KR20200120244A - 수평 배관의 수위 검출 장치 및 유체 흐름 검출 시스템 - Google Patents

수평 배관의 수위 검출 장치 및 유체 흐름 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

수평 배관 내부로 형성되는 유체 경로에서 유체의 수위를 검출하기 위한 수위 검출 장치는, 상기 유체 경로 중 임의의 위치에서 상기 유체 경로의 내면에 설치되어 유체에 접촉 가능하도록 형성되는 양전극과 음전극을 포함하고, 상기 양전극과 상기 음전극에 전원을 연결하여 상기 양전극과 상기 음전극의 사이에서 단선되는 전기 회로를 구성하고, 상기 양전극 및 상기 음전극과 상기 유체의 접촉 여부에 따른 상기 전기 회로의 저항 값을 이용해 유체의 수위를 검출한다.

Description

수평 배관의 수위 검출 장치 및 유체 흐름 검출 시스템{Fluid level detection device and fluid flowing detection system for horizontal pipe}
본 발명은 수평 배관의 수위 검출 장치 및 유체 흐름 검출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지면에 대해 수평으로 연장되는 수평 배관의 내부로 형성되는 유체 경로에서 유체의 수위를 검출하기 위한 수위 검출 장치 및 이를 이용하여 수평 배관의 유체 경로의 막힘 여부 등을 확인할 수 있는 유체 흐름 검출 시스템에 관한 것이다.
기름이나 산업용수와 같은 유체를 장거리 운송하는 산업 배관이나 도시에서 상하수와 같은 유체를 운송하는 생활 배관 등은 일반적으로 지면에 대해 수평으로 연장되는 수평 배관으로 구성된다.
이러한 수평 배관 내에서 운송하는 유체의 흐름을 정확히 파악하여 동절기 유체의 결빙이나 오물 등에 의한 배관 막힘 현상을 방지함으로써 관련 시설의 유지 관리를 원활히 할 필요가 있다.
수평 배관의 유체의 흐름을 파악하고 제어하기 위해서는 수평 배관의 유체 경로의 유체의 수위를 검출할 필요가 있다.
종래의 수위 검출 장치는 대부분 정수조나 탱크와 같이 유체가 고여 있는 용기에서 유체의 수위를 측정하기 위한 것이다(특허문헌 1).
특허문헌 1에 따르면, 탱크 중간에 수직으로 삽입되는 전극봉을 이용하여 수위를 검출하고 있다. 이와 같은 전극봉은 탱크와 같이 유체가 고여 있는 경우 적절히 이용될 수 있으나, 유체가 수평으로 빠른 속도로 유동하는 수평 배관에서는 전극봉이 유체와 간섭을 일으켜 파손되거나 흐름을 방해할 수 있어 채용이 어렵다는 문제가 있다.
이러한 전극봉 형태 외에 유체의 부력을 이용한 플로우트식이나 초음파식의 수위 검출 장치가 있으나, 이러한 형태 모두 유체가 고여 저장되는 탱크에 적합한 구조이고 설치가 어렵다.
따라서, 종래에는 수평 배관을 이루는 배관 부재마다 유리 등으로 된 투명한 사이드 글라스(side glass)를 설치하여 수평 배관에서 유체의 수위와 흐름을 감시하고 있다.
그러나, 사이드 글라스는 유체가 오염되면 오염물에 의해 탁색 또는 변색되어 장기간 사용이 어렵고, 수평 배관이 지하에 매설되는 경우 활용이 쉽지 않다는 문제점이 있다. 또한, 배관 부재에 사이드 글라스를 형성함으로써, 단가가 증가하고, 배관 부재의 강성이 약해질 수 있다.
일본 공개특허 특개평9-133567호
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수평 배관을 흐르는 유체에 저항하지 않아 내구성이 우수하고, 설치가 용이하며, 작동이 간편한 수평 배관에 적합한 수위 검출 장치 및 유체 흐름 검출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수평 배관 내부로 형성되는 유체 경로에서 유체의 수위를 검출하기 위한 수위 검출 장치로서, 상기 유체 경로 중 임의의 위치에서 상기 유체 경로의 내면에 설치되어 유체에 접촉 가능하도록 형성되는 양전극과 음전극을 포함하고, 상기 양전극과 상기 음전극에 전원을 연결하여 상기 양전극과 상기 음전극의 사이에서 단선되는 전기 회로를 구성하고, 상기 양전극 및 상기 음전극과 상기 유체의 접촉 여부에 따른 상기 전기 회로의 저항 값을 이용해 유체의 수위를 검출하는 수위 검출 장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 수위 검출 장치는, 복수의 양전극과 복수의 음전극을 포함하고, 상기 복수의 양전극은 서로 다른 높이에 위치하도록 상기 내면의 둘레 방향을 따라 설치되고, 상기 복수의 음전극은 서로 다른 높이에 위치하도록 상기 내면의 둘레 방향을 따라 설치된다.
일 실시예에 따르면, 수위 검출 장치에서 양전극과 음전극이 각각 하나씩 짝을 이루어 동일한 높이에서 서로 마주하도록 상기 내면에 설치된다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 양전극은 도선에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 음전극은 다른 도선에 의해 서로 전기적으로 연결되며, 상기 전기 회로의 저항 값을 이용해 상기 유체의 수위를 상기 양전극과 상기 음전극의 높이에 대응하여 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 양전극은 복수의 도선에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 음전극은 복수의 도선에 각각 전기적으로 연결되며, 동일한 높이에서 서로 마주하여 설치되는 한 쌍의 양전극과 음전극이 각각 하나의 단선된 전기 회로를 구성하고, 각각의 전기 회로의 저항 값을 이용해 상기 유체의 수위를 상기 양전극과 상기 음전극의 높이에 대응하여 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 수위 검출 장치는, 길게 연장되는 양전극과, 길게 연장되는 음전극을 포함하고, 상기 양전극과 상기 음전극은 그 길이 방향이 상기 내면의 둘레 방향으로 연장되도록 설치되고, 상기 유체의 수위에 따른 상기 전기 회로의 저항 값의 변화를 이용해 상기 유체의 수위를 실시간으로 수치화한다.
일 실시예에 따르면, 절연성 및 가요성을 가지는 필름 부재가 상기 내면을 따라 부착되고, 상기 양전극과 상기 음전극은 상기 유체와 접촉 가능하게 노출되도록 상기 필름 부재에 설치된다.
일 실시예에 따르면, 상기 양전극과 상기 음전극 각각에 연결되는 도선은 상기 필름 부재에 내부에 매설된다.
일 실시예에 따르면, 상기 수평 배관은 복수의 배관 부재가 연결되어 형성되고, 상기 수위 검출 장치는, 두 배관 부재의 이음부에 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 형성되는 통공을 포함하고, 상기 통공은 상기 배관 부재와 유체 연통되어 상기 유체 경로의 일부를 형성하고, 상기 양전극과 음전극은 상기 통공의 내면에 설치된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수평 배관 내부의 유체 경로를 흐르는 유체의 흐름을 검출하기 위한 유체 흐름 검출 시스템으로서, 상기 유체 경로 중 복수의 위치에 상기 수위 검출 장치가 각각 설치되고, 복수의 위치에 설치된 각각의 수위 검출 장치에서 검출되는 유체의 수위의 차이를 비교하여, 각각의 수위 검출 장치 사이의 유체 경로의 막힘 여부를 검출하는 유체 흐름 검출 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 검출 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 수위 검출 장치가 설치된 수평 배관의 개략적인 단면도이다.
도 3은 수위 검출 장치에 형성되는 전극 및 도선 배치의 변형예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 흐름 검출 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다.
수위 검출 장치(100)는 원형의 판 형태인 몸체(110)와, 몸체(110)의 중앙에서 몸체(110)를 전후 방향으로 관통 형성되는 원형의 통공(120)을 포함한다.
통공(120)의 내면(121)에는 내면(121)의 둘레 방향을 따라 복수의 양전극(130)과 음전극(140)이 설치된다. 양전극(130)과 음전극(140)은 예를 들어 금속판과 같은 도체이다.
본 실시예에 따르면, 5개의 양전극(131 내지 135)과 5개의 음전극(141 내지 145)이 각각 몸체(110)의 상하 방향으로 서로 다른 높이에 위치하도록 통공(120)의 내면(121)의 둘레 방향을 따라 설치된다.
본 실시예에 따르면, 5개의 양전극(131 내지 135)과 5개의 음전극(141 내지 145)이 각각 하나씩 짝을 이루어 동일한 높이에서 서로 마주하도록 내면(121)에 설치된다.
양전극(130)과 음전극(140)이 내면(121)에 서로 마주하도록 설치된다는 것은, 몸체(110)를 수직으로 가르는 수직선을 기준으로 좌우에 위치하는 내면(121)의 절반면에 양전극(130)과 음전극(140)이 각각 배치되며, 통공(120)의 관통 방향으로의 위치가 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다.
5개의 양전극(131 내지 135)은 제1 도선(160)에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 5개의 음전극(141 내지 145)은 제2 도선(170)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
본 실시예에 따르면, 양전극(130)과 음전극(140)은 통공(120)을 통과하는 유체와 접촉할 수 있도록 통공(120)에 노출되어 있고, 도선(160, 170)은 유체와 접촉하지 못하도록 배치되어 있다.
예를 들어, 전극(130, 140))과 도선(160, 170)을 금형 내부에 고정하고, 합성 수지 등의 절연성을 가지는 재료로 몸체(110)를 몰딩함으로써, 전극(130, 140)의 일면이 통공(120)의 중심으로 노출되고 도선(160, 170)이 몸체(110)의 내부에 매설되는 구조를 형성할 수 있다. 다르게는, 전극(130, 140)을 몸체(110)의 통공(120)의 내면(121)에 부착하고, 절연성 물질로 피복된 도선(160, 170)을 전극(130, 140)에 연결함으로써, 수위 검출 장치(100)를 형성할 수도 있다.
다만, 전자의 경우 몸체(110)를 형성하는 재료가 비절연성 물질로 한정되어 몸체(110)에 요구되는 강성 및 내구성을 만족하는 재료를 선택하는데 어려움이 있을 수 있고, 몸체(110)의 제조 방법도 제한적일 수 있다. 후자의 경우, 통공(120)을 통과하는 유체의 흐름에 의해 전극(130, 140) 및 도선(160, 170)이 파손되기 쉬워서 수위 검출 장치(100)의 내구성이 저하될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 절연성 및 가요성을 가지는 얇은 필름 부재(150)를 형성하고, 필름 부재(150)에 전극(130, 140) 및 도선(160, 170)이 형성된다. 본 실시예에 따르면, 예를 들어, 전극(130, 140))과 도선(160, 170)을 금형 내부에 고정하고, 합성 수지 등의 절연성을 가지는 재료를 금형에 부어 가요성을 가지는 필름 부재(150)를 성형한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 필름 부재(150)는 통공(120)의 내면(121)을 따라 연장되며, 필름 부재(150)의 일면이 접착제 등을 이용해 통공(120)의 내면(121)에 부착된다. 설명의 편의를 위해 도 1에서는 필름 부재(150)의 두께가 과장되어 크게 도시되어 있다는 점이 이해되어야 할 것이다.
양전극(130)과 음전극(140)은 필름 부재(150)에 박혀 있는 형태로 고정되어 있지만, 양전극(130)과 음전극(140)은 통공(120)을 향해 노출되어 통공(120)을 통해 흐르는 유체와 접촉할 수 있도록 되어 있다. 반면, 제1 도선(160)과 제2 도선(170)은 필름 부재(150)의 내부에 매설되어 유체와 접촉하지 않도록 위치한다.
본 실시예에 따르면, 필름 부재(150)는 고리형을 이루는 하나에 필름에 양전극(130) 및 음전극(140)이 모두 설치된 구조이지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양전극(130) 및 음전극(140)이 각각 설치된 두 장의 필름을 통공(120)의 내면(121)의 절반면에 각각 부착하여도 좋다.
본 실시예에 따르면, 통공(120)의 내면(121)에 부착되는 필름 부재(150)를 통해 전극(130, 140)과 도선(160, 170)을 고정 유지하므로, 몸체(110)는 필름 부재(150)와 달리 일정한 강성 조건 등을 만족할 수 있는 재료를 선택하고 재료에 맞는 제조 방법을 선택하여 제조될 수 있다. 또한, 필름 부재(150)가 넓은 접촉 면적을 가지고 내면(121)에 고정되며, 전극(130, 140) 및 도선(160, 170)이 통공(120)을 통과하는 유체의 흐름을 간섭하지 않도록 필름 부재(150)의 안쪽에 위치하므로 수위 검출 장치(100)의 내구성 및 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 최상단에 위치하는 제1 양전극(131) 및 제1 음전극(141)으로부터 연장되는 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)의 단부는 몸체(110)의 외부로 연장된다.
몸체(110)에는 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)의 단부가 지나갈 수 있는 경로가 형성되어도 좋다. 이 경우, 상기 경로는 몸체(110)를 관통하는 관통공이거나 몸체(110)의 일면에 형성되는 홈일 수 있다.
몸체(110)의 재료에 따라 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)의 단부는 절연성 재료로 피복되어도 좋고, 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)의 단부와 몸체(110) 사이에는 수밀을 위한 구조가 형성되어도 좋다.
몸체(110)의 외부로 연장된 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)의 단부에는 제어 상자(180)가 연결될 수 있다. 제어 상자(180)는 몸체(110)의 외부의 다른 위치에 설치되는 고정식 장치(도 2 참조)여도 좋고, 작업자가 휴대하여 필요에 따라 외부로 노출된 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)에 연결될 수 있는 휴대식 장치여도 좋다.
제어 상자(180)는 전원으로서 예를 들어 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)에 전압을 인가할 수 있는 전압원(181)을 구비한다. 전원이 전압원(181)인 경우 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)을 흐르는 전류를 측정할 수 있는 전류계(183)가 구비된다.
제어 상자(180)는 전원으로서 예를 들어 제1 도선(160)으로 전류를 인가할 수 있는 전류원(184)을 구비할 수도 있고, 이 경우 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)에 인가되는 전압을 측정할 수 있는 전압계(182)가 구비된다.
본 실시예에 따르면, 이와 같은 제어 상자(180)의 전원이 제1 도선(160) 및 제2 도선(170)에 연결되면, 양전극(130)과 음전극(140)의 사이(최하단의 제5 양전극(135)과 제5 음전극(145)의 사이)에서 단선되는 전기 회로가 구성된다.
본 실시예에 따르면, 제어 상자(180)는 컴퓨터(185) 및 무선 통신 모듈(186)을 포함한다. 무선 통신 모듈(186)은 반드시 구비된 필요는 없고, 제어 상자(180)는 유선 통신하도록 구성되어도 좋지만, 지하에 매설되는 장거리 수평 배관의 경우 무선 통신 모듈(186)을 이용함으로써, 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.
컴퓨터(185)는 무선 통신 모듈(186)를 통해 전송된 제어 지령을 통해 전원(181 또는 184)이 소정의 전원을 전기 회로에 인가하도록 한다. 또한, 컴퓨터(185)는 전원으로부터 전기 회로에 인가된 전압 또는 전류 값과 측정된 전류 또는 전압 값을 통해 전기 회로의 저항을 계산하고 나아가 수위 검출 값을 출력할 수 있다.
무선 통신 모듈(186)은 외부로부터 전송된 신호를 컴퓨터(185)로 전달하거나, 컴퓨터(185)통해 출력된 결과 값을 외부로 전송한다.
상기한 구성의 수위 검출 장치(100)를 이용한 수위 검출 방법에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.
본 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)는 수평으로 연장되는 수평 배관 내부로 형성되는 유체 경로에서 유체의 수위를 검출하는 장치이다.
도 2는 수위 검출 장치(100)가 설치된 수평 배관(1)의 개략적인 단면도이다.
수평 배관(1)은 기름이나 물 등의 유체를 수송하기 위한 산업용 배관 또는 상하수 등의 유체를 수송하기 위한 생활용 배관일 수 있다. 수평 배관(1)은 지면을 따라 수평을 연장되며, 지상에 설치되거나 지하에 매설되어 있어도 좋다.
수평 배관(1)은 복수의 배관 부재(10, 20)가 길게 연장되어 형성된다. 각각의 배관 부재(10, 20)의 단부에는 주몸체의 직경보다 대경인 플랜지(11, 21)가 형성된다. 각각의 플랜지(11, 21)에는 그 둘레 방향을 따라 복수의 볼트 체결공(12, 22)이 관통 형성되어 있다. 두 배관 부재(10, 20)를 일렬로 플랜지(11, 21)를 서로 맞닿게 하고, 볼트 체결공(12, 22)에 볼트(30)를 체결함으로써, 수평 배관(1)이 필요한 길이만큼 연장될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 배관 부재(10, 20)는 직선형 구조를 가지지만, 필요에 따라서 두 배관 부재 중 하나 이상은 중간부가 굴절되어 있을 수도 있다.
본 실시예에 따른 수위 검출 장치(1)는 몸체(110)가 두 배관 부재(10, 20)의 이음부 즉, 마주하는 플랜지(11, 21) 사이에 설치된다.
본 실시예에 따르면, 수위 검출 장치(1)의 몸체(110)의 외경은 대략 플랜지(11, 21)의 외경과 실질적으로 동일하게 형성된다.
몸체(110)에는 플랜지(12, 22)의 볼트 체결공(12, 22)의 위치에 대응하도록 복수의 볼트 체결공(111)(도 1 참조)이 형성된다.
두 개의 배관 부재(10, 20)를 이을 때, 배관 부재(10, 20)의 사이에 수위 검출 장치(1)의 몸체(110)를 위치시키고, 볼트 체결공에 볼트(30)를 끼워 고정함으로써, 수위 검출 장치(1)가 수평 배관(1)의 일부로서 설치된다. 이때, 플랜지(12, 22)와 몸체(110) 사이에는 누수를 방지하기 위한 수밀 패드(60)가 끼워져도 좋다.
수위 검출 장치(1)의 통공(120)의 내경(정확하게는, 통공(120)의 내벽(121)에 부착된 필름 부재(150)의 내경)은 배관 부재(10, 20) 내부의 중공의 내경과 실질적으로 동일하다.
수위 검출 장치(100)의 통공(120)은 배관 부재(10, 20)의 내부의 중공과 유체 연통되어, 배관 부재(10, 20)의 내부의 중공과 함께 수평 배관(1)에서 유체가 흐르는 유체 경로(40)를 형성한다. 즉, 수위 검출 장치(100)의 통공(120)은 수평 배관(1)의 내부로 형성되는 유체 경로(40)의 일부가 된다.
수평 배관(1)의 유체 경로(40)를 흐르는 유체는 그 수위에 따라서 수위 검출 장치(100)의 전극(130, 140)에 접촉하게 된다.
예를 들어, 수평 배관(1)이 하수관으로, 유체 경로(40)를 흐르는 유체에 오물 등이 섞여 있는 경우에는, 유체의 흐름 방향에서 상류측에 위치한 배관 부재(10)의 내부에는 거름판(50)이 설치되어도 좋다. 거름판(50)에 의해 유체에 섞인 덩어리들이 수위 검출 장치(100)로 최대한 흐르지 않도록 하고, 거름판(50)의 통공(51)을 통해 오물이 최대한 걸러진 유체가 수위 검출 장치(100)에 도달하도록 한다.
다시 도 1을 참조하면, 유체 경로(40)를 흐르는 유체가 일정한 수위에 도달하면, 해당 수위 이하의 높이에 위치하는 양전극(131 내지 135)과 음전극(141 내지 145)이 유체에 접촉하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 수위(WL1)인 경우, 두 개의 양전극(134, 135)과 두 개의 음전극(144, 145)이 유체와 접촉하게 된다. 제1 수위(WL1) 보다 높은 제2 수위(WL2)인 경우, 세 개의 양전극(133, 134, 135)과 세 개의 음전극(143, 144, 145)이 유체와 접촉하게 된다.
본 실시예에 따르면, 제5 양전극(135)과 제5 음전극(145)은 통공(120)의 최하점과 인접하여 배치되어 실질적으로 수위가 0%인 높이에 배치되고, 제1 양전극(131)과 제1 음전극(141)은 통공(120)의 최정점과 인접하여 배치되어 실질적으로 수위가 100%인 높이에 배치된다. 이와 마찬가지로, 제2 양전극(132)과 제2 음전극(142)은 수위가 75%인 높이에, 제3 양전극(133)과 제3 음전극(143)은 수위가 50%인 높이에, 그리고 제4 양전극(134)과 제4 음전극(144)은 수위가 25%인 높이에 배치된다.
즉, 유체와 접촉한 양전극과 음전극의 높이를 특정할 수 있다면, 현재의 유체의 수위를 나타낼 수 있게 된다.
수위 검출 장치(100)에서 유체가 양전극과 음전극에 동시에 접촉하면, 유체에 의한 전기 흐름이 발생하여, 단선된 전기 회로가 연결된다.
즉, 유체는 일종의 전기 회로의 저항으로 작용하게 되며, 유체의 수위에 따라 유체와 접촉하는 양전극과 음전극의 수에 따라서 전기 회로의 저항 값은 달라지게 된다.
본 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)는 양전극 및 음전극과 유체의 접촉 여부에 따른 전기 회로의 저항 값을 이용하여 유체의 수위를 검출하게 된다.
제어 상자(180)의 컴퓨터(185)에는 소정 값의 전원을 인가하였을 때, 유체 경로(40)를 통과하는 유체의 종류 및 유체와 접촉하는 양전극과 음전극의 수에 따른 전기 회로의 저항 값이 미리 실험 등을 통해 도출되어 저장되어 있다.
예를 들어, 전원으로 전류원(181)을 이용하였을 때, 전기 회로에 소정 값의 전류를 흘리면, 전압계(183)를 통해 전압이 측정되고, 컴퓨터(185)는 옴의 법칙(전압 = 전류×저항)에 따라서 전기 회로의 저항 값을 계산할 수 있다. 컴퓨터(185)는 계산된 저항 값과 이미 저장된 저항 값을 비교한다.
수평 배관(1)을 흐르는 유체의 종류는 이미 알고 있으므로, 컴퓨터(185)는 저항 값 비교를 통해 유체와 접촉한 양전극과 음전극의 개수를 도출할 수 있다.
예를 들어, 유체와 접촉한 양전극과 음전극의 수가 4개이면, 현재 수위는 유체 경로(40)의 25% 수준이고, 유체와 접촉한 양전극과 음전극의 수가 6개이면, 현재 수위는 유체 경로(40)의 50% 수준이다.
다만, 본 명세서 및 청구범위에 기재된 "전기 회로의 저항 값을 이용"한다는 것은 전기 회로의 저항 값을 계산하고 그 값을 직접 이용한다는 것만을 의미하는 개념이 아니다.
예를 들어, 전원이 전류원(181)일 때, 컴퓨터(185)에는 소정 값의 전류를 전기 회로에 인가하였을 때, 유체 경로(40)를 통과하는 유체의 종류 및 유체와 접촉하는 양전극과 음전극의 수에 따라 출력되는 전기 회로의 전압 값이 저장되어 있어도 좋다. 이 경우, 컴퓨터(185)는 저항 값의 계산 없이 전압계(183)를 통해 측정되는 전압 값을 미리 저장된 전압 값과 비교해 유체와 접촉한 양전극과 음전극의 수를 도출할 수도 있다.
마찬가지로, 전원이 전압원(184)일 때, 컴퓨터(185)에는 소정 값의 전류를 전기 회로에 인가하였을 때, 유체 경로(40)를 통과하는 유체의 종류 및 유체와 접촉하는 양전극과 음전극의 수에 따라 출력되는 전기 회로의 전류 값이 저장되어 있어도 좋다. 이 경우, 컴퓨터(185)는 전류계(182)를 통해 측정되는 전류 값을 미리 저장된 전류 값과 비교해 유체와 접촉한 양전극과 음전극의 수를 도출할 수도 있다.
즉, 본 명세서 및 청구범위에 기재된 "전기 회로의 저항 값을 이용"한다는 것은 인가하는 전원에 대해 옴의 법칙을 통해 도출할 수 있는 전기 회로의 다른 요소 값(예를 들어, 전류를 인가하였을 때, 전압 및/또는 저항 값)을 이용한다는 것을 의미한다는 점이 이해되어야 할 것이다.
본 실시예에 따르면, 전기 회로의 저항 값을 이용하여 유체의 수위를 양전극과 음전극의 높이에 대응하여 나타낸다(즉, 0, 25, 50, 75, 100%).
도 1을 참조하면, 제1 수위(WL1)는 실제로는 유체 경로(40)의 25% 수준을 넘어서지만, 유체가 더 차올라 제3 양전극(133)과 제3 음전극(143)에 접촉하지 않는 수준에서는 전기 회로의 저항 값은 동일하다. 이 경우, 컴퓨터(185)는 현재 수위를 25%로 판단하고, 해당 결과 값을 무선 통신 모듈(186)을 통해 중앙 제어 장치(미도시)로 전송한다. 중앙 제어 장치는 25%의 결과 값이 전송되는 경우, 현재 수위를 25% 이상 50% 미만의 수준으로 판단할 수 있다. 제2 수위(WL2)의 경우 현재 수위를 50%로 도출하며, 50%의 결과 값의 경우, 현재 수위를 50% 이상 75% 미만으로 판단할 수 있다. 이러한 수위 검출 값은 수평 배관(1)의 유체 수위를 제어하는 자동 제어의 데이터로 이용될 수 있다.
수평 배관(1)의 경우 유체가 머물러 있지 않고, 유체 경로(40)를 통해 흐르므로, 일정한 양의 유체를 흘려 보내더라도 유체 경로(40)의 지점에 따라서 수위가 조금씩 계속 변동할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 소정의 갭(gap) 이상으로 (예를 들어, 25%에서 50% 수준으로) 변동하는 경우에만, 수위 변화를 인지하도록 함으로써, 상시 전원을 사용하는 경우 컴퓨터(185)의 작동 부담을 방지할 수 있게 되어, 수위 검출 장치(100)의 사용 연한을 증가시킬 수 있다.
수위 변화를 인지하는 갭을 줄여 정확도를 높이고자 하는 경우에는 수위 검출 장치(100)에 형성되는 전극의 수를 증가시키면 된다.
본 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)는 예를 들어, 유체 경로(40) 내의 유체의 수위가 의도된 수준을 만족하는지 여부를 파악하여 수평 배관(1)의 경로 중 막힘이 발생하였는지 여부 등을 확인하는데 적절히 이용될 수 있다.
다만, 이에 한정되지 않으며, 전극의 형태 등을 달리하여 정확한 수위 검출을 할 수도 있다.
도 3은 수위 검출 장치(1)에 이용될 수 있는 다른 형태에 따른 전극 및 도선 배치를 도시한 것이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 필름 부재를 반으로 잘라 나란히 도시하고 있다.
도 3(a)는 상술한 실시예의 전극 및 도선의 배치를 도시한 것이다. 즉, 복수의 양전극(131 내지 135) 및 음전극(141 내지 145)이 필름 부재(150)를 따라 간격을 가지고 배치되고, 양전극(131 내지 135)은 하나의 제1 도선(160)에 의해 전기적으로 연결되고, 음전극(141 내지 145)은 하나의 제2 도선(170)에 의해 전기적으로 연결된다.
이와 달리, 도 3(b)에 따르면, 길게 연장되는 하나의 양전극(130)과 하나의 음전극(140)이 필름 부재(150)를 따라 형성된다. 양전극(130)과 음전극(140)은 필름 부재(150)를 따라 구부러질 수 있는 가요성을 가져도 좋다.
필름 부재(150)를 통공(120)의 내면(121)에 설치함에 따라서, 양전극(130)과 음전극(140)은 그 길이 방향이 내면(121)의 둘레 방향으로 연장되도록 설치된다.
양전극(130)에는 하나의 제1 도선(160)이 전기적으로 연결되고, 음전극(140)에는 하나의 제2 도선(170)이 전기적으로 연결된다. 제1 도선(160)과 제2 도선(170)에 전원을 연결하면, 양전극(130)과 음전극(140)의 단부에서 단선된 전기 회로가 형성된다.
이와 같은 형태의 양전극(130)과 음전극(140)을 통공(120)의 내면(121)에 설치하는 경우, 유체 경로(40)의 수위에 따라서, 유체가 양전극(130)과 음전극(140)에 접촉하는 면적이 변화하게 된다. 이에 따라서, 전체 전기 회로의 저항 값이 변화한다. 이때, 접촉 면적과 저항 값은 비례하는 특성을 가지게 된다. 실험 등을 통해 유체 종류에 따른 전극과 유체의 접촉 면적과 전기 회로의 저항 값의 비례 상수를 결정할 수 있다.
따라서, 전기 회로에 전원을 인가하여 검출되는 전기 회로의 저항 값을 이용해 전극과 유체의 접촉 면적을 계산할 수 있다. 상술한 바와 같이, 양전극(130)과 음전극(140)은 통공(120)의 내면(121)의 둘레 방향을 따라 연장되므로, 전극과 유체의 접촉 면적을 통해 유체의 수위를 수치화하여 나타낼 수 있다.
유체의 수위가 변함에 따라서 전극과 유체의 접촉 면적도 실질적으로 실시간으로 변화하므로, 본 실시예에 따르면, 전기 회로의 저항 값의 변화를 확인하여 유체의 수위를 실시간으로 수치화하여 나타낼 수 있다.
본 실시예에 따른 수위 검출 장치(1)는 유체 경로(40) 내의 수위를 정밀하게 제어하고 실시간 감시가 필요한 경우 적절하다.
도 3(c)는 다른 실시 형태에 따른 수위 검출 장치(1)의 전극 및 도선의 형태를 도시한 것이다.
본 실시 형태에 따르면, 복수의 양전극(131 내지 135)과 복수의 음전극(141 내지 145)이 간격을 두고 배치된다는 점에서 도 3(a)의 실시예와 동일하지만, 각각의 전극마다 별도로 도선이 전기적으로 연결된다는 점이 다르다.
즉, 도 3(a) 및 도 3(b)의 경우 하나의 전기 회로가 형성되지만, 본 실시 형태에 따르면, 복수의 양전극은 복수의 도선에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 음전극은 복수의 도선에 각각 전기적으로 연결됨으로써, 동일한 높이에서 서로 마주하여 설치되는 한 쌍의 양전극과 음전극(예를 들어, 제1 양전극(131)과 제1 음전극(141))이 각각 하나의 단선된 전기 회로를 구성함으로써, 복수의 전기 회로가 형성된다.
즉, 도 3(a) 및 도 3(b)의 경우 하나의 전압(V)을 인가 또는 측정하지만, 도 3(c)의 실시 형태에 따르면, 5개의 전압(V1 내지 V5)을 인가 또는 측정할 수 있다.
각각의 전기 회로의 저항 값을 확인하면, 유체의 수위를 양전극과 음전극의 높이로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제5 양전극(135)과 제5 음전극(145)에 전압(V5)을 인가하였을 때 소정 값의 전류 값이 출력되고, 제4 양전극(134)과 제4 음전극(144)에 전압(V4)을 인가하였을 때 소정 값의 전류 값이 출력되는데, 나머지 세 개의 전기 회로에서는 전압을 인가하여도 전류 값이 0으로 출력되는 경우, 현재 수위는 25% 수준임을 알 수 있다.
도 3(a)의 경우, 전극 간을 연결하는 도선 부분이 단선 되었을 때, 어떤 전극 사이에서 단선이 발생하였는지 알기 어렵지만, 본 실시 형태에 따르면, 단선된 도선을 특정할 수 있다. 따라서, 유지 보수 면에서 유리할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)를 이용하면, 수평 배관(1) 내부의 유체 경로(40)를 흐르는 유체의 흐름을 검출하기 위한 유체 흐름 검출 시스템을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 흐름 검출 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수평 배관(1)이 세 개 이상의 배관 부재(2, 3, 4)로 이루진다고 할 때, 두 군데의 이음부 각각에 수위 검출 장치(100)를 설치한다.
제1 수위 검출 장치(101)와 제2 수위 검출 장치(102)는 각각 별도의 제어 상자에 연결될 수도 있으나, 본 실시예에 따르면, 제1 수위 검출 장치(101)와 제2 수위 검출 장치(102)는 하나의 제어 상자(190)에 연결되어 전원 공급 등의 제어를 받는다.
중앙 제어 장치에서 수평 배관(1)의 유체 수위를 제어하기 위한 밸브(미도시)를 제어하여 유체 경로(40)의 유체(W)의 수위를 약 50% 수위로 조절하도록 제어한다고 가정한다.
이때, 오물이나 결빙 등에 의해 수평 배관(1)의 일 지점에서 막힘 부위(I)가 발생하면, 막힘 부위(1)의 상류 측의 수위는 비정상적으로 증가하고, 하류 측의 수위는 비정상적으로 감소하는 현상이 발생한다.
따라서, 제1 수위 검출 장치(101)에서는 예를 들어, 75% 수준의 수위(WL1)가 검출되고, 하류측에 있는 제2 수위 검출 장치(102)에서는 예를 들어, 0% 수준의 수위(WL2)가 검출된다.
제어 상자(190)에서는 위와 같이 인접한 두 개의 수위 검출 장치의 수위 검출 값을 비교하고, 두 개의 수위 검출 장치(101) 사이에 위치하는 제2 배관 부재(3)에서 막힘 부위(I)가 발생하였다고 판단하고, 이를 중앙 제어 장치로 통지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)에 따르면, 수평 배관(1)의 유체 경로(40)의 수위를 측정 감시할 수 있을 뿐 아니라, 수평 배관(1) 내의 막힘 여부 및 막힘 부위의 위치를 쉽게 검출하여 유체 경로(40) 내에 유체가 원할하게 흐르고 있는지 여부를 실시간으로 검출할 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 수위 검출 장치(100)는 배관 부재의 이음부에 설치되는 몸체(110)를 형성하고, 몸체(110)의 통공(120)의 내면(121)을 따라 전극을 배치하여 구성되지만, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 배관 부재(10)의 일 단부 부근에서 중공(유체 경로)의 내면에 전극이 구비된 필름 부재(150)를 부착하는 방식으로 수위 검출 장치(100)를 수평 배관(1)에 설치할 수도 있다. 또한, 배관 부재(10)의 일 단부 측의 중공(유체 경로)의 내면에 필름 부재 없이 각각의 전극을 직접 부착하여도 수위 검출 장치(100)를 수평 배관(1)에 설치할 수도 있다. 여기서, 전극이 설치되는 위치는 배관 부재(10)이 일단부 부근이 아니어도 좋으며, 전극은 유체 경로(40) 중 임의의 위치에서 유체 경로(40)의 내면에 설치될 수 있다.
이와 유사하게, 하나의 배관 부재(10)에서 예를 들어, 양 단부 부근 등 복수의 위치에 각각 전극이 구비된 필름 부재(150)를 부착하여 복수의 위치에 복수의 수위 검출 장치(100)를 설치함으로써, 하나의 배관 부재(100)에 대해 막힘 발생 여부 및 막힘 부위의 검출을 하는 것이 이해될 것이다.
다만, 수위 검출 장치(100)가 두 배관 부재의 이음부에 설치될 수 있도록 별도의 몸체(110)를 형성함으로써, 배관 부재에 비해 내구 연한이 짧은 전극 등의 교체를 쉽게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 수위 검출 장치(100)은 설치 면적이 크지 않아 수평 배관에 적절히 설치 가능하고, 전극을 이용한 정밀도가 우수하다.
또한, 수위 검출을 위해 처리하는 데이터의 양이 많지 않아 무선 통신 등으로 제어 및 데이터 전송이 용이하므로, 자동 제어 시스템과 인터페이스 연동이 쉽게 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 수평 배관 내부로 형성되는 유체 경로에서 유체의 수위를 검출하기 위한 수위 검출 장치로서,
    상기 유체 경로 중 임의의 위치에서 상기 유체 경로의 내면에 설치되어 유체에 접촉 가능하도록 형성되는 양전극과 음전극을 포함하고,
    상기 양전극과 상기 음전극에 전원을 연결하여 상기 양전극과 상기 음전극의 사이에서 단선되는 전기 회로를 구성하고,
    상기 양전극 및 상기 음전극과 상기 유체의 접촉 여부에 따른 상기 전기 회로의 저항 값을 이용해 유체의 수위를 검출하는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 양전극과 복수의 음전극을 포함하고,
    상기 복수의 양전극은 서로 다른 높이에 위치하도록 상기 내면의 둘레 방향을 따라 설치되고,
    상기 복수의 음전극은 서로 다른 높이에 위치하도록 상기 내면의 둘레 방향을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    양전극과 음전극이 각각 하나씩 짝을 이루어 동일한 높이에서 서로 마주하도록 상기 내면에 설치되는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 양전극은 도선에 의해 서로 전기적으로 연결되고,
    상기 복수의 음전극은 다른 도선에 의해 서로 전기적으로 연결되며,
    상기 전기 회로의 저항 값을 이용해 상기 유체의 수위를 상기 양전극과 상기 음전극의 높이에 대응하여 나타내는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 양전극은 복수의 도선에 각각 전기적으로 연결되고,
    상기 복수의 음전극은 복수의 도선에 각각 전기적으로 연결되며,
    동일한 높이에서 서로 마주하여 설치되는 한 쌍의 양전극과 음전극이 각각 하나의 단선된 전기 회로를 구성하고,
    각각의 전기 회로의 저항 값을 이용해 상기 유체의 수위를 상기 양전극과 상기 음전극의 높이에 대응하여 나타내는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    길게 연장되는 양전극과, 길게 연장되는 음전극을 포함하고,
    상기 양전극과 상기 음전극은 그 길이 방향이 상기 내면의 둘레 방향으로 연장되도록 설치되고,
    상기 유체의 수위에 따른 상기 전기 회로의 저항 값의 변화를 이용해 상기 유체의 수위를 실시간으로 수치화하는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    절연성 및 가요성을 가지는 필름 부재가 상기 내면을 따라 부착되고,
    상기 양전극과 상기 음전극은 상기 유체와 접촉 가능하게 노출되도록 상기 필름 부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 양전극과 상기 음전극 각각에 연결되는 도선은 상기 필름 부재에 내부에 매설되는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수평 배관은 복수의 배관 부재가 연결되어 형성되고,
    상기 수위 검출 장치는,
    두 배관 부재의 이음부에 설치되는 몸체와,
    상기 몸체의 중앙에 형성되는 통공을 포함하고,
    상기 통공은 상기 배관 부재와 유체 연통되어 상기 유체 경로의 일부를 형성하고,
    상기 양전극과 음전극은 상기 통공의 내면에 설치되는 것을 특징으로 하는 수위 검출 장치.
  10. 수평 배관 내부의 유체 경로를 흐르는 유체의 흐름을 검출하기 위한 유체 흐름 검출 시스템으로서,
    상기 유체 경로 중 복수의 위치에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 수위 검출 장치가 각각 설치되고,
    복수의 위치에 설치된 각각의 수위 검출 장치에서 검출되는 유체의 수위의 차이를 비교하여, 각각의 수위 검출 장치 사이의 유체 경로의 막힘 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 검출 시스템.
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