KR20080004971A - 일방향 유량 감지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일방향 유량 감지기에 관한 것으로, 정방향의 유체흐름 만을 감지할 수 있으면서도 내부를 통과하는 유체에 작용되는 저항과 난류 강도를 줄여 유량손실을 감소시키고 소음과 진동이 발생되지 않도록 한 일방향 유량 감지기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 양측에 관로와 연결되는 입구(101a) 및 출구(101b)가 형성된 관체 형태의 하우징(101); 상기 하우징(101)의 내부에 유체의 흐름방향과 동일한 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되며, 유체 흐름방향에 대하여 경사지게 형성된 복수의 날개(121)가 구비된 로터(120); 상기 로터(120)에 양극이 하우징(101)의 반경방향을 향하도록 장착된 자석(151); 상기 자석(151)의 회전 경로와 근접하도록 상기 하우징(101)에 고정 설치되며, 로터(120)의 회전에 따른 자석(151)의 자극 변화를 감지하여 회전수를 검출할 수 있도록 하는 감지수단(141); 및 상기 로터(120)의 축방향 양측 중 유체 흐름과 대향하는 측에 근접하도록 상기 하우징(101)의 내부에 구비된 걸림돌기(113)를 포함하며, 상기 로터(120)는 축방향으로 유동 가능하게 설치되어 유체 흐름방향에 따라 상기 걸림돌기(113)에 걸리거나 이격되도록 된 유량 감지기가 제공된다.

유량, 로터, 걸림돌기, 자석, 자기센서

Description

일방향 유량 감지기 {ONE-WAY FLOW SENSOR}

도 1a 및 도 1b는 종래 유량 감지기의 일례를 도시한 평면도 및 단면도

도 2는 종래 유량 감지기의 다른 예를 도시한 단면도

도 3은 본 발명에 따른 유량 감지기의 일실시예를 도시한 단면도

도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 유량 감지기를 분해 상태로 도시한 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 하우징 102 : 돌부

103 : 로터하우징 105, 107 : 축받이

109 : 걸림턱 111 : 요부

113 : 걸림돌기 120 : 로터

121 : 날개 123 : 걸림부

125 : 회전축 141 : 자기센서

151 : 자석

본 발명은 유량 감지기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정방향 유량만을 선택적으로 감지할 수 있으면서도 내부를 통과하는 유체의 유량 손실을 줄이고 유체의 고속 흐름으로 인한 진동 및 소음 발생을 방지할 수 있는 유량 감지기에 관한 것이다.

일반적으로 유량 감지기는 유체의 흐름에 따라 회전되는 기구의 회전속도를 검출하여 관로 내의 유량을 측정하는 것으로, 통상적인 종래의 유량 감지기가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 유량 감지기는 관로와 연결되는 하우징(1)의 입구(1a)와 출구(1c) 사이에 원형의 로터수용실(1b)이 형성되고, 이 로터수용실(1b)의 내부에 유체흐름방향과 직교하는 방향의 회전축(2)을 중심으로 회전되도록 로터(3)가 설치되며, 이 로터(3)의 회전을 감지하기 위한 수단으로서 자석(5) 및 홀센서(7)를 구비한 구조로 이루어진다. 이는 유체흐름에 대해 편심된 위치에 로터(3)의 회전축(2)이 설치됨으로 인해 유체흐름에 의한 힘이 회전축(2)을 중심으로 양측에 위치되는 각 날개(3a)에 불균등하게 작용되고, 이에 따라 회전되는 로터(3)에 설치된 자석(5)의 자기 펄스를 홀센서(7)가 감지하여 로터(3)의 회전수를 검출함으로써 유량을 산출하는 구조를 갖는다.

그러나, 이러한 유량 감지기는 구조상 크기와 유량 손실이 클 뿐 아니라, 로터(3)의 회전이 유체의 이동 방향과 무관하게 이루어지는 구조이므로, 양방향으로 흐르는 유체의 유량을 단순히 검출하는 용도로는 적합하나, 일방향 흐름만을 감지해야 하는 경우에는 사용이 불가능하다. 예를 들어 보일러에 연결되는 급수관의 경우, 열교환기로 공급되는 수량을 측정하여 그에 따라 버너의 연소 강도를 조절하게 되는데, 상기한 유량 감지기와 같이 급수관의 양방향 유량을 모두 감지할 경우, 급수가 중단되어 관로 내의 물이 역류하게 될 때에도 물이 공급되는 것으로 감지하게 되어 버너의 오작동을 일으킬 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 한 방향으로 흐르는 유체의 유량을 감지하도록 된 종래의 감지기가 도 2에 도시되어 있다. 이 유량 감지기는 관체 형태의 하우징(11) 내부에 스월을 발생시키는 경사판(13)이 설치되고, 이 경사판(13)에 의해 형성된 스월에 의해 회전되도록 유체흐름방향과 동일한 방향의 회전축(14)을 중심으로 십자형 단면을 갖는 로터(15)가 설치되어 상기 경사판(13)에 의해 형성된 스월에 의해 로터(15)가 회전되는 구조로 이루어지며, 로터(15)의 회전을 감지하는 수단은 전술한 감지기와 유사하게 자석 및 홀센서(17) 등으로 이루어진다. 도시된 예의 경우에는 로터(15)가 자석으로 이루어진 것이다. 이는 상기 경사판(13)으로부터 로터(15) 측으로 유체가 흐를 때에만 로터(15)의 회전이 이루어지므로, 일방향 흐름만을 감지하는 용도로 사용이 가능하다.

그러나, 이러한 구조의 감지기의 경우, 유체가 고정된 경사판(13)을 통과하면서 스월을 일으키므로 유체 흐름에 상당한 저항이 걸려 이로 인한 유체의 운동에너지 소실도 크게 발생되고, 발생된 스월에 의해 로터(15)가 회전되는 과정에서 또 다시 유체의 운동에너지가 소실되므로, 이중으로 유량 손실이 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 고정된 경사판(13)에 충돌하여 유체의 진행 방향이 바뀌게 되므로 경사판(13) 주위의 유체 흐름에 강한 난류가 형성되고, 이에 따라 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었다. 이러한 유량 손실과 소음 및 진동 발생은 유체의 속도와 유량이 증가될수록 심해지기 때문에, 종래의 감지기는 상대적으로 흐름이 빠르고 유량이 큰 관로, 예를 들어 큰 보일러의 급수관 등에 사용하기에 적합하지 못하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 정방향의 유체흐름 만을 감지할 수 있으면서도 내부를 통과하는 유체에 작용되는 저항과 난류 강도를 줄여 유량손실을 감소시키고 소음과 진동이 발생되지 않도록 한 일방향 유량 감지기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 양측에 관로와 연결되는 입구 및 출구가 형성된 관체 형태의 하우징; 상기 하우징의 내부에 유체의 흐름방향과 동일한 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되며, 유체 흐름방향에 대하여 경사지게 형성된 복수의 날개가 구비된 로터; 상기 로터에 양극이 하우징의 반경방향을 향하도록 장착된 자석; 상기 자석의 회전 경로와 근접하도록 상기 하우징에 고정 설치되며, 로터의 회전에 따른 자석의 자극 변화를 감지하여 회전수를 검출할 수 있도록 하는 감지수단; 및 상기 로터의 축방향 양측 중 유체 흐름과 대향하는 측에 근접하도록 상기 하우징의 내부에 구비된 걸림돌기를 포함하며, 상기 로터는 축방향으로 유동 가능하게 설치되어 유체 흐름방향에 따라 상기 걸림돌기에 걸리거나 이격되도록 된 일방향 유량 감지기가 제공된다.

이러한 본 발명의 유량 감지기는, 상기 하우징의 내부에 삽입 결합되며 그 내부에 설치되는 상기 로터의 회전축을 지지하는 축받이가 종방향 양측에 구비된 로터하우징을 더 포함하며, 상기 걸림돌기가 상기 로터하우징의 일측 축받이에 형성된 구조로 이루어질 수 있다.

이러한 경우, 상기 하우징의 내주면과 로터하우징의 외주면에는 서로 대응되는 형태로 회전방지를 위한 돌부와 요부가 형성되고, 상기 로터하우징의 요부 일측단에는 하우징의 돌부에 걸려 오결합을 방지하는 걸림턱이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 유량 감지기에서, 상기 걸림돌기는 로터의 회전 방향에 따라 날개가 타고 넘을 수 있도록 일측에 경사면이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 로터의 날개는 상기 걸림돌기를 향하는 종단부에 축방향으로 방향전환되어 연장된 걸림부가 형성되어 걸림돌기에 의한 구속력을 높이도록 된 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 일방향 유량 감지기의 일실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 그 분해구조를 보인 사시도이다.

본 발명의 유량 감지기는 유체가 흐르는 관로 상에 연결 설치되어 관로 내부를 통과하는 유량을 검출할 수 있도록 된 것으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 관체 형태의 하우징(101)과, 이 하우징(101)의 내부에 삽입되어 고정되는 로터하우징(103)과, 이 로터하우징(103)의 내부에 회전가능하게 설치된 로터(120)와, 이 로터(120)의 회전을 감지하는 감지수단을 주된 구성으로 포함한다.

상기 하우징(101)은 양측에 관로와 연결되는 입구(101a) 및 출구(101b)가 구비되고, 내주면 일측에 반경방향 내측으로 돌출된, 보다 정확하게는 내주면의 원주방향 두 지점을 연결하는 평면부로 이루어진 돌부(102)가 형성된다.

상기 로터하우징(103)은 상기 로터(120)를 회전 가능하게 지지하기 위한 것으로, 양측 종단부에 로터(120)의 회전축(125)을 지지하는 축받이(105, 107)가 결합된 구조로 이루어진다. 하우징(101) 내에서의 회전위치 유지를 위해 이 로터하우징(103)의 외주면에는 상기 하우징(101)의 돌부(102)와 대응되는 면치기된 형태의 요부(111)가 형성된다. 도시하지는 않았으나, 하우징(101) 내에서 로터하우징(103)의 종방향 위치는 고정링과 같은 별도의 부재에 의해 고정될 수도 있고, 하우 징(101)에 삽입되는 관로가 로터하우징(103)에 밀착되어 위치를 유지시킬 수도 있다. 상기 로터하우징(103)의 요부(111) 일측단에는 하우징(101)의 돌부(102)에 걸려 오결합을 방지하는 걸림턱(109)이 형성된다.

상기 로터하우징(103)의 양측 축받이(105, 107) 중에서 로터(120)의 유체 흐름과 대향하는 측에 근접한 위치의 축받이(107)에는 로터(120)의 회전방향을 일방향으로만 제한하기 위한 걸림돌기(113)가 형성된다. 이 걸림돌기(113)는 로터(120)의 회전 방향에 따라 날개(121)가 타고 넘을 수 있도록 종단부에 경사면(114)이 형성된 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 로터(120)는 그 회전축(125) 양단이 로터하우징(103)의 축받이(105, 107)에 결합되어 하우징(101) 내부를 흐르는 유체의 흐름방향과 동일한 축을 중심으로 회전되도록 설치되며, 상기 회전축(125)을 중심으로 방사상으로 복수의 날개(121)가 구비된다. 각 날개(121)는 유체 흐름방향에 대해, 즉 회전축(125) 방향에 대해 기울어진 경사방향으로 형성되며, 상기 걸림돌기(113)에 의한 구속력을 높일 수 있도록 걸림돌기(113)를 향하는 종단부에 축방향을 따르도록 방향전환되어 연장된 걸림부(123)가 형성된다. 또한, 이 로터(120)는 회전축(125)이 양측 축받이(105, 107)에 의해 지지된 상태로 축방향으로 유동 가능하게 설치되어 유체 흐름방향에 따라 양측 축받이(105, 107) 중 일측으로 이동되어 상기 걸림부(123)가 걸림돌기(113)에 걸리거나 이격될 수 있도록 구성된다.

상기 로터(120)의 회전을 감지하기 위한 수단으로서, 상기 로터(120)의 일측 중심부에 양극이 하우징(101)의 반경방향을 향하도록 자석(151)이 결합되고, 이 자 석(151)과 대응되는 위치의 하우징(101) 외부에 홀센서와 같이 자석(151)의 회전에 따른 펄스를 감지하는 자기센서(141)가 설치된다. 이 자기센서(141)는 홀더(143) 및 볼트(144)에 의해 착탈이 용이하게 하우징(101)에 고정되며, 도시하지는 않았으나 자기센서(141)에 의해 감지된 펄스에 따라 로터(120)의 회전수를 검출하고 이에 따른 유량을 산출하는 연산회로 및 산출된 유량을 표시하는 디스플레이 등이 상기 하우징(101)에 또는 외부에 별도로 설치될 수 있다.

상기 로터(120) 주위의 유체흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 각 날개(121) 사이의 연결부(127)는 상기 자석(151)의 각 측면에 동일한 표면 높이로 연결되는 곡면으로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 유량 감지기는, 상기 하우징(101) 내부를 통과하는 유체 흐름에 의해 로터(120)가 회전되고, 로터(120)와 함께 회전되는 자석(151)의 자기펄스를 상기 자기센서(141)가 감지하여 유량 산출이 이루어지도록 한다.

이때, 정방향(화살표 F 방향)으로 유체가 흐를 경우에는 로터(120)가 유체 흐름에 따라 이동되어 걸림돌기(113)가 형성된 축받이(107)로부터 이격되므로 로터(120)의 회전이 원활하게 이루어져 유량 검출이 이루어질 수 있고, 역방향(화살표 R 방향)으로 유체가 흐를 경우에는 로터(120)가 반대방향으로 이동하여 걸림부(123)가 걸림돌기(113)에 걸리게 되므로 로터(120)의 회전이 이루어지지 않아 유량을 검출하지 않게 된다. 이에 따라 유체의 흐름이 양방향으로 이루어짐에도 일방향의 유체 흐름 만을 감지할 수 있고, 이러한 일방향 유량 감지기는 예를 들어 보 일러의 열교환기 급수관로 등에 유용하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 로터(120)의 각 날개(121)에 형성된 걸림부(123)에 의해 걸림돌기(113)에 의한 구속이 정확하게 이루어져 역방향 흐름에 대한 유량 감지가 확실하게 방지될 수 있고, 상기 로터하우징(103)의 걸림돌기(113)에 경사면(114)이 형성되어 유체의 흐름이 시작되는 초기에도 로터(120)의 회전이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기와 같이 역방향 유량 감지를 방지할 수 있는 구조이면서도, 유체흐름방향과 동일한 방향으로 설치된 회전축(125)을 중심으로 로터(120)가 회전되고, 유체 흐름이 직접 로터(120)에 작용되어 로터(120)가 회전되는 구조이므로, 구조가 간결하고 제품 사이즈를 소형화할 수 있고, 내부를 통과하는 유체흐름에 대한 저항이 감소되어 감지기의 설치로 인한 관로의 유량 손실을 줄일 수 있게 된다. 특히, 종래 감지기의 경사판(13)과 같이 유체진행방향을 변경시켜 강한 난류와 저항을 발생시키는 고정된 돌출부가 최소화됨으로 인해 고속으로 유체가 흐르는 경우에도 진동 및 소음이 발생되지 않게 된다.

또한, 상기 로터(120)의 각 날개(121) 간의 연결부를 부드러운 곡면으로 형성하고, 로터(120)와 자석(151)의 연결부 표면이 동일 높이로 연결되도록 하여 로터(120) 주위의 유체 흐름에 걸리는 저항과 난류 발생을 감소시킴으로써, 상기한 유량 손실과 진동 및 소음 발생 문제를 더욱 효과적으로 해결할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 유량 감지기는, 모듈화된 로터(120)와 로터하우징(103)이 하우징(101) 내부에 삽입된 구조이므로, 필요 시 분해/조립이 간단할 뿐 아니라, 상기와 같이 회전위치를 맞출 수 있도록 하우징(101)과 로터하우징(103)에 돌부(102)와 요부(111)가 형성되고, 삽입 방향을 맞출 수 있도록 걸림턱(109)가 형성된 구조이므로 분해/조립이 용이하면서도 오결합의 우려가 없는 장점이 있다.

한편, 상기 로터(120)를 하우징(101) 내부에 회전 가능하게 지지하기 위한 수단으로서 로터하우징(103)이 별도로 구비된 것으로 예시하였으나, 경우에 따라서는 상기 로터하우징(103)에 구비된 축받이(105, 107)와 동일 내지는 유사한 형태로 로터(120)에 축받이가 구비되어 로터(120)가 하우징(101)에 직접 설치되는 구조로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 하우징(101)이 로터하우징(103) 내부에서 회전되지 않도록 하기 위한 수단으로서, 각각의 내주면과 외주면에 서로 연접되는 평면부, 즉 돌부(102)와 요부(111)가 형성되었으나, 이는 예시적인 것으로, 도시된 실시예에서와 같은 평면 형태 뿐 아니라, 키이 또는 키이 형태의 돌기와 이에 대응되는 형태의 요홈이 하우징(101)과 로터하우징(103) 사이에 구비될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 로터의 역방향 회전을 방지하는 동시에 유체흐름에 저항과 난류를 유발하는 구조를 제거 내지는 감소시켜 감지기 내부를 통과하는 유체에 발생되는 저항과 난류를 줄임으로써, 역방향 유량 감지를 방지할 수 있으면서도 유량 감지기의 설치에 따른 관로의 유량 손실이 감소되고, 소음과 진동 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 관로 형태의 하우징 내부에 모듈화된 로터가 삽입된 구조로 이루어지고, 로터의 회전방향 위치와 삽입방향을 용이하게 맞출 수 있도록 함으로써, 분해 및 조립이 용이하면서도 오결합의 우려가 없는 일방향 유량 감지기를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 양측에 관로와 연결되는 입구(101a) 및 출구(101b)가 형성된 관체 형태의 하우징(101);

   상기 하우징(101)의 내부에 유체의 흐름방향과 동일한 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되며, 유체 흐름방향에 대하여 경사지게 형성된 복수의 날개(121)가 구비된 로터(120);

   상기 로터(120)에 양극이 하우징(101)의 반경방향을 향하도록 장착된 자석(151);

   상기 자석(151)의 회전 경로와 근접하도록 상기 하우징(101)에 고정 설치되며, 로터(120)의 회전에 따른 자석(151)의 자극 변화를 감지하여 회전수를 검출할 수 있도록 하는 감지수단(141); 및

   상기 로터(120)의 축방향 양측 중 유체 흐름과 대향하는 측에 근접하도록 상기 하우징(101)의 내부에 구비된 걸림돌기(113)를 포함하며,

   상기 로터(120)는 축방향으로 유동 가능하게 설치되어 유체 흐름방향에 따라 상기 걸림돌기(113)에 걸리거나 이격되도록 된 일방향 유량 감지기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하우징(101)의 내부에 삽입 결합되며 그 내부에 설치되는 상기 로 터(120)의 회전축(125)을 지지하는 축받이(105, 107)가 종방향 양측에 구비된 로터하우징(103)을 더 포함하며, 상기 걸림돌기(113)가 상기 로터하우징(103)의 일측 축받이(107)에 형성된 일방향 유량 감지기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징(101)의 내주면과 로터하우징(103)의 외주면에는 서로 대응되는 형태로 회전방지를 위한 돌부(102)와 요부(111)가 형성되고, 상기 로터하우징(103)의 요부(111) 일측단에는 하우징(101)의 돌부(102)에 걸려 오결합을 방지하는 걸림턱(109)이 형성된 일방향 유량 감지기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 걸림돌기(113)는 로터(120)의 회전 방향에 따라 날개(121)가 타고 넘을 수 있도록 일측에 경사면(114)이 형성된 일방향 유량 감지기.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 로터(120)의 날개(121)는 상기 걸림돌기(113)를 향하는 종단부에 축방향으로 방향전환되어 연장된 걸림부(123)가 형성되어 걸림돌기(113)에 의한 구속력 을 높이도록 된 일방향 유량 감지기.

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