KR20200019862A - 통합된 볼 밸브 및 초음파 유량계 - Google Patents

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Abstract

유체 흐름 측정 볼 밸브는 하우징 및 오리피스를 갖는 볼을 포함한다. 볼은 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 이동된다. 제1 초음파 트랜스듀서는 볼의 상류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 제2 초음파 트랜스듀서는 볼의 하류에서 하우징 내에 위치 설정되고, 양자는 펄스를 전송 및 수신하도록 정렬된다. 제1 및 제2 음향 반사기는, 볼이 개방 위치에 있을 때 볼 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송수신하도록 트랜스듀서들과 정렬된다. 컨트롤러는 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고 측정된 유체 속도와 단면적에 기초하여 오리피스를 통한 유체의 부피를 계산한다.

Description

통합된 볼 밸브 및 초음파 유량계
우선권 출원(들)
본 PCT 출원은, 전문이 참조로서 본 명세서에 편입되는, 2017년 4월 25일 출원된 미국 특허 출원 제15/496,078호에 기초한다.
본 출원은 볼 밸브의 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 본 출원은 유량계를 포함하는 볼 밸브에 관한 것이다.
전 세계에 걸쳐, 음용수 및 가스 분배 시스템은 상이한 종류의 파이프, 밸브 및 피팅을 사용한다. 대부분의 시스템은, 변형이 있더라도, 통상적으로, 예를 들어 거주지 또는 기타 구내(premises)에서 시스템에 연결된 물 또는 가스 유량계를 포함한다. 유량계는 시간에 따른 유체 흐름을 측정한 후, 구내 소유자에게 구내에서 소비된 물 및/또는 가스 사용을 청구하는 데 사용된다. 물 또는 가스 분배 시스템에 포함될 수 있는 다양한 종류의 파이프, 밸브 및 피팅이 있으며, 시스템에 따라 물 및/또는 가스의 소비를 측정하기 위하여 상이한 물 또는 가스 계량 기술이 사용될 수 있다. 각각 다른 종류의 물 또는 가스 분배 시스템은 고유한 장단점을 가지며 구내에서 임의의 특정 유량계에 대하여 이루어진 선택은 종종 유량계 가격, 유량 정확도, 제조 공정, 설치 용이성, 유지 보수 요구 사항, 이의 컴포넌트의 크기, 상대적인 파이프 크기 및 배치에 기초한다.
일반적으로 구내에서의 가스 또는 물 분배 시스템은 전용 유체 흐름 계량 장치를 포함하며, 이는 통상적으로 필요한 경우에 기술자가 유체 흐름을 차단하고 유체 흐름 계량 장치를 유지 보수 및/또는 교체할 수 있게 하도록 유체 흐름 계량 장치 전이나 그 상류에 위치되는 수동으로 작동되는 차단 밸브(shut-off valve)와 함께 작동한다. 유체 흐름 계량 장치에 인접한 차단 밸브를 포함하는 가스 및 수도 본관의 많은 상이한 예가 있다. 일반적으로, 가정 구내는 메인 가스 또는 수도관에 볼 밸브 또는 게이트 밸브를 포함한다. 때때로, 요크 박스는 차단 밸브 및/또는 물 또는 가스 유량계를 보유하고 차단 밸브 및/또는 유량계에 접근하기 위해 제거되는 선택적인 전자 계량기 판독 쇠 뚜껑을 포함할 수 있다. 가정용 물 분배 시스템은 화장실, 수도꼭지, 온수기 및 유사한 장치와 같은 기기에 물을 공급하고, 천연 가스 분배 시스템은 집 근처 또는 집에 차단 밸브 및 가스 유량계를 갖는 가스 본관을 포함하고, 가스 본관은 그릴, 조명, 수영장 히터 또는 유사한 컴포넌트와 같은 기기에 가스를 공급하기 위하여 작은 파이프로 분기되어 연결된다. 다양한 밸브 및 유체 유량계에 대한 크기 제한, 허용할 수 없는 유량계 정확도 및 정확한 유체 흐름 계량에 영향을 미치는 가스 또는 물 분배 시스템에서 발생하는 압력 강하와 같은 이러한 더 일반적인 가스 및 물 분배 시스템과 연관된 문제점이 있다.
일반 양도된 미국 특허 제6,923,074호는 볼 밸브에 직접 통합된 유량 게이지를 갖는 볼 밸브를 개시한다. 볼 밸브의 볼 부분은 볼 밸브를 통과하는 유체의 흐름 속도(flow-rate)를 나타내는 측정값을 제공하기 위하여, 각각 볼 전후에 배치된 2개의 위치 설정 가능한 압력 포트 및 교정된 보어홀 또는 오리피스를 포함한다. 이 볼 밸브는 일반적으로 물 사용에 제한된다. 통상적으로 더 높은 물 흐름 속도에서 유체 흐름을 측정하는 것이 효과적이지만, 더 낮은 흐름 속도에서 약간 감소된 정확도를 가진다.
지난 6년 동안, 가스 및 수도 계량 산업은 통과 시간(transit time) 측정 또는 도플러 효과 측정을 사용하는 초음파 유량계의 경제성, 성능 및 정확성을 개선하여 왔다. 이러한 초음파 유량계는 초음파 신호, 예를 들어 방출된 "핑(ping)"이 유량계 내부의 2개 이상의 고정점 사이를 통과하는 데 필요한 시간량을 측정한다. 초음파 유량계가 가스 및 물에 대해 적절하게 교정될 때, 이는 양 유체 매체를 측정하는 데 사용될 수 있다. 초음파 유량계는 전형적으로 유체의 속도를 결정하기 위해 유체를 통해 초음파 음파를 방출하기 위해 하나 이상의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 유량계 본체의 단면적이 고정적이고 알려진 값이기 때문에, 유체의 속도가 검출될 때, 유량계를 통과하는 유체의 부피는 매우 높은 정확도로 계산될 수 있다. 또한, 유체 밀도가 온도에 따라 변하기 때문에, 대부분의 초음파 유량계는 부피 계산의 성분으로서 유체 온도를 측정하고 변수로서 온도에 기초하여 유체 흐름을 결정한다. 볼 밸브와 함께 사용될 때, 초음파 유량계는 기존 볼 밸브에 직접 연결되거나 볼 밸브가 연결된 가스관 또는 수도관에 연결된다. 이것은 볼 밸브 및 이의 가깝게 연결된 초음파 유량계 풋프린트를 증가시킬 수 있다. 즉, 운용 가능한 해결 방안에 비하여 조합을 너무 크게 하여, 유량계 및 밸브를 설치, 유지 보수 및 교체하기 어렵게 만든다.
본 개요는 상세한 설명에서 아래에서 더 설명되는 개념들을 중 선정된 것을 소개하기 위하여 제공된다. 본 요약은 청구된 내용의 요점 또는 본질적인 특징을 식별하려고 의도되지 않으며, 청구된 내용의 범위를 한정하는데 도움을 주기 위한 것으로서 사용되도록 의도되지 않는다.
유체 흐름 측정 볼 밸브는 입구 및 출구 개구와 밸브 챔버를 갖는 하우징을 포함한다. 통과하는 유체 흐름을 위한 오리피스를 갖는 볼이 밸브 챔버 내에 수용되고, 볼은 트랜스듀서의 "핑(ping)"이 초음파 유량계가 가장 엄격한 국제 표준에 따라 물 또는 가스를 측정하도록 정확하게 반사하는 것을 돕는 교정된 반사기를 가진다. 액추에이터는 하우징에 의해 지지되고, 하우징 내에서 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 볼을 회전시키기 위해 볼에 연결된다. 제1 초음파 트랜스듀서는 볼의 상류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 제2 초음파 트랜스듀서는 볼의 하류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 제1 및 제2 음향 반사기는 하우징 내에 위치 설정된다. 컨트롤러는, 바람직하게는 액추에이터에 통합되고, 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결된다.
제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 제1 및 제2 음향 반사기는 볼이 개방 위치에 있을 때 볼의 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로, 일례에서 하나의 트랜스듀서로부터 다른 트랜스듀서로의 교정된 반사기를 이용하여, 초음파 신호를 송신 및 반사하도록 정렬된다. 컨트롤러는 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 유체 속도와 오리피스의 단면적에 기초하여 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성된다.
또 다른 예에서, 액추에이터는 볼 밸브에 연결된 스핀들을 포함하고, 스핀들이 갖고 있는 온도 센서는 컨트롤러에 연결되어 유체 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 온도 감지는 온도에 기초하여 유체 밀도 변화를 해명하고 유체의 부피를 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 제1 및 제2 음향 반사기의 각각은 하우징 내에 장착되고 초음파 신호의 송신 방향에 따라 음향 신호를 음향 트랜스듀서로 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 구성된 음향 반사기 표면을 갖는 상류 및 하류 수직 서포트를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 음향 반사기는 각각 초음파 신호의 송신 방향에 따라 초음파 신호를 음향 트랜스듀서 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 교정된 하우징의 내면 내에 통합된 기계 가공면을 포함할 수 있다. 제3 음향 반사기 표면은 초음파 신호를 반사하고 다수의 반사를 제공할 수 있다.
또 다른 예에서, 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는 각각 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송신기 회로 및 수신기 회로를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 액추에이터 내에 통합되고 구동 메커니즘에 연결될 수 있고, 비행 시간(time-of-flight) 또는 도플러 효과에 기초하여 유체 속도를 결정할 수 있다. 일례에서 유체의 측정된 부피는 액체 또는 가스의 측정된 부피를 포함한다. 액추에이터는 구동 메커니즘을 포함할 수 있고, 컨트롤러는 개방 위치, 폐쇄 위치 또는 중간 위치 중에서 볼을 회전시키기 위하여 구동 메커니즘을 작동시키도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 유체 흐름 측정 볼 밸브가 부착된 물 시스템을 갖는 구내에서의 각각의 기기에 대하여 구성되고 구내 내부에서의 물의 소비를 측정하도록 구성된 물 사용량 시그니처를 갖는 메모리를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 유체 흐름 측정 볼 밸브는 함께 연결된 밸브 본체와 단부 어댑터를 포함하고, 입구 개구, 출구 개구 및 밸브 챔버를 형성하도록 구성된 하우징을 포함한다. 교체 가능한 볼은 밸브 챔버 내에 수용된다. 액추에이터는 밸브 본체에 의해 지지되고, 하우징 내에서 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 볼을 회전시키기 위하여 볼에 연결된다. 제1 초음파 트랜스듀서는 볼의 상류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 제2 초음파 트랜스듀서는 볼의 하류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 제1 및 제2 음향 반사기는 하우징 내에 위치 설정되고, 컨트롤러는 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결된다.
제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 제1 및 제2 음향 반사기는 볼이 개방 위치에 있을 때 볼의 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 정렬된다. 컨트롤러는 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 유체 속도와 오리피스의 단면적에 기초하여 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성된다.
또 다른 예에서, 본체 및 단부 어댑터는 각각 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 제1 및 제2 음향 반사기를 정렬시키는 플랜지와, 패스너를 수용하고 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 제1 및 제2 음향 반사기를 정렬시키는 관통홀을 포함한다. 본체 및 단부 어댑터는 각각 본체 상으로 단부 어댑터를 고정시키기 위하여 이들 중에서의 조립을 위한 측정된(gauged) 스레드와, 정렬될 때 초음파 트랜스듀서 및 음향 반사기가 정렬된 것을 나타내는 본체 및 단부 어댑터 상의 정렬 마크를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 구내(premises)를 위한 수류 제어 시스템은 물 시스템과 물 시스템에 연결된 복수의 기기를 포함한다. 유체 흐름 측정 볼 밸브는 물 시스템으로 연결되고, 입구 및 출구 개구와 밸브 챔버를 갖는 하우징을 포함한다. 볼은 오리피스를 갖고, 밸브 챔버 내에 수용된다. 액추에이터는 하우징에 의해 지지되고, 하우징 내에서 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 볼을 회전시키기 위하여 볼에 연결된다. 제1 초음파 트랜스듀서는 볼의 상류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 제2 초음파 트랜스듀서는 볼의 하류에서 하우징 내에 위치 설정된다.
컨트롤러는 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결되고, 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는 볼이 개방 위치에 있을 때 볼의 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 정렬된다. 컨트롤러는 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 유체 속도와 오리피스의 단면적에 기초하여 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성된다. 컨트롤러는 구내에서의 각각의 기기에 대하여 구성되고 구내 내부에서의 물의 소비를 측정하도록 구성된 물 사용량 시그니처를 갖는 메모리를 포함한다. 그래픽 사용자 인터페이스는 상태를 디스플레이하고 물 시스템 및 특정 기기의 데이터를 입력하기 위하여 컨트롤러에 연결된다.
다른 예에서, 제1 및 제2 트랜스듀서는 서로에 대하여 정렬되어 반사기를 이용하지 않고 초음파 펄스를 송수신할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 다음의 첨부된 도면에 비추어 고려될 때, 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더윽 명확하게 될 것이다:
도 1은 비한정적인 예에 따른 유체 흐름 측정 볼 밸브의 등각도이다.
도 2는 비한정적인 예에 따른 도 1에서의 화살표(1) 방향으로 얻어진 유체 흐름 측정 볼 밸브의 저면도이다.
도 3은 비한정적인 예에 따른 유체 흐름 측정 볼 밸브의 상세를 도시하는 측단면도이다.
도 4는 비한정적인 예에 따른 음향 반사기를 도시하는 도 3의 선 4-4를 따라 얻어진 단부 단면도이다.
도 5는 비한정적인 예에 따른 기계 가공된 음향 반사기를 이용하는 유체 흐름 측정 볼 밸브의 다른 실시예의 단면도이다.
도 6은 비한정적인 예에 따른 음향 반사기를 갖는 않는 유체 흐름 측정 볼 밸브의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7은 비한정적인 예에 따른 유체의 온도 감지를 허용하는 액추에이터의 일부로서 스핀들을 포함하는 유체 흐름 측정 볼 밸브의 단면도이다.
도 8은 비한정적인 예에 따른 액추에이터의 일부로서 스핀들을 도시하는 도 3과 유사한 유체 흐름 측정 볼 밸브의 단면도이다.
도 9는 비한정적인 예에 따라 도 5 및 6에 도시된 것과 유사한 본체 및 단부 어댑터를 포함하지만 스핀들을 갖는 액추에이터를 이용하는 유체 흐름 측정 볼 밸브의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 유체 흐름 측정 볼 밸브의 부분적인 상면도이다.
도 11은 비한정적인 예에 따른 기계 가공면으로서의 제1 및 제2 음향 반사기를 도시하는 도 9의 유체 흐름 측정 볼 밸브의 단면도이다.
도 12는 음향 반사기의 더 많은 상세를 도시하는 도 11에 도시된 유체 흐름 측정 볼 밸브의 일부의 부분 확대 단면도이다.
도 13은 비한정적인 예에 따른 유체 흐름 측정 볼 밸브를 포함하는 수류 제어 시스템을 도시하는 거주지와 같은 구내의 부분적인 환경도이다.
이하, 바람직한 실시예들이 도시된 첨부 도면들을 참조하여 상이한 실시예들이 더욱 완전하게 설명될 것이다. 많은 상이한 형태가 설명될 수 있고, 설명된 실시예는 여기에 설명된 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이 실시예들이 본 개시가 완전하고 완벽하게 되고 통상의 기술자에게 범위를 완전하게 전달하도록 제공된다.
이제 도 1 내지 4를 참조하면, 입구 개구(24) 및 출구 개구(26)와, 도 3에서의 개략적인 단면도에 도시된 바와 같은 하우징(22) 내에 형성된 밸브 챔버(28)를 갖는 개괄적으로 22로 표시된 하우징을 포함하는 개괄적으로 20으로 표시된 유체 흐름 측정 볼 밸브를 도시한다. 또한, 이 유체 흐름 측정 볼 밸브(20)는 볼 밸브나, 통합된 유량계 또는 통합된 초음파 유량계를 갖는 볼 밸브로 불릴 것이며, 모든 어구들은 유체 흐름 측정 볼 밸브(20)를 지칭한다. 이 예에서, 하우징(22)은 이 예에서 밸브 챔버(28)의 대부분을 형성하는 밸브 본체(30)와 밸브 본체(30)에 연결된 단부 어댑터(32)로서 서로 고정된 2개의 컴포넌트로부터 형성된다. 함께 연결될 때, 2개의 컴포넌트(30, 32)는 하우징(22)과, 입구 개구(24)와, 출구 개구(26)와, 밸브 챔버(28)를 형성한다. 이 예에서의 밸브 본체(30)와 단부 어댑터(32)는 각각, 아래에서 설명되는 바와 같이, 유체 흐름 측정 볼 밸브(20)에 통합된 상이한 초음파 유량계 컴포넌트의 정렬을 보장하는 패스너(37)를 수용하기 위하여 서로 정렬된 관통홀(36)(도 1, 2 및 4)을 갖는 연장부 또는 플랜지(34)를 포함한다. 밸브 본체(30) 및 단부 어댑터(32)가 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 서로 나사 결합되면, 정렬 마크가 유량계 컴포넌트의 다양한 컴포넌트들을 정렬시키는데 사용될 수 있다.
볼 밸브(20)는, 설명되는 바와 같이, 기술자가 볼 밸브를 삽입하거나 파이프 시스템(도시 생략)으로부터 제거하고, 필요한 경우에 통합된 유량계의 볼 또는 다른 컴포넌트를 수리하거나 교체하는 것을 허용하도록, 하우징(22)이 플랜지(38)인 대향하는 외부 단부를 갖는 구성을 포함한다. 볼(40)은 밸브 챔버(28) 내에 위치 설정되고, 교체 가능한 볼로서 형성될 수 있다. 이는 볼 밸브(20)의 축에 평행한 볼을 통과하는 유체 흐름 경로를 제공한다는 오리피스 또는 보어홀(42)을 포함한다. 일례에서, 오리피스(42)는 볼 밸브(20)를 통해 지나가는 유체의 통과에 대하여 교정된 흐름 수축(flow constriction)을 획득하도록 구성될 수 있다. 또한, 물의 부피가 볼 밸브(20)와 통합된 유량계를 이용하여 계산될 수 있도록 단면적이 아래에서 설명되는 바와 같이 알려질 것이다. 물 밸브(20)는 다양한 단면적으로 사용 가능할 수 있지만, 일반적인 구성은 1.25, 1.0 및 0.75 인치 구성을 포함한다.
도시된 바와 같이, 액추에이터(44)는 하우징(22)에 의해 지지되고, 하우징(22) 내에서 오리피스(42)를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 볼을 회전시키기 위하여 볼에 연결된다. 이 액추에이터(44)는 수동 또는 자동일 수 있고, 도구가 연결되게 하거나 또는 핸들이 하우징(22) 내에서, 특히 더 큰 수압과 단면적 때문에 볼 회전이 어려울 수 있는 더 큰 볼 밸브(20)에서, 볼(40)의 회전에 영향을 줄 수 있게 하는 하우징(46)을 가질 수 있다. 볼 밸브(20)의 자동 작동 및 볼 밸브(20) 내에서 볼(40)의 회전을 허용하도록 자동 구동 어셈블리(48)가 액추에이터(44)에 연결될 수 있다. 자동 구동 어셈블리(48)는 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 기어 박스와, 전기 모터와, 하우징(46) 및 통합된 컨트롤러(70) 내에 포함된 및 연관된 장치를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 액추에이터(44)는 도 7 내지 도 12를 참조하여 나중에 설명되는 바와 같은 온도 센서 기능을 갖는 스핀들(45)을 포함한다.
이 예에서, 볼 개스킷(50)(도 3)은 하우징(22) 내에서 볼(40)을 지지하고 한 쌍의 볼 개스킷 리세스에서의 단부 어댑터(32)와 다른 한 쌍의 볼 개스킷 리세스에서의 밸브 본체(30)를 맞물리게 하도록 돕는다. 액추에이터(44)는 볼(40)의 그루브 또는 노치(56) 내로 연결된 원위 단부를 갖는 스템(54)을 포함하여 액추에이터(44)를 통한 스템(54)의 회전에 따라 볼이 밸브 챔버(28) 내에서 회전될 수 있게 한다. 스템(54)은 이 예에서 스러스트 워셔에 얹혀 있고, 원위 단부가 볼(40)의 노치(56) 내로 정확하게 연결될 수 있도록, 하우징(22), 더욱 구체적으로는, 밸브 본체(30) 내에 형성된 수직 보어(62) 내에서 스템을 수용하고 안내하는 것을 돕는 O-링을 포함한다.
도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 단부 어댑터(32) 및 밸브 본체(30)에서 볼 오리피스(42)와 볼의 상류 및 하류에 있는 근위 부분들은 볼의 오리피스(42)와 동일한 직경을 갖는 직선 채널로서 구성되지만, 밸브 본체(30) 및 단부 어댑터(32) 모두에서 볼로부터 바깥을 향하여 테이퍼져서 하우징(22)의 양 단부에서 동일한 직경을 갖는 단부 부분과 흐름 채널을 형성한다. 이 구성은 볼 오리피스(42) 및 상류 및 하류 모두에서의 이의 중간 영역에서의 동일한 단면적과 오리피스보다 약간 더 큰 직경을 갖는 입구 및 출구 개구(24, 26)를 형성한다.
도 1 내지 4의 제1 실시예에 도시된 바와 같이, 제1 초음파 트랜스듀서(66)는 볼(40)의 상류에서 하우징(22) 내에 위치 설정되고, 제2 초음파 트랜스듀서(68)는 볼의 하류에서 하우징 내에 위치 설정된다. 도시된 예에서, 초음파 트랜스듀서(66, 68)는 액추에이터(44)와 일체인 개별 컨트롤러(70)에 연결되고 액추에이터(44)의 구동 어셈블리 또는 메커니즘(48)에 연결될 수 있다. 이 예에서, 유체 흐름의 방향에 대한 설계에 따라, 제1 초음파 트랜스듀서는 단부 어댑터(32)에 위치 설정되고, 다른 트랜스듀서(68), 예를 들어 제2 초음파 트랜스듀서는 밸브 본체(30)에 위치 설정된다. 단부 어댑터(32) 및 밸브 본체(30)는 모두 초음파 트랜스듀서(66, 68)를 수용하는 트랜스듀서 포트를 포함할 수 있다. 일례에서, 각각의 초음파 트랜스듀서(66, 68)는 초음파 펄스를 생성하기 위하여 당해 업계에서의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같은 압전 요소를 포함할 수 있다. 이 예에서, 각각의 초음파 트랜스듀서(66, 68)는 당해 업계에서의 통상의 기술자에게 알려진 기술에 의해 각각의 트랜스듀서 포트 내로 가압되거나 나사 결합될 수 있다.
이러한 종류의 트랜스듀서는 일례에서 압전 요소를 포함하는 송신기 회로(74)와, 수신기 회로(76)로서의 초음파 센서를 포함한다. 이러한 회로들(74, 76)은 초음파 신호를 송수신하도록 구성된다. 일부 초음파 유량계는 음파로서 초음파 펄스를 방출하는 하나, 둘 또는 더 많은 초음파 트랜스듀서를 이용할 수 있고, 펄스를 수신하지만 송신하지 않는 다른 센서를 포함할 수 있다. 다른 시스템은 초음파 신호의 감지 및 송신 모두를 위한 송신기 회로(74) 및 수신기 회로(76)를 포함하는 초음파 트랜스듀서를 사용할 수 있고 비한정적인 예에서 비행 시간 측정 또는 도플러 효과 측정을 이용할 수 있다.
이 예에서, 제1 및 제2 음향 반사기(84, 86)는 하우징(22) 내에 위치 설정된다. 이 예에서, 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서(66, 68)와 제1 및 제2 음향 반사기(84, 86)는 볼이 개방 위치에 있을 때 볼(40)의 오리피스(42)를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 반사하도록 정렬된다. 컨트롤러(70)는 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고 측정된 유체 속도와 오리피스(42) 및 전반적인 유체 채널의 단면적에 기초하여 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산한다. 온도 센서(82)는 컨트롤러(70)에 연결되고, 유체 온도를 측정하고 온도에 기초하여 유체 밀도 변화를 해명하고 유체의 부피를 결정하도록 구성된다. 그 다음, 유체 온도는 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 결정할 때 고려될 수 있다. 이 제1 실시예에서, 하우징(22) 내에 위치 설정된 제1 및 제2 음향 반사기(84, 86)는 각각 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 해당하는 음향 트랜스듀서(66, 68) 반대편에 장착된 수직 서포트(84a, 86a)를 포함한다. 각각의 수직 서포트(84a, 86a)는 초음파 신호의 송신된 방향에 따라 동일한 하류측 또는 상류측에 위치 설정된 해당하는 음향 트랜스듀서 내로 또는 다른 음향 반사기 내로 실질적으로 90°로 음향 신호를 반사하기 위하여 음향 반사기 표면(84b, 86b)를 포함한다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 수직 서포트가 밸브 본체(30) 및 단부 어댑터(32)에 의해 형성된 유체 채널 내로 위를 향하여 연장되기 때문에, 각각의 수직 서포트(84a, 86a)는 구멍이 뚤린 관통홀(84c, 86c)을 포함하여 유체가 각각의 수직 서포트를 통과하고 유체 흐름에 대한 더 적은 저항을 제공할 수 있게 한다. 이 예에서의 음향 반사기 표면(84b, 86b)은 하우징(22) 내에 형성된 흐름 채널의 길이 방향 축에 대한 45° 평면이고, 초음파 신호를 수신하여 다른 음향 반사기 내로 실질적으로 대략 90°로 이를 반사하거나, 초음파 신호를 수신하는 경우에, 이를 동일한 하류측 또는 상류측 상의 초음파 트랜스듀서 내로 실질적으로 대략 90° 반사한다. 수직 서포트(84a, 84b)는 해당하는 음향 트랜스듀서 반대편에 있는 각각의 하우징(22)에 내에 형성된 포트 내로 프레스 피트에 의해 고정되거나 나사 결합될 수 있다.
통합된 볼 밸브 및 초음파 유량계(120)의 제2 실시예가 도 5에 도시된다. 설명의 목적으로, 세부 사항에서는 다를 수 있지만 공통 기능을 갖는 공통 구성 요소는 100 시리즈의 번호로 시작한다. 이 실시예는 이 예에서 너트(223)에 의해 고정된 길이 방향 핸들(221)을 사용한다. 또한, 이는 단부 어댑터(132)와 밸브 본체(130)를 포함하지만, 도 1 내지 도 4의 제1 실시예에 도시된 것과는 상이한 구성을 갖는다. 더욱 구체적으로는, 밸브 본체(130)와 단부 어댑터(132)는 더 짧고, 더 컴팩트한 볼 밸브 및 통합된 초음파 유량계(120)를 형성한다. 볼 밸브(120)는 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서(166, 168)와, 송신기 회로(174) 및 수신기 회로(176)를 포함한다. 트랜스듀서(166, 168)는 이 예에서 볼(140)에 더 가까이 위치 설정된다. 이 예에서 상이한 점은 제1 및 제2 음향 반사기(184, 186)가 각각 하우징(122)의 내면 상에서 그리고 이 특정 예에서는 볼 오리피스(142) 내의 내면 상에서 통합된 기계 가공면으로서 형성되고 초음파 트랜스듀서(166, 168)과 정렬되어, 초음파 신호 신호의 송신 방향에 따라 해당하는 트랜스듀서 또는 다른 음향 반사기 내로 초음파 신호를 반사한다는 것이다.
도 5에 도시된 제2 실시예에서, 오리피스 내면은 기계 가공면으로서의 제1 및 제2 음향 반사기(184, 186)와, 제1 및 제2 음향 반사기(184, 186)와 정렬된 기계 가공면으로서의 제3 음향 반사기(187)를 포함하여, 초음파 신호를 반사하고, 다수의 반사, 이 예에서는 4개의 횡단 또는 반사를 제공한다. 이 예에서, 기계 가공면은 오리피스(142)의 내면 상에 형성되지만, 비한정적인 예에서 그리고 도 9 내지 도 12를 참조하여 도시되고 나중에 설명되는 바와 같이 밸브 본체(120) 또는 단부 어댑터(132)의 내면 상에 형성될 수 있다. 초음파 트랜스듀서는 펄스를 음향 반사기로의 방향으로 향하게 하도록 구성되고 조정될 수 있고, 따라서 정렬은 더욱 중요해지고 정렬은 아래에서 설명되는 바와 같은 정밀한 스레드 및 정렬 마크를 통해 이루어진다. 상이한 기계가 하우징 및 기계 가공된 반사기와 같은 다른 부재를 기계 가공하는데 사용될 수 있고, 이송 기계, CNC 기계, 단일 또는 다중 스핀들 기계를 포함한다. 상이한 재료가 상이한 컴포넌트에 대하여 사용될 수 있지만, 통상적으로, 밸브 본체(130)와 단부 어댑터(132)는 니켈 도금된 단조 볼로 제조된다. 액추에이터(44)와 스템(154)은 기계 가공된 황동 바(bar)로 형성될 수 있다. 이 구성은 도 1 내지 도 6의 모든 실시예에 적용될 수 있다.
트랜스듀서 및 임의의 반사기의 정렬이 정밀하여야 하기 때문에, 초음파 트랜스듀서(166, 168)와 음향 반사기(184, 186, 187)가 음향 반사기를 이용하여 초음파 펄스 신호를 전송 및 수신하기 위한 축 또는 정렬 상태에 있는 것을 보장하는 것이 어려울 수 있고, 이러한 이유로, 밸브 본체(130) 및 단부 어댑터(132)는 두 개의 컴포넌트를 함께 고정하고 트랜스듀서와 반사기 사이의 정렬을 보장하기 위해 게이지형(gauged) 스레드(190)를 사용한다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 너트 및 볼트를 플랜지(34) 및 관통홀(36)과 함께 사용하는 것이 정렬을 보장할 수 있지만, 도 5의 이 특정 예에서, 트랜스듀서 및 반사기의 정렬은 정렬을 보장하기 위하여 단부 어댑터(132) 및 밸브 본체(130) 상의 게이지형 스레드(190) 및 정렬 마크(192)의 사용에 의해 이루어질 수 있다. 위에서 언급된 바와 같은 상이한 기계가 컴포넌트 및 스레드의 제조에 사용될 수 있지만, 일례에서, CNC 제어를 갖는 자동화 기계는 함께 나사 결합되고 고정되며 정렬 마크(192)와 정렬된 밸브 본체(130) 및 단부 어댑터(132)를 구비한 볼 밸브(120)를 갖는데 필요한 특정 횟수의 스레드 회전을 수행할 수 있다. 따라서, 양 트랜스듀서는 임의의 반사기와 정렬될 것이다. 밸브 본체(130) 및 단부 어댑터(132)를 따라 정렬 마킹(112)을 정렬하고 유체가 흐르지 않을 때 테스트함으로써 정확한 어셈블리가 테스트될 수 있다.
200 시리즈로 참조 번호를 갖는 도 6에 도시된 제3 실시예에서, 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서(266, 268)는 하나의 트랜스듀서가 다른 트랜스듀서로 향하는 펄스를 방출하도록 음향 반사기의 사용 없이 서로 정렬된다. 정렬은, 정렬될 때 2개의 초음파 트랜스듀서(266, 268)가 서로 직접 정렬되도록, 특정 횟수의 회전 및 밸브 본체(230)와 단부 어댑터(232)를 따르는 정렬 마크(292)의 사용에 따라 나사(290)의 적절한 게이지 스레드 측정에 의해 보장된다.
도 5에 도시된 실시예를 다시 참조하면, 2개, 3개 또는 4개의 횡단이 되도록 설계되고 구성되고, 4개의 횡단이 도 5의 실시예에 도시된, 기계 가공된 음향 반사기를 통해 밸브(120)를 횡단하는 다수의 초음파 펄스를 생성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 오리피스(142)는 이전에 설명된 내면과, 내면 상에 형성되고 제1 및 제2 음향 반사기(184, 186)와 정렬된 제3 음향 반사기(187)를 형성하는 또 다른 기계 가공면을 가진다. 이러한 기계 가공면들이 오리피스 내에 도시되지만, 이들은 밸브 본체(130) 또는 단부 어댑터(132) 상에서 하우징(122) 내부의 다른 위치에서 기계 가공될 수 있다. 볼(140)은 볼 개스킷(150)을 이용한 정밀한 정렬 및 노치(156)를 통한 연결에서와 같이 정밀하게 정렬될 것이다. 임의의 반사기가 볼(140)의 내면 상에서 기계 가공되면, 노치(156)를 통한 볼의 정렬과 밸브 본체(130)와 단부 어댑터(132)의 정렬은 더욱 필수적이게 된다.
동작시, 초음파 트랜스듀서(66, 68) 및 임의의 음향 반사기(84, 86)를 이용한 초음파 유량계를 갖는 볼 밸브(20)는 다수의 경로를 통한 사운드 속도를 평균 계산할 수 있지만, 통상적으로 트랜스듀서를 이용하여 "핑(ping)"을 생성함으로써 작동되고 다른 트랜스듀서(또는 센서)가 음향 펄스를 수신하기 전에 경과된 시간을 측정한다. 초음파 경로는 일례에서 음향 펄스의 비행 시간의 합이 비행 링크의 합으로 나누어져 상류 방향으로 사운드의 평균 속도를 제공할 수 있도록 상류로 향할 수 있다.
또한, 설명된 바와 같은 통합된 초음파 유량계를 갖는 볼 밸브(20)는 밸브를 통과하는 물의 속도를 결정하기 위하여 도플러 효과 측정을 사용하고, 다른 예에서, 초음파 신호가 볼 밸브(20) 내부에서 2 이상의 고정점 사이를 통과하는데 필요한 시간량을 측정하는 통과 시간(transit time)을 이용한다. 한편, 도플러 효과를 이용할 때, 반사된 파의 주파수는 도플러 효과 때문에 상이하다. 유체가 더 빠르게 이동할 때, 주파수 편의(frequency shift)는 선형으로 증가하고, 컨트롤러(70)는 송신된 파와 이의 반사로부터의 신호를 처리하여 흐름 속도를 결정한다. 통과 시간 시스템을 이용할 때, 트랜스듀서들은 상류 방향 및 하류 방향 모두로 트랜스듀서들 사이에 초음파를 전송하고 수신할 것이다. 흐름이 없는 상태에서, 트랜스듀서(66, 68) 사이에서 상류 및 하류로 이동하기 위한 시간은 동일하지만, 흐르는 상태 하에서는, 상류 펄스는 더 느리게 이동할 것이고 더 빠른 하류 펄스보다 더 많은 시간이 걸릴 것이다. 유체가 더 빠르게 이동함에 따라, 상류 펄스 시간 및 하류 펄스 시간 사이의 차이는 증가하고, 컨트롤러(70)는 상류 펄스 시간 및 하류 펄스 시간을 처리하여 흐름 속도를 결정할 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 음향 반사기(84, 86)를 통한 제1 및 제2 트랜스듀서(66, 68) 사이의 경로는, 예를 들어 단일 경로이고, 단일 경로 센서를 형성하지만, 통합된 초음파 유량계(20)를 갖는 볼 밸브는 다중 경로를 위하여 설계될 수 있다. 일반적으로, 제1 펄스가 초음파 트랜스듀서(66)로부터 생성됨에 따라, "비행 시간" 측정의 시작을 표시하도록 시작 신호가 컨트롤러(70)에서 생성될 수 있다. 제2 초음파 트랜스듀서(68)에서 펄스가 수신되고, 컨트롤러(70)는 초음파 펄스가 수신된 시간을 표시하도록 정지 신호를 생성한다. 펄스가 하나의 트랜스듀서로부터 다음 트랜스듀서로 이동하는데 걸린 시간, 즉 시작 및 제1 정지 펄스 사이의 시간은 비행 시간이다. 도 1 내지 도 5에서와 같은 반사에 의해 또는 도 6에서와 같은 다른 트랜스듀서로의 직접 펄스 생성에 의해 펄스 신호가 다른 트랜스듀서에서 수신될 때, 그 수신하는 트랜스듀서는 반사를 통해 또는 직접 다른 트랜스듀서에 의해 수신된 초음파 펄스 세트를 전송하는 것으로 전환되어 새로운 비행 시간을 형성할 수 있다. 2개의 비행 시간 사이의 차이는 밸브 내의 매체, 유체 또는 가스의 속도에 비례한다. 기계 가공의 종류 및 볼 밸브 구성에 따른 교정(calibration) 인자가 있을 수 있다. 이 교정은 유체를 흘리기 위하여 연결되기 이전에 이루어질 수 있다. 유체 흐름의 평균 속도가 고려되고, 오리피스의 단면적 및 볼 밸브의 다른 부분이 고려된다.
또한, 볼 밸브 및 통합된 초음파 유량계(20)가 폐수 적용 또는 전도성이거나 물 기반인 더러운 액체에 사용되는 것과 같이 흐름에서 미립자 또는 기포를 필요로 하는 비침입 도플러 유량계로서 형성될 수 있다. 주파수 편이 또는 도플러 효과는 흐르는 액체에서의 이동하는 불연속에 의해 반사될 때 주파수를 변화시키는 물리적 음파를 이용할 수 있고, 불연속은 액체의 흐름 속도에 비례하는 약간 다른 주파수를 갖는 초음파 펄스를 반사한다. 일례에서, 유체는 100 미크론 또는 더 큰 부유 입자나 기포를 적어도 100 ppm(part per minute) 함유하여야 한다. 송신기 회로 및 반사기 회로를 모두 갖는 하나의 초음파 트랜스듀서가 2개의 초음파 트랜스듀서에 의해 사용될 수 있다.
이전에 언급되는 바와 같이, 스핀들(45)은 액추에이터(44)의 일부일 수 있다. 스핀들(45)은 스핀들이 하우징(22) 내에 회전할 수 있게 하는 O-링(45a)을 포함할 수 있다. 스핀들(45)의 원위 단부에 있는 돌출부(45b)는 스핀들이 회전될 때 볼도 회전하도록 볼(40)의 노치 내로 연결된다. 스핀들(45)은 온도 감지를 허용하는 스핀들을 통해 연장되는 온도 센서(82)를 포함할 수 있다. 이는 액추에이터 및 통합된 컨트롤러(70)에 더 가까운 온도 감지를 가능하게 하기 위하여 채널 위로의 유체 흐름을 허용하는 채널을 포함할 수 있다.
도 8은 하우징(22) 내에 수용된 스핀들(45)을 도시한다. 도 9 및 도 10은 도 11 및 도 12에 더 잘 도시된 바와 같이 기계 가공된 음향 반사기 표면(184, 186)을 포함하는 일 실시예에서 밸브 본체(130) 내에 수용된 스핀들(145)을 도시하는 다른 단면도이다. 기계 가공된 음향 반사기 표면(184, 186)은 트랜스듀서로부터의 "핑"이 정확하게 반사하는 것을 보장하도록 예를 들어 30%, 45% 또는 다른 각도로 교정되고 위치 설정된다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 음향 반사기 표면(184, 186)은 볼 영역의 외부에서 본체 내에서 기계 가공되고, 제3 음향 반사기 표면(187)은 일례에서 스핀들의 단부에서 또는 오리피스 내벽에서 기계 가공될 수 있다.
도 13은 거주지(402)와 같은 구내를 위한 수류 제어 시스템(400)(번호는 400 시리즈로 시작됨)의 상위 레벨 도면을 도시하고, 구내는 수도 본관(406)을 갖는 전술한 바와 같은 볼 밸브(420)와 세탁기, 화장실, 샤워기, 온수기 및 다른 물 이용 기기와 같은 물 시스템으로 연결된 복수의 기기(408)를 포함하는 물 시스템(404)을 포함한다. 컨트롤러(470)는 유체 흐름 측정 볼 밸브(420)가 부착된 각각의 기기(408)에 대하여 구성되고 구내 내부에서의 물의 소비를 측정하도록 구성된 물 사용량 시그니처를 갖는 메모리(471)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 그래픽 유저 인터페이스(473)가 컨트롤러(470)에 연결되고, 상태를 디스플레이하며, 물 시스템에 대한 데이터의 입력을 가능하게 한다. 또한, 이는 기기의 특정 시그니처를 포함한다. 시스템(400)은 이동 전화기와 같은 휴대용 통신 장치(410)에 연결될 수 있다. GUI(411)는 상태를 디스플레이하거나 데이터를 입력하기 위하여 전화기 상에 위치될 수 있다.
예를 들어, 통합된 유량계를 갖는 볼 밸브(420)는 하나의 단일 지점에서 아파트, 집 또는 거주지 내부에서의 물의 소비를 측정할 수 있을 것이다. 특정 구내에 대하여 맞추어질 수 있는 특정 알고리즘을 이용하여, 물(또는 가스 볼 밸브 및 유량계로서 사용되는 경우의 가스)의 구성과 소비는 각각의 기기에 대한 "시그니처"로서 등록되고, 시스템은 구내 내부에서 물 및 가스의 소비를 등록하고 분류할 수 있을 것이다. 컨트롤러(470)는 각각의 기기 또는 배관 정착물에 대하여 나누어진 실시간 물/가스 사용량을 이용하여 자가 학습할 수 있다. 이 시스템은 사실상 물 균형과 물 풋프린트를 허용하였다. 따라서, 소비에 대한 더 큰 통제력이 마련될 수 있고 기기들은 이에 따라 조정될 수 있다.
본 발명의 많은 수정 및 다른 실시예가 전술한 설명 및 연관된 도면에 제공된 교시의 이점을 갖는 당해 업계에서의 통상의 기술자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예들에 제한되지 않고, 수정 및 실시예들이 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것이 이해된다.

Claims (30)

  1. 입구 및 출구 개구와 밸브 챔버를 갖는 하우징;
    상기 밸브 챔버 내에 수용되고, 오리피스를 갖는 볼;
    상기 하우징에 의해 지지되고, 상기 하우징 내에서 상기 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 상기 볼을 회전시키기 위하여 상기 볼에 연결된 액추에이터;
    상기 볼의 상류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제1 초음파 트랜스듀서;
    상기 볼의 하류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제2 초음파 트랜스듀서;
    상기 하우징 내에 위치 설정된 제1 및 제2 음향 반사기; 및
    상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결된 컨트롤러
    를 포함하고, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 상기 제1 및 제2 음향 반사기는, 상기 볼이 개방 위치에 있을 때, 상기 볼의 상기 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 반사하도록 정렬되고, 상기 컨트롤러는, 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 상기 유체 속도와 상기 오리피스의 단면적에 기초하여 상기 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 볼 밸브에 연결된 스핀들과, 상기 스핀들이 갖고 있고 상기 컨트롤러에 연결되며 유체 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 음향 신호를 음향 트랜스듀서로 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 구성된 음향 반사기 표면을 갖는 상기 하우징 내에 장착된 상류 및 하류 수직 서포트(support)를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는 각각 초음파 신호의 송신 방향에 따라 초음파 신호를 음향 트랜스듀서 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 교정된 상기 하우징의 내면 내에 통합된 기계 가공면을 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 초음파 신호를 반사하고 다수의 반사를 제공하기 위하여 제1 및 제2 음향 반사기 표면과 함께 교정된 제3 음향 반사기 표면을 더 포함하는 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는 각각 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송신기 회로 및 수신기 회로를 포함하고, 상기 컨트롤러는 비행 시간(time-of-flight) 또는 도플러 효과에 기초하여 유체 속도를 결정하도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 액추에이터 내에 통합되며, 상기 구동 메커니즘에 연결되고, 개방 위치, 폐쇄 위치 또는 중간 위치 중에서 상기 볼을 회전시키기 위하여 상기 구동 메커니즘을 작동시키도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  8. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 유체 흐름 측정 볼 밸브가 부착된 물 시스템을 갖는 구내(premise)에서의 각각의 기기에 대하여 구성되고 상기 구내 내부에서의 물의 소비를 측정하도록 구성된 물 사용량 시그니처를 갖는 메모리를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  9. 함께 연결된 밸브 본체와 단부 어댑터를 포함하고, 입구 개구, 출구 개구 및 밸브 챔버를 형성하도록 구성된 하우징;
    상기 밸브 챔버 내에 수용되고, 오리피스를 갖는 교체 가능한 볼;
    상기 밸브 본체에 의해 지지되고, 상기 하우징 내에서 상기 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 상기 볼을 회전시키기 위하여 상기 볼에 연결된 액추에이터;
    상기 볼의 상류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제1 초음파 트랜스듀서;
    상기 볼의 하류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제2 초음파 트랜스듀서;
    상기 하우징 내에 위치 설정된 제1 및 제2 음향 반사기; 및
    상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결된 컨트롤러
    를 포함하고, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 상기 제1 및 제2 음향 반사기는, 상기 볼이 개방 위치에 있을 때, 상기 볼의 상기 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 정렬되고, 상기 컨트롤러는, 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 상기 유체 속도와 상기 오리피스의 단면적에 기초하여 상기 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  10. 제9항에 있어서, 상기 본체 및 상기 단부 어댑터는 각각 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서와 상기 제1 및 제2 음향 반사기를 정렬시키는 플랜지 및 관통홀을 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  11. 제9항에 있어서, 상기 본체 및 상기 단부 어댑터는 각각, 상기 본체 상으로 상기 단부 어댑터를 조립하기 위한 게이지형(gauged) 스레드와, 정렬시 상기 초음파 트랜스듀서 및 상기 음향 반사기가 정렬된 것을 나타내는 상기 본체 및 상기 단부 어댑터 상의 정렬 마크를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  12. 제9항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 볼 밸브에 연결된 스핀들과, 상기 스핀들이 갖고 있고 상기 컨트롤러에 연결되며 유체 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 음향 신호를 음향 트랜스듀서로 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 구성된 음향 반사기 표면을 갖는 상기 하우징 내에 장착된 상류 및 하류 수직 서포트를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는 각각, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 초음파 신호를 음향 트랜스듀서 또는 음향 반사기로 반사하도록 교정된 상기 하우징의 내면 내에 통합된 기계 가공면을 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  15. 제14항에 있어서, 초음파 신호를 반사하고 다수의 반사를 제공하기 위하여 제1 및 제2 음향 반사기 표면과 함께 교정된 제3 음향 반사기 표면을 더 포함하는 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는 각각, 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송신기 회로 및 수신기 회로를 포함하고, 상기 컨트롤러는 비행 시간 또는 도플러 효과에 기초하여 유체 속도를 결정하도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  17. 제9항에 있어서, 상기 액추에이터는 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 액추에이터 내에 통합되고, 상기 구동 메커니즘에 연결되고, 개방 위치, 폐쇄 위치 및 중간 위치 중에서 상기 볼을 회전시키기 위하여 상기 구동 메커니즘을 작동시키도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  18. 제9항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 유체 흐름 측정 볼 밸브가 부착된 물 시스템을 갖는 구내에서의 각각의 기기에 대하여 구성되고 상기 구내 내부에서의 물의 소비를 측정하도록 구성된 물 사용량 시그니처를 갖는 메모리를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  19. 함께 연결된 본체와 단부 어댑터를 포함하고, 입구 개구, 출구 개구 및 밸브 챔버를 형성하도록 구성된 하우징;
    상기 밸브 챔버 내에 수용되고, 오리피스를 갖는 볼;
    상기 하우징에 의해 지지되고, 상기 하우징 내에서 상기 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 상기 볼을 회전시키기 위하여 상기 볼에 연결된 액추에이터;
    상기 볼의 상류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제1 초음파 트랜스듀서;
    상기 볼의 하류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제2 초음파 트랜스듀서;
    상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결된 컨트롤러
    를 포함하고, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는, 상기 볼이 개방 위치에 있을 때, 상기 볼의 상기 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 반사하도록 정렬되고, 상기 컨트롤러는, 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 상기 유체 속도와 상기 오리피스의 단면적에 기초하여 상기 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성되고, 상기 본체와 단부 어댑터는 각각, 상기 본체 상으로 상기 단부 어댑터를 조립하기 위한 게이지형 스레드와, 정렬시 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서가 정렬된 것을 나타내는 상기 본체 및 단부 어댑터 상의 정렬 마커를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  20. 제19항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 볼 밸브에 연결된 스핀들과, 상기 스핀들이 갖고 있고 상기 컨트롤러에 연결되며 유체 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는 각각, 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송신기 회로 및 수신기 회로를 포함하고, 상기 컨트롤러는 비행 시간 또는 도플러 효과에 기초하여 유체 속도를 결정하도록 구성되는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  22. 제19항에 있어서, 제1 및 제2 음향 반사기를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 음향 신호를 음향 트랜스듀서로 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 구성된 음향 반사기 표면을 갖는 상기 하우징 내에 장착된 상류 및 하류 수직 서포트를 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  23. 제19항에 있어서, 제1 및 제2 음향 반사기를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는 각각, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 초음파 신호를 음향 트랜스듀서 또는 음향 반사기로 반사하도록 교정된 상기 하우징의 내면 내에 통합된 기계 가공면을 포함하는 것인 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  24. 제23항에 있어서, 초음파 신호를 반사하고 다수의 반사를 제공하기 위하여 제1 및 제2 음향 반사기 표면과 함께 교정된 제3 음향 반사기 표면을 더 포함하는 유체 흐름 측정 볼 밸브.
  25. 물 시스템과 상기 물 시스템으로 연결된 복수의 기기를 포함하는 구내를 위한 수류 제어 시스템으로서,
    상기 물 시스템 내로 연결된 유체 흐름 측정 볼 밸브를 포함하고,
    상기 유체 흐름 측정 볼 밸브는,
    입구 및 출구 개구와 밸브 챔버를 갖는 하우징;
    상기 밸브 챔버 내에 수용되고, 오리피스를 갖는 볼;
    상기 하우징에 의해 지지되고, 상기 하우징 내에서 상기 오리피스를 통한 유체 흐름을 허용하는 개방 위치와 유체 흐름을 방지하는 폐쇄 위치 사이에서 상기 볼을 회전시키기 위하여 상기 볼에 연결된 액추에이터;
    상기 볼의 상류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제1 초음파 트랜스듀서;
    상기 볼의 하류에서 상기 하우징 내에 위치 설정된 제2 초음파 트랜스듀서; 및
    상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서에 연결된 컨트롤러
    를 포함하고, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는, 상기 볼이 개방 위치에 있을 때, 상기 볼의 상기 오리피스를 통해 적어도 하나의 방향으로 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 정렬되고, 상기 컨트롤러는 측정된 사운드 속도에 기초하여 유체 속도를 결정하고, 측정된 상기 유체 속도와 상기 오리피스의 단면적에 기초하여 상기 오리피스를 통과하는 유체의 부피를 계산하도록 구성되고, 상기 컨트롤러는, 상기 구내에서의 각각의 기기에 대하여 구성되고 상기 구내 내부에서의 물의 소비를 측정하도록 구성된 물 사용량 시그니처를 갖는 메모리와, 상태를 디스플레이하고 기기의 특정 시그니처와 상기 물 시스템의 데이터를 입력하기 위하여 상기 컨트롤러에 연결되는 그래픽 사용자 인터페이스를 포함하는 것인 수류 제어 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 볼 밸브에 연결된 스핀들과, 상기 스핀들이 갖고 있고 상기 컨트롤러에 연결되며 유체 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 것인 수류 제어 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제1 및 제2 초음파 트랜스듀서는 각각, 초음파 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송신기 회로 및 수신기 회로를 포함하고, 상기 컨트롤러는 비행 시간 또는 도플러 효과에 기초하여 유체 속도를 결정하도록 구성되는 것인 수류 제어 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 제1 및 제2 음향 반사기를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 음향 신호를 음향 트랜스듀서로 또는 음향 반사기 표면으로 반사하도록 구성된 음향 반사기 표면을 갖는 상기 하우징 내에 장착된 상류 및 하류 수직 서포트를 포함하는 것인 수류 제어 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 제1 및 제2 음향 반사기를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 음향 반사기는 각각, 초음파 신호의 송신 방향에 따라 초음파 신호를 음향 트랜스듀서 또는 음향 반사기로 반사하도록 교정된 상기 하우징의 내면 내에 통합된 기계 가공면을 포함하는 것인 수류 제어 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 초음파 신호를 반사하고 다수의 반사를 제공하기 위하여 제1 및 제2 음향 반사기 표면과 함께 교정된 제3 음향 반사기 표면을 더 포함하는 수류 제어 시스템.
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