KR20180092036A - 환형 동심관 유량 제한 장치 - Google Patents

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Abstract

환형 동심관 유량 제한 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치는, 주 유로를 형성하는 본체; 및 상기 본체에 삽입되어 제 1 유로를 형성하고, 상기 제 1 유로의 양 단의 단면적의 차이를 이용하여 유체의 압력을 변화시키는 유량 제한기;를 포함하며, 상기 제 1 유로는, 상기 본체의 내벽 및 상기 유량 제한기의 외벽을 이용하여 형성된다.

Description

환형 동심관 유량 제한 장치{Annual Concentric flow restrict device}
본 발명은 환형 동심관 유량 제한 장치에 관한 것으로, 특히 유체가 흐르는 유로에 적용되어 유동에 필요한 압력을 변환시키는 환형 동심관 유량 제한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 층류란, 유체가 평행한 층을 이루어 흐르며, 층 사이가 붕괴되지 않는 것을 의미한다. 유체가 유로를 따라 흐르는 경우, 유체의 특성의 측정을 용이하게 하기 위해서는 유체가 층류인 것이 바람직하다.
한편, 차압식 유량계는 유량계 내부에서의 유체의 압력 변화를 측정함으로써 유량계에 진입하는 유체의 압력 또는 유량을 측정할 수 있다. 이를 위해, 차압식 유량계는 일 단에서의 유체의 압력과 타 단에서의 유체의 압력의 차이를 형성하기 위해서 다양한 종류의 유량 제한기를 사용할 수 있으며, 일 예로 일 면의 유로의 단면적이 타 면의 유로의 단면적과 다르게 형성되는 유량 제한기를 사용할 수 있다.
하지만, 이러한 형태의 유량 제한기는 유체가 통과하는 과정에서 층류가 보장되지 않음으로써 측정값이 부정확해질 수 있는 문제점이 존재한다.
KR 10-0855935 B1
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 유체의 압력을 변화시키기 전과 후에 유체를 층류로 형성할 수 있는 환형 동심관 유량 제한 장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 환형 동심관 유량 제한 장치가 제공된다. 상기 환형 동심관 유량 제한 장치는, 주 유로를 형성하는 본체; 및 상기 본체에 삽입되어 제 1 유로를 형성하고, 상기 제 1 유로의 양 단의 단면적의 차이를 이용하여 유체의 압력을 변화시키는 유량 제한기;를 포함하며, 상기 제 1 유로는, 상기 본체의 내벽 및 상기 유량 제한기의 외벽을 이용하여 형성된다.
상기 제 1 유로는, 상기 유체를 층류화 하는 층류 생성부; 상기 층류의 압력을 변화시키는 사선부; 및, 상기 사선부를 통과한 상기 층류를 유지시키는 층류 유지부;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 유로는, 상기 유량 제한기의 외벽이 상기 본체와 동일 거리만큼 이격되며, 상기 유량 제한기와 상기 본체가 동일 중심 축을 갖도록 삽입되어 형성될 수 있다.
상기 유량 제한기는, 상기 본체에 결합하기 위한 고정 부재를 일 면에 구비하며, 상기 고정 부재는 상기 유량 제한기와 중심 축을 공유할 수 있다.
상기 고정 부재는, 외부로부터 상기 제 1 유로에 유체를 공급하는 제 2 유로가 형성될 수 있다.
상기 제 2 유로는, 상기 중심 축과 평행한 방향으로 상기 고정 부재를 관통하도록 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 제 2 유로는, 각각이 상기 중심 축으로부터 동일한 거리에 360도를 균등 분할 하도록 형성될 수 있다.
상기 고정 부재는, 상기 층류 생성부와 접하도록 구비될 수 있다.
상기 고정 부재는, 타 면에 난류를 감소시킬 수 있는 유도 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 유로는, 상기 층류 생성부의 단면적이 상기 층류 유지부의 단면적보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치는 유체가 흐를 수 있는 유로를 제공함으로써 유체의 압력 변화 및 전/후단에서 흐르는 유체를 층류로 변환할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환형 동심관 유량제한 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 1 유로 및 제 2 유로의 단면도의 여러 예이이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 유로의 구성을 나타낸 간략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유량 제한기의 다른 형태의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치의 투시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 유로 및 제 2 유로의 단면도의 여러 예이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1유로의 구성을 나타낸 간략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치(100)는 외부에서 공급되는 유체를 내부로 유입시켜, 층류를 형성하여 유체의 압력을 변화시키고, 변화된 압력을 측정할 수 있다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제한 장치(100)는, 본체(110) 및 유량 제한기(130)를 포함한다.
본체(110)는, 유체가 유입되는 주(main) 유로를 형성한다. 본체(110)는 유량 제한기(130)와 결합함으로써 주 유로를 제 1 유로(150)로 변형시킬 수 있다. 이때, 본체(110)의 내벽은 제 1 유로(150)의 외벽이 될 수 있다.
유량 제한기(130)는, 본체(110)와 결합하여 제 1 유로(150)를 형성한다. 유량 제한기(130)는 바람직하게는 본체(110)와 도 2에 도시된 바와 같이 중심 축(190)을 공유하며, 본체(110)의 내벽과 일정 거리 이격되도록 형성된다. 이로 인해 유량 제한기(130)의 외벽은 제 1 유로(150)의 내벽이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 본체(110)와 유량 제한기(130)를 통해 형성되는 제 1 유로(150)는, 본체(110)의 내벽과 유량 제한기(130)의 외벽을 각각 외경과 내경으로 하도록 형성될 수 있다.
한편, 유량 제한기(130)는, 일 면에 본체(110)와 중심 축(190)을 공유하며 주 유로에 삽입되기 위한 고정 부재(131)를 더 포함할 수도 있다.
고정 부재(131)는, 유량 제한기(130)의 일 면에 구비되며, 유량 제한기(130)가 본체(110)와 동일한 중심 축(190)을 가지며 본체(110) 내부에 고정 되도록 형성될 수 있다. 고정 부재(131)는 고정 부재(131)가 구비된 유량 제한기(130)의 일 면의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성되며, 본체(110)의 내벽에 형성된 파인 부분에 삽입됨으로써 본체(110)와 결합 할 수 있다.
또, 고정 부재(131)는, 본체(110)와 유량 제한기(130)를 이용하여 형성되는 제 1 유로(150)에 외부로부터 유체를 공급하기 위한 제 2 유로(170)를 내부에 포함 할 수 있다.
제 2 유로(170)는 제 1 유로(150)에 유체를 공급하기 위해 고정 부재(131)를 관통하도록 형성되며, 중심 축(190)과 평행한 방향으로 형성될 수 있다. 제 2 유로(170)는 일 예로, 고정 부재(131)와 유량 제한기(130)의 결합을 방해하지 않음과 동시에 고정 부재(131)와 접하는 제 1 유로(150)의 단면과 동일한 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
이러한 제 1 유로(150)의 단면에 대한 제 2 유로의 예가 도 3에 도시되고 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 유로(150)의 단면도는 (a)와 같이 도넛 형태로 형성된다. 이때, 제 2 유로(170)는 (b) 내지 (e)의 형태로 형성될 수 있으며, (b) 내지 (e)의 도에서 점선은 제 1 유로(150)를 나타낸다.
제 1 유로(150)에 유체를 공급하기 위해 제 2 유로(170)는 제 1 유로(150)의 단면과 유사한 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 2 유로(170)는 고정 부재(131)를 관통하도록 형성되기 때문에 제 2 유로(170)가 제 1 유로와 동일한 형태로 형성되면, 유량 제한기(130)와 고정 부재(131)가 결합되지 않는다. 따라서 제 2 유로(170)는 도 3의 (b) 내지 (e)의 도에 형성되는 결합부(171)를 제외하여 형성될 수 있다.
이때, 도 1에서 제 2 유로(170)는 원기둥 형태로 복수 개가 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않고, 유량 제한기(130)가 고정 부재(131)와 결합부(171)를 이용하여 결합될 수 있으며 제 1 유로(150)로 유체를 공급하도록 형성되는 제 2 유로(170)가 형태 또는 개수에 무관하게 중심 축(190)과 평행하게 형성되는 경우 역시 본 발명의 범주에 든다고 할 수 있다.
한편, 도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 유로의 구성을 나타낸 간략도가 도시 되고 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 동심관 유량 제어 장치(100)는, 차압식 유량계에 포함되어 유체의 압력을 측정하고 측정된 압력의 차이를 이용하여 유입되는 유체의 초기 압력을 확인하기 위해 적어도 두 개의 압력 측정 위치(A, A')를 가질 수 있다. 이를 위해 제 1 유로(150)에는 유입된 유체를 층류화시키는 층류 생성부(151), 유체의 압력을 변화시키기 위한 사선부(153) 및 사선부를 통과한 유체가 흐르는 층류 유지부(155)를 포함한다.
층류 생성부(151)는, 일 단이 제 2 유로(170)와 접하고 타 단이 사선부(153)와 접하도록 형성된다. 층류 생성부(151)는, 제 2 유로(170)를 통과한 유체를 층류화 시키기 위해 형성되며, 중심 축(190)과 평행하도록 기 설정된 길이로 형성된다. 이를 통해 층류 생성부(151)는 제 2 유로(170)에서 유입된 유체가 층류 생성부(151)를 흐르는 동안 층류화 됨으로써 유체의 특성의 측정 시 오차를 감소시킬 수 있다.
사선부(153)는 일 단이 층류 생성부(151)와 접하고 타 단이 층류 유지부(155)와 접하도록 형성된다. 사선부(153)는 층류 생성부(151)를 통과하며 층류화 된 유체의 압력을 변화시킨다. 유체의 압력을 변화시키기 위해서 사선부(153)는, 일 단의 면적이 타 단의 면적보다 크도록 형성될 수 있다. 즉, 사선부(153)는 유량 제한기(130)의 단면적을 감소시키거나 증가시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사선부(153)는, 바람직하게는 층류 생성부(151)와 접하는 부분의 단면적이 층류 유지부(155)와 접하는 부분의 단면적보다 크도록 형성될 수 있다. 하지만, 이러한 구성이 본 발명을 제한하지는 않으며, 본 발명은 사용자의 설정에 따라 사선부(153)가 층류 생성부(151)와 접하는 부분의 단면적이 층류 유지부(155)와 접하는 부분의 단면적보다 작게 형성될 수도 있다.
층류 유지부(155)는, 일 단이 사선부(153)와 접하고, 타 단으로 유체를 배출하도록 형성된다. 층류 유지부(155)는 사선부(153)를 통과한 유체가 층류를 유지할 수 있도록 형성되며, 중심 축(190)과 평행하도록 기 설정된 길이로 형성되는 유로일 수 있다.
여기서, 압력 측정 위치(A, A')는, 층류화 된 유체의 압력을 측정하는 것이 높은 정확도를 가지기 때문에, 각각 층류 생성부(151)와 층류 유지부(155)에 형성될 수 있고, 특히 층류 생성부(151)와 사선부(153)가 접하는 지점 및 사선부(153)와 층류 유지부(155)가 접하는 지점에 압력 측정 위치(A, A')가 형성되어 유체의 압력을 측정하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제한기의 다른 형태의 단면도가 도시되고 있다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제한기(130)는 일 면이 고정 부재(131)와 결합하며, 고정 부재(131)는 타 면에 유도 부재(133)와 결합할 수 있다.
유도 부재(133)는 유량 제한기(130)의 제 2 유로(170)보다 큰 직경을 가지는 외부에서 제 2 유로(170)로 유체가 유입되는 과정에서 발생할 수 있는 난류를 감소시키기 위해 구비된다. 이때, 유도 부재(133)는 바람직하게는 원뿔 형태로 형성될 수 있고, 유량 제한기(130)와 중심 축(190)을 공유하도록 형성될 수도 있다.
또, 유도 부재(133)는, 원뿔의 밑면에 일정 길이의 원기둥이 더 구비되는 형태로 유량 제한기(130')에 형성됨으로써 난류를 감소시킬 뿐만 아니라 제 2 유로(170)에 유체가 유입되기 전에 층류를 형성시킬 수도 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 환형 동심관 유량 제어 장치 110: 본체
130, 130': 유량 제한기 131: 고정 부재
133: 유도 부재 150: 제 1 유로
151: 층류 생성부 153: 사선부
155: 층류 유지부 170: 제 2 유로
171: 결합부 190: 중심 축

Claims (10)

  1. 주 유로를 형성하는 본체; 및
    상기 본체에 삽입되어 제 1 유로를 형성하고, 상기 제 1 유로의 양 단의 단면적의 차이를 이용하여 유체의 압력을 변화시키는 유량 제한기;를 포함하며,
    상기 제 1 유로는, 상기 본체의 내벽 및 상기 유량 제한기의 외벽을 이용하여 형성되는 환형 동심관 유량 제한 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유로는,
    상기 유체를 층류화 하는 층류 생성부;
    상기 층류의 압력을 변화시키는 사선부; 및,
    상기 사선부를 통과한 상기 층류를 유지시키는 층류 유지부;를 포함하는 환형 동심관 유량 제한 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유로는,
    상기 유량 제한기의 외벽이 상기 본체와 동일 거리만큼 이격되며, 상기 유량 제한기와 상기 본체가 동일 중심 축을 갖도록 삽입되어 형성되는 환형 동심관 유량 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유량 제한기는, 상기 본체에 결합하기 위한 고정 부재를 일 면에 구비하며, 상기 고정 부재는 상기 유량 제한기와 중심 축을 공유하는 환형 동심관 유량 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고정 부재는, 외부로부터 상기 제 1 유로에 유체를 공급하는 제 2 유로가 형성된 환형 동심관 유량 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 유로는, 상기 중심 축과 평행한 방향으로 상기 고정 부재를 관통하도록 복수개가 형성되는 환형 동심관 유량 제어 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 유로는, 각각이 상기 중심 축으로부터 동일한 거리에 360도를 균등 분할 하도록 형성되는 환형 동심관 유량 제어 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 고정 부재는, 상기 층류 생성부와 접하도록 구비되는 환형 동심관 유량 제어 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 고정 부재는, 타 면에 난류를 감소시킬 수 있는 유도 부재를 더 포함하는 환형 동심관 유량 제어 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 유로는, 상기 층류 생성부의 단면적이 상기 층류 유지부의 단면적보다 크게 형성되는 환형 동심관 유량 제어 장치.
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