KR20190089364A - 관체의 유체 누설 감지장치 및 감지방법 - Google Patents

Abstract

관체의 유체 누설 감지장치를 제공한다.
본 발명은, 관체의 내부에서 일방향으로 흐르는 유체의 누설을 감지하는 장치에 있어서, 상기 관체의 길이중간 외부면과 일단이 접하도록 고정설치되는 전달체를 갖추어 상기 관체의 누설시 발생하는 진동을 전달하는 진동전달부 ; 상기 전달체의 타단에 일단이 고정되어 방사방향으로 일정길이 연장되는 복수개의 증폭체를 갖추어 상기 전달체를 통하여 진동을 증폭시키는 진동증폭부 ; 상기 복수개의 증폭체의 각 자유단에 설치되는 자석부재와 일대일 대응하는 복수개의 감지센서를 갖추어 상기 복수개의 증폭체를 통하여 분산되어 증폭된 진동을 복수개의 자석부재에서 발생하는 자력선을 통하여 복수개의 감지센서에서 측정하는 감지부 ; 및 상기 복수개의 감지센서마다 측정되는 자력선의 세기를 수신하고, 수신되는 측정값을 서로 비교하여 관체에서 발생하는 누설위치를 판단할 수 있도록 진동의 방향성을 확인하는 크랙위치 확인부를 포함한다.

Description

관체의 유체 누설 감지장치 및 감지방법{Method and device for sensing a leakage of fluid spiral in pipe}

본 발명은 기체 또는 액체와 같은 유체를 일방향으로 이송하는 관체에서 크랙에 기인하는 기체의 누기 또는 액체의 누수와 같은 유체누설 여부를 감지하고 유체의 누설위치를 확인할 수 있는 관체의 유체 누설 감지장치 및 감지방법에 관한 것이다.

일반적으로 스팀관, 송수관, 송유관 및 가스관 등과 같이 원격지로 액체 또는 기체와 같은 유체를 공급하기 위한 배관 또는 전력배관들은 지하에 일정깊이 매설되거나 또는 지상에 노출된 상태로 짧게는 수백미터에서 길게는 수십킬로미터까지 연장되어 설치된다.

이러한 배관들은 부식, 외부로부터의 충격, 온도에 따라 수축 및 팽창에 의하여 균열이 발생할수 있으며, 이러한 균열에 기인하여 배관의 내부에 흐르는 스팀, 물, 기체 등이 외부로 누설되는 경우가 발생하게 된다.

스팀이나 물 등과 같은 유체가 지하에 매설된 배관으로부터 누설되면, 막대한 금전적 손실을 발생시킬 뿐 아니라 지반을 약화시켜 붕괴사고까지 발생하며, 상수관의 경우 상수 오염까지 발생하게 되므로 누설 사고는 엄격히 관리되어야 한다.

그러나 이러한 유체의 누설이 발생하는 경우 지하에 매설된 관체의 정확한 위치를 확인하기가 매우 어려우므로 누설이 예측되는 위치를 일일이 파헤쳐 확인하는 방법밖에 없었다.

(특허문헌 1) KR10-1062361 B1

특허문헌 1에는, 상수도 관에 설치되어 상수도관을 통해 전달되는 물의 소리를 감지하는 소리 감지센서와, 소리 감지센서에서 감지된 정보를 전송하는 통신부와, 소리 감지센서에서 감지된 정보를 분석하여 해당 상수도관의 누수 여부를 확인하고, 확인결과를 통신부를 통해 원격으로 전송하도록 하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 누수 감지장치 및 이를 구비하는 상수도 누수 감시시스템이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1은, 하우징 내부에 떨림판을 설치하여 소리 전달부재를 통해 하우징 내부로 전달되는 소리에 의해 떨림판이 떨리는 소리인 진동을 수집하는 것으로, 파이프를 통하여 전달되는 누설진동을 떨림판에 의해서 판형 증폭을 통하여 진폭을 증폭시켜 누설여부를 단순히 확인할 수 있지만 진폭의 방향성인 벡터값이나 속도차이를 감지하여 확인할 수 없기 때문에 누설여부와 관체에서 누설되는 위치를 정확히 확인할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 소리 전달부재를 통하여 진동을 떨림판으로 전달함으로써 판상의 떨림판에서 진동을 진폭시키는 진동 진폭량을 크게 얻을 수 없기 때문에 설치위치로부터 근접하는 위치에서 발생하는 누설여부만을 확인할 수 있어 감지영역이 제한적이고, 관체의 단위길이당 설치갯수가 많아지기 때문에 설비유지비 및 초기설치비가 과다하게 소요되는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 관체의 누설시 발생하는 진동을 최대한 증폭시킬 수 있고, 누설시 발생하는 진동의 진폭 방향성 및 속도차이를 확인할 수 있어 이를 근거로 하여 관체의 누설위치를 정확히 파악할 수 있는 한편, 관체의 단위길이당 설치갯수를 최소화할 수 있는 관체의 누설 감지장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 바람직한 실시예는, 관체의 내부에서 일방향으로 흐르는 유체의 누설을 감지하는 장치에 있어서, 상기 관체의 길이중간 외부면과 일단이 접하도록 고정설치되는 전달체를 갖추어 상기 관체의 누설시 발생하는 진동을 전달하는 진동전달부 ; 상기 전달체의 타단에 일단이 고정되어 방사방향으로 일정길이 연장되는 복수개의 증폭체를 갖추어 상기 전달체를 통하여 진동을 증폭시키는 진동증폭부 ; 상기 복수개의 증폭체의 각 자유단에 설치되는 자석부재와 일대일 대응하는 복수개의 감지센서를 갖추어 상기 복수개의 증폭체를 통하여 분산되어 증폭된 진동을 복수개의 자석부재에서 발생하는 자력선을 통하여 복수개의 감지센서에서 측정하는 감지부 ; 및 상기 복수개의 감지센서마다 측정되는 자력선의 세기를 수신하고, 수신되는 측정값을 서로 비교하여 관체에서 발생하는 누설위치를 판단할 수 있도록 진동의 방향성을 확인하는 크랙위치 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관체의 유체 누설 감지장치 및 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 감지부재는 홀센서 또는 LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) 중 어느 하나 일 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예는, 관체의 내부에서 일방향으로 흐르는 유체의 누설을 감지하는 방법에 있어서, 상기 관체의 길이중간 외부면에 고정설치되는 전달체를 통하여 관체의 누설시 발생하는 진동을 전달하는 단계 ; 상기 전달체의 타단에 일단이 고정되어 방사방향으로 일정길이 연장되는 복수개의 증폭체에 의해서 상기 전달체를 통하여 전달되는 진동을 증폭시키는 단계 ; 상기 복수개의 증폭체의 각 자유단에 설치되는 자석부재와 일대일 대응하는 복수개의 감지센서에 의해서 상기 복수개의 증폭체를 통하여 분산되어 증폭된 진동을 복수개의 자석부재에서 발생하는 자력선을 통하여 복수개의 감지센서에서 측정하는 단계 ; 상기 복수개의 감지센서마다 측정되는 자력선의 세기를 수신하고, 수신되는 측정값을 서로 비교하여 관체에서 발생하는 누설위치를 판단한 다음, 진동의 방향성을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관체의 유체 누설 감지방법을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

관체와 접하도록 고정설치되는 전달체의 단부로부터 방사방향으로 연장되는 선형의 증폭체를 복수개 구비함으로써, 누설시 발생하는 진동을 선형의 증폭체에 의해서 최대한 증폭시킬 수 있기 때문에 판상의 떨림판에 비하여 누설 감지성능을 높일 수 있고, 감지 정확도를 높일 수 있다.

관체의 누설시 발생하는 진동의 진폭 방향성 및 속도차이를 확인할 수 있어 이를 근거로 하여 관체의 누설위치를 정확히 파악할 수 있기 때문에 지하에 매설된 관체에 대한 크랙보수작업을 단시간내에 수행하여 작업생산성을 높일 수 있다.

관체의 단위길이당 유체의 누설을 감지하는 장치를 설치하는 갯수를 최소화할 수 있기 때문에 장치설치시 소요되는 설치비 및 설비유지비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관체의 유체 누설 감지장치를 도시한 전체적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관체의 유체 누설 감지장치에서 증폭체와 자석부재간의 설치상태를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관체의 유체 누설 감지장치에서 유체누설시 진동 방향성을 판단하는 사용상태를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관체의 유체 누설 감지장치(100)는 도 1 과 도 2에 도시한 바와 같이, 관체의 내부를 일방향으로 흐르는 유체가 관체의 크랙에 기인하여 크랙부위로부터 외부로 배출되는 누설을 실시간으로 감지함과 동시에 누설이 발생하는 위치인 관체의 크랙위치를 확인할 수 있도록 진동전달부, 진동증폭부, 감지부 및 제어부를 포함할 수 있다.

상기 진동전달부는 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 관체(P)의 크랙에 기인하는 액체 또는 기체의 누설시 관체에서 발생하는 진동을 전달하는 적어도 하나의 전달체(11)를 포함할 수 있다.

상기 전달체(11)는 대략 중공단면상의 관체 외부면에 내부면이 전체적으로 접하거나 또는 내부면 일부가 부분적으로 접하도록 상기 관체의 외부면에 고정설치되는 중공고정체(12)와 연결될 수 있다.

이때, 상기 전달체(11)는 도면상 일단인 하단이 상기 중공고정체(12)의 외부면에 일체로 연결되거나 조립식으로 연결되는 일정길이의 중실형 바부재로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 유체의 누설시 발생하는 진동을 왜곡없이 전달할 수 있는 금속소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 중공 고정체(12)는 단부가 상기 관체에 접하여 고정력을 발생시키도록 나사방식으로 체결되는 적어도 하나의 고정부재(12a)에 의해서 상기 관체의 외부면 임의 위치에 고정설치될 수 있으며,상기 고정부재의 잠김 및 풀림에 의해서 상기 전달체와 일체로 연결된 중공고정체의 설치위치를 가변시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 관체의 몸체 외부면에 발생되는 크랙을 통하여 액체 또는 기체가 누설되는 누기 또는 누수에 기인하여 진동이 발생하게 되면, 발생된 진동은 상기 중공 고정체를 통하여 전달체에 그대로 전달되는 것이다.

상기 진동증폭부는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 전달체를 통하여 관체의 유체누설시 발생하는 진동을 전달하면서 증폭시키는 복수개의 증폭체(21)를 포함할 수 있다.

이러한 증폭체(21)는 상기 전달체의 타단인 상단에 일단이 고정되어 방사방향으로 일정길이 연장되는 복수개의 선형 탄성체로 이루어질 수 있으며, 상기 증폭체(21)는 상기 전달체를 경유하여 1차로 전달되는 진동을 방사방향으로 2차 전달하면서 파형과 진폭을 왜곡하지 않고 증폭시킬 수 있도록 스프링선재와 같은 강재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 복수개의 증폭체(21)는 서로 동일한 길이 및 동일한 단면적을 갖는 일정길이의 탄성체로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 전달체를 중심으로 하여 방사방향으로 연장되는 복수개의 증폭체간의 설치각도(θ)는 서로 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 전달체를 통하여 1차로 전달되는 진동은 상기 복수개의 증폭체를 통하여 분산되어 2차로 전달됨과 동시에 분산되어 전달되는 진동의 진폭은 방사방향으로 연장되는 복수개의 증폭체에 의해서 증폭되는 것이다.

상기 감지부는 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 복수개의 증폭체의 각 자유단에 설치되는 복수개의 자석부재(31)를 포함하고, 상기 복수개의 자석부재(31)와 일대일 대응하는 복수개의 감지센서(32)를 포함할 수 있다.

상기 복수개의 자석부재(31)는 일정세기의 자력을 갖추어 자력선을 발생시키는 영구자석으로 이루어질 수 있으며, 상기 감지센서(32)는 상기 증폭체의 상부에 고정설치되는 하우징(35)에 상기 복수개의 자석부재(31)와 일대일 대응하도록 고정설치되어 자력선을 감지하는 센서부재이다.

이러한 감지센서는 자석부재의 자기장의 변화를 감지하여 자기저항값을 출력하는 홀센서, LVDT (Linear Variable Displacement Transducer)로 구비될 수있지만 이에 한정되는 것은 아니며 자석부재를 대체하는 출력부재로부터 발생하는 빛이나 초음파를 감지하는 수광센서, 음파센서로 구비될 수 있다.

이때, 상기 자석부재에서 발생하는 자력선은 거리의 제곱승에 반비례하기 때문에 스프링선재로 이루어지는 증폭체의 증폭과 더불어 감지센서에 의해서 정밀한 감지 및 측정이 가능해지는 것이다.

상기 하우징(35)은 상기 자석부재(31), 증폭체(21) 및 전달체(11)와의 접촉하거나 간섭되지 않으면서 상기 자석부재, 증폭체 및 전달체를 외부환경으로부터 보호할 수 있도록 이들을 내부수용할 수 있는 내부공간을 갖는 구조물로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 상기 전달체(11)를 통하여 복수개의 증폭체(21)측으로 전달되는 진동은 방사방향으로 연장되는 복수개의 증폭체에 의해서 상기 증폭체의 설치갯수 만큼 분산됨과 동시에 진폭이 증폭되고, 증폭된 진동은 복수개의 자석부재(31)에서 발생하는 자력선을 통하여 복수개의 감지센서(32)에서 실시간으로 측정하는 것이다.

상기 크랙위치 확인부는 원주방향으로 고유번호를 부여받은 복수개의 감지센서(32)에서 측정되는 자력선의 세기를 수신하는 수신기를 포함하고, 상기 수신기에서 수신되는 측정값을 서로 비교하여 판단하는 비교판단기를 포함함으로써 진동의 방향성을 확인하여 관체(P)에서 발생하는 누설위치를 판단할 수 있는 것이다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이, A방향으로 누설음에 기인하는 진동이 발생할때와 B방향으로 누설음에 기인하는 진동이 발생할 때 서로 반대편에 위치하는 자석부재 및 감지센서에서 측정되는 진동의 진폭량이 서로 다름을 이론적으로 확인할 수 있다.

이에 따라, 채널별 면적분포도를 이용하여 누설위치의 방향성을 파악할 수 있고, 장치설치로부터 누설위치를 확인할 수 있는 거리를 예측할 수 있기 때문에 지하에 매설된 관체의 누설위치를 지상에서 정확히 알 수 있고, 이를 근거로 하여 관체의 크랙부위에 대한 보수유지작업을 시행착오없이 수행할 수 있는 것이다.

또한, 주변에 각각 설치된 본 장치들의 값들을 계산하고 분석하여, 값들의 차이와 벡터 성분의 방향성을 고려. 분석하여 더욱 정밀한 누설위치를 알수 있게 된다.

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.

11 : 전달체
12 : 중공고정체
12a : 고정부재
21 : 증폭체
31 : 자석부재
32 : 감지센서
35 : 하우징
P : 관체

Claims (3)

1. 관체의 내부에서 일방향으로 흐르는 유체의 누설을 감지하는 장치에 있어서,
   상기 관체의 길이중간 외부면과 일단이 접하도록 고정설치되는 전달체를 갖추어 상기 관체의 누설시 발생하는 진동을 전달하는 진동전달부 ;
   상기 전달체의 타단에 일단이 고정되어 방사방향으로 일정길이 연장되는 복수개의 증폭체를 갖추어 상기 전달체를 통하여 진동을 증폭시키는 진동증폭부 ;
   상기 복수개의 증폭체의 각 자유단에 설치되는 자석부재와 일대일 대응하는 복수개의 감지센서를 갖추어 상기 복수개의 증폭체를 통하여 분산되어 증폭된 진동을 복수개의 자석부재에서 발생하는 자력선을 통하여 복수개의 감지센서에서 측정하는 감지부 ; 및
   상기 복수개의 감지센서마다 측정되는 자력선의 세기를 수신하고, 수신되는 측정값을 서로 비교하여 관체에서 발생하는 누설위치를 판단할 수 있도록 진동의 방향성을 확인하는 크랙위치 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관체의 유체 누설 감지장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감지부재는 홀센서 또는 LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) 중 어느 하나 인것을 특징으로 하는 관체의 유체 누설 감지장치.
3. 관체의 내부에서 일방향으로 흐르는 유체의 누설을 감지하는 방법에 있어서,
   상기 관체의 길이중간 외부면에 고정설치되는 전달체를 통하여 관체의 누설시 발생하는 진동을 전달하는 단계 ;
   상기 전달체의 타단에 일단이 고정되어 방사방향으로 일정길이 연장되는 복수개의 증폭체에 의해서 상기 전달체를 통하여 전달되는 진동을 증폭시키는 단계 ;
   상기 복수개의 증폭체의 각 자유단에 설치되는 자석부재와 일대일 대응하는 복수개의 감지센서에 의해서 상기 복수개의 증폭체를 통하여 분산되어 증폭된 진동을 복수개의 자석부재에서 발생하는 자력선을 통하여 복수개의 감지센서에서 측정하는 단계 ;
   상기 복수개의 감지센서마다 측정되는 자력선의 세기를 수신하고, 수신되는 측정값을 서로 비교하여 관체에서 발생하는 누설위치를 판단한 다음, 진동의 방향성을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관체의 유체 누설 감지방법.

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