KR930003547B1 - 누출 탐지기 및 누출 탐지 방법 - Google Patents

누출 탐지기 및 누출 탐지 방법 Download PDF

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씨. 프랭클린 차알즈
티. 지스크 에드워드
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에프 이 패트로, 인크.
차알즈 씨 프랭클린
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내용 없음.

Description

누출 탐지기 및 누출 탐지 방법
제 1 도는 본 발명에 따른 누출 탐지 장치를 갖는 주유소의 가솔린 파이프라인(service station gasoline pipeline) 설비의 개략도.
제1a도는 수중형 펌프에 적용된 본 발명의 누출 탐지 장치를 갖는 제 1 도의 주유소의 가솔린 파이프라인 설비의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면.
제 2 도는 본 발명의 누출 탐지기가 사용되는 제어 박스의 사시도.
제 3 도는 본 발명의 누출 탐지기의 정면도.
제 4 도는 본 발명의 누출 탐지기의 단면도.
제4a도는 로토미터를 상세히 도시한, 본 발명의 전자식 유동 측정 장치의 단면도.
제 5 도는 밸브가 개방된 상태를 도시한 제 4 도의 누출 탐지기의 단면도.
제 6 도는 밸브가 폐쇄된 상태를 도시한 제 4 도의 누출 탐지기의 단면도.
제 7 도는 본 발명에 사용되는 제어회로를 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 주유 시스템 12 : 저장 탱크
13 : 펌프 시스템 14 : 주유기
18 : 도관 20 : 밸브 시스템
27 : 외부 하우징 30 : 제어 박스
28 : 누출 탐지기 36 : 마이크로프로세서
66 : 유압 오리피스 68 : 출구 오리피스
70 : 포핏 72 : 유체 유동 통로
82 : 피스톤 86 : 피스톤실
110 : 유체 방출 플런저 140 : 로토미터
141 : 실린더 143 : 로토미터실
148 : 플로우트 146 : 코일
160 : 축전기 162 : 발진기
본 발명은 개선된 누출 탐지 시스템 및 누출 탐지 방법에 관한 것이며, 특히 가솔린 주유기 및 펌프용 누출 탐지 시스템에 관한 것이다.
수중형(submersible) 가솔린 펌프는 1950년 중반에 처음으로 주유소에 도입되었다. 수중형 펌프가 도입됨에 따라 가솔린을 가압하여 지하에 매장함으로써, 만약 시스템에 누출이 발생하면 환경을 오염시키는 결과가 됨을 바로 알게 되었다. 수중형 펌프의 시판이 필요함에 따라, 라인(line) 누출 탐지기가 개발되었다. 선행 모델들은 누출이 탐지되면 가솔린의 유동이 차단되는 불편한 장치였다. 그 당시에는 환경에 관한 관심이 거의 없었고, 가솔린의 가격도 오늘에 비해 훨씬 저렴하였다. 따라서, 만약 누출이 탐지되고 가솔린의 유동이 차단되면 누출 탐지 장치가 종종 비난을 받았고 문제해결로서 재빨리 제거되었다.
1960년대초, 더 훌륭한 누출 탐지기가 소개되기 시작했다. 초기의 누출 탐지기들은 라인 압력 테스트를 하기 위해 15초나 걸렸다. 이 시간 동안에는 가솔린이 주유될 수 없었으며, 그것은 분주한 주유소에서 문제로 나타났고 더 빠른 작동 장치의 개발이 필요하였다. 부가해서, 단지 누출 발생 신호만을 제공하고 공급과정을 중단시키지 않는 누출 탐지기들이 필요하였다. 또한, 누출이 없을때 온도와 압력 변화에 영향을 받지 않는 누출 탐지가 심각하게 필요하였다.
셀프-서어비스(self-service) 개념이 도입됨으로써 고도한 기술의 누출 탐지 시스템이 필요하게 되었다. 더욱 새로운 누출 탐지기 시스템들은 이전의 모델들보다 신속하게 작동하였으나, 여전히 더욱더 정밀한 누출 탐지 시스템을 필요로 하고 있다. 이전의 누출 탐지 시스템에 관한 문제는 시스템 자체에 있는 것이 아니라 시스템을 특정 유체, 특히 가솔린에 사용하는데 관한 것이다. 수중형 파이프 시스템에서, 가압된 가솔린은 다수의 요소들에 의해 영향을 받는데, 상기 요소들 중에는 기계 및 유압 탄성 에너지, 열수축(thermal contrdction), 그리고 누출들이 포함된다.
기계적 탄성 에너지는 탄성에 의한 가스켓(gaskets), 체크 밸브 시트(check valve seats), 진동판(diaphram)등의 응력하의 이동에 의해 통상적으로 발생한다. 시스템의 전부분이 적절히 작동하는 정상 상태하에서 기계적 탄성 에너지는 주요 문제가 되지 않는다.
유압 탄성 에너지는 연료가 유동(agitate)하여 공기가 가솔린 내로 흡기될때 발생한다. 공기는 압축되어 있고 가솔린은 상대적으로 압축되지 않았기 때문에, 이와 같은 상태는 시스템내의 압력 강하에 의해 누출을 탐지하게 되는 누출 탐지 시스템에 주요한 문제를 야기시킬 수 있다. 흡기된 공기의 감압은 어떠한 이유로 해서 압력이 감소되어지는 비율을 감소시키게 된다. 부가해서, 설정된 유량을 이용하는 누출 탐지 시스템들은 시스템내에 흡기된 공기나 증기의 압축에 의해 영향을 받게 된다.
저하 파이프 시스템인의 경우 열수축은 압력 강하의 원인으로 되지는 않을 것으로 판단된다. 열수축은 저하 저장 탱크에 있는 가솔린의 온도가 파이프라인이나 주유기의 온도보다 높을때 발생한다. 가을과 겨울에, 지하 저장 탱크내의 가솔린의 온도는 파이프 주위의 온도보다 상당히 고온으로 되고 이에 의해 열수축이 발생하여 압력을 0으로 급격히 강하시킨다.
누출 탐지기에 대한 선행 기술의 예로써, 수(shuh)에게 허여된 미합중국 특허 제2,979,939호를 들 수 있는데, 이는 탄성 진동판에 의존하는 누출 탐지기가 있는 누출 탐지 시스템에 대한 것이다. 누출 발생시에 진동판은 움직여서 경보 스위치를 작동시킨다. 상기 장치는 가솔린의 유동을 완전히 차단시키지 못하고 단지 유동을 제한할 뿐이다. 디터스(Deters)에게 허여된 미합중국 특허 제3,183,723호는 시스템내로 유동되는 설정된 유량을 측정함으로써 가솔린 공급 시스템에서의 누출 탐지용 장치를 기재하고 있다. 포타쉬(Potash)에서 허여된 미합중국 특허 제3,261,201호는 주유기내에 설치된 정상적으로 개구된 접촉 스위치를 갖는 압력 스위치를 포함하는 누출 탐지기에 대한 것이다. 유체 압력이 강하되면, 스위치내의 진동판이 접촉부를 폐쇄시켜 지시등을 작동시킴으로써 누출이 발생됨을 알리게 된다.
밀로(Milo)에게 허여된 미합중국 특허 제3,541,283호는 펌프 배출 라인과 연결된 누출 탐지기에 대한 것이다. 상기 탐지기는 수직 가동 밸브를 감싸는 밀봉된 보올(bowl)을 포함한다. 또한 보올내에는 플로우트(float)가 있고, 여기에는 전기 스위치가 부착된다.
정상 상태에서, 보올은 액체로 채워져 있으며 이는 누출이 없다는 것을 나타낸다. 누출이 발생하면, 수면(liquid level)이 하강하고, 이에 의해 플로우트가 하강되어 전기 스위치를 작동시키게 된다. 맥린(McLean)에게 허여된 미합중국 특허 제3,910,102호는 지상용으로 설계된 휴대용 누출 탐지기에 대한 것이다. 이 탐지기는 시스템의 유압을 측정한다.
레이놀드(Reynolds)에서 허여된 미합중국 특허 제3,935,567호 및 라딘(ladeen) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,109,512호는 설정된 압력 강하를 측정하도록 설계된 지시계를 이용하는 가솔린 주유작동시의 누출을 탐지하는 시스템을 기재하고 있다. 압력 강하는 제어 회로를 작동시켜 경보 지시계를 작동시킨다.
메이어(Meyer)에게 허여된 미합중국 특허 제4,518,955호 및 호리고러(Horigome)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,651,559호는 제어 회로를 이용한다. 메이어의 특허는 전자 제어 장치에 의해 제어되는 누출 탐지기에 대한 것이다. 이 탐지기는 스프링에 대향하여 가동되는 피스톤이 설치된 튜브(tube)를 포함한다. 튜브의 유입부 부근에 2개의 감지기(sensor)가 설치되어 있다. 정상 상태하에서 피스톤은 유입 단부 부근에 위치하여 감지기를 작동시키지 않는다. 이는 유체가 없음을 나타내는 것이다. 누출이 발생되었음을 나타내는 시스템에서의 압력강하에 의해 피스톤은 스프링의 힘을 극복하고 이동하여 감지기를 작동시키게 된다. 호리고머 등에 의한 특허는 상류와 하류 압력 구배 사이의 차이를 측정함으로서 누출을 탐지하는 누출 탐지기에 대한 것이다. 압력구배의 변화는 누출 발생을 나타낸다. 상기 탐지 시스템은 다수의 압력계 및 가스의 압력 구배를 계산하는 컴퓨터 회로를 이용한다.
상기에 공지된 대다수의 특허들은 특정 상태하에서는 양호하게 작동하는 반면, 시스템내의 누출과는 완전히 무관하게 발생하는 변화에 의해 악영향을 받게 된다. 그러므로 기계적 또는 유압적 탄성에너지 및 열수축 상태의 변화에 의해 영향을 받지 않는 정밀한 누출 탐지기가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 유체 주유 작업시 누출을 탐지할 수 있는 개선된 누출 탐지 시스템 및 방법을 마련하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 가솔린 주유 작업시 사용할 수 있는 개선된 누출 탐지 시스템 및 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 또 다른 목적은 누출 탐지기의 하류에서 파이프 시스템내로 흐르는 임의의 유체 유동도 충분히 민감하게 측정할 수 있는 누출 탐지 시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가솔린의 열수축, 시스템 탄성 에너지 또는 흡기된 증기 또는 공기에 의하여 영향을 받지 않는 누출 탐지 시스템을 마련하기 위함이다.
본 발명의 목적은 유체 펌프와 함께 사용하기 위한 누출 탐지기, 주유기를 차단하는 주유기 스위치 및 유체 펌프를 주유기에 연결하는 도관(conduit)에 의해서 이루어지며, 가압된 유체는 유체 펌프에 의해서 도관내에 있는 유동 통로를 통하여 흐른다. 누출 탐지기는 주유기로 부터 펌프를 분리시키기 위한 밸브를 포함한다. 밸브는 도관상의 유입 오리피스(orifice) 및 출구 오리피스를 형성하여 유동 통로가 유입 오리피스와 출구 오리피스 사이에서 연장되도록 한다.
밸브는 또한 유입 오리피스와 출구 오리피스 사이의 유체 유동을 제외하고는 대부분의 유체 유동을 차단시키는 수단을 포함하는데, 상기 유입 및 출구 오리피스 사이의 유체는 누출 탐지 목적용으로 사용된다. 밸브 시스템내에는 유체의 일부의 유동을 측정하고 탐지하는 전자 유동 측정 장치가 위치한다. 부가해서, 누출 탐지기는 유체 일부의 유량을 나타내기 위해 전자 유동 측정 장치에 응답하는 수신을 포함한다.
본 발명은 유체 펌프, 주유기, 주유기와 펌프를 연결하는 도관, 도간내의 밸브 및 밸브내의 전자 유동 탐지 시스템을 포함하고, 밸브에 도관과 전자 유동 탐지 시스템을 연통시키는 오리피스가 마련된 시스템의 누설을 탐지하는 시스템에서, 펌프를 작동시키고 유체를 주유하기 위해 주유기를 개방하는 단계, 및 펌프의 작동이 계속되는 동안 주유기를 폐쇄하여 도관내의 유압을 증가시키는 단계로 구성되는 방법도 제공한다. 유압의 증가는 밸브를 폐쇄시키고 이에 의해 밸브에 있는 오리피스를 제외하고는 주유기로부터 펌프를 고립시킨다. 전자 유동 탐지 시스템은 오리피스를 통과하는 유체의 유동을 감지한다.
본 발명의 누출 탐지 시스템 및 방법을 적용할 수 있는 하나의 특별한 예는 가압하에 단속적으로 가솔린이 전달되는 주유소의 가솔린 전달 시스템에서 누출을 탐지하는 것이다. 주유소에서는 지하 탱크내에 설치된 모터 및 펌프를 포함하는 원격 펌프 시스템을 이용하는데, 모터 및 펌프 유니트가 가솔린을 다수의 주유기로 공급하는데 사용된다. 이들 시스템들은 일반적으로 주유기, 펌프와 주유기를 연결하는 도관, 펌프 헤드에서는 유체가 주유되지 않았을때 주유기로부터 펌프를 분리시키는 예컨데, 체크 밸브와 같은 밸브를 포함한다. 밸브와 주유기 사이에서 도관의 방출 라인에 있는 가솔린은 주유되는 동안 및 주유 작업 사이의 시간에도 압력하에 있게 된다. 원격 펌프 시스템이 가솔린의 주유용으로 사용될때, 도관에 누출이 발생되는지의 여부를 검사하는 것이 중요하다. 오랫동안 탐지되지 않은 누출은 물론 지면에 위험한 가솔린의 축적을 초래하게 된다.
본 발명의 누출 탐지기 시스템은 시스템에 결합된 고도로 민감한 전자 유동 탐지기에 의해 즉시 하류 누출을 감지한다. 이것은 누출 탐지기의 상류의 수중형 펌프라인 체크밸브 또는 열 팽창 안전밸브에서 발생될 수도 있는 오류를 방지한다.
본 발명의 시스템은 임의의 유체가 파이프 시스템내로 유동할때의 유량을 측정할 뿐만 아니라 유량의 변화도 측정할 수 있다. 측정이 이루어지는 동안 시스템을 펌프 작동 압력으로 유지시킴으로써, 유체 유동에 가해지는 열수축의 영향은 최소로 된다. 그러나, 제품의 수축 가능성은 여전히 있다. 유량 뿐만 아니라 유량의 변화가 있다면 그 변화를 측정함으로써, 열수축에 의해서 발생된 유체 유동과 누출에 의해서 발생된 유동은 구별될 수 있다. 유체와 파이프 주위 사이의 온도 차이는 파이프가 유체로 부터 열을 흡수함으로서 계속해서 감소하기 때문에, 열수축에 의해 유체 유동시의 유량은 다양하게 변화한다. 한편 누출에 의한 유체 유동은 실제로 일정하다.
본 발명의 누출 탐지기에는 누출 탐지기의 하류에서 파이프 시스템내로의 어떠한 유동도 측정할 수 없도록 매우 민감한 유량계가 마련되어 있다. 단위 시간 당 0.19ℓ(0.05갤론) 크기의 누출도 본 발명의 누출 탐지기를 사용하여 쉽게 탐지할 수 있다. 또한 전자 유동 측정 장치, 특히 로토미터(rotometer)를 부착함으로서 유체 온도는 누출 탐지 과정에서 고려 사항으로부터 사실상 무시된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.
본 발명은 유체 조작용 누출 탐지 장치에 대한 것이다. 누출 탐지 장치는 누출 탐지기의 하루에서 파이프 시스템 내로 흐르는 어떠한 유동도 측정할 수 있는 매우 민감한 유량계를 사용한다. 단위 시간 당 0.19ℓ(0.05갤론) 이상의 누출은 본 발명의 누출 탐지기를 사용함으로써 쉽게 탐지된다. 첨부된 도면에서 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다.
본 발명의 대표적인 실시예를 제 1 도 및 제1a도에 도시하였다.
제 1 도는 주유소에서 사용되는 형태의 주유 시스템(10)을 도시한 것이다. 주유 시스템(10)은 일반적으로 지하 저장 탱크(12)를 포함하며, 이 탱크는 가솔린을 그중 하나만 도시된 주유기(14)의 어느 주유기에나 공급된다. 수중 펌프 시스템(13)은 탱크(12)로부터 지하 전달 라인 또는 도관(18)을 통하여 주유기(14)로 가솔린을 송출한다. 도관(18)은 유압 작동시 밸브 시스템(20)을 포함한다.
이제 제11도를 참조하여 보면, 수중형 펌프 시스템(13)은 펌프 헤드(pump head)(15) 및 도관(50)에 의해 연결된 펌프 모터(16)으로 구성된다. 수중형 펌프 헤드(15)는 도관(18)내의 유체가 지하 저장 탱크(12)로 역류하지 못하도록 하는 라인 체크 밸브(19) 및 과다한 유체를 팽창 도관(25)를 통하여 저장 탱크(12)로 향하게 하는 열 팽창 안전 밸브(21)을 포함한다.
제 2 도 내지 6도에 도시된 밸브 시스템(20) 및 제어 박스(30)은 본 발명의 기본을 이룬다. 밸브 시스템(20)은 도관(52)에 의해 펌프 헤드(15)에 연결되어 있는 적절한 외부 하우징(27)내에 장착되어 있다. 선택적으로 제1a도에 도시되어 있는 바와 같이, 밸브 시스템(20)은 수중형 펌프 헤드(15)내에 포함될 수도 있다. 밸브 시스템(20)과 수중형 펌프(13)에는 일반적으로 쉽게 접근할 수 있도록 포토홀(porthhole) 또는 맨홀(manhole) 뚜껑(22)가 마련된다.
주유기(14)에는 통상적인 방법으로 도관(18)에 연결되어 있는 전달호스(hose)(23) 및 수동 조작식 주유 노즐 밸브(24)가 마련된다. 펌프 제어 스위치(26)은 보통 주유기(14)에 위치하고 가솔린이 주유되기 바로전에 펌프를 작동시키기 위해 수동 조작된다. 주유기(14), 저장 탱크(12) 및 수중형 펌프(13)은 공지되어 있으며 본 발명의 신규 부분을 구성하지 않았다.
제 1 도 및 2도에 있어서, 본 발명의 주유 시스템(10)은 또한 밸브 시스템(20)에 연결되어 있는 제어 박스(30)을 포함한다. 제어 박스(30)은 전기 제어 회로를 감싼다. 제어 박스(30)은 펌프 시스템(13)과 같은 수중 펌프를 사용하는 주유소용으로 설계되어 있다.
전형적인 상태는 4개의 밸브 시스템(20), 이것의 각각에 1개씩 대응하는 수중형 펌프 시스템(13), 및 1개의 제어 박스(30)을 갖는다. 제어 박스(30)은 4개의 채널(channel)을 갖는데 각 채널은 밸브 시스템(20) 및 제어 박스(30) 사이에서 회로를 일체화하기 위한 연결 와이어 또는 철선들(32) 또는 다른 수단을 포함한다. 각각의 밸브 시스템(20)용으로 1개의 채널이 마련된다. 제어 박스(30)은 일반적으로 쉽게 관측될 수 있는 주유소 사무실과 같은 안전한 지역에 설치된다. 제어 박스(30)은 밸브 시스템(20)내의 누출 탐지기에 의해서 작동되었을 때 경적(horn)(38) 또는 경고등(light)(40)과 같은 신호 수단을 작동시키는 마이크로프로세서(microprocessor)(36)을 포함한다. 마이크로프로세서(36)은 누출이 생겼을때 발생하는 일정한 유동과 누출이 없는 상태하에 발생하는, 시스템 탄성 에너지 또는 수축 또는 이 두가지의 조합에 의해 발생하는 가변 유동 사이의 차이를 구별하는 능력을 갖고 있다. 상기 방법으로, 시스템에서의 누출은 탐지된 정보를 전기적으로 제어 박스(30)에 전달하는 누출 탐지기(28)에 의해 탐지된다. 제어 박스(30)은 이에 의해 경적(38) 및/또는 경도등(40)에 의한 신호를 발생시키도록 작동된다.
제 2 도에 도시한 바와 같이, 제어박스(30)은 누출 위치, 즉 보통(REG) 가솔린 저장 탱크, 무연 보통(UNLREG)가솔린 저장 탱크, 무연 고급 가솔린(UNLPREM) 저장 탱크 또는 디젤유(DIESEL) 저장 탱크와 같은 누출 위치를 탐지하여 발광 시스템을 사용하여 작업자에게 인지시키고, 누출의 정도, 즉, 누출이 없거나, 단위 시간 당 누출이 0.19ℓ(0.05갤론) 이하(SYSTEM OK)이거나, 단위 시간 당 누출이 0.19ℓ내지 1.9ℓ(0.05 내지 0.5갤론) 범위(MINORLEAK)이거나 또는 단위 시간 당 1.9ℓ(0.5갤론) 이상의 누출 중 어느 것인가를 작업자에게 인식시키게 된다. 제어 박스(30)은 (39)와 같은 숫자 버튼(button)이나, 키홀(keyhole)(41)에 키이를 삽입후 돌린 뒤 리세트 버턴(reset button)(37)을 누르는 등의 디지탈(digital) 방식으로 리세트된다. 제어박스(30)은 누출의 크기를 측정하고 능력 및 자료를 무기한 저장하는 능력을 갖는 시스템을 포함한다.
제 3 도 및 4도는 주유 시스템(10)에 사용하는 누출 탐지기(28)이 있는 유압 밸브 시스템(20)을 도시한 것이다. 밸브 시스템(20)은 펌프 시스템(13)과 주유기(14) 사이의 도관(18)에 위치한다. 밸브 시스템의 목적은 유체가 주유되지 않을때 주유기(14)로부터 펌프 시스템(13)을 고립시키기 위함이다.
밸브 시스템(20)은 주철, 알루미늄, 플라스틱 또는 당해 기술에서 공지된 다른 재료로 된 수직 하우징(54)를 포함한다. 하우징(54)는 누출 탐지기(28)을 감싸 도관(18)과 적절히 정렬되도록 위치시킨다. 하우징(54)와 동일한 재료 또는 상이한 재료로 만들어진 분리가능한 캡(cap)(56)은 볼트(58) 또는 당해 기술에 공지된 다른 장치에 의해서 하우징(54)에 부착된다. 캡(56)은 누출 탐지 시스템(28)의 배치, 수리 또는 재배치를 위해 제거할 수 있다. 분리가능한 상부(60)은 위치(62)에서 캡(56)내로 나사 체결된다. 상부(60)은 누출 탐지 제어 회로실(64)로의 접근을 용이하게 한다. 밸브 시스템(20)은 펌프(16), 도관(50) 및 펌프 헤드(15)로부터 출구 오리피스(68)을 통과하는 수중형 펌프 시스템(13)의 유체 통로를 연결하는 유입 오리피스(66)을 형성한다. 따라서, 시스템이 가솔린을 주유할 때, 가솔린은 도관(50) 및 (52)로부터 유입 오리피스(66)으로 진압되고 출구 오리피스(68)을 통과하여 도관(18)로 유동하는데, 상기 도관(18)은 유체를 주유기(14)로 연통시킨다.
제 3 도에 도시한 바와같이, 하우징(15)내의 밸브 시스템(20)의 위치를 보상하기 위한 다수의 유입 오리피스(66)이 마련된다. 따라서, 밸브 시스템(20)은 하우징(27) 또는 펌프 헤드(15)에 관해서 정밀하게 위치시킬 필요가 없다.
도관(18)은 제1a도에 도시된 바와같이 수중형 펌프 헤드(15)에 연결되거나, 제 4 도에서 점선(27)로 도시한 도관 어댑터(adapter)가 마련되며, 밸브 시스템(20)을 수용하도록 설계되어 있다. 어댑터(27)은, 수평 아암(arm)(45)은 유입 오리피스(66) 중의 하나와 연통되고 수직 아암(46)은 수직 밸브 시스템(20)의 출구 오리피스(68)과 연통 되도록 L- 형으로 구성하는 것이 좋다. 밸브 시스템(20)에는 유입 오리피스(66)이 수평 아암(45)와 직접 연통되도록 어댑터 개구부(48)에 나사 체결되는 나사부(47)을 마련하는 것이 좋다. 유입 오리피스(66) 하부의 하우징(54)의 일부에는, 밸브 시스템(20)과 어댑터(44) 사이에 밀봉 연결을 마련하기 위해 외부에서 장착된 밀봉 O-링(49)가 마련된다.
특히 제 4 도에 도시한 바와같이, 밸브 시스템(20)은 유체가 밸브 시스템(20)을 통과하지 못하도록 하기 위하여 유체 유동 통로(72)내에서 활주가능하게 움직이는 포핏(poppet)(70)을 포함한다. 포핏(70)을 포핏(70)과 하우징(54) 사이에서의 유체 누출을 완전히 방지하기 위한 포핏 밀봉부(74)를 포함한다. 포핏(70)은 나사나 다른 공지된 방법에 의하여 외부 튜브(76)에 부착된다. 외부 튜브(76)은 하우징(54)의 격실(chamber)(80)내에 활주가능하게 정렬된다. 포핏(70)과 반대측인 외부 튜브(76)의 단부에서, 외부 튜브(76)은 나사(84) 또는 공지된 다른 방법에 의해 피스톤(82)에 고정된다. 피스톤(82)은 하우징(54)의 피스톤실(86)내에 활주가능하게 배열된다. 피스톤실(86)은 상부벽(88), 하부벽(90), 및 측면벽(92)를 포함한다. 측면벽(92)에는 피스톤(82)가 하부 위치에 있을 때 피스톤이 착좌되는 턱(protruding shelf)(94)가 마련된다. 턱(94)는 피스톤실(86)을 상부(87) 및 하부(89)로 분리한다. 피스톤(82)에는 또한 피스톤 밀봉부 유지링(98)에 의해서 피스톤(82)에 부착되는 피스톤 밀봉부(96)이 또한 마련된다. 부가해서, 피스톤과 외부 격실(76) 사이의 누출을 완전히 방지하기 위해 그 사이에 피스톤 O-링(100)이 설치된다.
피스톤(82)에 대해 인장력을 제공하기 위해 피스톤 스프링(102)는 피스톤(82)와 피스톤실(86)의 하부벽(90) 사이에 위치한다. 피스톤(82)에는 피스톤 스프링(102)의 정치(正置) 상태를 보호하기 위해 채널(channel)(104)가 마련된다.
외부 튜브 밀봉부(106) 및 외부 튜브 밀봉부 지지부(108)은 하우징(54)와 외부 튜브(76) 사이를 완전히 밀봉하도록 하우징(54)와 외부 튜브(76) 사이에 위치한다. 밸브 시스템(20)에는 또한 유체 유동 통로(72)로부터의 유체를 내부 격실(73)으로 연통시키는 연결 도관(71)이 마련되며, 내부 격실은 다시 도관(75)를 통하여 피스톤실(86)의 상부(87)과 유체를 연통시킨다.
정상 상태 하에서, 유체가 주유 시스템(10)을 통하여 유동할때, 유체는 연결 도관(71), 내부 격실(73) 및 피스톤실(86)의 상부(87)을 충전하게 된다. 유체가 주유기(14)로부터 주유될 때, 시스템(10)내의 유체 압력은 차단 압력보다 낮고 포핏은 제 5 도에 도시된 바와같이 상승된 위치에 있게 된다. 유체 주유가 중지되고 주유기 스위치(26)이 차단되었을 때 시스템내에 압력이 형성되는데, 상기 압력은 차단되지 않은 펌프(16)의 연속된 작동에 의해 형성된다. 압력 증가는 피스톤실(86)의 상부(87)에서 현저하게 되며, 제 4 도 내지 6도에 도시된 바와같이 피스톤(82)를 턱(94) 방향으로 아래로 압압한다. 따라서 포핏(70)은 어댑터(27) 또는 수중형 펌프 헤드(15)에서 도관(18)을 효과적으로 밀봉하도록 아래로 압압된다.
주유기(14)가 다시 가동되고 주유기 노즐(24)가 개방되면, 유체 압력은 상당히 감소되어 피스톤(82) 및 포핏(70)을 상승시켜 유체가 도관(18)을 통과하여 자유롭게 유동되도록 한다.
밸브 시스템(20)에는 또한 피스톤(82)의 저면에 연결되어 있는 유체 방출 플런저(plunger)(110)이 마련된다. 방출 플런저(110)는 격실(112)내에 이동가능하게 설치된다. 리테이너(retainer)(116)에 의해 하우징(54)에 보유되는 플런저 밀봉부(114)는 불필요한 유체의 삼출을 피하기 위하여 방출 플런저(110)과 격실(112) 사이에서 활주식의 밀봉을 수행한다. 방출 플런저(110)은 절췌부가 형성된 원통형으로 되어있다. 피스톤(82)가 최상부에 위치할 때, 절췌부(111)은 격실(86)의 하부 구역(89)와 격실(112) 사이의 유체 연통을 마련할 수 있도록 위치된다. 상기 방법으로, 격실(86)의 하부 구역(89)에 포집된 유체는 절췌부(111)을 경유하여 격실(112)내로 유동한다. 양 변위(positive displacement) 체크 밸브(118)은 발생가능한 유체 삼출을 배수하기 위해 유체 방출 밸브(110) 및 격실(112)와 연결되어 마련된다. 체크 밸브(118)은 도관(18)과 연통되는 격실(80)내로 유체를 압압하도록 설계된다. 선택적으로 체크 밸브(118)은 연통 라인(도시되지 않음)을 경유하여 유체는 하우징 외부 및 저장 탱크(12)로 압압하도록 설계될 수도 있다.
누출 탐지기(28)은 나사 장착부(130) 또는 다른 공지의 수단에 의해서 하우징(54)내에 고정 위치된다. 누출 탐지기는 내부 튜브(132)에 의해 둘러싸이고, 내부 튜브 주위에는 외부 튜브(72)가 활주가능하게 위치한다. 내부 튜브(132)는 내부 격실을 포함하는데, 이 격실은 연결 도관(71)과 연통된다. 본 발명의 기초를 형성하는 누출 탐지기(28)은 본질적으로 연결 도관(71) 측면, 내부 격실(73) 저부에 위치한다.
제4a도는 제 4 도에 도시된 누출 탐지기(28)의 일부의 확대도로서, 누출 탐지기의 본체에 위치하고 어떠한 유동도 감지기를 통과하도록 배열된 전자 유동 측정 장치는 오리피스(142) 내로의 유체 유동을 측정하는 로토미터(140)을 포함한다. 로토미터는, 내부 로토미터실(143)을 갖는 플라스틱, 유리 또는 다른 비전도성 물질로 구성된 테이퍼(taper)되고 구멍이 있는 실린더(141)을 포함한다. 가솔린을 사용하기 위해 적합한 물질들은 셀콘(Celcon ; 등록상표명) 및 델린(Delrin ; 등록상표명)을 포함한다. 로토미터실(143)은 유체가 오리피스(142)를 통해서 격실(147)로 유동되고 다시 로토미터실(143)으로 유동되도록 유동 격실(147)과 연통된다. 선택적으로, 불순물을 여과하기 위해 필터(152)를 격실들 사이에 위치시킬 수도 있다.
튜브(141) 내에 위치한 유동 미터 플로우트(float)(148)은 전도성 물질로 만들어진다. 플로우트용으로 적합한 물질은 황동이다. 튜브(141)은 구리가 적합한 전도성 도선인 코일(146)을 가지며, 코일(146)은 튜브 주위를 약 150번 정도 감으며 유동이 없을 때에는 코일(146)의 하부 경계면(145) 직하방에 플로우트가 위치하고 완전 유동시에는 플로우트가 코일(146)에 의해서 대체로 감싸여 지도록 위치한 코일(146)은 L-C 발진기(162)의 주파수를 제어하는 병렬 공진 탱크 회로를 성형하기 위해, 제 4 도 및 7도에 도시된 바와같이 축전기(160)와 평행하게 도관(149)에 의해 연결된다. 발진기(162)는 제어 회로실(64)에 위치한다.
이제 누출 탐지기 시스템의 작동을 설명한다. 작동시 펌프 제어 스위치(26)의 폐쇄로 작동되고 가솔린과 같은 유체를 주유하기 위해 주유기 노즐 밸브(24)가 개방되었을 때, 밸브 시스템 양단간의 압력 차이는 가솔린이 도관(18)을 통하여 유동하도록 하는 밸브(20)를 개방시킨다. 이에 의해 포핏(70)은 유체 유동이 일정하게 밸브 시스템(20)을 통과하도록 하기 위해 상승된다.
주유 노즐 밸브(24)가 폐쇄되면, 전술한 바와같이 밸브 시스템(20)도 폐쇄된다. 모든 주유 스위치(26)이 꺼지면, 라인 테스트가 끝날 때까지 보유 회로가 펌프(16)의 제어를 대신한다. 매번 펌프가 작동될 때마다 누출 여부에 대해 누출 탐지기(28)이 파이프를 테스트하지만, 이는 가솔린의 주유가 끝난 후에 이루어진다. 펌프로부터의 유동이 차단됨으로써 이루어지는 도관(18)에서 주유기(14)로의 압력의 증가는 피스톤(82)이 포핏(70)을 아래로 이동시켜 모든 유체 유동이 반드시 통과하게 되는 작은 오리피스(142)를 제외하고는 펌프의 방출구를 폐쇄하도록 한다.
누출 탐지기 시스템(28)은 상기 유동 통로에 위치하여 도관(18)로 유동하는 유체의 유량을 측정한다. 이는 오리피스(142)와 직렬로 위치하는 로토미터(140)에 의해 이루어진다. 로토미터 코일(146)은 실린더(141) 주위에 감겨있고 축전기(160)과 병렬로 연결된다. 누출이 발생함을 나타내는 유동이 증가함에 따라 플로우트(148)은 실린더(141)내에서 상승하여 코일(146)으로 둘러싸인 지역으로 진입된다. 플로우트(148)이 코일(146)을 통과하여 이동함에 따라, 플로우트는 코일 인덕턴스를 감소시키는데, 이는 다시 시스템의 발진 주파수를 공지된 반복가능형태로 변화시킨다. 발진기(162)는 약 600킬로헬쯔(KH)의 주파수에서 대략 1볼트의 피이크-피이크(peak-to-peak) 신호를 발생시킨다. 주파수의 변화는 라인(170)을 통하여 신호 처리 전자 장치, 제어 박스(30)으로 공급되고, 상기 데이타는 마이크로프로세서(36)으로 공급된다. 마이크로프로세서(36)은 경적(38) 또는 경고등 시스템(40)에 의해 데이타를 나타내도록 프로그램 되어있다.
제어 박스의 목적은 발진기 신호(170)를 해석하여 주파수를 유량으로 변환시키고, 만약 누출이 발생하면 펌프(16)의 차단을 제어하기 위한 것이다. 누출 탐지기의 온도 보정은 공지된 유동이 없는 동안의 발진기 주파수를 측정하고 상기 주파수를 제로(zero) 유동 기준으로 설정함으로서 이루어진다. 누출 테스트 동안 측정된 주파수를 상기 기준 주파수에 적용하여 주파수 편차를 얻는다. 상기 주파수 편차는 누출 유량을 계산하기 위해 사용된다. 모든 주유 사이클 동안 자동-제로 온도 보정 루틴(routine)이 수행되고, 부품의 시효, 유체 온도 변화등으로 인한 오랜 기간에 걸쳐 주파수 표동의 영향을 효과적으로 상쇄 시킨다. 주파수 편차의 예는 단위 시간당 누출 속도 1.5ℓ(0.4갤론)일 때 약 75킬로헬쯔이다.
일정한 압력에서, 누출 탐지기(28)의 하류에서 누출이 발생하면, 누출 탐지기(28)을 통과하는 유동은 일정하다. 그러나, 만일 라인에 포집된 공기가 있거나 가솔린에 공기가 흡기되거나 또는 열수축이 발생하면, 비록 누출로 표시되지는 않지만 여전히 약간의 유체 유동이 표시된다. 시스템 탄성 에너지 또는 열수축의 결과로 생기는 유동은 일정한 속도로 나타나지는 않으나, 대신에 유량은 감소된다. 마이크로프로세서(36)은 일정 유량과 가변 유량 또는 이 둘의 어떤 조합 사이의 차이를 구별할 수 있다.
제어 박스(30)내의 제어 회로는 기억 능력을 갖고 데이타를 기록하기 위한 날자 및 시간 기능을 갖는다. 누출 탐지기(28)로부터의 출력 회로는 단위 시간당 0.19ℓ 내지 1.9ℓ(0.05 내지 0.5갤론)의 범위내의 유량을 표시한다. 전술한 바와같이, 제어 박스(30)은 예컨대 다음과 같이 특정 상태를 표시하는 경고등을 포함하는데, 녹색등은 유동이 없음[또는 단위 시간당 0.19ℓ(0.05갤론) 이하], 노란등은 단위 시간당 0.19ℓ 내지 1.9ℓ(0.05 및 0.5갤론) 사이의 유량, 적색등은 그 이상의 유량을 나타내는 것으로 할 수 있다. 이외에도, 경적(38)과 같은 경보 장치를 설치하여 누출이 표시될 때마다 소리를 내도록 할 수도 있다. 경보 장치는 리세트 버튼(39)에 의해 또는 제어 박스(30) 상에 마련된 키이(37)을 적절한 코드로 입력하면 해제될 수 있다.
제어기 내에 누출 속도를 프로그램할 수 있으며 유동이 초과될 때 상기 제어기는 펌프 제어 계전기(relay)에 대한 회로를 차단하여 펌프(16)을 차단시킨다. 이러한 제어는 제어 박스(30) 커버 상의 키이록을 작동시키거나 미리 인정된 코드를 입력시킴으로써 해제할 수 있다. 제어 박스(30)은 각각의 통로용 테스트 회로를 통괄할 수 있다. 특정 기능장애 표시가 발생하면 날자와 시간을 확인하고, 시스템을 재설치하는 사람의 신분 코드를 확인하고, 시스템이 재설치되었을 때와 최초의 표시 시간 사이에 발생된 추정된 총 누출량을 확인하는 소프트웨어가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 정전시 저장된 데이타를 보존하기 위해 회로에 전지를 설치하고 그리고 전지를 충전 또는 재충전시키는 장치를 설치할 수도 있다.
테스트가 수행되는 동안 시스템을 가압 상태로 유지 함으로서, 열수축이 유체 유동에 미치는 영향을 최소로 할 수 있다. 그러나, 유체의 수축 가능성은 여전히 존재한다. 유체 유동 뿐만 아니라 유량에 변화가 있다면 변화를 측정함으로서, 전자 회로는 열수축에 의한 유동과 누출에 의한 유동과의 차이를 구별할 수 있다. 열수축에 의한 유동은 가변 비율로 유동하나, 반면에 누출에 의한 유동은 실제당으로는 일정할 것이다.
본 발명의 장치는 유량계내의 플로우트의 운동에 의해서 하류에서의 누출을 즉시 감지할 수 있다. 누출 탐지기는 유체가 파이프 시스템으로 유동할 때 속도 뿐만 아니라, 어떠한 유량의 변화도 측정할 수 있다. 상기 시스템은 환경을 오염시키는 누출을 효과적으로 제거한다.
본 발명은 본문에 기술되고 설명된 특정 구조 및 장치에 국한되지 않으며, 다음에 첨부된 특허 청구의 범위 내에 속하는 모든 변형도 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.

Claims (19)

  1. 유체 펌프(16), 폐쇄 수단을 포함하는 유체 주유기(14), 및 유체 펌프(16)을 주유기(14)에 연결하는 도관(18)과 함께 사용하고, 여기에서 가압된 유체는 유체 펌프(16)에 의해서 도관(18)내의 유동 통로를 통하여 유동하는 시스템에 사용하는 누출 탐지기(28)에 있어서, (a) 주유기(14)로부터 펌프(16)을 분리시키고, 도관(18)내에 유입 오리피스(66) 및 출구 오리피스(68)을 형성하여 유입 오리피스(66) 및 출구 오리피스(68) 사이에서 유동 통로가 연장되도록 하며, 유입 오리피스(66) 및 출구 오리피스(68) 사이에 유체 유동의 일부를 제외하고는 유체 유동의 부분을 폐쇄시키는 수단을 포함하며, 상기 제외된 유체 유동의 일부분이 누출 탐지 목적으로 사용하는 밸브(20), (b) 유체 유동의 일부를 측정하는 전자 유동 측정 장치(140), 및 (c) 전자 유동 측정 장치에 반응하여 유체의 일부의 유동을 나타내는 수단(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  2. 제 1 항에 있어서, 도관(18)을 통과하는 유체 유동을 효과적으로 중지시키기 위해 유동 통로 내로 포핏(70)을 하강시키도록 된 이동가능한 피스톤(82)를 포함하고, 이 포핏(70)은 유체 유동의 일부가 통과하는 개구부(142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브(20)가 유압 작동식 밸브인 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 피스톤(82)가 도관(18)내의 유체 압력 증가에 반응하여 유압식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 유동 측정 장치(140)이 유체 유동의 일부를 측정하는 로토미터(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 로토미터(140)이 그 주위에 유도 코일(146)이 설치된 로토미터 실린더(141), 유도 코일(146)의 인덕턴스를 변화시키도록 된 유량계 플로우트(148)을 포함하고, 상기 변화는 유체 유동의 일부의 설정된 유동에 응답하는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 유동 측정 장치에 응답하는 수단(30)이 필요한 데이타를 나타내도록 프로그램된 마이크로프로세서(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  8. 제 7 항에 있어서, 마이크로프로세서(36)이 개구부(142)를 통과하는 유체 유동의 일부의 일정한 유동과 관련된 데이타 만을 표시하는 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 주유기(14)가 폐쇄된 후에 펌프(16) 작동을 유지시키는 보유 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  10. 제 1 항에 있어서, 유체 유량의 변화를 탐지하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  11. 제 1 항에 있어서, 단위 시간당 0.19ℓ(0.05갤론)의 유체 누출 크기를 탐지하는 전자 유동 측정 장치(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 유동 측정 장치(140)에 응답하는 수단(30)이 마이크로프로세서(36)을 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 전자 유동 측정 장치(140)에 의해 작동되어 누출 탐지 신호 수단을 발생시키는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(36)이 누출을 표시하는 일정 유량과 가변 유량과의 차이를 나타내는 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  14. 제 6 항에 있어서, 인덕턴스 코일(146)이 구리로 되어 있는 것을 특징으로 하는 누출 탐지기.
  15. 유체 펌프(16), 주유기(14), 펌프(16)과 주유기(14)를 연결하는 도관(18), 도관(18)내의 밸브 및 전자 유동 탐지 시스템(28)을 갖고 있으며, 밸브(20)에는 도관과 전자 유체 탐지 시스템(28)을 연통시키는 오리피스(142)가 마련되는 시스템에서 누출을 탐지하는 방법에 있어서, a) 펌프(16)을 작동시키고 유체를 주유하기 위해 주유기(14)를 개방시키는 단계, b) 펌프(16) 작동이 계속되는 동안에 주유기(14)를 폐쇄하여 이에 의해 도관(18)내의 유체 압력을 증가시키고, 이러한 유체 압력의 증가에 의해 밸브(20)을 폐쇄시켜 밸브(20)내의 오리피스(142)를 통과하는 유체 유동을 제외하고는 펌프(16)에서 주유기(14)로의 유체 유동을 고립시키는 단계, 및 c)의 전자 유동 탐지 시스템(28)에 의해 오리피스(142)를 통과하는 유체 유동을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전자 유동 측정 시스템(28)이 오리피스(142)와 직렬로 위치한 로토미터(140)을 포함하고, 이 로토미터(140)은 로토미터 실린더(141)을 감싸는 로토미터 코일(146), 플로우트실(147)을 정하는 튜브, 및 플로우트(148)을 포함하며, 유체의 유동은 플로우트(148)을 플로우트실(147)내에서 코일(146)에 둘러싸인 지역으로 상승시켜, 시스템의 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 적절한 전자 회로에 의해 발진 주파수를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 측정에 의해 마이크로프로세서(36)으로 공급되는 데이타를 발생시키며, 이 마이크로프로세서(36)이 신호 수단에 의해서 데이타를 발생시키도록 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 마이크로프로세서(36)이 유체의 일정 유동과 유체의 가변 유동 사이를 구별하는 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 전자 유동 탐지 시스템(28)에 의해 오리피스(142)를 통과하는 유체가 단위 시간당 0.19ℓ(0.05갤론) 이상일 때 이를 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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