KR20230090532A - 질량 유량계용 바이패스 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량 유량계의 유로에 관입되는 바이패스로서, 내부에 사각형태의 관통공이 형성되어 있는 바이패스 홀더, 상기 관통공에 형성되어 있는 다수의 육각 형태 유체흐름구멍 및 상기 바이패스 홀더의 길이 방향을 따라 형성되어 있는 다수의 홈부를 포함하며, 다수의 육각 형태 유체흐름구멍은 정육각 형태로서 상기 정육각 형태의 유체흐름구멍은 유체흐름구멍들 사이에 빈 공간이 없도록 상하좌우에 연속 배열되고, 상기 다수의 홈부는 바이패스 홀더의 상하좌우 4군데에 형성되어, 난류를 안정적으로 층류로 변환할 수 있고, 그 제작도 쉬운 질량 유량계용 바이패스를 제공한다.

Description

질량 유량계용 바이패스 및 그 제작 방법{Bypass for mass flowmeter and manufacturing method thereof}

본 발명은 질량 유량계용 바이패스 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체흐름구멍을 벌집 형태인 정육각형으로 하고, 정육각형 유체흐름구멍을 상하좌우 연속적으로 배열하여 안정적으로 층류로 형성할 수 있는 바이패스 및 판재 가공 후 그 배열을 통해 바이패스를 제작함으로써 종래보다 간단하게 제작할 수 있는 바이패스 제작 방법에 관한 것이다.

질량 유량계(Mass Flow Controller, MFC)는 반도체 공정 등에서 유독성 또는 고반응성 유체와 같은 유체의 질량 유동을 정밀하게 제어하기 위하여 사용되었다. 최근에는 산업플랜트 등으로 그 분야가 확산되어 공기, 산소 등의 유량 지시 및 제어 목적으로도 사용되고 있다.

질량 유량계는 열선식, 코리올리스식, 차압식, 각운동량식으로 구별되는 직접식 질량유량계와, PQ₂를 검출하는 유량계와 밀도계의 조합형, Q를 검출하는 유량계와 밀도계의 조합형, PQ₂를 검출하는 유량계와 Q를 검출하는 유량계의 조합형, 온도, 압력보정형 또는 온도보정형 등으로 구별되는 간접식 질량유량계로 구별된다.

도 1a, 1b에 종래기술로서 질량 유량계가 도시되어 있다. 도 1a. 1b는 각각 등록특허공보 제10-2222056호의 도면 1, 5에 개시되어 있는 바이패스와 상기 바이패스가 설치된 질량 유량계이다.

질량 유량계는 양단에 관로유입구와 관로유출구가 설치된 가스유통로를 가지는 관로부, 관로부를 통과하는 가스유량을 감지하여 전기적량으로 변환시키는 센서부, 감지된 유량과 설정치를 비교하여 신호를 발하는 PC제어부, 관로부의 가스유통로 하류에 설치되어 PC제어부 신호에 따라 유량을 조절하는 밸브를 포함한다.

관로부에는 유입된 난류 상태의 가스를 층류로 만들기 위한 바이패스가 설치된다. 바이패스는 내부에 육각 형상의 관통공(120)이 형성되고 길이 방향으로 좌우 2군데에 홈부(140)가 형성되어 있는 바이패스 몸체, 육각 형상의 관통공(120)에 관입되어 끼워지는 다수의 원형 튜브(200) 및 상기 바이패스 몸체의 외측에 끼워져 결합되는 링을 포함한다.

다수의 원형 단면 튜브(200)는 관통공(120)에 관입되고, 링(300)에 의하여 압착된다. 바이패스 몸체 외측에 링(300)이 끼워짐에 따라 홈부(140)의 간극이 줄어들어 관통공(120)의 크기가 좁아지게 되고, 관통공에 관입된 다수 튜브(200)는 보다 견고하게 바이패스 몸체(100)에 고정된다.

한편 위에서 설명한 종래기술 이외에 도 2a, 2b에도 다른 기술이 도시되어 있다. 도 2a, 2b는 각각 등록특허공보 제10-0982201호의 도면 3, 6에 개시되어 있는 바이패스 및 그런 바이패스가 설치된 질량 유량계이다.

도 2a, 2b 방식의 질량 유량계는 도 1a, 1b 방식과 유사한데, 다만 바이패스는 다수의 원형 튜브가 바이패스 내부의 6각형 관통공에 관입되고, 바이패스 외주연에는 경사면이 형성되어 있다. 바이패스가 유로에 강하게 압착되면서 다수의 원형 튜브가 바이패스 몸체 내부에 긴밀하게 압착함으로써 고정되는 것이다.

(선행기술 001) 등록특허공보 제10-2222056호

(선행기술 002) 등록특허공보 제10-0982201호

도 1a, 1b, 2a, 2b에 개시된 종래기술은 공통적으로 바이패스에 6각 형태의 관통공이 설치되고, 6각 형태의 관통공에 원형 단면을 가지는 다수의 튜브가 형성되어 있다.

그런데, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 이와 같은 다수의 원형 튜브에는, 원형 튜브들 사이에 원형 튜브와는 형상과 면적이 다른 틈새가 발생할 수밖에 없으며, 이런 틈새는 난류를 층류로 만드는데 도움이 되지 않는다.

가스가 유입되는 과정에서 원형 단면과 틈새에서 유동하는 현상이 발생할 가능성이 존재하고, 원형 튜브와 틈새는 각각 단면 크기가 다르고 이를 통과하는 가스의 유량, 압력 강하 등이 달라, 층류를 제공하는 점에 적절하지 아니한 면이 있다. 즉 튜브 전체를 통해 층류 유동을 발생시키기 위한 조건은, 시스템을 통과하는 유체의 물리적 특성, 유체의 최대 유동율, 시스템 내에서 유체에 대해 허용될 수 있는 최대 압력 강하 등에 의하여 결정되는데, 원형 튜브와 틈새는 이런 요건들에 있어서 일치하지 않는 점이 있는 것이다.

또한 원형 튜브를 가지고 바이패스를 제작하기 의하여는, 작업자가 일정 뭉치의 원형 튜브를 잡아 바이패스의 관통공에 관입을 하고, 원형 튜브가 부족한 경우 추가로 넣고, 남는 경우 일부를 빼내었는데, 이는 전체적으로 생산성을 악화시키는 요인이 되었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 바이패스에 형성된 관통공에 정육각형 형태의 유체흐름구멍을 상하좌우에 연속적으로 배열하여 그 사이에 틈새가 없도록 하고, 일정 두께의 철판을 가공한 후 대칭으로 배치하는 방식으로 바이패스를 제작함으로써, 안정적으로 난류에서 층류를 만들 수 있는 바이패스 및 제작이 쉬운 바이패스 제작 방법를 제공한다.

상기 과제를 해결하고자 본 발명은, 질량 유량계의 가스 유통로에 설치되는 바이패스로서, 내부에 사각형태의 관통공이 형성되어 있으며 전체적으로 원통 형상의 바이패스 홀더, 상기 관통공에 관입되어 설치되고 다수의 육각 형태 유체흐름구멍으로 이루어진 바이패스 몸체를 포함하고, 상기 바이패스 홀더에는 길이 방향을 따라 등간격으로 다수의 홈부가 형성되고, 상기 바이패스 몸체에는 다수의 육각 형태 유체흐름구멍이 형성되어 있는 질량 유량계용 바이패스를 제공한다.

본 발명의 질량 유량계용 바이패스에서 다수의 육각 형태 유체흐름구멍은 정육각 형태이고, 인접한 유체흐름구멍들 사이에 빈 공간이 없도록 상하좌우에 연속 배열되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 질량 유량계용 바이패스에서 다수의 홈부는 바이패스 홀더의 상하좌우 4군데에, 90도 등간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하며, 바이패스 홀더의 외면에는 상기 다수의 홈부에 형성된 홈의 간극을 좁힐 수 있는 바이패스 링이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그뿐만 아니라 본 발명은 질량 유량계의 유로에 관입되는 바이패스를 제작하는 방법으로서, 일정 두께의 판재를 정육각형의 절반이 일면과 타면에 연속 형성되도록 가공하는 제1단계, 일면과 타면에 연속적으로 정육각형의 형성된 판재들을 서로 대칭되도록 배열하여 상하좌우 연속적으로 정육각 형태 유체흐름구멍이 형성되도록 일정 부피(가로X세로X높이)를 가지는 바이패스 몸체를 형성하는 제2단계, 상기 바이패스 몸체를 바이패스 홀더 내부에 형성된 사각형태의 관통공에 삽입하는 제3단계를 포함하는 질량 유량계용 바이패스 제작 방법도 제공한다.

본 발명의 질량 유량계용 바이패스는 인접하는 육각형의 유체흐름구멍이 서로 간에 빈틈 없이 형성되어 안정적으로 난류를 층류로 변환하고, 이를 통해 유량을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 질량 유량계용 바이패스는 판재를 가공하여 육각형의 유체흐름구멍을 형성하고, 일정 크기의 가로 세로 높이를 갖는 직육면체 형상의 바이패스 몸체를 바이패스 홀더에 삽입함으로써 그 제작 효율을 상당히 향상시킬 수 있다. 다만 본 발명의 효과는 이런 문언적 기재에만 한정되지 않고, 통상의 기술자가 본 발명을 통해 유추할 수 있는 것까지 모두 포함한다.

도 1a, 1b는 종래 질량 유량계용 바이패스 사시도 및 그런 바이패스가 설치된 질량 유랑계의 단면도이다.
도 2a, 2b는 종래 질량 유량계용 바이패스 사시도 및 그런 바이패스가 설치된 질량 유랑계의 단면도이다.
도 3은 종래 질량 유량계의 바이패스의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 유량계용 바이패스 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질량 유량계용 바이패스 사시도이다.
도 6, 7은 도 4, 5에 도시된 질량 유량계용 바이패스의 분해 사시도이다,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바일패스 제작을 위하여 절곡된 판재 및 판재의 배치를 나타내는 도면이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 실시예는 본 발명을 쉽게 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되지 않는다.　본 명세서의 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 구성 등이 존재한다는 것을 의미한다.

도 4, 5는 질량 유량계용 바이패스의 사시도이고, 도 6, 7는 각각 도 4, 5에 도시된 바이패스의 분해 사시도인데, 이를 이용하여 본 발명을 설명한다. 도 4는 바이패스 링이 설치되어 있고, 도 5는 바이패스 링이 설치되어 있지 않는 점에서만 차이가 있으며, 도 4, 5는 각각 도 1b, 2b와 같은 방식으로 질량 유량계에 장착될 수 있다.

본 발명의 바이패스가 장착되는 질량 유량계는 종래기술과 마찬가지로 유체입구와 유체출구를 가지는 본체, 상기 본체를 통과하는 유체의 유량을 감지하여 전기적 양으로 변환시키는 센서부 및 상기 유체출구로 토출되는 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함한다.

질량 유량계는 유체입구로 유체가 유입되고, 유량을 감지하고, 토출되는 유량을 제어하는데, 바이패스는 유체가 유입되는 본체 부분에 설치되어 유체가 통과할 때 난류를 층류로 만드는 역할을 하고, 이를 통해 질량 유량계는 유량을 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다.

본 발명의 가스 유로에 관입되는 바이패스는, 내부에 사각형태의 관통공이 형성되어 있으며 전체적으로 원통 형상의 바이패스 홀더(100), 상기 바이패스 홀더(100)의 사각 관통공에 관입되어 설치되는 바이패스 몸체(200) 및 상기 바이패스 홀더(100)의 외부에 설치되는 바이패스 링(300)으로 구성된다.

바이패스 홀더(100)의 사각 관통공에 관입되어 설치되는 바이패스 몸체(200)는 상기 사각 관통공에 설치될 수 있도록 일정한 부피(가로X세로X높이)를 가지는 직육면체와 같은 형상을 하고 있으며, 가스가 흐르는 길이 방향으로 다수의 육각 형태 유체흐름구멍(210)이 형성되어 있다.

아울러 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 유체흐름구멍(210)은 육각형 중에서 정육각형 형태로 이루어지며, 정육각형이 상하좌우에 연속적으로 그들 사이에 빈틈이 없도록 배열되어, 유입된 유체가 안정적으로 층류가 되도록 한다.

바이패스 홀더(100)에는 가스가 흐르는 길이 방향을 따라 일정 간극이 있는 홈부(110)가 형성된다. 바이패스 몸체(200)는 홈부(110)가 형성되어 있는 쪽으로 관입되어 설치되는데, 설치된 후, 홈부(110)를 압착함으로써 직육면체 형상의 바이패스 몸체(200)가 바이패스 홀더(100)의 사각 관통공에 견고하게 위치할 수 있다.

한편 본 발명의 바이패스 홀더(100)에 형성된 홈부(110)는 바이패스 홀더(100)의 상하좌우 4군데에 90도 등간격을 이루면서 형성되는 것이 바람직하다. 도 6, 7에서와 같이, 바이패스 몸체(200)는 일정 부피를 가지는 직육면체 형상을 하고 있고, 바이패스 몸체(200)에 형성된 유체흐름구멍(210)은 정육면체 형상을 하고 있어서, 압착에 의하여도 이런 형상이 전체적으로 유지될 수 있도록 등간격으로 4군데에 형성되도록 한다.

그리고 본 발명의 바이패스 홀더(100)에 설치되는 관통공은 직육면체 형태의 바이패스 몸체(200)를 수용할 수 있도록 사각 형상인 것이 바람직하다. 만일 관통공이 육각 형상인 경우 관입되는 바이패스 몸체(200) 또한 육각 형상이어야 하는데, 본 발명의 바이패스 몸체(200)는 판재를 가공하여 만들어진 것으로 직육면체 형태를 하고 있고, 유체관통구멍이 상하좌우에 연속적으로 정육각형을 형성하고 있어서, 이를 수용할 수 있도록 바이패스 몸체(200)의 단면 형상은 사각 형상인 것이 바람직하다.

본 발명은 바이패스 링(300)이 바이패스 홀더(100)의 외측에 끼워져 안착됨에 따라, 상기 바이패스 홀더(100)의 홈부(110)가 압착되면 바이패스 몸체(200)가 관입되는 부분의 내측면과 바이패스 몸체(200)가 바이패스 링(300)에 의하여 긴밀하게 압착되므로, 바이패스 몸체(200)가 유체에 의해 움직이거나 이탈되지 않도록 상기 바이패스 몸체(100)에 견고하게 고정될 수 있게 된다.

홈부(110)를 압착하는 방법으로는, 바이패스 홀더(100)의 바깥 부분에 바이패스 링(300)을 설치한 후 홈부(110) 방향으로 이동하여 압착하는 방법(도 4의 바이패스), 바이패스 링(300)이 없이 바이패스 홀더를 본체의 유체가 통과하는 부분에 장착한 후 통과하는 부분과 바이패스 홀더(100) 부분의 가압으로 압착하는 방법(도 5의 바이패스)이 있는데, 이는 종래기술로서 도 1b, 2b에 개시되어 있어서 자세한 설명은 생략한다.

한편 위에서 설명한 대로, 다수의 육각 형태 유체흐름구멍(210)은 정육각 형태이고, 정육각 형태의 유체흐름구멍(210)은 유체흐름구멍들(210) 사이에 빈 공간이 없도록 상하좌우에 연속 배열되는데, 이는 본 발명의 바이패스 제작 과정을 통해 설명한다.

도 9를 이용하여, 질량 유량계의 유로에 관입되는 바이패스를 제작하는 방법에 대하여 설명한다.

바이패스 몸체(200)를 형성하도록 일정 두께(t)의 판재를 준비한다.

그리고 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 정육각형의 절반이 일면(상면)과 타면(하면)에 연속적으로 형성되도록 프레스 가공을 한다(제1단계).

그 이후, 일면과 타면에 연속적으로 정육각형의 형성된 판재(220, 230, 240, 250)들을 서로 대칭되도록 연속적으로 배열하고 접촉하도록 하여 일정 부피(가로X세로X높이)를 가지는 바이패스 몸체(200)를 형성한다. 이와 같은 배열을 통해 상기 바이패스 몸체(200)에는, 도 8에서 볼 수 있는 것과 같은 정육각 형태의 유체흐름구멍(210) 상하좌우 연속적으로 형성된다(제2단계).

그 이후 일정 부피를 가지는 바이패스 몸체(200)를 바이패스 홀더(100)의 사각 관통공에 삽입하고, 바이패스 홀더(100)에서 홈부(110)가 형성된 부분에 바이패스 링(300)을 위치하여 가압한다. 이를 통해 바이패스 몸체(200)가 바이패스 홀더(100)에서 그 형상을 유지하면서 지지된다(제3단계).

이렇게 완성된 바이패스는, 서로 다른 두 종류의 면적이 원형 튜브 바이패스 대비하여 감소하기 때문에 유량 정확도 면에서 개선된다.

본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.

100 : 바이패스 홀더 110 : 홈부
200 : 바이패스 몸체 210 : 유체 흐름 구멍
220 : 판재 230 : 판재
240 : 판재 250 : 판재
300 : 바이패스 링

Claims (5)

1. 질량 유량계의 가스 유통로에 설치되는 바이패스로서,
   내부에 사각형태의 관통공이 형성되어 있는 바이패스 홀더(100) 및 상기 관통공에 설치되는 바이패스 몸체(200)를 포함하되,
   상기 바이패스 홀더(100)에는 길이 방향을 따라 다수의 홈부(110)가 형성되고, 상기 바이패스 몸체(200)에는 다수의 육각 형태 유체흐름구멍(210)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 질량 유량계용 바이패스
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 다수의 육각 형태 유체흐름구멍(210)은 정육각 형태이고, 인접한 유체흐름구멍들(210) 사이에 빈 공간이 없도록 상하좌우에 연속 배열되는 것을 특징으로 하는 질량 유량계용 바이패스
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 다수의 홈부(110)는 바이패스 홀더(100)의 상하좌우 4 군데에 90도 등간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 질량 유량계용 바이패스
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 바이패스 홀더(100)의 외면에는, 상기 다수의 홈부(110)에 형성된 간극을 좁힐 수 있는 바이패스 링(300)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 질량 유량계용 바이패스
5. 질량 유량계의 유로에 관입되는 바이패스를 제작하는 방법으로서,
   일정 두께의 판재를 정육각형의 절반이 일면과 타면에 연속 형성되도록 가공하는 제1단계;
   일면과 타면에 연속적으로 정육각형의 형성된 판재들을 서로 대칭되도록 배열하여 상하좌우 연속적으로 정육각 형태 유체흐름구멍(210)이 형성되도록 바이패스 몸체(200)를 형성하는 제2단계;
   상기 바이패스 몸체(200)를 바이패스 홀더(100) 내부에 형성된 사각형태의 관통공에 삽입하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 유량계용 바이패스 제작 방법

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