 충돌하며, 후자의 회전을 야기한다.

유량계는 실질적으로 입구 (11) 안에 적당한 위치에 수용된 고리 모양의 구성요소 (23)를 포함하고; 상기 고리 모양의 구성요소 (23)는 같은 방향으로 기울어져, 모가 나있게 배치된 부분인, 복수의 내부 날들 (24)이 장치되며; 되도록이면, 흐름의 편향을 위한 날들(24)은 나선형의 형태이며, 예를 들면 회전자의 날들 (22)의 개수보다 더 많은 개수인, 다른 개수로 되어 있다.

날들 (24)은 중앙회전자의 전면부 샤프트 (20)를 관통한 속이 빈 허브 (hollow hub, 25)에 중심으로 연결되어 있다. 회전자의 반대쪽에서, 샤프트 (21)는 회전자의 챔버 (13)안에 방사상으로 드리워진 지지 다리 (27)의 단부에 배치된 제 2 속이 빈 허브 (26)를 관통하고 있고; 이러한 점은, 출구 쪽으로 유체가 흐르기 위해 충분하게 구획된 구역들을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 대체로 소용돌이 형 성의 가능한 원인들 및 유체의 유입에 인한 불순물들의 축적을 제거한다. 게다가, 회전자 코어 부재 (17)의 본질적인 원뿔형 형태는, 유체의 흐름 방향을 동일한 방향으로 분산시키고, 날들 (22)의 종축의 배열 및 편평한 형태는 결합되고, 유체와 접합하는 자석 (18) 앞의 표면들의 결여뿐만 아니라, 회전자 위에 축을 이루는 추력들 (thrusts)을 제거하고 회전자 샤프트들의 가능한 마모 원인들을 제거하며; 회전자의 구조는 완벽하게 균형을 이룬다.

상기 도시되고 수반되어 보여주는 도면들로부터, 유량계는 요구된 개선점들을 성취하기 위한 이러한 혁신적인 구조들 갖으며 제공되지는 것은 명백하며; 상기 청구 항들의 범위로부터 벗어남이 없이, 다른 변형들 또는 개조들은 관 모양의 몸체, 회전자, 유량계 및 유량계를 위한 지지 시스템에 의해 만들어지는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 중심 챔버 (chamber, 13)를 통하여, 입구 (11)로부터 출구 (12)측부까지, 유체를 위한 축을 이루는 통로를 정하는 관 모양 본체 (16);

   중심 챔버 (13)내에서 아이들 회전 (idle rotating)을 하는 자성을 띤 회전자 (14)로서, 상기 회전자 (14)의 종축을 따라 평행하게 펼쳐져 있는 복수의 편평한 날들 (22)을 포함하는 자성을 띤 회전자 (rotor, 14);

   중심 챔버 (13)의 입구의 측부 (11)에서 흐름 전환 장치 (flow diverting device, 23,24); 및

   유량계의 관으로 된 본체 (10)의 한 측부에서 공동 (cavity, 15)내에 있는 자성을 띤 감지 장치 (16)를 포함하는 회전식 유량계 있어서,

   상기 회전자 (14)는 중심 챔버 (13)내에 축 방향으로 펼쳐진 긴-코어 부재(elongated-core member, 17)로서, 유체의 출구 (12)를 향하여 뒤쪽으로 갈라지는 상기 코어 부재(17);

   코어 부재 (17)의 후면에 제공되는 고리모양의 자석 (annular magnet, 18)으로서, 복수의 방사상으로 향하여진 교대 극성들 (N, S)의 극 표면을 갖는 상기 고리모양의 자석 (17); 및

   유체 출구 (12)에서 중심 챔버 (13)내에서 방사상으로 뻗는 회전자 (14)를 위한 지지 다리 (support shank, 27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자성을 띤 감지 장치 (16)는 홀 탐침 (Hall probe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자의 코어 부재 (17)는 고리 모양의 자석 (18)의 외부 직경에 대응하는 직경을 가진 후면 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
4. 제 1항에 있어서, 상기 자석 (18)의 극의 표면들 (N, S)의 개수는 회전자 날들 (22)의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
5. 제 1 항에 있어서, 흐름 전환 장치 (23, 24)의 날개 (24)의 개수는 회전자 날들 (22)의 개수와 다른 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
6. 제 1항에 있어서, 흐름 전환 장치 (23, 24)의 날개들 (24)의 개수는 회전자 날들 (22)의 개수보다 더 많은 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
7. 제 1 항에 있어서, 흐름 전환 장치 (23, 24)의 날개들 (24)은 나선형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
8. 제 1항에 있어서, 감지 장치 (16)를 수용하기 위한 공동 (cavity, 15)은 회전자 (14)의 고리 모양의 자석 (18)에 접근한 관으로 된 본체 (10)에 근접하여 배열되는 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.
9. 제 8 항에 있어서, 감지 장치 (16)를 수용하기 위한 공동 (15)은 고리 모양의 자석 (18)의 폭 보다 넓게 펼쳐진 것을 특징으로 하는 회전식 유량계.

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