KR910000818B1 - 에너지 절약형 부동수위계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

에너지 절약형 부동수위계

제1도는 직렬표피 전류 발열관의 원리도.

제2도는 유도표피 전류발연관의 원리도.

제3도는 수위계의 일례로서, 본 발명에 의한 동결 방지 장치가 부착되어 있지 않은 수위계를 도시한 도면.

제4도는 제3도에 도시된 수위계에 있어서의 동결의 형태를 도시한 도면.

제5도 및 제6도는 제2도의 원리에 의한 동결방지장치를 도시한 도면.

제7도는 변형표피 전류발열관의 원리도.

제8도 및 제9도는 제7도의 원리에 의한 동결 방지장치를 도시하는데,

제8도는 제5도의 대응도이고,

제9도는 제6도의 대응도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1' : 강자성 발열강관 2 : 절연전선 또는 케이블

3 : 교류 전원 4,4' : 접속 전선

3,6 : 전선과 강관의 접속단자 9 : 보호관

9' : 보온 커버 10 : 지수(연못물)

11 : 수위검출소지(플로우트) 12 : 균형추

13 : 도수공 14,14' : 상하단 상자

15 : 수위변환기 또는 수위지시계 16 : 전원

17 : 안벽 18,19,19' : 동결

21 : 보온층 22 : 보온층 수밀을 위한 용접

23 : 전열시멘트 24,24' : 절단 1부

25,25' : 방수절연슬리이브

본 발명은 저수지 등의 수위를 검출할 때, 풍파에 의하여 플로우트와 같은 수위검출소자가 영향받는 것을 막기 위한 보호관내가 혹한지(추위가 심한지역)의 동기(겨울)에 동결하여, 수위의 변동에 플로우트가 추종하지 않게 되는 것을 방지한 부동수위계에 관한 것이다.

일반적으로 동결방지를 위해서, 비교적 온난지에서는 겨울에도 보호관을 간단한 커버를 덮을 정도로 충분하지만, 혹한지에서는 이것만으로는 불충분하다. 이것을 보충하기 위해서는 열원이 필요하게 되는데 수위계와 같이 비교적 소량의 열로 충분할 경우에는 전기가 가장 이용하기 쉬운 경제적 열원이다.

따라서, 통상 전열에 의한 것을 생각할 수 있는데, 전열원에는 여러 가지 방법이 있다.

우선 금속내통 시스(sheath)중에 발열선을 1개 내지 수개를 통하게 되고, 그 간극에 마그네시아 분말과 같은 무기 절연물을 봉입한 이른바 시즈선 또는 MI 케이블에서는, 스위계와 같은 저온이고 습기가 있는 장소에서는 그 단자부의 절연이 단기간에 불량해져서 사용할 수 없게 되기 쉽다.

또 농업용 전열선, 노상면 가열용전열선과 같은 유기물, 특히 플라스틱 절연의 절연선으로는 절연물의 일광 또는 외기에 의한 경년 변화를 피하기가 곤란하며, 기계적 강도가 작고 외상을 받기 쉽다.

본 발명의 부동수위계는 각종 절연선이 갖는 상기의 곤란을 피하기 위하여, 전열원으로서 표피 전류 발열관과 그 변형을 사용하고, 전기 에너지의 절약을 위하여, 이들 발연관과 일체 구조로 되는 외장에 의해 수밀로한 보온층으로 이루어진다. 먼저 표피 전류발열에 대하여 간단하게 설명하면, 이것은 제1도에 도시한 직렬표피발열관과, 제2도에 도시한 유도표피 전류발열관이 있다. 두 도면에서 1,1'는 강자성을 갖는 발열 강관으로 그 단면을 나타내고 있으며, 2는 이 강관내에 자유로이 통해진 절연 전선 또는 케이블, 3은 교류 전원으로 통상은 상용 주파수로 충분하다.

4,4'는 접속전선으로 전원(3)과 절연전선(2)과 강관(1,1')과의 결선은, 제1도의 직렬표피 전류 발열관에서는 전원(3)에 대하여 절연전선(2)과 발열관(1)이 직렬로 되도록 단자(5,6)에서 접속되고, 제2도의 유도표피 전류발열관에서는 전원(3)에 대하여 절연전선(2)이 1차회로, 강관이 1,1'의 직선부와 7의 밴드로 이루어지며, 그의 양단은 단락편(8)으로 접속되어 있으므로 절연전선(2)에 대하여 2차 유도회로를 형성한다. 만약 강관(1,1')이 독립된 직선관이면 밴드(7)는 단락편(8)과 같은 단락편(7)으로 되는 것은 물론이다.

이러한 경우, 강관(1,1')의 두께를 t(㎝), 길이를 l(㎝) 강관내경을 D(㎝)로 하고, 교류전류 i가 강관의 내표피를 흐르는 해당범위를 나타내는 표피의 두께를 s(㎝)로 하면,

와 같은 조건하에서는 제1도의 강관에 흐르는 전류를 i 또 제2도에서 1차 전류를 i로 한다면 2차 유도회로를 구성하는 강관(1,1')에도 2차 전류 i가 발생하며, 이 교류전류 i는 강관의 내표피 부근에만 흘러서 강관외부에 유출되지 않는다. 여기서 s(㎝)는 강관재질의 저항률(PΩ㎝), 주파수f(H_z), 비투자율 μ(-)라 하면,

로 표시되므로, 강철에서는, P=(10∼20)X10^-6(Ω,㎝), μ=500∼2000, f=60H_z정도이므로 s=1mm정도로 된다. 따라서 t=2∼3mm이상 내경 D=8∼25mm의 강관이면 전류 i=50∼200A라도 실용상 전류가 강관 밖으로 유출하는 일은 없으므로, 강관 외면에 금속적 접촉을 해도 아크가 발생하거나, 인체 동물에 위해를 끼치지 않으며 1m당의 발열이 15∼150W로 되어, 발열관으로서 이용할 수 있다.

본 발명은 먼저 이와 같은 표피 전류 발열관을 필요에 따라 복수개 사용하는 것으로서, 도면에 의해 설명하면 제3도는 대표적인 수위계를 도시한 도면이며 9는 보호관으로서 수위 검출소자, 도면에서는 부자(플로우트: 11)과 그의 균형추(12)를 보호한다. 15는 수위 변환기이며, 변환된 신호는 수위를 지시하거나, 다른 곳으로 신호로서 보내진다.

10은 수위를 측정하고자 하는 지수(연못물)이고, 13은 지수를 보호관내로 끌어넣는 도수공, 14,14'는 후술하는 본 발명의 수위계 제5도, 제6도, 제8도 및 제9도에서 도시한 절연전선(2)의 상하단 상자인데, 제3도에는 제5,6,8,9도에 해당되는 부분은 아직 부착되어 있지는 않다. 16은 인입전원, 17은 수위계를 지지하는 연못의 안벽으로 한다.

이상과 같은 구조의 수위계에 있어서, 제3도와 같이 본 발명의 주요 부분을 이루는 동결방지장치가 부착되어 있지 않으면, 제4도에 도시한 바와 같이 추위가 심한 지역의 겨울에는 플로우트(11)가 지수(10)위에 생기는 동결(18)에 의해 그 중량을 바꿀뿐만 아니라, 때로는 보호관(9)에 동결(19)에 의해 고정되어 수위측정을 할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 이와 같은 결함을 해소한 부동수위계를 제공하는데 있다.

제5도 및 제6도는 제2도에 도시한 유도표피 전류발열관을 사용한 본 발명의 동결방지장치의 2종류의 경우를 제3도의 상하단 상자(14,14')를 떼어서 도시한 것이다.

제5도 및 제6도에 있어서, 먼저 발열부분부터 설명하면, 제5도는 보호관(9)이 금속이며, 발열체로 되는 강자성 강판(1,1')등과 용접 가능한 재질로 이루어진 경우이고, 제6도는 보호관(9)이 예컨대 플라스틱관과 같은 강관(1,1')등과 용접이 곤란하거나 불가능한 재질로 이루어진 경우이다.

제5도에서는 보호관(9)위에 그 길이와 거의 같은 필요 개수의 표피 전류발열관을 구성하는 강관(1,1')(도면에서는 6개)이 20에 나타낸 바와 같이 용접되어 있고 각각의 양단은 단락편(7,8)에 의해 접속되어 있으나, 이 경우 7,8은 보호관(9)이 금속이고 전도성이 있으므로 생략도 가능하다. 용접(20)은 보호관(9)과 강관(1,1')등의 사이의 전열을 좋게하는 역할도 하므로, 단지 강관(1,1')등의 양단과 보호관(9) 사이뿐만 아니라 그 전장에 걸쳐서 연속 또는 불연속으로 용접하는 것이 통상이다.

만약 이들 용접(20)대신에 전열시멘트 등으로 고정시킬 때에는 통상 전열시멘트는 열양 도체이더라도, 전기 양도체는 아니므로 양단의 단락편(7,8) 또는 그것에 해당하는 처치를 생략할 수 없다. 도면에서는 절연전선(2)의 양단이 보이고 있으나, 이것은 통상 제3도에 도시한 14,14'의 단상자에 수납된다.

상기와 같이 구성한 동결방지장치를 도선(4,4')에 의해 교류 전원(3)에 접속할 때에는 절연전선에 교류 1차 전류 i가 흘려, 그 결과로서 강관(1,1')등의 내표피에도 교류 2차전류 i가 흐르며, 이 발열에 의하여 제4도에 나타낸 동결(18,19)등을 방지할 수 있다.

그러나 겨울철 외기온이 마이너스 10℃정도까지는 이대로도 좋지만, 그 이하가 되면 제4도에 나타낸 보호관(9)의 동결(9')의 용해에 다량의 발열이 낭비되므로, 보호관(9)의 외측에 보온층을 설치하고 발열이 외부로 방열하는 것을 방지하는 것이 경제적이다. 그러나, 수위계와 같은 물에 직접 접촉하거나, 습기가 많은 부분의 보온재의 방습에는 완전을 기할 필요가 있고, 본 발명은 이것을 가능하게 한 것이다.

본 발명에서, 먼저 제5도에서는 보온층(21)을 완전수밀하게 하기 위하여, 보온층(21)에 예컨대 강판으로 이루어진 외부커버(9')를 설치하고, 이 커버(9'), 보호관(9), 발열강관(1,1')등의 상호 접합부를 모두 일체가 되도록 용접(22)을 행하였다. 그리고, 이러한 경우의 보온재로서는 다른 보온재도 사용할 수 있으나 독립기포를 갖는 발포폴리우레탄이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의한 보온층(21)을 설치함으로써, 동결방지를 위한 필요전력은 수분의 1내지 십수분의 1로 할 수 있다. 그리고 필요전력을 어느 정도까지로 하는 것이 좋으냐는 경제성의 문제로서 결정할 수 있다.

또한 제5도에 대해 상술한 바와 같이 커버(9'), 보호관(9), 발열강관(1,1')등을 일체로 되도록 용접부를 행하고 있는 것은, 전기적으로 본 경우에 이들이 절연전선(2)이 만드는 1차 회로에 대하여 전체로서 병렬 2차회로를 만들고 있는 것으로 되고, 도면에서의 단락편(7,8)을 생략할 수 있음은 물론, 발열 강관(1,1')등에 흐르는 전류 i의 일부는, 커버(9'), 보호관(9)등으로 분류한다.

이것은 (1)식에 있어서 발열강관(1,1')등의 두께 t가 커지게 되어, 전체로서 안전성을 증가시키게 된다. 즉 발열 강관(1,1')단독으로는 그 두께에 따라서 극히 적기는 하지만 그 외표면에 교류전압이 나타나, 외부로의 누설 전류 발생의 원인이 될 수 있으나, 상기한 바와 같은 일체구조에서는 이 원인을 완전히 제거할 수 있다.

이는 수위계와 같이 물에 직접 접촉하는 용도에서는 설혹 교류 누설전류일지라도 그 값과 수질에 따라서 전기부식의 원인이 될 수 있으나, 본 발명에 의하여 그 두려움도 완전히 방지할 수 있다. 다음에 제6도에서는 보호관(9)이 플라스틱과 같이 표피 전류 발열관을 구성하는 강관(1,1')등과 직접 용접하여 일체구조로하는 것이 곤란한 경우를 나타낸 것으로서, 보호관(9)의 길이와 거의 같은 표피 전류 발열관을 구성하는 필요한 개수의 강관(1,1')등 (도면에서는 6개)을 제2도에 나타낸 조건을 충족하도록 단락편(7,8) 용접(20)등으로 전기적, 기계적으로 조립된 다람쥐 상자 모양의 상자 외주면을 가급적 밀착시켜서 보호관(9)의 내면에 동심적으로 배치하고, 플라스틱 보호관(9)은 플라스틱커버(9')와 함께 일체로 22에 나타낸 것처럼 용접되어 내부의 보온층(21)의 수밀을 유지하도록 하고 있다.

이상은 보호관(9)이 플라스틱으로서 설명하였으나, 강관과 같은 금속판이라도 무방하다. 그러나, 강판제일때에는 커버(9')도 당연히 강판제가 좋고, 적어도 보호관(9)의 양단과 강관(1,1')등의 양단은 일체로 용접되며, 제5도에서 설명한 바와 같이 강관(1,1')에 대한 보호관(9), 커버(9')는 병렬회로를 만들게 되어, 단락편(7,8)을 생략할 수 있음은 물론, 외부누설 전류 발생을 방지할 수 있다.

이상은 제1도 및 제2도에 도시한 표피 전류 발열관을 이용한 것이지만, 표피 전류발열관의 변형은 여러 가지로 생각할 수 있다.

제7도는 그 변형의 하나이다. 제2도의 유도표피 전류발열관에서는 발열강관(1,1')의 내표피 1mm의 두께에 전류가 집중하여 흘러서 발열한다고 하였으나, 제7도에서는 내외표피로 흘러 발열하므로 동일 전류 i에서는 단위 길이당, 2배 가까운 발열이 있다. 제7도에 대하여 이것을 상술하면, 기호는 제6도까지의 것과 같으며, 1,1'는 강자성 발열강관이고 각각 24,24'에서 절단된 상부는 1a,1a', 하부는 1b,1b'로 되어 있다. 25,25'는 방수 가능한 절연 슬리이브이며 1a,1b와 1a'1b'를 각각 절연함과 동시에 이들이 일체로 되어서 절연전선(2)을 통하여 하고 있다.

또 강관1a,1a'는 그 상부만이 1b,1b'는 그 하부만이 외부커버 강판(9')과 수밀이 되도록 22와 같이 용접되어 있다. 9는 강제보호관으로서 9'와는 수밀이 되도록 22와 같은 용접되어 보온층(21)을 보호하고 있는 것으로 한다.

이와 같은 구조로 절연전선(2), 접속전선(4,4')이 1차 회로를 형성하도록 교류 전원(3)을 접속하고, 이 회로에 전류 i1이 흘렀다고 하면 강관(1a),(1a')(1b')등에는 2차 전류 i2가 흐르는데, 만약 이들 관의 두께가

정도이상으로 되면,

로 된다.

그리고 i2의 유로, 즉 2차 회로는 임의의 점, 예컨대 강관(1a)의 내면(26)을 기점으로 하면 도시한 바와 같이(1a)의 내표피를 하강하여 절단(24)(절단 극간을 나타냄)에서 1a의 외표피를 옮겨서 상승하고, 1a와 커버(9')의 용접점(27)에서 커버의 내표피로 옮겨지고, 다시 보호관(9)의 외표피에도 분류하여 하강하고, 강관(1b)과 커버(9')의 용접점(28)에서 1b의 외표피를 상승하여, 절단(24)에서 1b의 내표피에 옮겨져 하강하고, 용접(22,20) 그리고 보호관(9)의 일부를 단락편의 대용으로서 지나서 1b'의 내표피에, 다시 이 내표피를 상승하여 절단(24')에 이르러 1b'의 외표피를 하강하여, 보호관(9)과 커버(9')의 내표피를 상승하고 다시 강관(1a')의 외표피를 하강하여 절단(24')에서 1a'의 내표피에 옮겨지고 이것을 상승하여 용접(22,20) 그리고 보호관(9)의 일부를 단락편의 대용으로 출발점(26)에 이르는 것이다.

이와 같은 i2의 유로, 즉 2차 회로중 유로의 단면은 강관(1a,1b,1a',1b')에서 작게 되므로 이 부분의 발열이 가장 커지며, 보호관(9), 커버(9')부분에서의 발열은 작아서 무시할 수 있다. 즉 강관(1a,1b,1a'1b')등은 발열관으로서 이용할 수 있고, 제1도 및 제2도의 경우와는 달리 내, 외표피 양쪽에서 발열하므로, 내외 직경의 차를 무시하면, 거의 2배의 발열이 있게 되고, 실제적으로는 동일 치수의 강관과 절연전선(2)을 사용하여 2배 가까운 발열이 생겨 경제적이다. 여기서는 이러한 발열관을 변형표피 전류발열관이라고 부른다.

제1도 및 제2도의 경우, 그 외표면은 전장에 걸쳐 임의의 점에서 보호관(9)과의 전열을 위한 용접(20)(제5,6도)이 가능하였으나, 제7도를 발연원리로하는 것에서는 전술한 바와 같이 강관(1a,1b,1a',1b')의 각기 1개소뿐이다.

따라서 강관(1a,1b,1a',1b')의 발열은 용접이 아니고, 제7도에서 나타낸 바와 같이, 열전도는 양호하지만, 전기적으로는 도체가 아닌 전열시멘트(23)을 사용하여 보호관(9)과의 전열을 하지 않으면 안된다. 통상 보호관(9)의 길이는 10m이하이고, 따라서 발열관의 길이도 이와 같으며, 이 사이의 전압 강하는 통상 5V이하이므로 이와 같은 저전압에서는 전열시멘트(23)가 절연 파괴되는 일이 없다.

그리고 실질적으로 보호관(9)의 내면, 커버(9')의 외면에 전류가 유출하는 일도 없으므로 위험은 전혀 없다.

또한 여기서 절단(24,24')등을 강관(1,1')의 어디에 설치할 것인가는 전적으로 임의이나, 절연 슬리이브(25,25')를 통해 수분이 보온층(21)의 내부에 침입하는 위험을 피하려면 가급적 상부 쪽이 좋다.

제8도는 제7도의 원리를 이용한 동결방지장치로서 제5도에 대응하고, 제9도는 동일하게 제6도에 대응한 경우로서 설명을 생략한다.

또, 이들 도면에서 보호관(9), 커버(9')의 판의 두께 t는 (1)식의 관계 t＞2s에 있는 것이 바람직하며, 이들이 강판이고, 교류전류의 주파수가 60Hz일때에는 2㎜이상이 바람직하다고 할 수 있다. 그렇게 하면 이들의 외표면에는 전압이 나타나지 않으며, 외면에 접촉해도 감전의 위험은 전혀 없다. 이상 설명한 동결방지에 필요한 전력은 기상조건, 수위계의 치수에 따라 다르지만 수 100와트∼수킬로와트 정도이므로, 경제적으로 동결방지가 가능하다.

이상에서는 유도표피 전류 발열관과 그 변형에 대하여 설명하였으나, 직열표피 전류 발열관을 이용하는 것도 가능하다. 또 단상 회로에 대해서만 설명하였으나, 다상회로도 가능한 것은 통상의 전기 기술자가 아는 바이다.

또 강관(1,1')등의 단면은 안쪽으로 한정되지 않으며 강자성자가 회로의 구성이 가능하면, 각종 단면의 것도 사용이 가능하고, 또 강자성의 보호관에 대한 배치에 대해서도 도시한 것과 같이 여러 가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.

Claims (2)

1. 수위검출소자관을 둘러싼 보호관(9)과; 보호관(9)과 거의 같은 길이의 대체로 수직인 강자제 재료로 구성되는 표피 전류 발열관(1,1')과; 외측의 커버(9')와; 상기 보호관(9)과 상기 커버(9')사이의 공간에 배치되며 수밀성을 유지되게하는 보온층(21)으로 구성되는데, 상기 보호관(9)이 금속제일 경우 필요한 수의 상기 발열관(1,1')을 보호관(9)의 내면이나 외면 또는 내외양면 그리고 보호관(9)과 커버(9')사이에 포함할 때는 이 발열관(1,1')도 포함하여 일체로 되도록 용접하고, 보호관(9)이 상기 발열관(1,1')과 직접 용접할 수 없거나 곤란한 재질의 경우 상기 보호관(9)의 내측에 상기 표피 전류 발열관(1,1')제의 다람쥐 상자(1,1',2,7,8,20)의 외주를 가급적 상기 보호관(9)의 내주면에 접근되게 구성한 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 부동수위계.
2. 제1항에 있어서, 표피 전류 발열관(1,1')을 그 길이상의 1점에 있어서 전기적으로 절연하여 2개로 절단하고, 전류를 이들 2개의 발열관의 내외 표피로 흘러서 발열하도록 구성한 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 부동수위계.

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